自動色分け

質問

プラスチックで作った1つのレーン（Mレーン）があります。
そこに3色の球（青・白・黄）をごちゃ混ぜにして流します。
AレーンとBレーンの2本に分岐しています。
つまりMレーンが途中でAレーンとBレーンにわかれているということです。
分岐点には可動式ガイドがついていて、MレーンからAレーンかMレーンからBレーンのどちらかに流れるようになっています。

今回、Aレーンに黄の球・Bレーンに青の球という仕分けの作業を自動化したいと考えています。
ちなみに白の球はどちらに言ってもいいです

Basicのプログラミングならかじる程度（なめる程度）はやっています。

できるだけ安値で仕分けするシステムを作れないものでしょうか？
できるだけ軽量である必要があります

どなたかアドバイス願います

回答No.10

dahho

皆さんの意見を参考にしてもっとアナクロな方法を考えました。部品は最小限の場合、LED１個、フォトトランジスタ１個、DCモータ１個、電源、＋プラスチック板だけです。可動式ガイドは必要なくなるかも。

１．オレンジ色LEDとフォトトランジスタをボールからの反射光を検出できるように配置。オレンジ色LEDなので、青玉や何も無いときはフォトトランジスタはOFF。黄色と白はON。
２．（電流が弱ければフォトトランジスタの電流を普通のトランジスタまたはリレーを使って強くする）
３．電流でDCモータを回転。モータの軸には水車のようにゴムor柔らかいプラスチックの板orブラシのような毛をつけておく。これをＴ字路のレーンに配置すれば黄、白の時はモーターが回っているので横道にはじかれる。青白は何もしない。（Ｔの右から来て左に通過or下にはじかれる）

もっと改良するなら、リレーもしくはトランジスタを３路スイッチのようにして黄白のとき右回転、青白のとき左回転のようにすれば玉が羽に引っかかって詰まるのを回避できる（Ｔの下から来て左右にはじかれる）

今回の使い方ならトランジスタもリレーも役割はスイッチ。電圧をかけたらスイッチがＯＮになるものと思えばいいでしょう（フォトトランジスタは光がＯＮＯＦＦを決める）。リレーはトランジスタより高くて重いと思います。規格表を見て許容電流とか電圧を正しくする必要はありますが…。フォトトランジスタの代わりにフォトダイオードを使うこともできますが、これはＯＮＯＦＦでなく光に比例して電流が流れる。

秋月は既に#9で紹介されているので共立電子を参考URLに書きます。秋月と同じく通販可です。
ロボコンなどを見ていて壊れて動かないのを見るとイライラします(^^;。何事もシンプルなほうが丈夫で強いと思います。がんばってください。

参考URL：

http://eleshop.kyohritsu.com/

お礼

ありがとうございました

回答No.9

sego

＃１です。

ＰＩＣはオペアンプでねちねちやるより簡単です。ＡＤを数チャンネル内蔵しているタイプもあり、タイマー（遅延）や判定、などかなり複雑なロジックを簡単に構築できます。メカニカルやアナログ制御に最適ですが。多少修行期間が必要です。

色識別ですが１００円前後のフォトカプラかＣＤＳなどの受光素子と、１００円前後青ＬＥＤと黄色ＬＥＤを使うとします。ボールの制御はソレノイドか手作りのコイル（電磁石）をＰＩＣの出力ポートをＦＥＴかトランジスタなどで増幅して駆動（逆起電力防止ダイオードやスナバ回路を忘れずに）ＬＥＤもＰＩＣ出力ポートからトランジスター等で増幅します。受光素子はＡＤポートに入力します。（殆どが電源電圧から０Ｖの入力なのでオペアンプ（レールツレール単電源オペアンプなどがお薦め）で調整する必要があります。

たとえば、ソレノイドなどでボールをせきとめ、（黒く塗るか囲う）青のＬＥＤを点灯したときと黄色を点灯したときの受光素子の値で色判定できます。
青ボールなら　青ＬＥＤ点灯時受光素子が最大
青消灯し黄色ＬＥＤ点灯時受光素子が中レベル反応します。白ボールなら青ＬＥＤと黄色の差が殆どでません。黄色ボールは青の逆になります。ＰＩＣに受光素子がフォトカプラなら、青点灯ＡＤ読み込み１００ｍＳ程度、黄色点灯ＡＤ読み込み１００ｍＳ程度でいちいちとめなくても良いかもしれません。もっと高速に出来るかもしれません。理論的には、１ｍＳｅｃ程度まで出来るはずですが。ボールの選別はソレノイドなどでレールの下をソレノイドで底板を空けたり締めたり（宅急便の配送センターなどではそこを斜めにする）などありますが、色々考えられるでしょう。
ソレノイドは新品を購入すると結構な金額（２千円前後）する場合があります。予算が厳しい場合はリレーなどをバラスとか、古い家電品ビデオ・カセットなどから部品をとると良いのでは？

