Väikeste robotite ehitamine: ühe kuuptollise mikro-sumoroboti valmistamine ja väiksemad: 5 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:50

Siin on mõned üksikasjad väikeste robotite ja vooluahelate ehitamise kohta. See juhend sisaldab ka mõningaid põhilisi näpunäiteid ja tehnikaid, mis on kasulikud igas suuruses robotite ehitamisel. Minu jaoks on elektroonika üheks suureks väljakutseks näha, kui väikese roboti ma saan teha. Elektroonika juures on ilus see, et komponendid muutuvad üha väiksemaks, odavamaks ja tõhusamaks uskumatult kiiresti. Kujutage ette, kui autotehnoloogia oleks selline. Kahjuks ei arene mehaanilised süsteemid praegu peaaegu sama kiiresti kui elektroonika. See toob kaasa ühe peamise raskuse väga väikeste robotite ehitamisel: püüdes sobituda väikesesse ruumi, mehaaniline süsteem, mis robotit liigutab. Mehaaniline süsteem ja akud võtavad suurema osa tõeliselt väikese roboti mahust. Pilt 1 näitab hr Cube R-16, ühe kuuptollise mikro-sumobotti, mis on võimeline reageerima oma keskkonnale muusikatraadi vurrudega (kaitseraud) lüliti). See võib liikuda ja uurida väikese kasti perimeetrit. Seda saab kaugjuhtida, kasutades universaalset teleri infrapunakaugjuhtimispulti, mis on seadistatud Sony teleri jaoks. Samuti võib selle Picaxe mikrokontroller olla eelprogrammeeritud reaktsioonimustritega. Üksikasjad algavad 1. sammust.

