בניית רובוטים קטנים: יצירת רובוטי מיקרו-סומו אינץ 'מעוקבים וקטן יותר: 5 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

להלן מספר פרטים על בניית רובוטים ומעגלים זעירים. מדריך זה יכסה גם כמה עצות וטכניקות בסיסיות שימושיות בבניית רובוטים בכל גודל. מבחינתי אחד האתגרים הגדולים בתחום האלקטרוניקה הוא לראות עד כמה רובוט אני יכול ליצור. הדבר היפה באלקטרוניקה הוא שהרכיבים רק הולכים וקטנים וזולים ויעילים יותר בקצב מהיר להפליא. תארו לעצמכם אם טכנולוגיית הרכב הייתה כזו. לרוע המזל, מערכות מכניות בשלב זה אינן מתקדמות כמעט באותה מהירות כמו האלקטרוניקה. זה מוביל לאחד הקשיים העיקריים בבניית רובוטים קטנים מאוד: ניסיון להשתלב בחלל קטן, המערכת המכנית שמניעה את הרובוט. המערכת המכנית והסוללות נוטות לתפוס את רוב נפח הרובוט הקטן באמת. Pic1 מראה את מר קוביה R-16, רובוט מיקרו סומו בגודל אינץ 'מסוגל להגיב לסביבתו בעזרת שפם תיל מוזיקה (פגוש) החלף). הוא יכול לנוע ולחקור את ההיקף של קופסה קטנה. ניתן לשלוט בו מרחוק באמצעות שלט אוניברסלי טלוויזיה אוניברסלי המוגדר לטלוויזיה של סוני. ניתן גם לתכנת אותו מראש את מיקרו-בקר ה- Picaxe שלו עם דפוסי תגובה. הפרטים מתחילים בשלב 1.

