Pienten robottien rakentaminen: yhden kuutiotuuman mikrosumorobotin valmistaminen ja pienempiä: 5 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:04

Tässä on joitain yksityiskohtia pienien robottien ja piirien rakentamisesta. Tämä opas kattaa myös joitain perusvinkkejä ja tekniikoita, jotka ovat hyödyllisiä kaikenkokoisten robottien rakentamisessa. Minulle yksi suurimmista elektroniikan haasteista on nähdä kuinka pieni robotti voin tehdä. Kaunis elektroniikassa on se, että komponentit vain pienenevät ja tulevat halvemmiksi ja tehokkaammiksi uskomattoman nopeasti. Kuvittele, jos autotekniikka olisi tuollaista. Valitettavasti mekaaniset järjestelmät eivät tällä hetkellä etene läheskään yhtä nopeasti kuin elektroniikka. Tämä johtaa yhteen suurimmista vaikeuksista hyvin pienten robottien rakentamisessa: yrittäessään mahtua pieneen tilaan, mekaaniseen järjestelmään, joka liikuttaa robottia. Mekaaninen järjestelmä ja akut vievät yleensä suurimman osan todella pienen robotin tilavuudesta. Kuva 1 esittää Mr. Cube R-16: n, yhden kuutiometrin mikrosumobotin, joka pystyy reagoimaan ympäristöönsä musiikkilangan viiksillä (puskuri) vaihtaa). Se voi liikkua ja tutkia pienen laatikon kehää. Sitä voidaan kauko -ohjata käyttämällä yleistä TV -infrapunakaukosäädintä, joka on määritetty Sony -televisiota varten. Sen Picaxe-mikrokontrolleri voi myös olla esiohjelmoitu reaktiomalleilla. Tiedot alkavat vaiheesta 1.

