Postavte velmi malého robota: Vyrobte nejmenšího kolového robota na světě s chapadlem: 9 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:25

Postavte robota 1/20 krychlového palce s chapadlem, které dokáže zvedat a přesouvat malé předměty. Je řízen mikrokontrolérem Picaxe. V tuto chvíli se domnívám, že se může jednat o nejmenšího kolového robota na světě s chapadlem. To se bezpochyby změní, zítra nebo příští týden, když někdo postaví něco menšího.

Hlavním problémem stavby opravdu malých robotů je relativně velká velikost i těch nejmenších motorů a baterií. Zabírají většinu objemu mikro robota. Experimentuji se způsoby, jak nakonec vyrobit roboty, které jsou skutečně mikroskopické. Jako předběžný krok jsem vyrobil tři malé roboty a ovladač popsaný v tomto pokynu. Věřím, že s úpravami, tyto důkazy koncepčních robotů, by bylo možné zmenšit na mikroskopické rozměry. Po letech stavby malých robotů (viz zde: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/) jsem se rozhodl jako jediný způsob výroby nejmenších robotů. možné bylo mít k robotu externí motory, baterie a dokonce i mikrokontrolér Picaxe. obrázek 1 ukazuje R-20 a 1/20 kubického palce robota na desetníku. Obrázky 1b a 1c ukazují nejmenší kolový robot, který zvedá a drží 8pinový IC. V kroku 3 JE VIDEO, které ukazuje robota, jak zvedl 8pinový integrovaný obvod a pohyboval jím. A další video v kroku 5, které ukazuje, jak robot zapíná desetník.

Krok 1: Nástroje a materiály

18x mikrokontrolér Picaxe od Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro seriový servopohon dostupný od Polulu: https://www.pololu.com/2 serva s vysokým točivým momentem od standardních serva Polulu2 od Polulu.oo5 "mědi plech z mosazi nebo fosforového bronzu z neodymových magnetů Micromark2- 1/8 "x 1/16"- neodymový magnet 1 "x1" x1 "x1". Magnety jsou k dispozici na: https://www.amazingmagnets.com/index.asp Teleskopické mosazné trubice od Micromark: https://www.micromark.com/ Mosazné kolíky od Walmart Skleněné korálky od Walmart1/10 "materiál desky ze skleněných vláken od Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear pětiminutový epoxid Rozmanité matice a šrouby NÁSTROJE Jehlové kleště na nůžky na pájení Nůžové kleště na malý obrázek Na obrázku 2 je použit použitý modul Picaxe. Na obrázku 2b je zadní část modulu Picaxe.

Krok 2: Postavte 1/20 krychlového palce robota

Při 0,40 "x.50" x,46 "je objem robota Magbot R-20 o něco menší než 1/20 kubického palce. Je vyroben skládáním 3 krabicových struktur z nemagnetického plechu. Nejmenší vnitřní krabička je připájena k levému prstu chapadla. dva malé magnety jsou epoxidovány na svislý hřídel, který se ohýbá a tvoří pravý prst chapadla, který se volně otáčí. Právě tyto dva magnety jsou ovládány vnějším pohyblivým rotujícím a rotujícím magnetem pole, které robotovi poskytuje veškerou energii. Na konstrukce boxů jsem použil 0,005 "tlustý plech z fosforového bronzu, protože jej lze pájet a snadno oxidovat nebo zakalovat. Mohla by být také použita měď nebo mosaz. Původně jsem pomocí malých vrtáků vyvrtal ložiskové otvory v plechu pro rotující drátěné hřídele. Poté, co jsem jich pár zlomil ve vrtačce, skončil jsem jen s děrováním otvorů velkou jehlou a kladivem do plechu. Tím se vytvoří díra ve tvaru kužele, kterou lze poté zalepit naplocho. Otvory nemusí mít přesnou velikost ani být dokonale umístěny. V tomto malém měřítku jsou třecí síly nepatrné, a když se podíváte pozorně na obrázky, uvidíte, že jsem pro hřídele a prsty chapadla použil dlouhé standardní kolíky s průměrem 0,1 palce, které jsou čtvercové. Lze použít i měděný drát. Kolečka skleněných kuliček byla namontována na mosazné čepy epoxidované na spodní část robota. Je důležité použít nemagnetické materiály pro konstrukci, jinak bude nepříznivě ovlivněna síla a ovládání robota.

