Izrada malih robota: izrada mikro-sumo robota od jednog kubičnog inča i manji: 5 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:38

Evo nekoliko detalja o izgradnji sićušnih robota i sklopova. Ova instrukcija će obuhvatiti i neke osnovne savjete i tehnike koje su korisne u izgradnji robota bilo koje veličine. Za mene je jedan od velikih izazova u elektronici vidjeti koliko mali robot mogu napraviti. Lijepa stvar u elektronici je što komponente postaju sve manje, jeftinije i učinkovitije nevjerojatno brzim tempom. Zamislite da je automobilska tehnologija takva. Nažalost, mehanički sustavi u ovom trenutku ne napreduju ni približno tako brzo kao elektronika. To dovodi do jedne od glavnih poteškoća u izgradnji vrlo malih robota: pokušaja smještanja u mali prostor, mehaničkog sustava koji pokreće robota. Mehanički sustav i baterije obično zauzimaju većinu volumena doista malog robota. Pic1 prikazuje gospodina Cube R-16, mikrosumo robota od jednog kubnog inča koji je sposoban reagirati na okolinu pomoću brkova glazbene žice (branik sklopka). Može se pomicati i istraživati opseg male kutije. Može se daljinski upravljati pomoću univerzalnog infracrvenog daljinskog upravljača za televizor koji je postavljen za televizor Sony. Također može imati svoj Picaxe mikrokontroler unaprijed programiran s reakcijskim uzorcima. Detalji počinju od prvog koraka.