ＰＩＣやセンサーはここがお薦め。
Ｃ言語系やマシン語系とＢＡＳＩＣ系（スタンプ）があります。
http://akizukidenshi.com/

ソレノイドは
http://www.rakuten.co.jp/tsukumo/all.html

オムロンのリレーやセンサーはここでも
http://www.rswww.co.jp/cgi-bin/bv/home/Home.jsp?cacheID=jpie

千石
http://www.sengoku.co.jp/

若松
http://www.wakamatsu-net.com/biz/

お礼

お忙しい中こんな私のために時間を割いてくださりありがとうございました。
非常に詳しい説明に感謝しています。
また、問題にぶち当たるかもしれません。
そのときは何卒よろしくお願いします。

ソレノイドがあると便利だと思いました。
正直ソレノイドというものが何なのかもわからなかったしソレノイドという名前すら聞いたことがなかったです。
使いたいとは思いましたが、お金をかけてはいけないというのが大会の原則ですので今回はほかのもので代用しようと思います。

お世話になりました。

回答No.8

kyoyasai

＃２です。キーエンスのカラーセンサーは安いので再検討願います。

各出力にリレーを接続すれば、後はリレーの接点でモーターかソレノイドを動かせば振り分け可能です。

カラーセンサーの取り付けは、ボールの速度を考えてボールが振り分け部に噛み込まない様に十分上流に付けてください。

＞ロボコンはＮＨＫとは無関係の催しですよね。内容が違うので一様確認。

参考URL：

http://www.keyence.co.jp/switch/kouden/cz_v20/spec01.jsp

回答No.7

DIGAMMA

#6追記

小さな本屋さんでも「トランジスタ技術」という月刊誌を置いていると思います。その本の大部分は電子部品の広告ですので、売っている店や値段がわかります。
また、大きな本屋さんの専門書コーナーには、いろいろな知識やヒントが書かれた本があると思います。

学校の宿題や卒論研究なら「以上で終わり」です。そうでないなら、予算と工期と何よりも「何に使う装置なのか」を教えていただかないと、他の回答者もお困りだと思います。
（画期的な新製品で特許申請予定ならあきらめますが）

補足

丁寧な回答ありがとうございます

>予算と工期と何よりも「何に使う装置なのか」を教えていただかないと、
>他の回答者もお困りだと思います。
>（画期的な新製品で特許申請予定ならあきらめますが）
すみません確かに説明不足ですよね。
この際だからいいます。
ロボコンに出場するロボットに組込みたかったのです。
学校からも何チームか出場するのですが、僕たちのチームはこっそり一般枠で出場しようと思っています。
ですから、学校の先生には聞けずここで皆さんのお力を借りようと思ったのです。
ほかのチームを驚かしてやろうという気持ちもありましたので、、、

すみませんでした
なんか人を頼りすぎちゃってたみたいで
今月の28日までには動く状態にしておかないと出場権がなくなるので、かなりあせっているのも事実であります
長くなってスミマセン

回答No.6

DIGAMMA

こんにちは、専門校の講師風に書いてみました。ご参考になれば幸いです。

まず、色は無視して、ボールの通過を感知するセンサを作る必要があります。
発光ダイオードとフォトトランジスタの組み合わせが良いと思います。
透過式と反射式がありますが、後で色判断が出てきますので、反射型にしてください。

次にセンサからの信号を適切な電圧と必要な電流が確保できるようにする必要があります。フォトトランジスタの後段にトランジスタアンプかOPアンプを接続するのが一般的ですが、モーター等を直接繋ぐのか、パソコンを繋ぐのかでは設計が大きく異なります。

ボールの通過により、モーターを回すとか、パソコンのif文で処理を変えることに成功したら、ダイオードの色を変えたり、色付きセロハン（カラーフィルタ）を使って、２色を区別することに挑戦してください。これは、センサとの距離を変えたり、周りを覆うなどの微調整が必要です。

色の識別に成功したら、振り分けるメカの駆動が必要です。モーターで直接制御できれば簡単です。電磁石（ソレノイド）なら、もっとすばやく動かせます。パソコンで制御するなら、パソコンからの信号を、モーター等の駆動電圧に変換する回路が別途必要です。

補足

フォトトランジスタなるものは一応調べて理解できました。ところでフォトトランジスタや反射式センサーやといったものはどこで購入できるのですか？
なるべく安いほうがいいです。
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今まで回答してくださった皆さんのおっしゃっている商品の値段なども知りたいです。
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まだいまいちトランジスタについて理解できないのですが、トランジスタではなくリレーとかないものですかね
リレーなら仕組みも配線もわかるんですが。。。

回答No.5

kyoyasai

＃２です。まず間違いを訂正します。　白と黄色を設定して→青と黄色を設定して　です。
カラーセンサーＳＡ-1Ｊの３色タイプなら、出力をリレー受けすればソレノイドぐらいは、センサーの設定だけで動かせます。
金額と方向性が違うようなら補足願います。ＰＬＣが専門なので基盤を作る方向だと一般人。