Vaihe 1: Yhden kuutiometrin robotin komponentit

Herra kuutio R-16, on kuudestoista robotti, jonka olen rakentanut. Se on yhden kuutiometrin robotti, joka mittaa 1 "x1" x1 ". Se kykenee itsenäiseen ohjelmoitavaan toimintaan tai sitä voidaan kauko -ohjata. Sen ei ole tarkoitus olla mitään kovin käytännöllistä tai erityisen hyödyllistä. Se on vain prototyyppi Se on kuitenkin hyödyllinen siinä mielessä, että pienen robotin rakentamisen avulla voit hioa miniatyrisointitaitojasi robotteja ja muita pieniä piirejä varten. kestää kaksi kertaa kauemmin kuin normaalisti saman piirin rakentaminen suurempaan tilaan. Kaikenlaisia puristimia tarvitaan pienten komponenttien ja johtojen pitämiseksi paikallaan juottamisen tai liimaamisen aikana. Kirkas työvalo ja hyvä suurentava kuuloke tai Kiinteä suurennuslasi on pakollinen. Pienet moottoritOsoittautuu, että yksi suurimmista esteistä todella pienien robottien tekemiselle on vaadittu vaihteisto. Ohjauselektroniikka (mikro -ohjaimet) vain pienenee. g riittävän pienet matalan kierrosluvun vaihteistomoottorit eivät ole niin helppoja. Mr. Cube käyttää pieniä hakulaitteita, joiden suhde on 25: 1. Tällä vaihdolla robotti on nopeampi kuin haluaisin ja hieman nykivä. Jotta tila mahtuisi, moottorit oli siirrettävä siten, että yksi pyörä oli enemmän eteenpäin kuin toinen. Siitä huolimatta se liikkuu eteenpäin, taaksepäin ja kääntyy hyvin. Moottorit johdotettiin kiinnityslevyyn 24 -mittaisella langalla, joka juotettiin ja liimattiin sitten kosketussementillä. Robotin takaosassa 4-40-kokoinen nailonpultti ruuvattiin alareunan alla olevaan kierteiseen reikään. Tämä sileä muovinen pulttipää toimii pyöränä tasapainottamaan robottia. Näet sen kuvan 4 oikeassa alakulmassa. Tämä antaa noin 1/32 tuuman pyöränvälyksen robotin pohjalle. Pyörien asentamiseksi moottoriin asennetut 3/16 "muoviset hihnapyörät käynnistettiin ja sitten, kun ne kehruivat, hiottiin oikeaan halkaisijaan. Sitten ne työnnettiin reikään metallilevyyn, joka mahtui nailonlevyn sisään, ja kaikki epoksoitiin yhdessä. Pyörä päällystettiin sitten kahdella kerroksella nestemäistä teippikumia, jotta se tarttui pitoon. Käytetyt vaihdemoottorit tarvitsevat melko suuria virtauksia (90-115 mA) toimiakseen. Tuloksena on pieni robotti, joka syö paristoja aamiaiseksi. Parasta mitä löysin tuolloin, olivat 3-LM44-litium-nappiparistot. Tämän tyyppisten hyvin pienten robottien akunkesto on niin lyhyt (muutama minuutti), että he eivät yleensä pysty tekemään mitään käytännönläheistä. Siellä oli tilaa vain kolmelle 1,5 voltin paristolle, joten ne päätyivät virtaamaan sekä moottoreihin että Picaxe -ohjaimeen. Pienet tasavirtamoottorit voivat aiheuttaa sähköistä kohinaa, yksi virtalähde kaikkeen, ei yleensä ole hyvä idea. Mutta toistaiseksi se toimii hyvin. Tämän yhden tuuman robotin tila oli niin tiukka, että 28 -mittaisen langan eristyksen paksuus (nauhakaapelista) osoittautui ongelmaksi. Pystyin tuskin laittamaan robotin kaksi puoliskoa yhteen. Arvioin, että noin 85% robotin tilavuudesta on täynnä komponentteja. Robotti oli niin pieni, että jopa virtakytkin oli ongelmallinen. Lopulta voin korvata raa'at viikset infrapuna -antureilla. Minulla on kirjaimellisesti loppunut helppokäyttöinen tila, joten kaiken muun asentaminen ilman pintakiinnitystekniikkaa olisi mielenkiintoinen haaste, ja haluan käyttää simpukkarakennetta todella pienille roboteille. Katso kuva 2. Tämä koostuu kahdesta puolikkaasta, jotka kytkeytyvät yhteen. 1 "nauhojen otsikoiden ja pistorasioiden kanssa. Tämä mahdollistaa helpon pääsyn kaikkiin komponentteihin, mikä helpottaa piirien virheenkorjausta tai muutoksia. Kuva 3 näyttää joidenkin MATERIALS2 GM15 Gear Motors- 25: 1 6mm Planetary Gear Pager -moottori: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Picaxe-mikrokontrolleri saatavana osoitteesta https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 moottorinohjain DIP IC: https://www.mouser.com.mouser.com3 LM44 1,5 V. Litium-nappiparistot: https://www.mouser.comPieni sininen on-off-kytkin: https://www.jameco.comOhut juote-.015 "kolofoniydinjuotos: https:// www.mouser.comVastukset ja 150 uf: n tantaalikondensaattori. _BOARD, _LINE_PATTERN_.html Performix (tm) nestemäinen teippi, musta-saatavana Wal-Martista tai

