Kis robotok építése: Egy köbméteres Micro-Sumo robot készítése és kisebb: 5 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:44

Íme néhány részlet az apró robotok és áramkörök építéséről. Ez az útmutató néhány alapvető tippet és technikát is tartalmaz, amelyek hasznosak bármilyen méretű robotok építésében. Számomra az elektronika egyik nagy kihívása, hogy lássam, milyen kicsi robotot tudok készíteni. Az elektronika szépsége az, hogy az alkatrészek egyre kisebbek, olcsóbbak és hatékonyabbak, hihetetlenül gyors ütemben. Képzeld el, ha az autótechnika ilyen lenne. Sajnos a mechanikus rendszerek jelenleg nem olyan gyorsan fejlődnek, mint az elektronika. Ez az egyik fő nehézséghez vezet a nagyon kicsi robotok építésénél: egy kis helyre való beilleszkedésre, a robotot mozgató mechanikus rendszerre. A mechanikus rendszer és az akkumulátorok általában elfoglalják egy igazán kicsi robot térfogatának nagy részét. A 1. képen a Mr. Cube R-16 látható, egy köbcentis mikro-sumo robot, amely képes zenei vezetékes bajusszal reagálni a környezetére (lökhárító) kapcsoló). Képes mozogni és felfedezni egy kis doboz kerületét. Távirányítható egy univerzális TV -infravörös távirányítóval, amely Sony TV -hez van beállítva. Picaxe mikrovezérlője is előre programozott lehet reakciómintákkal. A részletek az 1. lépésben kezdődnek.

