Последователь промышленной линии для поставки материалов

Необходимые инструменты и машины

	3D-принтер (общий)
	Лазерный резак (универсальный) У меня нет лазерного резака, поэтому я заказал резку онлайн, и это оказалось отличным, так что не беспокойтесь вам не нужны эти дорогие инструменты для создания этого проекта
	Паяльник (общий)

Приложения и онлайн-сервисы

	IDE Arduino
	Autodesk Fusion 360

Об этом проекте

Вы когда-нибудь задумывались, как работают эти причудливые роботы, которые транспортируют детали на сборочные конвейеры? Я видел таких роботов на заводе Opel здесь, в Польше, я задавал много вопросов, и они мне объясняли, как это работает, я сразу понял, что это просто действительно продвинутый последователь линии. Вместо черной ленты - магнитная полоса, а вместо световых датчиков - магнитные датчики, также есть много устройств безопасности и других умных вещей. Но в этот момент я начал думать, что, может быть, я смогу построить свою собственную меньшую, более дешевую, основанную на Arduino версию с открытым исходным кодом такого робота, который сможет разумно перемещать вещи? Звучит как большой вызов, вот что мне нравится!

Дизайн

Перво-наперво я спроектировал это ... на бумаге! Да, на бумаге с карандашом в руке :) Зачем проектировать на бумаге, если у вас есть отличное программное обеспечение САПР? Есть несколько преимуществ, о которых я слышал от других людей, а затем подтвердил их сам. Вы действительно свободны, нет никаких ограничений на бумагу, никаких отвлекающих факторов, просто пустое пространство и карандаш, который упрощает работу. Это также быстрее, вам не нужно беспокоиться о размерах и окончательной форме, если вам не нравится что-то, что вы нарисовали, вы можете просто нарисовать это снова, и когда вы увидите все свои рисунки сразу, вы можете объединить их вместе и подобрать с новыми идеями :) Было очень легко нарисовать его на бумаге, чтобы найти общую форму, которая мне нравится, а затем перейти в САПР, чтобы добавить некоторые размеры к моему рисунку. Очень рекомендую всем эту технику! Вот мои рисунки (эти красочные линии справа - творчество сына моего брата)

Конечно, мои рисунки не очень хороши, и если вы умеете рисовать, вы сделаете что-нибудь лучше за 5 минут, но раньше я очень плохо рисовал, и приведенный выше пример мне кажется многообещающим. Затем я создал проект САПР на основе этого чертежа. Я с самого начала знал, что некоторые части этого робота будут напечатаны на 3D-принтере, но я не хотел делать его полностью напечатанным на 3D-принтере, и я хотел экспериментировать и пробовать что-то новое (как всегда). В конце концов, я решил вырезать некоторые детали на лазерном резаке, но у меня его нет, и я никогда не проектировал что-то для лазерной резки, научился это делать и заказал в Интернете. В качестве материала я выбрал фанеру толщиной 4 мм (также можно использовать оргстекло или что-то подобное). Передняя часть робота напечатана на 3D-принтере и вмещает все датчики, электронику и аккумулятор. Вот рендеры моего дизайна, которые, на мой взгляд, выглядят фантастически!

Следующим шагом было заказать лазерную резку этих деревянных пластин, я из Польши, поэтому я нашел польскую компанию, которая делает это, чтобы сэкономить на доставке. Если вы хотите найти что-то вокруг себя, просто лазерная резка Google и название вашего города, вы должны легко найти что-то вокруг себя. Не забудьте спросить компанию, могут ли они отрегулировать смещения для этих деталей, чтобы суставы пальцев подходили идеально (мы должны это сделать из-за вещи, называемой пропилом, вы можете узнать больше об этом здесь). К счастью, я нашел компанию, которая позаботилась об этом за меня, спасибо!

Я очень боялся, потому что я никогда не проектировал для лазерной резки и никогда раньше не использовал детали для лазерной резки, но получилось красиво :) Файлы DXF для лазерной резки можно найти ниже в разделе приложений.

Чтобы завершить шасси, мне пришлось распечатать переднюю часть на 3D-принтере, это инструмент, который у меня есть, поэтому для меня это не было проблемой, если у вас еще нет 3D-принтера, подумайте о его покупке, они довольно дешево в наше время. Возможно, вы сможете найти его в школе или библиотеке, или, может быть, один из ваших друзей является энтузиастом 3D-печати. Файлы STL можно найти в разделе вложений ниже. Нет никаких конкретных настроек для 3D-печати, я использовал 2 периметра с 30% заполнением и высотой слоя 0,2 мм, вы должны использовать опору для печати этой части. Это займет около 8 часов, так что наберитесь терпения.

