Byg en meget lille robot: Lav verdens mindste hjulrobot med et greb .: 9 trin (med billeder)

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

Byg en 1/20 kubik tommer robot med en griber, der kan opfange og flytte små genstande. Den styres af en Picaxe -mikrokontroller. På dette tidspunkt tror jeg, at dette kan være verdens mindste robot på hjul med en griber. Det vil uden tvivl ændre sig i morgen eller i næste uge, når nogen bygger noget mindre.

Hovedproblemet med at bygge virkelig små robotter er den relativt store størrelse af selv de mindste motorer og batterier. De fylder størstedelen af en mikrorobot. Jeg eksperimenterer med måder til i sidste ende at lave robotter, der virkelig er mikroskopiske. Som et midlertidigt trin lavede jeg de tre små robotter og controlleren beskrevet i denne instruktive. Jeg tror med ændringer, at disse beviser på konceptrobotter kunne nedskaleres til mikroskopisk størrelse. Efter år med at bygge små robotter (se her: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/) besluttede jeg den eneste måde at lave de mindste robotter på muligt, var at have motorerne, batterierne og endda Picaxe -mikrokontrolleren ekstern til robotten. billede 1 viser R-20 en 1/20 kubik tommer robot på en skilling. billede 1b og 1c viser den mindste robot på hjul, der løfter og holder en 8 -polet IC. DER ER EN VIDEO i trin 3, der viser robotten, der samler en 8 -polet IC og flytter den. Og endnu en video i trin 5, der viser robotten tænde en skilling.

Trin 1: Værktøjer og materialer

18x Picaxe mikrokontroller fra Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro seriel servo controller fås fra Polulu: https://www.pololu.com/2 servomaskiner med højt drejningsmoment fra Polulu2 standard servoer fra Polulu.oo5 "tykt kobber, messing eller fosforbronset metalplader fra Micromark2- 1/8 "x 1/16" neodymmagneter1-1 "x1" x1 "neodymmagnet. Magneter fås fra: https://www.amazingmagnets.com/index.aspTelescoping messingrør fra Micromark: https://www.micromark.com/Massestifter fra WalmartGlassperler fra Walmart1/10 "glasfiber kredsløbskortmateriale fra Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear fem minutters epoxyAssorterede møtrikker og bolteTOOLSneedletin snipssoldering irondrillmetal filessmå nålestang Billede 2 viser Picaxe-modulet brugt. Billede 2b viser bagsiden af Picaxe-modulet.

Trin 2: Byg en 1/20 kubisk tommerobot

Ved.40 "x.50" x.46 "er robotvolumenet på Magbot R-20 lidt mindre end 1/20 af en kubik tomme. Det er lavet ved at folde 3 kassestrukturer af ikke-magnetisk metalplade. Den mindste indre boksen er loddet til griberens venstre finger. to små magneter epoxes til den lodrette aksel, der bøjer for at danne griberens højre finger, der roterer frit. Det er disse to magneter, der styres af en eksternt bevægelig roterende og roterende magnet felt, der giver al kraft til robotten. Jeg brugte.005 "tyk fosforbronseplade til æskestrukturer, fordi det kan loddes og let oxideres eller pletter let. Kobber eller messing kan også bruges. Jeg brugte oprindeligt små bor til at bore lejehullerne i metalpladen til de roterende trådaksler. Efter at have brudt et par af dem i en boremaskine, endte jeg med bare at slå huller med en stor nål og hamre i metalpladen. Dette skaber et kegleformet hul, som derefter kan arkiveres fladt. Hullerne behøver ikke at være en præcis størrelse eller endda perfekt placeret. På denne lille skala er friktionskræfterne små, og hvis du ser nærmere på billederne, vil du se, at jeg brugte lange.1 "standard lange hovedstifter, der er firkantede, til akslerne og griberfingrene. Kobbertråd kunne også bruges. Glasperlehjulene blev monteret på messingnåle, der var epoxet til bunden af robotten. Det er vigtigt at bruge ikke -magnetiske materialer til konstruktionen, eller robottens effekt og kontrol vil blive påvirket negativt.

