ساخت ربات های کوچک: ساخت یک روبات میکروسومو مکعبی کوچک و کوچکتر: 5 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:58

در اینجا جزئیاتی در مورد ساخت روبات ها و مدارهای کوچک آورده شده است. این دستورالعمل همچنین برخی نکات و تکنیک های اساسی را که در ساخت ربات ها با هر اندازه مفید است ، پوشش می دهد. برای من ، یکی از چالش های بزرگ در زمینه الکترونیک این است که ببینم چقدر می توان یک ربات کوچک ساخت. نکته جالب در مورد وسایل الکترونیکی این است که قطعات همچنان کوچکتر و ارزان تر و کارآمدتر با سرعتی فوق العاده سریع ادامه می دهند. تصور کنید فناوری خودرو چنین باشد. متأسفانه در حال حاضر سیستم های مکانیکی به اندازه الکترونیک پیشرفت نمی کنند. این منجر به یکی از مشکلات اصلی در ساخت ربات های بسیار کوچک می شود: تلاش برای قرار دادن در یک فضای کوچک ، سیستم مکانیکی که ربات را حرکت می دهد. سیستم مکانیکی و باتری ها بیشتر حجم یک ربات واقعاً کوچک را اشغال می کنند. pic1 آقای Cube R-16 را نشان می دهد ، یک ربات میکرو سومو یک مکعبی اینچ است که قادر است با سبیل های سیم موسیقی (سپر تعویض). می تواند محیط یک جعبه کوچک را حرکت داده و کاوش کند. می توان آن را از راه دور با استفاده از کنترل از راه دور مادون قرمز تلویزیون که برای تلویزیون سونی تنظیم شده است کنترل کرد. همچنین می تواند میکروکنترلر Picaxe خود را با الگوهای واکنش از پیش برنامه ریزی کرده باشد. جزئیات از مرحله 1 شروع می شود.