שלב 1: רכיבים של רובוט אינץ 'מעוקב אחד

מר קוביה R-16, הוא הרובוט השישה עשר שבניתי. זהו רובוט בגודל של 1 אינץ 'בגודל 1 "x1" x1 ". הוא מסוגל להתנהגות אוטונומית הניתנת לתכנות או לשליטה מרחוק. הוא לא אמור להיות משהו שהוא מאוד פרקטי או שימושי במיוחד. הוא בסך הכל אב טיפוס עם זאת, זה שימושי במובן זה שבניית רובוט זעיר מאפשרת לך לחדד את כישורי המזעור שלך עבור רובוטים ומעגלים קטנים אחרים. בניית רובוטים קטנים ומעגלים זכור כי בנייה קטנה ככל האפשר פירושה שהיא לוקח כפליים זמן מה שבדרך כלל יידרש לבנות אותו מעגל בחלל גדול יותר. יש צורך בכל סוגים של מלחציים בכדי להחזיק את הרכיבים הקטנים והחוטים במקומם בזמן הלחמה או הדבקה. נורת עבודה בהירה ואוזניה מגדילה טובה או זכוכית מגדלת קבועה היא חובה. קטנים מנועים מתברר שאחד המכשולים הגדולים ביותר לייצור רובוטים זעירים באמת הוא מנוע ההילוכים הנדרש. אלקטרוניקה הבקרה (מיקרו -בקרים) רק הולכת וקטנה. עם זאת, מוצא g מנועי הילוך נמוכים לדקה שהם קטנים מספיק זה לא כל כך קל. מר קובייה משתמש במנועי הילוך זעירים המיועדים ביחס של 25: 1. בהילוך הזה, הרובוט מהיר ממה שהייתי רוצה וקצת עווית. כדי להתאים את החלל, היה צריך לקזז את המנועים עם גלגל אחד יותר קדימה מהשני. אפילו עם זה, הוא נע קדימה, אחורה, והופך בסדר. המנועים חוברו אל הלוח עם חוט 24 מד שהומלחל ולאחר מכן הודבק במלט מגע. בחלקו האחורי של הרובוט בורג ניילון בגודל 4-40 הוברג לתוך חור טפח מתחת ללוח המעגל התחתון. ראש בריח פלסטיק חלק זה פועל כגלגל לאיזון הרובוט. אתה יכול לראות אותו בפינה הימנית התחתונה של תמונה 4. זה נותן מרווח גלגלים בתחתית הרובוט של כ 1/32 ". כדי להרכיב את הגלגלים, גלגלות הפלסטיק בגודל 3/16" שהותקנו על המנועים הופעלו ו לאחר מכן, תוך כדי סיבוב, נלטש בקוטר הנכון. לאחר מכן הם הוכנסו לחור במכונת כביסה המתכת שהשתלבה בתוך מכונת כביסה מניילון והכל היה אפוקסי יחד. הגלגל היה מצופה אז בשתי שכבות גומי נוזלי כדי לתת לו אחיזה. סוללות קטנות בעיה נוספת עם הרובוטים הקטנים ביותר היא למצוא סוללות קטנות שיחזיקו מעמד. מנועי ההילוכים בהם משתמשים דורשים זרמים גבוהים למדי (90-115ma) להפעלה. התוצאה היא רובוט קטן שאוכל סוללות לארוחת הבוקר. הטובות ביותר שיכולתי למצוא בזמנו, היו סוללות ליתיום 3-LM44. חיי הסוללה ברובוטים קטנים מאוד מסוג זה, הם כל כך קצרים, (כמה דקות) שהם בדרך כלל לא יכולים לעשות שום דבר קרוב למעשי. היה רק מקום לשלוש סוללות 1.5V, כך שבסופו של דבר הן הפעילו את המנועים ואת בקר ה- Picaxe. בגלל רעש חשמלי שמנועי DC קטנים יכולים ליצור, ספק כוח אחד לכל דבר, הוא בדרך כלל לא רעיון טוב. אבל עד כה הוא עובד מצוין. החלל ברובוט אינץ 'זה היה כה הדוק עד שעוביו של בידוד החוט 28 מד (מכבל סרט) התברר כבעיה. בקושי הצלחתי לחבר את שני חצאי הרובוט יחד. אני מעריך שכ -85% מנפח הרובוט מלא ברכיבים. הרובוט היה כל כך קטן שאפילו מתג כיבוי היה בעייתי. בסופו של דבר, אני עשוי להחליף את הזיפים הגולמיים בחיישני אינפרא אדום. ממש נגמר לי המקום הניתן לשימוש, כך שיתאים לכל דבר נוסף, מבלי להיעזר בטכנולוגיה של הרכבה על פני השטח, יהיה אתגר מעניין. אני אוהב להשתמש בבניית צדפות עבור רובוטים קטנים באמת. ראה תמונה 2. זה מורכב משני חצאים המחוברים יחד עם כותרות ופסים.1 ". זה נותן גישה נוחה לכל הרכיבים, מה שמקל על איתור באגים של המעגלים או לבצע שינויים. תמונה 3 מציגה את מיקומם של כמה מהרכבים. רכיבים עיקריים. MATERIALS2 GM15 מנועי הילוכים- 25: 1 מנוע 6ager פלנטרי הילוך פלנטרי: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x מיקרו-בקר Picaxe זמין בכתובת: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 בקר מנוע DIP IC: https://www.mouser.com גלאי אינפרא אדום Panasonic PNA4602M: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol חום מגנט (ניתן להלחמה) חוט מגנט: https:// www.mouser.com3 LM44 1.5V. סוללות תאי כפתור ליתיום: https://www.mouser.com מתג כיבוי וכחול קטן: https://www.jameco.com הלחמה דקה.015 "הלחמת ליבת רוזין: https:// www.mouser.com נגדים וקבל טנטאלום 150 uf. 1 אינץ 'מפיברגלס נחושת עקוב אחר מ: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.html סרט נוזלי פרפורמיקס (tm), שחור-זמין ב- Wal-Mart או