Trin 3: En robotmagnetisk motor

Robotten har fire frihedsgrader. Det kan gå frem og tilbage, rotere til venstre eller højre, flytte griberen op og ned og åbne og lukke griberen. Billede 4- Jeg flyttede de fire indbyggede motorer, som det normalt ville kræve for at gøre dette ved blot at suspendere en magnet vandret på en toakset gimbal. To 1/8 "x1/8" x1/16 "magneter epoxes til en lodret trådaksel, der er bøjet for at danne griberens finger. De to magneter er linet op for at fungere som en magnet og skabe en enkelt magnetmotor. Denne er monteret i den mindste kasse, hvor den anden griberfinger er loddet til. Gribekassen er monteret på gimbalens anden vandrette akse med en 000 messingskrue og møtrik. Jeg brugte skruen, så jeg let kunne skille den ad til justeringer. Et eksternt magnetfelt er monteret på en CNC -maskine, som kan glide magnetfiltet langs x- og y -aksen og rotere det vandret og lodret. Det kunne have været udført med en elektromagnet, men jeg valgte at bruge en cubic inch neodym permanent magnet, fordi det er den nemmeste og hurtigste måde at oprette et stort magnetfelt i et lille volumen. Pic 4c- Så med den nordlige ende af den lille magnet i robotten vendt mod magnetens større ydre sydlige ende nedenunder følger robotmagneten temmelig tæt på motionen ns af det eksterne magnetfelt. For en kort video af robotten, der optager en 8 -pins IC, se her: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EA Eller klik på videoen herunder.

Trin 4: CNC Type Robot Controller

Billede 5 viser robot -controller af CNC -typen. Fire servoer giver bevægelser til den ene kubik inch neodymium magnet, som den gimbal monterede magnet i robotten følger. For x- og Y -aksen trækker en servo med højt drejningsmoment med en remskive og fiskeleder på glasfiberplatformen. En fjeder modsætter sig forslaget. Platformen hviler på to teleskopiske messingrør, der fungerer som en lineær guide. Plastlejer fremstillet af et plastisk skærebræt, på hver side af de lineære styringer, holder platformen i niveau. Denne særlige robotcontroller har et begrænset område på et par kubikcentimeter. Dette skulle i sidste ende vise sig mere end tilstrækkeligt til at styre virkelig mikroskopiske robotter, som muligvis kun kræver et område på få kubikcentimeter.

Trin 5: Magnetisk robotkredsløb

Robotcontrolleren består af en Picaxe -mikrokontroller, der er programmeret til at levere en række bevægelser til robotten. Jeg synes, at Picaxe er den nemmeste og hurtigste mikrokontroller til at tilslutte og programmere. Selvom den er langsommere end en standard Pic Micro eller Arduino, er den mere end hurtig nok til de fleste eksperimentelle robotter. For andre Picaxe-projekter se her: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmOg her: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Picaxe styrer robotten ved serielt at sende kommandoer til en Polulu mikro seriel servo controller. Polulu -controlleren er meget lille og vil løbende indeholde op til 8 servoer i den position, de placeres i. Enkle kommandoer fra Picaxe giver dig mulighed for nemt at styre positionen, hastigheden og retningen på servoerne. Jeg vil meget anbefale denne controller til alle slags servobaserede robotter. Skematisk viser, hvordan de fire servoer er forbundet. Servo 0 og 1 styrer 1 magneten langs X- og Y -aksen. Servo 2 er en kontinuerligt roterende servo, der kan rotere magneten mere end 360 grader. Servo 3 vipper magneten lidt frem og tilbage for at sænke og løfte griberen. Til en kort video af robotten, der tænder en skilling, se her: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYg Eller klik på videoen herunder:

Trin 6: Robotcontroller -software

Her er softwareprogrammet til Picaxe mikrokontroller. Den sender forprogrammerede sekvenser til Polulu servo-controlleren, som flytter magneten i 3d-rum for at styre robotten. Med små ændringer kunne den også bruges til at programmere et Basic Stamp to. For at programmere Picaxe fandt jeg det nødvendigt at afbryde Pin 3 (seriel output) fra servostyringen. Ellers ville programmet ikke downloades fra pc'en. Jeg fandt det også nødvendigt at afbryde stiften tre fra servostyringen, når kredsløbene tændes, for at forhindre servokontrolleren i at låse sig fast. Efter et eller andet sekund tilsluttede jeg igen pin 3.'Program til R-20 magrobot afhentningssekvens ved hjælp af en polulu servo controller høj 3 'seriel output pinpause 7000' indstillet til 0 positionerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'position s1 13-24-35 counter-clockwiseserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127)' position s0 c-clockpause 7000 'level magnetserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'position midpause 1000' fremad lang servo1serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 21, 127) 'position clockwisepause 1500' greb downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 26, 127) 'position downpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'slow speed clockpause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotatepause 700' fremad shortserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 13, 127) 'position clockpause 1000' greb upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'position midpointpause 700' turn right 90serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'slow speed clockpause 470serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotationpause 1000' fremad 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 13, 12) 'position s0 pause 1500' greb downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 25, 12) 'position midpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'slow speed c-clockwisepause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotationpause 400' backupserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'position s0 c-clockpause 700' greb upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 22, 12) 'position midtpause 1000pause 6000' indstillet til 0 positioneroutout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'position s1 13- 24-35 c-urserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'position s0 c-clockloop: goto loop

