Біль у спині від щоденного підіймання важких пластикових ящиків зі складу надихнула одного майстра на доволі амбітний проєкт: повноцінну роботизовану систему стелажів, яка сама знаходить потрібний контейнер і доставляє його господарю. Готові промислові рішення такого типу виявилися надто дорогими, тож автор вирішив зробити все самостійно — і додати до конструкції штучний інтелект для голосового керування.
Ідея простіша, ніж здаєтьсяКонцепція доволі логічна: щодня доводиться перебирати десятки коробок у пошуках потрібної деталі для проєктів, і потрібна завжди опиняється на самому дні стелажа. Автоматизовані складські системи такого типу існують у промисловості вже давно, але їхня вартість для домашнього використання просто неприйнятна.
Тому з’явився план: вбудувати в стелаж функцію штучного інтелекту, яка за голосовою командою сама знаходитиме й доставлятиме потрібний контейнер. План розбили на три основні зони:
- зона зберігання — основна сітка з контейнерами;
- кіоск — місце, де користувач забирає видані ящики;
- конвеєрна система — механізм переміщення контейнера вгору, вниз та на рівень пояса для зручної роботи.
Перш ніж переходити до автоматики, потрібно було збудувати саму фізичну конструкцію — автор жартома називає її “дурним стелажем”, бо на цьому етапі вона ще не має жодних рухомих частин. У хід пішли значні обсяги дощок, фанери та металевих профілів. Усі поверхні попередньо вкрили товстим шаром грунтовки — частково для економії фінішної фарби, частково для додаткового захисту, якщо конструкція колись опиниться в неопалюваному приміщенні.
Для фарбування спочатку обрали глянцеве покриття, та воно швидко показало свої недоліки: на дерев’яних брусках високий глиск виглядав жахливо і підкреслював кожну нерівність поверхні. Автор перейшов на сатинове покриття, яке не лише виглядало краще, а й знизило тертя — контейнери стали легше входити та виходити з пазів.
Будь-кому, хто планує фарбувати звичайні дерев’яні бруски в глянець — це попередження: результат виглядає жахливо і показує кожен дефект поверхні.
Конструкція з запасом міцностіБудувати все довелося з прицілом на можливе розбирання та переміщення в майбутньому — тому в хід пішли переважно гвинтові з’єднання, а не клей.
Розмір конструкції створив окрему проблему: стелаж вийшов настільки високим, що автор всерйоз переживав, чи поміститься він у підвал. Вимірювання, на щастя, виявилися правильними.
Кожен ярус для контейнерів отримав спеціальні фаски для зручнішого заведення ящиків на місце — рішення, підгледжене в інших подібних проєктах. На опорні поверхні, де ковзають контейнери, наклеїли стрічку з UHMW-пластику — матеріалу з низьким коефіцієнтом тертя та високою стійкістю до стирання.
Випробування на витривалість водоюПерш ніж рухатися далі, автор вирішив перевірити, чи витримають стандартні пластикові контейнери заплановане навантаження. За специфікацією виробника, кожен ящик розрахований на 75 фунтів (близько 34 кг), хоча залишалось незрозумілим, чи це навантаження на дно, чи на бортики-опори.
Для тесту змайстрували примітивну випробувальну станку з обрізків дощок та поступово наповнювали контейнер водою, спостерігаючи за прогином матеріалу:
- Бортик контейнера показав чудові результати — жодних слідів прогину чи зносу навіть під значним навантаженням;
- Дно контейнера почало помітно прогинатися (приблизно на 1-2,5 см) уже на позначці близько 40 фунтів;
- Оскільки основне навантаження планувалося розподіляти саме на бортики, а не на дно, автор визнав результати тесту цілком прийнятними.
Найцікавіша частина проєкту почалася з розробки механізму вертикального переміщення — автор назвав це “віссю Z”. Тут у хід пішли металеві кронштейни на основі профілю Unistrut та підшипникові вузли з UHMW-пластику.
Кожен підшипниковий “сендвіч” складався з кількох шарів: підшипник, шайба, проставка з UHMW, металевий кронштейн — і та сама послідовність дзеркально з іншого боку. Матеріал виявився доволі складним для механічної обробки, але саме завдяки своїм властивостям — слизькості та стійкості до стирання — ідеально підійшов для завдання.
Для точного складання деталей автор надрукував спеціальне юстувальне пристосування на 3D-принтері, а запресовування виконував через настільний пресс. Процес виявився непростим: матеріал постійно деформувався під тиском, доки не знайшлося рішення у вигляді алюмінієвої опорної підкладки.
Частину металевих компонентів, які потребували точних згинів та фрезерування, автор замовив у компанії PCBWay — спонсора цього проєкту. Процес виявився доволі простим: достатньо було завантажити DXF-файл із розміткою згинів, вказати кількість,
матеріал і товщину — а для деталей зі специфічними згинами додатково завантажити 3D-модель.