Krok 3: Robotický magnetický motor

Robot má čtyři stupně volnosti. Může se pohybovat dopředu a dozadu, otáčet doleva nebo doprava, pohybovat chapadlem nahoru a dolů a otevírat a zavírat chapadlo. Obrázek 4- Přemístil jsem čtyři palubní motory, které by to normálně vyžadovalo, jednoduchým zavěšením magnetu horizontálně na dvouosém závěsu. Dva magnety 1/8 "x1/8" x1/16 "jsou epoxidovány na svislý hřídel drátu, který je ohnut tak, aby tvořil jeden prst chapadla. Dva magnety jsou seřazeny tak, aby fungovaly jako jeden magnet a vytvářely motor s jedním magnetem. Toto je namontováno v nejmenší krabici, ke které je připájen druhý prst chapače. Krabice chapadla je připevněna k druhé vodorovné ose závěsu pomocí 000 mosazného šroubu a matice. Šroub jsem použil, abych jej mohl snadno rozebrat pro úpravu. Externí magnetické pole je namontováno na stroji typu CNC, který může klouzat magnetickou feildou podél osy x a y a otáčet ji vodorovně a svisle. Mohlo to být provedeno pomocí elektromagnetu, ale rozhodl jsem se použít jeden kubický palec neodymového permanentního magnetu, protože je to nejjednodušší a nejrychlejší způsob, jak vytvořit velké magnetické pole v malém objemu. Obrázek 4c- Takže severní konec malého magnetu v robotu směřuje k většímu vnějšímu jižnímu konci magnetu pod ním magnet robota poměrně těsně sleduje pohyb ns externího magnetického pole. Krátké video, kde robot zachycuje 8pinový integrovaný obvod, naleznete zde: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EAOr klikněte na video níže.

Krok 4: Řadič robota typu CNC

Na obrázku 5 je robotický ovladač typu CNC. Čtyři serva zajišťují pohyby neodymového magnetu o jednom krychlovém palci, který sleduje magnet namontovaný na závěsu v robotu. Pro osu x a Y táhne servo s vysokým točivým momentem s kladkou a rybářským návazcem na sklolaminátovou platformu. Pružina je proti pohybu. Plošina spočívá na dvou teleskopických mosazných trubkách, které fungují jako lineární vedení. Plastová ložiska vyrobená z plastového prkénka na obou stranách lineárních vedení udržují plošinu na úrovni. Tento konkrétní robotický ovladač má omezený rozsah několika kubických palců. To by se nakonec mělo ukázat více než dostačující pro ovládání skutečně mikroskopických robotů, které mohou vyžadovat pouze rozsah několika kubických centimetrů.

Krok 5: Magnetický robotický obvod

Řídicí jednotka robota se skládá z mikrokontroléru Picaxe, který je naprogramován tak, aby robotu poskytoval posloupnost pohybů. Považuji Picaxe za nejjednodušší a nejrychlejší mikrokontrolér, který lze připojit a naprogramovat. Přestože je pomalejší než standardní Pic Micro nebo Arduino, je pro většinu experimentálních robotů dostatečně rychlý. Další projekty Picaxe naleznete zde: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmAnd zde: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Picaxe ovládá robota sériovým odesíláním příkazů do mikrosériového servo ovladače Polulu. Ovladač Polulu je velmi malý a nepřetržitě pojme až 8 serv v jakékoli poloze, ve které jsou umístěny. Jednoduché příkazy z Picaxe vám umožňují snadno ovládat polohu, rychlost a směr serva. Vřele doporučuji tento ovladač pro všechny druhy robotů se servy. Schéma ukazuje, jak jsou připojena čtyři serva. Servo 0 a 1 vedou 1 magnet podél osy X a Y. Servo 2 je kontinuální rotující servo, které dokáže otočit magnet o více než 360 stupňů. Servo 3 nakloní magnet mírně dopředu a dozadu, aby se snížilo a zvedlo chapadlo. Pro krátké video robota zapínajícího desetník, viz zde: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgOr klikněte na video níže:

Krok 6: Software ovladače robota

Zde je softwarový program pro mikrokontrolér Picaxe. Odesílá předem naprogramované sekvence na servopohon Polulu, který pohybuje magnetem ve 3D prostoru a ovládá robota. S mírnými úpravami by mohl být také použit k programování základního razítka dva. Pro programování Picaxe jsem považoval za nutné odpojit Pin 3 (sériový výstup) od servopohonu. Jinak by se program z PC nestáhl. Také jsem zjistil, že je nutné při zapínání obvodů odpojit pin tři od servopohonu, aby se zabránilo zablokování servoovladače. Poté, asi po vteřině, jsem znovu připojil pin 3. 'Program pro sekvenci snímání magrobotů R-20 pomocí servopohonu polulu s vysokým 3' sériovým výstupem pinpause 7000 'nastaveným na 0 poziceserout 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 vpřed dlouhý 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' zavřít gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'pomalá rychlost hodinová pauza 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2 (0, 127) 'stop servo 2 rotatepause 700' pohyb vpřed shortserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 13, 127) 'pozice clockpause 1000' grip upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'poloha midpointpause 700' odbočit vpravo 90serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'pomalá rychlost 470serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotace pauza 1000' forwardserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 13, 12) 'poloha s0 pauza 1500' rukojeť downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 25, 12) 'poloha midpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'pomalá rychlost c-clockwisepause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotace pauza 400' záložní server 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'poloha s0 c-clockpause 700' rukojeť upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 22, 12) 'poloha midpause 1000pause 6000' nastavena na 0 positionserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'pozice s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'pozice s0 c-clockloop: goto loop