Korak 1: Komponente robota od jednog kubičnog inča

Gospodine kocka R-16, šesnaesti je robot kojeg sam sagradio. To je robot od jednog kubnog inča dimenzija 1 "x1" x1 ". Sposoban je za autonomno programirano ponašanje ili se može daljinski upravljati. Ne misli se na ništa što je vrlo praktično ili osobito korisno. To je samo prototip i dokaz koncepta. To je, međutim, korisno u smislu da vam izgradnja malenog robota omogućuje da usavršite svoje vještine minijaturizacije za robote i druge male krugove. Izgradnja malih robota i krugova Imajte na umu da što manja zgrada znači da može potrajati dva puta duže nego što je obično potrebno za izgradnju istog kruga na većem prostoru. Potrebne su sve vrste stezaljki za držanje malih dijelova i žica na mjestu tijekom lemljenja ili lijepljenja. Jarko radno svjetlo i dobra povećala ili fiksna povećala su neophodna. Mali motoriPokazalo se da je jedna od najvećih prepreka za stvaranje zaista malih robota potreban prijenosnik. Kontrolna elektronika (mikrokontroleri) postaje sve manja. Međutim, pronađite g dovoljno mali motori s malim brojem okretaja nisu tako laki. Gospodin Cube koristi malene pejdžerske zupčaste motore koji su usmjereni u omjeru 25: 1. Na tom stupnju prijenosa robot je brži nego što bih želio i pomalo se trza. Kako bi se uklopili u prostor, motori su morali biti pomaknuti s jednim kotačem više prema naprijed od drugog. Čak i uz to, kreće se naprijed, natrag i dobro se okreće. Motori su bili spojeni na ploču sa žicom od 24 kalibra koja je lemljena, a zatim zalijepljena kontaktnim cementom. Na stražnjoj strani robota, najlonski vijak veličine 4-40 uvijen je u otvor s urezom ispod donje ploče. Ova glatka glava plastičnog vijka djeluje kao kotač za balansiranje robota. Možete ga vidjeti u donjem desnom kutu slike 4. To daje zazor kotača pri dnu robota od oko 1/32 ". Za montažu kotača, napajale su se plastične remenice 3/16" montirane na motorima i zatim su, tijekom predenja, brušeni do desnog promjera. Zatim su umetnuti u rupu u metalnoj podlošci koja je stajala unutar najlonske podloške i sve je epoksidno spojeno. Kotač je tada premazan s dva sloja gume s tekućom trakom kako bi se postigla vuča. Male baterije Drugi problem s najmanjim robotima je pronalaženje malih baterija koje će izdržati. Motori zupčanika koji se koriste zahtijevaju prilično velike struje (90-115 ma) za rad. To rezultira malim robotom koji jede baterije za doručak. Najbolje što sam u to vrijeme mogao pronaći bile su 3-LM44 litijeve baterije s gumbom. Trajanje baterije u vrlo malih robota ove vrste je toliko kratko (nekoliko minuta) da obično ne mogu učiniti ništa praktično. Bilo je mjesta samo za tri baterije od 1,5 V, pa su na kraju napajale i motore i kontroler Picaxe. Zbog električne buke koju mogu stvarati mali istosmjerni motori, jedno napajanje za sve, obično nije dobra ideja. No, zasad radi dobro. Prostor u ovom robotu od jednog inča bio je toliko tijesan da se pokazalo da je debljina izolacije žice promjera 28 (od vrpčnog kabela) problem. Jedva sam spojio dvije polovice robota. Procjenjujem da je oko 85% volumena robota ispunjeno komponentama. Robot je bio toliko mali da je čak i prekidač za uključivanje i isključivanje bio problematičan. Na kraju bih sirove brkove mogao zamijeniti infracrvenim senzorima. Doslovno mi je ponestalo prostora za jednostavno korištenje, pa bi postavljanje bilo čega više, bez pribjegavanja tehnologiji površinskog montiranja, bio zanimljiv izazov. Volio bih koristiti konstrukciju na preklop za stvarno male robote. Vidi sliku 2. Sastoji se od dvije polovice koje se spajaju zajedno sa.1 "zaglavljima i utičnicama. To omogućuje lak pristup svim komponentama, olakšavajući ispravljanje pogrešaka u krugovima ili unošenje izmjena. Slika 3 prikazuje lokaciju nekih od glavne komponente. MATERIJALI 2 GM15 Zupčasti motori- 25: 1 6 mm planetarni zupčasti pejdžer motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Picaxe mikrokontroler dostupan na: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 Upravljački sklop motora DIP IC: https://www.mouser.comPanasonic PNA4602M infracrveni detektor: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol toplinski uklonjiva (lemljiva) magnetska žica: https:// www.mouser.com3 LM44 1.5V. Litijeve gumbaste baterije: https://www.mouser.comMala plava sklopka za uključivanje i isključivanje: https://www.jameco.comTajno lemljenje-.015 "kolofonijsko jezgro lemljenje: https:// www.mouser.comRezistori i 150 uf tantalni kondenzator. 1 "perfboard od bakra sa trakom od stakloplastike sa: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlPerformix (tm) tekuća traka, crna-dostupno na Wal-Martu ili

