Stavba malých robotov: Výroba jedného kubického palcového robota Micro-Sumo a menšieho: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Tu je niekoľko podrobností o stavbe malých robotov a obvodov. Tento návod sa bude vzťahovať aj na niekoľko základných tipov a techník, ktoré sú užitočné pri stavaní robotov akejkoľvek veľkosti. Pre mňa je jednou z veľkých výziev v elektronike zistiť, aký malý robot dokážem vyrobiť. Na elektronike je krásne to, že súčiastky sú stále menšie, lacnejšie a efektívnejšie neuveriteľne rýchlym tempom. Predstavte si, že by taká bola automobilová technológia. V súčasnej dobe bohužiaľ mechanické systémy nepostupujú tak rýchlo ako elektronika. To spôsobuje jednu z hlavných ťažkostí pri stavbe veľmi malých robotov: snaha zapadnúť do malého priestoru, mechanický systém, ktorý robot pohybuje. Mechanický systém a batérie majú tendenciu zaberať väčšinu objemu skutočne malého robota. Na obrázku 1 je pán Cube R-16, jeden kubický palec mikrosumo robota, ktorý dokáže reagovať na svoje prostredie pomocou fúzov hudobného drôtu (nárazník). prepínač). Môže sa pohybovať a skúmať obvod malej škatule. Dá sa ovládať na diaľku pomocou univerzálneho infračerveného diaľkového ovládača televízora, ktorý je nastavený pre televízor Sony. Môže mať tiež predprogramovaný mikrokontrolér Picaxe s reakčnými vzormi. Podrobnosti začínajú krokom 1.

