Stavba malých robotů: Výroba jednoho krychlového palce robotů Micro-Sumo a menších: 5 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Zde je několik podrobností o stavbě malých robotů a obvodů. Tento instruktáž také pokryje několik základních tipů a technik, které jsou užitečné při stavění robotů jakékoli velikosti. Pro mě je jednou z velkých výzev v elektronice zjistit, jak malého robota dokážu vyrobit. Na elektronice je krásné to, že se součástky stále neuvěřitelně rychlým tempem stále zmenšují a zlevňují a zvyšují účinnost. Představte si, že by taková byla automobilová technologie. V současné době bohužel mechanické systémy nepostupují zdaleka tak rychle jako elektronika. To vede k jedné z hlavních obtíží při stavbě velmi malých robotů: snaze zapadnout do malého prostoru, mechanický systém, který robotem pohybuje. Mechanický systém a baterie obvykle zabírají většinu objemu opravdu malého robota. Obrázek 1 ukazuje Mr. Cube R-16, jeden kubický palec mikrosumo robota, který je schopen reagovat na své prostředí pomocí hudebních drátěných vousů (nárazník) přepínač). Může se pohybovat a prozkoumávat obvod malé krabičky. Lze jej dálkově ovládat pomocí univerzálního infračerveného dálkového ovladače TV, který je nastaven pro televizor Sony. Může mít také předprogramovaný mikrokontrolér Picaxe s reakčními vzory. Podrobnosti začínají krokem 1.

