Elektromechanický hmyz nebo klapající oscilátor: 9 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Úvod

Vývoj robotiky sleduji asi 10 let a mám za sebou biologii a videografii. Tyto zájmy obíhaly mou základní vášeň, entomologii (studium hmyzu). Hmyz je v mnoha průmyslových odvětvích velkým problémem a je zdrojem velké inspirace. Biologie a hmyz naštěstí získávají vliv v robotice prostřednictvím biomimikry a syntetické biologie. Zvláště mě vzrušuje pokrok hmyzích kupců. CIA vytvořila létající hmyzí obchodník již v 70. letech minulého století a hmyz bude i nadále hrát velkou roli při ovlivňování řešení problémů v robotice. Chci se podělit o umělecký způsob stavby vlastní elektromechanické sochy hmyzu.

Jedním z řemesel, které se silně zaměřilo na vlastnosti hmyzu, je umění vázání mušek. Vázání mušek je metoda vytváření návnad pro muškaření. Toto řemeslo využívá různorodou paletu materiálů a nástrojů a vyžaduje pečlivou pozornost k detailům, přičemž se při dokončování krásných návrhů silně spoléhá na správnou techniku.

Z 3D tisku ani z mikrokontrolérů jsem příliš nadšený nebyl. Snažím se vyrábět elektromechanická stvoření, která nepoužívají ani jednu z těchto technologií. Zdá se, že bez ohledu na to, jaký senzor nebo mechanický výraz chcete prozkoumat, vše musí procházet mikrokontrolérem. Pojďme to vzít trochu zpět a udělat z našeho mozku oscilátor!

Takže vám navrhuji použít nástroje, materiály a techniku vázání mušek jako základ pro vytvoření krásného, lehkého, jedinečného, elektromechanického hmyzu. Tato kinetická socha podobná BEAM snad inspiruje vaše přátele a rodinu, aby ocenili hmyz a řemeslo.

Krok 1: Navrhování oscilátoru

Na internetu je z čeho vybírat z mnoha obvodů oscilátoru. Poté, co jsem se podíval na různé druhy, měl jsem pocit, že nejjednodušší a „nejorganičtější“byl Astable Multivibrator. Tento obvod lze vytvořit se symetrickými odpory nebo asymetrickými, což má za následek mírně odlišné šířky impulzů v závislosti na tom, ze které „strany“obvodu odebíráte výstup.

Komponenty pro tento obvod, které jsem vybral, jsou:

Množství: Položka:

x1 2N4403 pnp tranzistor

x1 2N3905 pnp tranzistor (zrcadlený pinový výstup)

x2 odpory 330 Ω

x2 22k Ω odpory

x2 4,7 μF 16V kondenzátory

x2 odpory závislé na světle (LDR) v rozsahu 0 - 30 k Ω

x1 2N4920 pnp tranzistor (zvládá 1 amp)

x1 8+ Ω Cívka reproduktoru

x1 Malý nemagnetický, neuzavřený jazýčkový spínač

Chci nízký čas RC a malé kondenzátory, takže jsem vybral rezistory 22k Ω s bipolárními kondenzátory 4,7 μF 16V. To má za následek zhruba 2 - 5 Hz oscilační frekvenci.

Také chci, aby byl obvod ovlivněn okolním prostředím, takže jsem dal rezistory závislé na světle (LDR) v sérii s rezistory 22k. Přepínač je malý jazýčkový spínač vytažený z jednorázového okruhu blesku fotoaparátu. Tento přepínač použijeme jako citlivé vousy na břiše.

Krok 2: Začněte pájet

Pomocí těchto komponent budete potřebovat několik nástrojů k jejich pájení. Nebudeme používat perfboard.

Uchopte dva svěráky, jeden pro držení vašich součástí a druhý pro držení vaší páječky.

Ujistěte se také, že máte jako referenci řezačky drátu, kleště a model vašeho obvodu. Prototypoval jsem druhou verzi obvodu, abych se ujistil, že vždy vím, které části komponent kam připevnit.

Ohněte vývody dvou tranzistorů tak, aby se kolektor ohýbal do strany a základna se ohýbala směrem ke středu. Protože 2N4403 a 2N3905 (na obrázku jako BC557) mají různé vývody, dávejte pozor, kde je základna a kolektor. Mohly by být použity dva stejné tranzistory pnp, ale líbí se mi chirální kvalita zrcadleného kolíku. Koneckonců, toto je umění.

Ohněte vodiče kondenzátoru v pravém úhlu.

Zkraťte vodiče na kondenzátorech a základně tranzistoru a na kolektorech.

