پروژه مکاترونیک
🌟 پروژه مکاترونیک: طراحی و ساخت ربات تفکیکگر هوشمند (Smart Sorting Robot)
🧩 چکیده پروژه (Abstract)
در این پروژه یک سیستم مکاترونیکی طراحی میشود که قادر است اجسام را براساس ویژگیهای فیزیکی (رنگ، اندازه یا جنس) شناسایی و سپس توسط مکانیزم مکانیکی آنها را تفکیک و در محل مناسب قرار دهد. این ربات ترکیبی از سه بخش اصلی است:
سیستم مکانیکی + سیستم الکترونیکی + سیستم کنترل و هوش مصنوعی ساده.
🎯 اهداف پروژه مکاترونیک
-
آشنایی با ساختار سیستمهای مکاترونیکی
-
ترکیب مکانیک، الکترونیک، و برنامهنویسی در یک سیستم واحد
-
پردازش داده سنسورها برای تصمیمگیری
-
کنترل سرو موتور و سیستم انتقال مکانیکی
-
طراحی یک سیستم عملیاتی با کاربرد صنعتی
⚙️ اجزای مورد استفاده
1. بخش مکانیکی
-
شاسی ربات یا فریم
-
نوار نقاله کوچک (Mini Conveyor Belt)
-
مکانیزم بازوی گیرنده (Gripper)
-
اتصالات چاپ سهبعدی یا فلزی
2. بخش الکترونیکی
-
میکروکنترلر (Arduino Uno یا ESP32)
-
سنسور تشخیص رنگ (TCS34725)
-
سنسور فاصله (Ultrasonic) برای اندازه
-
سروو موتور برای بازو
-
موتور DC برای نوار نقاله
-
درایور موتور (L298N)
-
منبع تغذیه
3. بخش کنترلی و نرمافزاری
-
الگوریتم تصمیمگیری براساس رنگ و اندازه
-
برنامه Arduino C/C++
-
کنترل سرعت موتور و زاویه سروو
🔧 روش اجرا
مرحله 1: طراحی مکانیکی
-
طراحی پایه نوار نقاله
-
نصب موتورهای DC
-
نصب سنسور رنگ در بالای نوار
-
طراحی بازوی مکانیکی برای گرفتن و جابهجایی اجسام
مرحله 2: اتصال الکترونیکی
-
اتصال سنسور رنگ به Arduino
-
اتصال سروو موتور برای بازو
-
اتصال موتور نوارنقاله به درایور
-
پروگرام کردن میکروکنترلر
مرحله 3: برنامهنویسی
نمونه کد:
🧪 نتایج مورد انتظار
-
ربات قادر است اجسام را تشخیص دهد.
-
براساس رنگ/اندازه آنها را در محل صحیح قرار دهد.
-
سرعت و دقت به صورت مناسبی قابل کنترل است.
-
سیستم قابلیت توسعه برای کاربردهای صنعتی دارد.
📄 فایلهای قابل ارائه
اگر خواستی میتونم موارد زیر را هم برات آماده کنم:
-
گزارش کامل Word یا PDF
-
چکیده + مقدمه + بیان مسئله
-
بلوک دیاگرام
-
فلوچارت سیستم
-
مقالات مرجع
-
کد کامل آردوینو
پروژه مکاترونیک معمولاً ترکیبی از سه بخش اصلی است:
1) مکانیک
طراحی سازه، شاسی، مکانیزم حرکتی، چرخدندهها، موتور و اجزای مکانیکی.
2) الکترونیک
مدار کنترل، سنسورها، درایور موتورها، میکروکنترلر مثل Arduino یا ESP32 یا STM32.
3) کنترل و برنامهنویسی
نوشتن کد، الگوریتم حرکت، دریافت داده از سنسورها، کنترل موتور و ارتباطات.
