Ndërtimi i robotëve të vegjël: Krijimi i një roboti mikro-sumo me inç kub dhe më i vogël: 5 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:30

Këtu janë disa detaje mbi ndërtimin e robotëve dhe qarqeve të vegjël. Ky udhëzues do të mbulojë gjithashtu disa këshilla dhe teknika themelore që janë të dobishme në ndërtimin e robotëve të çdo madhësie. Për mua, një nga sfidat e mëdha në elektronikë është të shoh se sa i vogël një robot mund të bëj. Gjëja e bukur në lidhje me elektronikën është se përbërësit thjesht bëhen më të vegjël dhe më të lirë dhe më efikas me një ritëm tepër të shpejtë. Imagjinoni sikur teknologjia e automobilave të ishte e tillë. Fatkeqësisht, sistemet mekanike në këtë kohë nuk po përparojnë aq shpejt sa elektronika. Kjo çon në një nga vështirësitë kryesore në ndërtimin e robotëve shumë të vegjël: përpjekja për t'u përshtatur në një hapësirë të vogël, sistemi mekanik që lëviz robotin. Sistemi mekanik dhe bateritë priren të marrin pjesën më të madhe të vëllimit të një roboti vërtet të vogël. Pic1 tregon z. Cube R-16, një robot mikro-sumo një inç kub që është i aftë të reagojë ndaj mjedisit të tij me mustaqe muzikore (parakolp kaloni). Mund të lëvizë dhe të eksplorojë perimetrin e një kutie të vogël. Mund të kontrollohet nga distanca duke përdorur një telekomandë universale me infra të kuqe TV e cila është krijuar për një TV Sony. Ai gjithashtu mund të ketë mikrokontrolluesin e tij Picaxe të para-programuar me modele reagimi. Detajet fillojnë në hapin 1.