مرحله 1: اجزای یک ربات One Cubic Inch

Mr cube R-16 ، شانزدهمین رباتی است که من ساخته ام. این یک ربات یک اینچ مکعبی است که دارای ابعاد 1 "x1" x1 "است. قادر به انجام برنامه های خودکار است یا می تواند از راه دور کنترل شود. منظور این نیست که بسیار کاربردی یا مفید باشد. این فقط یک نمونه اولیه است با این حال ، از این نظر مفید است که ساختن یک ربات کوچک به شما امکان می دهد مهارت های کوچک سازی خود را برای روبات ها و سایر مدارهای کوچک تقویت کنید. ساخت ربات ها و مدارهای کوچک دو برابر بیشتر از زمان معمول طول می کشد تا یک مدار مشابه در یک فضای بزرگتر ساخته شود. انواع گیره ها برای نگه داشتن قطعات و سیم های کوچک در محل لحیم کاری یا چسباندن مورد نیاز است. یک چراغ روشن کار و یک هدست بزرگنمایی خوب یا یک یک ذره بین ثابت ضروری است. موتورهای کوچک معلوم می شود که یکی از بزرگترین موانع برای ساخت ربات های بسیار کوچک ، موتور دنده ای است که مورد نیاز است. لوازم الکترونیکی کنترل (میکروکنترلرها) همچنان کوچکتر می شوند. با این حال ، findin g موتورهای دنده دور کم که به اندازه کافی کوچک هستند چندان آسان نیست. آقای مکعب از موتورهای دنده پیجر کوچک استفاده می کند که نسبت آنها به 25: 1 تنظیم شده است. در آن دنده ، ربات سریعتر از آن چیزی است که من می خواهم و کمی تکان خورده است. برای تناسب فضا ، موتورها باید با یک چرخ جلوتر از دیگری چرخ می شدند. حتی با وجود آن ، به جلو ، عقب حرکت می کند و خوب می شود. موتورها با سیم 24 سنج روی صفحه تخته وصل شده و لحیم شده و سپس با سیمان تماسی چسبانده می شوند. در پشت روبات یک پیچ نایلونی به ابعاد 4-40 اندازه به یک سوراخ ضربه زده در زیر برد مدار پایین پیچ خورده است. این سر پیچ پلاستیکی صاف به عنوان یک کاستور برای ایجاد تعادل در ربات عمل می کند. شما می توانید آن را در سمت راست پایین تصویر 4 مشاهده کنید. این امر باعث می شود چرخ در قسمت پایینی ربات حدود 1/32 اینچ باشد. برای نصب چرخ ها ، قرقره های پلاستیکی 3/16 اینچی نصب شده بر روی موتورها روشن و سپس ، هنگام چرخش ، به قطر مناسب سنباده زده می شوند. سپس آنها را در سوراخی در ماشین لباسشویی فلزی که در داخل ماشین لباسشویی نایلونی قرار داشت ، وارد کردند و همه چیز با هم اپوکسی شد. سپس چرخ با دو لایه لاستیک نوار مایع پوشانده شد تا به آن کشش بدهد. موتورهای دنده ای مورد استفاده برای جریان به جریانهای نسبتاً بالایی (90-115mama) احتیاج دارند. این امر منجر به ایجاد یک ربات کوچک می شود که برای صبحانه باتری می خورد. بهترین چیزی که در آن زمان پیدا کردم ، باتری های لیتیوم دکمه ای 3-LM44 بود. عمر باتری در ربات های بسیار کوچک از این نوع ، آنقدر کوتاه است (چند دقیقه) که معمولاً نمی توانند کاری نزدیک به عملی انجام دهند. تنها سه باتری 1.5 ولت وجود داشت ، بنابراین آنها موتورها و کنترل کننده Picaxe را تغذیه می کردند. به دلیل نویز الکتریکی که موتورهای DC کوچک می توانند ایجاد کنند ، یک منبع تغذیه برای همه چیز ، معمولاً ایده خوبی نیست. اما تا اینجا کارکرد خوبی دارد. فضا در این ربات یک اینچی آنقدر محکم بود که ضخامت عایق سیم 28 سنج (از کابل روبان) مشکل ساز شد. من به سختی می توانم دو نیمه ربات را کنار هم قرار دهم. من تخمین می زنم که حدود 85 درصد حجم ربات با اجزا پر شده است. این ربات آنقدر کوچک بود که حتی یک کلید روشن و خاموش نیز مشکل ساز بود. در نهایت ، ممکن است سبیل های خام را با سنسورهای مادون قرمز جایگزین کنم. به معنای واقعی کلمه ، فضا برای استفاده آسان تمام شده است ، بنابراین نصب هر چیزی بیشتر ، بدون توسل به فناوری نصب روی سطح ، یک چالش جالب خواهد بود. من دوست دارم از ساختار تاشو برای روبات های واقعاً کوچک استفاده کنم. تصویر 2 را مشاهده کنید. این شامل دو نیمه است که با سربرگ ها و سوکت های نوار.1 اینچ به هم متصل می شوند. این امر دسترسی آسان به همه اجزا را ممکن می سازد و اشکال زدایی مدارها یا ایجاد تغییرات را آسان تر می کند. تصویر 3 موقعیت برخی از قطعات اصلی. MATERIALS2 GM15 Gear Motors- 25: 1 6mm Planetary Gear Pager Motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x میکروکنترلر Picaxe در دسترس از: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ؟ CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 کنترل کننده موتور DIP IC: https://www.mouser.com پاناسونیک PNA4602M آشکارساز مادون قرمز:.mouser.com3 LM44 1.5V. باتری های دکمه ای لیتیوم: https://www.mouser.com سوئیچ خاموش و روشن آبی کوچک: https://www.jameco.com لحیم کاری نازک-.015 "اینور لحیم هسته: https:// www.mouser.com مقاومت و یک خازن تانتالیوم 150 uf. 1 اینچ ورقه ای از فایبرگلاس مس از: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD ، _LINE_PATTERN_.html نوار مایع Performix (tm) ، مشکی-موجود در Wal-Mart یا