Krok 1: Súčasti jednokubického palcového robota

Mr cube R-16, je šestnásty robot, ktorý som zostrojil. Je to jeden kubický palec robota, ktorý meria 1 "x1" x1 ". Je schopný autonómneho programovateľného správania alebo môže byť diaľkovo ovládaný. Nie je to myslené ako niečo veľmi praktické alebo obzvlášť užitočné. Je to len prototyp Je to však užitočné v tom zmysle, že stavba malého robota vám umožní zdokonaliť svoje miniaturizačné schopnosti pre roboty a ďalšie malé obvody. Budovanie malých robotov a obvodov Majte na pamäti, že stavanie čo najmenších znamená, že môže vybudovanie rovnakého obvodu vo väčšom priestore trvá dvakrát tak dlho. Na uchytenie malých súčiastok a vodičov na mieste počas spájkovania alebo lepenia sú potrebné všetky druhy svoriek. Jasné pracovné svetlo a dobre zväčšujúca náhlavná súprava alebo pevná lupa je nutnosťou. Malé motory Ukazuje sa, že jednou z najväčších prekážok výroby skutočne malých robotov je požadovaný prevodový motor. Riadiaca elektronika (mikrokontroléry) sa stále zmenšuje. g Nízkootáčkové prevodové motory, ktoré sú dostatočne malé, nie sú také jednoduché. Pán Cube používa prevodové motory s malým pagerom, ktoré sú vybavené prevodom v pomere 25: 1. Pri tom radení je robot rýchlejší, ako by som chcel, a trochu sa trhá. Aby sa zmestili do priestoru, motory museli byť posunuté o jedno koleso viac dopredu ako o druhé. Aj napriek tomu sa pohybuje dopredu, dozadu a dobre sa otáča. Motory boli k perfboardu zapojené drôtom kalibru 24, ktorý bol spájkovaný a potom prilepený kontaktným cementom. V zadnej časti robota bola nylonová skrutka veľkosti 4-40 zaskrutkovaná do závitového otvoru pod spodnou doskou s plošnými spojmi. Táto hladká plastová hlava skrutky slúži ako koliesko na vyváženie robota. Môžete to vidieť v pravom dolnom rohu na obrázku 4. To dáva voľný priestor kolu v spodnej časti robota asi 1/32 ". Na namontovanie kolies boli zapnuté 3/16" plastové kladky namontované na motoroch a potom sa pri zvlákňovaní brúsili na pravý priemer. Potom boli vložené do otvoru v kovovej podložke, ktorá sa zmestila do nylonovej podložky, a všetko bolo epoxidované dohromady. Koleso bolo potom potiahnuté dvoma vrstvami gumy Liquid Tape, aby malo trakciu. Malé batérie Ďalším problémom najmenších robotov je nájsť malé batérie, ktoré vydržia. Používané prevodové motory vyžadujú na prevádzku pomerne vysoké prúdy (90-115 ma). Výsledkom je malý robot, ktorý na raňajky žerie batérie. Najlepšie, čo som v tej dobe našiel, boli lítiové gombíkové batérie 3-LM44. Životnosť batérie u veľmi malých robotov tohto typu je taká krátka (niekoľko minút), že zvyčajne nedokážu urobiť nič podobné praktickému. Bol tam priestor iba pre tri 1,5 V batérie, takže skončili s napájaním motorov aj ovládača Picaxe. Pretože elektrický šum, ktorý môžu vytvárať malé jednosmerné motory, jeden zdroj napájania pre všetko nie je zvyčajne dobrý nápad. Ale zatiaľ to funguje dobre. Priestor v tomto jednompalcovom robote bol taký tesný, že hrúbka izolácie drôtu s rozmerom 28 (z plochého kábla) sa ukázala byť problémom. Ledva som dokázal spojiť dve polovice robota. Odhadujem, že asi 85% objemu robota je naplnených komponentmi. Robot bol taký malý, že dokonca aj vypínač bol problematický. Nakoniec by som mohol nahradiť surové fúzy infračervenými senzormi. Doslova mi došiel ľahko použiteľný priestor, takže vybaviť čokoľvek viac bez použitia technológie povrchovej montáže by bola zaujímavá výzva. Rád používam véčkovú konštrukciu pre skutočne malých robotov. Pozrite si obrázok 2. Skladá sa z dvoch polovíc, ktoré sú spojené s hlavičkami a zásuvkami pásikov.1 ". To poskytuje ľahký prístup ku všetkým komponentom a uľahčuje ladenie obvodov alebo vykonávanie zmien. Na obrázku 3 je znázornené umiestnenie niektorých hlavné komponenty. MATERIÁLY 2 Prevodové motory GM15- 6: 6 mm motor s planetovým prevodom Pager: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Mikrokontrolér Picaxe je k dispozícii na adrese: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 motorový regulátor DIP IC: https://www.mouser.com Infračervený detektor Panasonic PNA4602M: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol tepelne odizolovateľný (spájkovateľný) magnetický drôt: https:// www.mouser.com3 LM44 1,5 V. Lítiové gombíkové batérie: https://www.mouser.com Malý modrý vypínač: https://www.jameco.com Tenká spájkovačka- spájka s jadrovou živicou.015 ": https:// www.mouser.comRezistory a 150 uf tantalový kondenzátor. 1 palcová perforovaná doska zo sklenených vlákien z medi: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlTekutá páska Performix (tm), čierna-K dispozícii na Wal-Mart alebo