Samm: ühe kuuptollise roboti komponendid

Mr Cube R-16 on kuueteistkümnes robot, mille ma olen ehitanud. See on ühe kuuptolline robot, mille mõõtmed on 1 "x1" x1 ". See on võimeline iseseisvalt programmeeritavaks käitumiseks või seda saab kaugjuhtida. See ei ole mõeldud väga praktiliseks või eriti kasulikuks. See on vaid prototüüp See on aga kasulik selles mõttes, et pisikese roboti ehitamine võimaldab lihvida robotite ja muude väikeste ahelate miniatuurseid oskusi. Väikeste robotite ja vooluringide ehitamine Pidage meeles, et võimalikult väikese ehitusega kaasneb võtab kaks korda kauem aega, kui tavaliselt kuluks sama vooluahela ehitamiseks suuremasse ruumi. Väikeste komponentide ja juhtmete hoidmiseks jootmise või liimimise ajal on vaja igasuguseid klambreid. Hele töövalgusti ja hea suurenduskomplekt või Fikseeritud suurendusklaas on kohustuslik. g väikese pööretega käigukasti mootorid, mis on piisavalt väikesed, pole nii lihtne. Hr Cube kasutab pisikesi piigurmootoreid, mis on suunatud suhtele 25: 1. Sellel käigul on robot kiirem kui ma sooviksin ja natuke tõmbleb. Ruumi sobitamiseks tuli mootorid nihutada nii, et üks ratas oli teisest ettepoole suunatud. Isegi sellega liigub see edasi, tagasi ja pöörab hästi. Mootorid ühendati 24 -tollise traadiga, mis joodeti ja liimiti seejärel kontakttsemendiga. Roboti tagaosas kruviti 4-40-tolline nailonpolt alumise trükkplaadi all olevasse keermestatud auku. See sile plastikust poltpea toimib rattana, mis tasakaalustab robotit. Näete seda pildi 4. paremas alanurgas. See annab rataste vabaks roboti põhjale umbes 1/32 ". Rataste paigaldamiseks lülitati mootoritele paigaldatud 3/16" plastist rihmarattad sisse ja siis lihviti ketramise ajal paraja läbimõõduga. Seejärel sisestati need metallist seibi auku, mis mahtus nailonist seibi sisse, ja kõik epokseeriti kokku. Seejärel kaeti ratas veekindluse tagamiseks kahe kihiga vedela teibiga kummist. Väikesed patareid Teine väikseimate robotite probleem on väikeste akude leidmine, mis kestavad. Kasutatavad reduktormootorid vajavad töötamiseks üsna suuri voolusid (90–115 mA). Selle tulemuseks on väike robot, kes sööb hommikusöögiks patareisid. Parim, mida sel ajal leida sain, olid 3-LM44 liitium-nööpelemendid. Seda tüüpi väga väikeste robotite aku kasutusaeg on nii lühike (mõni minut), et tavaliselt ei saa nad midagi praktilisele lähedale teha. Seal oli ruumi ainult kolmele 1,5 V patareile, nii et need toitsid lõpuks nii mootorid kui ka Picaxe kontrolleri. Elektrilise müra tõttu, mida väikesed alalisvoolumootorid võivad tekitada, ei ole üks toiteallikas kõige jaoks tavaliselt hea mõte. Kuid siiani töötab see hästi. Selle ühe tollise roboti ruum oli nii kitsas, et 28 -meetrise traadi isolatsiooni paksus (lintkaablist) osutus probleemiks. Suutsin vaevu roboti kahte poolt kokku panna. Ma arvan, et umbes 85% roboti mahust on täidetud komponentidega. Robot oli nii väike, et isegi sisse-välja lüliti oli problemaatiline. Lõpuks võin asendada toored vurrud infrapunaanduritega. Mul on sõna otseses mõttes otsa saanud lihtsalt kasutatavast ruumist, nii et millegi enama paigaldamine ilma pinnale paigaldamise tehnoloogia kasutamiseta oleks huvitav väljakutse. Mulle meeldib tõeliselt väikeste robotite jaoks kasutada karpide konstruktsiooni. Vt joonis 2. See koosneb kahest poolest, mis haakuvad kokku.1 -tolliste ribade päiste ja pistikupesadega. See võimaldab hõlpsat juurdepääsu kõikidele komponentidele, hõlbustades ahelate silumist või muudatuste tegemist. Pilt 3 näitab mõnede peamised komponendid. MATERJALID 2 GM15 hammasrataste mootorid- 25: 1 6 mm planeetmootorid Pager-mootor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Picaxe mikrokontroller saadaval aadressil: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 mootorikontroller DIP IC: https://www.mouser.com.mouser.com3 LM44 1,5V. Liitiumnuppude patareid: https://www.mouser.comVäiksinine sisse- ja väljalülituslüliti: https://www.jameco.com Õhuke joodis-.015 "kolofoni südamiku jootmine: https:// www.mouser.comTakistid ja 150 uf tantaalkondensaator. 1-tolline klaaskiust vasest jälgitav papp: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.html Performix (tm) vedellint, must-saadaval Wal-Martis või

