Construirea de roboți mici: realizarea de roboți micro-sumo de un inch cubic și mai mici: 5 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

Iată câteva detalii despre construirea unor mici roboți și circuite. Acest instructable va acoperi, de asemenea, câteva sfaturi și tehnici de bază care sunt utile în construirea roboților de orice dimensiune. Pentru mine, una dintre marile provocări în electronică este să văd cât de mic pot face un robot. Lucrul frumos despre electronică este că componentele devin din ce în ce mai mici și mai ieftine și mai eficiente într-un ritm incredibil de rapid. Imaginați-vă dacă tehnologia automobilelor ar fi așa. Din păcate, sistemele mecanice din acest moment nu avansează la fel de repede ca electronica. Acest lucru duce la una dintre principalele dificultăți în construirea unor roboți foarte mici: încercarea de a se potrivi într-un spațiu mic, sistemul mecanic care mișcă robotul. Sistemul mecanic și bateriile tind să preia cea mai mare parte a volumului unui robot foarte mic.pic1 îl arată pe Mr. Cube R-16, un robot micro-sumo de un inch cubic, care este capabil să reacționeze la mediul său cu mustăți de sârmă de muzică (bara de protecție) intrerupator). Poate mișca și explora perimetrul unei cutii mici. Poate fi controlat de la distanță folosind o telecomandă universală cu infraroșu TV, configurată pentru un televizor Sony. De asemenea, poate avea microcontrolerul Picaxe preprogramat cu modele de reacție. Detaliile încep la pasul 1.