Nyní umístěte tranzistor do svěráku a přiveďte páječku k požadovanému přívodu k pájce. Tím se uvolní obě ruce, aby se zapojil kondenzátor a pájka a spojily se dohromady.

Tento krok opakujte, aby se základna a kolektory každého tranzistoru připojily ke každému kondenzátoru.

Zajímavé je, že svěrák může ve skutečnosti fungovat jako chladič pro tranzistory a architektura vaší hotové pájky dělá tuto strukturu překvapivě silnou.

Krok 3: Pájejte odpory

Ohněte a odstřihněte vývody odporů, jak je znázorněno výše.

Umístěte odpor 330 Ω do svěráku a připájejte naši kondenzátorovou tranzistorovou jednotku k rezistoru. Postupujte podle schématu, tento odpor se musí připojit tam, kde je kolektor tranzistoru.

Opakujte s druhým odporem 330 Ω.

Umístěte LDR do svěráku a připájejte k němu náš rostoucí obvod. Pájejte na základnu tranzistoru.

Opakujte s druhým LDR.

Odřízněte dlouhé přívody LDR směrem ke středu.

Připájejte odpory 22k Ω k vodičům LDR tak, aby odpory byly v sérii.

Každý ze čtyř odporů by měl mít otevřené vodiče směřující do středu našeho obvodu (jako na obrázku).

Ohněte vývody těchto rezistorů směrem k jejich sousedům, zkraťte je a všechny pájejte dohromady. Tento balíček odporů je nyní součástí naší pozemní kolejnice.

Krok 4: Pájecí dráty a napájecí PNP

Tato jednotka kondenzátorů, tranzistorů a rezistorů je náš astabilní multivibrátorový oscilátor. Je to vlastně náš mozek pro hmyz. LDR fungují jako oči a mírně upraví frekvenci a šířku pulsu našeho oscilátoru. Tento obvod sám nemůže napájet cívku reproduktoru, takže jej připojíme k Q3, našemu výkonovému tranzistoru (BD140 nebo 2N4920).

Připájejte kladný kolejový vodič k emitoru Q1.

Připájejte vodič uzemňovací lišty k svazku odporů.

Připájejte třetí vodič k vysílači Q2 (na obrázku jako oranžový).

Tento třetí vodič připájejte k základně Q3, výkonovému tranzistoru pnp (2N4920).

Odizolujte kladný kolejový drát asi 1 1/2 palce dolů a připájejte k emitoru Q3.

V tomto okamžiku si rád odpočinu od pájení a nanesu na obvod liberální vrstvu čirého laku na nehty. To pomůže zabránit zkratům, pokud je obvod ohnutý nebo skřípnutý, a poskytne mu určitou odolnost proti povětrnostním vlivům. Neváhejte použít několik vrstev.

Zkontrolujte, zda jste nikde nezkratovali obvod. Otestujte obvod, abyste se ujistili, že stále funguje, napájením červeného vodiče +9 V, uzemněním černého nebo hnědého vodiče a připnutím na kolektor Q3. Používám malou 5V lampu nebo náhradní reproduktor. Protože Q3 zvládne pouze asi 1 ampér, nepřehřívejte tento tranzistor příliš velkým výkonem a příliš malým odporem. Proveďte své výpočty (I = V/R) za předpokladu stejnosměrného proudu. V důsledku pulzního efektu je teoreticky průměrný proud poloviční než stejnosměrný proud na kolejovém napětí, ale to nám pomůže nechat prostor pro chyby.

Krok 5: Vyřízněte hlasovou cívku a pájku

Vezměte malý levný reproduktor s funkční kmitací cívkou a vyřízněte jej. Začněte odstřižením kolem okraje kuželu reproduktoru a ujistěte se, že neodříznete konektory pozlátka pod ním.

Připněte nebo odpojte konektory drátu pozlátka od poutek koše.

Odřízněte závěs oka těsně nad permanentním magnetem.

Vyjměte kmitací cívku a odstřihněte přebytečný papír a síťovinu. Konektory drátu pozlátka ponechte co nejdéle.

Špičky konektorů pozlátkového drátu pocínujte a připájejte ke kolektoru Q3.

Druhý konektor připájejte k prodlužovacímu vodiči.

Odizolujte střed tohoto nového drátu a připájejte jej k zemnící liště.

Krok 6: Navrhněte křídla

Vytiskl jsem si na průhlednost vzory klikatých křídel.

Křídla můžete také nakreslit pomocí per a ostrých předmětů na acetát.