1. lépés: Egy köbméteres robot összetevői

Mr Cube R-16, a tizenhatodik robot, amit építettem. Ez egy egy köbcentis robot, amelynek mérete 1 "x1" x1 ". Képes önállóan programozható viselkedésre, vagy távirányítható. Nem célja, hogy valami nagyon praktikus vagy különösen hasznos legyen. Ez csak egy prototípus Mindazonáltal hasznos abban az értelemben, hogy egy apró robot építése lehetővé teszi a robotok és egyéb kis áramkörök miniatürizálási készségeinek finomítását. Kis robotok és áramkörök építése kétszer annyi időbe telik, mint amennyi általában ugyanannak az áramkörnek a létrehozásához szükséges egy nagyobb térben. Mindenféle bilincsre van szükség ahhoz, hogy a kis alkatrészeket és vezetékeket a helyükön tartsuk forrasztás vagy ragasztás közben. Fényes munkalámpa és jó nagyító headset vagy A fix nagyító elengedhetetlen. Kis motorok g az alacsony fordulatszámú hajtóműves motorok, amelyek elég kicsiek, nem olyan egyszerűek. Mr. Cube apró személyhívó motorokat használ, amelyek 25: 1 arányúak. Ennél a sebességfokozatnál a robot gyorsabb, mint szeretném, és kissé rángatózó. Ahhoz, hogy illeszkedjen a helyhez, a motorokat úgy kellett eltolni, hogy az egyik kerék jobban előre, mint a másik. Ezzel együtt is előre, hátra és jól fordul. A motorokat 24 méteres huzallal kötötték össze a perforációs táblával, majd forrasztották, majd kontaktcementtel ragasztották. A robot hátulján egy 4-40 méretű nejloncsavart csavaroztak be az alsó áramköri lap alatt lévő csapba. Ez a sima műanyag csavarfej görgőként működik a robot kiegyensúlyozásához. Látható a 4. kép jobb alsó sarkában. Ez körülbelül 1/32 "-os távolságot biztosít a robot alján. A kerekek felszereléséhez a motorokra szerelt 3/16" műanyag szíjtárcsák be voltak kapcsolva, és majd fonás közben a megfelelő átmérőjűre csiszolták. Ezután behelyezték őket egy fém alátét lyukába, amely illeszkedik a nejlon alátétbe, és mindent epoxáltak. A kereket ezután két réteg folyékony szalaggumi borította, hogy tapadást biztosítson. Az alkalmazott hajtómotorok működéséhez meglehetősen nagy (90-115 mA) áram szükséges. Ennek eredményeként egy kicsi robotot kap, amely elemeket eszik reggelire. A legjobb, amit akkoriban találtam, a 3-LM44 lítium gombelemek voltak. Az ilyen típusú nagyon kis robotok akkumulátorának élettartama olyan rövid (néhány perc), hogy általában semmit sem tudnak tenni a gyakorlatban. Csak három 1,5 V -os elem fér el, így végül a motorokat és a Picaxe vezérlőt is táplálták. A kis egyenáramú motorok által keltett elektromos zaj miatt egy tápegység mindenre általában nem jó ötlet. De eddig jól működik. Ebben az egy hüvelykes robotban a hely annyira szűk volt, hogy a 28 -as vezetékhőszigetelés vastagsága (szalagkábelből) problémát jelentett. Alig tudtam összerakni a robot két felét. Becsléseim szerint a robot térfogatának körülbelül 85% -a komponensekkel van feltöltve. A robot olyan kicsi volt, hogy még a ki-be kapcsoló is problémás volt. Végül a nyers bajuszt infravörös érzékelőkkel helyettesíthetem. Szó szerint kifogytam az egyszerűen használható helyből, így bármi más felszerelése a felületszerelési technológia igénybevétele nélkül érdekes kihívás lenne. Szeretem a kagylószerkezetet használni az igazán kis robotok számára. Lásd a 2. ábrát. Ez két félből áll, amelyek összekapcsolhatók.1 "-os szalagfejjel és foglalatokkal. Ez könnyű hozzáférést biztosít az összes alkatrészhez, megkönnyítve az áramkörök hibakeresését vagy a változtatásokat. A 3. kép mutatja néhány Anyagok 2 GM15 fogaskerékmotorok- 25: 1 6 mm-es bolygókerekes hajtóműves motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x A Picaxe mikrokontroller a következő címen érhető el: ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 motorvezérlő DIP IC: https://www.mouser.com.mouser.com3 LM44 1,5V. Lítium gombelemek: https://www.mouser.comKicsi kék be-kikapcsoló: https://www.jameco.com Vékony forrasztó.015 "gyanta magforraszt: https:// www.mouser.com Ellenállások és 150 uf-os tantál kondenzátor. 1 hüvelykes üvegszálas réz nyomkövető perforált lemez: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.html Performix (tm) folyékony szalag, fekete-kapható a Wal-Mart-ban vagy a

