Rakenna hyvin pieni robotti: Tee maailman pienimmästä pyörillä varustettu robotti tarttumalla: 9 vaihetta (kuvilla)

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

Rakenna 1/20 kuutiometrin robotti, jossa on tarttuja, joka voi poimia ja siirtää pieniä esineitä. Sitä ohjaa Picaxe -mikrokontrolleri. Uskon, että tällä hetkellä tämä voi olla maailman pienin pyörillä varustettu robotti, jossa on tarttuja. Se epäilemättä muuttuu huomenna tai ensi viikolla, kun joku rakentaa jotain pienempää.

Pääongelma todella pienten robottien rakentamisessa on pienimpien moottoreiden ja akkujen suhteellisen suuri koko. Ne vievät suurimman osan mikrobotin tilavuudesta. Kokeilen tapoja tehdä lopulta todella mikroskooppisia robotteja. Välivaiheena tein tässä ohjeessa kuvatut kolme pientä robottia ja ohjaimen. Uskon, että muutoksilla nämä konseptirobottien todisteet voitaisiin pienentää mikroskooppiseen kokoon. Vuosien rakentamisen jälkeen pieniä robotteja (katso täältä: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/), päätin ainoan tavan tehdä pienimmät robotit oli mahdollista, että moottorit, akut ja jopa Picaxe -mikrokontrolleri olivat robotin ulkopuolella. kuva 1 esittää R-20 1/20 kuutiometrin robotin penniäkään. Kuvissa 1b ja 1c on esitetty pienin pyörillä toimiva robotti, joka nostaa ja pitää 8 -nastaista IC: tä. Vaiheessa 3 on VIDEO, joka osoittaa, että robotti ottaa 8 -nastaisen IC: n ja liikuttaa sitä. Ja toinen video vaiheessa 5, joka näyttää robotin käynnistävän penniäkään.

Vaihe 1: Työkalut ja materiaalit

18x Picaxe -mikro -ohjain Sparkfunilta: https://www.sparkfun.com/Micro -sarjan servo -ohjain saatavana Polululta: https://www.pololu.com/2 suuren vääntömomentin servot Polulu2 -standardiservoilta Polulu.oo5 "paksu kupari, messinki tai fosforipronssipelti, Micromark2- 1/8 "x 1/16" neodyymimagneetit1-1 "x1" x1 "neodyymimagneetti. Magneetteja on saatavana osoitteesta: https://www.amazingmagnets.com/index.asp Micromarkin teleskooppiputki messinkiputkista: https://www.micromark.com/ WalmartGlass -helmien messinkitapit Walmartin 1/10 tuuman lasikuitupiirilevyn materiaalista Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/puhdas viiden minuutin epoksi Erikoismutterit ja -pultitTYÖKALU Neulanpistokkeen juottaminen irronrillmetallilanganpienen neulan nokkapihdit Kuvassa 2 näkyy käytetty Picaxe-moduuli ja kuvassa 2b Picaxe-moduulin takaosa.

Vaihe 2: Rakenna 1/20 kuutiotuuman robotti

0,40 "x 50" x 46,4 "Magbot R-20: n robotin tilavuus on hieman alle 1/20 kuutiotuumaa. Se on tehty taittamalla 3 laatikkorakennetta ei-magneettista peltiä. Pienin sisäinen laatikko on juotettu tarttujan vasemmalle sormelle. kaksi pientä magneettia epoksoidaan pystysuoraan akseliin, joka taipuu muodostaen tarttujan oikean sormen, joka pyörii vapaasti. Näitä kahta magneettia ohjaa ulkoinen liikkuva pyörivä ja pyörivä magneetti Kenttä, joka antaa robotille kaiken tehon. Käytin 0,005 tuuman paksuista fosforipronssia sisältävää metallilevyä laatikkorakenteisiin, koska se voidaan juottaa ja hapettaa tai pilaantua helposti. Voidaan käyttää myös kuparia tai messinkiä. Käytin alun perin pieniä poranteriä pyörivien lanka -akselien laakerireikien poraamiseen pellissä. Kun murskasin muutamia niistä porakoneessa, päädyin vain rei'ittämään reikiä suurella neulalla ja vasaralla arkkiin. Tämä luo kartion muotoisen reiän, joka voidaan sitten viilata tasaiseksi. Reikien ei tarvitse olla tarkkoja tai edes täydellisesti sijoitettuja. Tässä pienessä mittakaavassa kitkavoimat ovat pieniä, ja jos katsot tarkasti kuvia, näet, että käytin pitkiä, 1,1 ": n vakiomallisia pitkiä, neliömäisiä akseleita ja tarttumissormia. Kuparilankaa voitaisiin myös käyttää. Lasihelmet pyörät asennettiin messinkitappeihin, jotka oli epoksoitu robotin pohjaan. On tärkeää käyttää ei -magneettisia materiaaleja rakentamiseen, tai robotin teho ja hallinta vaikuttavat haitallisesti.

