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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:09

Evo nekoliko detalja o izgradnji sićušnih robota i kola. Ovo uputstvo 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. Prednost elektronike je što komponente postaju sve manje, jeftinije i učinkovitije nevjerojatno brzim tempom. Zamislite da je automobilska tehnologija takva. Nažalost, mehanički sistemi u ovom trenutku ne napreduju ni približno tako brzo kao elektronika. To dovodi do jedne od glavnih poteškoća u izgradnji vrlo malih robota: pokušaja da se uklopi u mali prostor, mehanički sistem koji pokreće robota. Mehanički sistem i baterije obično zauzimaju većinu volumena zaista malog robota. Pic1 prikazuje gospodina Cube R-16, mikrosumo robota od jednog kubnog inča koji je sposoban reagirati na okolinu pomoću brkova muzičke žice (branik prekidač). Može se pomicati i istraživati obod male kutije. Može se daljinski upravljati pomoću univerzalnog infracrvenog daljinskog upravljača za televizor koji je postavljen za televizor Sony. Takođe može imati svoj mikrokontroler Picaxe koji je unaprijed programiran sa reakcionim obrascima. Detalji počinju od prvog koraka.

Korak 1: Komponente robota od jednog kubičnog inča

Gospodine kocka R-16, šesnaesti je robot koji sam napravio. To je robot od jednog kubnog inča koji ima dimenzije 1 "x1" x1 ". Sposoban je za autonomno programirano ponašanje ili se može daljinski upravljati. Ne misli se na ništa što je vrlo praktično ili posebno korisno. To je samo prototip i dokaz koncepta. To je, međutim, korisno u smislu da vam izgradnja malenog robota omogućuje usavršavanje vaših vještina minijaturizacije za robote i druge male krugove. Izgradnja malih robota i kola Imajte na umu da što manja izgradnja znači da može potrebno je dvostruko više vremena nego što bi inače bilo potrebno za izgradnju istog kruga na većem prostoru. Sve vrste stezaljki su potrebne za držanje malih komponenti i žica na mjestu tijekom lemljenja ili lijepljenja. Jarko radno svjetlo i dobre povećale ili fiksna povećala su neophodna. Mali motori Ispostavilo se da je jedna od najvećih prepreka za stvaranje zaista malih robota potreban prijenosnik. Kontrolna elektronika (mikrokontroleri) je sve manja. Međutim, pronađite g Dovoljno mali motori s malim brojem okretaja nisu tako jednostavni. 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, nazad 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 uvrnut je u rupu s urezom ispod donje ploče. Ova glatka glava od plastičnog vijka djeluje kao kotač za balansiranje robota. Možete ga vidjeti u donjem desnom kutu slike 4. Ovo daje zazor točkova pri dnu robota od oko 1/32 ". Za montiranje kotača, napajale su se plastične remenice 3/16" montirane na motorima i zatim su se, dok su se vrtjeli, brusili do desnog promjera. Zatim su umetnuti u rupu u metalnoj podlošci koja je stajala unutar najlonske podloške i sve je epoksidno spojeno. Točak je tada premazan s dva sloja gume s tekućom trakom kako bi mu se pružila 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. Ovo rezultira malim robotom koji jede baterije za doručak. Najbolje što sam u to vrijeme mogao pronaći bile su 3-LM44 litij-ionske baterije s gumbom. Trajanje baterije u vrlo malih robota ovog tipa je toliko kratko (nekoliko minuta) da obično ne mogu učiniti ništa praktično. Bilo je mjesta samo za tri baterije od 1.5V, pa su na kraju napajale i motore i Picaxe kontroler. Zbog električne buke koju mogu stvarati mali istosmjerni motori, jedno napajanje za sve, obično nije dobra ideja. Ali zasad radi dobro. Prostor u ovom robotu od jednog inča bio je toliko tijesan da se pokazalo da je debljina izolacije žice od 28 kabela (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 drugog, bez pribjegavanja tehnologiji površinskog montiranja, bio zanimljiv izazov. Volio bih koristiti konstrukciju na preklop za zaista male robote. Pogledajte sliku 2. Ovo se sastoji od dvije polovice koje se spajaju zajedno sa zaglavcima i utičnicama.1 ". Ovo omogućava lak pristup svim komponentama, olakšavajući otklanjanje grešaka u krugovima ili unošenje promjena. 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 toplinska traka (lemljiva) magnetna žica: https:// www.mouser.com3 LM44 1.5V. Litijumske baterije sa dugmadima: https://www.mouser.comMali plavi prekidač za uključivanje-isključivanje: https://www.jameco.comTanko lemljenje-.015 "kolofonijsko jezgro lemljenje: https:// www.mouser.comRezistori i 150 uf tantalni kondenzator. 1 "perfboard od bakra sa trakom od fiberglasa sa: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlPerformix (tm) tečna traka, crna-dostupno na Wal-Mart-u ili

