Elektromehāniskais kukaiņu vai plīvojamais oscilators: 9 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Ievads

Es esmu sekojis robotikas attīstībai apmēram 10 gadus, un mana pieredze ir bioloģija un videogrāfija. Šīs intereses ir riņķojušas ap manu aizraušanos - entomoloģiju (kukaiņu izpēte). Kukaiņi ir liels darījums daudzās nozarēs, un tie ir devuši lielu iedvesmas avotu. Par laimi, bioloģija un kukaiņi iegūst ietekmi robotikā, izmantojot biomimikriju un sintētisko bioloģiju. Īpaši esmu sajūsmā par insektoptoru progresu. CIP jau septiņdesmitajos gados izveidoja lidojošu insektotopteru, un kukaiņi turpinās spēlēt lielu lomu, lai ietekmētu robotikas problēmu risināšanu. Es vēlos dalīties ar māksliniecisku metodi, kā izveidot savu elektromehānisko kukaiņu skulptūru.

Viens kuģis, kas lielā mērā koncentrējies uz kukaiņu īpašībām, ir mušu siešanas māksla. Mušu siešana ir metode lures radīšanai mušu makšķerēšanai. Šajā amatniecībā tiek izmantota daudzveidīga materiālu un instrumentu palete, un tā prasa rūpīgu uzmanību detaļām, vienlaikus paļaujoties uz pareizu tehniku, lai pabeigtu skaistus dizainus.

Es neesmu pārāk satraukusies par 3D drukāšanu vai mikrokontrolleriem. Es cenšos ražot elektromehāniskas radības, kurās netiek izmantota neviena no šīm tehnoloģijām. Šķiet, ka neatkarīgi no tā, kādu sensoru vai mehānisko izteiksmi vēlaties izpētīt, tam visam ir jābaro caur mikrokontrolleri. Ļaujiet mums to nedaudz atsaukt un padarīt mūsu smadzenes par oscilatoru!

Tāpēc es jums piedāvāju: mēs izmantojam mušu siešanas rīkus, materiālus un tehniku kā pamatu, lai radītu skaistu, vieglu, unikālu, elektromehānisku kukaini. Šī BEAM līdzīgā kinētiskā skulptūra, cerams, iedvesmos jūsu draugus un ģimeni novērtēt kukaiņus un meistarību.

1. solis: Oscilatora projektēšana

Tiešsaistē ir pieejamas daudzas oscilatoru shēmas. Izpētījis daudzveidību, es jutu, ka vienkāršākais un "organiskākais" ir Astable multivibrators. Šo shēmu var izveidot ar simetriskiem rezistoriem vai asimetriski, kā rezultātā impulsu platums ir nedaudz atšķirīgs, atkarībā no tā, no kuras ķēdes "puses" jūs iegūstat izeju.

Šīs ķēdes sastāvdaļas, kuras es izvēlējos, ir šādas:

Daudzums: Prece:

x1 2N4403 pnp tranzistors

x1 2N3905 pnp tranzistors (spoguļattēls)

x2 330 Ω rezistori

x2 22k Ω rezistori

x2 4,7 μF 16V kondensatori

x2 no gaismas atkarīgi rezistori (LDR) diapazonā no 0 līdz 30 kΩ

x1 2N4920 pnp tranzistors (rokturi 1 amp)

x1 8+ Ω skaļruņu spole

x1 Neliels nemagnētisks slēgts niedru slēdzis

Es gribu zemu RC laiku un mazus kondensatorus, tāpēc es izvēlējos 22k Ω rezistorus ar 4,7 μF 16V bipolāriem kondensatoriem. Tā rezultātā tiek iegūta aptuveni 2–5 Hz svārstību frekvence.

Es arī vēlos, lai ķēdi ietekmētu vide, tāpēc es ievietoju no gaismas atkarīgos rezistorus (LDR) sērijveidā ar 22 k rezistoriem. Slēdzis ir mazs niedru slēdzis, kas izvilkts no vienreizējās lietošanas kameras zibspuldzes ķēdes. Mēs izmantosim šo slēdzi kā jutīgas ūsas uz vēdera.