Bavte se barvením křídel a jejich jedinečností a zajímavostí.

Umístěte svůj acetátový list na starý časopis a zatlačte šípem do žil. Střídáním přední a zadní části vytvořte v acetátu konkávní a konvexní záhyby. To nejen přispívá k iluzi skutečných hmyzích křídel, ale ve skutečnosti křídla také posiluje.

Vyřízněte křídla, ale nechte je jako pár! Uprostřed nechte trochu materiálu navíc, aby naše cívka měla více materiálu, který můžete tlačit.

Krok 7: Připevněte křídla k monofilu

K zahájení vázání budete potřebovat asi 35 liber monofil, náš svěrák z dřívější doby, nůžky, křídla, nit a cívku na vázání mušek. *Doporučená oprava: Pro tyto křídlové podpěry použijte těžší monofil nebo tenký drát. Zobrazený a postavený model ztrácí mechanickou účinnost, když se monofil při dolním zdvihu sklání směrem ven.

Uřízněte dva kusy o délce pěti palců a jeden kus vložte do svěráku. Křídla volně přivažte k monofilu ve vzoru osmičky.

Opakujte s druhým kusem monofilu a druhým křídlem.

Na uzly na každém kousku jsem přidal trochu lepidla pro větší bezpečnost. Zajistěte, aby lepidlo nebránilo klapání křídel. To má fungovat jako závěs a monofil je náš opěrný bod.

Krok 8: Postavte hrudník a hlavu

Během této fáze se všechno spojí najednou.

Vezměte tři palce kus monofilu nebo tuhé hadičky o hmotnosti 100 liber a přivažte nit na jeho délku.

Vezměte tři, sedm palcové kousky květinového drátu a každý přivažte do středu po celé délce naší tělesné stavby. To budou naše nohy.

Svažte zadní kusy menšího monofilu z naší křídlové jednotky těsně za zadní nohy, ponechte prostor pro pozdější úpravu jejich délky.

Najděte magnetický kolík, jako je ten na obrázku. To udrží náš permanentní neodymový magnet na místě.

Zapojte obvod, který jsme postavili, na nohy / tělo.

Magnetický kolík přivažte k tělu za hlavou, ale před Q3.

Připevněte dvě malá pera na tělo těsně za hlavu, aby vyčnívala dopředu jako antény (to je čistě estetické).

Přesuňte přední kusy menšího monofilu z křídlové jednotky dopředu a přivažte je k tělu blízko hlavy. Zatáhněte za každý kus, abyste se ujistili, že křídla jsou vycentrována a vystupují nad magnet.

Odřízněte papírovou trubičku kmitací cívky směrem do středu, abychom do ní mohli vsunout octan křídel. Celá tato struktura by se měla vznášet nad kolíkem, kam půjde náš magnet, takže když proud proletí cívkou, magnetická síla stáhne křídla dolů a špičky křídel klapají nahoru.

Krok 9: Postavte břicho

Připevněte jazýčkový spínač k zadnímu konci těla. Toto bude špička břicha, kde budou naše citlivé vousy. Přisuňte naši zemní kolejnici k jedné noze jazýčkového spínače.

Druhý krátký kousek drátu připájejte k druhé noze jazýčkového spínače.

Natočením kladného kolejnicového drátu vytvoříte pro baterii velkou plochu.

Natočte nový krátký kousek drátu připojený ke spínači tak, aby se dotýkal záporné nebo 0V strany baterie.

Připevněte malou baterii 12V na břicho a zajistěte kabely baterie, aby měly pevné spojení. Musel jsem přidat několik kusů těžkého monofilu do břicha, aby se baterie nepřevrátila na opačnou stranu břicha, když jsem ji přivázal.

Vyzkoušejte to! Pohybují se křídla směrem k magnetu? Ujistěte se, že je polarita magnetu správná podle pravidla pravé ruky elektromagnetického proudu a pomocí analogového kompasu určete polaritu permanentního magnetu. Pokud jste postavili obvod, jak jsem popsal, proud teče ven kolektorem Q3, cívkou a směrem k zemnící liště nebo 0V straně baterie.

Chcete -li to dokončit, ohněte květinové drátěné nohy, aby vypadaly jako brouk, jak chcete! Zkuste trochu lepidla tam, kde se nohy setkávají s tělem, pokud jsou příliš křehké. Užívat si!

Pokud máte nějaké dotazy, dejte mi prosím vědět. Toto je rozhodně náročný projekt. Malá gumička mezi vývody baterie může pomoci držet je na místě.

Hodně štěstí!

První cena v technické soutěži