Industriële lijnvolger voor het leveren van materialen

Over dit project

Heb je je ooit afgevraagd hoe die fraaie robots werken die onderdelen op assemblagelijnen transporteren? Ik zag zulke robots in de Opel-fabriek hier in Polen, ik stelde veel vragen en ze leggen me uit hoe het werkt, ik begreep meteen dat dit gewoon een echt geavanceerde lijnvolger is. In plaats van zwarte tape is er magneetstrip en in plaats van lichtsensoren zijn er magnetische sensoren, er zijn ook veel veiligheidsvoorzieningen en andere slimme dingen. Maar op dit punt begon ik te denken dat ik misschien mijn eigen kleinere, goedkopere, op Arduino gebaseerde en open source-versie van zo'n robot kan bouwen die dingen slim kan vervoeren? Klinkt als een grote uitdaging, daar houd ik van!

Ontwerp

Allereerst ontwierp ik het... op papier! Ja op het papier met een potlood in mijn hand :) Waarom ontwerpen op papier als je geweldige CAD-software hebt? Er zijn een paar voordelen die ik van andere mensen heb gehoord en deze vervolgens door mezelf heb bevestigd. Je bent echt vrij, er zijn geen beperkingen op het papier, geen afleiding alleen lege ruimte en een potlood dat dingen heel gemakkelijk maakt. Het is ook sneller, je hoeft je geen zorgen te maken over afmetingen en de uiteindelijke vorm als je iets dat je hebt getekend niet leuk vindt, kun je dat gewoon opnieuw tekenen en als je al je tekeningen tegelijk ziet, kun je ze combineren en komen met nieuwe ideeën :) Het was heel gemakkelijk om het op papier te tekenen om een ​​algemene vorm te vinden die ik leuk vind en dan naar CAD te springen om wat afmetingen aan mijn tekening toe te voegen. Beveel deze techniek echt aan iedereen aan! Hier zijn mijn tekeningen (die kleurrijke lijnen aan de rechterkant is de creativiteit van mijn broer's zoon)

Natuurlijk zijn mijn tekeningen niet erg goed, en als je kunt tekenen, zou je in 5 minuten iets beters maken, maar ik was vroeger echt slecht in tekenen en bovenstaand voorbeeld ziet er veelbelovend uit voor mij. Vervolgens heb ik een CAD-ontwerp gemaakt op basis van die tekening. Ik wist vanaf het begin dat sommige delen van deze robot 3D-geprint zullen worden, maar ik wilde hem niet 100% 3D-geprint maken en ik wilde experimenteren en nieuwe dingen proberen (zoals altijd). Uiteindelijk besloot ik wat onderdelen op een lasercutter te snijden, maar die heb ik niet en ik heb nooit iets ontworpen voor een lasercutting. Ik heb dat geleerd en online besteld. Als materiaal heb ik 4 mm multiplex gekozen (je kunt ook plexi of iets dergelijks gebruiken). Een voorste deel van de robot is 3D-geprint en bevat alle sensoren, elektronica en batterij. Hier zijn renders van mijn ontwerp die er naar mijn mening fantastisch uitzien!

De volgende stap was om lasersnijden van die houten platen te bestellen, ik kom uit Polen, dus ik vond een Pools bedrijf dat dat doet om verzendkosten te besparen. Als je iets om je heen wilt vinden, Google dan gewoon lasersnijden en een naam van je stad, je zou gemakkelijk iets om je heen moeten vinden. Vergeet niet om het bedrijf te vragen of ze de offsets voor die onderdelen kunnen aanpassen, zodat vingerverbindingen perfect passen (we moeten dat doen vanwege iets dat kerf wordt genoemd, daar kun je hier meer over lezen). Gelukkig heb ik een bedrijf gevonden dat dat voor me regelde, bedankt!

Ik was best bang omdat ik nooit heb ontworpen voor lasersnijden en ik nog nooit lasergesneden onderdelen heb gebruikt, maar het is prachtig geworden :) DXF-bestanden voor lasersnijden zijn hieronder te vinden in het bijlagegedeelte.