Hapi 1: Përbërësit e një roboti me një inç kub

Mr cube R-16, është roboti i gjashtëmbëdhjetë që kam ndërtuar. Shtë një robot një inç kub që mat 1 "x1" x1 ". Isshtë i aftë për sjellje autonome të programueshme ose mund të kontrollohet nga distanca. Nuk ka për qëllim të jetë diçka shumë praktike ose veçanërisht e dobishme. Isshtë thjesht një prototip megjithatë, është e dobishme në kuptimin që ndërtimi i një roboti të vogël ju lejon të përmirësoni aftësitë tuaja në miniaturë për robotët dhe qarqet e tjera të vogla. merr dy herë më shumë sesa do të duhej normalisht për të ndërtuar të njëjtin qark në një hapësirë më të madhe. Të gjitha llojet e kapëseve nevojiten për të mbajtur përbërësit e vegjël dhe telat në vend gjatë bashkimit ose ngjitjes. Një dritë e ndritshme pune dhe një kufje zmadhuese të mirë ose Xhami zmadhues i fiksuar është një domosdoshmëri. Motorë të vegjël Rezulton se një nga pengesat më të mëdha për të bërë robotë me të vërtetë të vegjël është motori i ingranazhit që kërkohet. Elektronika e kontrollit (mikrokontrolluesit) sa vjen e bëhet më e vogël. Megjithatë, gjeni g motorët me shpejtësi të ulët të shpejtësisë që janë mjaft të vegjël nuk është aq e lehtë. Zoti Cube përdor motorë të vegjël të ingranazheve pager që janë të përshtatur në një raport 25: 1. Në atë shpejtësi, roboti është më i shpejtë se unë do të doja dhe pak i trazuar. Për t’iu përshtatur hapësirës, motorët duhej të kompensoheshin me njërën rrotë më përpara se tjetra. Edhe me atë, ajo lëviz përpara, prapa dhe kthehet mirë. Motorët u lidhën në dërrasën e dërrasës me tela 24 matës që u ngjit dhe më pas u ngjitën me çimento kontakti. Në pjesën e pasme të robotit një rrufe najloni me madhësi 4-40 ishte dehur në një vrimë të përgjuar nën tabelën e qarkut të poshtëm. Kjo kokë e butë plastike e bulonave vepron si një enë për të balancuar robotin. Ju mund ta shihni atë në të djathtën e poshtme të figurës 4. Kjo jep një hapësirë të rrotave në pjesën e poshtme të robotit prej rreth 1/32 ". Për të montuar rrotat, rrotullat plastike 3/16" të montuara në motorë u ndezën dhe pastaj, gjatë tjerrjes, u lëmuan në diametrin e duhur. Më pas ata u futën në një vrimë në një rondele metalike që u vendos brenda një rondele najloni dhe gjithçka u epoxied së bashku. Rrota u vesh më pas me dy shtresa gome Liquid Tape për t'i dhënë asaj tërheqje. Bateri të vogla Një problem tjetër me robotët më të vegjël është gjetja e baterive të vogla që do të zgjasin. Motorët e ingranazheve të përdorur kërkojnë rryma mjaft të larta (90-115ma) për të funksionuar. Kjo rezulton në një robot të vogël që ha bateri për mëngjes. Më e mira që mund të gjeja në atë kohë, ishin bateritë me qeliza litiumi 3-LM44. Jeta e baterisë në robotët shumë të vegjël të këtij lloji, është aq e shkurtër, (disa minuta) saqë ata zakonisht nuk mund të bëjnë asgjë afër praktikës. Kishte vetëm hapësirë për tre bateri 1.5v, kështu që ata përfunduan duke fuqizuar si motorët ashtu edhe kontrolluesin Picaxe. Për shkak të zhurmës elektrike që mund të krijojnë motorët e vegjël DC, një furnizim me energji elektrike për gjithçka, zakonisht nuk është një ide e mirë. Por deri më tani po funksionon mirë. Hapësira në këtë robot një inç ishte aq e ngushtë sa trashësia e izolimit të telit 28 matës (nga kablloja me shirit) doli të ishte një problem. Mezi i bashkova të dy gjysmat e robotit. Unë vlerësoj se rreth 85% e vëllimit të robotit është e mbushur me përbërës. Roboti ishte aq i vogël saqë edhe një ndërprerës ndezës ishte problematik. Përfundimisht, unë mund të zëvendësoj mustaqet e papërpunuara me sensorë infra të kuqe. Fjalë për fjalë më ka mbaruar hapësira e lehtë për t’u përdorur, kështu që përshtatja e diçkaje më shumë, pa iu drejtuar teknologjisë së montimit në sipërfaqe, do të ishte një sfidë interesante. Më pëlqen të përdor konstruksionin e molusqeve për robotë vërtet të vegjël. Shih Figurën 2. Kjo përbëhet nga dy gjysma që lidhen së bashku me titujt dhe bazat e shiritit.1 ". Kjo i jep qasje të lehtë të gjithë përbërësve, duke e bërë më të lehtë debugimin e qarqeve ose bërjen e ndryshimeve. Figura 3 tregon vendndodhjen e disa prej komponentët kryesorë. MATERIALS2 GM15 Gear Motors- 25: 1 6mm Planet Gear Pager Motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Mikrokontrolluesi Picaxe i disponueshëm nga: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 kontrollues motorik DIP IC: https://www.mouser.comPanasonic PNA4602M detektor me rreze infra të kuqe: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol ngrohje e zhveshshme (e ngjitshme) tela magnetik: https:// www.mouser.com3 LM44 1.5V. Bateri me qeliza me buton litiumi: https://www.mouser.com Ndërprerës i vogël blu i fikur: https://www.jameco.com Saldim i hollë-.015 "me kolofon me kolofon: https:// www.mouser.comRezistorët dhe një kondensator tantali 150 uf.1 "fibër qelqi me fije qelqi të gjurmuar nga pllaka prej: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.html Kasetë e lëngshme Performix (tm), e zezë-E disponueshme në Wal-Mart ose

