工业级循线搬运机器人 — 物料自动化传输方案

零部件与材料

SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz	×1
定制 PCB	×1	布局文件见附件，也可不做 PCB 飞线实现
超声波测距模块 HC-SR04	×1
RFID 模块 (RC522 等)	×1
SparkFun RedBot 循线传感器	×3
TI L293D H 桥驱动器 (1A)	×1	兼容 L293D
2S 锂聚合物电池 1000mAh 7.4V	×1	必须 7.4V，型号不限
140 RPM 减速电机对	×1	需自行打印连接底盘的连接件
65mm 车轮	×1
跳线若干	×1
拨动开关	×1
RFID 标签	×4	数量视任务数而定
蜂鸣器	×1
40P 单排排针	×1

所需工具

3D 打印机
激光切割机（无则可外发，作者在线下单）
电烙铁

软件与在线服务

Arduino IDE
Autodesk Fusion 360（机械设计）

项目详解

参观波兰奥佩尔工厂见到 AGV 物料搬运机器人，原理是高级循线：磁条替代黑胶带，磁传感器替代光电传感器，外加安全功能。作者决定自制低成本、开源、Arduino 驱动的迷你版，智能搬运物料。

设计理念

先手绘草图（纸笔无限制、无干扰、快速迭代），再进 Fusion 360 赋予尺寸。作者不擅绘图但草图足以确定整体形态。

部分 3D 打印，部分激光切割 4mm 胶合板（也可用亚克力）。前部 3D 打印件集成传感器、电子仓、电池仓。渲染图效果极佳：

激光切割外发（波兰本地厂商），要求厂家补偿激光切口宽度使指榫配合完美。DXF 文件见附件。

前部 3D 打印件（白色 PLA，2 周壁 30% 填充 0.2mm 层高，需支撑，约 8 小时）。作者打磨、喷漆、原子灰刮平、再打磨喷漆，历时 2 天，镜面效果堪比注塑：

电子系统：Arduino、传感器、电机、PCB

核心：Arduino Pro Mini + 定制 PCB（Fritzing 设计，文件见附件）。
传感器：3 路循线传感器 + RFID 读卡器（识别线旁标签执行任务）。
驱动：L293D 驱动两减速电机。
蜂鸣器：识别特定 RFID 标签时鸣叫。
供电：2S LiPo (7.4V)，PCB 上 3.3V 稳压给 RFID。
避障：HC-SR04 超声波，但读取耗时长，作者另做了一个快速测距子项目（文中链接）优化此问题。
PCB 制造：碳粉热转印法，腐蚀、清洗、钻孔、焊接。单层板需 5 根跳线（Fritzing 蓝线）。

电池座焊接 XT60/XT30 公头，通电测试 Arduino 亮灯无冒烟：

电机引线预留长焊上 PCB，最后再剪短。

机械组装

指榫涂木工胶固化数小时，确保刚性。

3D 打印前盖用短螺丝（6mm）从底部锁入，配平垫保护胶合板，顶面无螺丝痕迹：

安装电机、后万向轮、传感器（M3 螺丝）：

机身组装完成，接线进前盖电子仓。因电池实测尺寸超预期，电池放左侧，电子放右侧，均完美贴合。
超声波模块就位。电池接口加拨动开关，后盖预留开关孔。

固件逻辑

合盖前通过 USB-UART 给 Pro Mini 烧录。代码注释详尽，另附 C# 编写的 任务规划器（ILFPlanner.exe），可视化生成任务数组粘贴进 Arduino IDE。需预知 RFID 卡 UID，可另做简易读卡器获取。

最终组装与测试

合上前盖双翻盖，拧紧短螺丝。整理内部空间塞进所有元件。

成品全貌：电子隐藏前仓，传感器/电机外露。充电需打开后盖取电池，改进建议：在 3D 件开孔引出平衡充电线。

实地测试：模拟产线

搭建简易产线：纸板铺地（黑胶带反光不足），父子协助。任务流程：
1. 机器人取料 → 2. 不同工位取走贴标签件 → 3. 成品送入仓库。
视频记录全过程，一切按设计运行：

