Legoteil Zählmaschine

Aus HSHL Mechatronik
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Abbildung 1: Vorderseite der Legoteil Zählmaschine
Abbildung 2: Rückseite der Legoteil Zählmaschine

Die HSHL Lego® Zählmaschine ist eine Maschine zur automatischen Sortierung von Legoteilen. Es handelt sich um ein studentisches Projekt, welches im Schwerpunkt System-Design-Engineering des Mechatronikstudiums an der Hochschule Hamm Lippstadt durchgeführt wird.

Der aktuelle Aufbau der Lego Zählmaschine ist durch Abbildung 1 und 2 beschrieben. Position 1 zeigt das Bunkerband, welches die eingefüllten Teile portionsweise in eine Vibrationsförderrinne (Position 2) befördert. Dort werden die Teile zentriert und weiter vereinzelt auf ein dahinter liegendes Förderband transportiert. Auf diesem Förderband ist eine Separierungsbox (Position 3) montiert, die die Vereinzelung der Teile durch Bildverarbeitung kontrolliert. Falls die Teile auf dem Förderband zu dicht zusammen liegen, werden einzelne Teile gezielt mittels Druckluft in einen Auffangbehälter befördert. So können die restlichen Teile nacheinander in die am Ende des Förderbandes befindliche Bildverarbeitungsbox (Position 4) fallen, in der die Teile erkannt und gezählt werden. Im Anschluss der Bildverarbeitung werden die Teile mittels Druckluft in die Sortiereinheit (Position 5) gefördert, wo sie durch ein System aus mehreren Klappen in das richtige Fach des originalen Lego Baukastens geleitet werden.

Der Aufbau und die Funktion der Maschine werden durch dieses Video weiter veranschaulicht.

Die Ansteuerung der Lego Zählmaschine übernimmt ein Arduino MEGA 2560, während die Verarbeitung der durch die Logitech C920 Webcams aufgenommenen Bilder sowie die Bedienoberfläche in MATLAB realisiert ist.

Nachfolgend sollen die Ergebnisse des Projektes zum Stand des Wintersemesters 18/19 vorgestellt werden.


Betreuer: Prof. Schneider, Prof. Goebel

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Danksagung

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Wir möchten uns an dieser Stelle ganz herzlich und ausdrücklich bei der Stiftung Förderung von Bildung, Wissenschaft und Technologie im Kreis Soest bedanken, die dieses Projekt "Bildverarbeitung in der Automatisierungstechnik" finanziell unterstützt hat.









Historie

Folgende Gruppen haben sich bisher mit dem Aufbau und der Weiterentwicklung der Legoteil-Zählmaschine beschäftigt und diesen Fortschritt in den jeweiligen Artikeln festgehalten.


Die Teams

In dieser Rubrik sollen die jeweiligen Teams pro Studienjahr, welche sich mit der Legoteil Zählmaschine beschäftigt haben, kurz vorgestellt werden. Ziel dieser Dokumentation ist es, dass spätere Teams sich schneller an die jeweiligen Experten wenden können, falls diese Fragen oder Probleme mit ihrer Aufgabe haben. Eine genaue Aufgabenverteilung und die Teammitglieder befinden sich hinter dem jeweiligen Link:


Beschreibung des Projektes

Ziel dieses Projektes ist es, ein System zu entwerfen, welches vollautomatisch Legoteile zählt und sortiert. Dabei sollen der Maschine verschiedenen Baukästen übergeben werden können, welche anhand ihrer Baukastennummer in der Bedieneroberfläche auswählbar sind. Im nächsten Schritt werden die Teile dieses Baukastens physikalisch in den Bunker der Legoteilzählmaschine gefüllt.
Nach dem Start des Programms werden folgende Schritte automatisch abgearbeitet:

  • Vereinzelung der Legoteile
  • Zentrierung der Legoteile auf dem Band
  • Erkennung der Legoteile durch Bildverarbeitung
  • Sortierung der Legoteile in den leeren Baukasten

Ergebnis: Als Ergebnis soll eine Teileliste ausgegeben werden, in der vermerkt ist ob der Baukasten vollständig ist. Falls dies nicht der Fall ist, soll der Liste entnommen werden können, welche Teile in welcher Stückzahl fehlen.

Die genauen Anforderungen sind dem Lastenheft zu entnehmen.


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Gebrauchsanweisung / Schritt-für-Schritt Anleitung

Bevor die Legosortiermaschine gestartet wird, gibt es einige Punkte zu beachten. In einer Anleitung wird der Programmstart Schritt für Schritt erläutert und die gesamt Oberfläche beschrieben. Diese Anleitung ist unter folgendem Link zu finden:

Anleitungen Legozählmaschine

Durchführung des Projektes

Die Durchführung des Projektes beinhaltet die Planung und die Ergebnisse der Teilbereiche sowie der gesamten Anlage.

Projektplanung

Für das Projekt gibt es einen Projektleiter, welcher sich um das Projektmanagement kümmert.

Die Projektplanung wurde mit Hilfe eines Kanban-Boards durchgeführt. Dieses Board gibt eine Übersicht über die Teilaufgaben des Projektes. Dazu sind diese Teilaufgaben in kleine Arbeitspakete geteilt, welche von einer Person innerhalb eines Praktikumtermins realisierbar sind. Jedes Arbeitspaket wird auf einen Post-it geschrieben und in eine der folgenden Kategorien eingeteilt, um den Fortschritt des Projektes auf einem Blick erkennen zu können:

  • Offen
  • In Arbeit
  • Warten
  • Erledigt

Zusätzlich sind Zeilen für die Teilaufgaben Separierung, Bildverarbeitung, Sortierung sowie die Gesamtanlage angelegt, um die Arbeitspakete genauer zuordnen zu können. Abbildung 2 zeigt den Aufbau des Kanban-Boards beispielhaft an den Teilaufgaben der Separierung einer Person zum Stand des zweiten Meilensteins.

Abbildung 2: Beispiel Kanban Board



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Ergebnisse des Projektes

Die Aufgaben werden in drei Themengebiete unterteilt und von den jeweiligen Teams bearbeitet.

Separierung

Die Separierung ist der erste Schritt zum Sortieren der Legoteile. Ziel dabei ist, die verschiedenen Teile zu separieren und einzeln in die Bildverarbeitung laufen zu lassen.


Bildverarbeitung und Programmierung

In der Bildverarbeitung werden die Legoteile erkannt, mit einer Datenbank verglichen und die Sortierung wird passend angesteuert.


Sortierung

Bei der Sortierung werden die Legoteile über Klappen so gesteuert, dass sie in ein vorgegebenenes Fach in der Einlage des Legokastens fallen.


Gesamte Anlage

Die Legosortiermaschine soll am Ende als eine Einheit funktionieren. In diesem Artikel werden Themen beschrieben, die die gesamte Anlage betreffen.


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Autoren

  1. Autor Maik Schmotz
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 Autor Madlen Bartnick
  3. Autor Tobias Brandt
  4. Autor Marc Eidhoff
  5. Autor Torben Müller


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