Krok 2: Obvod jedného kubického palca robota

Obrázok 4 zobrazuje umiestnenie 18x mikrokontroléra Picaxe a regulátora motora L293, ktoré sú hlavnými obvodmi robota. V čase stavby sa mi nepodarilo získať verzie Picaxe alebo L293 pre povrchovú montáž. Použitie povrchových integrovaných obvodov by určite ponechalo viac priestoru pre ďalšie obvody a senzory. 18x Mikrokontrolér Picaxe Mikrokontroléry Picaxe sú stále moje obľúbené ovládače, ktoré používam na experimentálnych robotoch. Aj keď majú menej pamäte a nie sú také rýchle ako PicMicros, Arduino, Basic Stamp alebo iné mikrokontroléry, sú dostatočne rýchle pre väčšinu malých experimentálnych robotov. Niekoľko z nich je možné ľahko prepojiť, keď je potrebná väčšia rýchlosť alebo pamäť. Sú tiež veľmi zhovievaví. Priamo som ich spájkoval, skratoval a preťažoval ich výstupy a jeden ešte musím vypáliť. Pretože môžu byť naprogramované v programovacom jazyku BASIC, je tiež jednoduchšie ich programovať ako väčšina mikrokontrolérov. Ak chcete stavať naozaj malé, regulátory 08M a 18x Picaxe sú k dispozícii vo forme na povrchovú montáž (integrované obvody SOIC-Small Outline). Ak sa chcete pozrieť na niektoré projekty, ktoré môžete vykonávať s mikrokontrolérmi Picaxe, môžete sa pozrieť na: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm Ovládač motora L293 Ovládač motora L293 je vynikajúci spôsob, ako ovládať dva motory v každom malom robote. Štyri výstupné piny z mikrokontroléra môžu ovládať výkon dvoch motorov: vpred, vzad alebo vypnutý. Napájanie motorov môže byť dokonca pulzné (modulácia šírky impulzov PWM), aby sa regulovala ich rýchlosť. Štýl mŕtveho chyby Na perfboardoch nebol priestor na namontovanie ovládača L293, takže bol nainštalovaný technikou mŕtvych chýb. To jednoducho znamená, že IC je obrátený hore nohami a tenké drôty spájkované priamo na kolíky, ktoré boli ohnuté alebo skrátené. Potom môže byť prilepený na dosku s plošnými spojmi alebo namontovaný do akéhokoľvek dostupného priestoru. V tomto prípade, keď bol L293 spájkovaný a testovaný, pokryl som ho dvoma vrstvami vždy praktickej gumy Liquid Tape, aby som sa ubezpečil, že sa nič nezkratuje, keď je natlačené do dostupného priestoru. Tiež by sa mohol použiť číry kontaktný cement. Veľmi dobrý príklad stavby obvodov pomocou štýlu mŕtvych chýb nájdete tu: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Na obrázku 5 je znázornený prípravok na spájkovanie pomocných rúk, ktorý som upravil. pridaním malých aligátorových klipov na perfboard, ktoré pomôžu pri spájkovaní malých vodičov k integrovaným obvodom v štýle mŕtvych chýb. Na obrázku 6 je schematicky znázornený robot Mr. Cube. Môžete vidieť video, ako pán Cube robí krátku naprogramovanú sekvenciu kliknutím. na nižšie uvedenom odkaze palec-robot-sm.wmv. Ukazuje robota pri približne 30% maximálnej rýchlosti, ktorá bola znížená pomocou modulácie šírky impulzu na motoroch.