Как только ваш отпечаток будет готов, вы можете очистить его и прикрутить к фанерным частям, но я решил немного поработать. Опять же, это то, чего я никогда раньше не делал. Я отшлифовал свой отпечаток и раскрасил его, снова отшлифовал и покрасил, затем я использовал автомобильный наполнитель, чтобы сделать поверхность идеальной, затем еще немного отшлифовать и покрасить. Это заняло много времени, но я также многому научился, и просто взгляните на эту блестящую поверхность! Он идеальный, даже не скажешь, что его напечатали на 3D-принтере! 2 дня покраски и шлифовки, однозначно того стоит.

А вот детали, вырезанные лазером, и детали, напечатанные на 3D-принтере, подготовленные к сборке.

Arduino, датчики, двигатели, печатная плата ...

Но этот проект, конечно, не только в дизайне. Все управляется Arduino pro mini, подключенным к специальной печатной плате, которую я разработал во Fritzing (файлы макета печатной платы и дизайна можно найти во вложениях). Чтобы он работал самостоятельно, без участия человека, есть также линейные датчики и модуль RFID для обнаружения тегов, размещенных рядом с линией. Мост H, который управляет дешевыми и популярными мотор-редукторами, - это L293D, маленький и простой в использовании. Я также решил добавить в схему зуммер, чтобы робот мог издавать звуковой сигнал при обнаружении определенной метки RFID. Все работает от 2-ячеечной LiPo батареи (номинальное напряжение 7,4 В). Поскольку модуль RFID должен питаться от 3,3 В, мне пришлось добавить регулятор напряжения на печатную плату, чтобы он подавал правильное напряжение на модуль. Также есть ультразвуковой датчик для обнаружения препятствий, как говорится, безопасность превыше всего! Была одна проблема:считывание расстояния с помощью HC-SR04 занимает довольно много времени с точки зрения микроконтроллеров, поэтому я разработал другой проект (подробнее здесь), который упрощает и ускоряет обнаружение препятствий с помощью этого датчика. В этом нет необходимости, но это определенно упрощает работу.

Для сборки печатной платы вам понадобятся некоторые инструменты и компоненты (Arduino, L293D, некоторые разъединители, разъем батареи, зуммер, регулятор напряжения 3, 3 В). Вы можете узнать больше о том, как сделать печатную плату в домашних условиях и какие инструменты вам понадобятся здесь

Вначале я хотел фрезеровать свою печатную плату на фрезерном станке с ЧПУ, но решил использовать знакомый мне метод, называемый переносом тонера. Выше вы можете увидеть, как тонер переместился на медную плату. Затем я протравил свою печатную плату и почистил тонер. Вы также должны просверлить в нем отверстия, чтобы поместить внутрь THC (компоненты с сквозными отверстиями).

Пайка была невероятно простой, как и для самодельной печатной платы, обычно паять намного сложнее, потому что на ней нет паяльной маски *.

На нижней части печатной платы есть 5 перемычек (в представлении Fritzing о печатной плате они помечены как синие кабели), я действительно не люблю использовать перемычки, но с более сложными схемами и однослойной печатной платой их просто невозможно избежать. .

Как я уже сказал, для питания этого робота я буду использовать 2-элементную батарею LiPo, вы можете использовать любую другую батарею с аналогичным напряжением, вам не нужно использовать определенную емкость батареи (чем больше емкость, тем дольше ваш робот будет работать на разовая зарядка). Я также припаял разъем к плате, чтобы можно было легко подключить к нему аккумулятор.

Когда все припаяно, самое время проверить, работает ли оно, подключив к нему аккумулятор. Светодиоды Arduino должны загореться и не должно быть дыма :)

Если все работает нормально, мы можем сделать последнюю пайку с нашей печатной платой, нам нужно припаять кабели, которые мы позже припаяем к двигателям. Лучше сделать их немного длиннее, чем вам нужно, и обрезать позже, вы же не хотите, чтобы они были слишком короткими.

Печатная плата готова! Если у вас нет опыта изготовления печатных плат, попробуйте сделать это, это не так уж и сложно. Если вы предпочитаете подключать его с помощью кабелей или прототипной платы, вы можете сделать это свободно, но это может быть сложно вставить в переднюю часть робота. С PCB это легко сделать! Нам все еще нужно подключить все датчики к печатной плате, но сначала мы соберем шасси и прикрепим к нему все датчики.

Сборка

Пальцевые соединения деталей, вырезанных лазером, идеально подходят друг к другу, но чтобы сделать их действительно жесткими и долговечными, мы должны использовать клей. Это фанера, поэтому подойдет любой клей для дерева. Не используйте слишком много клея и очистите его в случае утечек. Он должен высохнуть в течение нескольких часов, чтобы мы могли сделать перерыв. Убедитесь, что все детали размещены правильно, после высыхания клея их уже нельзя будет изменить.