Krok 1: Součásti jednoho krychlového palce robota

Mr cube R-16, je šestnáctý robot, kterého jsem postavil. Jedná se o jednoho krychlového palce robota, který měří 1 "x1" x1 ". Je schopen autonomního programovatelného chování nebo může být dálkově ovládán. Není to myšleno jako něco velmi praktického nebo zvláště užitečného. Je to pouze prototyp Je to však užitečné v tom smyslu, že stavba malého robota vám umožní zdokonalit své miniaturizační schopnosti pro roboty a další malé obvody. Budování malých robotů a obvodů Mějte na paměti, že stavění co nejmenších znamená, že může výstavba stejného obvodu ve větším prostoru zabere dvakrát tolik času. K uchycení malých součástek a vodičů na místě při pájení nebo lepení jsou zapotřebí všechny druhy svorek. Jasné pracovní světlo a dobrá zvětšovací náhlavní souprava nebo pevná lupa je nutností. Malé motory Ukazuje se, že jednou z největších překážek výroby opravdu malých robotů je nutný převodový motor. Řídicí elektronika (mikrokontroléry) se stále zmenšuje. g Nízkootáčkové převodové motory, které jsou dostatečně malé, nejsou tak snadné. Pan Cube používá malé pagerové převodové motory, které jsou převodovány v poměru 25: 1. Při tom řazení je robot rychlejší, než bych chtěl, a trochu se trhá. Aby se prostor vešel, musely být motory vyrovnány jedním kolem více dopředu než druhým. I s tím se pohybuje dopředu, dozadu a v pohodě zatáčí. Motory byly připojeny k perfboardu drátem o rozměru 24, který byl připájen a poté přilepen kontaktním cementem. V zadní části robota byl do závitového otvoru pod spodní deskou plošných spojů zašroubován nylonový šroub velikosti 4-40. Tato hladká plastová hlava šroubu funguje jako kolečko pro vyvážení robota. Můžete to vidět v pravém dolním rohu na obrázku 4. To dává vůli kola ve spodní části robota asi 1/32 ". K namontování kol byly připojeny plastové řemenice 3/16" namontované na motorech a pak se při otáčení brousily na správný průměr. Poté byly vloženy do otvoru v kovové podložce, která se vešla do nylonové podložky, a vše bylo epoxidováno dohromady. Kolo bylo poté potaženo dvěma vrstvami gumy Liquid Tape, aby mu poskytlo trakci. Malé baterie Dalším problémem nejmenších robotů je hledání malých baterií, které vydrží. Používané převodové motory vyžadují k provozu poměrně vysoké proudy (90-115 ma). Výsledkem je malý robot, který snídá baterie. Nejlepší, co jsem v té době našel, byly 3 lithiové knoflíkové baterie LM44. Životnost baterie u velmi malých robotů tohoto typu je tak krátká (několik minut), že obvykle nemohou dělat nic podobného praktickému. Bylo tam místo pouze pro tři 1,5 V baterie, takže skončily napájením motorů i ovladače Picaxe. Kvůli elektrickému šumu, který mohou vytvářet malé stejnosměrné motory, jeden napájecí zdroj pro všechno obvykle není dobrý nápad. Ale zatím to funguje dobře. Prostor v tomto jednompalcovém robotu byl tak těsný, že se ukázalo být problémem tloušťka izolace drátu 28 (od plochého kabelu). Sotva jsem dokázal dát dohromady obě poloviny robota. Odhaduji, že asi 85% objemu robota je naplněno součástkami. Robot byl tak malý, že i vypínač byl problematický. Nakonec bych mohl surové vousy nahradit infračervenými senzory. Doslova mi došel snadno použitelný prostor, takže montáž čehokoli dalšího, aniž bych se uchýlil k technologii povrchové montáže, by byla zajímavá výzva. Rád používám véčkovou konstrukci pro opravdu malé roboty. Viz obrázek 2. Toto se skládá ze dvou polovin, které jsou spojeny dohromady s 1 "hlavičkami a zásuvkami pásku. To umožňuje snadný přístup ke všem součástem, což usnadňuje ladění obvodů nebo provádění změn. Obrázek 3 ukazuje umístění některých hlavní součásti. MATERIÁLY2 Převodové motory GM15- Motor planetového pagerového motoru 25: 1 6 mm: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Mikroprocesor Picaxe je k dispozici na adrese: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 motorový ovladač DIP IC: https://www.mouser.com Infračervený detektor Panasonic PNA4602M: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol tepelně odizolovatelný (pájitelný) magnetický drát: https:// www.mouser.com3 Lithiové knoflíkové baterie LM44 1,5 V. www.mouser.comRezistory a 150 uf tantalový kondenzátor. 1 "sklolaminátová měděná perfboardová deska z: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.html Kapalná páska Performix (tm), černá-k dispozici na Wal-Mart nebo

