Industrial Line Follower für die Materialversorgung

Notwendige Werkzeuge und Maschinen

	3D-Drucker (generisch)
	Laserschneider (generisch) Ich habe keinen Laserschneider, also habe ich das Schneiden online bestellt, was großartig geklappt hat, also keine Sorge Sie brauchen nicht so teure Tools, um dieses Projekt zu machen
	Lötkolben (generisch)

Apps und Onlinedienste

	Arduino-IDE
	Autodesk Fusion 360

Über dieses Projekt

Haben Sie sich jemals gefragt, wie diese ausgefallenen Roboter funktionieren, die Teile auf Fließbändern transportieren? Ich habe solche Roboter im Opel-Werk hier in Polen gesehen, ich habe viele Fragen gestellt und sie erklären mir, wie es funktioniert, ich habe sofort verstanden, dass dies nur ein wirklich fortgeschrittener Linienfolger ist. Anstelle von schwarzem Klebeband gibt es Magnetstreifen und statt Lichtsensoren gibt es Magnetsensoren, es gibt auch jede Menge Sicherheitsfeatures und andere smarte Dinge. Aber an diesem Punkt begann ich zu denken, dass ich vielleicht meine eigene kleinere, billigere Arduino-basierte und Open-Source-Version eines solchen Roboters bauen kann, der in der Lage sein wird, Dinge intelligent zu transportieren? Klingt nach einer großen Herausforderung, das mag ich!

Design

Das Wichtigste zuerst Ich habe es entworfen ... auf Papier! Ja auf dem Papier mit einem Bleistift in der Hand :) Warum auf Papier entwerfen, wenn Sie eine tolle CAD-Software haben? Es gibt ein paar Vorteile, die ich von anderen gehört habe und die ich dann selbst bestätigt habe. Sie sind wirklich frei, es gibt keine Einschränkungen beim Papier, keine Ablenkungen, nur Leerzeichen und einen Bleistift, der die Dinge wirklich einfach macht. Es ist auch schneller, Sie müssen sich nicht um Abmessungen und die endgültige Form kümmern. Wenn Ihnen etwas nicht gefällt, das Sie gezeichnet haben, können Sie es einfach noch einmal zeichnen und wenn Sie alle Ihre Zeichnungen auf einmal sehen, können Sie sie kombinieren und hochkommen mit neuen Ideen :) Es war sehr einfach, es auf Papier zu zeichnen, um eine Gesamtform zu finden, die mir gefällt, und dann zu CAD zu wechseln, um meiner Zeichnung einige Dimensionen hinzuzufügen. Kann diese Technik wirklich jedem empfehlen! Hier sind meine Zeichnungen (diese bunten Linien auf der rechten Seite sind die Kreativität des Sohnes meines Bruders)

Natürlich sind meine Zeichnungen nicht sehr gut, und wenn Sie zeichnen können, würden Sie in 5 Minuten etwas besser machen, aber ich war früher wirklich schlecht im Zeichnen und das obige Beispiel sieht für mich vielversprechend aus. Dann erstellte ich ein CAD-Design basierend auf dieser Zeichnung. Ich wusste von Anfang an, dass einige Teile dieses Roboters 3D-gedruckt werden, aber ich wollte ihn nicht zu 100% 3D-gedruckt machen und ich wollte experimentieren und (wie immer) neue Dinge ausprobieren. Schließlich habe ich mich entschieden, einige Teile auf einem Laserschneider zu schneiden, aber ich habe keinen und ich habe nie etwas für einen Laserschneider entworfen, gelernt, wie das geht, und das online bestellt. Als Material habe ich 4mm Sperrholz gewählt (man kann auch Plexi oder ähnliches verwenden). Ein vorderer Teil des Roboters ist 3D-gedruckt und enthält alle Sensoren, Elektronik und Batterie. Hier sind Renderings meines Designs, die meiner Meinung nach fantastisch aussehen!

Der nächste Schritt war das Laserschneiden dieser Holzplatten zu bestellen. Ich komme aus Polen, also habe ich eine polnische Firma gefunden, die das macht, um Versandkosten zu sparen. Wenn Sie etwas in Ihrer Nähe finden möchten, verwenden Sie einfach Google Laserschneiden und einen Namen Ihrer Stadt, Sie sollten leicht etwas in Ihrer Nähe finden. Denken Sie daran, die Firma zu fragen, ob sie die Versätze für diese Teile anpassen kann, damit die Keilzinken perfekt passen (wir müssen dies tun wegen eines Dings namens Kerbe, Sie können hier mehr darüber lesen). Zum Glück habe ich eine Firma gefunden, die das für mich erledigt, danke!

