Промышленный робот-линейный следователь для транспортировки материалов

Компоненты и материалы

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 5V/16MHz — 1 шт.
• Самодельная PCB (файлы макета в прикреплениях, можно собрать и на макетке) — 1 шт.
• Ультразвуковой дальномер HC-SR04 — 1 шт.
• RFID-модуль (RC522 или совместимый) — 1 шт.
• Датчики слежения за линией (SparkFun RedBot Line Follower) — 3 шт.
• Драйвер двигателей L293D (H-мост 1А) — 1 шт.
• LiPo 2S 7.4V 1000 мАч (или другой 7.4V) — 1 шт.
• Редукторные моторы 140 об/мин (пара) — 1 комплект
• Колеса 65 мм — 2 шт.
• Перемычки, тумблер, пищалка, 4 RFID-метки, заголовки

Инструменты

• 3D-принтер (передняя часть шасси)
• Лазерная резка 4 мм фанеры/плексиса (задняя часть) — можно заказать онлайн
• Паяльник

Программное обеспечение

• Arduino IDE
• Autodesk Fusion 360 (3D-моделирование)
• C# (Task Planner — генератор задач для робота)

О проекте

Вдохновлено промышленными AGV (автоматические управляемые тележки) на заводе Opel в Польше. Те используют магнитную ленту и магнитные датчики, сложные системы безопасности. Автор решил сделать дешевую, открытую, Arduino-версию на оптических датчиках линии и RFID-метках для задач.

Проектирование

Началось с черновиков на бумаге — свобода, нет ограничений CAD, быстрое итеративное мышление. Затем перенесено в Fusion 360. Комбинированное шасси: лазерная резка фанеры (боковины, дно, крышка) + 3D-печать передней секции (держит электронику, датчики, батарею). DXF для лазера и STL для печати в прикреплениях.

Лазерная резка заказана онлайн (компания скорректировала offsets под kerf — зазор реза). Детали сошлись идеально. Передняя 3D-часть печаталась 8 часов (PLA, 30% заполнение, 0.2 мм слой, с поддержками). Затем — шлифовка, грунтовка, покраска, шпатлевка, еще шлифовка/покраска — идеальная глянцевая поверхность, невидно, что это 3D-печать.

Электроника и PCB

Управление: Arduino Pro Mini на самодельной PCB (Fritzing, файлы в прикреплениях). На плате: L293D, стабилизатор 3.3V для RFID, разъемы для датчиков линии, ультразвука, пищалки, батареи, тумблера. Питание от 2S LiPo (7.4V).

PCB изготовлена методом LUT (лазерно-утюжная технология): печать на глянци, перенос на фольгу, травление хлорным железом, сверловка, пайка. Перемычки на нижнем слое (5 шт.) — неизбежны для односторонней платы такой сложности.

Тест питания: светодиоды Arduino горят, дымка нет — можно паять моторные кабели.

Сборка механики

1. Склеивание лазерных деталей на деревосклее (пальцевые соединения). Сушка несколько часов.
2. Прикручивание 3D-передней части к фанере короткими винтами M3 (6 мм) снизу — невидимо снаружи, шайбы защищают фанеру.
3. Монтаж моторов и заднего опорного колеса на M3.
4. Установка датчиков линии (3 шт.), ультразвука, RFID-антенны на переднюю часть.
5. Прокладка проводов через тесное пространство 3D-части к PCB. Батарея оказалась крупнее — разместили сбоку, электронику — с другой стороны.
6. Тумблер на разъеме батареи с выводом наружу через отверстие в задней стенке.

Программирование

Скетч загружается через USB-UART конвертер (Pro Mini без USB). Логика:

• Следование за линией 3 датчиками (ПД-регулятор упрощенный: левый/правый/центр).
• Опрос RFID: при обнаружении метки — действие по таблице (стоп, писк+стоп, писк+игнор).
• Ультразвук: обнаружение препятствий (автор вынес в отдельный проект для скорости).
• Задачи (последовательность действий на метках) генерируются C# программой Task Planner (exe в прикреплениях). Нужны ID карт (получаются отдельным скетчем).

Финальный тест

Имитация конвейера: коробка загружается на станцию 1, робот везет на станцию 2 (наклейка), потом на склад. Линия из картона (черная лента не отражала). Тест прошел идеально — все этапы сработали как задумано.

Проект объединил: бумажный дизайн, лазерную резку, 3D-печать с пост-обработкой, самодельную PCB, C# утилиту, Arduino-код. Всё заработало с первой попытки. Приятного творчества!

Файлы проекта

• Arduino код: Industrial Line Follower Arduino Code (полный листинг в оригинале).
• Task Planner (C# исходники и .exe).
• STL передней части, DXF лазерных деталей, Fusion360 .f3d, Fritzing .fzz и PDF для PCB.

Схемы

Fritzing-файл для редактирования: schematic_QjiJP4TLOo.fzz.