Postavte veľmi malého robota: Urobte najmenšieho kolesového robota na svete s uchopovačom .: 9 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:02

Postavte robota 1/20 kubického palca s chápadlom, ktoré dokáže zachytávať a presúvať malé predmety. Ovláda ho mikrokontrolér Picaxe. V tomto momente sa domnievam, že to môže byť najmenší kolesový robot na svete s chápadlom. To sa nepochybne zmení, zajtra alebo budúci týždeň, keď niekto postaví niečo menšie.

Hlavným problémom stavby skutočne malých robotov je relatívne veľká veľkosť aj tých najmenších motorov a batérií. Zaberajú väčšinu objemu mikro -robota. Experimentujem so spôsobmi, ako nakoniec vyrobiť roboty, ktoré sú skutočne mikroskopické. Ako predbežný krok som vyrobil tri malé roboty a ovládač popísaný v tomto návode. Verím, že pomocou úprav by sa tento dôkaz koncepčných robotov dal zmenšiť na mikroskopickú veľkosť. Po rokoch výroby malých robotov (pozri tu: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/) som sa rozhodol ako jediný spôsob výroby najmenších robotov. bolo možné mať k robotu externé motory, batérie a dokonca aj mikrokontrolér Picaxe. Na obrázku 1 je zobrazený robot R-20 a 1/20 kubického palca. Obrázky 1b a 1c zobrazujú najmenší kolesový robot, ktorý zdvíha a drží 8 -pinový integrovaný obvod. V kroku 3 JE VIDEO, ktoré ukazuje, že robot vyberá 8 -kolíkový integrovaný obvod a pohybuje ním. A ďalšie video v kroku 5, ktoré ukazuje robota, ako zapína desetník.

Krok 1: Nástroje a materiály

18x mikrokontrolér Picaxe od Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro sériový servopohon dostupný od Polulu: https://www.pololu.com/2 serva s vysokým krútiacim momentom od štandardných serv Polulu2 od Polulu.oo5 "hrubá meď, plech z mosadze alebo fosforového bronzu z neodýmových magnetov Micromark2- 1/8 palcov x 1/16 palcov Magnety sú k dispozícii na: https://www.amazingmagnets.com/index.aspTeleskopické mosadzné rúrky od spoločnosti Micromark: https://www.micromark.com/ Mosadzné kolíky od spoločnosti Walmart Sklenené perly od spoločnosti Walmart 1/10 "materiál dosky zo sklenených vlákien od spoločnosti Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear päťminútový epoxid Rozmanité matice a skrutky NÁSTROJE Nerezové kliešte spájkovacie železné vŕtacie kliešte malé ihlové kliešte Na obrázku 2 je použitý modul Picaxe. Na obrázku 2b je zadná strana modulu Picaxe.

Krok 2: Zostavte kubického palcového robota 1/20

Pri veľkosti 0,40 "x,50" x,46 "je objem robota Magbot R-20 o niečo menší ako 1/20 kubického palca. Je vyrobený skladaním 3 boxových štruktúr z nemagnetického plechu. Najmenší vnútorný box je spájkovaný s ľavým prstom chápadla. dva malé magnety sú epoxidované na zvislý hriadeľ, ktorý sa ohýba a vytvára pravý prst chápadla, ktorý sa voľne otáča. Práve tieto dva magnety sú ovládané vonkajším pohyblivým rotujúcim a otáčajúcim sa magnetom pole, ktoré robotovi poskytuje všetku energiu. Na konštrukcie škatúľ som použil 0,005 palcový hrubý plech z fosforového bronzu, pretože ho možno spájkovať a ľahko oxidovať alebo kaziť. Použiť by sa dala aj meď alebo mosadz. Pôvodne som pomocou malých vrtákov vyvŕtal ložiskové otvory v plechu pre rotujúce drôtené hriadele. Po tom, ako som ich niekoľko zlomil vo vŕtačke, som skončil len tak, že som do plechu prerazil dierou veľkú ihlu a kladivo. Tým sa vytvorí otvor v tvare kužeľa, ktorý je potom možné nalepiť na plocho. Otvory nemusia mať presnú veľkosť ani byť perfektne umiestnené. V tomto malom meradle sú trecie sily nepatrné a ak sa pozriete pozorne na obrázky, uvidíte, že som použil dlhé.1 "štandardné dlhé kolíkové kolíky, ktoré sú štvorcové pre hriadele a prsty chápadla. Použiť by sa dal aj medený drôt. Kolesá zo sklenených perličiek boli namontované na mosadzné čapy epoxidované na spodok robota. Na konštrukciu je dôležité použiť nemagnetické materiály, inak bude nepriaznivo ovplyvnená sila a ovládanie robota.

