Вернуться к разделу "Материалы по сканированию и оцифровке бумажных книг".

Концепции самодельного робосканера

Ставится задача: повторить из общедоступных узлов (и улучшить для надёжности) конструкцию самодельного японского робосканера.

Предлагается совместно разработать подобную конструкцию (пока ещё не существующую).

Основные принципы:

1. Робосканер должен полностью автоматически сканировать книгу (самостоятельно перелистывая её страницы). Допускается только присмотр оператора (за ходом работы аппарата).

2. Конструкция обязана состоять только из общедоступных (бытовых) узлов и элементов (чтобы максимальное количество людей смогло построить себе такой аппарат).

3. В конструкции нельзя использовать цифровой фотоаппарат (плохое качество) - только бытовой CCD-сканер. Причина в том, что робосканер задуман для DjVu-книгосканирования - а не для обыкновенного OCR.

4. Для перелистывания страниц нельзя применять резинковый перелистыватель (как у японца) - потому что эксперименты доказали его крайнюю ненадёжность. Пока лучшее решение - вакуумная присоска.

5. Совершенно неприемлемой выглядит схема, когда сканируемая книга неподвижна, а движется сканер. Это быстро приведёт к выходу сканера из строя - из-за постоянных микроударов по чувствительным электронным и электромеханическим узлам сканера.

Возможная общая концепция:

За основу берётся японский вариант. Изучите его внимательно, прежде чем продолжить чтение.

Сканер переворачивается вверх дном (при необходимости потроха сканера укрепляются, чтобы не заклинивали/не падали на стекло).

Используются самодельные (из металлических реек) балансирные весы для перемещения платформы с книгой вверх-вниз.

Как и в японской конструкции, используется противовес. Его вес подбирается немного меньшим, чем вес книги (и у японца так же). В результате противовес значительно "облегчает" книгу (что снижает требования к мощности двигателя), а также "облегчённая" книга уже не так резко плюхается вниз после отсканирования каждого листа.

Двигатель находится внизу конструкции. Тросик прикреплён к платформе с противовесом. При включении двигателя тросик медленно наматывается на шкив двигателя, противовес тем самым ползёт вниз, а книга - вверх.

Качественное прижатие обеспечивается надувной подушкой, подкладываемой под книгу и регулируемым датчиком сопротивления - выключающим двигатель в момент, когда нагрузка на него достигнет порогового значения.

Идея использовать для перелистывания страницы движущуюся каретку сканера (в специально для этого запускаемом режиме "предварительное сканирование" (prescan) - после каждого отсканирования очередного листа) оказалась ошибочной - каретка сканера слишком хлипка для этого.

Концептуальная схема работы:

1. Книга находится внизу. Двигатель (внизу) включается (команда с компьютера) и начинает наматывать на свой шкив тросик (через редуктор). Тросик (прикреплённый к противовесной платформе весов) при этом тянет противовес вниз - а книга ползёт вверх.
2. Доезжая до самого верха, книга плотно самоприжимается к стеклу. При этом срабатывает датчик сопротивления - и электромагнитная пружинная защёлка запирает книгу в таком положении (команда с компьютера), а также двигатель выключается (команда с компьютера).
3. Сканируется страница.
4. Электромагнитная пружинная защёлка отпирает книгу (команда с компьютера).
5. Книга опускается вниз под силой тяжести (плавно под действием подтормаживателя).
6. Перелистывается страница.

Узлы сканробота:

1. Включение-выключение двигателя и электромагнита предлагается производить исполнительным устройством (ИУ), которое управляется программными командами с компьютера. Это электронное устройство стоит 700 рублей и высылается почтой по России (а также продаётся в филиалах магазина во многих российских городах).

2. В качестве электромагнитной пружинной защёлки (и электромагнитного привода) предлагается использовать бытовой дистанционный электромагнитный замок (используемый в комплекте с видеодомофонами).

3. В качестве двигателя с редуктором предлагается использовать бытовой проводной шуруповёрт на 220 вольт. Он обладает встроенным ступенчатым планетарным редуктором и трещоткой, надёжно защищающей его от перегорания (бытовая электродрель не подойдёт - у неё нет ни встроенного редуктора, ни защиты двигателя от перегорания).

4. В качестве тактильного датчика (датчика прикосновения) предлагается использовать (при необходимости) компьютерную мышь. Кнопки мыши рассчитаны на тысячи кликов - а значит, исключительно надёжны и износоустойчивы. А оптический сенсор мыши - крайне чувствителен и практически не подвержен износу.