Hapi 2: Qarku i një roboti me një inç kub

Fotografia 4 tregon vendndodhjen e mikrokontrolluesit Picaxe 18x dhe kontrolluesin motorik L293 të cilët janë qarqet kryesore të robotit. Në kohën e ndërtimit, unë nuk mund të merrja versionet e montimit në sipërfaqe të Picaxe ose L293. Përdorimi i IC -ve mbi sipërfaqen sigurisht që do të linte më shumë hapësirë për qarqe dhe sensorë shtesë. Mikrokontrolluesit 18x PicaxePicaxe janë akoma kontrolluesit e mi të preferuar për t'u përdorur në robotët eksperimentalë. Ndërsa ata kanë më pak memorie dhe nuk janë aq të shpejtë sa PicMicros, Arduino, Basic Stamp ose mikrokontrollues të tjerë, ato janë mjaft të shpejta për shumicën e robotëve të vegjël eksperimentalë. Disa prej tyre mund të lidhen lehtësisht së bashku kur nevojitet më shumë shpejtësi ose memorie. Ata janë gjithashtu shumë falës. Unë i kam bashkuar drejtpërdrejt, i kam shkurtuar dhe mbingarkuar rezultatet e tyre dhe ende nuk kam djegur një. Për shkak se ato mund të programohen në gjuhën programuese BASIC, ato janë gjithashtu më të lehta për tu programuar se shumica e mikrokontrolluesve. Nëse dëshironi të ndërtoni vërtet të vogla, kontrolluesit 08M dhe 18x Picaxe janë të disponueshëm në formën e montimit në sipërfaqe (Qarket e Integruara të SOIC-Small Outline). Për të parë disa nga projektet që mund të bëni me mikrokontrolluesit Picaxe, mund të hidhni një sy në: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 Kontrolluesi i motorit Kontrolluesi i motorit L293 është një mënyrë e shkëlqyer për të kontrolluar dy motorë në çdo robot të vogël. Katër kunja dalëse nga mikrokontrolluesi mund të kontrollojnë fuqinë në dy motorë: përpara, prapa ose fikur. Fuqia e motorëve madje mund të pulsohet (modulimi i gjerësisë së impulsit PWM) për të kontrolluar shpejtësinë e tyre. Stili i defektit të vdekurNuk kishte vend në dërrasat e dyshemesë për të montuar kontrolluesin L293 kështu që u instalua duke përdorur teknikën e defekteve të vdekura. Kjo thjesht do të thotë që IC është përmbysur dhe telat e hollë janë ngjitur drejtpërdrejt në kunjat që janë përkulur ose prerë shkurt. Pastaj mund të ngjitet në një tabelë qarku ose të vendoset në çdo hapësirë të disponueshme. Në këtë rast, pasi L293 ishte ngjitur dhe testuar, e veshja me dy shtresa të gomës Liquid Tape të përdorshëm për të siguruar që asgjë të mos shkurtohej kur të mbushej në hapësirën në dispozicion. Çimentoja e qartë e kontaktit gjithashtu mund të përdoret. Për një shembull shumë të mirë të ndërtimit të qarqeve duke përdorur stilin e defekteve të vdekura, shihni këtu: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 tregon një ndihmues të lidhjes së duarve që kam modifikuar duke shtuar kapëse të vogla aligatori në një tabelë për të ndihmuar në bashkimin e telave të vegjël në IC në stilin e gabimit të vdekur. Figura 6 tregon skemën për robotin Mr. Cube. Ju mund të shihni një video të zotit Cube duke bërë një sekuencë të shkurtër të programuar duke klikuar në lidhjen inç-robot-sm.wmv më poshtë. Ai tregon robotin me rreth 30% të shpejtësisë maksimale e cila është zvogëluar duke përdorur modulimin e gjerësisë së pulsit në motorët.

