Suiveur de ligne industrielle pour la fourniture de matériaux

Outils et machines nécessaires

	Imprimante 3D (générique)
	Coupe laser (générique) Je n'ai pas de découpeuse laser alors j'ai commandé une découpe en ligne qui s'est avérée super, donc pas de soucis vous n'avez pas besoin d'outils aussi coûteux pour réaliser ce projet
	Fer à souder (générique)

Applications et services en ligne

	Arduino IDE
	Autodesk Fusion 360

À propos de ce projet

Vous êtes-vous déjà demandé comment fonctionnent ces robots sophistiqués qui transportent des pièces sur des chaînes de montage ? J'ai vu de tels robots dans l'usine Opel ici en Pologne, j'ai posé beaucoup de questions et ils m'ont expliqué comment cela fonctionnait, j'ai immédiatement compris qu'il ne s'agissait que d'un suiveur de ligne vraiment avancé. Au lieu de ruban noir, il y a une bande magnétique et au lieu de capteurs de lumière, il y a des capteurs magnétiques, il y a aussi beaucoup de fonctions de sécurité et d'autres choses intelligentes. Mais à ce stade, j'ai commencé à penser que je pourrais peut-être créer ma propre version open source et plus petite, moins chère, basée sur Arduino, d'un tel robot qui sera capable de transporter intelligemment des choses? Ça a l'air d'être un gros challenge, c'est ce que j'aime !

Conception

Tout d'abord, je l'ai conçu... sur un papier ! Oui sur papier avec un crayon à la main :) Pourquoi concevoir sur papier si vous avez un super logiciel de CAO ? Il y a quelques avantages que j'ai entendus d'autres personnes et que j'ai ensuite confirmés par moi-même. Vous êtes vraiment libre, il n'y a pas de limites sur le papier, pas de distractions juste un espace vide et un crayon qui rend les choses vraiment faciles. C'est aussi plus rapide, vous n'avez pas à vous soucier des dimensions et de la forme finale si vous n'aimez pas quelque chose que vous avez dessiné, vous pouvez simplement le dessiner à nouveau et lorsque vous voyez tous vos dessins à la fois, vous pouvez les combiner ensemble et monter avec de nouvelles idées :) C'était très facile de le dessiner sur un papier pour trouver une forme globale que j'aime, puis de passer à la CAO pour ajouter quelques dimensions à mon dessin. Je recommande vraiment cette technique à tout le monde ! Voici mes dessins (ces lignes colorées sur le côté droit sont la créativité du fils de mon frère)

Bien sûr, mes dessins ne sont pas très bons, et si vous pouviez dessiner, vous feriez quelque chose de mieux en 5 minutes, mais j'étais vraiment mauvais en dessin et l'exemple ci-dessus me semble prometteur. Ensuite, j'ai créé une conception CAO basée sur ce dessin. Je savais depuis le début que certaines parties de ce robot seraient imprimées en 3D, mais je ne voulais pas qu'il soit imprimé à 100% en 3D et je voulais expérimenter et essayer de nouvelles choses (comme toujours). Finalement, j'ai décidé de découper certaines pièces sur une découpeuse laser, mais je n'en ai pas et je n'ai jamais conçu quelque chose pour une découpe laser, j'ai appris à le faire et je l'ai commandé en ligne. Comme matériau, j'ai choisi du contreplaqué de 4 mm (vous pouvez également utiliser du plexi ou quelque chose de similaire). Une partie avant du robot est imprimée en 3D et contient tous les capteurs, l'électronique et la batterie. Voici des rendus de ma conception qui, à mon avis, sont fantastiques !