اگر پروژه میخواهی، چند نمونه پرکاربرد:
پروژههای سطح دانشجویی
-
ربات تعقیب خط (Line Follower)
-
ربات جلوگیری از برخورد (Obstacle Avoidance)
-
بازوی رباتیک 3 یا 4 درجه آزادی
-
گیت هوشمند کنترل ورود
-
سیستم کنترل دما و رطوبت اتوماتیک
-
نوار نقاله هوشمند با سنسور وزن یا رنگ
پروژههای نیمهپیشرفته
-
ربات آتشنشان کوچک با سنسور دود و شعله
-
ربات نقشهبردار با Lidar یا آلتراسونیک
-
ربات سروو-کنترلی با جویاستیک
-
پهپاد کوچک با کنترلر ساده
-
بازوی رباتیک با کنترل بلوتوث یا WiFi
پروژههای پیشرفته
-
ربات خودران (Mini Self Driving Car)
شامل دوربین، پردازش تصویر، سنسورهای فاصله و الگوریتم PID -
ربات انساننما کوچک
-
سیستم صنعتی هوشمند مثل دستهبند محصولات با بینایی ماشین
۱. انتخاب موضوع پروژه
ابتدا باید مشخص شود پروژه در چه حوزهای است:
-
رباتیک: ربات تعقیب خط، ربات دوربیندار، ربات خودران
-
اتوماسیون: نوار نقاله هوشمند، سیستم کنترل دما، درب هوشمند
-
بازوی رباتیک: بازوی سروویی با کنترل دستی یا اتوماتیک
-
پهپاد یا خودرو کوچک خودران
-
سیستم حسگر هوشمند: مثلا اندازهگیری وزن، دما، رطوبت، نور و کنترل محیط
۲. مشخصات فنی پروژه
برای هر پروژه، باید مشخصات فنی را بنویسی، مثلا:
-
نوع سنسورها: IR، اولتراسونیک، دما، فشار، لودسل
-
نوع موتور: DC، سروو، استپر
-
کنترلر: Arduino، ESP32، STM32
-
رابط: بلوتوث، WiFi، RF، سیمی
-
تغذیه: باتری یا آداپتور
۳. طراحی مکانیکی
-
طراحی شاسی و قطعات با CAD (مثل SolidWorks یا Fusion360)
-
انتخاب چرخها، شفتها و جکها
-
طراحی جایگاه سنسورها و موتور
-
بررسی مرکز ثقل و تعادل ربات
۴. طراحی الکترونیکی
-
کشیدن شماتیک مدار
-
اتصال سنسورها و موتورها به میکروکنترلر
-
انتخاب درایور مناسب (H-Bridge برای موتور DC، درایور سروو و استپر)
-
بررسی تغذیه و باتری
۵. برنامهنویسی و الگوریتم
-
خواندن داده از سنسورها
-
الگوریتم تصمیمگیری (PID، تعقیب خط، جلوگیری از برخورد)
-
کنترل موتور بر اساس دادهها
-
ارتباط با اپلیکیشن یا کامپیوتر (اختیاری)
۶. تست و ارزیابی
-
تست حرکت و عملکرد موتور
-
تست پاسخ سنسورها
-
تست الگوریتم کنترل
-
بهینهسازی سرعت، دقت و مصرف انرژی
۷. گزارش پروژه
یک پروژه مکاترونیک کامل شامل:
-
مقدمه و هدف پروژه
-
توضیح قطعات سختافزاری و الکترونیکی
-
نقشه مدار و شماتیک
-
کد برنامه و الگوریتمها
-
نتایج و نمودار عملکرد
-
عکس یا فیلم از ربات در حال کار
-
نتیجهگیری و پیشنهادات بهبود
پروژه نمونه: ربات تعقیب خط با اجتناب از مانع
۱. هدف پروژه
ساخت رباتی که:
-
مسیر خط مشکی روی زمین را دنبال کند.
-
اگر مانعی جلویش ظاهر شد، توقف یا دور زده و مسیر را ادامه دهد.
۲. قطعات مورد نیاز
| قطعه | تعداد | توضیح |
|---|---|---|
| Arduino Uno | 1 | میکروکنترلر |
| موتور DC با چرخ | 2 | برای حرکت ربات |
| درایور موتور L298N | 1 | کنترل موتورهای DC |
| سنسور تعقیب خط (IR) | 2–3 | تشخیص مسیر مشکی |
| سنسور فاصله (Ultrasonic HC-SR04) | 1 | تشخیص مانع |
| باتری 6V یا 7.4V | 1 | تغذیه ربات |
| شاسی ربات | 1 | محل نصب موتور، باتری و برد |
| چرخ دنده / چرخها | 2 | برای حرکت |
| سیم و نری/مادگی | – | اتصال قطعات |
۳. طراحی مکانیکی
-
دو چرخ متصل به موتورهای DC.