4. Платформа, на которой непосредственно лежит книга, должна быть двухстворчатой (как у японца) - а не монолитной, т.к. толщины стопки левых и стопки правых листов книги - есть величина переменная - в процессе сканирования. Как вариант - сделать под створками единую надувную подушку-подкладку (чтобы книга равномерно прижималась к стеклу сканера).

5. Пространственную конструкцию скан-робота можно сделать из стандартных гипсокартонных жестяных реек (или алюминиевых уголков) и кусков гипсокартона (или фанеры).

6. Подтормаживатель (устройство, которое не позволяет книге плюхаться на пол - а только плавно опускаться вниз - аналог дверного доводчика) можно сделать так:

В кассетных магнитофонах стоит тормоз - чтобы кассетница медленно открывалась. Уустройство замедления состоит из двух колец, вставленных друг в друга, и смазанных густой смазкой. За счёт того, что кольца плотно друг в друге сидят, и смазка между ними густая, они друг на друге крутятся оооочень медленно с постоянной скоростью. Можно просто к плоскому шкиву, по которому идёт тросик подъёма книги, прижать пружинкой плоский диск и между ними вазелину немного, тоже будет работать как тормоз. (Автор идеи: Мур)

7. Регулируемый датчик сопротивления (устройство, которое отключает электродвигатель, как только механическая нагрузка на его вал превысит некоторое (заранее регулируемое) значение) можно сделать так:

Шуруповёрт трещоткой оборудован - готовый датчик. Регулируя усилие, можно подстроить под любую конструкцию порог срабатывания трещотки. Крутим шуруповёртом, прижимаем книгу, как только трещётка щёлкнула - останавливаем мотор и сканируем. Прямо в трещотку вделать контакт - который замыкается/размыкается - когда она трещит. (Автор идеи: Мур)

Проблемы:

1. Как и из чего сделать вакумную присоску? Предлагается компьютерный кулер. (Варианты: автомобильный пылесос или аквариумный компрессор). Как им управлять?

2. Конструкция листателя пока совершенно не разработана.

Выдержки из форумов:

Гусеничный перелистыватель

Это прототипная концепция, идею которой предложил dmitry_aleshin2.

Синий цвет - это 2 вала, на концах каждого вала - по 2 шкива.
Зелёный цвет - это гусеницы.
Красный цвет - рамка-перелистыватель. Она - П-образная - чтобы учеть переменную толщину книги.
Чёрный цвет - платформа, на которой лежит книга.

При этом, естественно, при перелистывании красная рамка проходит выше чёрной платформы, а возвращается назад - ниже чёрной платформы.

Я надеюсь, что для вращения ведущего вала достаточно применить обыкновенный - не шаговый - двигатель, потому что тут не нужна высокая суперточность позиционирования.

К этой конструкции ещё нужно добавить вакуумную присоску (лучше всего компьютерный кулер). Роль присоски сводится только к тому, чтобы слегка приподнять вверх перелистываемую страницу и завести под неё рамку-перелистыватель (красного цвета). А потом просто вернуться (присоске) в некое исходное положение (в котором присоска не мешает проезду книги мимо неё). Само перелистывание осуществляется уже непосредственно рамкой-перелистывателем.

Обобщенная концепция листателя мне видится так:

1. Вакуумная присоска используется только для того, чтобы присосаться, чуть приподнять вверх листаемую страницу - и сразу же завести под перелистываемую страницу некую типа проволочной рамки-перелистывателя. И всё, дальше присоска убирается в исходное положение - на этом её миссия исчерпывается на данном сканируемом листе.

2. Непосредственно перелистывание производится уже вот этой проволочной рамкой-перелистывателем - которая толкает страницу и тем самым её перелистывает.

Листать именно только одной лишь присоской (без рамки-перелистывателя) ИМХО ненадёжно. Лист сто раз отклеится от присоски в процессе перелистывания по массе причин, связанной с присоской.

Вот вариант прототипа листателя:

Используются дверные петли. Откидная панель-пандус ходит на петлях вверх-вниз. Вверх её тянет моторчик на тросике (красный цвет). На конце пандуса - похожая конструкция - тоже на петлях мини-пандус ходит на петлях вверх-вниз - только уже наоборот повёрнут ("зёв в зёв") (синий цвет). На кончике мини-пандуса закреплена присоска. Мини-пандус поднимается вверх электромагнитом (не показан).

Схема работы: пандус опускается вниз плавно на тросике. Включается присоска и ухватывает страницу. Электромагнит включается и приподнимает мини-пандус (с присоской) чуть вверх. В образовавшуюся щель въезжает сбоку проволочная рамка-перелистыватель (жирная зелёная стрелка) и переворачивает страницу.

