Seguidor de línea industrial para suministro de materiales

Acerca de este proyecto

¿Alguna vez te has preguntado cómo funcionan esos elegantes robots que transportan piezas en las líneas de montaje? Vi tales robots en la fábrica de Opel aquí en Polonia, hice muchas preguntas y me explicaron cómo funciona, al instante entendí que se trataba de un seguidor de línea realmente avanzado. En lugar de cinta negra, hay una banda magnética y en lugar de sensores de luz hay sensores magnéticos, también hay muchas características de seguridad y otras cosas inteligentes. Pero en este punto comencé a pensar que tal vez pueda construir mi propia versión más pequeña, más barata, basada en Arduino y de código abierto de un robot de este tipo que pueda transportar cosas de manera inteligente. Suena como un gran desafío, ¡eso es lo que me gusta!

Diseño

Lo primero es lo primero, lo diseñé ... ¡en un papel! Sí, en el papel con un lápiz en la mano :) ¿Por qué diseñar en un papel si tienes un software CAD increíble? Hay algunas ventajas que escuché de otras personas y luego las confirmé yo mismo. Eres realmente libre, no hay limitaciones en el papel, no hay distracciones solo un espacio en blanco y un lápiz que hace las cosas realmente fáciles. También es más rápido, no tienes que preocuparte por las dimensiones y la forma final si no te gusta algo que dibujaste, puedes simplemente dibujarlo de nuevo y cuando veas todos tus dibujos a la vez, puedes combinarlos y salir. con nuevas ideas :) Fue muy fácil dibujarlo en un papel para encontrar una forma general que me guste y luego saltar a CAD para agregar algunas dimensiones a mi dibujo. ¡Realmente recomiendo esta técnica a todos! Aquí están mis dibujos (esas líneas de colores en el lado derecho son la creatividad del hijo de mi hermano)

Por supuesto, mis dibujos no son muy buenos, y si puedes dibujar harías algo mejor en 5 minutos, pero solía ser muy malo dibujando y el ejemplo anterior me parece prometedor. Luego creé un diseño CAD basado en ese dibujo. Sabía desde el principio que algunas partes de este robot serían impresas en 3D, pero no quería hacerlo 100% impreso en 3D y quería experimentar y probar cosas nuevas (como siempre). Finalmente, decidí cortar algunas partes en un cortador láser, pero no tengo uno y nunca diseñé algo para un corte láser, aprendí cómo hacerlo y lo pedí en línea. Como material, elegí contrachapado de 4 mm (también puedes usar plexi o algo similar). Una parte frontal del robot está impresa en 3D y contiene todos los sensores, la electrónica y la batería. Aquí hay versiones de mi diseño que, en mi opinión, se ven fantásticas.

El siguiente paso fue ordenar el corte por láser de esas placas de madera, soy de Polonia, así que encontré una empresa polaca que lo hace para ahorrar en el envío. Si desea encontrar algo a su alrededor, solo corte por láser de Google y un nombre de su ciudad, debería encontrar fácilmente algo a su alrededor. Recuerde preguntarle a la compañía si pueden ajustar las compensaciones para esas partes para que las articulaciones de los dedos encajen perfectamente (tenemos que hacerlo debido a una cosa llamada corte, puede leer más sobre eso aquí). Afortunadamente, encontré una empresa que se encargó de eso por mí, ¡gracias!

Tenía bastante miedo porque nunca había diseñado para corte por láser y nunca antes había usado piezas cortadas con láser, pero resultó maravillosamente :) Los archivos DXF para corte por láser se pueden encontrar a continuación en la sección de archivos adjuntos.

Para completar el chasis tuve que imprimir una parte frontal en una impresora 3D, esa es la herramienta que tengo así que eso no fue un problema para mí, si aún no tienes una impresora 3D, considera comprar una, son bastante barato hoy en día. Es posible que pueda encontrar uno en la escuela o la biblioteca, o tal vez uno de sus amigos sea un entusiasta de la impresión 3D. Los archivos STL se pueden encontrar en la sección de archivos adjuntos a continuación. No hay ninguna configuración específica para la impresión 3D, utilicé 2 perímetros con un 30% de relleno y una altura de capa de 0,2 mm, tienes que usar un soporte para imprimir esta parte. Tardará unas 8 horas, así que tenga paciencia.

Una vez que haya terminado su impresión, puede limpiarla y atornillar a las partes de madera contrachapada, pero decidí trabajar un poco más. Una vez más, eso es algo que nunca había hecho antes, lijé mi impresión y la pinté, volví a lijar y pinté, luego usé un masilla para autos para que la superficie fuera perfecta, luego lijé y pinté un poco más. Me tomó mucho tiempo, pero también aprendí mucho, ¡y solo eche un vistazo a esta superficie brillante! ¡Es perfecto, no se puede decir que fue impreso en 3D en absoluto! 2 días de pintura y lijado, definitivamente vale la pena.