Korak 2: Krug robota od jednog kubičnog inča

Na slici 4 prikazano je mjesto 18x Picaxe mikrokontrolera i kontrolera motora L293 koji su glavni krugovi robota. U vrijeme izgradnje nisam mogao nabaviti verzije Picaxe ili L293 za površinsko montiranje. Korištenje IC -ova za površinsko postavljanje zasigurno bi ostavilo više prostora za dodatne krugove i senzore.18x Picaxe MicrocontollerPicaxe mikrokontroleri i dalje su moji omiljeni kontroleri za korištenje na eksperimentalnim robotima. Iako imaju manje memorije i nisu brzi kao PicMicros, Arduino, Basic Stamp ili drugi mikrokontroleri, dovoljno su brzi za većinu malih eksperimentalnih robota. Nekoliko se njih može lako povezati zajedno kada je potrebna veća brzina ili memorija. Također, vrlo opraštaju. Izravno sam ih lemio, skratio i preopteretio njihove izlaze, a još nisam spalio jedan. Budući da se mogu programirati u programskom jeziku BASIC, lakše ih je programirati od većine mikrokontrolera. Ako želite graditi jako male, kontroleri Picaxe 08M i 18x dostupni su u obliku površinske montaže (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). Da biste vidjeli neke od projekata koje možete napraviti s mikrokontrolerima Picaxe, možete pogledati na: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 Kontroler motoraKontroler motora L293 izvrstan je način za upravljanje s dva motora u bilo kojem malom robotu. Četiri izlaza iz mikrokontrolera mogu kontrolirati napajanje dva motora: naprijed, unatrag ili isključeno. Snaga motora može se čak i pulsirati (PWM-pulsna širinska modulacija) za kontrolu njihove brzine. Stil mrtve bube Na pločama nije bilo mjesta za montažu kontrolera L293 pa je instaliran pomoću tehnike mrtvih grešaka. To jednostavno znači da je IC okrenut naopačke i da su tanke žice lemljene izravno na igle koje su savijene ili kratko ošišane. Zatim se može zalijepiti na pločicu ili ugraditi u bilo koji raspoloživi prostor. U ovom slučaju, nakon što je L293 lemljen i testiran, premazao sam ga s dva sloja uvijek praktične gume s tekućom trakom kako bih osigurao da se ništa ne skrati kad se ugura u raspoloživi prostor. Može se koristiti i čist kontaktni cement. Za vrlo dobar primjer izgradnje sklopova korištenjem stila mrtve greške, pogledajte ovdje: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 prikazuje šablon za lemljenje koje sam izmijenio dodavanjem malih isječaka od aligatora na perfboard kako bi se pomoglo pri lemljenju malih žica na IC -ove u stilu mrtve greške. Slika 6 prikazuje shemu za robota Mr. Cube. Možete vidjeti video zapis gospodina Cubea kako radi kratku programiranu sekvencu klikom na na donjoj vezi inch-robot-sm.wmv. Prikazuje robota pri približno 30% najveće brzine koja je smanjena korištenjem modulacije širine impulsa na motorima.