Vaihe 2: Yhden kuutiotuuman robotin piiri

Kuva 4 esittää 18x Picaxe -mikro -ohjaimen ja L293 -moottorinohjaimen sijainnin, jotka ovat robotin pääpiirejä. Rakennushetkellä en voinut saada Picaxen tai L293: n pinta -asennusversioita. Pinta -asennettavien mikropiirien käyttäminen jättäisi varmasti enemmän tilaa lisäpiireille ja antureille. 18x Picaxe Microcontoller Vaikka niillä on vähemmän muistia eivätkä ne ole yhtä nopeita kuin PicMicros, Arduino, Basic Stamp tai muut mikro -ohjaimet, ne ovat riittävän nopeita useimmille pienille kokeellisille roboteille. Useita niistä voidaan helposti yhdistää toisiinsa, kun tarvitaan enemmän nopeutta tai muistia. He ovat myös hyvin anteeksiantavia. Olen juottanut ne suoraan, oikosuljellut ja ylikuormittanut niiden tuotoksia, enkä ole vielä polttanut yhtä. Koska ne voidaan ohjelmoida BASIC -ohjelmointikielellä, ne on myös helpompi ohjelmoida kuin useimmat mikro -ohjaimet. Jos haluat rakentaa todella pienen, 08M- ja 18x Picaxe -ohjaimet ovat saatavana pinta-asennettuna (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). Näet joitakin projekteja, joita voit tehdä Picaxe -mikrokontrollereilla, katsomalla: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm L293 -moottorinohjain L293 -moottorinohjain on erinomainen tapa ohjata kahta moottoria missä tahansa pienessä robotissa. Mikro -ohjaimen neljä lähtötapaa voivat ohjata kahden moottorin tehoa: eteenpäin, taaksepäin tai pois päältä. Moottorien teho voidaan jopa pulssoida (PWM-pulssileveysmodulaatio) niiden nopeuden säätämiseksi. Tämä tarkoittaa yksinkertaisesti sitä, että IC on käännetty ylösalaisin ja ohuet langat on juotettu suoraan taittuneisiin tai lyhyiksi leikattuihin nastoihin. Se voidaan liimata piirilevylle tai asentaa mihin tahansa vapaaseen tilaan. Tässä tapauksessa, kun L293 oli juotettu ja testattu, päällystin sen kahdella kerroksella aina kätevää nestemäistä teippikumia varmistaakseni, ettei mikään oikosulje, kun se ahdistettiin käytettävissä olevaan tilaan. Voidaan käyttää myös kirkasta kosketussementtiä. Erittäin hyvä esimerkki piirien rakentamisesta kuolleen vian tyyliin on täällä: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/ lisäämällä pieniä alligaattorileikkeitä perfboardiin, joka auttaa pienten johtojen juottamisessa IC -laitteisiin kuolleen vian tyyliin. kuvassa 6 on kaavio Mr. Cube -robotista. alla oleva inch-robot-sm.wmv -linkki, joka näyttää robotin noin 30% huippunopeudesta, jota on vähennetty moottorien pulssileveysmodulaatiolla.