Trin 7: Tilføjelse af sensorer

Denne robot har ingen sensorer. For virkelig at være nyttig som en robotmanipulator af små objekter ville det være en fordel at have en feedback -loop til mikrokontrolleren fra forskellige virkelige sensorer. For at undgå at sætte en strømforsyning om bord kan lyssensorer bruges. Laser eller infrarødt lys kan rettes til toppen af robotten, og mekaniske reflektorer eller blokeringer kan tilsluttes berøringssensorer, tryksensorer eller temperatursensorer og variabel reflektans aflæst af fotoceller eller et videokamera. En anden mulighed er at bruge RFID -teknologi til at sende en puls, der driver elektronikken til robotten til at vende tilbage i stedet for et identifikationsnummer, en sekvens af bits, der repræsenterer variationer i berøring eller andre sensorer.

Trin 8: Andre magnetisk drevne robotter

Robotter styret af forskellige magnetiske felter er ikke noget nyt. Nogle af dem er mikroskopiske, og nogle er større, så de kan indsættes medicinsk i en menneskekrop. Nogle bruger computerstyrede elektromagneter, og nogle bruger bevægelige permanente magneter. Her er nogle links til nogle af de bedste og mindste eksperimentelle magnetiske robotter, forskere arbejder på. Flyvende magnetrobot på en krone. Mens den faktisk ikke flyver, svæver den i et computerstyret magnetfelt, ligesom det legetøj, der hænger en jordens lille globus. Den har også en griber, der udvider sig, når den opvarmes med en laser og derefter griber fat, når den afkøles. Desværre er robotternes magnetiske nord- og sydender ender lodrette, så der er ingen måde at styre rotationsdrejningen for præcist at orientere griberen. Det er lidt større end den mindste robot, jeg lavede, som er vist i trin 9. https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.html Svømningsmagnetrobot En virkelig mikroskopisk robot, der er en spiral med en magnet i den ene ende. Med et eksternt drejeligt og roterende magnetfelt kan det sigtes i alle retninger og svømme under vandet. Http://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0918085333.htmSkrivelig kamerapille med magneter. Http: // www. spectrum.ieee.org/aug08/6469Medicinske robotter.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp? x = 5464Magnetisk styret kamera.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Her er nogle mikroskopiske magnetisk styrede gribere, der kan aktiveres kemisk eller varme. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm Desværre kan disse mikrogreb ikke frigive, når de først tag fat. Så de ligner mere en mikroskopisk bjørnefælde end en fuldt funktionel griber. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January /13010901.asppic 10 viser Magbots R-19, R-20 og R-21, de tre robotter jeg lavede til disse eksperimenter. Den mindste blev gjort mindre ved at fjerne en omdrejningspunkt og hjulene. En wirehale forhindrer den i at vælte baglæns.

Trin 9: Byg endnu mindre robotter

Billede 11 viser Magbot R-21, den mindste magnetisk drevne robot med en funktionel griber, jeg har lavet hidtil. Ved.22 "x.20" x.25 "er den omkring 1/100 af en kubik tomme. Ved at fjerne hjulene og et drejepunkt (gimbal) er robotten meget mindre end hjulversionen. Den glider på metallet rammen ikke helt lige så glat som den med hjul. Wire halen gør det muligt for robotten at vugge tilbage for at løfte griberen. En sådan konfiguration kan bruges til at oprette en robot i mikroskopisk størrelse. Problemet på dette tidspunkt er enten at bruge konventionel IC teknologi til at oprette tynde film mekaniske strukturer eller til at finde på et andet alternativ til at skabe mikroskopiske strukturer. Jeg arbejder på det. Disse små robotter repræsenterer en af de letteste måder at få meget bevægelse i et lille rum. Der er mange andre mulige konfigurationer af indbyggede magneter og eksterne magnetfelter, der kunne producere meget interessante robotter. For eksempel ved at bruge mere end tre eller flere roterende eller drejelige magneter på en robot, kan det resultere i flere frihedsgrader og mere præcis manipulation af griberen.

Første præmie i lommestørrelseskonkurrencen