שלב 2: מעגל של רובוט אינץ 'מעוקב אחד

תמונה 4 מציגה את מיקומם של המיקרו -פיקסל של 18x ובקר המנוע L293 המהווים את המעגלים העיקריים של הרובוט. בזמן הבנייה, לא הצלחתי להשיג את גרסאות ההרכבה על פני השטח של ה- Picaxe או ה- L293. שימוש במעגלי ההתקנה על פני השטח בהחלט יותיר מקום רב יותר למעגלים וחיישנים נוספים. 18x מיקרו -פיקסל Picaxe מיקרו -בקרי Picaxe הם עדיין הבקרים האהובים עלי לשימוש על רובוטים ניסיוניים. אמנם יש להם פחות זיכרון ואינם מהירים כמו PicMicros, Arduino, Basic Stamp או מיקרו -בקרים אחרים, אך הם מהירים מספיק עבור רוב הרובוטים הניסיוניים הקטנים. ניתן לחבר כמה מהם בקלות יחד כאשר יש צורך במהירות או זיכרון נוספים. הם גם מאוד סלחניים. הלחנתי אותם ישירות, קיצרתי אותם והעמסתי את התפוקות שלהם ועדיין לא שרפתי אחד. מכיוון שניתן לתכנת אותם בשפת התכנות BASIC, קל יותר לתכנתם מרוב בקרי המיקרו. אם אתה רוצה לבנות ממש קטן, בקרי ה- 08M ו- 18x Picaxe זמינים בצורת הר משטח (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). כדי לראות כמה מהפרויקטים שאתה יכול לעשות עם בקרי מיקרו Picaxe אתה יכול להציץ בכתובת: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 בקר מנועים בקר המנוע L293 הוא דרך מצוינת לשלוט בשני מנועים בכל רובוט קטן. ארבעה סיכות פלט מהמיקרו -בקר יכולות לשלוט בהספק לשני מנועים: קדימה, אחורה או כבוי. ניתן אפילו להפעיל את הכוח למנועים (אפנון רוחב דופק PWM) כדי לשלוט על מהירותם. סגנון באג מת לא היה מקום על הלוחות כדי להתקין את בקר L293 ולכן הוא הותקן בטכניקת באג מת. זה פשוט אומר שה- IC מתהפך וחוטים דקים מולחמים ישירות לפינים שכפופים או נחתכו קצרים. לאחר מכן ניתן להדביק אותו על לוח מעגלים או להתאים אותו לכל מקום פנוי. במקרה זה, לאחר הלחמה והבדיקה של L293, ציפיתי אותו בשתי שכבות של גומי נוזל קלטת שימושי שתמיד לא יסתיים כאשר הוא נדחס לחלל הפנוי. ניתן להשתמש גם במלט מגע שקוף. לדוגמא טובה מאוד לבניית מעגלים באמצעות סגנון באג מת, עיינו כאן: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 מראה מסנן הלחמה בידיים עוזרות ששיניתי על ידי הוספת קטעי תנין קטנים ללוח פרפט כדי לסייע בהלחמת חוטים קטנים למעגלים חשמליים בסגנון באג מת. תמונה 6 מציגה את סכמטי הרובוט של מר קוביה. אתה יכול לראות סרטון של מר קובייה שעושה רצף מתוכנת קצר על ידי לחיצה בקישור אינץ '-רובוט- sm.wmv להלן. הוא מראה את הרובוט בכ -30% מהמהירות המרבית שהופחתה באמצעות אפנון רוחב הדופק על המנועים.