2. solis: sāciet lodēšanu

Izmantojot šos komponentus, jums būs nepieciešami vairāki rīki, lai tos lodētu kopā. Mēs neizmantojam perfboard.

Paņemiet divus vizītes, vienu, lai turētu komponentus, bet otru, lai turētu lodāmuru.

Tāpat pārliecinieties, vai jums ir vadu griezēji, knaibles un ķēdes modelis kā atsauce. Esmu prototipējis ķēdes otro versiju, lai pārliecinātos, ka vienmēr zinu, kuras sastāvdaļu daļas kur piestiprinātas.

Salieciet abu tranzistoru vadus tā, lai kolektors izliektos uz sāniem, bet pamatne - uz vidu. Tā kā 2N4403 un 2N3905 (attēlā kā BC557) ir atšķirīgas tapas, rūpīgi pievērsiet uzmanību pamatnes un kolektora atrašanās vietai. Varētu izmantot divus vienādus pnp tranzistorus, bet man patīk spoguļveida tapas hirālā kvalitāte. Galu galā šī ir māksla.

Salieciet kondensatora vadus taisnā leņķī.

Nogrieziet kondensatoru un tranzistoru pamatnes un kolektoru vadus.

Tagad ievietojiet tranzistoru savā skrūvspīlē un novietojiet lodēšanas dzelzi pret vēlamo vadu līdz lodēšanai. Tas atbrīvo abas rokas, lai ievietotu kondensatoru un lodmetālu un pievienotu tās kopā.

Atkārtojiet šo darbību, lai katra tranzistora bāze un kolektori pievienotos katram kondensatoram.

Interesanti atzīmēt, ka skrūvspīles faktiski var darboties kā siltuma izlietne tranzistoriem, un jūsu pabeigtā lodēšanas darba arhitektūra padara šo struktūru pārsteidzoši spēcīgu.

3. solis: Lodējiet rezistorus

Salieciet un nogrieziet rezistoru vadus, kā parādīts iepriekš.

Ievietojiet 330 Ω rezistoru skrūvspīlēs un pielodējiet mūsu kondensatora tranzistora bloku pie rezistora. Izpildiet shēmu, šim rezistoram jāpiestiprina tur, kur atrodas tranzistora kolektors.

Atkārtojiet ar otro 330 Ω rezistoru.

Ievietojiet LDR skrūvspīlēs un pielodējiet mūsu augošo ķēdi. Lodēt līdz tranzistora pamatnei.

Atkārtojiet ar otro LDR.

Izgrieziet LDR garos vadus virzienā uz centru.

Lodējiet 22 kΩ rezistorus pie LDR vadiem tā, lai rezistori būtu virknē.

Katram no četriem rezistoriem jābūt atvērtiem vadiem, kas norāda uz mūsu ķēdes centru (kā parādīts attēlā).

Salieciet šo rezistoru vadus pret saviem kaimiņiem, sagrieziet tos īsos un salieciet tos visus kopā. Šis rezistoru komplekts tagad ir daļa no mūsu zemes sliedes.

4. solis: lodēšanas vadi un barošanas PNP

Šī kondensatoru, tranzistoru un rezistoru vienība ir mūsu stabilais multivibratora oscilators. Tas faktiski ir mūsu smadzenes kukaiņam. LDR darbojas kā acis un nedaudz mainīs mūsu oscilatora frekvenci un pulsa platumu. Tikai šī shēma nevar darbināt skaļruņu spoli, tāpēc mēs to savienosim ar Q3, mūsu jaudas tranzistoru (BD140 vai 2N4920).

Lodējiet pozitīvo sliedes vadu pie Q1 emitētāja.

Lodējiet zemējuma sliedes vadu pie rezistora saišķa.

Lodējiet trešo vadu pie Q2 emitētāja (attēlā kā oranžs).

