Elektromechanický hmyz alebo kmitajúci oscilátor: 9 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Úvod

Vývoj robotiky sledujem asi 10 rokov a mám za sebou biológiu a videografiu. Tieto záujmy obiehajú moju základnú vášeň, entomológiu (štúdium hmyzu). Hmyz je veľkým problémom v mnohých priemyselných odvetviach a je zdrojom veľkej inšpirácie. Našťastie biológia a hmyz získavajú vplyv v robotike prostredníctvom biomimikry a syntetickej biológie. Zvlášť ma vzrušuje pokrok hmyzích kupcov. CIA vytvorila lietajúci hmyzí obchodník už v 70. rokoch minulého storočia a hmyz bude aj naďalej hrať veľkú úlohu pri ovplyvňovaní riešenia problémov v robotike. Chcem sa podeliť o umelecký spôsob stavby vašej vlastnej elektromechanickej sochy hmyzu.

Jedným z remesiel, ktoré sa silne zameralo na vlastnosti hmyzu, je umenie viazania múch. Viazanie mušiek je metóda vytvárania návnad na muškárenie. Toto remeslo používa rozmanitú paletu materiálov a nástrojov a vyžaduje starostlivú pozornosť k detailom, pričom na dokončenie krásnych návrhov sa výrazne spolieha na správnu techniku.

Príliš som sa nenadchol pre 3D tlač alebo mikrokontroléry. Snažím sa vyrábať elektromechanické tvory, ktoré nepoužívajú ani jednu z týchto technológií. Zdá sa, že bez ohľadu na to, aký senzor alebo mechanický výraz chcete preskúmať, všetko sa musí napájať prostredníctvom mikrokontroléra. Vráťme to trochu späť a urobme z nášho mozgu oscilátor!

Preto vám navrhujem, aby sme použili nástroje, materiály a techniku na viazanie mušiek ako základ pre vytvorenie krásneho, ľahkého, jedinečného, elektromechanického hmyzu. Táto kinetická socha podobná BEAM bude dúfajme inšpirovať vašich priateľov a rodinu, aby ocenili hmyz a remeselné umenie.

Krok 1: Navrhovanie oscilátora

Na internete je na výber veľa obvodov oscilátora. Po preskúmaní rozmanitosti som mal pocit, že najľahším a „najekologickejším“bol Astable Multivibrator. Tento obvod je možné vytvoriť so symetrickými odpormi alebo asymetrickými, čo má za následok mierne odlišné šírky impulzov v závislosti od toho, z ktorej „strany“obvodu odoberáte svoj výstup.

Komponenty pre tento obvod, ktoré som vybral, sú:

Množstvo: Položka:

x1 tranzistor 2N4403 pnp

x1 2N3905 tranzistor pnp (zrkadlený kolíkový výstup)

x2 odpory 330 Ω

x2 rezistory 22k Ω

x2 4,7 μF 16V kondenzátory

x2 svetelné odpory (LDR) v rozsahu 0 - 30 k Ω

x1 2N4920 pnp tranzistor (zvládne 1 amp)

x1 8+ Ω cievka reproduktora

x1 Malý nemagnetický, neuzavretý jazýčkový spínač

Chcem nízky čas RC a malé kondenzátory, preto som vybral odpory 22 k Ω s bipolárnymi kondenzátormi 4,7 μF 16V. Výsledkom je zhruba 2 - 5 Hz oscilačná frekvencia.

Tiež chcem, aby bol obvod ovplyvňovaný prostredím, preto som dal rezistory závislé od svetla (LDR) v sérii s odpormi 22 k. Prepínač je malý jazýčkový spínač vytiahnutý z jednorazového obvodu blesku fotoaparátu. Tento vypínač použijeme ako citlivé fúzy na bruchu.

Krok 2: Začnite spájkovanie

Na použitie týchto komponentov budete potrebovať niekoľko nástrojov na ich spájkovanie. Nebudeme používať perfboard.

Uchopte dve zveráky, jednu na držanie komponentov a druhú na držanie spájkovačky.

Tiež sa uistite, že máte ako referenciu rezačky drôtov, kliešte a model obvodu. Vytvoril som prototyp druhej verzie obvodu, aby som sa ubezpečil, že vždy viem, ktoré časti komponentov sa kde pripájajú.

Ohnite vodiče dvoch tranzistorov tak, aby sa kolektor ohýbal do strany a základňa sa ohýbala smerom do stredu. Pretože 2N4403 a 2N3905 (na obrázku ako BC557) majú rôzne vývody, dávajte pozor, kde je základňa a kolektor. Dali by sa použiť dva rovnaké tranzistory pnp, ale páči sa mi chirálna kvalita zrkadleného kolíka. Koniec koncov, toto je umenie.

Ohnite vodiče kondenzátora v pravom uhle.