2. samm: ühe kuuptollise roboti ahel

Joonisel 4 on kujutatud 18x Picaxe mikrokontrolleri ja L293 mootorikontrolleri asukoht, mis on roboti põhiahelad. Ehitamise ajal ei õnnestunud mul hankida Picaxe või L293 pinnapealseid versioone. Pindkinnitusega IC -de kasutamine jätaks kindlasti rohkem ruumi täiendavatele ahelatele ja anduritele. 18x Picaxe Microcontoller Kuigi neil on vähem mälu ja need pole nii kiired kui PicMicros, Arduino, Basic Stamp või muud mikrokontrollerid, on need enamiku väikeste katseliste robotite jaoks piisavalt kiired. Mitu neist saab hõlpsasti ühendada, kui on vaja rohkem kiirust või mälu. Nad on ka väga andestavad. Olen neid otse jootnud, lühistanud ja nende väljundeid üle koormanud ning ma ei ole veel üht neist läbi põletanud. Kuna neid saab programmeerida BASIC programmeerimiskeeles, on neid ka lihtsam programmeerida kui enamikku mikrokontrollereid. Kui soovite ehitada tõeliselt väikeseid, on 08M ja 18x Picaxe kontrollerid saadaval pinnale kinnitatuna (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). Et näha mõningaid projekte, mida saate teha Picaxe mikrokontrolleritega, vaadake järgmist: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 mootorikontroller L293 mootorikontroller on suurepärane viis kahe väikese mootori juhtimiseks. Mikrokontrolleri neli väljundtihvti saavad juhtida kahe mootori võimsust: edasi, tagasi või välja. Mootorite võimsust saab isegi impulssida (PWM-impulsi laiuse modulatsioon), et kontrollida nende kiirust. Surnud vigade stiil See tähendab lihtsalt, et IC pööratakse tagurpidi ja õhukesed juhtmed joodetakse otse tihvtide külge, mis on painutatud või lühikeseks lõigatud. Seejärel saab selle liimida trükkplaadile või paigaldada mis tahes vaba ruumi. Sel juhul, pärast L293 jootmist ja katsetamist, katsin selle kahe kihiga alati käepärase Liquid Tape kummiga, et kindlustada, et vaba ruumi kokku surudes ei tekiks midagi. Võib kasutada ka läbipaistvat kontakttsementi. Väga hea näide surnud vea stiili kasutavate vooluahelate ehitamiseks on siin: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/ lisades perfboardile väikesed alligaatoriklambrid, mis aitavad väikeste juhtmete jootmisel surnud vea stiilis IC -dele. Pildil 6 on näidatud hr Cube roboti skemaatika. Näete videot hr Cube'ist, kes teeb lühikest programmeeritud jada allpool oleval lingil inch-robot-sm.wmv. See näitab robotit umbes 30% tippkiirusest, mida on vähendatud mootorite impulsi laiuse modulatsiooni abil.