Om het chassis af te maken moest ik een voorstuk printen op een 3D-printer, dat is de tool die ik heb dus dat was geen probleem voor mij, als je nog geen 3D-printer hebt, overweeg dan om er een te kopen, ze zijn vrij goedkoop tegenwoordig. Misschien kun je er een vinden op school of in de bibliotheek, of misschien is een van je vrienden enthousiast over 3D-printen. STL-bestanden zijn te vinden in de bijlage hieronder. Er zijn geen specifieke instellingen voor 3D-printen, ik heb 2 perimeters gebruikt met 30% vulling en 0,2 mm laaghoogte, je moet ondersteuning gebruiken om dit onderdeel te printen. Het duurt ongeveer 8 uur, dus wees geduldig.

Als je afdruk klaar is, kun je hem opruimen en op de multiplex delen schroeven, maar ik besloot er wat meer werk aan te doen. Nogmaals, dat is iets dat ik nog nooit eerder heb gedaan, ik heb mijn afdruk geschuurd en geverfd, opnieuw geschuurd en geverfd, daarna heb ik een autovuller gebruikt om het oppervlak perfect te maken, en toen nog wat schuren en schilderen. Het heeft veel tijd gekost, maar ik heb ook veel geleerd, en kijk maar eens naar dit glanzende oppervlak! Het is perfect, je ziet helemaal niet dat het 3D-geprint is! 2 dagen schilderen en schuren, zeker de moeite waard.

En hier zijn lasergesneden onderdelen en 3D-geprint onderdeel voorbereid voor montage.

Arduino, Sensoren, Motoren, PCB...

Maar dit project gaat natuurlijk niet alleen om het ontwerp. Alles wordt aangestuurd door Arduino pro mini die is aangesloten op de aangepaste PCB die ik heb ontworpen in Fritzing (PCB-lay-out en ontwerpbestanden zijn te vinden in de bijlagen). Om het zelfstandig te laten werken zonder menselijke tussenkomst, zijn er ook lijnsensoren en een RFID-module om tags naast de lijn te detecteren. H-brug die goedkope en populaire tandwielmotoren bestuurt, is L293D, klein en gemakkelijk te gebruiken. Ik heb ook besloten om een ​​zoemer aan het circuit toe te voegen, zodat een robot kan piepen wanneer een bepaalde RFID-tag wordt gedetecteerd. Alles wordt gevoed door een 2-cellige LiPo-batterij (7, 4V nominale spanning). Omdat de RFID-module gevoed moet worden met 3, 3V moest ik een spanningsregelaar op de PCB toevoegen zodat deze de juiste spanning aan de module levert. Er is ook een ultrasone sensor om obstakels te detecteren, zoals ze zeggen, veiligheid voorop! Er was één probleem, het lezen van de afstand met HC-SR04 kost behoorlijk veel tijd in termen van microcontrollers, dus heb ik een ander project ontworpen (meer info hier) dat het gemakkelijk en snel maakt om obstakels te detecteren met deze sensor. Het is niet nodig, maar maakt het zeker een stuk makkelijker.

Om de printplaat te bouwen heb je wat gereedschap en componenten nodig (Arduino, L293D, enkele breakaway headers, batterijconnector, zoemer, 3, 3V spanningsregelaar). Je kunt hier meer lezen over hoe je thuis PCB's kunt maken en wat voor soort gereedschap je nodig hebt

In het begin wilde ik mijn PCB op een CNC-freesmachine frezen, maar ik besloot een methode te gebruiken die ik kende, toneroverdracht genaamd. Hierboven ziet u toner overgebracht op de koperen plaat. Daarna heb ik mijn PCB geëtst en de toner schoongemaakt. Je moet er ook gaten in boren om THC (Through Hole Components) erin te plaatsen.

Solderen was ongelooflijk eenvoudig, want voor de DIY-printplaat is het meestal veel moeilijker om te solderen omdat er geen soldeermasker* op zit.

Er zijn 5 jumperdraden aan de onderkant van de PCB (in Fritzing's PCB-weergave zijn die gelabeld als blauwe kabels), ik hou echt niet van het gebruik van jumpers, maar met complexere circuits en enkellaagse PCB's, is er gewoon geen manier om ze te vermijden .