Pasul 1: Componente ale unui robot de o inci cubic

Domnul cub R-16, este al șaisprezecelea robot pe care l-am construit. Este un robot de un inch cub care măsoară 1 "x1" x1 ". Este capabil de un comportament autonom programabil sau poate fi controlat de la distanță. Nu trebuie să fie ceva foarte practic sau deosebit de util. Este doar un prototip Cu toate acestea, este util în sensul că construirea unui robot mic vă permite să vă perfecționați abilitățile de miniaturizare pentru roboți și alte circuite mici. durează de două ori mai mult decât ar fi nevoie pentru a construi același circuit într-un spațiu mai mare. Sunt necesare toate tipurile de cleme pentru a menține componentele mici și firele în loc în timpul lipirii sau lipirii. lupa fixă este o necesitate. Motoare miciSe pare că unul dintre cele mai mari obstacole în calea realizării unor roboți foarte mici este motorul cu angrenaj necesar. Electronica de control (microcontrolerele) continuă să se micșoreze. g Motoarele reduse cu rotație redusă, care sunt suficient de mici, nu sunt atât de ușoare. Domnul Cube folosește mici motoare cu angrenaje pager, care au un raport de 25: 1. La acea transmisie, robotul este mai rapid decât mi-aș dori și un pic zvâcnit. Pentru a se potrivi spațiului, motoarele trebuiau decalate cu o roată mai înainte decât cealaltă. Chiar și cu asta, se mișcă înainte, înapoi și se transformă bine. Motoarele au fost conectate la panoul de perfectionare cu fir de calibru 24 care a fost lipit si apoi lipit cu ciment de contact. În partea din spate a robotului, un șurub de nailon de dimensiuni 4-40 a fost înșurubat într-o gaură filetată sub placa de circuit inferioară. Acest cap de șurub din plastic neted acționează ca o ruletă pentru a echilibra robotul. Puteți vedea în partea din dreapta jos a imaginii 4. Acest lucru oferă o distanță de roată în partea de jos a robotului de aproximativ 1/32 ". Pentru a monta roțile, scripetele de plastic de 3/16" montate pe motoare au fost alimentate și apoi, în timp ce se învârteau, au fost șlefuite la diametrul potrivit. Au fost apoi introduse într-o gaură dintr-o șaibă metalică care se potrivea în interiorul unei șaibe de nailon și totul a fost epoxidat împreună. Roata a fost apoi acoperită cu două straturi de cauciuc cu bandă lichidă pentru a-i da tracțiune. Baterii mici O altă problemă cu cei mai mici roboți este găsirea bateriilor mici care să reziste. Motoarele cu angrenaje utilizate necesită curenți destul de mari (90-115ma) pentru a funcționa. Acest lucru are ca rezultat un mic robot care mănâncă baterii la micul dejun. Cele mai bune pe care le-am putut găsi la acea vreme, au fost bateriile cu butoni litiu 3-LM44. Durata de viață a bateriei la roboți foarte mici de acest tip este atât de scurtă (câteva minute) încât de obicei nu pot face nimic aproape de practic. A existat doar loc pentru trei baterii de 1,5 V, așa că au ajuns să alimenteze atât motoarele, cât și controlerul Picaxe. Datorită zgomotului electric pe care îl pot crea motoarele de curent continuu mici, o singură sursă de alimentare pentru toate, de obicei nu este o idee bună. Dar până în prezent funcționează bine. Spațiul acestui robot de un inch era atât de strâns încât grosimea izolației firului de 28 de calibru (din cablul cu bandă) s-a dovedit a fi o problemă. Abia puteam pune împreună cele două jumătăți ale robotului. Estimez că aproximativ 85% din volumul robotului este umplut cu componente. Robotul era atât de mic încât chiar și un comutator pornit-oprit era problematic. În cele din urmă, aș putea înlocui mustățile brute cu senzori infraroșii. Am rămas literalmente fără spațiu ușor de utilizat, așa că montarea a ceva mai mult, fără a recurge la tehnologia de montare pe suprafață, ar fi o provocare interesantă. Îmi place să folosesc construcția cu clapetă pentru roboți foarte mici. A se vedea imaginea 2. Aceasta constă din două jumătăți care se leagă împreună cu anteturi și prize de bandă. componente majore. MATERIALS2 GM15 Gear Motors- 25: 1 6mm Planetary Gear Pager Motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Microcontroler Picaxe disponibil de pe: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 controler motor DIP IC: https://www.mouser.com Panasonic PNA4602M detector cu infraroșu: https://www.mouser.com 30 AWG Beldsol sârmă magnetică separabilă la cald (sudabilă): https:// www.mouser.com3 LM44 1,5V. Baterii cu buton litiu: https://www.mouser.com Comutator mic de pornire-oprire albastru: https://www.jameco.com Lipire subțire -.015 "lipire cu miez de colofon: https:// www.mouser.comRezistențe și un condensator de tantal de 150 uf 1 "fibră de sticlă cupru trasat de pe: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlPerformix (tm) bandă lichidă, negru - Disponibil la Wal-Mart sau

