Bygge små roboter: lage en kubikk tommers mikro-Sumo-roboter og mindre: 5 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:26

Her er noen detaljer om å bygge små roboter og kretser. Denne instruksen vil også dekke noen grunnleggende tips og teknikker som er nyttige for å bygge roboter i alle størrelser. For meg er en av de store utfordringene innen elektronikk å se hvor liten en robot jeg kan lage. Det vakre med elektronikk er at komponentene bare blir mindre og billigere og mer effektive i et utrolig raskt tempo. Tenk om bilteknologi var slik. Dessverre går mekaniske systemer på dette tidspunktet ikke like langt fram som elektronikk. Dette fører til en av hovedproblemene med å bygge veldig små roboter: å prøve å få plass i et lite rom, det mekaniske systemet som beveger roboten. Det mekaniske systemet og batteriene har en tendens til å ta opp mesteparten av volumet til en veldig liten robot. Bilde1 viser Mr. Cube R-16, en en kubikk tommers mikro-sumo robot som er i stand til å reagere på omgivelsene med musikkhår (værstøtfanger) bytte om). Den kan bevege seg og utforske omkretsen av en liten boks. Den kan fjernkontrolleres ved hjelp av en universal TV -infrarød fjernkontroll som er konfigurert for en Sony TV. Den kan også ha sin Picaxe-mikrokontroller forhåndsprogrammert med reaksjonsmønstre. Detaljer begynner på trinn 1.

Trinn 1: Komponenter i en One Cubic Inch Robot

Mr cube R-16, er den sekstende roboten jeg har bygget. Det er en en kubikk tommers robot som måler 1 "x1" x1 ". Den er i stand til autonom programmerbar oppførsel eller den kan fjernstyres. Den er ikke ment å være noe som er veldig praktisk eller spesielt nyttig. Det er bare en prototype Det er imidlertid nyttig i den forstand at å bygge en liten robot lar deg finpusse miniatyriseringskunnskapene dine for roboter og andre små kretser. Bygge små roboter og kretser Husk at å bygge så lite som mulig betyr at det kan ta dobbelt så lang tid som det normalt ville ta å bygge den samme kretsen i et større rom. Alle slags klemmer er nødvendige for å holde de små komponentene og ledningene på plass under lodding eller liming. Et sterkt arbeidslys og et godt forstørrelseshode eller et fast forstørrelsesglass er et must. Små motorer Det viser seg at en av de største hindringene for å lage virkelig små roboter er girmotoren som er nødvendig. Kontrollelektronikken (mikrokontrollere) blir bare mindre. g motorer med lavt turtall som er små nok er ikke så lett. Mr. Cube bruker bittesmå personsøkermotorer som er utstyrt med et forhold på 25: 1. På den giringen er roboten raskere enn jeg skulle ønske og litt rykende. For å få plass, måtte motorene forskyves med det ene hjulet mer fremover enn det andre. Selv med det beveger det seg fremover, bakover og svinger fint. Motorene ble koblet til perfboardet med 24 gauge wire som ble loddet og deretter limt med kontaktsement. På baksiden av roboten ble en 4-40 nylonbolt skrudd fast i et hull med hull under kretskortet. Dette glatte plasthodet fungerer som en hjul for å balansere roboten. Du kan se den nederst til høyre på bilde 4. Dette gir en hjulklaring i bunnen av roboten på omtrent 1/32 ". For å montere hjulene ble 3/16" plastskivene montert på motorene slått på og deretter, mens du snurret, ble pusset til riktig diameter. De ble deretter satt inn i et hull i en metallskive som passet inne i en nylonskive og alt ble epoksy sammen. Hjulet ble deretter belagt med to strøk Liquid Tape -gummi for å gi trekkraft. Små batterier Et annet problem med de minste robotene er å finne små batterier som vil vare. Girmotorene som brukes krever ganske høye strømmer (90-115ma) for å fungere. Dette resulterer i en liten robot som spiser batterier til frokost. Det beste jeg fant på den tiden, var 3-LM44 litium knappcellebatterier. Batterilevetiden i svært små roboter av denne typen er så kort (noen få minutter) at de vanligvis ikke kan gjøre noe som er praktisk talt. Det var bare plass til tre 1,5V batterier, så de endte med å drive både motorene og Picaxe -kontrolleren. På grunn av elektrisk støy som små likestrømsmotorer kan skape, er en strømforsyning for alt vanligvis ikke en god idé. Men så langt fungerer det fint. Plassen i denne en -tommers roboten var så tett at tykkelsen på 28 -gauge -isolasjonen (fra båndkabel) viste seg å være et problem. Jeg klarte knapt å sette de to halvdelene av roboten sammen. Jeg anslår at omtrent 85% av volumet til roboten er fylt med komponenter. Roboten var så liten at selv en av / på-bryter var problematisk. Etter hvert kan jeg bytte ut råhårhårene med infrarøde sensorer. Jeg har bokstavelig talt gått tom for brukervennlig plass, så det ville være en interessant utfordring å montere noe mer uten å bruke overflatemonteringsteknologi. Jeg liker å bruke muslingskonstruksjon for virkelig små roboter. Se bilde 2. Denne består av to halvdeler som hektes sammen med.1 "stripehoder og stikkontakter. Dette gir enkel tilgang til alle komponentene, noe som gjør det lettere å feilsøke kretsene eller gjøre endringer. Bilde 3 viser plasseringen av noen av MATERIALS2 GM15 girmotorer- 25: 1 6 mm planetgir girmotor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Picaxe mikrokontroller tilgjengelig fra: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 motorkontroller DIP IC: https://www.mouser.comPanasonic PNA4602M infrarød detektor: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol varmeavvisbar (loddbar) magnetledning: https:// www.mouser.com3 LM44 1.5V. Litium-knappcellebatterier: https://www.mouser.comLiten blå av/på-bryter: https://www.jameco.comTynn loddetinn-.015 "kolofoniumkjernelodder: https:// www.mouser.comResistorer og en 150 uf tantal kondensator. 1 "glassfiber kobber sporet perfboard fra: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlPerformix (tm) flytende tape, svart-tilgjengelig på Wal-Mart eller