Zoals ik al zei om deze robot van stroom te voorzien, zal ik een 2-cellige LiPo-batterij gebruiken, je kunt elke andere batterij met vergelijkbare spanning gebruiken, je hoeft geen specifieke capaciteit van de batterij te gebruiken (hoe groter de capaciteit, hoe langer je robot zal werken op een enkele lading). Ik heb ook een socket op de print gesoldeerd, zodat ik er gemakkelijk een batterij op kan aansluiten.

Als alles gesoldeerd is, is het tijd om te testen of het werkt door er een batterij op aan te sluiten. Arduino-LED's moeten oplichten en er mag geen rook zijn :)

Als alles goed werkt kunnen we de laatste soldeerklus doen met onze PCB, we moeten kabels solderen die we later aan de motoren zullen solderen. Het is beter om ze iets langer te maken dan je nodig hebt en later te knippen, je wilt niet dat ze te kort zijn.

PCB is klaar! Als je geen ervaring hebt met het maken van een PCB, probeer er dan een te maken, zo moeilijk is het niet. Als je het liever met kabels of een protoboard verbindt, doe dat dan gerust, maar het kan moeilijk zijn om dat in het voorste deel van de robot te passen. Met PCB kan dat eenvoudig! We moeten nog steeds alle sensoren op de print aansluiten, maar eerst zullen we het chassis monteren en alle sensoren erop bevestigen.

Montage

Vingerverbindingen van lasergesneden onderdelen passen perfect in elkaar, maar om dat echt stevig en duurzaam te maken, moeten we lijm gebruiken. Dat is een triplex, dus elke houtlijm zal het werk doen. Zorg ervoor dat u niet te veel lijm gebruikt en reinig deze in geval van lekkage. Het moet een paar uur drogen, zodat we een pauze kunnen nemen. Zorg ervoor dat alle onderdelen goed zijn geplaatst, er is geen manier om dat te veranderen als de lijm eenmaal droog is.

Na een paar uur kunnen we verder met het in elkaar zetten van onze robot. Het is tijd om het 3D-geprinte voorste deel aan het triplex te bevestigen. We zouden daar geen lijm voor gebruiken, zoals ze me tijdens mijn CIT-stage leerden:lijm gebruiken is onprofessioneel, vergeet het maar (maar ik hoop dat het goed is met hout). We zullen schroeven gebruiken die vanaf de onderkant van de robot worden geplaatst en ervoor zorgen dat ze kort zijn (laten we zeggen 6 mm lang), zodat ze geen kortsluiting veroorzaken op de circuits in het 3D-geprinte deel. Het goede aan deze manier om het voorste deel aan het triplex te bevestigen, is dat je dat van bovenaf niet kunt zien, je moet onder de robot kijken, het maakt het een stuk beter :) Ik raad je aan om ringen te gebruiken om te beschermen multiplex tegen vervorming.

Zo hoort het er tot nu toe uit te zien, zo schoon en perfect!

Nu gaan we de motoren en het achterwiel op het chassis monteren. Daar heb je wat M3-schroeven voor nodig. Ik heb hier ook wat ringen gebruikt om het triplex te beschermen.

Het is tijd om terug te gaan naar de sensoren, draai je robot om, pak wat M3-schroeven en een schroevendraaier.

Montage klaar! Was helemaal niet moeilijk, puur genieten. We kunnen nu de vorm van de robot zien met alle sensoren en motoren op zijn plaats. We zijn bijna klaar om dat af te ronden, maar voor de laatste test moeten we alle sensoren op de PCB aansluiten.

Verbinding

Deze stap kan enige tijd in beslag nemen, het is niet moeilijk maar erg lastig om alle kabels door de kleine ruimte van het 3D-geprinte voorste gedeelte te leiden. Ik ontdekte dat de beste manier is om kabels op alle sensoren en modules aan te sluiten, ze door gaten in het voorste gedeelte te steken en vervolgens op de PCB aan te sluiten.

Ik wilde alle elektronica voor dit project aan de linkerkant van het 3D-geprinte deel plaatsen, helaas bleek een batterij iets groter te zijn dan geadverteerd en moest ik een batterij aan de linkerkant plaatsen en elektronica op de goede kant. Maar dat was niet erg, alles paste er perfect in.

Vergeet ook niet om de ultrasone sensor te plaatsen.

Om de robot gemakkelijk aan en uit te zetten, heb ik zo een schakelaar op de batterijconnector toegevoegd. Er zit ook een gat in het achterpaneel om er een schakelaar in te plaatsen.