שלב 3: טיפים וטריקים לבניית רובוטים

לאחר בניית 18 רובוטים, הנה כמה מהדברים שלמדתי בדרך הקשה. ספקי כוח נפרדים אם יש לך מקום, תחסוך לעצמך הרבה צרות אם תשתמש בספקי כוח נפרדים עבור המיקרו -בקר והמעגלים שלו והמנועים. המתח המשתנה והרעש החשמלי שהמנועים מייצרים יכולים לגרום להרס עם המיקרו -בקר וכניסות החיישנים כדי לייצר תגובות מאוד לא עקביות ברובוט שלך. רכיבים לעתים רחוקות נכשלים או פגומים. אם העיצוב שלך תקף והמעגל לא עובד, כמעט תמיד מדובר בטעות בחיווט שלך. למידע על אופן ביצוע אב טיפוס של מעגלים מהירים, עיין כאן: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm לאחר מכן הרכיב את כל המנועים והחיישנים על גוף הרובוט ותתכנת את המיקרו -בקר לשלוט בהם. רק אחרי שהכל עובד טוב, אני מנסה ליצור גרסת הלחמה קבועה של המעגל. לאחר מכן אני בודק זאת כשהוא עדיין נפרד מגוף הרובוט. אם זה עובד, אני מרכיב אותו לצמיתות על הרובוט. אם הוא מפסיק לפעול, לרוב זו אשמת בעיות הרעש. אחת מהבעיות הגדולות ביותר שנתקלתי בהן היא רעש חשמלי שהופך את המעגל לחסר תועלת. זה נגרם לעתים קרובות על ידי הרעש החשמלי או המגנטי שיכול לנבוע ממנועי DC. רעש זה יכול להציף את כניסות החיישן ואפילו את המיקרו -בקר. כדי לפתור זאת, אתה יכול לוודא שהמנועים והחוטים אליהם אינם קרובים לקווי קלט כלשהם המגיעים אל המיקרו -בקר שלך. בתמונה 7 ניתן לראות את ספארקי, R-12, רובוט שיצרתי שמשתמש בחותמת בסיסית 2 כמיקרו-בקר. בדקתי אותו לראשונה כשהלוח הראשי הרחק מהרובוט ולאחר שעשיתי את התכנות הבסיסי, הכל עבד בסדר. כשהרכבתי אותו ממש מעל המנועים, זה השתגע והיה לגמרי לא עקבי. ניסיתי להוסיף לוח מחופה נחושת מקורקע בין המנועים למעגל אבל זה לא שינה. בסופו של דבר נאלצתי להעלות פיזית את המעגל 3/4 אינץ '(ראה חיצים כחולים) לפני שהרובוט יעבוד שוב. מקור נפוץ אחר לרעש הרסני ברובוטים קטנים יכול להיות אותות פועמים. אם אתה שולח אותות PWM לסרוואות או מנועים, החוטים יכול להתנהג כמו אנטנות ולשלוח אותות שיכולים לבלבל את קווי הכניסה שלך. כדי להימנע מכך, שמור על חוטי קלט ויציאה של המיקרו -בקר כמה שיותר מופרדים. כמו כן, שמור על חוטים הנושאים כוח למנועים הרחק מקווי הכניסה. חוט מגנטי הבעיה של עובי החוט מאוד מעגלים קטנים ניתנים לפתרון על ידי שימוש בחוט מגנט 30-36 מד. השתמשתי בחוט 36 מד לפרויקטים מסוימים, אך מצאתי אותו כה חכם, היה קשה להפשיט ולהשתמש. פשרה טובה היא חוט מגנט 30 מד. מגנט רגיל ניתן להשתמש בחוט, אך אני מעדיף את חוט המגנט המופשט מחום. לחוט זה יש ציפוי שניתן להסיר אותו רק על ידי הלחמה עם מספיק חום להמסת הבידוד. לוקח עד 10 שניות להפשיט את הציפוי בזמן הלחמה. לחלקם רכיבים עדינים כמו הלחמה לנורות LED או למעגלים חשמליים, זה יכול להיות חום מזיק. הפשרה הטובה ביותר בשבילי היא להשתמש בחוט מגנט ניתק לחום זה, אך הפשיטו אותו מעט קודם. אני לוקח תחילה סכין חדה ומחליק אותה על פני חוט המגנט כדי לנתק את הציפוי ואז לסובב את החוט מסביב עד שהוא מופשט די טוב סביב קוטרו. לאחר מכן הלחמתי את קצה החוט המפוספס עד שהוא נזהר היטב. לאחר מכן, תוכל להלחים אותו במהירות לכל רכיב עדין עם פחות סיכוי לנזקי חום. הלחמה דקה כאשר רכיבים קרובים מאוד זה לזה, יכול להיות קשה להלחם אותם מבלי לנגב ולקצר רפידות וחוטים סמוכים. הפתרון הטוב ביותר הוא להשתמש במלחם חום מתכוונן קטן בעל קצה (1/32 אינץ ') ובהלחמה הדקה ביותר שתוכל למצוא. הלחמה סטנדרטית היא בדרך כלל בקוטר.032 שעובד מצוין לרוב הדברים. שימוש בהלחמה דקה יותר בקוטר.015 אינץ 'מאפשר לך לשלוט בקלות בכמות ההלחמה על המפרק. אם אתה משתמש בכמות הלחמה הנמוכה ביותר הדרושה, היא לא רק תופסת את הנפח הקטן ביותר, אלא גם מאפשרת להלחם מפרק במהירות האפשרית. ככל שזה אפשרי. הדבר מקטין את הסיכוי להתחממות יתר ולפגיעה ברכיבים עדינים כמו מחשבי IC ומנורות נוריות על פני השטח. רכיבי הרכבה על פני שטח רכיבי הרכבה על פני השטח הם האולטימטיביים במיניאטוריזציה. כדי להשתמש במחשבי IC בגודל SOIC אני בדרך כלל משתמש בהלחמה דקה ובחוט מגנט. כדי לראות קל למדי דרך ליצור לוחות או מעגלים של SOIC ראו כאן: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm הדבקה על רכיבים במקום הלחמה ניתן להדביק כמה רכיבי הרכבה על המשטח ישירות על גבי מעגלים. ניתן להכין דבק מוליך משלכם ולהשתמש כדי להדביק אותו על נוריות ומעגלים חשמליים. פתיל את ג דבק אונדוקטיבי מתחת ללדים הרכובים על פני השטח ורכיבים אחרים וקצר אותם. דבק על רכיבים המשתמשים בדבק לא מוליך ניסיתי לאחרונה להדביק רכיבים על לוחות מעגל נחושת ובדים מוליכים באמצעות דבק שאינו מוליך. ראה תמונה 8 לתמונה של סרגל אור של 12 וולט (לא מואר ומואר) באמצעות נוריות הניתנות למשטח שהודבקו על ידי דבק לא מוליך. גיליתי שאם אתה שם סרט דק של לק שקוף על עקבות הנחושת ולאחר מכן מהדק פיזית על הלד ותניח לו להתייבש במשך 24 שעות, יישאר לך מפרק מכני טוב המוליך חשמלית. דבק הלק מסמר ביעילות ומהדק את המגעים המובילים אל עקבות הנחושת ויוצרים חיבור מכני טוב. זה חייב להיות מהודק במשך 24 שעות מלאות. לאחר מכן, תוכל לבדוק את מוליכותה. אם הוא נדלק, תוכל להוסיף את שכבת הדבק השנייה. עבור השכבה השנייה אני משתמש במלט מגע שקוף כגון Welders או Goop. דבק עבה יותר זה מקיף את הרכיבים וגם מתכווץ כשהוא מתייבש כדי להבטיח בבטחה חיבור מוצק טוב לעקבות הנחושת. המתן 24 שעות עד שהוא יתייבש לפני שתבדוק שוב. מכיוון שהייתי מפקפק בכמה זמן זה יחזיק מעמד, השארתי את סרגל הנורית LED הכחול בתמונה 8 למשך שבעה ימים ולילות. ההתנגדות של המעגל למעשה ירדה עם הזמן. חודשים לאחר מכן, הבר עדיין נדלק במלואו ללא עדות להתגברות מוגברת. באמצעות שיטה זו, הדבקתי בהצלחה נוריות לדים קטנות מאוד על פני השטח-0805-בגודלן וגדולות יותר על לוח לוח מבושל בנחושת. טכניקה זו מראה הבטחה מסוימת ביצירת מעגלים קטנים באמת, תצוגות LED ורובוטים.