项目风险点多（首次手绘设计、首次激光切割、C# 非专业、PCB 单层跳线多），但全流程意外顺利。作者乐于分享，欢迎评论提问！

源代码

工业循线机器人 Arduino 代码

/* Industrial Line Follower - by Nikodem Bartnik
 * https://NikodemBartnik.pl | https://www.youtube.com/user/nikodembartnik
 */
#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>

// 引脚定义（若原理图改动需同步修改）
#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

// 常量
#define STOP_TIME 3000
#define BEEP_LENGTH 200
#define MOTOR_SPEED 110
#define MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS 2000

MFRC522 mfrc522(10, 9);
long last_card_read;

// 任务数组（由 C# 任务规划器生成，粘贴此处）
#define COMMANDS_LENGTH 4
char* 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() {
  SPI.begin(); mfrc522.PCD_Init();
  pinMode(LINESENSOR1, INPUT); pinMode(LINESENSOR2, INPUT); pinMode(LINESENSOR3, INPUT);
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);
  pinMode(MOTOR1A, OUTPUT); pinMode(MOTOR1B, OUTPUT);
  pinMode(MOTOR2A, OUTPUT); pinMode(MOTOR2B, OUTPUT);
  pinMode(DISTANCESENSOR, INPUT);
}

void loop() {
  // 循线逻辑：中间传感器在线 -> 直行；左/右偏离 -> 左/右修正
  if (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); }

  // RFID 任务触发（防抖）
  if (millis() - last_card_read >= MINIMUM_TIME_BETWEEN_CARDS) {
    if (!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) return;
    if (!mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) return;
    String content = "";
    for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) {
      content.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " "));
      content.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX));
    }
    content.toUpperCase(); content = content.substring(1);
    for (int a = 0; a < COMMANDS_LENGTH; a++) {
      last_card_read = millis();
      if (content == CardID[a]) {
        if (Type[a] == "Stop") { Stop(); delay(Value[a]); }
        else if (Type[a] == "Beep&stop") { digitalWrite(BUZZER, HIGH); Stop(); delay(Value[a]); digitalWrite(BUZZER, LOW); }
        else if (Type[a] == "Beep&ignore") { Stop(); digitalWrite(BUZZER, HIGH); delay(500); digitalWrite(BUZZER, LOW); }
        else if (Type[a] == "Ignore") { /* 继续循线 */ }
      }
    }
  }
}

void Forward() {
  digitalWrite(MOTOR1A, HIGH); analogWrite(MOTOR1B, 255 - MOTOR_SPEED);
  digitalWrite(MOTOR2A, HIGH); analogWrite(MOTOR2B, 255 - MOTOR_SPEED);
}
void Backward() {
  digitalWrite(MOTOR1A, LOW); analogWrite(MOTOR1B, MOTOR_SPEED);
  digitalWrite(MOTOR2A, LOW); analogWrite(MOTOR2B, MOTOR_SPEED);
}
void Left() {
  digitalWrite(MOTOR1A, LOW); analogWrite(MOTOR1B, MOTOR_SPEED);
  digitalWrite(MOTOR2A, HIGH); analogWrite(MOTOR2B, 255 - MOTOR_SPEED);
}
void Right() {
  digitalWrite(MOTOR1A, HIGH); analogWrite(MOTOR1B, 255 - MOTOR_SPEED);
  digitalWrite(MOTOR2A, LOW); analogWrite(MOTOR2B, MOTOR_SPEED);
}
void Stop() {
  digitalWrite(MOTOR1A, LOW); digitalWrite(MOTOR1B, LOW);
  digitalWrite(MOTOR2A, LOW); digitalWrite(MOTOR2B, LOW);
}

任务规划器 (C#)

无预览（仅供下载 ZIP）。

任务规划器可执行文件

无预览（Windows 直接运行，无需安装）。

自定义部件与外壳

前盖 3D 打印件（白 PLA，打磨喷漆镜面，约 8 小时，需支撑）
左侧盖板
右侧盖板
激光切割 DXF：后板、底板、左板、右板（4mm 材料）
Fusion 360 源文件（可编辑）

原理图

Fritzing 源文件
完整连接原理图
单面 PCB 制作用 PDF（无顶层）

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制造工艺

3D打印

自动化控制系统

工业技术