Pasul 2: Circuitul unui robot de o inci cubic

Imaginea 4 arată locația microcontrolerului 18x Picaxe și a controlerului motor L293 care sunt circuitele principale ale robotului. În momentul construcției, nu puteam obține versiunile de montare pe suprafață ale Picaxe sau L293. Folosirea IC-urilor de suprafață ar lăsa cu siguranță mai mult spațiu pentru circuite și senzori suplimentari. Deși au mai puțină memorie și nu sunt la fel de rapide ca PicMicros, Arduino, Basic Stamp sau alte microcontrolere, ele sunt suficient de rapide pentru majoritatea roboților experimentali mici. Mai multe dintre ele pot fi ușor conectate împreună atunci când este nevoie de mai multă viteză sau memorie. De asemenea, sunt foarte iertători. Le-am lipit direct, le-am scurtcircuitat și le-am suprasolicitat ieșirile și încă nu am ars unul. Deoarece pot fi programate în limbajul de programare BASIC, ele sunt, de asemenea, mai ușor de programat decât majoritatea microcontrolerelor. Dacă doriți să construiți cu adevărat mici, controlerele Picaxe 08M și 18x sunt disponibile sub formă de montaj de suprafață (circuite integrate SOIC-Small Outline). Pentru a vedea unele dintre proiectele pe care le puteți face cu microcontrolerele Picaxe, puteți arunca o privire la: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 Motor Controller Controlerul motor L293 este un mod excelent de a controla două motoare în orice robot mic. Patru pini de ieșire de la microcontroler pot controla puterea la două motoare: înainte, înapoi sau oprit. Puterea motoarelor poate fi chiar pulsată (modularea lățimii pulsului PWM) pentru a controla viteza lor. Stil de eroare moarte Acest lucru înseamnă pur și simplu că IC-ul este întors cu capul în jos și fire subțiri lipite direct la pinii care au fost îndoiți sau tăiați scurt. Poate fi apoi lipit pe o placă de circuit sau montat în orice spațiu disponibil. În acest caz, după ce L293 a fost lipit și testat, l-am îmbrăcat cu două straturi din cauciuc lichid, mereu la îndemână, pentru a mă asigura că nimic nu s-a scurtat când a fost înghesuit în spațiul disponibil. Cimentul de contact clar ar putea fi, de asemenea, utilizat. Pentru un exemplu foarte bun de construcție de circuite care utilizează stilul de eroare moartă, consultați aici: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 prezintă un dispozitiv de lipit mâinile ajutătoare pe care l-am modificat prin adăugarea unor mici clipuri de aligator la o placă de perfecționare pentru a ajuta la lipirea firelor mici la IC-uri în stilul bug-ului mort. pe link-ul inch-robot-sm.wmv de mai jos. Acesta arată robotul la aproximativ 30% din viteza maximă, care a fost redusă folosind modularea lățimii impulsurilor pe motoare.

