Bygning af små robotter: Lav en kubik tommer mikro-Sumo-robotter og mindre: 5 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:31

Her er nogle detaljer om opbygning af små robotter og kredsløb. Denne instruktive vil også dække nogle grundlæggende tips og teknikker, der er nyttige til at bygge robotter af enhver størrelse. For mig er en af de store udfordringer inden for elektronik at se, hvor lille en robot jeg kan lave. Det smukke ved elektronik er, at komponenterne bare bliver ved med at blive mindre og billigere og mere effektive i et utrolig hurtigt tempo. Tænk hvis bilteknologi var sådan. Desværre går mekaniske systemer på dette tidspunkt ikke nær så hurtigt som elektronik. Dette fører til en af de største vanskeligheder ved at bygge meget små robotter: at prøve at passe ind i et lille rum, det mekaniske system, der flytter robotten. Det mekaniske system og batterierne har en tendens til at optage det meste af volumen på en virkelig lille robot. Billede1 viser Mr. Cube R-16, en en kubik tommer mikrosumo-robot, der er i stand til at reagere på sit miljø med musiktrådhår (kofanger) kontakt). Den kan bevæge sig og udforske omkredsen af en lille kasse. Det kan fjernbetjenes ved hjælp af en universal TV -infrarød fjernbetjening, der er konfigureret til et Sony TV. Det kan også have sin Picaxe-mikrokontroller forudprogrammeret med reaktionsmønstre. Detaljer begynder på trin 1.

Trin 1: Komponenter i en One Cubic Inch Robot

Mr cube R-16, er den sekstende robot, jeg har bygget. Det er en en kubik tommer robot, der måler 1 "x1" x1 ". Den er i stand til autonom programmerbar adfærd, eller den kan fjernstyres. Det er ikke meningen, at det skal være noget, der er meget praktisk eller særlig nyttigt. Det er blot en prototype Det er imidlertid nyttigt i den forstand, at ved at bygge en lille robot kan du finpudse dine miniaturiseringsevner for robotter og andre små kredsløb. tage dobbelt så lang tid, som det normalt ville tage at bygge det samme kredsløb i et større rum. Alle slags klemmer er nødvendige for at holde de små komponenter og ledninger på plads under lodning eller limning. Et stærkt arbejdslys og et godt forstørrelsesheadset eller en fast forstørrelsesglas er et must. Små motorer Det viser sig, at en af de største forhindringer for at lave virkelig små robotter er den gearmotor, der kræves. Kontrolelektronikken (mikrokontroller) bliver bare ved med at blive mindre. Find dog g motorer med lavt omdrejningstal, der er små nok, er ikke så let. Mr. Cube bruger små pager gearmotorer, der er gearet i et forhold på 25: 1. Ved den gearing er robotten hurtigere, end jeg gerne vil, og lidt træk. For at passe til rummet skulle motorerne forskydes med det ene hjul mere fremad end det andet. Selv med det bevæger det sig fremad, bagud og vender fint. Motorerne blev forbundet til perfboardet med 24 gauge wire, der blev loddet og derefter limet med kontaktcement. På bagsiden af robotten blev en nylonbolt på 4-40 skruet fast i et hullet under bundkortet. Dette glatte plastboltehoved fungerer som en hjul for at balancere robotten. Du kan se det nederst til højre på billede 4. Dette giver en hjulklaring i bunden af robotten på cirka 1/32 ". For at montere hjulene blev de 3/16" plastruller monteret på motorerne tændt og derefter, under centrifugering, blev slebet til den rigtige diameter. De blev derefter indsat i et hul i en metalskive, der passede inde i en nylonskive, og alt blev epoxet sammen. Hjulet blev derefter belagt med to lag Liquid Tape -gummi for at give det trækkraft. Små batterier Et andet problem med de mindste robotter er at finde små batterier, der holder. De anvendte gearmotorer kræver temmelig høje strømme (90-115ma) for at fungere. Dette resulterer i en lille robot, der spiser batterier til morgenmad. Det bedste jeg kunne finde dengang, var 3-LM44 lithium knapcellebatterier. Batterilevetiden i meget små robotter af denne type er så kort (et par minutter), at de normalt ikke kan gøre noget tæt på praktisk. Der var kun plads til tre 1,5v batterier, så de endte med at drive både motorerne og Picaxe -controlleren. På grund af elektrisk støj, som små DC -motorer kan skabe, er en strømforsyning til alt normalt ikke en god idé. Men indtil videre fungerer det fint. Pladsen i denne en tommer robot var så stram, at tykkelsen på 28 gauge trådisolering (fra båndkabel) viste sig at være et problem. Jeg kunne knap nok sætte de to halvdele af robotten sammen. Jeg anslår, at omkring 85% af robotens volumen er fyldt med komponenter. Robotten var så lille, at selv en tænd / sluk-knap var problematisk. Til sidst kan jeg erstatte de rå whiskers med infrarøde sensorer. Jeg er bogstaveligt talt løbet tør for plads, der er let at bruge, så det ville være en interessant udfordring at montere noget mere uden at ty til overflademonteringsteknologi. Jeg kan godt lide at bruge muslingekonstruktion til virkelig små robotter. Se billede 2. Denne består af to halvdele, der hænger sammen med.1 "striphoveder og fatninger. Dette giver let adgang til alle komponenterne, hvilket gør det lettere at fejlsøge kredsløbene eller foretage ændringer. Billede 3 viser placeringen af nogle af MATERIALS2 GM15 Gearmotorer- 25: 1 6mm Planetary Gear Pager Motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Picaxe mikrokontroller tilgængelig fra: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 motorstyring DIP IC: https://www.mouser.comPanasonic PNA4602M infrarød detektor: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol varmeafstribelig (lodbar) magnetledning: https:// www.mouser.com3 LM44 1,5V. Lithium-knapcellebatterier: https://www.mouser.com Lille blå tænd/sluk-kontakt: https://www.jameco.com Tynd lodde-.015 "kolofoniumkerne: https:// www.mouser.comResistorer og en 150 uf tantal kondensator. 1 "glasfiber kobbersporet perfboard fra: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlPerformix (tm) flydende tape, sort-tilgængelig på Wal-Mart eller