Code

Voordat we de achterkant van het voorste gedeelte sluiten, moeten we code uploaden naar de Arduino pro mini. We moeten Arduino van de PCB verwijderen en op de computer aansluiten met een USB-UART-converter. Code voor Arduino vind je hieronder. Alles over de code wordt uitgelegd in de opmerkingen en in de video. COde is ook te vinden in de webeditor

Er is ook een speciaal programma dat ik in C# heb geschreven om taken voor deze robot te genereren, het heet takenplanner (u kunt het .exe-bestand hieronder vinden). Hiermee kunt u eenvoudig taken voor de robot genereren, ze kopiëren en in de Arduino IDE plakken voordat u ze naar de Arduino uploadt. Om taken voor de robot te genereren, moet u de ID van de RFID-kaart kennen, om deze te verkrijgen kunt u hier een eenvoudig circuit bouwen.

Bijna klaar...

Nu kunnen we de achterkant van het voorste deel met twee flappen sluiten en vastschroeven. Het kan lastig zijn om alle componenten erin te passen, ze opnieuw te rangschikken en ze in verschillende standen te plaatsen om de kleppen te sluiten.

Om dat vast te schroeven kun je wat korte M3 schroeven gebruiken en daar heb je geen ringen nodig. Dat was het laatste wat we moesten doen. Onze robot is eindelijk klaar voor de laatste test! Ik heb zoveel tijd besteed aan het bouwen ervan, ik ben erg blij dat ik nu kan zien of het zal werken zoals ik het bedoeld had :)

Hier is hoe het eruit ziet met alle componenten op hun plaats, elektronica verborgen in het voorste gedeelte en sensoren gemonteerd op de robot. Het enige nadeel is dat het opladen van de batterij moeilijk kan zijn omdat je een achterklep moet openen om hem eruit te halen. Een eenvoudige oplossing hiervoor zou zijn om een ​​gat in het 3D-gedeelte te maken en de balancerkabel van de batterij door dit gat te steken.

Laatste test!

Ik wist niet zeker hoe ik je moest laten zien hoe deze robot werkt, of ik moet zeggen hoe ik dat goed moet doen. Het belangrijkste doel van dit project is om een ​​goedkope open-sourcerobot te bouwen die op slimme wijze spullen rond assemblagelijnen en fabrieken kan transporteren, dus ik zette een eenvoudige assemblagelijn op en vroeg mijn vader en de zoon van mijn broer om hulp. Ons doel was om een ​​item in de robot te plaatsen, het van de robot op een ander station te pakken en degene met al een sticker erop te plakken en op het laatste station een met een sticker naar het magazijn te verplaatsen. De eenvoudige taak die de lopende band imiteert en waarmee u eenvoudig kunt testen hoe deze werkt.

Ik wilde zwarte tape op de vloer leggen, maar het was niet reflecterend voor mijn sensoren, dus gebruikte ik wat karton. En we zijn begonnen met testen, dat kun je zien op de video (je kunt hem vinden aan het begin van dit project).

Er waren veel dingen die fout konden gaan in dit project, maar alles is perfect verlopen. Het werkt zoals ik het bedoeld had, elke stap, het eerste idee door het ontwerp en de montage verliep soepel en ongelooflijk goed. Toen ik zei dat er veel dingen mis konden gaan, meende ik dat echt. Ik heb veel ervaring met 3D-printen, programmeren en Arduino, maar dat was de eerste keer dat ik mijn project op papier tekende, wat een geweldig idee was en dat zal ik zeker vaker doen, ik heb nog nooit iets ontworpen voor lasersnijden, ook al heb ik een certificaat van een C#-programmeur, ik ben er geen meester in. En het is me gelukt om dat allemaal met elkaar te verbinden om zo'n coole robot te maken :) Ik hoop dat je mijn project leuk vond, zo ja, vergeet dan niet om er een paar woorden over te zeggen in de reacties, ik ben erg benieuwd wat je ervan vindt. Als je vragen hebt, stel ze gerust! Bedankt voor het lezen.

Veel plezier met maken!

