Sähkömekaaninen hyönteis- tai heilutusoskillaattori: 9 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Johdanto

Olen seurannut robotiikan kehitystä noin 10 vuotta ja taustani on biologia ja videokuvaus. Nämä kiinnostuksen kohteet ovat kiertäneet taustalla olevaa intohimoani, entomologiaa (hyönteisten tutkimus). Hyönteiset ovat iso juttu monilla toimialoilla, ja ne ovat olleet inspiraation lähde. Onneksi biologia ja hyönteiset saavat roolia robotiikassa biomimikryn ja synteettisen biologian avulla. Olen erityisen innoissani hyönteisten hyökkääjien edistymisestä. CIA loi lentävän hyönteissopterin jo 1970 -luvulla, ja hyönteiset jatkavat suuressa roolissaan vaikuttamaan robotiikan ongelmien ratkaisemiseen. Haluan jakaa taiteellisen menetelmän oman sähkömekaanisen hyönteisveistoksen rakentamiseksi.

Yksi vene, joka on keskittynyt voimakkaasti hyönteisten ominaisuuksiin, on kärpässidonta. Perhonsidonta on tapa luoda vieheitä perhokalastukseen. Tämä käsityö käyttää monipuolista materiaalivalikoimaa ja työkaluja, ja se vaatii tarkkaa huomiota yksityiskohtiin ja luottaa voimakkaasti oikeaan tekniikkaan kauniiden mallien viimeistelemiseksi.

En ole innostunut 3D -tulostuksesta tai mikro -ohjaimista. Pyrin tuottamaan sähkömekaanisia olentoja, jotka eivät käytä kumpaakaan näistä tekniikoista. Näyttää siltä, että riippumatta siitä, mitä anturia tai mekaanista ilmaisua haluat tutkia, kaiken on syötettävä mikrokontrollerin kautta. Otetaan se vähän taaksepäin ja tehdään aivoistamme oskillaattori!

Joten ehdotan teille, että käytämme perhonsidontatyökaluja, materiaaleja ja tekniikkaa perustana kauniin, kevyen, ainutlaatuisen, sähkömekaanisen hyönteisen luomiseen. Tämä BEAM-kaltainen kineettinen veistos toivottavasti inspiroi ystäviäsi ja perhettäsi arvostamaan hyönteisiä ja ammattitaitoa.

Vaihe 1: Oskillaattorin suunnittelu

On olemassa monia oskillaattoripiirejä, joista valita verkossa. Tutkittuani erilaisia, tunsin, että helpoin ja "orgaanisin" oli Astable Multivibrator. Tämä piiri voidaan luoda symmetrisillä vastuilla tai epäsymmetrisillä, mikä johtaa hieman erilaisiin pulssileveyksiin riippuen siitä, mistä piirin "puolelta" otat lähtösi.

Valitsin tämän piirin komponentit:

Määrä: Tuote:

x1 2N4403 pnp -transistori

x1 2N3905 pnp -transistori (peilattu nasta ulos)

x2 330 Ω vastukset

x2 22k Ω vastukset

x2 4,7 μF 16V kondensaattorit

x2 Valosta riippuvat vastukset (LDR) alueella 0 - 30 k Ω

x1 2N4920 pnp -transistori (kahvat 1 amp)

x1 8+ Ω Kaiutinkäämi

x1 Pieni ei -magneettinen, ei suljettu reed -kytkin

Haluan lyhyen RC -ajan ja pienet kondensaattorit, joten valitsin 22 kΩ: n vastukset, joissa on 4,7 μF 16 V: n bipolaariset kondensaattorit. Tämä johtaa noin 2–5 Hz: n värähtelytaajuuteen.

Haluan myös, että piiri vaikuttaa ympäristöön, joten laitan valosta riippuvat vastukset (LDR) sarjaan 22k vastuksen kanssa. Kytkin on pieni ruoko -kytkin, joka on vedetty kertakäyttöisestä kameran salamapiiristä. Käytämme tätä kytkintä herkkinä viiksinä vatsassa.

Vaihe 2: Aloita juottaminen

Näitä komponentteja käyttämällä tarvitset useita työkaluja juottaaksesi ne yhteen. Emme aio käyttää perfboardia.

Tartu kahteen visiiriin, joista toinen pitää osia ja toinen pitää juotosraudasi.

Varmista myös, että sinulla on viiraleikkurit, pihdit ja piirisi malli viitteenä. Olen prototyypin piirin toisen version varmistaakseni, että tiedän aina, mitkä osien osat kiinnittyvät minne.

Taivuta kahden transistorin johdot niin, että keräin taipuu sivulle ja pohja taipuu keskelle. Koska 2N4403: lla ja 2N3905: llä (kuvassa BC557) on erilaiset nastat, kiinnitä huomiota siihen, missä pohja ja keräin ovat. Kahta samaa pnp -transistoria voitaisiin käyttää, mutta pidän peilatun tapin kiraalisesta laadusta. Loppujen lopuksi tämä on taidetta.

Taivuta kondensaattorin johdot suorassa kulmassa.