-
یک چرخ کوچک (Casters) برای تعادل.
-
نصب سنسورهای IR در جلوی ربات روی شاسی، کمی جلوتر از مرکز چرخها.
-
نصب سنسور اولتراسونیک بالای سنسور IR و کمی جلوتر، به سمت مانع.
۴. طراحی مدار
-
موتورهای DC به درایور L298N وصل میشوند.
-
خروجی درایور به Arduino Uno متصل میشود.
-
سنسورهای IR به پینهای دیجیتال Arduino.
-
سنسور اولتراسونیک به پینهای دیجیتال Arduino.
-
تغذیه ربات از باتری به درایور و Arduino.
نکته: باید جریان مصرفی موتورها با باتری و درایور هماهنگ باشد.
۵. الگوریتم و کد نمونه
الگوریتم اصلی:
-
ربات مسیر را از سنسور IR میخواند.
-
اگر مسیر صاف بود، جلو میرود.
-
اگر مانع تشخیص داده شد، توقف میکند و به سمت راست یا چپ میچرخد.
-
دوباره مسیر را دنبال میکند.
پseudocode ساده:
۶. تست و ارزیابی
-
ابتدا بدون مانع تست میکنیم که خط را دنبال کند.
-
سپس با مانع جلوی مسیر، عملکرد توقف و دور زدن بررسی میشود.
-
سرعت موتورها و فاصله سنسور باید بهینه شود.
۷. گزارش پروژه
-
مقدمه و هدف
-
لیست قطعات و شماتیک
-
توضیح طراحی مکانیکی
-
کد برنامه و الگوریتمها
-
عکس یا فیلم تست ربات
-
نتایج و پیشنهادات بهبود
۸. شماتیک مدار
اتصالات کلیدی:
-
موتورها و درایور L298N
-
موتور چپ → OUT1 و OUT2
-
موتور راست → OUT3 و OUT4
-
IN1, IN2 → پینهای دیجیتال Arduino برای موتور چپ
-
IN3, IN4 → پینهای دیجیتال Arduino برای موتور راست
-
ENA و ENB → PWM Arduino برای کنترل سرعت
-
-
سنسور IR (خط یاب)
-
Left IR → پین دیجیتال 2
-
Right IR → پین دیجیتال 3
-
VCC → 5V Arduino
-
GND → GND Arduino
-
-
سنسور اولتراسونیک HC-SR04
-
Trig → پین دیجیتال 4
-
Echo → پین دیجیتال 5
-
VCC → 5V Arduino
-
GND → GND Arduino
-
-
تغذیه
-
باتری 6V به ورودی + و – درایور L298N
-
Arduino از خروجی 5V درایور تغذیه میشود یا جداگانه از USB یا باتری 5V
-
نکته: سیمها کوتاه و محکم باشند و موتور و سنسورها تداخل الکترومغناطیسی ایجاد نکنند.
۹. کد نمونه Arduino
۱۰. نکات مهم
-
فاصله مانع و زمان چرخشها را متناسب با ربات تنظیم کن.
-
PWM موتور را برای سرعت مناسب تغییر بده.
-
قبل از حرکت روی زمین، موتور و سنسورها را تست کن.
-
مسیر خط را با رنگ مشکی روی زمینه سفید یا برعکس مشخص کن.