Y aquí hay piezas cortadas con láser y piezas impresas en 3D preparadas para ensamblar.

Arduino, sensores, motores, PCB ...

Pero este proyecto, por supuesto, no se trata solo del diseño. Todo está controlado por Arduino pro mini que está conectado a la PCB personalizada que diseñé en Fritzing (la disposición de la PCB y los archivos de diseño se pueden encontrar en los archivos adjuntos). Para que funcione por sí solo sin intervención humana, también hay sensores de línea y un módulo RFID para detectar etiquetas colocadas junto a la línea. El puente en H que controla los motores de engranajes baratos y populares es el L293D, pequeño y fácil de usar. También decidí agregar un timbre al circuito para que un robot pueda emitir un pitido cuando se detecte cierta etiqueta RFID. Todo funciona con una batería LiPo de 2 celdas (7, 4 V de voltaje nominal). Debido a que el módulo RFID debe alimentarse con 3, 3 V, tuve que agregar un regulador de voltaje en la PCB para que suministre el voltaje adecuado al módulo. También hay un sensor ultrasónico para detectar obstáculos, como dicen, ¡la seguridad es lo primero! Hubo un problema, la distancia de lectura con HC-SR04 lleva bastante tiempo en términos de microcontroladores, así que diseñé otro proyecto (más información aquí) que hace que sea fácil y rápido detectar obstáculos con este sensor. No es necesario, pero definitivamente facilita mucho las cosas.

Para construir la PCB necesita algunas herramientas y componentes (Arduino, L293D, algunos cabezales separables, conector de batería, zumbador, regulador de voltaje de 3, 3 V). Puede leer más sobre cómo hacer PCB en casa y qué tipo de herramientas necesita aquí

Al principio, quería fresar mi PCB en una fresadora CNC, pero decidí utilizar un método con el que estaba familiarizado llamado transferencia de tóner. Arriba puede ver el tóner transferido a la placa de cobre. Luego grabé mi PCB y limpié el tonificador. También tiene que perforar agujeros para colocar THC (componentes de agujero pasante) en su interior.

Soldar fue increíblemente fácil, ya que para el PCB de bricolaje, por lo general, es mucho más difícil de soldar porque no tiene una máscara de soldadura *.

Hay 5 cables de puente en la parte inferior del PCB (en la vista de PCB de Fritzing, están etiquetados como cables azules), realmente no me gusta usar puentes, pero con circuitos más complejos y PCB de una sola capa, simplemente no hay forma de evitarlos. .

Como dije para alimentar este robot, usaré una batería LiPo de 2 celdas, puede usar cualquier otra batería con un voltaje similar, no tiene que usar una capacidad específica de la batería (cuanto mayor sea la capacidad, más tiempo funcionará su robot en un carga única). También soldé un enchufe a la PCB para poder conectarle fácilmente la batería.

Cuando todo esté soldado, es hora de probar si funciona conectándole una batería. Los LED de Arduino deben encenderse y no debe haber humo :)

Si todo funciona bien podemos hacer el último trabajo de soldadura con nuestra PCB, necesitamos soldar cables que luego soldaremos a los motores. Es mejor hacerlos un poco más largos de lo necesario y cortarlos más tarde, no querrás que sean demasiado cortos.

¡PCB está listo! Si no tiene experiencia en la fabricación de una placa de circuito impreso, intente hacer una, no es tan difícil. Si prefiere conectarlo con cables o un protoboard, no dude en hacerlo, pero puede ser difícil colocarlo en la parte frontal del robot. ¡Con PCB puede hacer eso fácilmente! Todavía necesitamos conectar todos los sensores a la PCB, pero primero ensamblaremos el chasis y conectaremos todos los sensores a él.

Montaje

Las juntas de los dedos de las piezas cortadas con láser encajan perfectamente, pero para que sean realmente rígidas y duraderas tenemos que usar pegamento. Es una madera contrachapada, por lo que cualquier pegamento para madera funcionará. Asegúrate de no usar demasiado pegamento y límpialo en caso de fugas. Debe secarse unas horas para que podamos hacer una pausa. Asegúrese de que todas las piezas estén colocadas correctamente, no habrá forma de cambiar eso una vez que se seque el pegamento.