2. lépés: Egy köbméteres robot áramköre

A 4. kép a 18x Picaxe mikrokontroller és az L293 motorvezérlő helyét mutatja, amelyek a robot fő áramkörei. Az építés idején nem tudtam beszerezni a Picaxe vagy az L293 felületre szerelhető változatát. A felületre szerelt IC -k használata minden bizonnyal több teret hagyna további áramköröknek és érzékelőknek. 18x Picaxe Microcontoller Bár kevesebb memóriájuk van, és nem olyan gyorsak, mint a PicMicros, Arduino, Basic Stamp vagy más mikrokontrollerek, elég gyorsak a legtöbb kis kísérleti robot számára. Több közülük könnyen összekapcsolható, ha nagyobb sebességre vagy memóriára van szükség. Ők is nagyon elnézőek. Közvetlenül forrasztottam őket, rövidre zártam és túlterheltem a kimenetüket, és még egyet nem kellett elégetnem. Mivel a BASIC programozási nyelven programozhatók, könnyebben programozhatók, mint a legtöbb mikrokontroller. Ha igazán kicsiket szeretne építeni, akkor a 08M és 18x Picaxe vezérlők felületre szerelhető formában kaphatók (SOIC-Small Outline integrált áramkörök). Ha meg szeretné tekinteni a Picaxe mikrokontrollerekkel megvalósítható projektek némelyikét, tekintse meg a következő címet: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 Motorvezérlő Az L293 motorvezérlő kiváló módja két motor vezérlésének minden kis robotban. A mikrokontroller négy kimeneti csapja két motor teljesítményét szabályozhatja: előre, hátra vagy ki. A motorok áramellátása akár impulzusokkal is szabályozható (PWM-impulzusszélesség-moduláció) a sebességük szabályozására. Halálhiba-stílus Nem volt hely a perforációs táblákon az L293-as vezérlő felszerelésére, ezért a telepítést holthiba-technikával végezték. Ez egyszerűen azt jelenti, hogy az IC -t fejjel lefelé fordítják, és a vékony huzalokat közvetlenül a hajlított vagy rövidre vágott csapokhoz forrasztják. Ezután ragasztható egy áramköri lapra, vagy felszerelhető bármely rendelkezésre álló helyre. Ebben az esetben, miután az L293 -at forrasztottuk és teszteltük, két rétegben bevontam a valaha kézre álló Liquid Tape gumiból, hogy biztosak legyünk abban, hogy semmi sem zárul ki, amikor a rendelkezésre álló helyre zsúfolták. Tiszta érintkező cement is használható. Az áramkörök kiépítésének nagyon jó példájához lásd a következő oldalt: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/ apró aligátor klipek hozzáadásával a perfboardhoz, hogy segítsen kis vezetékeket forrasztani az IC -khez a dead bug stílusban. A 6. kép a Mr. Cube robot sematikus ábráját mutatja. A Cube videóról egy rövid programozott sorozatot láthat, ha rákattint az alábbi inch-robot-sm.wmv linken. Ez mutatja a robotot a végsebesség mintegy 30% -ánál, amelyet a motorok impulzusszélesség-modulációjával csökkentettek.