Ich hatte ziemliche Angst, weil ich noch nie zum Laserschneiden entworfen habe und noch nie zuvor lasergeschnittene Teile verwendet habe, aber es ist wunderschön geworden :) DXF-Dateien zum Laserschneiden finden Sie unten im Anhang.

Um das Chassis zu vervollständigen musste ich ein Frontteil auf einem 3D-Drucker drucken, das ist das Werkzeug, das ich habe, also war das kein Problem für mich, wenn Sie noch keinen 3D-Drucker haben, überlegen Sie sich einen zu kaufen, sie sind ziemlich heute billig. Vielleicht finden Sie einen in der Schule oder Bibliothek, oder vielleicht ist einer Ihrer Freunde 3D-Druck-Enthusiasten. STL-Dateien finden Sie im Anhangsabschnitt unten. Es gibt keine spezielle Einstellung für den 3D-Druck, ich habe 2 Perimeter mit 30% Füllung und 0,2 mm Schichthöhe verwendet, Sie müssen die Unterstützung verwenden, um dieses Teil zu drucken. Es wird ungefähr 8 Stunden dauern, also haben Sie Geduld.

Sobald Ihr Druck fertig ist, können Sie ihn aufräumen und an die Sperrholzteile schrauben, aber ich habe mich entschieden, etwas mehr daran zu arbeiten. Auch das ist etwas, was ich noch nie gemacht habe, ich habe meinen Druck abgeschliffen und lackiert, noch einmal geschliffen und lackiert, dann habe ich einen Autospachtel verwendet, um die Oberfläche perfekt zu machen, dann noch etwas Schleifen und Lackieren. Es hat viel Zeit gekostet, aber ich habe auch viel gelernt, und schau dir diese glänzende Oberfläche einfach an! Es ist perfekt, man kann nicht sagen, dass es überhaupt 3D-gedruckt wurde! 2 Tage Lackieren und Schleifen, lohnt sich auf jeden Fall.

Und hier sind lasergeschnittene Teile und 3D-gedruckte Teile, die für den Zusammenbau vorbereitet sind.

Arduino, Sensoren, Motoren, PCB...

Aber bei diesem Projekt geht es natürlich nicht nur um das Design. Alles wird von Arduino pro mini gesteuert, das mit der benutzerdefinierten Leiterplatte verbunden ist, die ich in Fritzing entworfen habe (PCB-Layout- und Designdateien finden Sie in den Anhängen). Damit es ohne menschliches Zutun selbstständig funktioniert, gibt es auch Liniensensoren und ein RFID-Modul, um neben der Linie platzierte Tags zu erkennen. Die H-Brücke, die billige und beliebte Getriebemotoren steuert, ist L293D, klein und einfach zu bedienen. Ich habe mich auch entschieden, der Schaltung einen Summer hinzuzufügen, damit ein Roboter piepsen kann, wenn ein bestimmter RFID-Tag erkannt wird. Alles wird von einem 2-Zellen-LiPo-Akku (7, 4 V Nennspannung) betrieben. Da das RFID-Modul mit 3, 3 V versorgt werden muss, musste ich einen Spannungsregler auf der Platine hinzufügen, damit er das Modul mit der richtigen Spannung versorgt. Außerdem gibt es einen Ultraschallsensor zur Erkennung von Hindernissen, wie es so schön heißt:Sicherheit geht vor! Es gab ein Problem, der Leseabstand mit dem HC-SR04 dauert in Bezug auf Mikrocontroller ziemlich lange, also habe ich ein weiteres Projekt entworfen (mehr Infos hier), das es mit diesem Sensor einfach und schnell macht, Hindernisse zu erkennen. Es ist nicht notwendig, macht es aber definitiv einfacher.

Um die Platine zu bauen, benötigen Sie einige Werkzeuge und Komponenten (Arduino, L293D, einige Breakaway-Header, Batterieanschluss, Summer, 3, 3V-Spannungsregler). Lesen Sie hier mehr darüber, wie Sie Leiterplatten zu Hause herstellen und welche Werkzeuge Sie benötigen.