Korak 3: Savjeti i trikovi za izgradnju robota

Nakon izgradnje 18 robota, evo nekih stvari koje sam naučio na teži način. Odvojena napajanja Ako imate prostora, uštedjet ćete si mnogo problema ako koristite zasebna napajanja za mikrokontroler i njegove krugove i motore. Promjenjivi napon i električna buka koju motori proizvode mogu izazvati pustoš s ulazima mikrokontrolera i senzora kako bi proizveli vrlo nedosljedne reakcije u vašem robotu. Rješavanje problema Smatram da je najbolje prvo izgraditi cijeli krug robota na ploči. Komponente rijetko otkazuju ili su neispravne. Ako je vaš dizajn valjan, a krug ne radi, to je gotovo uvijek greška u vašem ožičenju. Za informacije o tome kako napraviti prototipove brzih kola pogledajte ovdje: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm Zatim montiram sve motore i senzore na tijelo robota i programiram mikrokontroler da ih kontrolira. Tek nakon što sve radi dobro, pokušavam napraviti trajnu lemljenu verziju kruga. Zatim testiram ovo dok je još odvojeno od tijela robota. Ako to uspije, onda ga trajno montiram na robota. Ako prestane s radom, često su krivi problemi s bukom. Problemi s bukom Jedan od najvećih problema s kojima sam se susreo je električna buka koja čini krug beskorisnim. To je često uzrokovano električnom ili magnetskom bukom koja može dopirati iz istosmjernih motora. Ova buka može nadjačati ulaze senzora, pa čak i mikrokontroler. Da biste to riješili, možete se pobrinuti da motori i žice do njih ne budu blizu bilo kakvih ulaznih vodova koji idu do vašeg mikrokontrolera. Na slici 7 prikazan je Sparky, R-12, robot koji sam napravio i koji koristi osnovni pečat 2 kao mikrokontroler. Prvo sam ga testirao s glavnom pločom dalje od robota, a nakon osnovnog programiranja sve je radilo u redu. Kad sam ga montirao točno iznad motora, poludio je i bio je potpuno nedosljedan. Pokušao sam dodati uzemljenu bakrenu ploču između motora i kruga, ali to nije učinilo nikakvu razliku. Na kraju sam morao fizički podići krug 3/4 "(vidi plave strelice) prije nego što bi robot ponovno proradio. Drugi uobičajeni izvor razorne buke kod malih robota mogu biti pulsirajući signali. Ako šaljete PWM signale servo -motorima ili motorima, žice mogu djelovati poput antena i slati signale koji mogu zbuniti vaše ulazne vodove. Da biste to izbjegli, držite ulazne i izlazne žice mikrokontrolera što je moguće odvojenije. Također držite žice koje napajaju motore dalje od ulaznih vodova. Magnetna žica Problem debljine žice u vrlo mali krugovi mogu se riješiti upotrebom magnetske žice kalibra 30-36. Za neke sam projekte koristio žicu kalibra 36, ali mi je bila tako šiljasta, bilo ju je teško skinuti i upotrijebiti. Dobar kompromis je magnetska žica promjera 30. Obični magnet može se koristiti žica, ali ja više volim magnetnu žicu koja se može skinuti toplinom. Ova žica ima premaz koji se može skinuti jednostavnim lemljenjem s dovoljno topline da se otopi izolacija. Potrebno je do 10 sekundi da se skine premaz tijekom lemljenja. Za neke nježna kompona Kao što je lemljenje LED -a ili IC -a, to može biti štetna toplina. Najbolji kompromis za mene je korištenje ove magnetne žice koja se može skinuti toplinom, ali prvo je malo skinite. Prvo uzmem oštar nož i gurnem ga po magnetskoj žici da skine prevlaku, a zatim okrećem žicu okolo dok se prilično dobro ne ogoli oko promjera. Zatim sam lemljeni kraj ogoljene žice lemio dok se dobro ne kalaji. Zatim ga možete brzo lemiti na bilo koju osjetljivu komponentu s manjom mogućnošću toplinskog oštećenja. Tanko lemljenjeKada su komponente vrlo blizu jedna drugoj, može ih biti teško lemiti bez prelijevanja i kratkog spoja u blizini jastučića i žica. Najbolje rješenje je upotrijebiti lemilicu s malim vrhom s podesivim toplinskim lemljenjem (1/32 ") i najtanji lem koji možete pronaći. Standardno lemljenje obično je.032" u promjeru što dobro funkcionira za većinu stvari. Korištenje tanjeg lemilice promjera 0,115 "omogućuje vam jednostavnu kontrolu količine lema na spoju. Ako koristite najmanju potrebnu količinu lema, on ne samo da zauzima najmanji volumen, već vam omogućuje i lemljenje spoja što je brže moguće što je moguće. To smanjuje mogućnost pregrijavanja i oštećenja osjetljivih komponenti poput IC -a i LED dioda za površinsko montiranje. Komponente za površinsko postavljanje Komponente za površinsko montiranje vrhunski su u minijaturizaciji. Za korištenje IC -a veličine SOIC obično koristim tanko lemljenje i magnetsku žicu. Da vidim prilično jednostavno način izrade SOIC ploča ili sklopova pogledajte ovdje: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htmLijepljenje komponenti umjesto lemljenjaNeke komponente za površinsko montiranje također se mogu izravno zalijepiti na pločice. Možete napraviti vlastito vodljivo ljepilo i koristiti za lijepljenje LED-a i IC-a. Pogledajte: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ Iako ovo radi, može biti donekle teško jer kapilarno djelovanje teži fitilj c vodljivo ljepilo ispod LED dioda za površinsko montiranje i drugih komponenti te ih kratko spojite. Lijepljenje komponenti pomoću neprovodnog ljepila Nedavno sam eksperimentirao sa lijepljenjem komponenti na bakrene ploče i vodljive tkanine pomoću ljepila koje ne provodi. Slika 8 za sliku svjetlosne šipke od 12 volti (neosvijetljene i upaljene) pomoću LED dioda za površinsko postavljanje koje su zalijepljene neprovodnim ljepilom. Otkrio sam da ako na bakrene tragove stavite tanki film prozirnog laka za nokte, a zatim fizički stegnete LED i pustite da se osuši 24 sata, ostat će vam dobar mehanički spoj koji je električno vodljiv. Ljepilo za nokte učinkovito skuplja i steže olovne kontakte na bakrene tragove tvoreći dobru mehaničku vezu. Mora se stegnuti puna 24 sata. Nakon toga možete ga testirati na vodljivost. Ako zasvijetli, možete dodati drugi sloj ljepila. Za drugi sloj koristim prozirni kontaktni cement poput zavarivača ili Goopa. Ovo deblje ljepilo okružuje komponente i također se skuplja dok se suši kako bi se osiguralo dobro čvrsto spajanje s bakrenim tragovima. Pričekajte 24 sata da se osuši prije ponovnog testiranja. Budući da sam bio u nedoumici koliko će trajati, ostavio sam plavu LED svjetlosnu traku na slici 8 uključenu sedam dana i noći. Otpor kruga zapravo se s vremenom smanjio. Mjesecima kasnije, šipka je i dalje potpuno osvijetljena bez dokaza o povećanom otporu. Koristeći ovu metodu, uspješno sam zalijepio vrlo male LED diode za površinsko montiranje-veličine 0805-- i veće na ploču obloženu bakrom. Ova tehnika pokazuje obećanje u stvaranju stvarno malih krugova, LED zaslona i robota.