Pasadas unas horas, podemos seguir montando nuestro robot. Es hora de unir la parte frontal impresa en 3D a la madera contrachapada. No usaríamos pegamento para eso, como me enseñaron durante mi pasantía en CIT:usar pegamento no es profesional, olvídalo (pero espero que esté bien con la madera). Usaremos tornillos, colocados desde la parte inferior del robot, asegurándonos de que sean cortos (digamos 6 mm de largo) para que no creen ningún cortocircuito en los circuitos dentro de la pieza impresa en 3D. Lo bueno de esta forma de sujetar la parte frontal al contrachapado es que no se ve desde arriba, hay que mirar debajo del robot, lo hace mucho mejor :) Te recomiendo que uses arandelas para proteger madera contrachapada por deformación.

¡Así debería verse hasta ahora, tan limpio y perfecto!

Ahora montaremos motores y rueda trasera al chasis. Necesitará algunos tornillos M3 para eso. También usé algunas arandelas aquí para proteger la madera contrachapada.

Es hora de volver a los sensores, voltear su robot, agarrar algunos tornillos M3 y un destornillador.

¡Montaje hecho! No fue nada difícil, puro placer. Podemos ver la forma del robot ahora con todos los sensores y motores en su lugar. Estamos muy cerca de terminar eso, pero antes de la prueba final tenemos que conectar todos los sensores a la PCB.

Conexión

Este paso puede llevar algo de tiempo, no es difícil, pero sí complicado pasar todos los cables a través del pequeño espacio de la parte frontal impresa en 3D. Descubrí que la mejor manera es conectar cables a todos los sensores y módulos, colocarlos a través de los orificios en la parte frontal y luego conectarlos al PCB.

Quería poner toda la electrónica para este proyecto en el lado izquierdo de la parte impresa en 3D, desafortunadamente, una batería resultó ser un poco más grande de lo anunciado y tuve que poner una batería en el lado izquierdo y la electrónica en el lado correcto. Pero eso no fue gran cosa, todo encajaba perfectamente en él.

También recuerde instalar un sensor ultrasónico.

Para encender y apagar fácilmente el robot, agregué un interruptor en el conector de la batería como tal. También hay un orificio en el panel posterior para colocar un interruptor en su interior.

Código

Antes de cerrar la parte posterior de la parte frontal, tenemos que cargar el código en el Arduino pro mini. Necesitamos sacar Arduino de la PCB y conectarlo a la computadora con convertidor USB-UART. El código para Arduino se puede encontrar a continuación. Todo sobre el código se explica en los comentarios y en el video. El código también se puede encontrar en el editor web

También hay un programa especial que escribí en C # para generar tareas para este robot, se llama planificador de tareas (puede encontrar el archivo find.exe a continuación). Le permite generar fácilmente tareas para el robot, copiarlas y pegarlas en el IDE de Arduino antes de cargarlas en Arduino. Para generar tareas para el robot necesitas conocer la identificación de la tarjeta RFID, para obtenerla puedes construir un circuito simple más información aquí.

Casi terminado ...

Ahora podemos cerrar la parte trasera de la parte delantera con dos solapas y atornillarlas. Puede ser complicado colocar todos los componentes en el interior, intente reacomodarlos y colóquelos en diferentes posiciones para cerrar las solapas.

Para atornillarlo, puede usar algunos tornillos M3 cortos y no necesita arandelas allí. Eso es lo último que tuvimos que hacer. ¡Nuestro robot finalmente está listo para la prueba final! Pasé tanto tiempo construyéndolo, estoy realmente feliz de que ahora puedo ver si funcionará como yo pretendía que funcionara :)

Así es como se ve con todos los componentes en su lugar, la electrónica oculta en la parte frontal y los sensores montados en el robot. El único inconveniente es que la carga de la batería puede ser difícil porque tienes que abrir una solapa trasera para sacarla. Una solución simple para eso sería hacer un agujero en la parte 3D y sacar el cable equilibrador de la batería a través de este agujero.

¡Examen final!

No estaba seguro de cómo mostrarte cómo funciona este robot o debería decirte cómo hacerlo bien. El propósito principal de este proyecto es construir un robot de código abierto barato que pueda transportar cosas de manera inteligente por líneas de ensamblaje y fábricas, así que configuré una línea de ensamblaje simple y le pedí ayuda al hijo de mi padre y mi hermano. Nuestro objetivo era poner un artículo en el robot, agarrarlo del robot en una estación diferente y poner el que ya tiene una etiqueta adhesiva y en la última estación mover uno con una etiqueta adhesiva al almacén. La tarea simple que imita la línea de montaje y le permite probar fácilmente cómo funciona.