Korak 2: Krug robota od jednog kubičnog inča

Na slici 4 prikazana je lokacija 18x Picaxe mikrokontrolera i kontrolera motora L293 koji su glavna kola 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 dodatna kola i senzore.18x Picaxe mikrokontrolerPicaxe mikrokontroleri su i dalje 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 njih se može lako povezati zajedno kada je potrebna veća brzina ili memorija. Takođe su veoma opraštajući. Direktno 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 zaista male, kontroleri Picaxe 08M i 18x dostupni su u površinskom obliku (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). Da biste vidjeli neke od projekata koje možete raditi s Picaxe mikrokontrolerima, možete pogledati na: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 Kontroler motoraKontroler motora L293 odličan 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 greške Na pločama nije bilo mjesta za postavljanje kontrolera L293 pa je instaliran pomoću tehnike mrtvih grešaka. To jednostavno znači da je IC okrenut naopačke i da su tanke žice lemljene direktno na iglice koje su savijene ili kratko ošišane. Zatim se može zalijepiti na ploču 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 nagura 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 aligatorskih isječaka u perfboard kako bi pomogli u lemljenju malih žica na IC -ovima 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 upotrebom 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 napajanjaAko imate prostora, uštedjet ćete si mnogo problema ako koristite zasebno napajanje za mikrokontroler i njegova kola i motore. Fluktuirajući napon i električna buka koju motori proizvode mogu izazvati pustoš s ulazima mikrokontrolera i senzora kako bi proizveli vrlo nekonzistentne reakcije u vašem robotu. Rješavanje problema Smatram da je najbolje da prvo izgradite kompletno kolo robota na ploči s osnovama. 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 raditi, često su krivi problemi s bukom. Problemi sa 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 linija koje 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 za 3/4 "(vidi plave strelice) prije nego što bi robot ponovo proradio. Drugi uobičajeni izvor razorne buke kod malih robota mogu biti pulsirajući signali. Ako šaljete PWM signale na servo sisteme ili motore, žice mogu djelovati poput antena i slati signale koji mogu zbuniti vaše ulazne vodove. Da biste to izbjegli, držite ulazne i izlazne žice mikrokontrolera razdvojene što je više moguće. 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. Koristio sam žicu kalibra 36 za neke projekte, ali mi je bila tako škrta, teško ju je bilo skinuti i upotrijebiti. Dobar kompromis je magnetska žica od 30 kalibra. Regularni 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. delikatna kompona To može biti štetna toplina, poput lemljenja LED -a ili IC -a. 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 preko magnetne žice da skine premaz, a zatim okrećem žicu okolo dok se prilično dobro ne ogoli oko promjera. Zatim sam lemio ogoljeni kraj žice dok se dobro ne pokosi. Zatim ga možete brzo lemiti na bilo koju osjetljivu komponentu s manjom vjerovatnoćom toplinskog oštećenja. Tanko lemljenje Kada su komponente vrlo blizu jedna drugoj, može ih biti teško lemiti bez prelijevanja i kratkog spoja jastučića i žica u blizini. Najbolje rješenje je upotrijebiti male lemilice s podesivim toplinskim lemljenjem s malim vrhom (1/32 ") i najtanji lem koji možete pronaći. Standardno lemljenje obično je.032" u promjeru, što dobro funkcionira za većinu stvari. Korištenje tanjeg lemljenja promjera 0,115 "omogućuje vam jednostavnu kontrolu količine lema na spoju. Ako koristite najmanju potrebnu količinu lema, on ne samo da zauzima najmanju zapreminu, već vam omogućuje i brzo lemljenje spoja Ovo 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 lako način izrade SOIC ploča ili prekidača pogledajte ovdje: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htmLijepljenje komponenti umjesto lemljenjaNeke komponente za površinsko montiranje također se mogu direktno zalijepiti na ploče. Možete napraviti vlastito provodljivo ljepilo i koristiti za lijepljenje LED-a i IC-ova. Pogledajte: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ Iako ovo radi, to može biti donekle teško jer kapilarno djelovanje teži fitilj c provodljivo ljepilo ispod LED dioda za površinsko montiranje i drugih komponenti i kratkih spojeva. Lijepljenje komponenti pomoću neprovodnog ljepila Nedavno sam eksperimentirao sa lijepljenjem komponenti na bakrene ploče i vodljive tkanine pomoću ljepila koje ne provodi. Pogledajte sliku 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 provodljiv. Ljepilo za nokte efikasno skuplja i steže olovne kontakte na bakrene tragove stvarajući 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 čist kontaktni cement kao što su zavarivači ili Goop. Ovo deblje ljepilo okružuje komponente i također se skuplja dok se suši kako bi osiguralo dobru čvrstu vezu s bakrenim tragovima. Sačekajte 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 se s vremenom zapravo 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-0805-- veličine i veće na ploču obloženu bakrom. Ova tehnika pokazuje obećanje u stvaranju zaista malih krugova, LED ekrana 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 su ocijenjeni za nisko strujno napajanje i radili su na mnogo većim strujama nego što su za to predviđene. Ovo ozbiljno ograničava vijek trajanja baterija.4- Sve sam žice zgužvao zajedno u mješalicu koja može stvoriti probleme s preslušavanjem i električnom bukom. Jednostavno sam imao sreće što se to nije dogodilo. 5- Ožičio sam krug na robotu bez prethodnog postavljanja. Ovo može otežati otklanjanje grešaka u krugu. Možete preuzeti Picaxe programski kod za Mr. Cube na: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txtAko ste zainteresirani za 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 kubnih inča koji sam počeo graditi. Detalji 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 kubnih inča. U ovom trenutku, gospodin Cube Two ima dimenzije oko 0,56 x 0,58 x 7,72 cm. Ima mikrokontroler 08 Picaxe koji će mu omogućiti autonomno kretanje. Slika 10 prikazuje robota na ravnalu. Slika 11 prikazuje drugi bočne strane robota na četvrtini. Dvije baterije su cr1220 3voltne litijumske baterije i ostaje da se vidi da li će imati dovoljno kapaciteta za napajanje Picaxe -a i motora. Možda će biti potrebno još baterija. To je u toku. 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 završite, 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 takmičenju robota Instructables i RoboGames

Prva nagrada na takmičenju knjiga Instructables