۱۱. شماتیک کامل مدار
توضیح اتصالها:
-
درایور موتور L298N
-
IN1 → پین 6 Arduino (موتور چپ)
-
IN2 → پین 7 Arduino
-
IN3 → پین 8 Arduino (موتور راست)
-
IN4 → پین 9 Arduino
-
ENA → پین 10 Arduino (PWM سرعت موتور چپ)
-
ENB → پین 11 Arduino (PWM سرعت موتور راست)
-
VCC موتور → باتری 6V-7.4V
-
GND → مشترک Arduino و باتری
-
-
سنسور خط (IR)
-
Left IR → پین 2 Arduino
-
Right IR → پین 3 Arduino
-
VCC → 5V Arduino
-
GND → GND Arduino
-
-
سنسور فاصله (HC-SR04)
-
Trig → پین 4 Arduino
-
Echo → پین 5 Arduino
-
VCC → 5V Arduino
-
GND → GND Arduino
-
-
تغذیه
-
باتری به ورودی + و – درایور L298N
-
Arduino میتواند از خروجی 5V درایور تغذیه شود یا جداگانه از USB/باتری 5V
-
نکته: همیشه یک GND مشترک بین باتری، Arduino و درایور داشته باش.
۱۲. راهنمای تصویری سیمکشی (توضیح مرحله به مرحله)
-
موتورها را به خروجیهای L298N وصل کن (OUT1-OUT4).
-
سنسورهای IR را به پینهای 2 و 3 وصل کن، پایه VCC و GND را فراموش نکن.
-
سنسور اولتراسونیک را روی جلوی ربات نصب کن و Trig/Echo به پینهای 4 و 5 Arduino وصل شود.
-
ورودیهای درایور موتور را به Arduino وصل کن (IN1-4 و ENA/ENB).
-
باتری را به ورودی + و – درایور متصل کن.
-
GND مشترک را بین Arduino و درایور برقرار کن.
با این روش، ربات شما آماده تست اولیه است.
۱۳. تست مرحلهای
-
ابتدا فقط سنسورهای IR را تست کن تا ببینی سیگنالها درست خوانده میشوند.
-
سپس موتورها را تست کن با کد ساده حرکت جلو و عقب.
-
بعد سنسور فاصله را تست کن و مطمئن شو که فاصله درست خوانده میشود.
-
در نهایت کد کامل را آپلود کن و روی مسیر خط تست کن.
۱۴. محتوای کامل PDF پروژه مکاترونیک
صفحه ۱ – عنوان و مشخصات پروژه
-
عنوان پروژه: ربات تعقیب خط با اجتناب از مانع
-
نام دانشجو، شماره دانشجویی، رشته، استاد راهنما، تاریخ
صفحه ۲ – مقدمه و هدف پروژه
-
توضیح مکاترونیک و کاربرد آن
-
هدف پروژه: ساخت رباتی که مسیر خط را دنبال کرده و از مانع جلوگیری کند
صفحه ۳ – لیست قطعات و مشخصات فنی
| قطعه | تعداد | توضیح |
|---|---|---|
| Arduino Uno | 1 | میکروکنترلر |
| موتور DC با چرخ | 2 | حرکت ربات |
| درایور موتور L298N | 1 | کنترل موتور |
| سنسور IR | 2–3 | تشخیص مسیر |
| سنسور اولتراسونیک HC-SR04 | 1 | تشخیص مانع |
| باتری 6-7.4V | 1 | تغذیه |
| شاسی و چرخها | – | مکانیکی |
صفحه ۴ – شماتیک مدار کامل پروژه مکاترونیک
-
رسم مدار با اتصالات دقیق
-
نمایش سنسورها، موتورها و درایور L298N
صفحه ۵ – طراحی مکانیکی و تصاویر
-
شاسی ربات، محل نصب سنسورها
-
عکس نمونه ربات یا تصویر CAD
صفحه ۶ – الگوریتم و کد برنامه پروژه مکاترونیک
-
توضیح الگوریتم به صورت pseudocode
-
کد Arduino کامل (همان که قبلاً آماده شد)
صفحه ۷ – تست و نتایج
-
نحوه تست ربات در مسیر خط