Trin 2: Kredsløb af en One Cubic Inch Robot

Billede 4 viser placeringen af den 18x Picaxe mikrokontroller og L293 motorstyringen, som er robotens hovedkredsløb. På konstruktionstidspunktet kunne jeg ikke få overflademonterede versioner af Picaxe eller L293. Brug af overflademonterede IC'er ville helt sikkert efterlade mere plads til yderligere kredsløb og sensorer. 18x Picaxe MicrocontrollerPicaxe -mikrocontrollere er stadig mine foretrukne controllere at bruge på eksperimentelle robotter. Selvom de har mindre hukommelse og ikke er så hurtige som PicMicros, Arduino, Basic Stamp eller andre mikrokontrollere, er de hurtige nok til de fleste små eksperimentelle robotter. Flere af dem kan let forbindes sammen, når der er brug for mere hastighed eller hukommelse. De er også meget tilgivende. Jeg har loddet dem direkte, forkortet dem og overbelastet deres output, og jeg har endnu ikke brændt en ud. Fordi de kan programmeres i det BASIC programmeringssprog, er de også lettere at programmere end de fleste mikrokontrollere. Hvis du vil bygge virkelig lille, er 08M og 18x Picaxe-controllerne tilgængelige i overflademonteret form (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). For at se nogle af de projekter, du kan lave med Picaxe -mikrokontrollere, kan du kigge på: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 Motorcontroller L293 -motorcontrolleren er en glimrende måde at styre to motorer på i enhver lille robot. Fire udgangsstifter fra mikrokontrolleren kan styre strømmen til to motorer: fremad, bagud eller fra. Strømmen til motorerne kan endda pulses (PWM-pulsbreddemodulation) for at kontrollere deres hastighed. Dead Bug StyleDer var ikke plads på perfboards til at montere L293-controlleren, så den blev installeret ved hjælp af dead bug-teknikken. Dette betyder ganske enkelt, at IC'en vendes på hovedet og tynde tråde loddes direkte til stifterne, der er blevet bøjet eller klippet kort. Det kan derefter limes på et printkort eller monteres i et ledigt rum. I dette tilfælde, efter at L293 var loddet og testet, belagde jeg den med to lag af det altid praktisk Liquid Tape -gummi for at sikre, at intet blev kort, da det blev proppet ind i det ledige rum. Klar kontaktcement kan også bruges. For et meget godt eksempel på opbygning af kredsløb ved hjælp af dead bug -stilen, se her: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 viser en loddende jig til hjælpende hænder, jeg har ændret ved at tilføje små alligatorklemmer til et perfboard for at hjælpe med at lodde små ledninger til IC'er i den døde bugstil. Billede 6 viser skematikken for Mr. Cube -robotten. Du kan se en video af Mr. Cube, der laver en kort programmeret sekvens ved at klikke på linket inch-robot-sm.wmv herunder. Det viser robotten ved cirka 30% af tophastigheden, som er reduceret ved hjælp af pulsbreddemodulation på motorerne.