Korak 4: Kršenje pravila

Da biste napravili zaista male robote, možda ćete morati prekršiti mnoga gore navedena pravila. Da bih napravio Mr. Cube-a prekršio sam sljedeća pravila: 1- Koristio sam jedno napajanje umjesto jednog za motore i jedno za mikrokontroler. 2- Montirao sam Picaxe mikrokontroler vrlo blizu motora. 3- Koristio sam baterije koje su ocijenjeni su za slabe struje i radili su na mnogo većim strujama nego što su predviđeni. To ozbiljno ograničava vijek trajanja baterija. Jednostavno sam imao sreće da se to nije dogodilo. 5- Ožičio sam krug na robotu, a da to prije nisam napravio. To može otežati ispravljanje pogrešaka u krugu. Možete preuzeti programski kod Picaxe za gospodina Cubea na: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txtAko ste zainteresirani vidjeti neke od drugih robota koje sam izgradio, možete otići na: https://www.inklesspress.com/robots.htmPic 9 prikazuje gospodina Cube i gospodina Cube dva, R-18, robota od 1/3 kubičnog inča koji sam počeo izrađivati. Pojedinosti o koraku 5.

Korak 5: Gospodin kocka dva: Izrada robota od 1/3 kubičnog inča

Nakon što sam napravio robota od jednog kubnog inča koji je radio, morao sam isprobati nešto manje. Ciljam na robota veličine oko 1/3 kubičnog inča. U ovom trenutku gospodin Cube Two ima dimenzije oko 0,56 x 0,58 x 72,70 cm. Ima mikrokontroler od 08 Picaxe koji će mu omogućiti autonomno kretanje. Slika 10 prikazuje robota na ravnalu. Slika 11 prikazuje drugu strana robota na četvrtini. Dvije baterije su cr1220 3voltne litijske baterije i ostaje vidjeti hoće li imati dovoljno kapaciteta za napajanje Picaxea i motora. Možda će biti potrebno još baterija. To je u tijeku. Dakle daleko dva motora pejdžera rade dobro za kretanje i okretanje robota na glatkim površinama. Picaxe mikrokontroler je instaliran i programiran je i testiran. Još treba dodati kontroler motora SOIC L293 i senzor infracrvenog reflektora. Kada to završi, to će biti jedan od najmanjih autonomnih robota sa senzorima i mikrokontrolerom. Iako je ovo mali robot, postoje li manji roboti amateri koji se mogu programirati? Da. Vidite: 1cc Robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico Robot:

Druga nagrada na natjecanju robota Instructables i RoboGames

Prva nagrada na natječaju za knjigu The Instructables