Am Anfang wollte ich meine Leiterplatte auf einer CNC-Fräsmaschine fräsen, entschied mich aber für eine mir bekannte Methode namens Tonertransfer. Oben sehen Sie, wie Toner auf die Kupferplatine übertragen wurde. Dann habe ich meine Platine geätzt und den Toner gereinigt. Sie müssen auch Löcher bohren, um THC (Through Hole Components) hineinzubringen.

Das Löten war unglaublich einfach wie bei der DIY-Platine, normalerweise ist es viel schwieriger zu löten, da keine Lötstoppmaske* darauf ist.

Auf der Unterseite der Platine befinden sich 5 Jumper-Drähte (in Fritzings PCB-Ansicht sind diese als blaue Kabel gekennzeichnet), ich mag es wirklich nicht, Jumper zu verwenden, aber bei komplexeren Schaltungen und einlagiger Platine gibt es keine Möglichkeit, sie zu vermeiden .

Wie gesagt, um diesen Roboter mit Strom zu versorgen, werde ich einen 2-Zellen-LiPo-Akku verwenden. Sie können jeden anderen Akku mit ähnlicher Spannung verwenden, Sie müssen keine bestimmte Kapazität des Akkus verwenden (je größer die Kapazität, desto länger wird Ihr Roboter arbeiten) einmalige Gebühr). Ich habe auch eine Buchse an die Platine gelötet, damit ich die Batterie einfach daran anschließen kann.

Wenn alles verlötet ist, ist es Zeit zu testen, ob es funktioniert, indem Sie eine Batterie daran anschließen. Arduino-LEDs sollten aufleuchten und es sollte kein Rauch sein :)

Wenn alles gut funktioniert, können wir mit unserer Platine den letzten Lötjob machen, wir müssen Kabel löten, die wir später an die Motoren löten werden. Es ist besser, sie etwas länger als nötig zu machen und später zu schneiden, damit sie nicht zu kurz sind.

Platine ist fertig! Wenn Sie keine Erfahrung mit der Herstellung einer Leiterplatte haben, versuchen Sie es, es ist nicht so schwer. Wenn Sie es vorziehen, es mit Kabeln oder einem Protoboard zu verbinden, können Sie dies gerne tun, aber es kann schwierig sein, das in den vorderen Teil des Roboters zu integrieren. Mit PCB können Sie das ganz einfach tun! Wir müssen noch alle Sensoren an die Platine anschließen, aber zuerst werden wir das Chassis zusammenbauen und alle Sensoren daran befestigen.

Zusammenbau

Keilzinkenverbindungen von lasergeschnittenen Teilen passen perfekt zusammen, aber um das wirklich steif und haltbar zu machen, müssen wir Klebstoff verwenden. Das ist ein Sperrholz, also wird jeder Holzleim die Arbeit erledigen. Achten Sie darauf, nicht zu viel Kleber zu verwenden, und reinigen Sie ihn bei Undichtigkeiten. Es sollte einige Stunden trocknen, damit wir eine Pause einlegen können. Stellen Sie sicher, dass alle Teile richtig platziert sind, es gibt keine Möglichkeit, dies zu ändern, sobald der Kleber getrocknet ist.

Nach ein paar Stunden können wir unseren Roboter weiter zusammenbauen. Es ist Zeit, das 3D-gedruckte Vorderteil am Sperrholz zu befestigen. Dafür würden wir keinen Kleber verwenden, wie sie mir während meines CIT-Praktikums beigebracht haben:Kleber zu verwenden ist unprofessionell, vergiss es (aber ich hoffe, es geht mit Holz). Wir verwenden Schrauben, die von der Unterseite des Roboters platziert werden, und stellen sicher, dass sie kurz sind (sagen wir 6 mm lang), damit sie keine Kurzschlüsse an den Schaltkreisen im 3D-gedruckten Teil erzeugen. Das Gute an dieser Art, das Vorderteil am Sperrholz zu befestigen, ist, dass man das von oben nicht sehen kann, man muss unter den Roboter schauen, das macht es viel besser :) Ich empfehle Ihnen, Unterlegscheiben zum Schutz zu verwenden Sperrholz vor Verformung.

So sollte es bisher aussehen, so sauber und perfekt!