Trinn 2: Krets av en One Cubic Inch Robot

Bilde 4 viser plasseringen av 18x Picaxe mikrokontrolleren og L293 motorstyringen som er hovedkretsene til roboten. På byggetidspunktet kunne jeg ikke skaffe overflatemonterte versjoner av Picaxe eller L293. Bruk av overflatemonterte ICer ville sikkert gi mer plass til flere kretser og sensorer. 18x Picaxe MicrocontrollerPicaxe -mikrokontrollere er fremdeles mine favorittkontrollere å bruke på eksperimentelle roboter. Selv om de har mindre minne og ikke er like raske som PicMicros, Arduino, Basic Stamp eller andre mikrokontrollere, er de raske nok for de fleste små eksperimentelle roboter. Flere av dem kan enkelt kobles sammen når mer hastighet eller minne er nødvendig. De er også veldig tilgivende. Jeg har loddet dem direkte, kortsluttet dem og overbelastet utgangene, og jeg har ennå ikke brent en ut. Fordi de kan programmeres på BASIC programmeringsspråk, er de også lettere å programmere enn de fleste mikrokontrollere. Hvis du vil bygge veldig lite, er 08M- og 18x Picaxe-kontrollerne tilgjengelige i overflatemonteringsform (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). For å se noen av prosjektene du kan gjøre med Picaxe -mikrokontrollere, kan du ta en titt på: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 Motorkontroller L293 -motorstyringen er en utmerket måte å kontrollere to motorer i en liten robot. Fire utgangspinner fra mikrokontrolleren kan kontrollere strømmen til to motorer: forover, bakover eller av. Kraften til motorene kan til og med pulses (PWM-pulsbreddemodulering) for å kontrollere hastigheten. Dead Bug Style Det var ikke plass på perfboards for å montere L293-kontrolleren, så den ble installert ved hjelp av dead bug-teknikken. Dette betyr ganske enkelt at IC er snudd på hodet og tynne ledninger loddet direkte til pinnene som har blitt bøyd eller klippet kort. Det kan deretter limes på et kretskort eller monteres i et hvilket som helst ledig rom. I dette tilfellet, etter at L293 ble loddet og testet, belegget jeg den med to strøk av den alltid hendige Liquid Tape -gummien for å sikre at ingenting ble kort da den ble stappet inn i tilgjengelig plass. Klar kontaktsement kan også brukes. For et veldig godt eksempel på å bygge kretser som bruker dead bug -stilen, se her: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 viser en loddende jigger som jeg har endret ved å legge til små alligatorklemmer på et perfboard for å hjelpe til med lodding av små ledninger til IC -er i dead bug -stilen. Bilde 6 viser skjematikken for Mr. Cube -roboten. Du kan se en video av Mr. Cube som gjør en kort programmert sekvens ved å klikke på lenken inch-robot-sm.wmv nedenfor. Den viser roboten med omtrent 30% av toppfarten som er redusert ved hjelp av pulsbreddemodulasjon på motorene.

