Seguidor de linha industrial para fornecimento de materiais

Componentes e suprimentos

SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5 V / 16 MHz

PCB personalizado

Você pode encontrar o layout dele nos anexos, também tenha em mente que você pode fazer este projeto sem isso.

Sensor ultrassônico - HC-SR04 (genérico)

Módulo RFID (genérico)

Sensor SparkFun RedBot - Seguidor de linha

Motorista de motor Texas Instruments H-Bridge 1A

Usei L293D, este é compatível

Bateria de íon de lítio - 1000mAh 7,4v

Deve ser de 7,4V de massa, mas não precisa ser este específico

Motorredutor Hobby - 140 RPM (par)

Não há nenhum conector aqui para conectá-lo ao chassi, mas você pode imprimi-lo facilmente

Roda - 65 mm

Fios de jumpers (genérico)

Alternar interruptor

Tag RFID (genérica)

Eu tenho 4 deles, você pode usar menos, você pode usar mais depende de quantas tarefas você quer que seu robô faça

Buzzer

Cabeçalho masculino 40 posição 1 linha (0,1 ")

Ferramentas e máquinas necessárias

Impressora 3D (genérica)

Cortador a laser (genérico)

Não tenho um cortador a laser, então encomendei o corte online e ficou ótimo, então não se preocupe você não precisa dessas ferramentas caras para fazer este projeto

Ferro de soldar (genérico)

Aplicativos e serviços online

Arduino IDE

Autodesk Fusion 360

Sobre este projeto

Você já se perguntou como funcionam aqueles robôs sofisticados que transportam peças nas linhas de montagem? Eu vi robôs assim na fábrica da Opel aqui na Polônia, fiz muitas perguntas e eles me explicaram como funciona, eu imediatamente entendi que este é apenas um seguidor de linha realmente avançado. Em vez de fita preta, há fita magnética e, em vez de sensores de luz, há sensores magnéticos, também há muitos recursos de segurança e outras coisas inteligentes. Mas neste ponto eu comecei a pensar que talvez eu pudesse construir minha própria versão menor, mais barata, baseada em Arduino e de código aberto de tal robô que será capaz de transportar coisas de maneira inteligente. Parece um grande desafio, é disso que gosto!

Design

As primeiras coisas primeiro eu projetei ... em um papel! Sim no papel com um lápis na mão :) Por que desenhar em um papel se você tem um software CAD incrível? Existem algumas vantagens que ouvi de outras pessoas e depois as confirmei por mim mesmo. Você é realmente livre, não há limitações no papel, nenhuma distração apenas um espaço em branco e um lápis que torna as coisas realmente fáceis. Também é mais rápido você não precisa se preocupar com as dimensões e a forma final, se você não gosta de algo que desenhou, você pode simplesmente desenhar de novo e quando você ver todos os seus desenhos de uma vez, você pode combiná-los e criar com novas ideias :) Foi muito fácil desenhá-lo em um papel para encontrar uma forma geral que eu gosto e então pular para o CAD para adicionar algumas dimensões ao meu desenho. Recomendo realmente esta técnica a todos! Aqui estão meus desenhos (aquelas linhas coloridas do lado direito são a criatividade do filho do meu irmão)

Claro, meus desenhos não são muito bons, e se você pudesse desenhar, faria algo melhor em 5 minutos, mas eu costumava ser péssimo para desenhar e o exemplo acima me parece promissor. Então criei um projeto CAD baseado nesse desenho. Eu sabia desde o início que algumas partes deste robô seriam impressas em 3D, mas não queria torná-lo 100% impresso em 3D e queria experimentar e experimentar coisas novas (como sempre). Por fim, decidi cortar algumas peças em um cortador a laser, mas não tenho um e nunca projetei algo para um corte a laser, aprendi a fazer isso e fiz o pedido online. Como material, escolhi compensado de 4mm (você também pode usar plexi ou algo semelhante). A parte frontal do robô é impressa em 3D e contém todos os sensores, eletrônicos e bateria. Aqui estão os renders do meu design que, na minha opinião, parecem fantásticos!