3. lépés: Tippek és trükkök a robotépítéshez

18 robot építése után itt van néhány dolog, amit keményen megtanultam. Külön tápegységek Ha van hely, sok bajtól kímélheti meg magát, ha külön tápegységeket használ a mikrovezérlőhöz, annak áramköreihez és a motorokhoz. A motorok által keltett ingadozó feszültség és elektromos zaj pusztítást okozhat a mikrokontroller és az érzékelő bemeneteivel, így nagyon inkonzisztens válaszokat adhat robotjában. Az alkatrészek ritkán tönkremennek vagy hibásak. Ha a tervezése érvényes, és az áramkör nem működik, akkor szinte mindig hiba van a vezetékezésben. A gyorsáramú prototípus -készítésről további információt itt talál: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm Ezután szerelje fel az összes motort és érzékelőt a robot testére, és programozza be a mikrokontrollert azok vezérlésére. Csak miután minden jól működik, megpróbálok állandó forrasztott verziót készíteni az áramkörről. Ezt követően tesztelem, amikor még el van különítve a robot testétől. Ha ez működik, akkor véglegesen rögzítem a robotra. Ha nem működik, gyakran a zajproblémák a hibák. Zajproblémák Az egyik legnagyobb probléma, amellyel találkoztam, az elektromos zaj, amely használhatatlanná teszi az áramkört. Ezt gyakran az egyenáramú motorokból származó elektromos vagy mágneses zaj okozza. Ez a zaj túlterhelheti az érzékelő bemeneteit és még a mikrokontrollert is. Ennek megoldásához győződjön meg arról, hogy a motorok és a hozzájuk tartozó vezetékek nincsenek közel a mikrovezérlőhöz vezető bemeneti vezetékekhez. A 7. képen Sparky, R-12, az általam készített robot látható, amely alapvető Stamp 2-et használ mikrokontrollerként. Először a fő áramkörrel teszteltem a robottól távol, és az alapvető programozás elvégzése után minden rendben működött. Amikor közvetlenül a motorok fölé szereltem, megőrült és teljesen következetlen volt. Próbáltam földelt rézbe burkolt táblát hozzáadni a motorok és az áramkör közé, de ez nem tett különbséget. Végül fizikailag fel kellett emelnem az áramkört 3/4 "(lásd a kék nyilakat), mielőtt a robot újra működni kezd. A kis robotokban a pusztító zaj másik gyakori forrása lehet a lüktető jelek. Ha PWM jeleket küld szervókhoz vagy motorokhoz, a vezetékek antennaként viselkedhet, és jeleket küldhet, amelyek megzavarhatják a bemeneti vonalakat. Ennek elkerülése érdekében tartsa a mikrovezérlő bemeneti és kimeneti vezetékét a lehető legnagyobb mértékben szétválasztva. A motorokat tápláló vezetékeket is tartsa távol a bemeneti vezetékektől. Mágneshuzal A huzalvastagság problémája kis áramkörök megoldhatók 30-36-os mágneshuzal használatával. Néhány projekthez 36-os vezetéket használtam, de annyira bölcsnek találtam, nehéz volt lecsupaszítani és használni. A jó kompromisszum a 30-as mágneses huzal. huzal használható, de én inkább a hőlehúzható mágneshuzalt preferálom. Ennek a huzalnak olyan bevonata van, amelyet le lehet csupaszítani, ha egyszerűen forrasztjuk fel annyi hővel, hogy elolvadjon a szigetelés. A bevonat lecsupaszítása forrasztás közben akár 10 másodpercig is eltarthat. finom összetevők mint például a LED -ekhez vagy IC -khez való forrasztás, ez káros hőt okozhat. Számomra a legjobb kompromisszum az, hogy ezt a hővel lehúzható mágneshuzalt használom, de először csupaszítsuk le. Először fogok egy éles kést, és átcsúsztatom a mágneshuzalon, hogy lehulljon a bevonatról, majd addig forgatom a drótot, amíg az átmérője körül elég jól le nem csípődik. Ezután forrasztom a lecsupaszított huzalvéget, amíg jól meg nem ónodik. Ezután gyorsan felforraszthatja bármely kényes alkatrészre, kevesebb hőveszteséggel. Vékony forrasztás Amikor az alkatrészek nagyon közel vannak egymáshoz, nehéz lehet őket forrasztani anélkül, hogy eltömődne és rövidre zárná a közeli párnákat és vezetékeket. A legjobb megoldás egy kicsi hegyes állítható hőforrasztópáka (1/32 ") és a legvékonyabb forrasztópáka használata. A normál forrasztás általában.032" átmérőjű, ami a legtöbb dologhoz jól működik. A vékonyabb, 0,15 "átmérőjű forrasztó használata lehetővé teszi a kötésen lévő forraszanyag mennyiségének egyszerű szabályozását. Ha a lehető legkisebb mennyiségű forrasztást használja, nemcsak a legkisebb térfogatot veszi fel, hanem lehetővé teszi a kötés olyan gyors forrasztását is Ez csökkenti a túlmelegedés és a kényes alkatrészek, például az IC -k és a felületre szerelt LED -ek károsodásának esélyét. Felületre szerelhető alkatrészek A felületre szerelhető alkatrészek a legjobbak a miniatürizálás során. A SOIC méretű IC -k használatához általában vékony forrasztó- és mágnesdrótot használok. a SOIC megszakító táblák vagy áramkörök elkészítésének módját lásd itt: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htmAlkatrészek ragasztása forrasztás helyett Egyes felületre szerelhető alkatrészek közvetlenül ragaszthatók az áramköri lapokra is. Készíthet saját vezető ragasztót és használhat LED-eket és IC-ket ragasztani. Lásd: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/Míg ez működik, némileg nehéz lehet, mert hajlamos a hajszálerekre kanóc a c onduktív ragasztó a felületi LED-ek és egyéb alkatrészek alá, és rövidítse fel őket. Alkatrészek ragasztása nem vezetőképes ragasztóval Nemrégiben kísérleteztem az alkatrészek ragasztásával a réz áramköri lapokra és a vezető szövetekre, nem vezető ragasztóval. Lásd a 8. ábrát. 12 voltos fénysáv (nem világít és nem világít) felületszerelhető LED-ekkel, amelyeket nem vezető ragasztóval ragasztottak fel. Felfedeztem, hogy ha egy vékony fólia tiszta körömlakkot tesz a réznyomokra, majd fizikailag rögzíti a LED -et, és hagyja száradni 24 órán keresztül, akkor jó mechanikai kötés marad, amely elektromosan vezet. A körömlakk ragasztó hatékonyan zsugorítja és rögzíti a vezetett érintkezőket a réznyomokhoz, jó mechanikai kapcsolatot teremtve. 24 órán keresztül rögzíteni kell. Ezt követően tesztelheti a vezetőképességét. Ha világít, akkor hozzáadhatja a második réteg ragasztót. A második réteghez tiszta érintkező cementet használok, például hegesztőket vagy Goop -ot. Ez a vastagabb ragasztó körülveszi az alkatrészeket, és száradva is zsugorodik, hogy biztonságosan biztosítsa a jó szilárd kapcsolatot a réznyomokkal. Várjon 24 órát, amíg megszárad, mielőtt újra tesztelné. Kétségbe vonva, hogy mennyi ideig tart, hét nap és éjszaka bekapcsolva hagytam a kék LED fénysávot a 8. képen. Az áramkör ellenállása idővel valóban csökkent. Hónapokkal később a sáv még mindig világít, és nincs jele a megnövekedett ellenállásnak. Ezzel a módszerrel sikeresen ragasztottam nagyon kicsi-0805-méretű felületre szerelt LED-eket rézbevonatú perforált lemezre. Ez a technika ígéretet mutat az igazán kis áramkörök, LED -kijelzők és robotok készítésében.