Vaihe 3: Magneettinen robotimoottori

Robotilla on neljä vapausastetta. Se voi siirtyä eteen- ja taaksepäin, kiertää vasemmalle tai oikealle, siirtää tarttujaa ylös ja alas ja avata ja sulkea tarttuja. kaksiakselisessa kardaanissa. Kaksi 1/8 "x1/8" x1/16 "magneettia epoksoidaan pystysuoraan lanka -akseliin, joka on taivutettu muodostamaan tarttujan yhden sormen. Kaksi magneettia on vuorattu toimimaan yhtenä magneettina ja luomaan yhden magneettimoottorin. Tämä on asennettu pienimpään laatikkoon, johon toinen tarttumissormi on juotettu. Tartuntalaatikko on asennettu kardaanin toiselle vaakasuoralle akselille 000 messinkiruuvilla ja mutterilla. Käytin ruuvia, jotta voisin helposti irrottaa sen. Ulkoinen magneettikenttä on asennettu CNC -tyyppiseen koneeseen, joka voi liu'uttaa magneettikentän x- ja y -akselia pitkin ja kiertää sitä vaaka- ja pystysuunnassa. Se olisi voitu tehdä sähkömagneetilla, mutta päätin käyttää yhtä kuutiometrin neodyymikestomagneettia, koska se on helpoin ja nopein tapa luoda suuri magneettikenttä pienessä tilavuudessa. sen alapuolella robotmagneetti seuraa melko tarkasti liikettä Katso lyhyt video, jossa robotti poimii 8 -nastaisen IC: n, täältä: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EA Tai napsauta alla olevaa videota.

Vaihe 4: CNC -tyyppinen robottiohjain

Kuva 5 esittää CNC -tyyppistä robottiohjainta. Neljä servoa tarjoaa liikkeitä yhden kuutiometrin neodyymimagneettiin, jota robottiin kiinnitetty magneetti seuraa. X- ja Y -akselille lastukuorma -alustaan vetää suuren vääntömomentin servo, jossa on hihnapyörä ja kalastusjohtaja. Jousi vastustaa liikettä. Lava perustuu kahteen teleskooppiputkiin, jotka toimivat lineaarisena ohjaimena. Muoviset laakerit, jotka on valmistettu muovisesta leikkuulaudasta lineaaristen ohjaimien kummallakin puolella, pitävät korin vaakatasossa. Tämä robottiohjain on rajoitetusti muutaman kuutiometrin alueella. Tämän pitäisi lopulta osoittautua enemmän kuin riittäväksi hallitsemaan todella mikroskooppisia robotteja, jotka voivat vaatia vain muutaman kuutiosenttimetrin alueen.