Jetzt werden wir Motoren und Hinterrad am Chassis montieren. Dafür benötigst du einige M3-Schrauben. Ich habe hier auch einige Unterlegscheiben verwendet, um das Sperrholz zu schützen.

Es ist Zeit, zu den Sensoren zurückzukehren, Ihren Roboter umzudrehen, ein paar M3-Schrauben und einen Schraubendreher zu greifen.

Montage fertig! War gar nicht schwer, pures Vergnügen. Wir können jetzt die Form des Roboters mit allen Sensoren und Motoren sehen. Wir sind kurz davor, das fertigzustellen, aber vor dem letzten Test müssen wir alle Sensoren an die Platine anschließen.

Verbindung

Dieser Schritt kann einige Zeit in Anspruch nehmen, es ist nicht schwer, aber wirklich schwierig, alle Kabel durch den winzigen Raum des 3D-gedruckten Vorderteils zu führen. Ich fand, dass der beste Weg darin besteht, Kabel an alle Sensoren und Module anzuschließen, sie durch Löcher im Vorderteil zu führen und dann am Ende mit der Platine zu verbinden.

Ich wollte die gesamte Elektronik für dieses Projekt auf der linken Seite des 3D-gedruckten Teils platzieren, leider stellte sich heraus, dass ein Akku etwas größer war als angegeben und ich musste einen Akku auf die linke Seite und Elektronik setzen die richtige Seite. Aber das war keine große Sache, alles passte perfekt hinein.

Denken Sie auch daran, den Ultraschallsensor anzubringen.

Um den Roboter einfach ein- und auszuschalten, habe ich einen Schalter am Batterieanschluss hinzugefügt. Es gibt auch ein Loch in der Rückwand, um einen Schalter darin zu platzieren.

Code

Bevor wir die Rückseite des vorderen Teils schließen, müssen wir Code auf den Arduino pro mini hochladen. Wir müssen Arduino von der Platine nehmen und mit dem USB-UART-Konverter an den Computer anschließen. Code für Arduino finden Sie unten. Alles zum Code wird in den Kommentaren und im Video erklärt. COde ist auch im Webeditor zu finden

Es gibt auch ein spezielles Programm, das ich in C# geschrieben habe, um Aufgaben für diesen Roboter zu generieren, es heißt Aufgabenplaner (Sie finden die .exe-Datei unten). Damit können Sie ganz einfach Aufgaben für den Roboter generieren, sie kopieren und in die Arduino-IDE einfügen, bevor Sie sie auf den Arduino hochladen. Um Aufgaben für den Roboter zu generieren, müssen Sie die ID der RFID-Karte kennen. Um diese zu erhalten, können Sie eine einfache Schaltung erstellen. Weitere Informationen hier.

Fast fertig...

Jetzt können wir das Vorderteil mit zwei Laschen hinten schließen und festschrauben. Es kann schwierig sein, alle Komponenten im Inneren zu montieren, sie neu anzuordnen und in verschiedene Positionen zu bringen, um die Klappen zu schließen.

Um das festzuschrauben, können Sie einige kurze M3-Schrauben verwenden und benötigen dort keine Unterlegscheiben. Das war das Letzte, was wir tun mussten. Unser Roboter ist endlich bereit für den letzten Test! Ich habe so viel Zeit damit verbracht, es zu bauen, ich bin wirklich froh, dass ich jetzt sehen kann, ob es so funktioniert, wie ich es mir vorgestellt hatte :)

So sieht es aus mit allen Komponenten an ihrem Platz, Elektronik im Vorderteil versteckt und Sensoren am Roboter montiert. Der einzige Nachteil ist, dass das Aufladen des Akkus schwierig sein kann, da Sie eine hintere Klappe öffnen müssen, um ihn herauszunehmen. Eine einfache Lösung dafür wäre, ein Loch in das 3D-Teil zu bohren und das Balancerkabel des Akkus durch dieses Loch zu stecken.

Abschlussprüfung!