Lodējiet šo trešo vadu pie Q3 pamatnes, jaudas pnp tranzistora (2N4920).

Noņemiet pozitīvo sliedes vadu apmēram 1 1/2 collas uz leju un pielodējiet pie Q3 emitētāja.

Šajā brīdī man patīk atpūsties no lodēšanas un ķēdei uzklāt brīvu caurspīdīgu nagu laku. Tas palīdzēs novērst īssavienojumus, ja ķēde ir saliekta vai saspiesta, un nodrošinās tai zināmu laika apstākļu izturību. Jūtieties brīvi uzklāt vairākas kārtas.

Pārbaudiet, vai nekur neesat saīsinājis ķēdi. Pārbaudiet ķēdi, lai pārliecinātos, ka tā joprojām darbojas, barojot sarkano vadu ar +9V, iezemējot melno vai brūno vadu un piestiprinot pie Q3 kolektora. Es izmantoju mazu 5V lampu vai rezerves skaļruni. Tā kā Q3 spēj apstrādāt tikai aptuveni 1 ampērus, nepārkarsējiet šo tranzistoru ar pārāk lielu jaudu un pārāk mazu pretestību. Veiciet aprēķinus (I = V/R), pieņemot līdzstrāvas strāvu. Teorētiski vidējā strāva ir puse no līdzstrāvas strāvas pie sliedes sprieguma pulsējošā efekta dēļ, bet tas mums palīdzēs atstāt vietu kļūdām.

5. darbība: izgrieziet balss spoli un lodmetālu

Paņemiet nelielu lētu skaļruni ar darba balss spoli un izgrieziet to. Sāciet ar griešanu ap skaļruņa konusa malu un pārliecinieties, ka zem tā nav sagriezti vizulis.

Noņemiet vai atkausējiet vizulis stieples savienotājus no groza cilnēm.

Izgrieziet tīkla balstiekārtu tieši virs pastāvīgā magnēta.

Noņemiet balss spoli un nogrieziet lieko papīru un sietu. Noteikti atstājiet vizulis vadu savienotājus cik ilgi vien iespējams.

Alvas tinumu vadu savienotāju galus un lodējiet vienu pie Q3 kolektora.

Lodējiet otru savienotāju pie pagarinātāja.

Noņemiet šī jaunā stieples centru un pielodējiet to pie sliedes.

6. darbība: noformējiet spārnus

Uz caurspīdīguma es izdrukāju cranefly spārnu modeļus.

Jūs varat arī uzzīmēt spārnus, izmantojot pildspalvas un asumus uz acetāta.

Izklaidējieties, krāsojot spārnus un padarot tos unikālus un interesantus.

Novietojiet acetāta lapu uz vecā žurnāla un ar īllu nospiediet vēnās. Pārmaiņus priekšā un aizmugurē, lai acetātā izveidotu ieliektas un izliektas krokas. Tas ne tikai papildina īstu kukaiņu spārnu ilūziju, bet arī stiprina spārnus.

Izgrieziet spārnus, bet atstājiet tos kā pāri! Centrā atstājiet nedaudz papildu materiāla, lai mūsu balss spolei būtu vairāk materiālu, ko pārvietot.

7. solis: sasieniet spārnus ar monopavedienu

Lai sāktu siešanu, jums būs nepieciešami aptuveni 35 mārciņas monopavedieni, mūsu skrūvspīles, šķēres, spārni, diegi un mušu siešanas spole. *Ieteicamā korekcija: šiem spārnu balstiem izmantojiet smagāku monopavedienu vai plānu stiepli. Attēlā redzamais un uzbūvētais modelis zaudē mehānisko efektivitāti, kad monopavediens noliecas uz āru lejupvērstā gājiena laikā.

Izgrieziet divus gabalus, piecus centimetrus garus un ievietojiet vienu gabalu skrūvspīlē. Brīvi piesieniet spārnus pie monopavediena ar astoņu zīmējumu.

Atkārtojiet ar otro monopavediena gabalu un otru spārnu.