Krok 3: Tipy a triky na stavbu robota

Po zostrojení 18 robotov tu uvádzam niektoré z vecí, ktoré som sa ťažko naučil. Samostatné napájacie zdroje Ak máte priestor, ušetrí vám mnoho problémov, ak použijete oddelené napájacie zdroje pre mikrokontrolér a jeho obvody a motory. Kolísavé napätie a elektrický hluk, ktoré motory produkujú, môžu spôsobiť zmätok na vstupoch mikrokontroléra a snímača, čo spôsobuje veľmi nekonzistentné reakcie vášho robota. Problémy pri snímaní Najideálnejšie je najskôr postaviť celý obvod robota na doske. Komponenty zriedka zlyhajú alebo sú chybné. Ak je váš návrh platný a obvod nefunguje, je to takmer vždy chyba vo vašom zapojení. Informácie o tom, ako vykonať rýchle prototypovanie obvodov, nájdete tu: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm Potom namontujem všetky motory a senzory na telo robota a naprogramujem mikrokontrolér, aby ich ovládal. Až keď všetko funguje dobre, pokúsim sa vytvoriť trvalú spájkovanú verziu obvodu. Potom to testujem, kým je stále oddelený od tela robota. Ak to funguje, namontujem ho natrvalo na robota. Ak prestane fungovať, často je to chyba problémov s hlukom. Problémy s hlukom Jeden z najväčších problémov, s ktorými som sa stretol, je elektrický šum, vďaka ktorému je obvod zbytočný. Príčinou je často elektrický alebo magnetický šum, ktorý môže vychádzať z jednosmerných motorov. Tento hluk môže zahltiť vstupy senzorov a dokonca aj mikrokontrolér. Aby ste to vyriešili, môžete sa uistiť, že motory a vodiče k nim nie sú v blízkosti žiadnych vstupných vedení vedených do vášho mikrokontroléra. Obrázok 7 zobrazuje Sparky, R-12, robota, ktorý som vyrobil a ktorý používa ako mikrokontrolér základnú pečiatku 2. Najprv som to vyskúšal s hlavnou obvodovou doskou mimo robota a po vykonaní základného programovania všetko fungovalo dobre. Keď som ho namontoval tesne nad motory, zbláznil sa a bol úplne nekonzistentný. Skúsil som pridať uzemnenú medenú dosku medzi motory a obvod, ale nič to nezmenilo. Nakoniec som musel fyzicky zdvihnúť obvod 3/4 "(pozri modré šípky), než bude robot znova fungovať. Ďalším bežným zdrojom ničivého hluku v malých robotoch môžu byť pulzujúce signály. Ak odosielate signály PWM na servá alebo motory, vodiče môže pôsobiť ako anténa a odosielať signály, ktoré môžu zamieňať vaše vstupné vedenia. Aby ste tomu zabránili, udržujte vstupné a výstupné vodiče mikrokontroléra čo najviac oddelené. Tiež udržujte vodiče prenášajúce energiu do motorov mimo vstupných vedení. Magnetický drôt Problém hrúbky drôtu vo veľmi malé obvody je možné vyriešiť použitím magnetického drôtu s priemerom 30-36. Na niektoré projekty som použil drôt s rozmerom 36, ale zistil som, že je taký jemný, že ho bolo ťažké odizolovať a používať. Dobrým kompromisom je magnetický drôt s rozmerom 30. Bežný magnet môže byť použitý drôt, ale ja dávam prednosť tepelne odizolovateľnému magnetickému drôtu. Tento drôt má povlak, ktorý je možné odstrániť iba jeho spájkovaním s dostatkom tepla na roztavenie izolácie. Odstránenie povlaku pri spájkovaní trvá až 10 sekúnd. jemná zložka spájkovanie s diódami LED alebo integrovanými obvodmi, môže to byť škodlivé teplo. Najlepším kompromisom pre mňa je použiť tento tepelne odizolovateľný magnetický drôt, ale najskôr ho trochu odizolujte. Najprv vezmem ostrý nôž a posuniem ho po drôte magnetu, aby sa strhol povlak, a potom drôt otáčam, kým sa celkom dobre neodizoluje okolo jeho priemeru. Potom odizolovaný koniec drôtu spájkujem, kým nie je dobre pocínovaný. Potom ho môžete rýchlo spájkovať na akýkoľvek chúlostivý komponent s menšou pravdepodobnosťou poškodenia teplom. Tenká spájka Keď sú súčiastky veľmi blízko seba, môže byť ťažké ich spájkovať bez toho, aby sa prebublávali a skracovali blízke podložky a drôty. Najlepším riešením je použiť malú hrotovú nastaviteľnú tepelnú spájkovačku (1/32 ") a najtenšiu spájku, akú nájdete. Štandardná spájka má zvyčajne priemer 0,032 palca, ktorá je vhodná pre väčšinu vecí. Použitie tenšej spájky s priemerom 015 "vám umožní ľahko ovládať množstvo spájky na spoji. Ak použijete najmenšie množstvo spájky, ktoré zaberá, nielenže zaberie najmenší objem, ale tiež vám umožní spájkovať spoj tak rýchlo. Ako je to možné. To znižuje pravdepodobnosť prehriatia a poškodenia chúlostivých súčiastok, ako sú integrované obvody a diódy LED na povrchovú montáž. Komponenty na povrchovú montáž Súčiastky na povrchovú montáž sú tým najlepším v miniaturizácii. Na používanie integrovaných obvodov veľkosti SOIC zvyčajne používam tenkú spájku a magnetický drôt. Vidieť to celkom jednoducho spôsob výroby odlamovacích dosiek alebo obvodov SOIC nájdete tu: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm Lepenie komponentov namiesto spájkovania Niektoré súčiastky pre povrchovú montáž je možné tiež priamo nalepiť na dosky plošných spojov. Môžete si vytvoriť vlastné vodivé lepidlo a použiť na lepenie na diódy LED a integrované obvody. Pozri: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ Aj keď to funguje, môže to byť trochu ťažké, pretože kapilárne pôsobenie má tendenciu knôtiť c vodivé lepidlo pod povrchovú montáž LED a iných komponentov a skráťte ich. Lepenie komponentov pomocou nevodivého lepidla Nedávno som experimentoval s lepením komponentov na dosky medených obvodov a vodivých tkanín pomocou lepidla, ktoré nevedie. Na obrázku 8 je obrázok 12 voltovej svetelnej lišty (nesvieti a svieti) pomocou diód LED na povrchovú montáž, ktoré boli prilepené nevodivým lepidlom. Zistil som, že ak na medené stopy nanesiete tenký film číreho laku na nechty a potom fyzicky upnete LED diódu a necháte 24 hodín zaschnúť, zostane vám dobrý mechanický spoj, ktorý je elektricky vodivý. Lepidlo na nechty účinne zmršťuje a upína kontakty LED na medené stopy, čím vytvára dobré mechanické spojenie. Musí byť upnutý celých 24 hodín. Potom ho môžete otestovať na vodivosť. Ak sa rozsvieti, môžete potom pridať druhú vrstvu lepidla. Na druhú vrstvu používam číry kontaktný cement ako napríklad Welders alebo Goop. Toto hustejšie lepidlo obklopuje súčiastky a tiež sa počas schnutia zmršťuje, aby sa zaistilo dobré pevné spojenie s medenými stopami. Pred ďalším testovaním počkajte 24 hodín, kým vyschne. Keďže som pochyboval o tom, ako dlho to bude trvať, nechal som modrý svetelný pruh LED na obrázku 8 sedem dní a nocí. Odpor obvodu v skutočnosti v priebehu času klesal. O niekoľko mesiacov neskôr tyč stále plne svieti bez dôkazov zvýšeného odporu. Touto metódou som úspešne nalepil veľmi malé diódy LED na povrchovú montáž-0805-a väčšie na medenú plátovanú perfboardovú dosku. Táto technika ukazuje určitý prísľub pri výrobe skutočne malých obvodov, LED displejov a robotov.