L'étape suivante consistait à commander la découpe au laser de ces plaques de bois. Je viens de Pologne et j'ai donc trouvé une entreprise polonaise qui le fait pour économiser sur les frais d'expédition. Si vous voulez trouver quelque chose autour de vous, il suffit de découper au laser Google et le nom de votre ville, vous devriez facilement trouver quelque chose autour de vous. N'oubliez pas de demander à l'entreprise si elle peut ajuster les décalages de ces pièces afin que les articulations des doigts s'adaptent parfaitement (nous devons le faire à cause d'une chose appelée saignée, vous pouvez en savoir plus à ce sujet ici). Heureusement, j'ai trouvé une entreprise qui s'en est occupée pour moi, merci !

J'avais assez peur car je n'ai jamais conçu pour la découpe laser et je n'ai jamais utilisé de pièces découpées au laser auparavant, mais le résultat est magnifique :) Les fichiers DXF pour la découpe laser se trouvent ci-dessous dans la section des pièces jointes.

Pour terminer le chassis j'ai du imprimer une partie avant sur une imprimante 3D, c'est l'outil que j'ai donc ce n'était pas un problème pour moi, si vous n'avez pas encore d'imprimante 3D pensez à en acheter une, elles sont assez pas cher de nos jours. Vous pourrez peut-être en trouver un à l'école ou à la bibliothèque, ou peut-être qu'un de vos amis est un passionné d'impression 3D. Les fichiers STL se trouvent dans la section des pièces jointes ci-dessous. Il n'y a pas de réglage spécifique pour l'impression 3D, j'ai utilisé 2 périmètres avec 30% de remplissage et une hauteur de couche de 0.2mm, il faut utiliser un support pour imprimer cette partie. Cela prendra environ 8 heures, alors soyez patient.

Une fois votre impression terminée, vous pouvez la nettoyer et la visser sur les pièces en contreplaqué, mais j'ai décidé d'y mettre un peu plus de travail. Encore une fois, c'est quelque chose que je n'ai jamais fait auparavant, j'ai poncé mon impression et je l'ai peinte, poncée à nouveau et peinte, puis j'ai utilisé un mastic pour voiture pour rendre la surface parfaite, puis un peu plus de ponçage et de peinture. Cela m'a pris beaucoup de temps, mais j'ai aussi beaucoup appris, et jetez un œil à cette surface brillante ! C'est parfait, on ne peut pas du tout dire qu'il a été imprimé en 3D ! 2 jours de peinture et de ponçage, ça vaut vraiment le coup.

Et voici des pièces découpées au laser et des pièces imprimées en 3D préparées pour l'assemblage.

Arduino, Capteurs, Moteurs, PCB...

Mais ce projet n'est bien sûr pas qu'une question de design. Tout est contrôlé par Arduino pro mini qui est connecté au PCB personnalisé que j'ai conçu dans Fritzing (les fichiers de mise en page et de conception du PCB peuvent être trouvés dans les pièces jointes). Pour le faire fonctionner tout seul sans intervention humaine, il existe également des capteurs de ligne et un module RFID pour détecter les balises placées à côté de la ligne. Le pont en H qui contrôle les moteurs à engrenages bon marché et populaires est le L293D, petit et facile à utiliser. J'ai également décidé d'ajouter un buzzer au circuit afin qu'un robot puisse émettre un bip lorsqu'une certaine étiquette RFID est détectée. Le tout est alimenté par une batterie LiPo 2 cellules (7, 4V de tension nominale). Parce que le module RFID doit être alimenté avec 3, 3V, j'ai dû ajouter un régulateur de tension sur le PCB afin qu'il fournisse une tension appropriée au module. Il y a aussi un capteur à ultrasons pour détecter les obstacles, comme on dit, la sécurité avant tout ! Il y avait un problème, la lecture de distance avec HC-SR04 prend pas mal de temps en termes de microcontrôleurs donc j'ai conçu un autre projet (plus d'infos ici) qui permet de détecter facilement et rapidement les obstacles avec ce capteur. Ce n'est pas nécessaire mais rend les choses beaucoup plus faciles.