Pasul 3: Sfaturi și trucuri pentru construirea robotului

După ce am construit 18 roboți, iată câteva dintre lucrurile pe care le-am învățat din greu. Surse de alimentare separate Dacă aveți spațiu, vă veți economisi o mulțime de probleme dacă utilizați surse de alimentare separate pentru microcontroler și circuitele acestuia și pentru motoare. Tensiunea fluctuantă și zgomotul electric pe care îl produc motoarele pot face ravagii cu microcontrolerul și senzorii de intrare pentru a produce răspunsuri foarte inconsistente în robotul dvs. Probleme de fotografiere Găsesc cel mai bine să construiți mai întâi circuitul complet al robotului pe o placă de măsurare. Componentele rareori cedează sau sunt defecte. Dacă proiectarea dvs. este validă și circuitul nu funcționează, este aproape întotdeauna o greșeală în cablarea dvs. Pentru informații despre cum să faceți prototipuri rapide de circuite, consultați aici: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm Montez apoi toate motoarele și senzorii pe corpul robotului și programez microcontrolerul pentru a le controla. Doar după ce totul funcționează bine, încerc să fac o versiune permanentă lipită a circuitului. Apoi testez acest lucru în timp ce este încă separat de corpul robotului. Dacă asta funcționează, îl montez permanent pe robot. Dacă nu mai funcționează, este adesea vina problemelor de zgomot. Probleme de zgomot Una dintre cele mai mari probleme pe care le-am întâmpinat este zgomotul electric care face un circuit inutil. Acest lucru este adesea cauzat de zgomotul electric sau magnetic care poate emana de la motoarele de curent continuu. Acest zgomot poate copleși intrările senzorului și chiar microcontrolerul. Pentru a rezolva acest lucru, vă puteți asigura că motoarele și firele de la acestea nu sunt aproape de liniile de intrare către microcontrolerul dvs. Pic 7 arată Sparky, R-12, un robot pe care l-am făcut și care folosește un Stamp 2 de bază ca microcontroler. Am testat-o mai întâi cu placa principală departe de robot și după ce am făcut programarea de bază, totul a funcționat bine. Când l-am montat chiar deasupra motoarelor, a luat-o razna și a fost total inconsistent. Am încercat să adaug o placă îmbrăcată în cupru împământată între motoare și circuit, dar asta nu a făcut nicio diferență. În cele din urmă a trebuit să ridic fizic circuitul de 3/4 "(vezi săgețile albastre) înainte ca robotul să funcționeze din nou. O altă sursă comună de zgomot devastator la roboții mici pot fi semnale pulsatorii. Dacă trimiteți semnale PWM la servomotoare sau motoare, firele poate acționa ca antenele și trimite semnale care vă pot confunda liniile de intrare. Pentru a evita acest lucru, păstrați firele de intrare și ieșire ale microcontrolerului separate cât mai mult posibil. Păstrați, de asemenea, firele care transportă puterea către motoare departe de liniile de intrare. Sârmă magnetică Problema grosimii firului în circuitele mici pot fi rezolvate folosind sârmă magnetică cu ecartament 30-36. Am folosit sârmă cu ecartament 36 pentru unele proiecte, dar mi s-a părut atât de stricată, încât a fost greu de dezbrăcat și de utilizat. Un compromis bun este sârmă magnetică cu ecartament 30. se poate folosi sârmă, dar prefer sârmă magnetică care se poate îndepărta de căldură. Acest fir are un strat care poate fi dezbrăcat prin simpla lipire cu suficientă căldură pentru a topi izolația. Durează până la 10 secunde pentru a dezlipi învelișul în timpul lipirii. Pentru unii delicat compon cum ar fi lipirea cu LED-uri sau circuite integrate, aceasta poate fi o căldură dăunătoare. Cel mai bun compromis pentru mine este acela de a folosi acest fir magnetic cu bandă termică, dar mai întâi să-l dezbraci. Mai întâi iau un cuțit ascuțit și îl alunec pe firul magnetic pentru a scoate învelișul și apoi îl rotesc până când este dezbrăcat destul de bine în jurul diametrului său. Apoi am lipit capătul de sârmă dezbrăcat până când este bine conservat. Apoi, îl puteți lipi rapid cu orice component delicat, cu mai puține șanse de deteriorare a căldurii. Cea mai bună soluție este să folosiți un fier de lipit termic reglabil cu vârf mic (1/32 ") și cea mai subțire lipire pe care o puteți găsi. Lipirea standard are de obicei 0,032" în diametru, care funcționează bine pentru majoritatea lucrurilor. Utilizarea lipirii mai subțiri cu diametrul de.015 "vă permite să controlați cu ușurință cantitatea de lipire pe îmbinare. Dacă utilizați cea mai mică cantitate de lipire necesară, aceasta nu numai că preia cel mai mic volum, dar vă permite, de asemenea, să lipiți o îmbinare cât mai repede Acest lucru reduce șansa de supraîncălzire și deteriorarea componentelor delicate, cum ar fi circuitele integrate și LED-urile de montare pe suprafață. modalitate de a realiza plăci sau circuite SOIC, vezi aici: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm Lipirea componentelor în loc de lipire Unele componente de montare pe suprafață pot fi, de asemenea, lipite direct pe plăci de circuite. Vă puteți crea propriul adeziv conductiv și utilizați pentru a lipi pe LED-uri și circuite integrate. A se vedea: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ fitil c adeziv onductiv sub LED-urile montate pe suprafață și alte componente și scurtați-le. a unei bare de lumină de 12 volți (aprinsă și aprinsă) folosind LED-uri de montare pe suprafață care au fost lipite cu adeziv neconductiv. Am descoperit că, dacă puneți un strat subțire de ojă clară pe urmele de cupru și apoi fixați fizic LED-ul și îl lăsați să se usuce timp de 24 de ore, veți rămâne cu o îmbinare mecanică bună care este conductivă electric. Lipiciul de ojă se micșorează și prinde în mod eficient contactele cu leduri de urmele de cupru formând o bună legătură mecanică. Trebuie să fie strâns timp de 24 de ore. După aceea, puteți testa conductivitatea. Dacă se aprinde, puteți adăuga apoi al doilea strat de lipici. Pentru al doilea strat folosesc un ciment de contact clar, cum ar fi sudori sau Goop. Acest adeziv mai gros înconjoară componentele și, de asemenea, se micșorează pe măsură ce se usucă pentru a asigura în siguranță o conexiune solidă bună la urmele de cupru. Așteptați 24 de ore pentru a se usca înainte de a testa din nou. Fiind dubios cu privire la cât de mult va dura, am lăsat bara de lumină LED albastră din Pic 8 activată timp de șapte zile și nopți. Rezistența circuitului a scăzut de fapt în timp. Luni mai târziu, bara încă se aprinde complet, fără dovezi ale rezistenței crescute. Folosind această metodă, am lipit cu succes LED-uri de montare pe suprafață foarte mici - de dimensiuni 0805 - și mai mari pe o placă de tablă îmbrăcată în cupru. Această tehnică arată unele promisiuni în realizarea de circuite cu adevărat mici, afișaje LED și roboți.