Hapi 3: Këshilla dhe truqe për ndërtimin e robotëve

Pasi të keni ndërtuar 18 robotë, këtu janë disa nga gjërat që kam mësuar në mënyrën më të vështirë. Furnizime me energji të veçantë Nëse keni hapësirë, do të kurseni shumë telashe nëse përdorni furnizime të veçanta të energjisë për mikrokontrolluesin dhe qarqet e tij dhe motorët. Tensioni i luhatshëm dhe zhurma elektrike që prodhojnë motorët mund të bëjnë kërdi me hyrjet e mikrokontrolluesit dhe sensorëve për të prodhuar përgjigje shumë të paqëndrueshme në robotin tuaj. Qitje e problemeve Unë e gjej më së miri që së pari të ndërtoj qarkun e plotë të robotit në një pjatë. Komponentët rrallë dështojnë ose janë të dëmtuar. Nëse dizajni juaj është i vlefshëm dhe qarku nuk funksionon, është pothuajse gjithmonë një gabim në instalimet tuaja elektrike. Për informacion se si të bëni prototipimin e qarkut të shpejtë, shihni këtu: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm Unë pastaj montoj të gjithë motorët dhe sensorët në trupin e robotit dhe programoj mikrokontrolluesin për t'i kontrolluar ato. Vetëm pasi gjithçka po funksionon mirë, përpiqem të bëj një version të përhershëm të ngjitur të qarkut. Pastaj e testoj këtë ndërsa është akoma e ndarë nga trupi i robotit. Nëse funksionon, atëherë e vendos atë përgjithmonë në robot. Nëse ndalon së punuari, shpesh është faji i problemeve të zhurmës. Problemet e zhurmësNjë nga problemet më të mëdha që kam hasur është zhurma elektrike që e bën një qark të padobishëm. Kjo shpesh shkaktohet nga zhurma elektrike ose magnetike që mund të dalë nga motorët DC. Kjo zhurmë mund të mposhtë hyrjet e sensorit dhe madje edhe mikrokontrolluesin. Për ta zgjidhur këtë, mund të siguroheni që motorët dhe telat e tyre, të mos jenë afër asnjë linje hyrëse që shkon te mikrokontrolluesi juaj. Fotografia 7 tregon Sparky, R-12, një robot që kam bërë dhe që përdor një vulë bazë 2 si mikrokontrollues. Së pari e testova me tabelën kryesore të qarkut larg robotit dhe pasi bëra programimin bazë, gjithçka funksionoi mirë. Kur e vendosa menjëherë mbi motorët, u çmend dhe ishte krejtësisht jokonsistente. Unë u përpoqa të shtoja një dërrasë të veshur me bazë bakri midis motorëve dhe qarkut, por kjo nuk bëri asnjë ndryshim. Më në fund më duhej të ngreja fizikisht qarkun 3/4 "(shiko shigjetat blu) para se roboti të punonte përsëri. Një burim tjetër i zakonshëm i zhurmës shkatërruese në robotët e vegjël mund të jenë sinjalet pulsuese. Nëse dërgoni sinjale PWM në servos ose motorë, telat mund të veprojnë si antena dhe të dërgojnë sinjale që mund të ngatërrojnë linjat tuaja të hyrjes. Për të shmangur këtë, mbani telat e hyrjes dhe daljes së mikrokontrolluesit të ndarë sa më shumë që të jetë e mundur. Gjithashtu mbani telat që mbajnë energji tek motorët larg linjave hyrëse. Teli magnet Problemi i trashësisë së telit në shumë qarqet e vogla mund të zgjidhen duke përdorur tela magnet 30-36. Kam përdorur tela 36 matës për disa projekte, por e kam parë atë si të thatë, ishte e vështirë të hiqesh dhe të përdorësh. Një kompromis i mirë është tela magnet 30 matës. Magnet i rregullt tela mund të përdoret, por unë preferoj telin magnetik të zhveshur nga nxehtësia. Ky tel ka një shtresë që mund të zhvishet thjesht duke e bashkuar me nxehtësi të mjaftueshme për të shkrirë izolimin. Duhen deri në 10 sekonda për të hequr veshjen gjatë bashkimit. Për disa përbërës delikat pajisje të tilla si bashkimi me LED ose IC, kjo mund të jetë një nxehtësi dëmtuese. Kompromisi më i mirë për mua, është përdorimi i këtij teli magnetik të zhveshur nga nxehtësia, por ta zhveshësh atë disi së pari. Unë së pari marr një thikë të mprehtë dhe e rrëshqis