Krok 2: Obvod jednoho krychlového palce robota

Obrázek 4 ukazuje umístění 18x mikrokontroléru Picaxe a ovladače motoru L293, které jsou hlavními obvody robota. V době stavby jsem nemohl získat verze Picaxe nebo L293 pro povrchovou montáž. Použití integrovaných obvodů pro povrchovou montáž by určitě ponechalo více prostoru pro další obvody a senzory. 18x Picaxe Microcontoller Mikrokontroléry Picaxe jsou stále mými oblíbenými ovladači pro použití na experimentálních robotech. I když mají méně paměti a nejsou tak rychlé jako PicMicros, Arduino, Basic Stamp nebo jiné mikrokontroléry, jsou dostatečně rychlé pro většinu malých experimentálních robotů. Několik z nich lze snadno spojit dohromady, když je zapotřebí vyšší rychlost nebo paměť. Jsou také velmi shovívaví. Přímo jsem je připájel, zkrátil a přetížil jejich výstupy a jeden ještě musím vypálit. Protože je lze programovat v programovacím jazyce BASIC, je také jednodušší je programovat než většina mikrokontrolérů. Pokud chcete stavět opravdu malé, řadiče 08M a 18x Picaxe jsou k dispozici ve formě pro povrchovou montáž (integrované obvody SOIC-Small Outline Integrated Circuits). Chcete -li vidět některé projekty, které můžete s mikrokontroléry Picaxe provádět, můžete se podívat na: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm Motorový ovladač L293 Motorový ovladač L293 je skvělý způsob, jak ovládat dva motory v jakémkoli malém robotu. Čtyři výstupní piny z mikrokontroléru mohou ovládat napájení dvou motorů: vpřed, vzad nebo vypnuto. Napájení motorů lze dokonce pulzovat (modulace šířky pulzů PWM), aby bylo možné řídit jejich rychlost. Styl mrtvé chyby Na perfboardech nebyl prostor pro montáž ovladače L293, takže byl instalován technikou mrtvé chyby. To jednoduše znamená, že IC je obrácen vzhůru nohama a tenké dráty jsou připájeny přímo k pinům, které byly ohnuty nebo zkratovány. Poté může být nalepen na desku s obvody nebo namontován do jakéhokoli dostupného prostoru. V tomto případě, poté, co byl L293 pájen a testován, jsem ho potáhl dvěma vrstvami vždy praktické gumy Liquid Tape, abych zajistil, že se nic nezkratuje, když je nacpané do dostupného prostoru. Lze použít také čirý kontaktní cement. Velmi dobrý příklad stavebních obvodů využívajících styl mrtvé chyby naleznete zde: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Obrázek 5 ukazuje pomocnou ruku pájedlový přípravek, který jsem upravil přidáním malých aligátorových klipů na perfboard, které pomáhají při pájení malých vodičů k integrovaným obvodům ve stylu mrtvé chyby. Na obrázku 6 je schéma robota Mr. Cube. Můžete vidět video, kde pan Cube dělá krátkou naprogramovanou sekvenci kliknutím na níže uvedeném odkazu palce-robot-sm.wmv. Ukazuje robota na přibližně 30% maximální rychlosti, která byla snížena pomocí pulzně šířkové modulace na motorech.