Vaihe 5: Magneettinen robottipiiri

Robottiohjain koostuu Picaxe -mikrokontrollerista, joka on ohjelmoitu tarjoamaan robotille liikesarja. Minusta Picaxe on helpoin ja nopein kytkettävä ja ohjelmoitava mikro -ohjain. Vaikka se on hitaampi kuin tavallinen Pic Micro tai Arduino, se on enemmän kuin tarpeeksi nopea useimmille kokeellisille roboteille. Katso muut Picaxe-projektit täältä: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm Ja täältä: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Picaxe ohjaa robottia lähettämällä sarjaan komentoja Polulun mikrosarja -servo -ohjaimelle. Polulu -ohjain on hyvin pieni ja pitää jatkuvasti jopa 8 servoa missä tahansa asennossa. Picaxen yksinkertaisten komentojen avulla voit hallita helposti servojen asentoa, nopeutta ja suuntaa. Suosittelen tätä ohjainta kaikentyyppisille servopohjaisille roboteille. Kaavio näyttää kuinka neljä servoa on kytketty. Servo 0 ja 1 ohjaavat 1 magneettia X- ja Y -akselia pitkin. Servo 2 on jatkuva pyörivä servo, joka voi kääntää magneettia yli 360 astetta. Servo 3 kallistaa magneettia hieman eteen- ja taaksepäin tarttujan laskemiseksi ja nostamiseksi. lyhyt video robotista, joka käynnistää sentin, katso täältä: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYg Tai napsauta alla olevaa videota:

Vaihe 6: Robottiohjainohjelmisto

Tässä on Picaxe -mikro -ohjaimen ohjelmisto. Se lähettää esiohjelmoidut sekvenssit Polulu-servo-ohjaimelle, joka siirtää magneetin kolmiulotteiseen tilaan robotin ohjaamiseksi. Pienillä muutoksilla sitä voidaan käyttää myös perusleiman 2 ohjelmointiin. Picaxen ohjelmoimiseksi katsoin tarpeelliseksi irrottaa nasta 3 (sarjalähtö) servo -ohjaimesta. Muuten ohjelma ei lataudu tietokoneelta. Pidin myös tarpeellisena irrottaa nasta kolme servo -ohjaimesta, kun piirit kytketään päälle, jotta servo -ohjain ei lukkiutuisi. Sitten noin sekunnin kuluttua liitin nastan 3. 'Ohjelma R-20-magrobotin noutojärjestykselle käyttäen polulu-servo-ohjaintaKorkea 3' sarjaliitännän pinpause 7000 'asetettu 0 positionerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'asento s1 13-24-35 vastapäivänkello 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127)' asento s0 c-clockpause 7000 'tason magneetti 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) "midpause 1000" askel eteenpäin pitkä servo1serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 21, 127) "asento myötäpäivään tauko 1500 'pito downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 26, 127) "aseman alaslasku 2000" sulje ote 3, t2400, (80 dollaria, 01 dollaria, 04 dollaria, 2, 25, 1) 'hidas kello tauko 50serout 3, t2400, (80 dollaria, 01 dollaria, 00 dollaria, 2 dollaria), 0, 127) "pysäytysservo 2 pyöritä tauko 700" siirtyy eteenpäin shortserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 13, 127) "position clockpause 1000" grip upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) '' keskipisteen tauko 700 '' käänny oikealle 90serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) '' hidas kellotauko 470serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) "pysäytä servo 2 -kierto downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 25, 12) '' midpause 2000 '' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'hidas nopeus c-myötäpäivään tauko 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'pysäytä servo 2 kierto upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 22, 12) 'position midpause 1000pause 6000' asetettu 0 positionerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 's s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'asento s0 c-clockloop: goto loop

Vaihe 7: Anturien lisääminen

Tässä robotissa ei ole antureita. Ollakseen todella hyödyllinen pienten esineiden robotin manipulaattorina olisi eduksi saada palautesilmukka mikrokontrolleriin erilaisista reaalimaailman antureista. Virtalähteen laittamisen välttämiseksi voidaan käyttää valotunnistimia. Laser- tai infrapunavalo voitaisiin ohjata robotin yläosaan ja mekaaniset heijastimet tai esteet voitaisiin liittää kosketusantureihin, paineanturiin tai lämpötila -antureihin ja valokennojen tai videokameran lukemaan vaihtelevaan heijastuskykyyn. lähettää pulssin, joka saa robotin elektroniikan palaamaan tunnistetunnuksen sijasta, bittisarjan, joka edustaa kosketuksen tai muiden antureiden vaihteluita.