Es pievienoju nedaudz līmes mezgliem uz katra gabala, lai nodrošinātu lielāku drošību. Pārliecinieties, ka līme netraucē spārnu atlokam. Tam vajadzētu darboties kā eņģēm, un monopavediens ir mūsu atbalsta punkts.

8. solis: izveidojiet krūšu kurvi un galvu

Šajā fāzē viss sanāk uzreiz.

Paņemiet trīs collu gabalu no 100 lb monopavediena vai stīvām caurulēm un piesieniet pavedienu tā garumā.

Paņemiet trīs, septiņu collu ziedu stieples gabalus un sasieniet to centrā visā mūsu ķermeņa uzbūves garumā. Tās būs mūsu kājas.

Piesieniet mazāku monopavedienu aizmugurējos gabalus no mūsu spārnu vienības tieši aiz aizmugurējām kājām, atstājot iespēju vēlāk pielāgot to garumu.

Atrodiet magnētisko tapu, kā attēlā. Tas noturēs mūsu pastāvīgo neodīma magnētu.

Piesaistiet mūsu uzbūvēto ķēdi uz kājām / ķermeņa.

Piesiet magnētisko tapu pie ķermeņa aiz galvas, bet Q3 priekšā.

Piesiet divas nelielas spalvas uz ķermeņa tieši aiz galvas, lai tās izliktos uz priekšu kā antenas (tas ir tīri estētiski).

Iznesiet mazāku monopavedienu priekšējos gabalus no spārnu vienības uz priekšu un piesieniet tos pie ķermeņa tuvu galvai. Pavelciet katru gabalu, lai pārliecinātos, ka spārni ir centrēti un paceļas virs magnēta.

Izgrieziet balss spoles papīra cauruli uz centru, lai mēs varētu paslīdēt spārnu acetātu tā iekšpusē. Visai šai konstrukcijai vajadzētu virzīties virs tapas, kur nonāks mūsu magnēts, tāpēc, kad strāva plūst caur spoli, magnētiskais spēks velk spārnus uz leju un spārnu galiņi atlocās uz augšu.

9. solis: izveidojiet vēderu

Piesiet niedru slēdzi pie ķermeņa aizmugurējā gala. Tas būs vēdera gals, kur atradīsies mūsu jutīgās ūsas. Lodējiet mūsu zemes sliedi uz vienu niedru slēdža kāju.

Lodējiet otru īsu stieples gabalu pie niedru slēdža otras kājas.

Salieciet pozitīvo sliedes vadu, lai izveidotu lielu akumulatora virsmas laukumu.

Salieciet jauno īso vadu, kas pievienots slēdzim, lai pieskartos akumulatora negatīvajai vai 0V pusei.

Piesiet nelielu 12 V akumulatoru pie vēdera un nostipriniet akumulatora vadus, lai tiem būtu stabils savienojums. Man bija jāpievieno vēderam daži smagas monopavediena gabali, lai, piesienoties, akumulators nenokristu pretējā vēdera pusē.

Izmēģiniet to! Vai spārni virzās uz magnētu? Pārliecinieties, vai magnēta polaritāte ir pareiza, ievērojot elektromagnētiskās strāvas labās puses noteikumu un izmantojot analogo kompasu, lai noteiktu pastāvīgā magnēta polaritāti. Ja jūs izveidojāt ķēdi, kā es aprakstīju, strāva izplūst no Q3 kolektora caur spoli un uz akumulatora zemes sliedi vai 0V pusi.

Lai to pabeigtu, salieciet ziedu stiepļu kājas, lai tās izskatītos pēc iespējas labāk! Izmēģiniet nedaudz līmes vietā, kur kājas saskaras ar ķermeni, ja tās ir pārāk vājas. Izbaudi!

Lūdzu, dariet man zināmu, ja jums ir kādi jautājumi. Šis noteikti ir smalks projekts. Neliela gumijas josla starp akumulatora vadiem var palīdzēt noturēt tos vietā.

Veiksmi!

Pirmā balva tehniskajā konkursā