O próximo passo foi pedir o corte a laser dessas placas de madeira. Sou da Polônia, então encontrei uma empresa polonesa que faz isso para economizar no frete. Se você deseja encontrar algo ao seu redor, apenas o corte a laser do Google e o nome de sua cidade, você deve facilmente encontrar algo ao seu redor. Lembre-se de perguntar à empresa se eles podem ajustar os deslocamentos para essas peças para que as juntas dos dedos se encaixem perfeitamente (temos que fazer isso por causa de uma coisa chamada kerf, você pode ler mais sobre isso aqui). Felizmente, encontrei uma empresa que cuidou disso para mim, obrigado!

Fiquei com muito medo porque nunca projetei para corte a laser e nunca usei nenhuma peça cortada a laser antes, mas ficou lindo :) Os arquivos DXF para corte a laser podem ser encontrados abaixo na seção de anexos.

Para finalizar o chassis tive que imprimir uma parte frontal em uma impressora 3D, essa é a ferramenta que tenho então isso não foi problema para mim, se você ainda não tem uma impressora 3D, considere comprar uma, são bastante barato hoje em dia. Você pode encontrar um na escola ou biblioteca, ou talvez um de seus amigos seja entusiasta da impressão 3D. Os arquivos STL podem ser encontrados na seção de anexos abaixo. Não tem configuração específica para impressão 3D, usei 2 perímetros com 30% de preenchimento e camada de 0,2mm de altura, você tem que usar suporte para imprimir essa peça. Isso levará cerca de 8 horas, seja paciente.

Assim que terminar a impressão, você pode limpá-la e aparafusar as partes de madeira compensada, mas decidi trabalhar mais um pouco. Novamente, isso é algo que eu nunca fiz antes, eu lixei minha impressão e pintei, lixei novamente e pintei, então usei um enchimento de carro para deixar a superfície perfeita, depois um pouco mais de lixamento e pintura. Demorou muito, mas também aprendi muito, basta dar uma olhada nessa superfície brilhante! É perfeito, nem dá para saber se foi impresso em 3D! 2 dias pintando e lixando, definitivamente vale a pena.

E aqui estão as peças cortadas a laser e as peças impressas em 3D preparadas para a montagem.

Arduino, sensores, motores, PCB ...

Mas este projeto, claro, não é apenas sobre o design. Tudo é controlado pelo Arduino pro mini que é conectado ao PCB personalizado que projetei no Fritzing (o layout do PCB e os arquivos de design podem ser encontrados nos anexos). Para fazê-lo funcionar por conta própria, sem intervenção humana, também existem sensores de linha e módulo RFID para detectar etiquetas colocadas ao lado da linha. A ponte H que controla os motores de engrenagem baratos e populares é a L293D, pequena e fácil de usar. Também decidi adicionar uma campainha ao circuito para que um robô possa emitir um bipe quando determinada etiqueta RFID for detectada. Tudo é alimentado por bateria LiPo de 2 células (7,4 V de tensão nominal). Como o módulo RFID deve ser alimentado com 3, 3 V, tive que adicionar um regulador de tensão na placa de circuito impresso para que forneça a tensão adequada ao módulo. Há também um sensor ultrassônico para detectar obstáculos, como dizem, segurança em primeiro lugar! Havia um problema, ler a distância com HC-SR04 leva muito tempo em termos de microcontroladores, então desenvolvi outro projeto (mais informações aqui) que torna mais fácil e rápido detectar obstáculos com este sensor. Não é necessário, mas definitivamente torna as coisas muito mais fáceis.