Krok 3: Tipy a triky pro stavbu robotů

Po sestavení 18 robotů zde jsou některé z věcí, které jsem se naučil tvrdě. Samostatné napájecí zdroje Pokud máte místo, ušetříte si spoustu problémů, pokud použijete samostatné napájecí zdroje pro mikrokontrolér a jeho obvody a motory. Kolísavé napětí a elektrický šum, které motory vytvářejí, mohou způsobit zmatek na vstupech mikrokontroléru a senzoru a způsobit tak velmi nekonzistentní reakce ve vašem robotu. Komponenty zřídka selhávají nebo jsou vadné. Pokud je váš návrh platný a obvod nefunguje, je to téměř vždy chyba ve vašem zapojení. Informace o tom, jak provádět rychlé prototypování obvodů, naleznete zde: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm Poté namontuji všechny motory a senzory na tělo robota a naprogramuji mikrokontrolér, aby je ovládal. Až poté, co vše funguje dobře, zkusím vytvořit trvalou pájenou verzi obvodu. Poté to testuji, když je stále oddělený od těla robota. Pokud to funguje, namontuji to trvale na robota. Pokud přestane fungovat, je to často chyba problémů s hlukem. Problémy s hlukem Jedním z největších problémů, se kterým jsem se setkal, je elektrický šum, který činí obvod zbytečným. To je často způsobeno elektrickým nebo magnetickým šumem, který může vycházet ze stejnosměrných motorů. Tento hluk může zahltit vstupy senzorů a dokonce i mikrokontrolér. Chcete -li to vyřešit, můžete se ujistit, že motory a vodiče k nim nejsou blízko žádných vstupních linek vedoucích k vašemu mikrokontroléru. Na obrázku 7 je Sparky, R-12, robot, který jsem vyrobil a který používá jako mikrokontrolér základní razítko 2. Nejprve jsem to vyzkoušel s hlavní deskou mimo robot a po provedení základního programování vše fungovalo dobře. Když jsem jej namontoval přímo nad motory, zbláznil se a byl naprosto nekonzistentní. Zkoušel jsem přidat mezi motory a obvod uzemněnou měděnou desku, ale to nic nezměnilo. Nakonec jsem musel fyzicky zvednout obvod 3/4 "(viz modré šipky), než robot znovu začne fungovat. Dalším běžným zdrojem ničivého hluku u malých robotů mohou být pulzující signály. Pokud posíláte signály PWM do serv nebo motorů, může fungovat jako antény a vysílat signály, které mohou zmást vaše vstupní linky. Abyste tomu zabránili, udržujte vstupní a výstupní vodiče mikrokontroléru co nejvíce oddělené. Také udržujte vodiče přenášející energii do motorů od vstupních linek. Magnet Wire Problém tloušťky drátu ve velmi malé obvody lze vyřešit pomocí magnetického drátu o rozměrech 30-36. U některých projektů jsem použil drát o rozměru 36, ale připadal mi tak křehký, že bylo těžké ho odizolovat a používat. Dobrým kompromisem je magnetový drát o průměru 30. Pravidelný magnet Lze použít drát, ale já dávám přednost tepelně odizolovatelnému magnetickému drátu. Tento vodič má povlak, který lze odizolovat pouhým pájením dostatečným teplem, aby se roztavila izolace. Odstranění povlaku při pájení trvá až 10 sekund. jemné komponenty jako pájení na LED diody nebo integrované obvody, to může být škodlivé teplo. Nejlepší kompromis pro mě je použít tento tepelně odizolovatelný magnetický drát, ale nejprve jej trochu odizolujte. Nejprve si vezmu ostrý nůž a posunu ho po magnetickém drátu, aby se odlepil povlak, a poté drátem otáčím, dokud se docela dobře neodizoluje kolem jeho průměru. Poté odizolovaný konec drátu pájím, dokud není dobře pocínovaný. Poté jej můžete rychle pájet na jakoukoli choulostivou součástku s menší pravděpodobností poškození teplem. Tenká pájka Když jsou součásti velmi blízko sebe, může být obtížné je pájet, aniž by došlo k blobování a zkratování blízkých podložek a vodičů. Nejlepším řešením je použít malou hrotovou nastavitelnou páječku na teplo (1/32 ") a nejtenčí pájku, kterou najdete. Standardní pájka má obvykle průměr 0,032", což na většinu věcí funguje dobře. Použití tenčí pájky o průměru 0,15 "vám umožní snadno ovládat množství pájky na spoji. Pokud použijete nejmenší množství pájky, které to vyžaduje, zabere to nejen nejmenší objem, ale také vám to umožní rychle pájet spoj. To snižuje pravděpodobnost přehřátí a poškození choulostivých součástek, jako jsou integrované obvody a diody LED pro povrchovou montáž. Komponenty pro povrchovou montáž Komponenty pro povrchovou montáž jsou tím nejlepším v miniaturizaci. Pro použití integrovaných obvodů velikosti SOIC obvykle používám tenkou pájku a magnetický drát. způsob výroby odlamovacích desek nebo obvodů SOIC viz zde: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm Lepení na součásti místo pájení Některé součásti pro povrchovou montáž lze také přímo nalepit na desky plošných spojů. Můžete si vytvořit vlastní vodivé lepidlo a použít lepit na LED a integrované obvody. Viz: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ Zatímco to funguje, může to být poněkud obtížné, protože kapilární působení má tendenci knot c vodivé lepidlo pod povrchovou montáž LED diod a dalších komponent a zkraťte je. Lepení na součásti pomocí nevodivého lepidla Nedávno jsem experimentoval s lepením součástek na desky měděných obvodů a vodivých tkanin pomocí lepidla, které nevede. Viz obrázek 8 pro obrázek 12voltové světelné lišty (nesvítí a svítí) pomocí LED diod pro povrchovou montáž, které byly přilepeny nevodivým lepidlem. Zjistil jsem, že když na měděné stopy nanesete tenký film čirého laku na nehty a poté fyzicky upnete LED a necháte 24 hodin zaschnout, zůstane vám dobrý mechanický spoj, který je elektricky vodivý. Lepidlo na nehty účinně zmenšuje a upíná kontakty LED na měděné stopy a vytváří dobré mechanické spojení. Musí být upnut po celých 24 hodin. Poté jej můžete vyzkoušet na vodivost. Pokud se rozsvítí, můžete poté přidat druhou vrstvu lepidla. Pro druhou vrstvu používám čirý kontaktní cement, jako je Welders nebo Goop. Toto silnější lepidlo obklopuje součásti a také se při vysychání smršťuje, aby bylo zajištěno dobré pevné spojení s měděnými stopami. Před dalším testováním počkejte 24 hodin, než zaschne. Nechal jsem se pochybovat o tom, jak dlouho to bude trvat, a nechal jsem modrou světelnou lištu LED na obrázku 8 sedm dní a nocí. Odpor obvodu ve skutečnosti časem klesal. O několik měsíců později se lišta stále plně rozsvítila bez známek zvýšeného odporu. Pomocí této metody jsem úspěšně nalepil velmi malé LED diody pro povrchovou montáž-velikosti 0805-a větší na měděnou plátovanou desku. Tato technika ukazuje určitý příslib ve výrobě opravdu malých obvodů, LED displejů a robotů.