Krok 3: Robotický magnetický motor

Robot má štyri stupne voľnosti. Môže ísť dopredu a dozadu, otáčať doľava alebo doprava, pohybovať chápadlom hore a dole a otvárať a zatvárať chápadlo. Obrázok 4- Premiestnil som štyri palubné motory, ktoré by to za normálnych okolností potrebovalo, jednoduchým horizontálnym zavesením magnetu. na dvojosovom kardane. Dva 1/8 "x1/8" x1/16 "magnety sú epoxidované na zvislý hriadeľ drôtu, ktorý je ohnutý tak, aby tvoril jeden prst chápadla. Dva magnety sú zoradené tak, aby pôsobili ako jeden magnet a vytvára motor s jediným magnetom. Toto je namontované v najmenšej skrinke, na ktorú je druhý prst uchopovača spájkovaný. Krabica chapača je pripevnená k druhej horizontálnej osi závesu pomocou 000 mosadzných skrutiek a matice. Skrutku som použil, aby som ju mohol ľahko rozobrať. na úpravy. Externé magnetické pole je namontované na stroji typu CNC, ktorý môže posúvať magnetický podavač pozdĺž osi x a y a otáčať ho horizontálne a vertikálne. Dalo sa to urobiť pomocou elektromagnetu, ale rozhodol som sa použiť jeden. kubický palec neodýmového permanentného magnetu, pretože je to najľahší a najrýchlejší spôsob, ako vytvoriť veľké magnetické pole v malom objeme. Obrázok 4c- So severným koncom malého magnetu v robote otočeným k väčšiemu vonkajšiemu južnému koncu magnetu pod ním magnet robota pomerne tesne sleduje pohyb ns vonkajšieho magnetického poľa. Krátke video, v ktorom robot zachytáva 8 -pinový integrovaný obvod, nájdete tu: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EAOr alebo kliknite na video nižšie.

Krok 4: Radič robota typu CNC

Na obrázku 5 je znázornený robotický ovládač typu CNC. Štyri servá poskytujú pohyby jednému kubickému palcu neodymového magnetu, ktorý sleduje kardan namontovaný v robote. Na osi x a Y tiahne servo s vysokým krútiacim momentom s kladkou a rybárskym navádzačom za plošinu zo sklenených vlákien. Pružina je proti pohybu. Plošina spočíva na dvoch teleskopických mosadzných rúrkach, ktoré pôsobia ako lineárne vedenie. Plastové ložiská vyrobené z plastovej dosky na krájanie na oboch stranách lineárnych vodidiel udržujú plošinu na úrovni. Tento konkrétny ovládač robota má obmedzený rozsah niekoľkých kubických palcov. To by sa nakoniec malo ukázať ako viac ako dostatočné na ovládanie skutočne mikroskopických robotov, ktoré môžu vyžadovať iba rozsah niekoľkých kubických centimetrov.

