Izveidojiet ļoti mazu robotu: izveidojiet pasaulē mazāko riteņu robotu ar satvērēju: 9 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 11:00

Izveidojiet 1/20 kubikcentimetru robotu ar satvērēju, kas var uzņemt un pārvietot mazus priekšmetus. To kontrolē Picaxe mikrokontrolleris. Šobrīd es uzskatu, ka tas varētu būt pasaulē mazākais riteņu robots ar satvērēju. Tas, bez šaubām, mainīsies rīt vai nākamajā nedēļā, kad kāds uzbūvēs kaut ko mazāku.

Galvenā problēma, veidojot patiešām mazus robotus, ir salīdzinoši lielais pat mazāko motoru un akumulatoru izmērs. Tie aizņem lielāko daļu mikrorobota tilpuma. Es eksperimentēju ar veidiem, kā galu galā izveidot patiesi mikroskopiskus robotus. Kā pagaidu soli es padarīju pamācāmus trīs sīkos robotus un kontrolieri. Es uzskatu, ka ar izmaiņām šos konceptuālo robotu pierādījumus varētu samazināt līdz mikroskopiskam izmēram. Pēc gadiem ilgas mazo robotu būvēšanas (skatīt šeit: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/), es nolēmu vienīgo veidu, kā izgatavot mazākos robotus bija iespējams, ka dzinēji, akumulatori un pat Picaxe mikrokontrolleris bija ārpus robota. 1. attēlā redzams R-20 1/20 kubikcentimetru robots uz dimetānnaftalīnu. 1.b un 1.c attēlā redzams mazākais riteņu robots, kurš paceļ un tur 8 kontaktu IC. 3. solī ir video, kurā redzams, kā robots paņem 8 kontaktu IC un pārvieto to. Un vēl viens video 5. solī, kurā redzams, kā robots ieslēdz dimetānnaftalīnu.

1. darbība: instrumenti un materiāli

18x Picaxe mikrokontrolleris no Sparkfun: https://www.sparkfun.com/ Mikro sērijas servo kontrolieris pieejams no Polulu: https://www.pololu.com/2 augstas griezes momenta servo no Polulu2 standarta servo no Polulu.oo5 "bieza vara, misiņa vai fosfora bronzas lokšņu metāls no Micromark2- 1/8 "x 1/16" neodīma magnētiem 1-1 "x1" x1 "neodīma magnēta. Magnēti pieejami vietnē: https://www.amazingmagnets.com/index.asp Misiņa teleskopiskās caurules no Micromark: https://www.micromark.com/ Misiņa tapas no WalmartGlass pērlītēm no Walmart1/10 collu stikla šķiedras shēmas plates materiāla no Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/caurspīdīgs piecu minūšu epoksīdsveķis Dažādi uzgriežņi un skrūves TOOLSneedletin snipssoldering irondrillmetal filessmall adatas knaibles 2. attēlā parādīts izmantotais Picaxe modulis. 2.b attēlā redzama Picaxe moduļa aizmugure.

2. darbība: izveidojiet 1/20 kubikcentimetru robotu

Pie.40 "x.50" x.46 "Magbot R-20 robota tilpums ir nedaudz mazāks par 1/20 kubikcollas. Tas ir izgatavots, salokot 3 kārbu konstrukcijas no nemagnētiskas lokšņu metāla. Mazākā iekšējā daļa kārba ir pielodēta pie satvērēja kreisā pirksta. divi mazi magnēti tiek epoksēti uz vertikālās vārpstas, kas saliecas, veidojot satvērēja labo pirkstu, kas brīvi griežas. Tieši šos divus magnētus kontrolē ārējs kustīgs rotējošs un rotējošs magnēts lauks, kas nodrošina visu robota jaudu. Kastes konstrukcijām izmantoju 0,005 collu biezu fosfora bronzas lokšņu metālu, jo to var pielodēt un viegli oksidēt vai aptraipīt. Var izmantot arī varu vai misiņu. Sākotnēji es izmantoju mazus urbjus, lai urbtu lokšņu metāla gultņu caurumus rotējošajām stiepļu vārpstām. Pārvarot dažus no tiem urbjmašīnā, es galu galā tikai caurdurtu caurumus ar lielu adatu un āmuru lokšņu metālā. Tādējādi tiek izveidots konusa formas caurums, kuru pēc tam var aizpildīt līdzenu. Atverēm nav jābūt precīzam izmēram vai pat perfekti novietotām. Šādā nelielā mērogā berzes spēki ir nelieli, un, uzmanīgi aplūkojot attēlus, jūs redzēsit, ka es izmantoju garas.1 "standarta garas galvenes tapas, kas ir kvadrātveida, vārpstām un satvērēju pirkstiem. Varētu izmantot arī vara stiepli. Stikla lodītes riteņi tika uzstādīti uz misiņa tapām, kas epoksētas robota apakšā. Ir svarīgi būvniecībā izmantot nemagnētiskus materiālus, pretējā gadījumā tiks ietekmēta robota jauda un kontrole.