مرحله 2: مدار یک ربات یک اینچی مکعبی

تصویر 4 محل میکروکنترلر 18x Picaxe و کنترل کننده موتور L293 را نشان می دهد که مدارهای اصلی ربات هستند. در زمان ساخت ، من نتوانستم نسخه های روی سطح Picaxe یا L293 را تهیه کنم. استفاده از IC های روی سطح مطمئناً فضای بیشتری برای مدارها و سنسورهای اضافی باقی می گذارد. میکروکنترلرهای 18x PicaxePicaxe هنوز کنترلرهای مورد علاقه من برای استفاده در روبات های آزمایشی هستند. در حالی که حافظه کمتری دارند و به سرعت PicMicros ، Arduino ، Basic Stamp یا سایر میکروکنترلرها نیستند ، اما برای اکثر روبات های آزمایشی کوچک از سرعت کافی برخوردارند. در صورت نیاز به سرعت یا حافظه بیشتر ، چندین عدد از آنها را می توان به راحتی به هم متصل کرد. آنها همچنین بسیار بخشنده هستند. من مستقیماً آنها را لحیم کرده ام ، آنها را کوتاه کرده و خروجی های آنها را بیش از حد بارگذاری کرده ام و هنوز یکی از آنها را نسوزانده ام. از آنجا که می توان آنها را به زبان برنامه نویسی BASIC برنامه ریزی کرد ، برنامه نویسی آنها نسبت به بسیاری از میکروکنترلرها آسان تر است. اگر می خواهید بسیار کوچک بسازید ، کنترلرهای 08M و 18x Picaxe به صورت سطح نصب (مدارهای مجتمع SOIC-Small Outline) در دسترس هستند. برای مشاهده پروژه هایی که می توانید با میکروکنترلرهای Picaxe انجام دهید ، می توانید به آدرس زیر مراجعه کنید: چهار پین خروجی از میکروکنترلر می تواند قدرت دو موتور را کنترل کند: جلو ، عقب یا خاموش. قدرت موتورها را حتی می توان برای کنترل سرعت آنها (PWM-module width pulse) تنظیم کرد. این بدان معناست که IC وارونه شده و سیم های نازک مستقیماً به پین هایی که خم شده یا کوتاه شده اند ، می چسبند. سپس می توان آن را روی برد چسباند یا در هر فضای موجود نصب کرد. در این مورد ، پس از لحیم کاری و آزمایش L293 ، من آن را با دو لایه لاستیک نواری مایع به کار بردم تا مطمئن شوم وقتی در فضای موجود جمع می شود ، چیزی کوتاه نمی شود. سیمان تماس شفاف نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد. برای مثال بسیار خوبی از ساخت مدارها با استفاده از سبک اشکال مرده ، اینجا را ببینید: با افزودن گیره های تمساح کوچک به یک تخته چوبی برای اتصال سیم های کوچک به IC ها به سبک اشکال مرده. تصویر 6 شماتیک مربوط به ربات Mr. Cube را نشان می دهد. شما می توانید ویدئویی از آقای مکعب در حال انجام یک دنباله کوتاه برنامه ریزی شده را با کلیک کردن مشاهده کنید. در پیوند inch-robot-sm.wmv زیر. این ربات را در حدود 30٪ از حداکثر سرعت نشان می دهد که با استفاده از مدولاسیون عرض پالس بر روی موتورها کاهش یافته است.

