Das Projekt

Ziel des Projekts ist die Erzeugung von physischen Bitmap-Bildern mit Airsoft pellets.

Die Pellets kommen in verschiedenen Farben und sollen entsprechend der Bildvorlage in einen vertikalen Bilderrahmen einsortiert werden.

Artefakte

Das Projekt entsteht aus einer Reihe von Hard- und Software-Artefakten, die später zu den individuellen Maschinen zusammengeführt werden:

Hardware
- Aufbewahrung der Pellets
- Vereinzelung der Pellets
- Transport der Pellets
- Farberkennung, Sortierung und Verteilung der Pellets
- Positionierung der Pellets und Aufbau als vertikales Bild
Software
- Erzeugung des Motivs
- Farberkennung und Quantifizierung
- Steuerung der Maschine

Transport

Optischer Trigger

Der Sensor soll ein Pellet im Plexiglas-Rohr erkennen. Er besteht aus einer aufgesägten Gabellichtschranke mit roter LED.

Lichtschranke
Lichtschranke
Lichtschranke
Abschirmung gegen Umgebungslicht

Photo Eye - Version 2

Der Einsatz einer Infrarot-Lichtschranke war erfolglos, da einige Kugelfarben zu wenig Infrarot-Licht absorbieren. Daher wir eine blaue LED (Pollin 120216) für die Lichtschranken benutzt, die mit allen Kugelfarben funktioniert. Die Lichtschranke wird direkt auf das 10 mm Rohr aufgesteckt. Sie wird zusätzlich Schrumpfschlauch und einer kleinen Datei:Photo eye shell 003.scad gegen Umgebungslicht abgeschirmt.

Sender: Blaue LED (Pollin 120216)
Empfänger: Fototransistor 5 mm 1200 nm Everlight Opto PT 331 C (Conrad 156408)

Version 2 ...
... mit Infrarot-LED ...
... im Test
Schaltung
Photo Eyes mit Schutzhülsen
3D-gedruckte Photo Eye Shell
Abschirmung gegen Umgebungslicht
Photo Eye - 2. Generation

Kugelbahn - Sorter exits

Die Kugeln werden nach Vereinzelung in einem Rohr mit 5° Gefälle nach unten transportiert.

Vereinzelung

Aus einer Reihe vor Pellets gleicher Farbe soll genau ein Pellet entnommen werden. Da diese Funktion oft gebraucht wird soll der Aufbau sehr einfach sein und nur eine Bewegung per Servo ausgeführt werden. Die Ansteuerung der Servos erfolg über einen Arduino Servo Shield

Prototyp 1 ...
... für zwei Farben ...
... finale Anordnung
Prototyp 2 mit ...
... Servo-Shield
Servo PWM Positionen
2. Generation ...
... Disk fixiert ...
... mal 8

Farberkennung

Die Farbe eines Pellets soll schnell und eindeutig erkannt werden.

Farbsensor Eigenbau

Der Sensor besteht aus einer 5 mm RGB LED und einem Fototransistor mit Verstärkerschaltung. LED und Transistor sind in einem Winkel von 45° angeordnet, der sich bei Tests als günstig erwiesen hat und wenig störende Reflektionen und Umgebungslicht einfängt.

Pellets in Grundfarben
RGB-LED und Fototransistor

Farbsensor von Watterott

Farbsensor Module - ColorSense Module - Tests stehen aus
Arduino Sample

Sortierung

Testaufbau: Die Sortierung erfolgt mit Hilfe von zwei Kreisscheiben, die von Servomotoren bewegt werden. In beiden Scheiben ist ein 7 mm Loch für ein Pellet. Sind beide Löcher an der gleichen Position, wird das Pellet ausgeworfen. Sind die Löcher nicht deckungsgleich, kann das Pellet durch synchrone Bewegung der Servos an eine Position bewegt werden.

Im aktuellen Setup ist damit steuerbar:

Holen eines Pellets aus einen zuführenden Röhrchen
Erfassung der Farbe mit einem Farbsensor
Auswurf des Pellets in eines von sechs Fächern

Test-Rack
Servos und Scheiben
Zuführung und Farbsensor
Zuschnitt von Winkeln für Separatorfächer
Separatorfächer
Separatorfächer
Sortierung Tests
Achtfach-Sorter ...
... mit Servos

Farberkennung per Software

Die eigentliche Erkennung der Farbe erfolgt analog zur Farberkennung in der Wikipedia per Quantifizierung. Die drei Messwerte für rot, grün und blau werden dabei als dreidimensionale Koordinaten X, Y und Z im RGB-Raum interpretiert. Es wird eine Reihe von Messwerten aufgenommen und nach dem Muster "wenn dominante Farbe rot dann klassifiziere Pellet rot" verarbeitet.

Der Mittelwert aller Messwerte zu einer erkannten Farbe ergibt einen Markerpunkt. Spätere Messwerte ermitteln mit Hilfe der Euklidischen Distanz den nächstgelegenen Markerpunkt und ordnen damit das Pellet einer Farbe zu.

Zur Visualisierung der Messwerte in RGB-Raum wird aus Processing eine Datei im OpenSCAD Format erzeugt: Datei:3D diagram example colors.scad (für Wiedergabe der Farbe nur Preview Rendering / 'F5')

Visualisierung von Farbmesswerten in Processing
Visualisierung von Farbmesswerten in OpenSCAD

Aufbewahrung

Die Pellets werden in Platikflaschen nach Farben sortiert aufbewahrt. Die Pellets können mittels eines drehbaren Stabes durch eine Öffnung im Boden aus der Flasche gefördert werden.

Prototyp
Rack aus Alu-Elementen
Flaschen
Stab
Getriebemotor am Stab

Aufbau als vertikales Bild

Test

Zwei Plexiglas Platten im Abstand von gut 6 mm, mit vertikalen Kanälen aus Nylonschnur als 'Spacer'. Für den Spacer sind 1,5 mm Durchmesser rechnerisch optimal.