Vaihe 3: Robotin rakentamisen vinkkejä ja temppuja

Kun olen rakentanut 18 robottia, tässä on joitain asioita, jotka olen oppinut kovalla tavalla Erilliset virtalähteet Jos sinulla on tilaa, säästät paljon vaivaa, jos käytät erillisiä virtalähteitä mikrokontrollerille ja sen piireille ja moottoreille. Vaihteleva jännite ja sähkömelut, joita moottorit tuottavat, voivat tuhota mikrokontrollerin ja anturitulot, jolloin robotin vastaukset ovat hyvin epäjohdonmukaisia. Osat ovat harvoin viallisia tai viallisia. Jos suunnittelusi on pätevä ja piiri ei toimi, se on lähes aina virhe johdotuksessa. Lisätietoja nopeiden piirien prototyyppien tekemisestä on täällä: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm Asen sitten kaikki moottorit ja anturit robotin runkoon ja ohjelmoin mikro -ohjaimen ohjaamaan niitä. Vasta kun kaikki toimii hyvin, yritän tehdä piiristä pysyvän juotetun version. Sitten testaan tätä, kun se on vielä erillään robotin rungosta. Jos tämä toimii, asennan sen pysyvästi robottiin. Jos se lakkaa toimimasta, se johtuu usein meluongelmista. Meluongelmat Yksi suurimmista ongelmista, joita olen kohdannut, on sähköinen melu, joka tekee piiristä hyödyttömän. Tämä johtuu usein tasavirtamoottoreista peräisin olevasta sähköisestä tai magneettisesta kohinasta. Tämä melu voi hukuttaa anturitulot ja jopa mikro -ohjaimen. Tämän ratkaisemiseksi voit varmistaa, että moottorit ja niihin johtavat johdot eivät ole lähellä mikrokontrolleriisi meneviä tulolinjoja. Kuvassa 7 on Sparky, R-12, tekemäni robotti, joka käyttää perusleimaa 2 mikro-ohjaimena. Testasin sitä ensin pääpiirilevyllä pois robotista ja perusohjelmoinnin jälkeen kaikki toimi hyvin. Kun asensin sen suoraan moottorien yläpuolelle, se meni hulluksi ja oli täysin epäjohdonmukainen. Yritin lisätä maadoitettua kuparipinnoitettua levyä moottorien ja piirin väliin, mutta sillä ei ollut väliä. Lopulta minun piti fyysisesti nostaa virtapiiriä 3/4 "(katso sinisiä nuolia) ennen kuin robotti toimi jälleen. Toinen yleinen tuhoisan melun lähde pienissä roboteissa voi olla sykkiviä signaaleja. Jos lähetät PWM -signaaleja servoille tai moottoreille, johdot voi toimia kuin antennit ja lähettää signaaleja, jotka voivat sekoittaa tulojohtosi. Vältä tämä pitämällä mikro -ohjaimen tulo- ja lähtöjohdot erillään mahdollisimman paljon. Pidä myös moottorille virtaa johtavat johdot kaukana tulolinjoista. pienet piirit voidaan ratkaista käyttämällä 30-36 gauge magneettilankaa. Olen käyttänyt 36 gauge-johtoa joihinkin projekteihin, mutta havaitsin sen niin viisaaksi, sitä oli vaikea riisua ja käyttää. Hyvä kompromissi on 30-kokoinen magneettilanka. Säännöllinen magneetti lankaa voidaan käyttää, mutta pidän parempana lämpöä poistavaa magneettilankaa. Tässä langassa on pinnoite, joka voidaan irrottaa pelkästään juottamalla se riittävällä lämmöllä eristeen sulamiseksi. Pinnoitteen kuoriminen kestää jopa 10 sekuntia juottamisen aikana. herkkä komponentti kuten juottaminen LEDeihin tai IC -laitteisiin, tämä voi olla haitallista lämpöä. Minulle paras kompromissi on käyttää tätä lämpöä poistavaa magneettilankaa, mutta kuori se ensin hieman. Otan ensin terävän veitsen ja liu'utan sitä magneettilangan poikki, jotta päällyste irtoaa ja pyöritän sitten lankaa ympäri, kunnes se on riisuttu melko hyvin halkaisijansa ympärille. Sitten juotan irrotetun langan pään, kunnes se on hyvin tinattu. Sitten voit juottaa sen nopeasti mihin tahansa herkkiin komponentteihin, joilla on vähemmän lämpövaurioiden mahdollisuutta. Paras ratkaisu on käyttää pientä kärjellä säädettävää lämpöjuotosrautaa (1/32 ") ja ohuinta juottoa. Vakiojuotos on yleensä halkaisijaltaan.032", joka toimii hyvin useimmissa asioissa. Ohuemman, halkaisijaltaan 0,15 tuuman juotteen avulla voit helposti hallita liitoksen juotosmäärää. Jos käytät pienintä tarvittavaa juotosmäärää, se ei ainoastaan vie pienintä tilavuutta, vaan mahdollistaa myös juotoksen sauman nopeasti Tämä vähentää mahdollisuutta ylikuumentua ja vahingoittaa herkkiä komponentteja, kuten IC -laitteita ja pinta -asennettavia LED -valoja. tapa tehdä SOIC -katkaisulevyjä tai -piirejä, katso täältä: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htmKomponenttien liimaaminen juottamisen sijaan Jotkut pinta -asennuskomponentit voidaan liimata myös suoraan piirilevyihin. Voit tehdä oman johtavan liiman ja käyttää Liimaa LED-valot ja IC-laitteet. sydän c onduktiivinen liima pinta-asennettavien LED-valojen ja muiden komponenttien alle ja oikosulje ne. Komponenttien liimaaminen johtamattomalla liimalla Olen äskettäin kokeillut komponenttien liimaamista kuparipiirilevyille ja johtaville kankaille käyttämällä liimaa, joka ei johda. Katso kuva 8 12 voltin valopalkki (valaisematon ja palava) käyttäen pinta-asennettavia LED-valoja, jotka on liimattu johtamattomalla liimalla. Huomasin, että jos laitat ohuen kalvon kirkasta kynsilakkaa kuparijälkien päälle ja kiinnität sitten fyysisesti LED -valon ja annat sen kuivua 24 tuntia, sinulla on hyvä mekaaninen liitos, joka johtaa sähköä. Kynsilakan liima kutistuu tehokkaasti ja kiinnittää led -koskettimet kuparijälkiin muodostaen hyvän mekaanisen liitoksen. Se on kiristettävä koko 24 tunnin ajaksi. Sen jälkeen voit testata sen johtavuuden. Jos se syttyy, voit lisätä toisen kerroksen liimaa. Toisessa kerroksessa käytän kirkasta kosketussementtiä, kuten hitsauslaitteita tai Goopia. Tämä paksumpi liima ympäröi komponentteja ja myös kutistuu kuivuessaan varmistaakseen hyvän kiinteän yhteyden kuparijälkiin. Odota 24 tuntia, ennen kuin se kuivuu, ennen kuin testaat uudelleen. Piirin vastus todella pieneni ajan myötä. Kuukautta myöhemmin palkki syttyy edelleen täysin ilman todisteita lisääntyneestä vastuksesta. Tällä menetelmällä olen onnistuneesti liimaillut hyvin pieniä pinta-asennettavia LED-valoja, joiden koko on 0805-- ja suurempia kuparipinnoitetulle parketille. Tämä tekniikka osoittaa jonkin verran lupausta tehdä todella pieniä piirejä, LED -näyttöjä ja robotteja.