مرحله 3: نکات و ترفندهای ساخت ربات

پس از ساخت 18 ربات ، در اینجا برخی از چیزهایی که به سختی آموخته ام آمده است. منابع تغذیه جداگانه اگر فضا داشته باشید ، اگر از منبع تغذیه جداگانه برای میکروکنترلر و مدارهای آن و موتورها استفاده کنید ، از مشکلات زیادی جلوگیری خواهید کرد. ولتاژ متغیر و سر و صدای الکتریکی که موتورها تولید می کنند می تواند با ورودی های میکروکنترلر و حسگر خراب شود و پاسخ های بسیار ناسازگاری در ربات شما ایجاد کند. عیب یابی قطعات به ندرت خراب می شوند یا معیوب هستند. اگر طراحی شما معتبر است و مدار کار نمی کند ، تقریباً همیشه در سیم کشی شما یک اشتباه است. برای اطلاع از نحوه انجام نمونه سازی مدارهای سریع به اینجا مراجعه کنید: فقط بعد از اینکه همه چیز خوب کار کرد ، سعی می کنم نسخه لحیم شده دائمی مدار را ایجاد کنم. سپس این را آزمایش می کنم در حالی که هنوز از بدن ربات جدا است. اگر این کار کرد ، من آن را به طور دائم روی ربات نصب می کنم. اگر کار خود را متوقف کند ، اغلب مشکلات مربوط به سر و صدا است. مشکلات نویز یکی از بزرگترین مشکلاتی که با آن برخورد کرده ام نویز الکتریکی است که باعث می شود یک مدار بی فایده شود. این امر اغلب ناشی از نویز الکتریکی یا مغناطیسی است که می تواند از موتورهای DC ایجاد شود. این نویز می تواند ورودی های سنسور و حتی میکروکنترلر را تحت فشار قرار دهد. برای حل این مشکل ، می توانید مطمئن شوید که موتورها و سیم های آنها به خطوط ورودی نزدیک به میکروکنترلر نزدیک نیست. عکس 7 Sparky ، R-12 ، روباتی است که من ساخته ام و از تمبر 2 اصلی به عنوان میکروکنترلر استفاده می کند. من ابتدا آن را با برد اصلی دور از روبات آزمایش کردم و پس از انجام برنامه نویسی اولیه ، همه چیز خوب کار کرد. وقتی آن را درست بالای موتورها نصب کردم ، دیوانه شد و کاملاً ناسازگار بود. من سعی کردم یک تخته مسی روکش شده بین موتورها و مدار اضافه کنم اما هیچ تفاوتی نکرد. سرانجام مجبور شدم قبل از اینکه روبات دوباره کار کند ، مدار را به صورت فیزیکی 3/4 (به فلش های آبی نگاه کنید) بالا بیاورید. منبع متداول دیگر سر و صدای مخرب در روبات های کوچک می تواند سیگنال های تپنده باشد. اگر سیگنال های PWM را به سرووها یا موتورها ارسال کنید ، سیم ها می تواند مانند آنتن ها عمل کند و سیگنال هایی ارسال کند که خطوط ورودی شما را گیج کند. برای جلوگیری از این امر ، سیم های ورودی و خروجی میکروکنترلر را تا آنجا که ممکن است از هم جدا نگه دارید. همچنین سیم های انتقال قدرت به موتورها را از خطوط ورودی دور نگه دارید. مگنت سیم مشکل ضخامت سیم در بسیار مدارهای کوچک را می توان با استفاده از سیم مگنت 30-36 سنج حل کرد. من در برخی پروژه ها از سیم 36 سنج استفاده کردم ، اما به نظر می رسید که آن را بسیار ناهموار می دانم ، سفت کردن و استفاده از آن دشوار است. سازش خوب سیم مگنت 30 گیج است. آهنربای معمولی سیم می تواند مورد استفاده قرار گیرد ، اما من سیم مگنت با قابلیت گرم شدن را ترجیح می دهم. این سیم دارای روکشی است که می توان آن را فقط با لحیم کاری با حرارت کافی برای ذوب عایق جدا کرد. تا 10 ثانیه طول می کشد تا پوشش هنگام لحیم کاری جدا شود. اجزای ظریف مواردی مانند لحیم کاری به LED ها یا IC ها ، این می تواند حرارت مضر باشد. بهترین سازش برای من این است که از این سیم آهنربای قابل گرم شدن استفاده کنید ، اما ابتدا آن را کمی بچسبانید. ابتدا یک چاقوی تیز بر می دارم و روی سیم مگنت می کشم تا روکش آن جدا شود