Para construir a placa de circuito impresso, você precisa de algumas ferramentas e componentes (Arduino, L293D, alguns conectores separáveis, conector de bateria, campainha, regulador de voltagem 3, 3V). Você pode ler mais sobre como fazer PCB em casa e que tipo de ferramentas você precisa aqui

No início, eu queria fresar minha placa de circuito impresso em uma fresadora CNC, mas decidi usar um método com o qual estava familiarizado, chamado transferência de toner. Acima você pode ver o toner transferido para a placa de cobre. Em seguida, gravei meu PCB e limpei o tonner. Você também tem que fazer furos para colocar THC (Through Hole Components) dentro.

Soldar foi incrivelmente fácil para a PCB DIY, geralmente é muito mais difícil de soldar porque não há máscara de solda * nela.

Existem 5 fios de jumper na parte inferior do PCB (na visão do PCB do Fritzing esses são rotulados como cabos azuis), eu realmente não gosto de usar jumpers, mas com circuitos mais complexos e PCB de camada única, simplesmente não há maneira de evitá-los .

Como falei para alimentar este robô, usarei bateria LiPo de 2 células, você pode usar qualquer outra bateria com voltagem semelhante, não é necessário usar capacidade específica da bateria (quanto maior a capacidade, mais tempo seu robô trabalhará em um carga única). Eu também soldei um soquete no PCB para que eu possa facilmente conectar a bateria a ele.

Quando tudo estiver soldado, é hora de testar se funciona conectando uma bateria a ele. Os LEDs do Arduino devem acender e não deve haver fumaça :)

Se tudo funcionar bem, podemos fazer o último trabalho de solda com nosso PCB, precisamos soldar os cabos que depois soldaremos aos motores. É melhor torná-los um pouco mais longos do que o necessário e cortar depois, você não quer que eles fiquem muito curtos.

O PCB está pronto! Se você não tem experiência em fazer um PCB, tente fazer um, não é tão difícil. Se você preferir conectá-lo com cabos ou um protoboard, fique à vontade para fazer isso, mas pode ser difícil encaixá-lo na parte frontal do robô. Com o PCB você pode fazer isso facilmente! Ainda precisamos conectar todos os sensores ao PCB, mas primeiro vamos montar o chassi e conectar todos os sensores a ele.

Montagem

As articulações dos dedos das peças cortadas a laser se encaixam perfeitamente, mas para torná-las realmente rígidas e duráveis, precisamos usar cola. É um compensado, então qualquer cola de madeira fará o trabalho. Certifique-se de não usar muita cola e limpe-o caso haja vazamentos. Deve secar por algumas horas para que possamos fazer uma pausa. Certifique-se de que todas as peças estão colocadas corretamente, não haverá como mudar isso depois que a cola secar.

Depois de algumas horas, podemos continuar montando nosso robô. É hora de prender a parte frontal impressa em 3D ao compensado. Não usaríamos cola para isso, como me ensinaram durante meu estágio no CIT:usar cola não é profissional, esqueça (mas espero que funcione bem com madeira). Usaremos parafusos, colocados na parte inferior do robô, certifique-se de que sejam curtos (digamos 6mm de comprimento) para que não criem curtos nos circuitos internos da parte impressa em 3D. O bom dessa forma de prender a parte frontal ao compensado é que não dá para ver de cima, é preciso olhar embaixo do robô, fica bem melhor :) Recomendo usar arruelas para proteger contraplacado de deformação.

É assim que deveria parecer até agora, tão limpo e perfeito!

Agora vamos montar motores e roda traseira no chassi. Você precisará de alguns parafusos M3 para isso. Também usei algumas arruelas aqui para proteger o compensado.

É hora de voltar aos sensores, virar seu robô e pegar alguns parafusos M3 e uma chave de fenda.

Montagem concluída! Não foi nada difícil, puro prazer. Podemos ver a forma do robô agora com todas as senhas e motores em seu lugar. Estamos muito perto de terminar isso, mas antes do teste final, temos que conectar todos os sensores ao PCB.

Conexão

Este passo pode levar algum tempo, não é difícil, mas realmente complicado colocar todos os cabos no espaço minúsculo da parte frontal impressa em 3D. Descobri que a melhor maneira é conectar os cabos a todos os sensores e módulos, colocá-los nos orifícios da parte frontal e no final conectar na placa de circuito impresso.