Quería poner cinta negra en el piso, pero no era reflectante para mis sensores, así que usé un poco de cartón. Y comenzamos a probar, puedes ver eso en el video (puedes encontrarlo al comienzo de este proyecto).

Hubo muchas cosas que podrían salir mal en este proyecto, pero todo resultó perfecto. Funciona como pretendía que funcionara, en cada paso, la idea inicial a través del diseño y el montaje se desarrolló sin problemas e increíblemente bien. Cuando dije que había muchas cosas que podrían salir mal, lo digo en serio. Tengo mucha experiencia con impresión 3D, programación y Arduino, pero esa fue la primera vez que dibujé mi proyecto en un papel, lo cual fue una gran idea y lo haré con más frecuencia, seguro, nunca antes había diseñado nada para corte láser. aunque tengo un certificado de programador de C #, no soy un maestro en ello. Y logré conectar todo eso para crear un robot tan genial :) Espero que les haya gustado mi proyecto, si es así, no olviden decir algunas palabras al respecto en los comentarios, tengo mucha curiosidad por saber qué piensan al respecto. ¡Si tiene alguna pregunta, sientase con libertad de preguntar! Gracias por leer.

¡Haciendo feliz!

 / *** C de Nikodem Bartnik * http://NikodemBartnik.pl* https://www.youtube.com/user/nikodembartnik**/#include  #include  // Definiciones de pines, si cambió algo en el esquema, también debe cambiar los valores a continuación # 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 // definición 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; // aquí puede pegar matrices del programa para generar planes para este robot que escribí en C #, busque ILFPlanner.exe # define COMMANDS_LENGTH 4char * Escriba [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 () {// setup SPI para módulo RFID SPI.begin (); mfrc522.PCD_Init (); // configura todos los pines que necesitamos pinMode (LINESENSOR1, INPUT); pinMode (LINESENSOR2, ​​INPUT); pinMode (LINESENSOR3, INPUT); pinMode (ZUMBADOR, SALIDA); pinMode (MOTOR1A, SALIDA); pinMode (MOTOR1B, SALIDA); pinMode (MOTOR2A, SALIDA); pinMode (MOTOR2B, SALIDA); pinMode (DISTANCESENSOR, INPUT);} void loop () {// esta parte del programa realiza la función de seguimiento de línea si (digitalRead (LINESENSOR1) ==LOW &&digitalRead (LINESENSOR2) ==HIGH &&digitalRead (LINESENSOR3) ==LOW) {Adelante ();} 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);} // si la última tarjeta fue detectada más de MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS podemos verificar si hay otra si (millis () - last_card_read> =MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS) {// aquí tenemos que esperar la tarjeta, cuando está cerca del sensor if (! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent ()) {return; } // podemos leer su valor if (! mfrc522.PICC_ReadCardSerial ()) {return; } // procesando el valor de la tarjeta para que sea legible String content =""; para (byte i =0; i  
 Planificador de tareas  C #  
 ZIP con mi programa C # para generar tareas para el robot, también puede encontrar .exe a continuación. 
 Sin vista previa (solo descarga). 
 
 Planificador de tareas.exe  C #  
 Simplemente puede ejecutarlo en su máquina con Windows, sin instalación 
 Sin vista previa (solo descarga). 
  
 
   Piezas y carcasas personalizadas     
 Parte delantera del chasis que contiene todos los sensores y la electrónica. Impreso con PLA blanco, luego lijado y pintado varias veces para que brille. Tarda aproximadamente 8 horas en imprimir, debe usar soportes Necesita esto para cerrar el lado izquierdo de la parte frontal Necesita esto para cerrar el lado izquierdo de la parte frontal Archivo DXF para corte láser en material de 4 mm (madera contrachapada, plexi)   plateback_CLMFY08IX0.dxf Archivo DXF para corte láser en material de 4 mm (madera contrachapada, plexi)   platebottom_YXrDbx6Zxr.dxfDXF archivo para corte láser en material de 4 mm (madera contrachapada, plexi)   plateleft_SWSXq4pbU1.dxf Archivo DXF para corte láser en material de 4 mm (madera contrachapada, plexi)   plateright_mRA9hd7Kp8.dxfFusion360 archivo en caso de que desee editar algo   industrial_line_follower_design_vX9sr32Rar.f3d 
 
 
   Esquemas     
 Fritzing archivo en caso de que desee editar algo   schematic_QjiJP4TLOo.fzzSchematic con todas las conexiones para este proyecto  Este es un archivo PDF que necesita para hacer una PCB para este proyecto, es de una sola cara, por lo que no es una capa superior 
 

            


            

               Detector de terremotos ADXL335 sensible al bricolaje        
                Reloj maestro