Pour construire le PCB, vous avez besoin d'outils et de composants (Arduino, L293D, quelques en-têtes détachables, connecteur de batterie, buzzer, régulateur de tension 3, 3V). Vous pouvez en savoir plus sur la fabrication de PCB à la maison et le type d'outils dont vous avez besoin ici

Au début, je voulais fraiser mon PCB sur une fraiseuse CNC mais j'ai décidé d'utiliser une méthode que je connaissais bien appelée transfert de toner. Ci-dessus, vous pouvez voir le toner transféré sur la carte de cuivre. Ensuite, j'ai gravé mon PCB et nettoyé le toner. Vous devez également y percer des trous afin d'y mettre du THC (Through Hole Components).

La soudure était incroyablement facile comme pour le PCB DIY, généralement, il est beaucoup plus difficile à souder car il n'y a pas de masque de soudure* dessus.

Il y a 5 fils de cavalier au bas du PCB (dans la vue PCB de Fritzing, ils sont étiquetés comme des câbles bleus), je n'aime vraiment pas utiliser des cavaliers mais avec des circuits plus complexes et un PCB à couche unique, il n'y a tout simplement aucun moyen de les éviter .

Comme je l'ai dit pour alimenter ce robot, j'utiliserai une batterie LiPo à 2 cellules, vous pouvez utiliser n'importe quelle autre batterie avec une tension similaire, vous n'avez pas besoin d'utiliser une capacité spécifique de la batterie (plus la capacité est grande, plus votre robot fonctionnera longtemps sur un charge unique). J'ai également soudé une prise au PCB pour pouvoir y connecter facilement la batterie.

Lorsque tout est soudé, il est temps de tester si cela fonctionne en y connectant une batterie. Les LED Arduino doivent s'allumer et il ne doit pas y avoir de fumée :)

Si tout fonctionne bien, nous pouvons effectuer le dernier travail de soudure avec notre PCB, nous devons souder les câbles que nous souderons plus tard aux moteurs. Il est préférable de les faire un peu plus longs que nécessaire et de les couper plus tard, vous ne voulez pas qu'ils soient trop courts.

Le PCB est prêt ! Si vous n'avez aucune expérience dans la fabrication d'un PCB, essayez d'en faire un, ce n'est pas si difficile. Si vous préférez le connecter avec des câbles ou un protoboard, n'hésitez pas à le faire, mais il peut être difficile de l'insérer dans la partie avant du robot. Avec PCB, vous pouvez facilement le faire ! Nous devons encore connecter tous les capteurs au PCB, mais nous allons d'abord assembler le châssis et y attacher tous les capteurs.

Assemblage

Les joints de doigts des pièces découpées au laser s'emboîtent parfaitement, mais pour les rendre vraiment rigides et durables, nous devons utiliser de la colle. C'est un contreplaqué, donc n'importe quelle colle à bois fera l'affaire. Assurez-vous de ne pas utiliser trop de colle et nettoyez-le en cas de fuite. Il doit sécher quelques heures pour que nous puissions faire une pause. Assurez-vous que toutes les pièces sont placées correctement, il n'y aura aucun moyen de changer cela une fois la colle sèche.

Après quelques heures, nous pouvons continuer à assembler notre robot. Il est temps de fixer la partie avant imprimée en 3D au contreplaqué. Nous n'utiliserions pas de colle pour cela, comme ils me l'ont appris lors de mon stage au CIT :utiliser de la colle n'est pas professionnel, oubliez ça (mais j'espère que ça va avec le bois). Nous utiliserons des vis, placées depuis le bas du robot, en veillant à ce qu'elles soient courtes (disons 6 mm de long) afin qu'elles ne créent pas de courts-circuits sur les circuits à l'intérieur de la pièce imprimée en 3D. L'avantage de cette façon d'attacher la partie avant au contreplaqué, c'est qu'on ne voit pas ça du haut, il faut regarder sous le robot, ça le rend beaucoup mieux :) Je vous recommande d'utiliser des rondelles pour protéger contreplaqué de déformation.