Vaihe 4: Sääntöjen rikkominen

Jos haluat tehdä todella pieniä robotteja, sinun on ehkä rikottava monia edellä mainittuja sääntöjä. Herra Cuben valmistamiseksi rikkoin seuraavia sääntöjä: 1- Käytin yhtä virtalähdettä moottorin ja yhden mikrokontrollerin sijasta. 2- Asensin Picaxe-mikrokontrollerin hyvin lähelle moottoria. 3- Käytin paristoja on mitoitettu pienelle virrankulutukselle ja käytti niitä paljon suuremmilla virroilla kuin ne oli suunniteltu. Tämä rajoittaa vakavasti paristojen käyttöikää. Olin yksinkertaisesti onnekas, ettei niin käynyt. Tämä voi tehdä piirin virheenkorjauksesta erittäin vaikeaa. Voit ladata Mr. Cuben Picaxe-ohjelmointikoodin osoitteesta: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt Jos olet kiinnostunut näkemään joitain muita rakentamiani robotteja, voit siirtyä osoitteeseen: https://www.inklesspress.com/robots.htmKuvassa 9 esitetään Mr. Cube ja Mr. Cube two, R-18, 1/3 kuutiometrin robotti, jonka olen alkanut rakentaa. Tiedot vaiheessa 5.

Vaihe 5: Mr. Cube Two: 1/3 kuutiometrin robotin valmistus

Kun olin tehnyt yhden kuutiometrin robotin, joka toimi, minun piti kokeilla jotain pienempää. Tavoitteeni on noin 1/3 kuutiometrin robotti. Tässä vaiheessa Mr. Cube Two on noin.56 "x.58" x.72 ". Siinä on 08 Picaxe -mikrokontrolleri, jonka avulla se voi liikkua itsenäisesti. Kuvassa 10 näkyy robotti viivoitimella. Kuva 11 esittää toista Molemmat paristot ovat cr1220 3 voltin litiumparistoja, ja jää nähtäväksi, riittääkö niille riittävästi kapasiteettia Picaxen ja moottoreiden syöttämiseen. Lisää paristoja saatetaan tarvita. Kaksi hakulaitemoottoria toimivat hienosti robotin siirtämiseksi ja kääntämiseksi tasaisilla pinnoilla. Picaxe -mikrokontrolleri on asennettu ja se on ohjelmoitu ja testattu. Vielä on lisättävä SOIC L293 -moottorisäädin ja infrapunaheijastin -anturi. olla yksi pienimmistä itsenäisistä roboteista, joissa on antureita ja mikro -ohjain. Vaikka tämä on pieni robotti, onko olemassa pienempiä ohjelmoitavia amatöörirobotteja? Kyllä. Katso: 1cc robotti: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico Robot:

Toinen palkinto Instructables- ja RoboGames -robottikilpailussa

Ensimmäinen palkinto Instructables -kirjakilpailussa