nëpër tela magnet për të hequr veshjen dhe pastaj e rrotulloj tela përreth derisa të zhvishet mjaft mirë rreth diametrit të tij. Pastaj bashkoj fundin e telit të zhveshur derisa të jetë i konservuar mirë. Pastaj, mund ta lidhni shpejt me çdo komponent delikat me më pak shanse për dëmtim të nxehtësisë. Saldues i hollëKur komponentët janë shumë afër njëri -tjetrit, mund të jetë e vështirë t'i lidhni ato pa u fryrë dhe shkurtuar jastëkët dhe telat e afërt. Zgjidhja më e mirë është të përdorni një hekur të salduar të rregullueshëm me majë të vogël (1/32 ") dhe lidhësin më të hollë që mund të gjeni. Saldimi standard është zakonisht.032" në diametër i cili funksionon mirë për shumicën e gjërave. Përdorimi i saldimit me diametër më të hollë.015 "ju lejon të kontrolloni me lehtësi sasinë e saldimit në fashë. Nëse përdorni sasinë më të vogël të saldimit të nevojshëm, ai jo vetëm që merr vëllimin më të vogël, por gjithashtu ju lejon të lidhni një bashkim sa më shpejt sa më shumë që të jetë e mundur. Kjo zvogëlon mundësinë e mbinxehjes dhe dëmtimit të komponentëve delikatë si IC -të dhe LED -të e montimit në sipërfaqe. Komponentët e montimit në sipërfaqe Komponentët e montimit në sipërfaqe janë të fundit në miniaturizim. Për të përdorur IC -të me madhësi SOIC, unë zakonisht përdor tela të hollë lidhës dhe magnetikë. Për të parë një pajisje mjaft të lehtë mënyra për të bërë pllaka ose qarqe të shpërthimit SOIC shikoni këtu: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm Ngjitja në përbërës në vend të ngjitjes Disa përbërës të montimit në sipërfaqe gjithashtu mund të ngjiten drejtpërdrejt në pllakat e qarkut. Ju mund të bëni ngjitësin tuaj përçues dhe përdorni për t'u ngjitur në LED dhe IC. Shih: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/Përderisa kjo funksionon, mund të jetë disi e vështirë sepse veprimi kapilar tenton të fitil c zam onductive nën sipërfaqen e LED-ve dhe komponentëve të tjerë dhe shkurtojini ato. Ngjitja në komponentët duke përdorur ngjitësin jo përcjellësKohët e fundit kam eksperimentuar me ngjitjen e përbërësve në dërrasat e qarqeve të bakrit dhe pëlhura përçuese duke përdorur zam që nuk përçon. Shihni Figurën 8 për një fotografi të një shufre drite 12 volt (të pa ndezur dhe të ndezur) duke përdorur LED të sipërfaqes që ishin ngjitur me zam jo përçues. Zbulova se nëse vendosni një film të hollë me llak të thonjve të qartë në gjurmët e bakrit dhe pastaj fiksoni fizikisht LED -in dhe e lini të thahet për 24 orë, do të mbeteni me një nyje të mirë mekanike që është përçuese elektrike. Zamja e manikyrit në mënyrë efektive zvogëlon dhe lidh kontaktet e udhëhequr me gjurmët e bakrit duke formuar një lidhje të mirë mekanike. Duhet të fiksohet për 24 orë të plota. Pas kësaj, mund ta provoni për përçueshmëri. Nëse ndizet, atëherë mund të shtoni shtresën e dytë të zamit. Për shtresën e dytë unë përdor një çimento të qartë kontakti të tillë si Welders ose Goop. Ky ngjitës më i trashë rrethon përbërësit dhe gjithashtu zvogëlohet ndërsa thahet për të siguruar një lidhje të mirë të fortë me gjurmët e bakrit. Prisni 24 orë që të thahet para se të provoni përsëri. Duke qenë i dyshimtë se sa gjatë do të zgjasë, e lashë shiritin e dritës blu LED në Pic 8 për shtatë ditë e netë. Rezistenca e qarkut në të vërtetë u ul me kalimin e kohës. Muaj më vonë, shiriti ende ndizet plotësisht pa dëshmi të rritjes së rezistencës. Duke përdorur këtë metodë, unë kam ngjitur me sukses LED-të shumë të vegjël të montuar në sipërfaqe-0805-- dhe më të mëdhenj në tabelën e veshur me bakër. Kjo teknikë tregon disa premtime në bërjen e qarqeve vërtet të vegjël, ekraneve LED dhe robotëve.