Всё это можно собрать из отвёрток по 199 рублей, электромагнитного замка (для видеодомофона) и тактильных датчиков из кнопок мыши.

А вот ещё один вариант:

Здесь и пандус, и рамка-перелистыватель хитрым образом криво изогнуты. Присоска укреплена просто на конце большого пандуса. Когда присоска ухватит лист, рамка-перелистыватель начинает двигаться и своим движением за счёт изогнутости просто выталкивает вверх пандус с присоской - по ходу движения подлезая под страницу - и далее перелистывая её.

Примечание: рамка-перелистыватель просто ездит в горизонтальной плоскости туда-сюда на каких-нибудь рельсах. Привод - автомобильные дворники на пойдут? Они же тоже плавно туда-сюда ходят.

Проблема ухватывания ровно одной страницы по-моему включает в себя ещё и проблему гарантированного отделения ровно одной страницы от всех нижележащих. Здесь могут быть случаи, когда и присоска не справится - если часть страниц в силу каких-то причин (влажность, качество бумаги, и т.п.) крепко самоприклеится друг к другу. Присоска ухватится за самую верхнюю страницу и потянет вверх весь склеившийся воедино блок страниц - так и не сумев отцепить ровно одну страницу от всех остальных.
Может, понадобится делать присосавшейся присоской сначала горизонтальные движения - а только потом вертикальное?

В любом случае, перед подобным робо-сканированием нужно будет предварительно готовить книгу: "распушивать" её страницы - чтобы поменьше "склеивались" друг с другом, "разламывать" переплёт - чтобы снизить риск самосхлопывания раскрытой книги.

Вот придумал ещё одну идею листателя:

Две резинки прижимаются к листу и одновременно движутся друг к другу. Лист книги вздыбливается между ними горбом (красное). Под горб заводится листатель и толкает лист.
Недостатки: непредсказуемая форма и место появления горба. Корёжение листа книги.

А вот ещё одна идея:

Край книги немного заламывается и приопускается вниз (красное). Можно просто приопускать правую платформу на заданную величину. Синяя резинка сбоку наезжает на лист и за счёт выгодного угла атаки зацепляет ровно 1 лист. Угол атаки в идеале должен составлять 45 градусов. Этим достигается максимальное отрывное усилие по сдвигу-отрыву верхней страницы от нижележащих. Это я ещё проверю экспериментально на разных книгах.

И ещё - мне кажется, что резинка - не лучший тут выбор. Пальцем руки эффективнее получается - значит, надо искать материал, имитирующий качество пальца. Какая-нибудь матрица микропальцев из мягкой резины, слегка расплющивающихся при прижатии. Может, их макать в едва-уловимо-влажную тряпочку перед каждым сканируемым листом.

О! Идея! А что, если использовать не просто резинку, а ... резиновую присоску! Два в в одном, так сказать. Чтобы она присасывалась под нажатием движущегося перелистывателя. Причём подобрать присоску с малым присасыванием - чтобы она в нужный момент отрывалась от страницы (движущимся перелистывателем).

Кстати, проще не приопускать перелистываемую страницу - а приподнимать соседнюю. Просто надо подложить на земле какую-то кочку - чтобы при опускании книги до земли левая половинка платформы легла на кочку, а правая - на землю, и тогда левая половинка платформы окажется выше правой. А при подъёме наверх чтобы половинки самоуравнивались по высоте.

Правда, есть опасность схлопывания книги. Вот идея о возможной защите от схлопывания:

П-образная подпружиненная рамка, поворачивается под действием веса книги и прижимает левые страницы - когда книга в самом внизу и левая половинка выше правой (т.е. опасность схлопывания). При движении книги наверх рамка отпружинивает назад и пропускает книгу наверх.

Эта схема требует по приводам: 1 двигатель вверх-вниз, 1 влево-вправо, и ЭМ-фиксатор тросика наверху. И всё. И никаких кулеров, никаких доп. двигателей.

Конечно, будут такие книги, которые по разным причинам не получится так авто-отсканировать. Но 80-90% книг - получится - так и достаточно.

В конструкции следует предусмотреть возможность простого монтажа-демонтажа сканера (не покупать же 2 сканера - для робота и просто).