Trin 3: Robotbygningstip og tricks

Efter at have bygget 18 robotter er her nogle af de ting, jeg har lært på den hårde måde. Separate strømforsyninger Hvis du har plads, sparer du dig selv for mange problemer, hvis du bruger separate strømforsyninger til mikrokontrolleren og dens kredsløb og motorer. Den svingende spænding og elektriske støj, som motorerne producerer, kan forårsage kaos med mikrokontrolleren og sensorindgange for at producere meget inkonsekvente reaktioner i din robot. Fejlfinding Jeg finder det bedst først at bygge robotens komplette kredsløb på et brødbræt. Komponenter fejler sjældent eller er defekte. Hvis dit design er gyldigt, og kredsløbet ikke virker, er det næsten altid en fejl i dine ledninger. For information om, hvordan man udfører hurtige kredsløbsprototyper, se her: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htmI derefter monterer alle motorer og sensorer på robotlegemet og programmerer mikrokontrolleren til at styre dem. Først efter at alt fungerer godt, prøver jeg at lave en permanent loddet version af kredsløbet. Jeg tester derefter dette, mens det stadig er adskilt fra robotlegemet. Hvis det virker, monterer jeg det permanent på robotten. Hvis det holder op med at fungere, er det ofte skyld i støjproblemer. Støjproblemer Et af de største problemer, jeg har stødt på, er elektrisk støj, der gør et kredsløb ubrugeligt. Dette skyldes ofte den elektriske eller magnetiske støj, der kan stamme fra jævnstrømsmotorer. Denne støj kan overvælde sensorindgangene og endda mikrokontrolleren. For at løse dette kan du sikre dig, at motorerne og ledningerne til dem ikke er tæt på nogen inputlinjer, der går til din mikrokontroller. Billede 7 viser Sparky, R-12, en robot jeg lavede, der bruger et grundlæggende Stamp 2 som mikrokontroller. Jeg testede det først med hovedkortet væk fra robotten, og efter at have foretaget den grundlæggende programmering fungerede alt fint. Da jeg monterede den lige over motorerne, gik den amok og var totalt inkonsekvent. Jeg prøvede at tilføje et jordet kobberbeklædt bord mellem motorerne og kredsløbet, men det gjorde ingen forskel. Jeg måtte til sidst fysisk hæve kredsløbet 3/4 "(se blå pile), før robotten kunne fungere igen. En anden almindelig kilde til ødelæggende støj i små robotter kan være pulserende signaler. Hvis du sender PWM -signaler til servoer eller motorer, kan ledningerne kan fungere som antenner og sende signaler, der kan forvirre dine indgangslinjer. For at undgå dette skal mikrokontrollerindgangs- og udgangstråde holdes adskilt så meget som muligt. Hold også ledninger, der transporterer strøm til motorer væk fra indgangslinjer. Magnettråd Problemet med trådtykkelse i meget små kredsløb kan løses ved hjælp af 30-36 gauge magnet wire. Jeg har brugt 36 gauge wire til nogle projekter, men fandt det så sprødt, det var svært at fjerne og bruge. Et godt kompromis er 30 gauge magnet wire. Almindelig magnet tråd kan bruges, men jeg foretrækker den varmeafstrygbare magnetledning. Denne ledning har en belægning, der kan fjernes ved blot at lodde den med nok varme til at smelte isoleringen. Det tager op til 10 sekunder at fjerne belægningen under lodning. For nogle delikate komponenter f.eks. lodning til lysdioder eller IC'er, kan dette være en skadelig varme. Det bedste kompromis for mig er at bruge denne varmestrippelige magnetledning, men fjern den lidt først. Jeg tager først en skarp kniv og skubber den hen over magnetwiren for at fjerne belægningen og roterer derefter tråden rundt, indtil den er fjernet nogenlunde godt omkring dens diameter. Derefter lodder jeg den afisolerede trådende, indtil den er godt fortinnet. Derefter kan du lodde det hurtigt til en hvilken som helst delikat komponent med mindre risiko for varmeskader. Tynd lodning Når komponenter er meget tæt på hinanden, kan det være svært at lodde dem uden at klatre over og afkorte nærliggende puder og ledninger. Den bedste løsning er at bruge et lille justerbart varmeloddejern (1/32 ") og det tyndeste loddemetal, du kan finde. Standard lodde er normalt.032" i diameter, hvilket fungerer fint til det meste. Ved at bruge tyndere.015 "diameter lodning kan du nemt kontrollere mængden af loddemetal på fugen. Hvis du bruger den mindst nødvendige mængde lodde, fylder det ikke kun det mindste volumen, men det giver dig også mulighed for at lodde et led så hurtigt Dette reducerer chancen for overophedning og beskadigelse af sarte komponenter som f.eks. IC'er og overflademonterede lysdioder. Komponenter på overflademontering Overflademonteringskomponenter er det ultimative inden for miniaturisering. For at bruge IC'er i stor størrelse anvender jeg normalt tynd loddemetal og magnetledning. For at se en ganske let måde at lave SOIC breakout boards eller kredsløb se her: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htmLimning på komponenter i stedet for lodning Nogle overflademonterede komponenter kan også limes direkte på printkort. Du kan lave din egen ledende lim og bruge det til at lime på lysdioder og IC'er. Se: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/Mens dette virker, kan det være lidt svært, fordi kapillær handling har tendens til at væge c induktiv lim under overflademonterede lysdioder og andre komponenter og kortslut dem. Lim på komponenter, der bruger ikke-ledende lim Jeg har for nylig eksperimenteret med limning af komponenter på kobberkredsløb og ledende stoffer ved hjælp af lim, der ikke leder. Se billede 8 for et billede af en 12 volt lysstang (ubelyst og tændt) ved hjælp af overflademonterede lysdioder, der blev limet på med ikke-ledende lim. Jeg opdagede, at hvis du lægger en tynd film med klar neglelak på kobbersporene og derefter fysisk klemmer på LED'en og lader den tørre i 24 timer, vil du sidde tilbage med en god mekanisk samling, der er elektrisk ledende. Neglelakslimmen krymper og klemmer effektivt de ledede kontakter til kobbersporene og danner en god mekanisk forbindelse. Det skal spændes fast i hele 24 timer. Herefter kan du teste det for ledningsevne. Hvis det lyser, kan du derefter tilføje det andet lag lim. Til det andet lag bruger jeg en klar kontaktcement, såsom svejsere eller Goop. Denne tykkere lim omgiver komponenterne og krymper også, når den tørrer for sikkert at sikre en god solid forbindelse til kobbersporene. Vent 24 timer på, at det tørrer, før du tester igen. Da jeg var i tvivl om, hvor længe det ville vare, forlod jeg den blå LED -lysbjælke i Pic 8 i syv dage og nætter. Kredsløbets modstand faldt faktisk over tid. Måneder senere lyser stangen stadig fuldt ud uden tegn på øget modstand. Ved hjælp af denne metode har jeg med succes limet meget små overflademonterede lysdioder-0805-størrelse og større på kobberbeklædt perfboard. Denne teknik viser noget løfte om at lave virkelig små kredsløb, LED -displays og robotter.