-
تست مانع و عکس/فیلم از عملکرد ربات
-
نمودار یا جدول فاصله/سرعت (اختیاری)
صفحه ۸ – نتیجهگیری و پیشنهادات بهبود
-
ربات مسیر خط را با موفقیت دنبال میکند
-
توقف و دور زدن مانع به خوبی کار میکند
-
پیشنهاد: افزایش تعداد سنسورها، بهبود سرعت، کنترل PID
✅ نتیجه
با همین محتوا، یک پروژه آماده دانشگاهی داری که شامل:
-
شماتیک و قطعات
-
کد برنامه کامل
۱۵. محتویات PDF آماده پروژه مکاترونیک
صفحه ۱: عنوان و مشخصات پروژه مکاترونیک
-
عنوان پروژه: ربات تعقیب خط با اجتناب از مانع
-
دانشجو: نام شما
-
شماره دانشجویی: —
-
رشته: —
-
استاد راهنما: —
-
تاریخ ارائه: —
صفحه ۲: مقدمه و هدف پروژه مکاترونیک
-
تعریف مکاترونیک و اهمیت آن
-
هدف پروژه: ساخت رباتی که مسیر خط را دنبال کند و از مانع جلوگیری کند
صفحه ۳: لیست قطعات و مشخصات فنی پروژه مکاترونیک
| قطعه | تعداد | توضیح |
|---|---|---|
| Arduino Uno | 1 | میکروکنترلر |
| موتور DC با چرخ | 2 | حرکت ربات |
| درایور L298N | 1 | کنترل موتورها |
| سنسور IR | 2–3 | تشخیص مسیر خط |
| سنسور اولتراسونیک HC-SR04 | 1 | تشخیص مانع |
| باتری 6-7.4V | 1 | تغذیه |
| شاسی و چرخها | 1 | مکانیکی |
صفحه ۴: شماتیک مدار پروژه مکاترونیک
-
نمایش اتصال موتورها، سنسورها و Arduino به L298N
-
مشخص کردن پینهای Arduino
-
رنگبندی خطوط تغذیه و سیگنال
صفحه ۵: طراحی مکانیکی پروژه مکاترونیک
-
شاسی ربات با محل نصب موتورها و چرخها
-
جایگاه سنسورهای IR و اولتراسونیک
-
عکس یا تصویر CAD نمونه
صفحه ۶: الگوریتم و کد برنامه پروژه مکاترونیک
الگوریتم pseudocode:
کد Arduino کامل: همان کدی که قبلاً آماده شد
صفحه ۷: تست و نتایج پروژه مکاترونیک
-
تست مسیر خط بدون مانع
-
تست مسیر با مانع و عملکرد توقف/چرخش
-
عکس/فیلم از ربات در حال حرکت
-
نمودار فاصله سنسور و سرعت (اختیاری)
صفحه ۸: نتیجهگیری و پیشنهادات پروژه مکاترونیک
-
ربات مسیر خط را با موفقیت دنبال میکند
-
توقف و دور زدن مانع به خوبی انجام میشود
-
پیشنهاد: افزایش تعداد سنسورها، کنترل PID، بهبود سرعت و دقت
محتویات PDF نهایی پروژه مکاترونیک
-
صفحه ۱ – عنوان و مشخصات پروژه مکاترونیک
-
عنوان پروژه: ربات تعقیب خط با اجتناب از مانع
-
نام دانشجو، شماره دانشجویی، رشته، استاد راهنما، تاریخ
-
-
صفحه ۲ – مقدمه و هدف
-
اهمیت پروژه
-
هدف پروژه
-
صفحه ۳ – لیست قطعات و مشخصات فنی پروژه مکاترونیک
-
جدول کامل قطعات و توضیحات
-
-
صفحه ۴ – شماتیک مدار پروژه مکاترونیک
-
نمایش اتصالات موتورها، سنسورها، Arduino و درایور L298N
-
-
صفحه ۵ – طراحی مکانیکی پروژه مکاترونیک
-
شاسی ربات، محل نصب موتورها، سنسورها و چرخها
-
تصویر یا عکس نمونه
-
-
صفحه ۶ – الگوریتم و کد برنامه
-
الگوریتم pseudocode
-
کد Arduino کامل
-
-
صفحه ۷ – تست و نتایج پروژه مکاترونیک
-
تست مسیر خط و مانع