Trinn 3: Robotbyggingstips og -triks

Etter å ha bygd 18 roboter, her er noen av tingene jeg har lært på den harde måten. Separate strømforsyninger Hvis du har plass, vil du spare deg selv for store problemer hvis du bruker separate strømforsyninger til mikrokontrolleren og dens kretser og motorer. Den svingende spenningen og den elektriske støyen som motorene produserer kan skape kaos med mikrokontrolleren og sensorinngangene for å gi svært inkonsekvente responser i roboten din. Feilsøking Jeg finner det best å først bygge hele kretsen til roboten på et brødbrett. Komponenter svikter sjelden eller er defekte. Hvis designet ditt er gyldig, og kretsen ikke fungerer, er det nesten alltid en feil i ledningene dine. For informasjon om hvordan du gjør hurtigkretsprototyping, se her: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htmI monter deretter alle motorer og sensorer på robothuset og programmer mikrokontrolleren til å kontrollere dem. Først etter at alt fungerer bra, prøver jeg å lage en permanent loddet versjon av kretsen. Jeg tester deretter dette mens det fremdeles er atskilt fra robothuset. Hvis det fungerer, monterer jeg det permanent på roboten. Hvis det slutter å fungere, er det ofte feilen med støyproblemer. Et av de største problemene jeg har støtt på er elektrisk støy som gjør en krets ubrukelig. Dette er ofte forårsaket av elektrisk eller magnetisk støy som kan komme fra likestrømsmotorer. Denne støyen kan overvelde sensorinngangene og til og med mikrokontrolleren. For å løse dette kan du sørge for at motorene og ledningene til dem ikke er i nærheten av noen inngangslinjer som går til mikrokontrolleren. Bilde 7 viser Sparky, R-12, en robot jeg laget som bruker en grunnleggende Stamp 2 som mikrokontroller. Jeg testet det først med hovedkortet vekk fra roboten, og etter å ha gjort den grunnleggende programmeringen fungerte alt bra. Da jeg monterte den rett over motorene, ble den gal og var totalt inkonsekvent. Jeg prøvde å legge et jordet kobberbelagt brett mellom motorene og kretsen, men det gjorde ingen forskjell. Jeg måtte til slutt fysisk øke kretsen 3/4 "(se blå piler) før roboten skulle fungere igjen. En annen vanlig kilde til ødeleggende støy i små roboter kan være pulserende signaler. Hvis du sender PWM -signaler til servoer eller motorer, kan ledningene kan fungere som antenner og sende signaler som kan forvirre inngangslinjene dine. For å unngå dette må du holde mikrokontrollerinngangs- og utgangskabler atskilt så mye som mulig. Hold også ledninger som bærer strøm til motorer borte fra inngangslinjer. Magnettråd Problemet med trådtykkelse er veldig små kretser kan løses ved å bruke 30-36 gauge magnet wire. Jeg har brukt 36 gauge wire for noen prosjekter, men syntes det var så sprøtt, det var vanskelig å fjerne og bruke. Et godt kompromiss er 30 gauge magnet wire. Vanlig magnet tråd kan brukes, men jeg foretrekker varmestrippbar magnettråd. Denne ledningen har et belegg som kan fjernes ved å lodde den med nok varme til å smelte isolasjonen. Det tar opptil 10 sekunder å fjerne belegget mens det loddes. For noen delikate komponenter for eksempel lodding til lysdioder eller ICer, kan dette være en skadelig varme. Det beste kompromisset for meg er å bruke denne varmestrippbare magnetledningen, men fjern den litt først. Jeg tar først en skarp kniv og skyver den over magnetwiren for å fjerne belegget og roterer deretter ledningen rundt til den er strippet ganske godt rundt dens diameter. Deretter lodder jeg den avisolerte trådenden til den er godt fortinnet. Deretter kan du lodde det raskt til en delikat komponent med mindre sjanse for varmeskader. Tynn loddetinn Når komponentene er veldig tett sammen, kan det være vanskelig å lodde dem uten å klø over og kortere nærliggende pads og ledninger. Den beste løsningen er å bruke et lite justerbart varmeloddejern (1/32 ") og det tynneste loddetinn du kan finne. Standard loddetinn er vanligvis.032" i diameter som fungerer fint for det meste. Ved å bruke tynnere.015 "diameter loddetinn kan du enkelt kontrollere mengden loddetinn på skjøten. Hvis du bruker minst mulig loddetinn, tar det ikke bare opp det minste volumet, men det lar deg også lodde en skjøt så raskt Dette reduserer sjansen for overoppheting og skader delikate komponenter som ICer og overflatemonterte lysdioder. Komponenter på overflatemontering Komponenter på overflaten er det ultimate innen miniatyrisering. For å bruke IC -størrelser bruker jeg vanligvis tynn loddetinn og magnetledning. For å se en ganske enkel Se hvordan du lager SOIC -utbruddstavler eller kretser her: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm Liming på komponenter i stedet for lodding Noen overflatemonterte komponenter kan også limes direkte på kretskort. Du kan lage ditt eget ledende lim og bruke den til å lime på lysdioder og ICer. Se: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ Mens dette fungerer, kan det være litt vanskelig fordi kapillær handling har en tendens til å vekk c induktivt lim under overflatemonterte lysdioder og andre komponenter og kortslutte dem. Liming på komponenter som bruker ikke-ledende lim Jeg har nylig eksperimentert med liming av komponenter på kobberkretsplater og ledende stoffer ved hjelp av lim som ikke leder. Se bilde 8 for et bilde av en 12 volt lysstang (ubelyst og opplyst) ved bruk av overflatemonterte lysdioder som ble limt på med ikke-ledende lim. Jeg oppdaget at hvis du legger en tynn film med klart neglelakk på kobbersporene og deretter fysisk klemmer på LED -en og lar den tørke i 24 timer, vil du sitte igjen med en god mekanisk ledd som er elektrisk ledende. Neglelakklimet krymper effektivt og klemmer de ledede kontaktene til kobbersporene og danner en god mekanisk forbindelse. Den må klemmes i hele 24 timer. Etter det kan du teste det for konduktivitet. Hvis det lyser, kan du legge til det andre laget med lim. For det andre laget bruker jeg en klar kontaktsement som Welders eller Goop. Dette tykkere limet omgir komponentene og krymper også når det tørker for å sikre en god solid forbindelse til kobbersporene. Vent 24 timer til det tørker før du tester igjen. Siden jeg var i tvil om hvor lenge det ville vare, forlot jeg den blå LED -lysbaren på Pic 8 i syv dager og netter. Motstanden til kretsen minket faktisk over tid. Måneder senere lyser baren fortsatt fullstendig uten tegn på økt motstand. Ved hjelp av denne metoden har jeg lykkes med å lime svært små overflatemonterte lysdioder-0805-størrelse og større på kobberkledd perfboard. Denne teknikken viser noe løfte om å lage virkelig små kretser, LED -skjermer og roboter.