Pasul 4: Încălcarea regulilor

Pentru a face roboți cu adevărat minusculi, poate fi necesar să încălcați multe dintre regulile menționate mai sus. Pentru a-l face pe Mr. Cube am încălcat următoarele reguli: 1- Am folosit o singură sursă de alimentare în loc de una pentru motoare și una pentru microcontroler.2- Am montat microcontrolerul Picaxe foarte aproape de un motor.3- Am folosit baterii care sunt evaluate pentru consumul de curent redus și le-au rulat la curenți mult mai mari decât au fost proiectate. Acest lucru limitează grav durata de viață a bateriilor. 4- Am înghesuit toate firele împreună într-un amestec care poate crea probleme de diafragmă și zgomot electric. Am fost pur și simplu norocos că nu a făcut-o. Acest lucru poate îngreuna depanarea circuitului. Puteți descărca codul de programare Picaxe pentru Mr. Cube de la: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt Dacă sunteți interesat să vedeți câțiva dintre ceilalți roboți pe care i-am construit, puteți accesa: https://www.inklesspress.com/robots.htm Pic 9 arată Mr. Cube și Mr. Cube doi, R-18, un robot de 1/3 inch cub pe care am început să-l construiesc. Detalii la pasul 5.

Pasul 5: Mr. Cube Two: Realizarea unui robot de 1/3 inch cubic

După ce am făcut un robot de un inch cub care a funcționat, a trebuit să încerc ceva mai mic. Îmi propun un robot de aproximativ 1/3 inch cub. În acest moment, Mr. Cube Two are aproximativ.56 "x.58" x.72 ". Are un microcontroler 08 Picaxe care îi va permite să se deplaseze autonom. Pic 10 arată robotul pe o riglă. Pic 11 arată celălalt partea robotului pe un sfert. Cele două baterii sunt baterii litiu cr1220 de 3 volt și rămâne de văzut dacă vor avea suficientă capacitate pentru a alimenta Picaxe și motoarele. Este posibil să fie necesare mai multe baterii. Este un lucru în curs. până acum cele două motoare de pager funcționează bine pentru a mișca și a roti robotul pe suprafețe netede. Microcontrolerul Picaxe este instalat și a fost programat și testat. Încă trebuie adăugate controlerul motor SOIC L293 și senzorul reflectorului cu infraroșu. fii unul dintre cei mai mici roboți autonomi din jur cu senzori și un microcontroler. Deși acesta este un robot mic, există roboți amatori mai mici care sunt programabili? Da, într-adevăr. Vezi: Robot 1cc: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots / smoovy.html Robot Pico:

Premiul II la concursul de roboți Instructables și RoboGames

Premiul I în Concursul de cărți Instructables