Eu queria colocar todos os eletrônicos para este projeto no lado esquerdo da parte impressa em 3D, infelizmente, uma bateria acabou sendo um pouco maior do que o anunciado e eu tive que colocar uma bateria no lado esquerdo e os eletrônicos O lado direito. Mas isso não era grande coisa, tudo se encaixava perfeitamente nele.

Lembre-se também de instalar o sensor ultrassônico.

Para ligar e desligar o robô facilmente, adicionei um botão no conector da bateria. Há também um orifício no painel traseiro para colocar uma chave dentro dele.

Código

Antes de fecharmos a parte frontal, temos que fazer o upload do código para o Arduino pro mini. Precisamos tirar o Arduino do PCB e conectá-lo ao computador com o conversor USB-UART. O código para Arduino pode ser encontrado abaixo. Tudo sobre o código é explicado nos comentários e no vídeo. O código também pode ser encontrado no editor da web

Também existe um programa especial que escrevi em C # para gerar tarefas para este robô, ele é chamado de planejador de tarefas (você pode encontrar o arquivo.exe abaixo). Ele permite que você gere tarefas facilmente para o robô, copie-as e cole no IDE do Arduino antes de enviar para o Arduino. Para gerar tarefas para o robô você precisa saber a id do cartão RFID, para obtê-lo você pode construir um circuito simples mais informações aqui.

Quase concluído ...

Agora podemos fechar a parte posterior da frente com duas abas e aparafusá-las. Pode ser complicado encaixar todos os componentes dentro, tente reorganizá-los e colocá-los em diferentes posições para fechar as abas.

Para aparafusar, você pode usar alguns parafusos M3 curtos e não precisa de arruelas lá. Essa é a última coisa que tivemos que fazer. Nosso robô está finalmente pronto para o teste final! Eu gastei muito tempo construindo-o, estou muito feliz que agora posso ver se funcionará como eu pretendia que funcionasse :)

É assim que fica com todos os componentes em seus lugares, eletrônicos escondidos na parte frontal e sensores montados no robô. A única desvantagem é que o carregamento da bateria pode ser difícil porque é necessário abrir uma tampa posterior para retirá-la. Uma solução simples para isso seria fazer um furo na peça 3D e enfiar o cabo balanceador da bateria por esse furo.

Teste final!

Eu não tinha certeza de como mostrar a você como esse robô funciona ou deveria dizer como fazer isso direito. O principal objetivo deste projeto é construir um robô de código aberto barato que possa transportar coisas de maneira inteligente pelas linhas de montagem e fábricas, então montei uma linha de montagem simples e pedi ajuda ao filho do meu pai e do meu irmão. Nosso objetivo era colocar um item no robô, pegá-lo do robô em uma estação diferente e colocar aquele que já tinha um adesivo e na última estação mover um com adesivo para o armazém. A tarefa simples que imita a linha de montagem e permite testar facilmente como ela funciona.

Eu queria colocar fita preta no chão, mas não era o suficiente para os meus sensores reflexivos, então usei um pouco de papelão. E começamos os testes, vocês podem ver no vídeo (vocês podem encontrar no início desse projeto).

Muitas coisas poderiam dar errado neste projeto, mas tudo saiu perfeitamente. Funcionou como eu pretendia que funcionasse, cada etapa, a ideia inicial, através do design e montagem, correu bem e incrivelmente bem. Quando eu disse que havia um monte de coisas que poderiam dar errado, eu realmente quis dizer isso. Tenho muita experiência com impressão 3D, programação e Arduino, mas foi a primeira vez que desenhei meu projeto em um papel que foi uma ótima ideia e farei isso com mais frequência com certeza, nunca projetei nada para corte a laser antes, embora eu tenha um certificado de um programador C #, não sou um mestre nisso. E consegui conectar tudo isso para criar um robô tão legal :) Espero que tenham gostado do meu projeto, se sim, não se esqueça de dizer algumas palavras sobre ele nos comentários, estou muito curioso para saber o que você achou dele. Se você tiver alguma dúvida não hesite em perguntar! Obrigado pela leitura.