و سپس سیم را به دور آن می چرخانم تا جایی که تقریباً به اندازه قطر آن برداشته شود. سپس انتهای سیم سفت را لحیم می کنم تا خوب قلع شود. سپس ، می توانید آن را به سرعت به هر جزء ظریف و با احتمال کمتر آسیب حرارتی لحیم کنید. نازک لحیم هنگامی که اجزاء بسیار نزدیک به هم هستند ، لحیم کاری آنها بدون ایجاد حباب و کوتاه شدن پدها و سیمهای اطراف دشوار است. بهترین راه حل استفاده از آهن لحیم کاری قابل تنظیم با نوک کوچک (1/32 اینچ) و نازک ترین لحیم کاری است که می توانید پیدا کنید. قطر لحیم کاری معمولاً 0.32 اینچ است که برای اکثر موارد خوب عمل می کند. استفاده از لحیم کاری با قطر ۰.۰۱۵ اینچ به شما این امکان را می دهد که به راحتی میزان لحیم کاری روی مفصل را کنترل کنید. در صورت استفاده از کمترین میزان لحیم کاری لازم ، نه تنها کوچکترین حجم را اشغال می کند ، بلکه به شما این امکان را می دهد که به سرعت اتصالات را لحیم کنید. این امکان را برای داغ شدن بیش از حد و آسیب رساندن به اجزای ظریف مانند IC و LED های نصب سطح کاهش می دهد. اجزای اتصال سطح قطعات مینای سطحی در کوچک سازی نهایی هستند. برای استفاده از IC های سایز SOIC من معمولاً از لحیم نازک و سیم آهنربا استفاده می کنم. نحوه ساخت تابلوها یا مدارهای شکست SOIC را اینجا ببینید: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm چسباندن قطعات به جای لحیم کاری برخی از اجزای نصب سطح نیز می توانند مستقیماً روی برد مدار چسبانده شوند. شما می توانید چسب رسانایی خود را بسازید و استفاده کنید به LED ها و IC ها بچسبد. ببینید: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ در حالی که این کار می کند ، ممکن است تا حدودی دشوار باشد زیرا عمل مویرگی تمایل دارد فتیله c چسب onductive در زیر سطح LED ها و سایر اجزا و آنها را کوتاه کنید. چسباندن اجزاء با استفاده از چسب غیر رسانا من اخیراً با چسباندن اجزای روی تخته های مسی و پارچه های رسانا با استفاده از چسبی که رسانایی نمی کند چسبیده ام. تصویر 8 را برای تصویر مشاهده کنید یک میله نور 12 ولت (بدون روشن و روشن) با استفاده از LED های نصب کننده روی سطح که با چسب غیر رسانا چسبانده شده بودند. من کشف کردم که اگر یک لایه نازک از لاک ناخن شفاف روی آثار مسی بگذارید و سپس LED را به صورت فیزیکی محکم کنید و بگذارید 24 ساعت خشک شود ، یک مفصل مکانیکی خوب برای رسانای الکتریکی برای شما باقی می ماند. چسب لاک ناخن به طور موثری باعث کوچک شدن و محکم شدن خطوط تماس با مسی می شود و یک اتصال مکانیکی خوب ایجاد می کند. باید 24 ساعت کامل بسته شود. پس از آن ، می توانید آن را برای رسانایی آزمایش کنید. اگر روشن شد ، می توانید لایه دوم چسب را اضافه کنید. برای لایه دوم از سیمان تماسی شفاف مانند Welders یا Goop استفاده می کنم. این چسب ضخیم تر اجزاء را احاطه کرده و همچنین با خشک شدن منقبض می شود تا اتصال محکم خوبی به آثار مس ایجاد شود. 24 ساعت منتظر بمانید تا قبل از آزمایش مجدد خشک شود. از آنجا که مدت زمان دوام آن مشکوک بود ، من چراغ LED آبی رنگ را در عکس 8 به مدت هفت شبانه روز روشن گذاشتم. در واقع مقاومت مدار با گذشت زمان کاهش می یابد. ماه ها بعد ، میله هنوز کاملاً روشن است و هیچ شواهدی از افزایش مقاومت وجود ندارد. با استفاده از این روش ، من با موفقیت LED های بسیار کوچک روی سطح-0805-- و بزرگتر را روی تخته روکش مسی چسبانده ام. این تکنیک در ساخت مدارهای واقعاً کوچک ، نمایشگرهای LED و روبات ها نویدبخش است.