Krok 5: Obvod magnetického robota

Ovládač robota sa skladá z mikrokontroléra Picaxe, ktorý je naprogramovaný tak, aby robotu poskytoval sekvenciu pohybov. Picaxe považujem za najľahší a najrýchlejší mikrokontrolér, ktorý je možné pripojiť a naprogramovať. Aj keď je pomalší ako štandardný Pic Micro alebo Arduino, je pre väčšinu experimentálnych robotov dostatočne rýchly. Ostatné projekty Picaxe nájdete tu: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmA a tu: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Picaxe riadi robota sériovým odosielaním príkazov do mikrosériového servo ovládača Polulu. Ovládač Polulu je veľmi malý a nepretržite udrží až 8 serv v akejkoľvek polohe, v ktorej sú umiestnené. Jednoduché príkazy z programu Picaxe vám umožňujú ľahko ovládať polohu, rýchlosť a smer serva. Vrelo by som odporučil tento ovládač pre všetky druhy robotov na báze serva. Schéma ukazuje, ako sú prepojené štyri servá. Servo 0 a 1 vedie 1 magnet pozdĺž osi X a Y. Servo 2 je nepretržite sa otáčajúce servo, ktoré dokáže otáčať magnetom o viac ako 360 stupňov. Servo 3 nakloní magnet mierne dopredu a dozadu, aby sa spustil a zdvihol chápadlo. Pre krátke video z robota zapínajúceho desetník, nájdete tu: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgOr kliknite na video nižšie:

Krok 6: Softvér ovládača robota

Tu je softvérový program pre mikrokontrolér Picaxe. Posiela vopred naprogramované sekvencie na servopohon Polulu, ktorý pohybuje magnetom v 3D priestore a riadi tak robota. S miernymi úpravami by sa dal použiť aj na programovanie základnej známky dva. Na programovanie programu Picaxe som považoval za potrebné odpojiť pin 3 (sériový výstup) od servopohonu. V opačnom prípade by sa program nesťahoval z počítača. Tiež som zistil, že je potrebné pri zapínaní obvodov odpojiť pin tri od servopohonu, aby sa zabránilo zablokovaniu servopohonu. Potom, asi po sekunde, som znova pripojil pin 3. 'Program pre sekvenciu snímania magrobotov R-20 pomocou servopohonu polulu vysokého 3' sériového výstupného pinpause 7000 'nastaveného na 0 polohyserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) „poloha s1 13-24-35 counter-clockwiseserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127)‘poloha s0 c-clockpause 7000’úroveň magnetického výstupu 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) poloha midpause 1000 'posun dopredu dlhé servo1serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 21, 127)' poloha clockwisepause 1500 'grip downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 26, 127) poloha downpause 2000 'close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1)' slow speed clockpause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2 (0, 127) „stop servo 2 rotatepause 700“move shortserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 13, 127) 'position clockpause 1000' grip upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) „poloha stredného bodu 700“odbočiť vpravo o 90 séria 3, t2400, (80 dolárov, 01 dolárov, 04 dolárov, 2, 25, 1) „pomalá hodinová pauza“470serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotácia pauza 1000' dopredu radič 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 13, 12) 'poloha s0 pauza 1500' grip downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 25, 12) „poloha midpause 2000“close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'pomalá rýchlosť c-clockwisepause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotácia pauza 400' záložný server 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'poloha s0 c-clockpause 700' grip upserout 3, t2400, (80 dolárov, 01 dolárov, 04 dolárov, 3, 22, 12) poloha stredná pauza 1000 pauza 6000 'nastavená na 0 polohyserout 3, t2400, (80 dolárov, 01 dolárov, 04 dolárov, 1, 35, 127)' pozícia s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'position s0 c-clockloop: goto loop

Krok 7: Pridanie senzorov

Tento robot nemá žiadne senzory. Aby bol robotický manipulátor malých predmetov skutočne užitočný, bolo by výhodné mať spätnú väzbu k mikrokontroléru z rôznych senzorov skutočného sveta. Aby sa zabránilo zabudovaniu napájacieho zdroja, mohli by byť použité svetelné senzory. Laserové alebo infračervené svetlo je možné nasmerovať na hornú časť robota a mechanické reflektory alebo blokátory je možné pripojiť k dotykovým senzorom, snímačom tlaku alebo snímačom teploty a premenlivej odrazivosti čítať fotobunky alebo videokamera. Ďalšou možnosťou je použiť technológiu RFID na prenášať impulz, ktorý poháňa elektroniku robota, aby sa vracala namiesto identifikačného čísla, sekvencie bitov, ktoré predstavujú odchýlky v dotyku alebo iných senzorov.