-
عکس/فیلم عملکرد ربات
-
نمودار فاصله/سرعت (اختیاری)
-
-
صفحه ۸ – نتیجهگیری و پیشنهادات پروژه مکاترونیک
-
عملکرد ربات
-
پیشنهادات بهبود
-
محتویات PDF نهایی پروژه مکاترونیک
-
صفحه ۱ – عنوان و مشخصات پروژه مکاترونیک
-
عنوان پروژه: ربات تعقیب خط با اجتناب از مانع
-
نام دانشجو، شماره دانشجویی، رشته، استاد راهنما، تاریخ
-
-
صفحه ۲ – مقدمه و هدف پروژه مکاترونیک
-
تعریف مکاترونیک
-
اهمیت و کاربرد رباتها
-
هدف پروژه: ساخت رباتی که مسیر خط را دنبال کرده و از مانع جلوگیری کند
-
-
صفحه ۳ – لیست قطعات و مشخصات فنی پروژه مکاترونیک
قطعه تعداد توضیح Arduino Uno 1 میکروکنترلر موتور DC با چرخ 2 حرکت ربات درایور موتور L298N 1 کنترل موتورها سنسور IR 2–3 تشخیص مسیر خط سنسور اولتراسونیک HC-SR04 1 تشخیص مانع باتری 6-7.4V 1 تغذیه شاسی و چرخها 1 مکانیکی -
صفحه ۴ – شماتیک مدار کامل
-
نمایش اتصالات موتورها، سنسورها و Arduino به درایور L298N
-
نمایش پینهای Arduino و رنگبندی سیمها
-
-
صفحه ۵ – طراحی مکانیکی و تصاویر پروژه مکاترونیک
-
شاسی ربات و محل نصب موتورها و سنسورها
-
تصویر یا عکس نمونه ربات
-
-
صفحه ۶ – الگوریتم و کد برنامه پروژه مکاترونیک
-
الگوریتم pseudocode
-
کد Arduino کامل
-
-
صفحه ۷ – تست و نتایج پروژه مکاترونیک
-
تست مسیر خط بدون مانع
-
تست مسیر با مانع و عملکرد توقف/چرخش
-
عکس/فیلم از عملکرد ربات
-
نمودار فاصله سنسور و سرعت (اختیاری)
-
-
صفحه ۸ – نتیجهگیری و پیشنهادات بهبود
-
عملکرد ربات و موفقیت در دنبال کردن خط و اجتناب از مانع
-
پیشنهاد برای بهبود: افزایش تعداد سنسورها، بهبود سرعت، کنترل PID
-
۱۶. آمادهسازی PDF نهایی پروژه
محتویات PDF:
-
صفحه عنوان
-
عنوان پروژه: ربات تعقیب خط با اجتناب از مانع
-
مشخصات دانشجو، استاد راهنما، رشته و تاریخ
-
-
مقدمه و هدف پروژه و پروژه مکاترونیک
-
توضیح مکاترونیک و کاربرد آن
-
هدف پروژه: ساخت رباتی که مسیر خط را دنبال کند و از مانع جلوگیری کند
-
-
لیست قطعات و مشخصات فنی پروژه مکاترونیک
قطعه تعداد توضیح Arduino Uno 1 میکروکنترلر موتور DC با چرخ 2 حرکت ربات درایور L298N 1 کنترل موتور سنسور IR 2–3 تشخیص مسیر سنسور HC-SR04 1 تشخیص مانع باتری 6-7.4V 1 تغذیه شاسی و چرخها 1 مکانیکی -
شماتیک مدار
-
اتصال موتورها، سنسورها و Arduino به درایور
-
رنگبندی سیمها و پینهای Arduino
-
-
طراحی مکانیکی
-
محل نصب موتور، سنسورها و چرخها
-
تصویر یا CAD نمونه
-
-
الگوریتم و کد برنامه
-
pseudocode
-
کد Arduino کامل
-
-
تست و نتایج
-
تست مسیر خط و مانع
-
عکس یا فیلم ربات در حال حرکت
-
نمودار فاصله و سرعت (اختیاری)
-
-
نتیجهگیری و پیشنهادات
-
عملکرد موفق ربات
-
پیشنهاد بهبود: کنترل PID، افزایش تعداد سنسورها، بهبود سرعت
-
-
Previous Post
پروژه مخابرات
-
Next Post
مهندسی عمران