3. solis: robota magnētiskais motors

Robotam ir četras brīvības pakāpes. Tas var iet uz priekšu un atpakaļ, pagriezties pa kreisi vai pa labi, pārvietot satvērēju uz augšu un uz leju, kā arī atvērt un aizvērt satvērēju. 4. attēls. Es pārvietoju četrus borta motorus, kas parasti būtu nepieciešami, lai to izdarītu, vienkārši apturot magnētu horizontāli uz divu asu kardānvārpstas. Divi 1/8 "x1/8" x1/16 "magnēti tiek epoksēti uz stieples vertikālās vārpstas, kas ir saliekta, veidojot vienu satvērēja pirkstu. Abi magnēti ir sakārtoti, lai darbotos kā viens magnēts un izveidotu viena magnēta motoru. Tas ir uzstādīts mazākajā kastē, kurai ir pielodēts otrs satvērēja pirksts. Satvērēja kārba ir uzstādīta uz kardānvārpstas otrās horizontālās ass ar 000 misiņa skrūvi un uzgriezni. Es izmantoju skrūvi, lai to varētu viegli izjaukt pielāgošanai. Ārējais magnētiskais lauks ir uzstādīts uz CNC tipa mašīnas, kas var slīdēt magnētisko laukumu pa x un y asi un pagriezt to horizontāli un vertikāli. To varēja izdarīt ar elektromagnētu, bet es izvēlējos izmantot vienu kubikcollu neodīma pastāvīgais magnēts, jo tas ir vienkāršākais un ātrākais veids, kā izveidot nelielu magnētisko lauku nelielā apjomā. zem tā robota magnēts diezgan cieši seko moto ārējā magnētiskā lauka ns. Īsu video par to, kā robots uzņem 8 kontaktu IC, skatiet šeit: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EA Vai noklikšķiniet uz tālāk redzamā video.

4. solis: CNC tipa robotu kontrolieris

5. attēlā parādīts CNC tipa robotu kontrolieris. Četri servopārvadi nodrošina kustību vienam kubikcollu neodīma magnētam, kuram seko robotā uzstādītais magnēts. X un Y asij uz stikla šķiedras platformas velk augstas griezes momenta servo ar skriemeli un makšķerēšanas vadītāju. Pavasaris pretojas kustībai. Platforma balstās uz divām teleskopiskām misiņa caurulēm, kas darbojas kā lineāra vadotne. Plastmasas gultņi, kas izgatavoti no plastmasas griešanas dēļa abās lineāro vadotņu pusēs, uztur platformas līmeni vienā līmenī. Šim konkrētajam robota kontrolierim ir ierobežots dažu kubikcollu diapazons. Galu galā tam vajadzētu izrādīties vairāk nekā pietiekami, lai kontrolētu patiesi mikroskopiskus robotus, kuriem var būt nepieciešami tikai daži kubikcentimetri.