Hapi 4: Thyerja e Rregullave

Për të bërë robotë vërtet të vegjël, mund t'ju duhet të thyeni shumë nga rregullat e përmendura më lart. Për ta bërë Mr. Cube, unë thyeja rregullat e mëposhtme: 1- Kam përdorur një furnizim me energji elektrike në vend të një për motorët dhe një për mikrokontrolluesin. 2- Kam montuar mikrokontrolluesin Picaxe shumë afër një motori. vlerësohen për tërheqje të rrymës së ulët dhe i drejtuan ato me rryma shumë më të larta se sa ishin projektuar. Kjo kufizon rëndë jetën e baterive. 4- Unë i mbërtheva të gjitha telat së bashku në një hodgepodge, e cila mund të krijojë probleme të zhurmës së kundërt dhe elektrike. Unë thjesht isha me fat që nuk e bëri.5- Unë e lidhja me qark qarkun mbi robotin pa e ngrënë më parë. Kjo mund ta bëjë debugimin e qarkut shumë të vështirë. Ju mund të shkarkoni kodin e programimit Picaxe për Mr. Cube në: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txtNëse jeni të interesuar të shihni disa nga robotët e tjerë që kam ndërtuar, mund të shkoni në: https://www.inklesspress.com/robots.htmPic 9 tregon Z. Cube dhe Z. Cube dy, R-18, një robot 1/3 inç kub që kam filluar të ndërtoj. Detajet në hapin 5.

Hapi 5: Zoti Cube Dy: Bërja e një roboti 1/3 inç kub

Pasi bëra një robot një inç kub që funksionoi, më duhej të provoja diçka më të vogël. Unë jam duke synuar për një robot rreth 1/3 inç kub. Në këtë pikë, Z. Cube Two është rreth.56 "x.58" x.72 ". Ai ka një mikrokontrollues 08 Picaxe që do ta lejojë atë të lëvizë në mënyrë autonome. Fotografia 10 tregon robotin në një vizore. Fotografia 11 tregon tjetrën anën e robotit në një të katërtën. Të dy bateritë janë bateri litium cr1220 3volt dhe mbetet për t’u parë nëse do të kenë kapacitet të mjaftueshëm për të fuqizuar Picaxe dhe motorët. Mund të nevojiten më shumë bateri. isshtë një punë në progres. Pra tani të dy motorët pager funksionojnë mirë për të lëvizur dhe kthyer robotin në sipërfaqe të lëmuara. Mikrokontrolluesi Picaxe është i instaluar dhe i programuar dhe testuar. Ende për t'u shtuar janë kontrolluesi motorik SOIC L293 dhe sensori i reflektorit infra të kuqe. Kur të përfundojë, kjo do të të jetë një nga robotët më të vegjël autonom me sensorë dhe mikrokontrollues. Ndërsa ky është një robot i vogël, a ka robotë më të vegjël amatorë të programueshëm? Po vërtet. Shih: Roboti 1cc: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.html Robot Pico:

Çmimi i dytë në Konkursin Robot Instructables dhe RoboGames

Çmimi i parë në Konkursin e Librit The Instructables