Krok 4: Porušenie pravidiel

Ak chcete vyrábať skutočne malých robotov, možno budete musieť porušiť mnohé z vyššie uvedených pravidiel. Aby bol pán Cube porušený, dodržujte nasledujúce pravidlá: 1- Použil som jeden napájací zdroj namiesto jedného pre motory a jeden pre mikrokontrolér. 2- Namontoval som mikrokontrolér Picaxe veľmi blízko motora. 3- Použil som batérie, ktoré sú dimenzované na nízky odber prúdu a prevádzali ich na oveľa vyššie prúdy, než na aké boli navrhnuté. To výrazne obmedzuje životnosť batérií. Jednoducho som mal šťastie, že to tak nebolo. To môže veľmi sťažiť ladenie obvodu. Programovací kód Picaxe pre pána Cube si môžete stiahnuť na: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt Ak máte záujem vidieť niektoré z ďalších robotov, ktoré som postavil, môžete ísť na: https://www.inklesspress.com/robots.htmNa obrázku 9 sú pán Cube a pán Cube dva, R-18, robot s rozmerom 1/3 kubického palca, ktorý som začal stavať. Podrobnosti o kroku 5.

Krok 5: Pán kocka dva: Výroba 1/3 kubického palca robota

Potom, čo som urobil jedného kubického palca robota, ktorý fungoval, som musel skúsiť niečo menšie. Mierim na robota okolo 1/3 kubického palca. V tomto okamihu má pán kocka dva asi 0,56 x 0,58 x x 72 palcov. Má mikrokontrolér 08 Picaxe, ktorý mu umožní autonómny pohyb. Na obrázku 10 je robot na pravítku. Na obrázku 11 je druhý strana robota na štvrtine. Dve batérie sú lítiové batérie cr1220 3volt a zostáva zistiť, či budú mať dostatočnú kapacitu na napájanie Picaxe a motorov. Možno bude potrebných viac batérií. Prebieha práca. Takže Zatiaľ dva pagerové motory fungujú dobre na pohyb a otáčanie robota na hladkých povrchoch. Mikrokontrolér Picaxe je nainštalovaný a bol naprogramovaný a testovaný. Stále je potrebné pridať ovládač motora SOIC L293 a snímač infračerveného reflektora. Po dokončení to bude byť jedným z najmenších autonómnych robotov so senzormi a mikrokontrolérom. Aj keď je to malý robot, existujú aj menšie amatérske roboty, ktoré je možné naprogramovať? Skutočne áno. Pozri: 1cc Robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico Robot:

Druhá cena v súťaži robotov Instructables a RoboGames

Prvá cena v Knižnej súťaži The Instructables