مرحله چهارم: شکستن قوانین

برای ساخت ربات های بسیار کوچک ، ممکن است مجبور شوید بسیاری از قوانین ذکر شده در بالا را زیر پا بگذارید. من برای ساختن آقای مکعب قوانین زیر را زیر پا گذاشتم: 1- من از یک منبع تغذیه به جای یکی برای موتورها و یکی برای میکروکنترلر استفاده کردم. 2- من میکروکنترلر Picaxe را بسیار نزدیک به موتور نصب کردم. 3- از باتری هایی استفاده کردم که برای کشش جریان کم رتبه بندی می شوند و آنها را با جریانهای بسیار بالاتر از آنچه که برای آنها طراحی شده بود اجرا می کردند. این امر عمر باتری ها را به شدت محدود می کند. 4- من همه سیم ها را در یک تپه متراکم قرار دادم که می تواند مشکلات مربوط به صدای ناهنجار و برق را ایجاد کند. من به سادگی خوش شانس بودم که اینطور نشد. 5- من مدار را بدون اتصال به ربات به صورت اولیه وصل کردم. این می تواند اشکال زدایی مدار را بسیار دشوار کند. شما می توانید کد برنامه نویسی Picaxe را برای Mr. Cube در آدرس زیر بارگیری کنید: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt ، می توانید به آدرس زیر مراجعه کنید: https://www.inklesspress.com/robots.htmPic 9 نشان می دهد که آقای مکعب و آقای مکعب دو ، R-18 ، یک ربات 1/3 اینچ مکعبی که من شروع به ساخت آن کرده ام. جزئیات در مرحله 5

مرحله 5: آقای مکعب دوم: ساخت ربات 1/3 اینچی مکعبی

پس از ساخت یک ربات یک اینچی مکعبی که کار می کرد ، مجبور شدم چیز کوچکتری را امتحان کنم. من قصد دارم روباتی در حدود 1/3 اینچ مکعب داشته باشم. در این مرحله ، آقای مکعب دو در حدود.56 "x.58" x.72 "است. دارای یک میکروکنترلر 08 Picaxe است که به آن اجازه می دهد به طور خودکار حرکت کند. عکس 10 ربات را روی خط کش نشان می دهد. عکس 11 نشان دهنده دیگری است دو روتر از باتری های لیتیوم 3 ولت cr1220 هستند و باید دید آیا ظرفیت کافی برای تغذیه Picaxe و موتورها را خواهند داشت یا خیر. ممکن است به باتری های بیشتری نیاز باشد. این کار در حال پیشرفت است. بنابراین دو موتور پیجر برای حرکت و چرخاندن روبات روی سطوح صاف خوب کار می کنند. میکروکنترلر Picaxe نصب شده است و برنامه ریزی و آزمایش شده است. هنوز کنترل کننده موتور SOIC L293 و سنسور بازتابنده مادون قرمز به آنها اضافه می شود. پس از اتمام ، این کار یکی از کوچکترین رباتهای خودران با سنسورها و میکروکنترلر باشید. در حالی که این یک ربات کوچک است ، آیا ربات های آماتور کوچکتر قابل برنامه ریزی وجود دارد؟ بله در واقع. به: 1cc Robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ مراجعه کنید. mirobots/smoovy.html روبات پیکو:

جایزه دوم در مسابقه ربات Instructables و RoboGames

جایزه اول در مسابقه کتاب The Instructables