/*** C door Nikodem Bartnik* http://NikodemBartnik.pl* https://www.youtube.com/user/nikodembartnik**/#include #include //Pin-definities, als je iets in het schema hebt gewijzigd, moet je ook de onderstaande waarden wijzigen#define LINESENSOR1 6#define LINESENSOR2 7#define LINESENSOR3 8#define BUZZER A0#define MOTOR1A 2# definieer 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//constante waarden definition#define STOP_TIME 3000#define BEEP_LENGTH 200#define BEEP_LENGTH 200 MOTOR_SPEED 110#define MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS 2000MFRC522 mfrc522(10, 9);long int last_card_read;//hier kun je arrays uit het programma plakken om plannen te genereren voor deze robot die ik in C# heb geschreven, vind ILFPlanner.exe#define COMMANDS_LENGTH 4char* Type[4 ]={"Stop", "Piep&stop", "Piep&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() {//setup SPI voor RFID-module SPI.begin(); mfrc522.PCD_Init(); // stel alle pinnen in die we nodig hebben pinMode (LINESENSOR1, INPUT); pinMode (LINESENSOR2, ​​INGANG); pinMode (LINESENSOR3, INGANG); pinMode (ZOEMER, UITGANG); pinMode (MOTOR1A, UITGANG); pinMode (MOTOR1B, UITGANG); pinMode (MOTOR2A, UITGANG); pinMode (MOTOR2B, UITGANG); pinMode(DISTANCESENSOR, INPUT);}void loop() {//dit deel van het programma realiseert de functie van regel volgendif(digitalRead(LINESENSOR1) ==LAAG &&digitalRead(LINESENSOR2) ==HOOG &&digitalRead(LINESENSOR3) ==LAAG) { Forward();}else if(digitalRead(LINESENSOR1) ==HOOG &&digitalRead(LINESENSOR2) ==LAAG &&digitalRead(LINESENSOR3) ==LAAG){Left();delay(20);}else if(digitalRead(LINESENSOR1 ) ==LAAG &&digitalRead(LINESENSOR2) ==LAAG &&digitalRead(LINESENSOR3) ==HOOG){Right();delay(20);}//als de laatste kaart meer dan MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS is gedetecteerd, kunnen we controleren of er nog een isif (millis() - last_card_read>=MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS){// hier moeten we wachten op de kaart, wanneer deze zich in de buurt van de sensor bevindt als (! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()){ return; }//we kunnen de waarde ervan lezen als (! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) { return; }//processing card value om het redable te maken String content=""; for (byte i =0; i  
TaakplannerC# 
 ZIP met mijn C#-programma om taken voor de robot te genereren, je kunt ook .exe hieronder vinden.
Geen voorbeeld (alleen downloaden).
 
Taakplanner.exeC# 
 Je kunt het gewoon op je Windows-computer uitvoeren, zonder installatie
Geen voorbeeld (alleen downloaden).
  
 
 Aangepaste onderdelen en behuizingen  
 Voorste deel voor het chassis dat alle sensoren en elektronica bevat. Bedrukt met wit PLA en vervolgens een paar keer geschuurd en geverfd om het glanzend te maken. Duurt ongeveer 8 uur om af te drukken, je moet steunen gebruiken Dit heb je nodig om de linkerkant van het voorste deel te sluiten Je hebt dit nodig om de linkerkant van het voorste deel te sluiten DXF-bestand voor lasersnijden in 4 mm materiaal (multiplex, plexi) plateback_CLMFY08IX0.dxfDXF-bestand voor lasersnijden in 4 mm materiaal (multiplex, plexi) platebottom_YXrDbx6Zxr.dxfDXF-bestand voor lasersnijden in 4 mm materiaal (multiplex, plexi) plateleft_SWSXq4pbU1.dxfDXF-bestand voor lasersnijden in 4 mm materiaal (multiplex, plexi) plateright_mRA9hd7Kp8.dxfFusion360-bestand voor het geval u iets wilt bewerken industrial_line_follower_design_vX9sr32Rar.f3d
 
 
 Schema's  
 Fritzing-bestand voor het geval u iets wilt bewerken schematisch_QjiJP4TLoo.fzzSchematic met alle verbindingen voor dit project Dit is een PDF-bestand dat je nodig hebt om een ​​PCB te maken voor dit project, het is een enkelzijdige dus is geen toplaag