Katkaise kondensaattoreiden, transistorikannan ja keräinten johdot lyhyiksi.

Aseta nyt transistori ruuvipuristimeesi ja vie juotosrauta kohti haluttua johtoa juotokseen. Tämä vapauttaa molemmat kätesi tuomaan kondensaattorin ja juotteen sisään ja kiinnittämään ne yhteen.

Toista tämä vaihe niin, että kunkin transistorin kanta ja keräimet kiinnittyvät kuhunkin kondensaattoriin.

Mielenkiintoista huomata, että ruuvipuristin voi itse asiassa toimia jäähdytyselementtinä transistoreille ja valmiiden juotostöiden arkkitehtuuri tekee tästä rakenteesta yllättävän vahvan.

Vaihe 3: Juottaa vastukset

Taivuta ja leikkaa vastuksen johdot yllä olevan kuvan mukaisesti.

Aseta 330 Ω vastus ruuvipuristimeen ja juota kondensaattoritransistoriyksikkömme vastukseen. Noudata kaaviota, tämän vastuksen on kiinnitettävä siihen, missä transistorin keräin on.

Toista toisella 330 Ω vastuksella.

Aseta LDR ruuvipuristimeen ja juota kasvupiirimme siihen. Juotos transistorin pohjaan.

Toista toisella LDR: llä.

Leikkaa LDR: n pitkät johdot kohti keskustaa.

Juotos 22 kΩ: n vastukset LDR -johtoihin siten, että vastukset ovat sarjassa.

Jokaisella neljällä vastuksella tulisi olla avoimet johtimet, jotka osoittavat piirimme keskelle (kuten kuvassa).

Taivuta näiden vastusten johtimet naapureitaan kohti, katkaise ne ja lyö kaikki yhteen. Tämä vastuskimppu on nyt osa maakiskoamme.

Vaihe 4: Juotosjohdot ja Power PNP

Tämä kondensaattoreiden, transistorien ja vastuksien yksikkö on pystyttävä monivibraattorioskillaattorimme. Se on tehokkaasti aivomme hyönteiselle. LDR: t toimivat silminä ja muuttavat hieman oskillaattorimme taajuutta ja pulssileveyttä. Tämä piiri ei yksin voi käyttää kaiutinkelaa, joten liitämme sen Q3 -tehotransistoriin (BD140 tai 2N4920).

Juotos positiivinen kiskolanka Q1: n emitteriin.

Juotos maadoituskiskojohdin vastuksen nippuun.

Juotos kolmas johto Q2: n emitteriin (kuvassa oranssi).

Juotos tämä kolmas johdin Q3: n pohjaan, tehon pnp -transistoriin (2N4920).

Kuori positiivinen kiskolanka noin 1 1/2 tuumaa alaspäin ja juota Q3: n emitteriin.

Tässä vaiheessa haluan pitää tauon juotoksesta ja levittää piiriin liberaalin kerroksen kirkasta kynsilakkaa. Tämä auttaa estämään oikosulkuja, jos virtapiiri on taipunut tai rypistynyt, ja antaa sille jonkin verran säänkestävyyttä. Levitä vapaasti useita kerroksia.

Tarkista, ettet ole oikosulkenut piiriä missään. Testaa piiri varmistaaksesi, että se toimii edelleen, kytkemällä punainen johto +9 V jännitteeseen, maadoittamalla musta tai ruskea johto ja leikkaamalla Q3 -keräimen. Käytän pientä 5V lamppua tai varakaiutinta. Koska Q3 voi käsitellä vain noin 1 ampeeria, älä ylikuumenna tätä transistoria, jolla on liian paljon virtaa ja liian vähän vastusta. Tee laskelmasi (I = V/R) olettaen DC -virran. Teoriassa keskimääräinen virta on puolet tasavirrasta kiskojännitteessä sykkivän vaikutuksen vuoksi, mutta tämä auttaa meitä jättämään tilaa virheille.

Vaihe 5: Leikkaa äänikela ja juote

Ota pieni halpa kaiutin, jossa on toimiva äänikela, ja leikkaa se pois. Aloita leikkaamalla kaiutinkartion reuna ja älä leikkaa alla olevia hopealangan liittimiä.

Leikkaa tai irrota hopealangan liittimet korin kielekkeistä.

Leikkaa verkkokangas juuri kestomagneetin yläpuolelta.

Poista äänikela ja leikkaa pois ylimääräinen paperi ja verkko. Varmista, että jätät hopealangan liittimet niin pitkään kuin mahdollista.

Tina tinsel -johdinliittimien kärjet ja juota yksi Q3 -keräimeen.

Juotos toinen liitin jatkojohtoon.

Kuori tämän uuden langan keskikohta ja juota se maadoituskiskoon.

Vaihe 6: Suunnittele siivet

Tulostin cranefly -siivekuvioita läpinäkyvyyteen.

Voit myös piirtää siivet asetaatille kynillä ja terävillä teräillä.

Hauskaa värittää siivet ja tehdä niistä ainutlaatuisia ja mielenkiintoisia.