Voilà à quoi cela devrait ressembler si loin, si propre et parfait !

Nous allons maintenant monter les moteurs et la roue arrière sur le châssis. Vous aurez besoin de vis M3 pour cela. J'ai également utilisé des rondelles ici pour protéger le contreplaqué.

Il est temps de retourner aux capteurs, retournez votre robot, prenez des vis M3 et un tournevis.

Assemblage terminé ! Ce n'était pas difficile du tout, du pur plaisir. Nous pouvons maintenant voir la forme du robot avec tous les capteurs et moteurs à sa place. Nous sommes sur le point de terminer cela, mais avant le test final, nous devons connecter tous les capteurs au PCB.

Connexion

Cette étape peut prendre un certain temps, ce n'est pas difficile mais vraiment délicat de faire passer tous les câbles à travers le petit espace de la partie avant imprimée en 3D. J'ai trouvé que le meilleur moyen est de connecter des câbles à tous les capteurs et modules, de les faire passer dans les trous de la partie avant, puis de les connecter au PCB.

Je voulais mettre toute l'électronique de ce projet sur le côté gauche de la partie imprimée en 3D, malheureusement, une batterie s'est avérée un peu plus grosse que ce qui était annoncé et j'ai dû mettre une batterie sur le côté gauche et l'électronique sur Le côté droit. Mais ce n'était pas grave, tout s'y intégrait parfaitement.

Pensez également à mettre en place un capteur à ultrasons.

Pour allumer et éteindre facilement le robot, j'ai ajouté un interrupteur sur le connecteur de la batterie comme ceci. Il y a aussi un trou dans le panneau arrière pour y mettre un interrupteur.

Code

Avant de fermer la partie avant, nous devons télécharger le code sur l'Arduino pro mini. Nous devons retirer Arduino du PCB et le connecter à l'ordinateur avec un convertisseur USB-UART. Le code pour Arduino peut être trouvé ci-dessous. Tout sur le code est expliqué dans les commentaires et dans la vidéo. Le code peut également être trouvé dans l'éditeur Web

Il existe également un programme spécial que j'ai écrit en C# pour générer des tâches pour ce robot, il s'appelle le planificateur de tâches (vous pouvez trouver le fichier.exe ci-dessous). Il vous permet de générer facilement des tâches pour le robot, de les copier et de les coller dans l'IDE Arduino avant de les télécharger sur Arduino. Pour générer des tâches pour le robot, vous devez connaître l'identifiant de la carte RFID. Pour l'obtenir, vous pouvez créer un circuit simple. Plus d'informations ici.

Presque fini...

Maintenant, nous pouvons fermer l'arrière de la partie avant avec deux rabats et les visser. Il peut être difficile d'insérer tous les composants à l'intérieur, essayez de les réorganiser et de les mettre dans différentes positions pour fermer les volets.

Pour visser cela, vous pouvez utiliser des vis M3 courtes et vous n'avez pas besoin de rondelles là-bas. C'est la dernière chose que nous devions faire. Notre robot est enfin prêt pour le test final ! J'ai passé tellement de temps à le construire, je suis vraiment heureux de pouvoir maintenant voir s'il fonctionnera comme je l'avais prévu :)

Voici à quoi cela ressemble avec tous les composants à sa place, l'électronique cachée dans la partie avant et les capteurs montés sur le robot. Le seul inconvénient est que la charge de la batterie peut être difficile car vous devez ouvrir un rabat arrière pour la retirer. Une solution simple pour cela serait de faire un trou dans la partie 3D et de faire passer le câble d'équilibrage de la batterie à travers ce trou.

Examen final!