3. samm: näpunäiteid robotite ehitamiseks

Pärast 18 roboti ehitamist on siin mõned asjad, mida olen kõvasti õppinud. Eraldi toiteallikad Kui teil on ruumi, säästate end palju vaeva, kui kasutate mikrokontrolleri ja selle vooluahelate ning mootorite jaoks eraldi toiteallikaid. Mootorite tekitatav kõikuv pinge ja elektrimüra võivad mikrokontrolleri ja andurite sisenditega laastada, et teie robotil oleks väga ebajärjekindel reaktsioon. Komponendid rikuvad harva või on defektsed. Kui teie disain on kehtiv ja vooluring ei tööta, on see peaaegu alati juhtmestiku viga. Lisateavet kiire vooluahela prototüüpimise kohta leiate siit: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm Seejärel paigaldan kõik mootorid ja andurid roboti kerele ning programmeerin mikrokontrolleri nende juhtimiseks. Alles pärast seda, kui kõik töötab hästi, proovin teha vooluringi püsiva joodetud versiooni. Seejärel katsetan seda, kui see on robotikerest veel eraldi. Kui see töötab, paigaldan selle roboti külge püsivalt. Kui see lakkab töötamast, on see sageli müraprobleemide süü. Üks suurimaid probleeme, millega olen kokku puutunud, on elektrimüra, mis muudab vooluringi kasutuks. Selle põhjuseks on sageli alalisvoolumootorite elektriline või magnetiline müra. See müra võib anduri sisendeid ja isegi mikrokontrollerit üle koormata. Selle lahendamiseks võite veenduda, et mootorid ja nende juurde kuuluvad juhtmed ei asu teie mikrokontrolleri sisendliinide lähedal. Pildil 7 on näha minu tehtud robot Sparky, R-12, mis kasutab mikrokontrollerina põhitempli 2. Katsetasin seda esmalt trükkplaadiga robotist eemal ja pärast põhiprogrammeerimist töötas kõik hästi. Kui ma selle mootorite kohale paigaldasin, läks see hulluks ja oli täiesti ebajärjekindel. Proovisin mootorite ja vooluringi vahele lisada maandatud vasest plaaditud plaati, kuid see ei muutnud midagi. Ma pidin lõpuks ahelat füüsiliselt tõstma 3/4 "(vt siniseid nooli), enne kui robot uuesti tööle hakkas. Veel üks levinud laastava müra allikas väikestes robotites võib olla pulseeriv signaal. Kui saadate PWM -signaale servodele või mootoritele, siis juhtmed võib toimida nagu antennid ja saata signaale, mis võivad teie sisendliinid segadusse ajada. Selle vältimiseks hoidke mikrokontrolleri sisend- ja väljundjuhtmed nii palju kui võimalik eraldatud. Samuti hoidke mootoritele toitejuhtmed sisendliinidest eemal. Magnettraat väikeseid vooluahelaid saab lahendada 30-36 gabariidiga magnetjuhtme abil. Olen mõne projekti jaoks kasutanud 36-mõõtmelist traati, kuid leidsin, et see on nii tark, seda oli raske eemaldada ja kasutada. Hea kompromiss on 30-mõõtmeline magnettraat. Tavaline magnet traati saab kasutada, kuid ma eelistan kuumalt eemaldatavat magnettraati. Sellel traadil on kate, mida saab eemaldada, jootes selle lihtsalt piisava kuumusega, et soojustus sulatada. Katte eemaldamine jootmise ajal võtab aega kuni 10 sekundit. õrn komponent See võib olla kahjulik kuumus, näiteks jootmine LED -ide või IC -de külge. Minu jaoks on parim kompromiss selle kuumalt eemaldatava magnetjuhtme kasutamine, kuid eemaldage see kõigepealt mõnevõrra. Võtan esmalt terava noa ja libistan selle üle magnettraadi, et kattekihist maha kooruda, ja siis keeran traati ringi, kuni see on oma läbimõõdu ümber üsna hästi eemaldatud. Seejärel jootan kooritud traadiotsa, kuni see on hästi tinutatud. Seejärel saate selle kiiresti joota mis tahes õrnale komponendile, millel on väiksem võimalus kuumakahjustuste tekkeks. Õhuke joodis Kui komponendid on üksteisele väga lähedal, võib nende jootmine olla keeruline, ilma et need läheksid lähedalasuvate padjade ja juhtmete vahele. Parim lahendus on kasutada väikese otsaga reguleeritavat kuumjootekolvi (1/32 ") ja kõige õhemat jootet, mida leiate. Tavaline joodis on tavaliselt 0,32" läbimõõduga, mis sobib enamiku asjade jaoks hästi. Õhema, 0,15 -tollise läbimõõduga joote kasutamine võimaldab hõlpsalt kontrollida liigendi jootekogust. Kui kasutate võimalikult vähe jootet, ei võta see mitte ainult väikseimat mahtu, vaid võimaldab ka liitekohta nii kiiresti joota nii vähe kui võimalik. See vähendab ülekuumenemise ja õrnade komponentide (nt IC -de ja pinnale paigaldatavate LED -ide) kahjustamise võimalust. Pinnale paigaldatavad komponendid Pinnakinnituskomponendid on miniatuurse kujundamise parimad. SOIC -suurusega IC -de kasutamiseks kasutan tavaliselt õhukest jootet ja magnettraati. Näha üsna lihtsalt kuidas SOIC -i katkestusplaate või vooluahelaid valmistada, vaata siit: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htmKomponentide liimimine jootmise asemelMõned pinnale paigaldatavad komponendid saab ka otse trükkplaatidele liimida. Saate teha ise juhtiva liimi ja kasutada seda LED-ide ja IC-de liimimiseks. Vt: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/Kui see töötab, võib see olla mõnevõrra keeruline, kuna kapillaartoimingud kipuvad tahtma c onduktiivset liimi pinnale paigaldatavate LED-ide ja muude komponentide alla ning lühendage neid. Komponentide liimimine mittejuhtiva liimi abil 12-voldise valgusriba (valgustamata ja valgustatud), kasutades pinnale paigaldatavaid LED-e, mis liimiti mittejuhtiva liimiga. Avastasin, et kui panete vasejälgedele õhukese läbipaistva küünelaki kile ja seejärel LED -i füüsiliselt kinni ja lasete sellel 24 tundi kuivada, jääb teile hea mehaaniline ühendus, mis juhib elektrit. Küünelakkliim tõmbab tõhusalt kokku ja kinnitab LED -kontaktid vaskjälgede külge, moodustades hea mehaanilise ühenduse. See tuleb 24 tunni jooksul kinnitada. Pärast seda saate seda juhtivust testida. Kui see süttib, saate lisada teise liimikihi. Teise kihi jaoks kasutan läbipaistvat kontakttsementi, näiteks Welders või Goop. See paksem liim ümbritseb komponente ja kahaneb kuivamise ajal, et kindlalt tagada hea ühendus vasejälgedega. Enne uuesti katsetamist oodake 24 tundi, kuni see kuivab. Kui kahtlesin, kui kaua see kestab, jätsin pildil 8 sinise LED -valgusriba sisse seitse päeva ja ööd. Vooluahela takistus aja jooksul tegelikult vähenes. Kuusid hiljem süttib riba endiselt täielikult, ilma et oleks näidatud suurenenud vastupanu. Selle meetodi abil olen edukalt liiminud väga väikesed pinnale paigaldatavad valgusdioodid-suurusega 0805-ja suuremad vaskkattega plaadile. See tehnika näitab lubadusi tõeliselt väikeste vooluahelate, LED -ekraanide ja robotite tegemisel.