Krok 4: Porušení pravidel

Abyste mohli vyrábět opravdu malé roboty, možná budete muset porušit mnoho z výše uvedených pravidel. Aby pan Cube porušil následující pravidla: 1- Použil jsem jeden napájecí zdroj místo jednoho pro motory a jednoho pro mikrokontrolér. 2- Namontoval jsem mikrokontrolér Picaxe velmi blízko motoru. 3- Použil jsem baterie, které jsou dimenzovány na nízký odběr proudu a spouštěly je při mnohem vyšších proudech, než pro které byly navrženy. To výrazně omezuje životnost baterií. Měl jsem prostě štěstí, že se to nestalo. To může velmi zkomplikovat ladění obvodu. Programovací kód Picaxe pro Mr. Cube si můžete stáhnout na adrese: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt Pokud vás zajímá, jaké další roboty jsem vytvořil, můžete jít na: https://www.inklesspress.com/robots.htmObrázek 9 ukazuje Mr. Cube a Mr. Cube two, R-18, 1/3 kubického palce robota, který jsem začal stavět. Podrobnosti ke kroku 5.

Krok 5: Mr. Cube Two: Výroba 1/3 krychlového palce robota

Poté, co jsem vyrobil jednoho krychlového palce robota, který fungoval, jsem musel zkusit něco menšího. Mířím na robota kolem 1/3 krychlového palce. V tuto chvíli má pan Cube Two asi 0,56 "x 0,58" x,72 ". Je vybaven mikrokontrolérem 08 Picaxe, který mu umožní autonomní pohyb. Na obrázku 10 je robot na pravítku. Na obrázku 11 je druhý na straně robota na čtvrtině. Dvě baterie jsou lithiové 3voltové baterie cr1220 a teprve se uvidí, zda budou mít dostatečnou kapacitu pro napájení Picaxe a motorů. Může být zapotřebí více baterií. Probíhá práce. Takže zdaleka dva pagerové motory fungují dobře při pohybu a otáčení robota na hladkých površích. Mikrokontrolér Picaxe je nainstalován a byl naprogramován a testován. Ještě budou přidány ovladače motoru SOIC L293 a snímač infračerveného reflektoru. Po dokončení to bude být jedním z nejmenších autonomních robotů se senzory a mikrokontrolérem. I když je to malý robot, existují menší amatérští roboti, kteří jsou programovatelní? Ano. Viz: 1cc Robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico Robot:

Druhá cena v soutěži robotů Instructables a RoboGames

První cena v Knižní soutěži Instructables