Je ne savais pas trop comment vous montrer comment fonctionne ce robot ou je devrais dire comment le faire correctement. L'objectif principal de ce projet est de construire un robot open source bon marché capable de transporter intelligemment des objets autour des chaînes de montage et des usines. J'ai donc mis en place une chaîne de montage simple et demandé de l'aide au fils de mon père et de mon frère. Notre objectif était de mettre un élément dans le robot, de le saisir du robot sur une station différente et de mettre celui qui a déjà un autocollant dessus et sur la dernière station, déplacer un avec un autocollant vers l'entrepôt. La tâche simple qui imite la chaîne de montage et vous permet de tester facilement son fonctionnement.

Je voulais mettre du ruban adhésif noir sur le sol, mais ce n'était pas assez réfléchissant pour mes capteurs alors j'ai utilisé du carton. Et nous avons commencé à tester, vous pouvez le voir sur la vidéo (vous pouvez le trouver au début de ce projet).

Il y avait beaucoup de choses qui pouvaient mal tourner dans ce projet, mais tout s'est parfaitement déroulé. Cela fonctionne comme je l'avais prévu, chaque étape, l'idée initiale à travers la conception et l'assemblage s'est déroulée en douceur et incroyablement bien. Quand j'ai dit qu'il y avait beaucoup de choses qui pourraient mal tourner, je le pense vraiment. J'ai beaucoup d'expérience avec l'impression 3D, la programmation et Arduino mais c'était la première fois que je dessinais mon projet sur un papier ce qui était une excellente idée et je le ferai plus souvent c'est sûr, je n'ai jamais rien conçu pour la découpe laser auparavant, même si j'ai un certificat de programmeur C#, je ne le maîtrise pas. Et j'ai réussi à connecter tout cela ensemble pour créer un robot aussi cool :) J'espère que vous avez aimé mon projet, si c'est le cas n'oubliez pas de dire quelques mots à ce sujet dans les commentaires, je suis vraiment curieux de savoir ce que vous en pensez. Si vous avez des questions, n'hésitez pas à les poser! Merci d'avoir lu.

Bonne fabrication !

Code

• Code Arduino du suiveur de ligne industrielle
• Planificateur de tâches
• Planificateur de tâches.exe

Code Arduino suiveur de ligne industrielleArduino

/*** C par Nikodem Bartnik* http://NikodemBartnik.pl* https://www.youtube.com/user/nikodembartnik**/#include #include //Pin définitions, si vous avez modifié quelque chose dans le schéma, vous devez également modifier les valeurs ci-dessous#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//constant values ​​definition#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;//ici vous pouvez coller des tableaux à partir du programme pour générer des plans pour ce robot que j'ai écrit en C#, trouvez 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() { //configurer SPI pour le module RFID SPI.begin(); mfrc522.PCD_Init(); //configurer toutes les broches dont nous avons besoin pinMode(LINESENSOR1, INPUT); pinMode(LINESENSOR2, ​​INPUT); pinMode(LINESENSOR3, INPUT); pinMode(BUZZER, SORTIE); pinMode(MOTOR1A, SORTIE); pinMode(MOTOR1B, SORTIE); pinMode(MOTOR2A, SORTIE); pinMode(MOTOR2B, SORTIE); pinMode(DISTANCESENSOR, INPUT);}void loop() {//cette partie du programme réalise la fonction de la ligne suivanteif(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);}//si la dernière carte a été détectée plus de MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS nous pouvons vérifier s'il y en a une autreif (millis() - last_card_read>=MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS){//ici nous devons attendre la carte, quand elle est proche du capteur if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()){ return; }//on peut lire sa valeur if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) { return; }//traitement de la valeur de la carte pour la rendre redevable String content=""; for (byte i =0; i  
Planificateur de tâchesC# 
 ZIP avec mon programme C# pour générer des tâches pour le robot, vous pouvez également trouver .exe ci-dessous.
Aucun aperçu (téléchargement uniquement).
 
Task planner.exeC# 
 Vous pouvez simplement l'exécuter sur votre machine Windows, sans installation
Aucun aperçu (téléchargement uniquement).
 

Pièces et boîtiers personnalisés

Schémas