4. samm: reeglite rikkumine

Tõeliselt pisikeste robotite tegemiseks peate võib -olla rikkuma paljusid eespool nimetatud reegleid. Härra Cube'i valmistamiseks rikkusin järgmisi reegleid: 1- kasutasin mootorite ja ühe mikrokontrolleri asemel ühte toiteallikat. 2- Paigaldasin Picaxe mikrokontrolleri mootori lähedale. 3- Kasutasin patareisid on hinnatud väikese voolutugevuse jaoks ja kasutasid neid palju suuremate voolude juures, kui need olid ette nähtud. See piirab tõsiselt patareide eluiga. Mul oli lihtsalt vedanud, et see nii ei olnud. See võib muuta vooluringi silumise väga keeruliseks. Picaxe programmeerimiskoodi saate alla laadida hr Cube'i jaoks aadressilt: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt Kui soovite näha mõnda muud minu loodud robotit, võite minna aadressile: https://www.inklesspress.com/robots.htmPildil 9 on näidatud härra kuubik ja härra kuup kaks, R-18, 1/3 kuuptolline robot, mida olen hakanud ehitama. Üksikasjad 5. sammus.

5. samm: härra teine kuubik: 1/3 kuuptollise roboti valmistamine

Pärast ühe kuuptollise roboti valmistamist, mis töötas, pidin proovima midagi väiksemat. Ma sihin robotit umbes 1/3 kuuptollist. Sel hetkel on härra kuubiku suurus umbes.56 "x.58" x.72 ". Sellel on 08 Picaxe mikrokontroller, mis võimaldab tal iseseisvalt liikuda. Pildil 10 on kujutatud robot joonlaual. Pilt 11 näitab teist kaks akut on cr1220 3 -voldised liitiumakud ja pole veel näha, kas neil on piisavalt võimsust Picaxe ja mootorite toiteks. Võib vaja minna rohkem patareisid. See on pooleli. Nii et kaks piiparimootorit töötavad hästi, et robotit siledatel pindadel liigutada ja pöörata. Picaxe mikrokontroller on paigaldatud ning programmeeritud ja testitud. Lisada tuleb veel mootorikontroller SOIC L293 ja infrapunapeegeldi andur. Kui see on lõpetatud, olla üks väiksemaid autonoomseid roboteid, millel on andurid ja mikrokontroller. Kuigi see on väike robot, kas on olemas väiksemaid programmeeritavaid amatöörroboteid? Jah, tõesti. Vaata: 1cc robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico Robot:

Instructabeli ja RoboGames robotivõistluse teine auhind

Esikoht raamatute konkursil Instructables