Через несколько часов мы можем продолжить сборку нашего робота. Пришло время прикрепить лицевую часть, напечатанную на 3D-принтере, к фанере. Мы бы не использовали для этого клей, как меня учили во время стажировки в CIT:использовать клей непрофессионально, забудьте об этом (но я надеюсь, что с деревом все в порядке). Мы будем использовать винты, расположенные снизу робота, убедитесь, что они короткие (скажем, 6 мм в длину), чтобы они не создавали коротких замыканий на цепях внутри детали, напечатанной на 3D-принтере. В этом способе крепления передней части к фанере хорошо то, что сверху этого не видно, нужно заглядывать под робота, это делает его намного лучше :) Рекомендую использовать шайбы для защиты фанера от деформации.

Вот так оно должно выглядеть до сих пор, такое чистое и безупречное!

Теперь смонтируем моторы и заднее колесо на шасси. Для этого вам понадобятся винты M3. Я также использовал шайбы для защиты фанеры.

Пора вернуться к датчикам, перевернуть робота, взять несколько винтов M3 и отвертку.

Сборка сделана! Было совсем несложно, чистое удовольствие. Теперь мы можем видеть форму робота со всеми сенсорами и моторами на своем месте. Мы действительно близки к завершению, но перед финальным тестом мы должны подключить все датчики к печатной плате.

Подключение

Этот шаг может занять некоторое время, это несложно, но действительно сложно провести все кабели через крошечное пространство передней части, напечатанной на 3D-принтере. Я обнаружил, что лучший способ - подключить кабели ко всем датчикам и модулям, пропустить их через отверстия в передней части и затем подключить к печатной плате.

Я хотел разместить всю электронику для этого проекта на левой стороне 3D-печатной детали, к сожалению, батарея оказалась немного больше, чем рекламируется, и мне пришлось поставить батарею с левой стороны, а электронику - на правая сторона. Но в этом не было ничего страшного, все идеально подходило для этого.

Также не забудьте установить ультразвуковой датчик.

Чтобы легко включать и выключать робота, я добавил такой переключатель на разъем аккумулятора. На задней панели также есть отверстие для переключателя.

Код

Прежде чем мы закроем заднюю часть передней части, мы должны загрузить код в Arduino pro mini. Нам нужно вынуть Arduino из печатной платы и подключить его к компьютеру с преобразователем USB-UART. Код для Arduino можно найти ниже. Все о коде объясняется в комментариях и на видео. Код также можно найти в веб-редакторе

Также есть специальная программа, которую я написал на C # для генерации задач для этого робота, она называется планировщик задач (вы можете найти файл .exe ниже). Он позволяет легко создавать задачи для робота, копировать их и вставлять в IDE Arduino перед загрузкой в ​​Arduino. Чтобы сгенерировать задачи для робота, вам необходимо знать идентификатор RFID-карты, для его получения вы можете построить простую схему, подробнее здесь.

Почти готово ...

Теперь можно закрыть заднюю часть передней части двумя створками и прикрутить их. Может быть сложно разместить все компоненты внутри, попытаться переставить их и разместить в разных положениях, чтобы закрыть створки.

Чтобы прикрутить его, вы можете использовать короткие винты M3, и вам не нужны шайбы. Это последнее, что нам нужно было сделать. Наш робот наконец-то готов к финальному тесту! Я потратил так много времени на его создание, я действительно счастлив, что теперь вижу, будет ли он работать так, как я планировал :)

Вот как это выглядит со всеми компонентами на своих местах, электроникой, спрятанной в передней части, и датчиками, установленными на роботе. Единственным недостатком является то, что зарядка аккумулятора может быть затруднена, потому что вам придется открыть заднюю крышку, чтобы вынуть его. Простым решением для этого было бы проделать отверстие в трехмерной части и через это отверстие вытянуть балансировочный кабель аккумулятора.

Финальный тест!

Я не был уверен, как показать вам, как работает этот робот, или должен сказать, как это сделать правильно. Основная цель этого проекта - создать дешевого робота с открытым исходным кодом, который может грамотно транспортировать вещи по сборочным линиям и фабрикам, поэтому я установил простую сборочную линию и попросил помощи у моего отца и сына брата. Нашей целью было поместить предмет в робота, забрать его у робота на другой станции и поставить тот, на котором уже есть наклейка, а на последней станции переместить предмет с наклейкой на склад. Простая задача, имитирующая сборочную линию и позволяющая легко проверить, как она работает.

Я хотел приклеить черную ленту на пол, но она не отражала мои датчики, поэтому я использовал картон. И мы начали тестирование, вы можете увидеть это на видео (вы можете найти его в начале этого проекта).