Trinn 4: Bryte reglene

For å lage virkelig små roboter må du kanskje bryte mange av reglene nevnt ovenfor. For å lage Mr. Cube brøt jeg følgende regler: 1- Jeg brukte en enkelt strømforsyning i stedet for en for motorene og en for mikrokontrolleren. 2- Jeg monterte Picaxe-mikrokontrolleren veldig nær en motor. 3- Jeg brukte batterier som er vurdert for lavstrømstrekk og kjørte dem med mye høyere strømmer enn de var designet for. Dette begrenser batteriets levetid sterkt. 4- Jeg stappet sammen alle ledningene i en hodgepodge som kan skape problemer med kryssing og elektrisk støy. Jeg var rett og slett heldig at det ikke gjorde det. 5- Jeg koblet kretsen til roboten uten å sette den på bordet først. Dette kan gjøre feilsøking av kretsen veldig vanskelig. Du kan laste ned Picaxe-programmeringskoden for Mr. Cube på: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txtHvis du er interessert i å se noen av de andre robotene jeg har bygget, kan du gå til: https://www.inklesspress.com/robots.htmPic 9 viser Mr. Cube og Mr. Cube to, R-18, en 1/3 kubikk tomme robot som jeg har begynt å bygge. Detaljer om trinn 5.

Trinn 5: Mr. Cube Two: Lag en 1/3 Cubic Inch Robot

Etter å ha laget en robot på én kubikk som fungerte, måtte jeg prøve noe mindre. Jeg sikter etter en robot på rundt 1/3 kubikk tomme. På dette tidspunktet er Mr. Cube Two omtrent.56 "x.58" x.72 ". Den har en 08 Picaxe -mikrokontroller som lar den bevege seg autonomt. Pic 10 viser roboten på en linjal. Pic 11 viser den andre siden av roboten på en fjerdedel. De to batteriene er cr1220 3volts litiumbatterier, og det gjenstår å se om de vil ha nok kapasitet til å drive Picaxe og motorene. Flere batterier kan være nødvendig. Det er et arbeid som pågår. Så langt fungerer de to personsøkermotorene fint for å bevege seg og snu roboten på glatte overflater. Picaxe -mikrokontrolleren er installert og har blitt programmert og testet. SOIC L293 -motorstyringen og den infrarøde reflektorsensoren skal fortsatt legges til. være en av de minste autonome robotene rundt med sensorer og en mikrokontroller. Selv om dette er en liten robot, er det mindre amatørroboter som er programmerbare? Ja faktisk. Se: 1cc Robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico Robot:

Andre pris i Instructables og RoboGames Robot Contest

Førstepremie i The Instructables Book Contest