参考URL：

http://www.idec.com/japan/

補足

これはちょっと高すぎると思います。。。
それよりプログラムを組まずアナログでもできるっていうのに魅力を感じたのでどなたかもう少し詳しくお願いします

ちなみに球の割合はこんなもんです
白球：青球：黄球＝40：5：5

2,3個の割り振りエラーなら問題ないです

回答No.4

mukichan

1）レーンを邪魔板等で絞って3色混在の球を一列に整列されるようにします。必要処理能力に応じて一列になるサブレーンの数は設定してください
2）各サブレーンで青、あるいは黄色のみ識別できるセンサーを設置し、サブレーン出口で青、もしくは黄色だけ設定されたレーンに分けるようにします。エアでとばすもよし、ソレノイドピストンで弾くもよし
3）問題は一列になった球が等速でサブレーン出口に供給されることが必要です

球は転がりやすいので等速供給は結構簡単に思えます。
レーンを規制する絞り方でジャムの発生率は調整可能かと存じます。健闘を祈ります

補足

>1）レーンを邪魔板等で絞って3色混在の球を一列に整列されるようにします。必要処理能力に応じて一列になるサブレーンの数は設定してください

サブレーンとは何ですか？

回答No.3

Ideasforlife

実際の稼働環境、球の処理の頻度（流れてくる量もしくは間隔）、許容されるエラーの大きさ　および　使用頻度もしくは稼動時間　などの情報がなければ、
仕分けする原理は回答できても、それが実行可能な安価な構成で実現できるかどうかが、わからないですね。

No.1の方への補足を拝見する限り、単に設計のヒントが欲しいというスタンスのご質問でもないように思えますが、それでしたら、もう少し使用目的を含めた、種々の条件を補足なさってはいかがでしょうか。

特に背景の光の状況と、球が流れる速度と頻度は、球の色をセンシングするシステムの構成を考える上で非常に重要な情報です。それと、機能が仕分けだけならば、オールアナログでもいけるでしょう。プログラムは不要かもしれません。

余談ですが、ここで大まかな設計方針が得られるなら、設計にかかるコストがそれなりに落とせることができ、かなりのコストダウンになりますね。

補足

>No.1の方への補足を拝見する限り、単に設計の．．．
はい、察しのとおり設計のヒントがほしいのです。
まだ、レーンは完成していません。

>球の処理の頻度（流れてくる量もしくは間隔）．．．
間隔は非常にあいまいですが、タイマー式の仕切りを入れるつもりなので球の間隔は空けられると思います

>特に背景の光の状況と、球が流れる速度と頻度は、球の色をセンシングするシステムの構成を考える上で非常に重要な情報です。それと、機能が仕分けだけならば、オールアナログでもいけるでしょう。プログラムは不要かもしれません。
ホントですか？機能は仕分けだけです

>もう少し使用目的を含めた、種々の条件を補足なさってはいかがでしょうか。
ごめんなさい、そうですよね
球の直径は38mmでレーンの幅は約40mmです
レーンの材質は透明なプラスチックの予定ですが、周りを板で囲んでレーンの一部を真っ暗にすることもできます

長くなってしまいましたが引き続きご指導お願いします

回答No.2

kyoyasai

白と他の球なら簡単なんですけどね。
条件として、
１．３色の球は可動式ガイドが動作出来るだけの間隔を開けて流れて来ること。それが出来ない時は可動式ガイド部に球を１個１個分ける機能があること。
２．白色の球は前に流れた球と同じレーンに流れること。
をクリアー出来るなら、カラーマークセンサーで白と黄色を設定して信号を出せば可能です。

補足

>２．白色の球は前に流れた球と同じレーンに流れること。

はい、白球は前に流れたレーンに流れても問題ないです
要は青か黄色かで流れるレーンを変更したいだけです

回答No.1

sego

２つのフォトダイオードかＣＤＳ（反応遅い）にカラーフィルターか光源が青色ダイオードか黄色系ダイオードの光源を当てるとフォトダイオードの信号をＡ／Ｄ変換して読み取ると青用フォトダイオード＋青フィルター（又は青色発光ダイオード）が大きい値を示します。それともうひとつのフォトダイオードと＋黄色フィルター（黄色緑系発光ダイオード）を上と同じようにサンプリングするとその比率で青、白、黄色がわかります。

色などが安定していれば、センサー１個と青色発光ダイオードと球体通過センサだけでも大丈夫です。
外光が入らなければ青は青に反応して最高値になり黄色は反射が悪くなります。中間はしろ？？
通過センサーは市販品で、色フィルターならカメラ用のフィルター（ケンコー）などがありますが発光ダイオード式が安いです。

補足

もうすこし具体的にわかりやすく教えていただけませんか？
値段や必要なものについても教えていただければうれしいのですが

PICを買うべきでしょうか？
プログラムはどんな感じにしたらいいですか？