Odrežte vodiče na kondenzátoroch a základni tranzistora a kolektoroch.

Teraz umiestnite tranzistor do zveráka a priveďte spájkovačku k požadovanému zvodu na spájku. Tým sa uvoľnia obe ruky, aby ste vložili kondenzátor a spájku a spojili ich dohromady.

Tento krok zopakujte, aby sa základňa a kolektory každého tranzistora pripojili ku každému kondenzátoru.

Je zaujímavé poznamenať, že zverák môže v skutočnosti pôsobiť ako chladič tranzistorov a architektúra hotovej spájkovačky robí túto štruktúru prekvapivo silnou.

Krok 3: Spájkujte odpory

Ohnite a odstrihnite vodiče rezistorov podľa obrázku vyššie.

Umiestnite odpor 330 Ω do zveráku a spájajte našu kondenzátorovú tranzistorovú jednotku s odporom. Postupujte podľa schémy, tento odpor sa musí pripojiť tam, kde je kolektor tranzistora.

Opakujte s druhým odporom 330 Ω.

Umiestnite LDR do zveráku a spájkujte k nemu náš rastúci obvod. Spájkujte na základňu tranzistora.

Opakujte s druhým LDR.

Odrežte dlhé vodiče LDR smerom k stredu.

Spájajte odpory 22 k Ω na vývody LDR tak, aby boli odpory v sérii.

Každý zo štyroch rezistorov by mal mať otvorené vodiče smerujúce do stredu nášho obvodu (ako na obrázku).

Ohnite zvody týchto rezistorov k ich susedom, prerušte ich a všetky spájkujte. Tento zväzok odporov je teraz súčasťou našej pozemnej koľajnice.

Krok 4: Spájkovacie vodiče a výkonné PNP

Táto jednotka kondenzátorov, tranzistorov a rezistorov je naším astabilným multivibrátorovým oscilátorom. Je to vlastne náš mozog pre hmyz. LDR fungujú ako oči a mierne upravia frekvenciu a šírku impulzu nášho oscilátora. Tento obvod sám o sebe nemôže napájať cievku reproduktora, takže ho pripojíme k Q3, nášmu výkonovému tranzistoru (BD140 alebo 2N4920).

Spájkujte kladný koľajnicový vodič k emitoru Q1.

Spájkujte vodič uzemňovacej lišty k zväzku rezistorov.

Spájkujte tretí vodič k vysielaču Q2 (na obrázku je oranžový).

Spájajte tento tretí vodič na základňu Q3, výkonový tranzistor pnp (2N4920).

Odizolujte kladný koľajnicový drôt asi 1 1/2 palca nadol a spájkujte s emitorom Q3.

V tomto mieste si rád urobím prestávku v spájkovaní a nanesiem na obvod liberálnu vrstvu číreho laku na nechty. Pomôže to zabrániť skratom v prípade, že je obvod ohnutý alebo stlačený, a poskytne určitú ochranu pred počasím. Neváhajte naniesť niekoľko vrstiev.

Skontrolujte, či ste nikde neskrátili obvod. Otestujte obvod a uistite sa, že stále funguje. Napájajte červený vodič +9 V, uzemnite čierny alebo hnedý vodič a zapojte ho na kolektor Q3. Používam malú 5V lampu alebo náhradný reproduktor. Pretože Q3 môže pracovať iba okolo 1 ampéra, neprehrievajte tento tranzistor príliš veľkým výkonom a príliš malým odporom. Vykonajte svoje výpočty (I = V/R) za predpokladu jednosmerného prúdu. Teoreticky je priemerný prúd polovičný oproti prúdu jednosmerného prúdu pri napätí koľajnice v dôsledku pulzného účinku, ale pomôže nám to nechať priestor pre chyby.

Krok 5: Vystrihnite hlasovú cievku a spájku

Vezmite malý lacný reproduktor s funkčnou cievkou a vystrihnite ho. Začnite odstrihnutím okolo okraja kužeľa reproduktora a dajte pozor, aby ste neprestrihli konektory pozlátka pod ním.

Pripojte alebo odpájajte konektory drôtu pozlátka od úchytiek koša.

Vyrežte zavesenie oka tesne nad permanentný magnet.

Odstráňte cievku a odstrihnite prebytočný papier a sieťovinu. Konektory pozlátkového drôtu nechajte čo najdlhšie.

Špičky konektorov pozlátkového drôtu cínujte a spájkujte s kolektorom Q3.

Druhý konektor pripájajte k predlžovaciemu vodiču.

Odizolujte stred tohto nového drôtu a pripájajte ho k uzemňovacej lište.

Krok 6: Navrhnite krídla

Na priehľadnosť som vytlačil kľučkovité vzory krídel.

Krídla môžete tiež nakresliť perami a ostrými predmetmi na acetát.