Окремо автор скористався послугою токарної обробки з ЧПУ для виготовлення запресовуваного штифта — результат вийшов ідеальним. Доставка приємно здивувала якістю упаковки, особливо враховуючи доволі громіздкі габарити деяких деталей.
Після завершення вертикальної осі настала черга горизонтального переміщення — осі X. Тут конструкція використовувала більші підшипники та точені деталі, виготовлені тим же підрядником. Особливу увагу приділили легкому кутовому нахилу в пазах для підшипників — це дозволяло точно регулювати щільність прилягання до профілю Unistrut і прибирати будь-який люфт.
Коли обидві осі об’єдналися в єдиний вузол — автор назвав цю конструкцію “гантрі” — з’ясувалося, що зібрати все навіть важче, ніж здавалося. Конструкція вийшла настільки важкою, що піднімати її руками стало серйозним фізичним випробуванням.
Противаги для полегшення роботи моторівЩоб моторам не доводилося долати всю масу конструкції самостійно, систему доповнили протиоговами — двома окремими ящиками з вантажем,
які рухаються по своїх рейках, компенсуючи вагу основного вузла та майбутніх контейнерів.
Для тросової системи обрали матеріал Dyneema — надзвичайно міцну нерозтяжну нитку з показником на розрив близько 500 фунтів. Відсутність розтягування критично важлива для подібних механізмів, де навіть невелике провисання тросів здатне порушити точність позиціонування.
Як саму вагу для противаг, автор розглядав кілька варіантів — сталеві плити, воду, пісок — але зрештою зупинився на паперових цеглинах. Шістнадцять штук дали загальну масу близько 120 фунтів, що з запасом перекриває вагу всієї конструкції гантрі.
Тест на справжню силу: чи витримає мотор людинуЦікавий момент проєкту — перевірка потужності сервомоторів, надісланих компанією Stepper Online (за партнерською знижкою). Кожен мотор працює в комплекті з планетарним редуктором із співвідношенням 5:1, що означає п’ять обертів двигуна на один оберт вихідного валу.
Щоб перевірити справжню тяглову силу системи, автор вирішив протестувати її на собі — буквально сидячи в контейнері, поки мотор тягнув конструкцію по рейках.
Логіка проста: якщо двигун здатен протягнути дорослу людину, то контейнер вагою 60 фунтів для нього точно не проблема.
Тест пройшов вдало — мотор справді впорався із завданням, хоча й створив відчутне навантаження на тестовий 3D-друкований шків.
Мозок системи та перші кроки до штучного інтелектуКерування всією механікою взяв на себе Raspberry Pi 4B — саме він стане “мозком” майбутньої роботизованої системи. На цьому етапі автор написав простий тестовий скрипт, що дозволяв керувати швидкістю руху через клавіатуру.
Окремо було підготовлено макет користувацького інтерфейсу для сенсорного екрана — той самий екран, який згодом керуватиме всією системою, включно з функцією розумного вибору контейнерів через штучний інтелект. Цікавий момент: автор використав Claude для допомоги в розробці робочого варіанту інтерфейсу — простого HTML-файлу, який роздається через локальний веб-сервер і доступний з будь-якого пристрою в домашній мережі.
Завершальні штрихи та станція оператораЗовнішню обшивку конструкції виготовили з МДФ, попередньо добре прогрунтувавши та відшліфувавши кромки для кращого зчеплення з фінішним покриттям.
Знову обрали сатинову фарбу замість глянцевої — урок із попереднього етапу явно засвоєний.
Для м’якого акцентного підсвічування автор встановив LED-стрічку в спеціальному дифузорному каналі, прихованому за декоративною кутовою накладкою — рішення, яке додало конструкції приємного технологічного вигляду без зайвої яскравості.
Окремо облаштували робочу станцію-кіоск: придбану шафку для зберігання доповнили стільницею з оголошень на маркетплейсі, на яку тимчасово закріпили сенсорний екран для подальших тестів та налаштування інтерфейсу.
На момент завершення цього етапу основна рама готова, механізм вертикального переміщення працює плавно, хоча йому ще потрібна фіксація через ланцюгові передачі та зірочки. У наступному відео автор планує встановити всі три мотори разом із механізмом-екстрактором, який безпосередньо витягуватиме контейнери, а також повністю запустити систему через сенсорний екран із голосовим керуванням на основі штучного інтелекту — за задумом, достатньо буде сказати “потрібні рукавички”, і система сама знайде та принесе потрібний ящик.
Запис Майстер будує домашню роботизовану систему зі штучним інтелектом, яка сама шукає потрібні речі на складі спершу з'явиться на ProstoMob.