Vaihe 8: Muut magneettikäyttöiset robotit

Eri tyyppisten magneettikenttien ohjaamat robotit eivät ole mitään uutta. Jotkut niistä ovat mikroskooppisia ja toiset suurempia, joten niitä voidaan käyttää lääketieteellisesti ihmiskehossa. Jotkut käyttävät tietokoneohjattuja sähkömagneetteja ja toiset liikkuvia kestomagneetteja. Tässä on muutamia linkkejä parhaisiin ja pienimpiin kokeellisiin magneettiroboteihin, joita tutkijat työskentelevät. Lentävä magneettirobotti penniäkään. Vaikka se ei todellakaan lennä, se leijuu tietokoneohjatussa magneettikentässä, aivan kuten ne lelut, jotka keskeyttävät pieni maapallo. Siinä on myös tarttuja, joka laajenee kuumennettaessa laserilla ja tarttuu sitten jäähtyessään. Valitettavasti robotit magneettiset pohjois- ja eteläpäät ovat pystysuorassa, joten ei ole mitään keinoa ohjata pyörimissuuntaansa tarttimen tarkkaan suuntaamiseen. Se on hieman suurempi kuin tekemäni pienin robotti, joka esitetään vaiheessa 9. https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.htmlUima -magneettirobottiTodella mikroskooppinen robotti, joka on spiraali, jonka toisessa päässä on magneetti. Ulkoisella kääntyvällä ja pyörivällä magneettikentällä se voidaan suunnata mihin tahansa suuntaan ja uida veden alla. spect.ieee.org/aug08/6469Medical robots.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp? x = 5464Magneettisesti ohjattu kamera.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Tässä on joitain mikroskooppisia magneettisesti ohjattuja tartuntalaitteita, jotka voidaan aktivoida kemiallisesti tai lämpöaktivoimalla. napata. Ne ovat siis enemmän kuin mikroskooppinen karhunloukku kuin täysin toimiva tarttuja. /13010901.aspic 10 näyttää Magbotit R-19, R-20 ja R-21, kolme robottia, jotka tein näihin kokeisiin. Pienintä pienennettiin poistamalla yksi nivel ja pyörät. Lankahäntä estää sitä kaatumasta taaksepäin.

Vaihe 9: Rakenna jopa pienempiä robotteja

Kuvassa 11 on Magbot R-21, pienin tähän mennessä tekemäni magneettikäyttöinen robotti, jolla on toimiva tarttuja. 0,22 "x 20" x 25 "se on noin 1/100 kuutiotuumaa. Kun pyörät ja yksi kääntöpiste (gimbal) poistetaan, robotti on paljon pienempi kuin pyörillä varustettu versio. Se liukuu metallin päälle runko ei ole aivan yhtä tasainen kuin pyörillä varustettu. Lankahäntä antaa robotille mahdollisuuden kallistaa taaksepäin nostaakseen tarttujaa. Tällaista kokoonpanoa voitaisiin käyttää mikroskooppisen kokoisen robotin luomiseen. Ongelma tässä vaiheessa on joko käyttää perinteistä IC: tä tekniikka ohutkalvoisten mekaanisten rakenteiden luomiseksi tai jonkin muun vaihtoehdon luominen mikroskooppisten rakenteiden luomiseksi. Työskentelen sen parissa. Nämä pienet robotit ovat yksi helpoimmista tavoista saada paljon liikettä pienessä tilassa. muut mahdolliset kokoonpanot aluksella olevista magneeteista ja ulkoisista magneettikentistä, jotka voivat tuottaa erittäin mielenkiintoisia robotteja. Esimerkiksi yli kolmen tai useamman pyörivän tai kääntyvän magneetin käyttäminen robotissa voi johtaa suurempaan vapauteen ja tarttujan tarkempaan käsittelyyn.

Taskukilpailun ensimmäinen palkinto