5. darbība: magnētiskā robota ķēde

Robota kontrolieris sastāv no Picaxe mikrokontrollera, kas ir ieprogrammēts, lai robotam nodrošinātu kustību secību. Es uzskatu, ka Picaxe ir vienkāršākais un ātrākais mikrokontrolleris, ko savienot un programmēt. Lai gan tas ir lēnāks nekā standarta Pic Micro vai Arduino, tas ir vairāk nekā pietiekami ātrs lielākajai daļai eksperimentālo robotu. Citus Picaxe projektus skatiet šeit: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm Un šeit: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Picaxe kontrolē robotu, sērijveidā nosūtot komandas uz Polulu mikrosērijas servo kontrolieri. Polulu kontrolieris ir ļoti mazs un nepārtraukti turēs līdz pat 8 servos jebkurā pozīcijā, kurā tie ir ievietoti. Vienkāršās Picaxe komandas ļauj ērti kontrolēt servo stāvokli, ātrumu un virzienu. Es ļoti ieteiktu šo kontrolieri visu veidu uz servo balstītiem robotiem. Shēma parāda, kā ir savienoti četri servo. Servo 0 un 1 virza 1 collu magnētu gar X un Y asi. Servo 2 ir nepārtraukti rotējošs servo, kas var pagriezt magnētu vairāk nekā par 360 grādiem. Servo 3 nedaudz noliec magnētu uz priekšu un atpakaļ, lai nolaistu un paceltu satvērēju. īss video par to, kā robots ieslēdz dimetānnaftalīnu, skatiet šeit: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgVai arī noklikšķiniet zemāk esošajā videoklipā:

6. darbība. Robota kontroliera programmatūra

Šeit ir programmatūra Picaxe mikrokontrolleram. Tas nosūta iepriekš ieprogrammētas secības uz Polulu servo kontrolieri, kas pārvieto magnētu 3D telpā, lai kontrolētu robotu. Ar nelielām izmaiņām to varētu izmantot arī, lai ieprogrammētu otro zīmogu. Lai ieprogrammētu Picaxe, es atklāju, ka ir nepieciešams atvienot tapu 3 (sērijas izeja) no servo kontrollera. Pretējā gadījumā programma netiks lejupielādēta no datora. Es arī atklāju, ka, ieslēdzot ķēdes, ir nepieciešams atvienot trešo tapu no servo kontroliera, lai novērstu servo kontrollera bloķēšanu. Pēc tam, apmēram pēc sekundes, es atkal pievienoju tapu 3. Programma R-20 maģistra robotu uztveršanas secībai, izmantojot polulu servo kontrolleri, augsta 3 'sērijas izejas pinpause 7000', iestatīta uz 0 positionerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) pozīcija s1 13-24-35 pulkstenis pret pulksteni 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) pozīcija s0 c-clockpause 7000 'līmeņa magnetserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) "pozīcija midpause 1000" virzīties uz priekšu garš servo1serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 21, 127) "pozīcija pulksteņrādītāja virzienā Pause 1500 'grip downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 26, 127) "pozīcijas pazemināšana" 2000 "aizvēršana 3, t2400, (80 ASV dolāri, 01 ASV dolāri, 04 ASV dolāri, 2, 25, 1)" lēna ātruma pulkstenisPause 50serout 3, t2400, (80 ASV dolāri, 01 ASV dolāri, 00 ASV dolāri, 2 ASV dolāri), 0, 127) "stop servo 2 rotatepause 700" virzīties uz priekšu shortserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 13, 127) "position clockpause 1000" grip upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) pozīcijas viduspunkts pauze 700 'pagriezieties pa labi 90serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1)' lēna ātruma pulkstenis 470serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) "stop servo 2 rotācija pause 1000" uz priekšu 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 13, 12) "pozīcija s0 pauze 1500 'grip downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 25, 12) "pozīcija midpause 2000" aizvērt saķeri 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) "lēns ātrums c-pulksteņrādītāja virzienā pauze 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) "stop servo 2 rotācija pause 400" backupserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'pozīcija s0 c-clockpause 700' grip upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 22, 12) "pozīcija midpause 1000pause 6000" iestatīta uz 0 positionerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) pozīcija s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) pozīcija s0 c-clockloop: goto loop

7. darbība: sensoru pievienošana

Šim robotam nav sensoru. Lai būtu patiesi noderīgs kā robots, manipulējot ar maziem objektiem, būtu priekšrocība, ja no dažādiem reālās pasaules sensoriem būtu atgriezeniskā saite uz mikrokontrolleri. Lai izvairītos no barošanas avota ievietošanas, var izmantot gaismas sensorus. Lāzera vai infrasarkano gaismu var novirzīt uz robota augšpusi, un mehāniskos atstarotājus vai bloķētājus var savienot ar pieskāriena sensoriem, spiediena sensoriem vai temperatūras sensoriem un mainīgu atstarojumu, ko nolasa fotoelementi vai videokamera. Vēl viena iespēja ir izmantot RFID tehnoloģiju, lai pārraida impulsu, kas ļauj robota elektronikai atgriezties, nevis identifikācijas numuru, bitu secību, kas attēlo pieskārienu vai citu sensoru izmaiņas.