Krok 8: Ostatné magneticky poháňané roboty

Roboty ovládané magnetickými poľami rôznych typov nie sú žiadnou novinkou. Niektoré z nich sú mikroskopické a niektoré sú väčšie, takže sa dajú medicínsky nasadiť v ľudskom tele. Niektorí používajú počítačom riadené elektromagnety a niektorí používajú pohyblivé trvalé magnety. Tu je niekoľko odkazov na niektoré z najlepších a najmenších experimentálnych magnetických robotov, na ktorých vedci pracujú. Lietajúci magnetický robot na cent. Aj keď v skutočnosti neletí, pohybuje sa v počítačom riadenom magnetickom poli, podobne ako hračky, ktoré pozastavujú malý glóbus zeme. Má tiež chápadlo, ktoré sa pri zahrievaní laserom roztiahne a potom pri chladnutí uchopí. Magnetické severné a južné konce robotov sú bohužiaľ zvislé, takže neexistuje spôsob, ako ovládať rotáciu tak, aby presne uchopila chápadlo. Je o niečo väčší ako najmenší robot, ktorý som vyrobil, ktorý je zobrazený v kroku 9. https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.html Robot s plávajúcim magnetomSkutočne mikroskopický robot, ktorý je špirálou s magnetom na jednom konci. S vonkajším otáčavým a rotujúcim magnetickým poľom je možné ho zamerať akýmkoľvek smerom a plávať pod vodou. spektrum.ieee.org/aug08/6469Medical robots.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp? x = 5464Magneticky ovládaná kamera.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Tu je niekoľko mikroskopických magneticky ovládaných chápadiel, ktoré je možné aktivovať chemicky alebo teplom. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm Bohužiaľ, tieto mikro chápadlá sa nedajú uvoľniť uchmatnúť. Sú teda viac ako mikroskopický lapač medveďov než plne funkčný chápadlo. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January /13010901.asppic 10 ukazuje Magbots R-19, R-20 a R-21, tri roboty, ktoré som vyrobil pre tieto experimenty. Najmenší bol zmenšený odstránením jedného čapu a kolies. Drôtený chvost bráni prevráteniu dozadu.

Krok 9: Zostavenie ešte menších robotov

Na obrázku 11 je Magbot R-21, najmenší magneticky poháňaný robot s funkčným chápadlom, ktoré som doteraz vyrobil. Pri 0,22 "x.20" x.25 "je to zhruba 1/100 kubického palca. Odstránením kolies a jedného bodu otáčania (kardan) je robot oveľa menší ako verzia s kolesami. Kĺže po kovu rám nie je taký hladký ako ten s kolesami. Drôtený chvost umožňuje robotovi vrátiť sa späť a zdvihnúť chápadlo. Takúto konfiguráciu by bolo možné použiť na vytvorenie robota mikroskopickej veľkosti. Problémom v tomto bode je buď použiť konvenčný IC technológia na vytváranie tenkých vrstiev mechanických štruktúr, alebo prísť s inou alternatívou na vytváranie mikroskopických štruktúr. Pracujem na tom. Tieto malé roboty predstavujú jeden z najľahších spôsobov, ako získať veľa pohybu v malom priestore. Existuje mnoho iné možné konfigurácie palubných magnetov a vonkajších magnetických polí, ktoré by mohli produkovať veľmi zaujímavé roboty. Napríklad použitie viac ako troch alebo viacerých rotujúcich alebo otáčavých magnetov na robote by mohlo mať za následok viac stupňov voľnosti a presnejšiu manipuláciu s chápadlom.

Prvá cena vo vreckovej súťaži