Немного фантастики: разрабатывают липучку, которая "приклеивается"-"отклеивается" при включении/выключении тока:
http://www.computerra.ru/xterra/homo/28078/
http://www.nanonewsnet.ru/blog/nikst/prilipayushchaya-nanolenta-luchshe-chem-lapa-gekkona
http://www.membrana.ru/articles/glob...19/191200.html
http://www.osp.ru/cw/2007/25/4253665/

Коллективное обсуждение:

Конструкция скан-робота обсуждается на Форуме Натахаус здесь. Все желающие могут присоединиться.

Ссылки:

Самое важное:

1. Cамодельный японский робосканер

2. NK150 - 8-ми канальное исполнительное устройство (блок реле)

3. Оцифровка бумажных документов (Опыт домашнего изготовления самодельного фото-сканера)

Промышленные книжные сканеры:

1. ATIZ BookDrive поможет сканировать книги

2. 4digitalbooks automatic book scanning solution

3. Сканеры для книг и сшитых документов ImageWare Bookeye

4. Роботизированный книжный сканер ScanBot
    Ролик, демонстрирующий работу сканера
    Cайт производителя робота

5. Книжные сканеры

6. Всероссийская премьера автоматического книжного сканера

7. Kirtas APT BookScan 1200 – автоматический сканер книг

Форумы:

1. Роботизированный книжный сканер ScanBot (Форум Натахаус)

2. Разработка робота - полного автомата для сканирования книг

3. Обсуждение планетарных сканеров с Tim'ом из Ленинки (который на них работает)

Статьи:

1. Cопряжение компьютеров с внешними устройствами

2. Работа с параллельным портом в Windows NT

3. Нестандартное использование COM-порта

4. Управление электроприборами средствами LPT-порта компьютера

5. Как с помощью компьютера управлять домашней перепелиной фермой

6. Как управлять домашними электроприборами с компьютера

7. The Book Scanning & Digitising Process

Hardware:

1. NK150 - Программируемый 8-канальный исполнительный блок.

2. MK305 - Программируемое устройство управления шаговым двигателем

3. I/O Ports Uncensored - 1 - Controlling LEDs (Light Emiting Diodes) with Parallel Port

4 I/O Ports Uncensored Part 2 - Controlling LCDs (Liquid Crystal Displays) and VFDs (Vacuum Fluorescent Displays) with Parallel Port

5. МНТЦ продает набор Кулибин за 12.000.

6. Что такое "Шаговый двигатель":
http://kazus.ru/shemes/showpage/0/843/1.html
http://market.elec.ru/nomer/16/stepper-motor/
Вещь слишком сложная и дорогая. Хорошо бы обойтись без неё.

7. "Как выбрать шуруповёрт"

8. Сайт, где можно заказать контроллер

9. Как собрать свой контроллер за 10 долларов:
http://stepmotor.ru/articles/kontrsxem.php
http://stepmotor.ru/articles/controllersam.php

10. Способ переворачивания страниц 1
11. Способ переворачивания страниц 2
12. Способ переворачивания страниц 3

Робофорум:

Самое интересное:

Кто разбирал шуруповерт?

199 рублей за мотор-редуктор с аккумуляторами!!!

Вакуумный насос

Манипулятор для записи дисков

Что такое сервопривод

Прочее:

Мотор-редуктор авто стеклоподъемников - доработка полезная

Мотор-редукторы

Самодельный редуктор (ногами не пинать))

Недорогой редуктор

шаговые двигатели из CD/DVD-rom, кто пробовал?

Двигатель, мотор для робота - как выбрать ?

Редуктор маршевых двигателей пылесоса

Интересный редуктор

Несложный способ изготовления редукторов

НАРОДНЫЙ редуктор (Чертежи, рассуждения, сервы и т.п.)

Создание редуктора с нуля (Как самому сделать редуктор)

Моторедукторы стеклоподъемников - параметры

"Крышечный" редуктор. вырвано из темы "4х-ногий робот"

Линейный привод - как сделать ?

Двигатели.

Позиционер от scrolla мыши

Колесо на вал двигателя

Вероятно дешевый сервопривод! (из центрального замка)

Редуктор

Мотор-редукторы цилиндрические. Кто что знает, где купить?

Как управлять сервомоторами?

Манипулятор для записи дисков

Соленоидный привод

Что внутри сервы?

фигня с э/мотором

Сервы - вопросик!

Микромоторчик с червяной шестеренкой

Проблема с двигателями от дворников

Помогите! (автомат передач на велосипед)

Двигатели из кулеров

Редукторы

Расчет мощности двигателей

Что можно взять из автомобилей

передача усилия от серва

Автор: monday2000.

30 ноября 2008 г.

E-Mail  (monday2000 [at] yandex.ru)