Zabavte sa pri vyfarbovaní krídel a urobte ich jedinečnými a zaujímavými.

Položte acetátový list na starý časopis a pomocou šidla zatlačte do žíl. Striedajte prednú a zadnú stranu, aby ste v acetáte vytvorili konkávne a konvexné záhyby. To nielenže zvyšuje ilúziu skutočných krídel hmyzu, ale dokonca ich aj posilňuje.

Vystrihnite krídla, ale nechajte ich ako pár! Nechajte trochu materiálu v strede, aby mala naša cievka viac materiálu na tlačenie.

Krok 7: Pripevnite krídla k monofilu

Ak chcete začať viazať, budete potrebovať asi 35 libier monofilu, náš zverák z minulosti, nožnice, krídla, nite a cievku na viazanie mušiek. *Navrhovaná oprava: Na tieto podpery krídla použite ťažší monofil alebo tenký drôt. Model, ktorý bol zobrazený a vyrobený, stráca mechanickú účinnosť, keď sa monofil počas zdvihu nadol skláňa smerom von.

Odrežte dva kusy s dĺžkou päť palcov a jeden kus vložte do zveráka. Voľne priviažte krídla k monofilu v vzore osmičky.

Opakujte s druhým kusom monofilu a druhým krídlom.

Na uzly na každom kuse som pridal trochu lepidla, aby bola zaistená väčšia bezpečnosť. Zaistite, aby lepidlo nebránilo klopeniu krídel. Toto má fungovať ako pánt a monofil je náš oporný bod.

Krok 8: Postavte hrudník a hlavu

V tejto fáze sa všetko spojí naraz.

Vezmite trojpalcový kus monofilu alebo tuhej trubice s hmotnosťou 100 libier a uviažte na jeho dĺžku niť.

Vezmite tri, sedem palcové kusy kvetinového drôtu a uviažte ich každý v strede po celej dĺžke našej telesnej stavby. Toto budú naše nohy.

Viazajte zadné diely menšieho monofilu z našej krídlovej jednotky tesne za zadné nohy, nechajte priestor na neskoršie nastavenie ich dĺžky.

Nájdite magnetický kolík, ako je ten na obrázku. To udrží náš permanentný neodymový magnet na mieste.

Zapojte obvod, ktorý sme postavili, na nohy / telo.

Pripevnite magnetický kolík na telo za hlavou, ale pred Q3.

Pripevnite dve malé perá na telo tesne za hlavu, aby vystrčili dopredu ako antény (to je čisto estetické).

Predné kusy menšieho monofilu z krídlovej jednotky vytiahnite dopredu a priviažte ich k telu blízko hlavy. Potiahnite za každý kus, aby ste sa presvedčili, že krídla sú vycentrované a vystupujú nad magnet.

Papierovú trubičku kmitacej cievky prerežte smerom do stredu, aby sme do nej mohli vsunúť octan krídel. Celá táto štruktúra by sa mala vznášať nad kolíkom, kam pôjde náš magnet, takže keď prúd preteká cievkou, magnetická sila stiahne krídla nadol a hroty krídel klapajú nahor.

Krok 9: Postavte brucho

Pripevnite jazýčkový spínač na zadný koniec tela. Toto bude koniec brucha, kde budú naše citlivé fúzy. Spájajte našu pozemnú koľajnicu s jednou nohou jazýčkového spínača.

Pripájajte druhý krátky kus drôtu k druhej nohe jazýčkového spínača.

Zvinutím kladného koľajnicového drôtu vytvorte pre batériu veľkú povrchovú plochu.

Natočte nový krátky kus drôtu pripojeného k prepínaču tak, aby sa dotkol mínusovej alebo 0V strany batérie.

Pripevnite malú batériu 12V na brucho a zaistite pevné prepojenie káblov batérie. Do brucha som musel pridať niekoľko kúskov ťažkého monofilu, aby sa batéria pri previazaní neprevrátila na opačnú stranu brucha.

Vyskúšajte to! Pohybujú sa krídla smerom k magnetu? Uistite sa, že polarita magnetu je správna, a to podľa pravidla pravej ruky elektromagnetického prúdu a pomocou analógového kompasu zistite polaritu permanentného magnetu. Ak ste zostavili obvod tak, ako som popísal, prúd tečie z kolektora Q3 cez cievku smerom k uzemňovacej lište alebo 0V strane batérie.

Dokončite to tak, že ohnete nožičky kvetinového drôtu, aby vyzerali tak chrobavo, ako chcete! Skúste trochu lepidla tam, kde sa nohy stretávajú s telom, ak sú príliš tenké. Užite si to!

Ak máte nejaké otázky, dajte nám prosím vedieť. Toto je rozhodne náročný projekt. Malá gumička medzi vodičmi batérie môže pomôcť udržať ich na mieste.

Veľa štastia!

Prvá cena v technickej súťaži