Trin 4: Brud på reglerne

For at lave virkelig små robotter skal du muligvis bryde mange af de ovenfor nævnte regler. For at lave Mr. Cube brød jeg følgende regler: 1- Jeg brugte en enkelt strømforsyning i stedet for en til motorerne og en til mikrokontrolleren. 2- Jeg monterede Picaxe mikrokontrolleren meget tæt på en motor. er vurderet til lavstrømstrækning og kørte dem med meget højere strømme, end de var designet til. Dette begrænser batteriernes levetid kraftigt. 4- Jeg proppede alle ledninger sammen i en hodgepodge, som kan skabe problemer med krydstale og elektrisk støj. Jeg var simpelthen så heldig, at det ikke gjorde det. 5- Jeg hardwired kredsløbet på robotten uden at brødbrede det først. Dette kan gøre debugging af kredsløbet meget svært. Du kan downloade Picaxe-programmeringskoden til Mr. Cube på: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txtHvis du er interesseret i at se nogle af de andre robotter, jeg har bygget, kan du gå til: https://www.inklesspress.com/robots.htmPic 9 viser Mr. Cube og Mr. Cube to, R-18, en 1/3 kubik tommer robot, som jeg er begyndt at bygge. Detaljer om trin 5.

Trin 5: Mr. Cube Two: Lav en 1/3 Cubic Inch Robot

Efter at have lavet en robot på 1 cm, der fungerede, var jeg nødt til at prøve noget mindre. Jeg sigter efter en robot omkring 1/3 kubikcentimeter. På dette tidspunkt er Mr. Cube Two ca. siden af robotten på en fjerdedel. De to batterier er cr1220 3volt lithiumbatterier, og det er stadig at se, om de vil have nok kapacitet til at drive Picaxe og motorerne. Flere batterier kan være nødvendige. Det er et arbejde i gang. Så langt fungerer de to personsøgermotorer fint til at flytte og dreje robotten på glatte overflader. Picaxe -mikrokontrolleren er installeret og er blevet programmeret og testet. Der skal stadig tilføjes SOIC L293 -motorstyring og den infrarøde reflektorsensor. Når den er færdig, vil dette være en af de mindste autonome robotter i nærheden med sensorer og en mikrokontroller. Selvom dette er en lille robot, er der dog mindre amatørrobotter, der er programmerbare? Ja faktisk. Se: 1cc Robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico Robot:

Anden pris i Instructables og RoboGames Robot Contest

Første præmie i The Instructables Bogkonkurrence