שלב 4: הפרת החוקים

כדי לייצר רובוטים זעירים באמת, ייתכן שיהיה עליך לשבור הרבה מהחוקים שהוזכרו לעיל. כדי להפוך את מר קוביה הפרתי את הכללים הבאים: 1- השתמשתי באספקת חשמל אחת במקום במנועים ובאחד עבור המיקרו.2- הרכבתי את המיקרו-פיקסל קרוב מאוד למנוע. מדורגים עבור ציור זרם נמוך והריצו אותם בזרמים גבוהים בהרבה מכפי שנועדו. זה מגביל מאוד את חיי הסוללות.4- דחסתי את כל החוטים יחד במזנון שיכול לגרום לבעיות צלב ורעש חשמלי. פשוט היה לי מזל שזה לא קרה. 5- חיברתי את המעגל אל הרובוט מבלי ללחוץ עליו קודם. זה יכול להקשות מאוד על איתור באגים במעגל. תוכל להוריד את קוד התכנות של Picaxe עבור מר קוביה בכתובת: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt אם אתה מעוניין לראות כמה מהרובוטים האחרים שבניתי, אתה יכול ללכת ל: https://www.inklesspress.com/robots.htm פיק 9 מראה את מר קוביה ומר קובייה שניים, R-18, רובוט בגודל 1/3 אינץ 'שהתחלתי לבנות. פרטים על שלב 5.

שלב 5: מר קוביה שני: הכנת רובוט של 1/3 אינץ 'מעוקב

לאחר ייצור רובוט בגודל סנטימטר אחד שעבד, הייתי צריך לנסות משהו קטן יותר. אני מכוון לרובוט בסביבות 1/3 אינץ '. בשלב זה, מר קוביה שני הוא בערך.56 "x.58" x.72 ". יש לו מיקרו -בקר 08 Picaxe שיאפשר לו לנוע באופן אוטונומי. תמונה 10 מציגה את הרובוט על סרגל. תמונה 11 מציגה את השני צד הרובוט ברבע. שתי הסוללות הן סוללות ליתיום 3 וולט cr1220 ונראה אם יהיה להן מספיק קיבולת להנעת הפיקאקס והמנועים. ייתכן שיהיה צורך בסוללות נוספות. זוהי עבודה בתהליך. אז רחוק שני מנועי הביפר פועלים בסדר להזיז ולהפוך את הרובוט על משטחים חלקים. הבקר מיקרו Picaxe מותקן ותוכנת ונבדק. עדיין יש להוסיף את בקר המנוע SOIC L293 ואת חיישן הרפלקטור האינפרא אדום. בסיום, זה יהיה להיות אחד הרובוטים האוטונומיים הקטנים ביותר בסביבה עם חיישנים ומיקרו -בקר. למרות שמדובר ברובוט זעיר, האם יש רובוטים חובבנים קטנים יותר הניתנים לתכנות? אכן כן. ראה: רובוט 1 סמ"ק: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.html רובוט פיקו:

פרס שני בתחרות הרובוטים Instructables ו- RoboGames

פרס ראשון בתחרות הספרים המדריכים