В этом проекте было много чего, что могло пойти не так, но все получилось отлично. Он работает так, как я и предполагал, каждый шаг, первоначальная идея, дизайн и сборка прошли гладко и невероятно хорошо. Когда я сказал, что есть много вещей, которые могут пойти не так, я действительно имел в виду это. У меня большой опыт работы с 3D-печатью, программированием и Arduino, но это был первый раз, когда я нарисовал свой проект на бумаге, что было отличной идеей, и я обязательно буду делать это чаще, я никогда раньше не проектировал ничего для лазерной резки, хотя у меня есть сертификат программиста на C #, я не мастер в этом. И мне удалось соединить все это воедино, чтобы создать такого крутого робота :) Надеюсь, вам понравился мой проект, если да, то не забудьте сказать пару слов о нем в комментариях, мне действительно любопытно, что вы о нем думаете. Если у вас есть вопросы, не стесняйтесь спросить! Спасибо за чтение.

Удачи!

Код

• Код Arduino для последователей промышленных линий
• Планировщик задач
• Task planner.exe

Промышленный последователь линии, код Arduino Arduino

 / *** C от Никодема Бартника * http://NikodemBartnik.pl* https://www.youtube.com/user/nikodembartnik**/#include  #include  // Определения выводов, если вы что-то изменили в схеме, вам также необходимо изменить значения ниже # define LINESENSOR1 6 # define LINESENSOR2 7 # define LINESENSOR3 8 # define BUZZER A0 #define MOTOR1A 2 # определить MOTOR1B 3 # определить MOTOR2A 4 # определить MOTOR2B 5 # определить RFID_SDA 10 # определить RFID_SCK 13 # определить RFID_MOSI 11 # определить RFID_MISO 12 # определить RFID_RST 9 # определить DISTANCESENSOR A1 // определение значений констант # определить STOP_TIME 3000 # определить BEEP_LENGTH MOTOR_SPEED 110 # define MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS 2000MFRC522 mfrc522 (10, 9); long int last_card_read; // здесь вы можете вставить массивы из программы для создания планов для этого робота, который я написал на C #, найдите ILFPlanner.exe # define COMMANDS_LENGTH 4char * Type [ ] ={"Стоп", "Сигнал и останов", "Сигнал и игнорирование", "Стоп"}; int Value [4] ={3000, 1000, 0, 5000}; char * CardID [4] ={" 12 14 B1 2F "," F6 34 F9 25 "," ED B9 E0 2B "," 83 87 3B 2E "}; void setup () {// настраиваем SPI для RFID-модуля SPI.begin (); mfrc522.PCD_Init (); // настраиваем все контакты, которые нам нужны pinMode (LINESENSOR1, INPUT); pinMode (ЛИНЕЙНЫЙ ДАТЧИК2, ВХОД); pinMode (LINESENSOR3, INPUT); pinMode (ЗУММЕР, ВЫХОД); pinMode (MOTOR1A, ВЫХОД); pinMode (MOTOR1B, ВЫХОД); pinMode (MOTOR2A, ВЫХОД); pinMode (MOTOR2B, ВЫХОД); pinMode (DISTANCESENSOR, INPUT);} void loop () {// эта часть программы реализует функцию следования за строкой if (digitalRead (LINESENSOR1) ==LOW &&digitalRead (LINESENSOR2) ==HIGH &&digitalRead (LINESENSOR3) ==LOW) {Forward ();} else if (digitalRead (LINESENSOR1) ==HIGH &&digitalRead (LINESENSOR2) ==LOW &&digitalRead (LINESENSOR3) ==LOW) {Left (); delay (20);} else if (digitalRead (LINESENSOR1 ) ==LOW &&digitalRead (LINESENSOR2) ==LOW &&digitalRead (LINESENSOR3) ==HIGH) {Right (); delay (20);} // если последняя карта была обнаружена дольше MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS, мы можем проверить, есть ли еще одна, если (millis () - last_card_read> =MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS) {// здесь мы должны ждать карту, когда она находится рядом с датчиком if (! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent ()) {return; } // мы можем прочитать его значение if (! mfrc522.PICC_ReadCardSerial ()) {return; } // обрабатываем значение карты, чтобы сделать его доступным для редактирования String content =""; for (byte i =0; i  
 Планировщик задач  C #  
 ZIP с моей программой C # для создания задач для робота, вы также можете найти .exe ниже. 
 Предварительный просмотр отсутствует (только загрузка). 
 
 Task planner.exe  C #  
 Вы можете просто запустить его на своем компьютере с Windows без установки. 
 Нет предварительного просмотра (только загрузка). 
 

Изготовленные на заказ детали и корпуса

Схема