Ich war mir nicht sicher, wie ich Ihnen zeigen sollte, wie dieser Roboter funktioniert, oder ich sollte sagen, wie man das richtig macht. Der Hauptzweck dieses Projekts besteht darin, einen billigen Open-Source-Roboter zu bauen, der Dinge intelligent durch Fließbänder und Fabriken transportieren kann. Also habe ich eine einfache Montagelinie eingerichtet und den Sohn meines Vaters und meines Bruders um Hilfe gebeten. Unser Ziel war es, einen Artikel in den Roboter zu legen, ihn an einer anderen Station aus dem Roboter zu holen und den, der bereits einen Aufkleber hat, anzubringen und an der letzten Station einen mit einem Aufkleber ins Lager zu bringen. Die einfache Aufgabe, die das Fließband imitiert und Sie einfach testen lässt, wie es funktioniert.

Ich wollte schwarzes Klebeband auf den Boden kleben, aber es war nicht reflektierend genug für meine Sensoren, also habe ich etwas Pappe verwendet. Und wir haben mit dem Testen begonnen, das können Sie im Video sehen (Sie finden es am Anfang dieses Projekts).

Bei diesem Projekt konnte einiges schief gehen, aber alles hat perfekt geklappt. Es funktioniert so wie ich es mir vorgestellt habe, jeder Schritt, die erste Idee über das Design und den Zusammenbau verliefen reibungslos und unglaublich gut. Als ich sagte, dass eine Menge Dinge schief gehen könnten, meine ich das wirklich. Ich habe viel Erfahrung mit 3D-Druck, Programmierung und Arduino, aber das war das erste Mal, dass ich mein Projekt auf Papier gezeichnet habe, was eine großartige Idee war und ich werde das sicher öfter tun, ich habe noch nie etwas zum Laserschneiden entworfen. Obwohl ich ein Zertifikat eines C#-Programmierers habe, bin ich kein Meister darin. Und ich habe es geschafft, all das zu verbinden, um einen so coolen Roboter zu erschaffen :) Ich hoffe, dir hat mein Projekt gefallen, wenn ja, vergiss nicht, ein paar Worte in den Kommentaren zu sagen, ich bin wirklich gespannt, was du davon hältst. Wenn Sie Fragen haben, können Sie diese gerne stellen! Danke fürs Lesen.

Viel Spaß beim Basteln!

Code

• Industrial Line Follower Arduino-Code
• Aufgabenplaner
• Aufgabenplaner.exe

Industrial Line Follower Arduino CodeArduino

/*** C von Nikodem Bartnik* http://NikodemBartnik.pl* https://www.youtube.com/user/nikodembartnik**/#include #include //Pin-Definitionen, wenn Sie etwas im Schaltplan geändert haben, müssen Sie auch die Werte darunter ändern#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//Konstante Wertedefinition#define STOP_TIME 3000#define BEEP_LENGTH 200# MOTOR_SPEED 110#define MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS 2000MFRC522 mfrc522(10, 9);long int last_card_read;//hier können Sie Arrays aus dem Programm einfügen, um Pläne für diesen Roboter zu generieren, den ich in C# geschrieben habe, finden Sie 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() { //Setup SPI für RFID-Modul SPI.begin(); mfrc522.PCD_Init(); // Richten Sie alle Pins ein, die wir benötigen pinMode (LINESENSOR1, INPUT); pinMode (LINESENSOR2, ​​EINGANG); pinMode (LINESENSOR3, EINGANG); pinMode (SUMMER, AUSGANG); PinMode (MOTOR1A, AUSGANG); pinMode (MOTOR1B, AUSGANG); PinMode (MOTOR2A, AUSGANG); pinMode (MOTOR2B, AUSGANG); pinMode(DISTANCESENSOR, INPUT);}void loop() {//dieser Teil des Programms realisiert die Funktion der Zeilenfolgeif(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);} // Wenn die letzte Karte mehr als MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS erkannt wurde, können wir überprüfen, ob es eine andere gibt, wenn (millis() - last_card_read>=MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS){//hier müssen wir auf die Karte warten, wenn sie sich in der Nähe des Sensors befindet if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()){ return; } // Wir können seinen Wert lesen if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) { return; } // Kartenwert verarbeiten, um ihn redbar zu machen String content=""; für (Byte i =0; i  
AufgabenplanerC# 
 ZIP mit meinem C#-Programm zum Generieren von Aufgaben für den Roboter, Sie finden auch unten .exe.
Keine Vorschau (nur Download).
 
Aufgabenplaner.exeC# 
 Sie können es ohne Installation einfach auf Ihrem Windows-Rechner ausführen
Keine Vorschau (nur Download).
 

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