Feliz fabricação!

Código

Código Arduino seguidor de linha industrial
Planejador de Tarefas
Planejador de tarefas.exe

Código Arduino seguidor de linha industrial Arduino

Este é um esboço do Arduino para o projeto Industrial Line Follower

 / *** C de Nikodem Bartnik * http://NikodemBartnik.pl* https://www.youtube.com/user/nikodembartnik**/#include  #include  // Definições de pinos, se você alterou algo no esquema, você também deve alterar os valores abaixo # define LINESENSOR1 6 # define LINESENSOR2 7 # define LINESENSOR3 8 # define BUZZER A0 # define MOTOR1A 2 # define MOTOR1B 3 # define MOTOR2A 4 # define MOTOR2B 5 # define RFID_SDA 10 # define RFID_SCK 13 # define RFID_MOSI 11 # define RFID_MISO 12 # define RFID_RST 9 # define DISTANCESENSOR A1 // definição de valores constantes # define STOP_TIME 3000 # define BEEP_LENGTH 200 # define MOTOR_SPEED 110 # define MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS 2000MFRC522 mfrc522 (10, 9); long int last_card_read; // aqui você pode colar matrizes do programa para gerar planos para este robô que escrevi em C #, encontrar ILFPlanner.exe # define COMMANDS_LENGTH 4char * Type [4 ] ={"Stop", "Beep &stop", "Beep &ignore", "Stop"}; 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 () {// configurar SPI para módulo RFID SPI.begin (); mfrc522.PCD_Init (); // configura todos os pinos de que precisamos pinMode (LINESENSOR1, INPUT); pinMode (LINESENSOR2, INPUT); pinMode (LINESENSOR3, INPUT); pinMode (BUZZER, OUTPUT); pinMode (MOTOR1A, SAÍDA); pinMode (MOTOR1B, SAÍDA); pinMode (MOTOR2A, SAÍDA); pinMode(MOTOR2B, OUTPUT); pinMode(DISTANCESENSOR, INPUT);}void loop() {//this part of program realise the function of line followingif(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);}//if last card was detected more than MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS we can check if there is another oneif(millis() - last_card_read>=MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS){//here we have to wait for card, when it is near the sensor if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()){ return; }//we can read it's value if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) { return; }//processing card value to make it redable String content=""; for (byte i =0; i  Task PlannerC# 
 ZIP with my C# program to generate tasks for the robot, you can also find .exe below.No preview (download only).
 Task planner.exeC# 
 You can simply run it on your windows machine, without installationNo preview (download only).

Peças personalizadas e gabinetes

Front part for the chassis that holds all of the sensors and electronics. Printed with white PLA then sanded down and painted few times to make it shiny. Takes about 8 hours to print, you must use supportsYou need this to close left side of front partYou need this to close left side of front partDXF file for laser cutting in 4mm material (plywood, plexi) plateback_CLMFY08IX0.dxfDXF file for laser cutting in 4mm material (plywood, plexi) platebottom_YXrDbx6Zxr.dxfDXF file for laser cutting in 4mm material (plywood, plexi) plateleft_SWSXq4pbU1.dxfDXF file for laser cutting in 4mm material (plywood, plexi) plateright_mRA9hd7Kp8.dxfFusion360 file in case you want to edit anything industrial_line_follower_design_vX9sr32Rar.f3d

Esquemas

Fritzing file in case you would like to edit something schematic_QjiJP4TLOo.fzzSchematic with all of the connections for this project

This is PDF file that you need to make a PCB for this project, it is a single sided one so there is no top layer

Detector de terremotos ADXL335 sensível a DIY Relógio mestre

Processo de manufatura

impressao 3D

Sistema de controle de automação

Tecnologia industrial