4. lépés: A szabályok megszegése

Ahhoz, hogy igazán apró robotokat készítsen, előfordulhat, hogy meg kell szegnie a fent említett szabályokat. A Mr. Cube elkészítéséhez a következő szabályokat szegtem meg: 1- Egyetlen tápegységet használtam a motorok és a mikrovezérlő helyett. 2- A Picaxe mikrokontrollert a motorhoz nagyon közel szereltem fel. gyenge áramfelvételre vannak méretezve, és jóval nagyobb áramokon működtették őket, mint amire tervezték. Ez jelentősen korlátozza az elemek élettartamát. Egyszerűen szerencsém volt, hogy nem. 5- Az elektromos áramkört bekötöttem a robotba anélkül, hogy először kenyérpadra helyeztem volna. Ez nagyon megnehezítheti az áramkör hibakeresését. A Cica Picaxe programozási kódját innen töltheti le: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt, a következő címen tekintheti meg: https://www.inklesspress.com/robots.htm A 9. képen látható Mr. Cube és Mr. Cube two, R-18, egy 1/3 köbcentis robot, amelyet elkezdtem építeni. Részletek az 5. lépésben.

5. lépés: Második kocka: 1/3 köbméter robot készítése

Miután egy köbcentis robotot készítettem, amely működött, valami kisebbet kellett kipróbálnom. Célom egy 1/3 köbméter körüli robot. Ezen a ponton Mr. Cube Two körülbelül.56 "x.58" x.72 ". 08 -as Picaxe mikrokontrollerrel rendelkezik, amely lehetővé teszi az önálló mozgást. A 10. képen a robot látható egy vonalzón. A 11. képen a másik látható A két akkumulátor a cr1220 3 voltos lítium akkumulátorok, és még meg kell vizsgálni, hogy elegendő kapacitásuk lesz -e a Picaxe és a motorok táplálásához. További elemekre lehet szükség. Folyamatban lévő munka. messze a két személyhívó motor jól működik, hogy mozgassa és forgassa a robotot sima felületeken. A Picaxe mikrokontroller telepítve van, és be van programozva és tesztelve. Még hozzá kell adni a SOIC L293 motorvezérlőt és az infravörös fényvisszaverő érzékelőt. Ha kész, ez legyen az egyik legkisebb autonóm robot, amely érzékelőkkel és mikrokontrollerrel rendelkezik. Bár ez egy apró robot, vannak -e kisebb, amatőr robotok, amelyek programozhatók? Igen, valóban. Lásd: 1 cm3 -es robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico Robot:

Második díj az Instructables és RoboGames robotversenyen

Első díj az Instructables könyvpályázaton