8. solis: citi magnētiski darbināmi roboti

Roboti, kurus kontrolē dažāda veida magnētiskie lauki, nav nekas jauns. Daži no tiem ir mikroskopiski un daži ir lielāki, lai tos varētu medicīniski izvietot cilvēka ķermenī. Daži izmanto elektromagnētus, kurus kontrolē dators, un daži izmanto kustīgus pastāvīgos magnētus. Šeit ir dažas saites uz dažiem labākajiem un mazākajiem eksperimentālajiem magnētiskajiem robotiem, pie kuriem strādā pētnieki. Lidojošs magnēta robots par santīmu. Lai gan tas faktiski nelido, tas lidinās datora kontrolētā magnētiskajā laukā, līdzīgi tām rotaļlietām, kas aptur mazs zemeslodes. Tam ir arī satvērējs, kas izplešas, karsējot ar lāzeru, un pēc tam atdziest satver. Diemžēl robotu magnētiskie ziemeļu un dienvidu gali ir vertikāli, tāpēc nav iespējams kontrolēt rotācijas griešanos, lai precīzi orientētu satvērēju. Tas ir nedaudz lielāks par mazāko manu izveidoto robotu, kas parādīts 9. darbībā. -76.htmlPeldēšanas magnēta robotsPatiesi mikroskopisks robots, kas ir spirāle ar magnētu vienā galā. Ar ārēju grozāmu un rotējošu magnētisko lauku to var vērst jebkurā virzienā un peldēties zem ūdens. spect.ieee.org/aug08/6469Medicīnas roboti.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp? x = 5464Magnetiski vadāma kamera.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Šeit ir daži mikroskopiski magnētiski vadāmi satvērēji, kurus var ķīmiski vai termiski aktivizēt. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm Diemžēl šos mikro satvērējus nevar atbrīvot paķert. Tātad tie vairāk līdzinās mikroskopiskiem lāču slazdiem, nevis pilnībā funkcionējošiem satvērējiem. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/ /13010901.asppic 10. attēlā parādīti trīs roboti, kurus es izveidoju šiem eksperimentiem, Magbots R-19, R-20 un R-21. Mazākais tika samazināts, likvidējot vienu šarnīru un riteņus. Stiepļu aste neļauj tai apgāzties atpakaļ.

9. solis: vēl mazāku robotu izveide

11. attēlā redzams Magbot R-21, mazākais magnētiski darbināms robots ar funkcionālu satvērēju, ko līdz šim esmu izgatavojis..22 "x.20" x.25 "tas ir aptuveni 1/100 kubikcollas. Noņemot riteņus un vienu pagrieziena punktu (kardānvārstu), robots ir daudz mazāks nekā riteņu versija. Tas slīd uz metāla rāmis nav tik gluds kā riteņiem. Stiepļu aste ļauj robotam šūpot atpakaļ, lai paceltu satvērēju. Šādu konfigurāciju varētu izmantot, lai izveidotu mikroskopiska izmēra robotu. Šajā brīdī problēma ir vai nu izmantot parasto IC tehnoloģija, lai izveidotu plānas plēves mehāniskās struktūras, vai nākt klajā ar kādu citu alternatīvu mikroskopisku struktūru radīšanai. Es pie tā strādāju. Šie mazie roboti ir viens no vienkāršākajiem veidiem, kā iegūt daudz kustības nelielā telpā. Ir daudz citas iespējamās borta magnētu un ārējo magnētisko lauku konfigurācijas, kas varētu radīt ļoti interesantus robotus. Piemēram, izmantojot vairāk nekā trīs vai vairāk rotējošus vai grozāmus magnētus uz robota, var rasties lielāka brīvības pakāpe un precīzāka manipulācija ar satvērēju.

Pirmā balva kabatas izmēra konkursā