Krok 7: Přidání senzorů

Tento robot nemá žádné senzory. Aby byl robotický manipulátor malých předmětů skutečně užitečný, bylo by výhodné mít zpětnovazební smyčku k mikrokontroléru z různých senzorů reálného světa. Aby se zabránilo umístění napájecího zdroje na palubu, mohly by být použity světelné senzory. Laserové nebo infračervené světlo by mohlo být směrováno na horní část robota a mechanické reflektory nebo blokátory by mohly být připojeny k dotykovým senzorům, tlakovým senzorům nebo teplotním senzorům a proměnné odrazivosti snímané fotobuňkami nebo videokamerou. Další možností je použití technologie RFID vyslat impuls, který napájí elektroniku robota, aby se vrátila místo identifikačního čísla, posloupnosti bitů, které představují variace v dotyku nebo jiných senzorů.

Krok 8: Ostatní magneticky napájené roboty

Roboti ovládaní magnetickými poli různých typů nejsou žádnou novinkou. Některé z nich jsou mikroskopické a některé jsou větší, takže je lze nasadit lékařsky v lidském těle. Někteří používají počítačem ovládané elektromagnety a někteří používají pohyblivé permanentní magnety. Zde jsou některé odkazy na některé z nejlepších a nejmenších experimentálních magnetických robotů, na kterých vědci pracují. Létající magnetický robot na penny. Zatímco ve skutečnosti neletí, pohybuje se v počítačem řízeném magnetickém poli, podobně jako hračky, které pozastavují malý glóbus země. Má také chapadlo, které se při zahřátí laserem roztahuje a poté se ochlazuje. Magnetické severní a jižní konce robotů jsou bohužel svislé, takže neexistuje způsob, jak ovládat rotační rotaci a přesně tak orientovat chapadlo. Je o něco větší než nejmenší robot, kterého jsem vytvořil, který je uveden v kroku 9. https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.html Robot s plaveckým magnetem Skutečně mikroskopický robot, který je spirálou s magnetem na jednom konci. S externím výkyvným a rotujícím magnetickým polem jej lze namířit v libovolném směru a plavat 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/Zde je několik mikroskopických magneticky ovládaných chapadel, která mohou být aktivována chemicky nebo teplem. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm Bohužel tyto mikro chapadla nelze uvolnit urvat. Jsou tedy spíše jako mikroskopický past na medvědy než plně funkční chapadlo. /13010901.asppic 10 ukazuje Magbots R-19, R-20 a R-21, tři roboty, které jsem pro tyto experimenty vyrobil. Nejmenší byl zmenšen odstraněním jednoho čepu a kol. Drátěný ocas zabraňuje překlopení dozadu.

Krok 9: Sestavení ještě menších robotů

Na obrázku 11 je Magbot R-21, nejmenší magneticky napájený robot s funkčním chapadlem, které jsem dosud vyrobil. Při 0,22 "x.20" x.25 "je to přibližně 1/100 kubického palce. Vyloučením kol a jednoho otočného bodu (kardan) je robot mnohem menší než verze s koly. Klouže po kovu rám není tak hladký jako ten s koly. Drátěný ocas umožňuje robotovi houpat se zpět a zvednout chapadlo. Takovou konfiguraci lze použít k vytvoření robota mikroskopické velikosti. Problémem v tomto bodě je buď použít konvenční IC technologie k vytváření tenkých vrstev mechanických struktur nebo k vytvoření jiné alternativy pro vytváření mikroskopických struktur. Pracuji na tom. Tito malí roboti představují jeden z nejjednodušších způsobů, jak dostat hodně pohybu na malém prostoru. Existuje mnoho další možné konfigurace integrovaných magnetů a vnějších magnetických polí, které by mohly produkovat velmi zajímavé roboty. Například použití více než tří nebo více rotujících nebo otočných magnetů na robotu by mohlo mít za následek více stupňů volnosti a přesnější manipulaci s chapadlem.

První cena v kapesní soutěži