Aseta asetaattiarkki vanhalle aikakauslehdelle ja paina se suoniin. Vaihtoehtoisesti edestä ja takaa luodaksesi koverat ja kuperat rypyt asetaattiin. Tämä ei ainoastaan lisää todellisten hyönteisten siipien illuusioita, vaan se myös vahvistaa siipiä.

Leikkaa siivet pois, mutta jätä ne pariksi! Jätä hieman ylimääräistä materiaalia keskelle, jotta äänikelassa on enemmän materiaalia työntääksesi.

Vaihe 7: Sido siivet monofilamenttiin

Sidonnan aloittamiseen tarvitset noin 35 lb: n monofilamenttilangan, aikaisemman ruuvipuristimen, sakset, siivet, langan ja kärpässidonnan puolan. *Ehdotettu korjaus: Käytä näihin siipien tukiin raskaampaa monofilamenttia tai ohutta lankaa. Kuvan ja rakenteen malli menettää mekaanisen tehokkuutensa, kun monofilamentti taipuu ulospäin iskun aikana.

Leikkaa kaksi kappaletta, viisi tuumaa pitkä ja aseta yksi pala ruuvipuristimeen. Kiinnitä siivet löysästi monofilamenttiin kuviossa 8.

Toista toisella monofilamenttipalalla ja toisella siivellä.

Lisäsin hieman liimaa jokaisen kappaleen solmuihin turvallisuuden lisäämiseksi. Varmista, ettei liima estä siipien läpäisemistä. Tämän on tarkoitus toimia saranan tavoin ja monofilamentti on tukipisteemme.

Vaihe 8: Rakenna rintakehä ja pää

Kaikki tulee yhteen tässä vaiheessa.

Ota kolmen tuuman pala 100 lb: n monofilamenttia tai jäykkää letkua ja sido lanka sen pituuteen.

Ota kolme, seitsemän tuumaa kukkalankaa ja sido jokainen keskelle kehomme rakenteen pituutta. Nämä ovat jalkamme.

Sido pienemmän monofilamenttilangan takakappaleet siipiyksiköstämme takajalkojen taakse, jolloin niiden pituutta voidaan säätää myöhemmin.

Etsi kuvan kaltainen magneetti. Tämä pitää pysyvän neodyymimagneetin paikallaan.

Sido rakentamamme piiri jalkoihin / vartaloon.

Sido magneettinen tappi runkoon pään takana mutta Q3: n edessä.

Sido kaksi pientä hakata höyhentä vartaloon pään taakse, jotta ne työntyvät eteenpäin kuin antennit (tämä on puhtaasti esteettistä).

Tuo pienemmän monofilamenttilangan etuosat siipiyksiköstä eteenpäin ja sido ne vartalon lähelle päätä. Vedä jokaisesta kappaleesta varmistaaksesi, että siivet ovat keskellä ja nousevat magneetin yläpuolelle.

Leikkaa äänikelan paperiputki kohti keskustaa, jotta voimme liu'uttaa siipien asetaatin sen sisälle. Koko rakenteen tulisi leijua tapin yläpuolella, johon magneetti menee, joten kun virta syöksyy kelan läpi, magneettinen voima vetää siivet alas ja siipien kärjet läpäisevät ylöspäin.

Vaihe 9: Rakenna vatsa

Sido ruoko -kytkin rungon takaosaan. Tämä on vatsan kärki, jossa herkät viikset tulevat olemaan.

Juotos toinen lyhyt lankakappale ruoko -kytkimen toiseen jalkaan.

Kierrä positiivista kiskolankaa, jotta saat akulle suuren pinta -alan.

Taivuta uusi lyhyt johdin, joka on kytketty kytkimeen, koskettamaan akun negatiivista tai 0 V: n puolta.

Kiinnitä pieni 12 V: n akku vatsaan ja kiinnitä akkujohdot, jotta ne ovat tukevasti kiinni. Minun piti lisätä muutama paksu raskas monofilamentti vatsaan estääkseen akkua kääntymästä vatsan vastakkaiselle puolelle, kun sidoin sen.

Testaa se! Liikkuvatko siivet magneettia kohti? Varmista, että magneetin napaisuus on oikea noudattamalla sähkömagneettisen virran oikean käden sääntöä ja käyttämällä analogista kompassia kestomagneetin napaisuuden määrittämiseksi. Jos rakensit piirin kuvatulla tavalla, virta virtaa Q3 -keräimestä kelan läpi ja kohti maadoituskiskoa tai akun 0V -puolta.

Viimeistele se taivuttamalla kukkalankajalat näyttämään niin kovalta kuin haluat! Kokeile hieman liimaa, jossa jalat kohtaavat kehon, jos ne ovat liian ohuita. Nauttia!

Kerro minulle, jos sinulla on kysyttävää. Tämä on ehdottomasti hieno hanke. Pieni kuminauha akun johtimien välissä voi auttaa pitämään ne paikoillaan.

Onnea!

Ensimmäinen palkinto teknisessä kilpailussa