Bygg en veldig liten robot: Lag verdens minste hjulrobot med en gripe .: 9 trinn (med bilder)

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

Bygg en 1/20 kubikk tommers robot med en griper som kan plukke opp og flytte små gjenstander. Den styres av en Picaxe -mikrokontroller. På dette tidspunktet tror jeg at dette kan være verdens minste hjulrobot med en griper. Det vil uten tvil endre seg, i morgen eller neste uke, når noen bygger noe mindre.

Hovedproblemet med å bygge virkelig små roboter er den relativt store størrelsen på selv de minste motorene og batteriene. De tar opp mesteparten av volumet til en mikrorobot. Jeg eksperimenterer med måter å til slutt lage roboter som virkelig er mikroskopiske. Som et midlertidig skritt laget jeg de tre små robotene og kontrolleren beskrevet i denne instruksen. Jeg tror at med modifikasjoner, disse bevisene på konseptroboter, kan skaleres ned til mikroskopisk størrelse. Etter mange år med å bygge små roboter (se her: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/) bestemte jeg meg for den eneste måten å lage de minste robotene mulig, var å ha motorer, batterier og til og med Picaxe -mikrokontrolleren utenfor roboten. bilde 1 viser R-20 en 1/20 kubikk tommers robot på en krone. bilde 1b og 1c viser den minste hjulroboten som løfter og holder en 8 -pinners IC. DET ER EN VIDEO i trinn 3 som viser roboten som plukker opp en 8 -pinners IC og flytter den. Og en annen video i trinn 5 som viser at roboten slår på en krone.

Trinn 1: Verktøy og materialer

18x Picaxe mikrokontroller fra Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro seriell servokontroller tilgjengelig fra Polulu: https://www.pololu.com/2 servomaskiner med høyt dreiemoment fra Polulu2 standard servoer fra Polulu.oo5 "tykt kobber, messing eller fosforbronse av metall fra Micromark2- 1/8 "x 1/16" neodymmagneter1-1 "x1" x1 "neodymmagnet. Magneter tilgjengelig fra: https://www.amazingmagnets.com/index.aspTelescoping messingrør fra Micromark: https://www.micromark.com/Gresspinner fra WalmartGlassperler fra Walmart1/10 "glassfiber kretskortmateriale fra Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear fem minutter epoxy Assorterte muttere og bolter TOOLSneedletin snipssoldering irondrillmetal filessmall nåletang Bilde 2 viser Picaxe-modulen som brukes. Bilde 2b viser baksiden av Picaxe-modulen.

Trinn 2: Bygg en 1/20 kubikk tommers robot

Ved.40 "x.50" x.46 "er robotvolumet til Magbot R-20 litt mindre enn 1/20 av en kubikk tomme. Det lages ved å brette 3 eske-strukturer av ikke-magnetisk metallplate. Den minste indre boksen er loddet til griperens venstre finger. to små magneter er epoksyet til den vertikale akselen som bøyes for å danne griperen til griperen som roterer fritt. Det er disse to magneter som styres av en eksternt bevegelig roterende og spinnende magnet feltet som gir all kraft til roboten. Jeg brukte.005 "tykt fosforbronseplater til boksekonstruksjonene fordi det kan loddes og ikke oksidere eller tennes lett. Kobber eller messing kan også brukes. Jeg brukte opprinnelig små borekroner til å bore lagerhullene i metallplaten til de roterende trådakslene. Etter å ha brutt noen av dem i en borepresse, endte jeg opp med å slå hull med en stor nål og hamre inn i metallplaten. Dette skaper et kjegleformet hull som deretter kan arkiveres flatt. Hullene trenger ikke å ha en presis størrelse eller til og med perfekt plassert. På denne lille skalaen er friksjonskreftene små, og hvis du ser nøye på bildene vil du se at jeg brukte lange.1 "standard lange toppstifter som er firkantede, for akslene og gripefingrene. Kobbertråd kan også brukes. Glassperlehjulene ble montert på messingpinner som var epoksyet til bunnen av roboten. Det er viktig å bruke ikke -magnetiske materialer til konstruksjonen, ellers vil roboten makt og kontroll påvirkes negativt.

Trinn 3: En robotmagnetisk motor

Roboten har fire frihetsgrader. Den kan gå frem og tilbake, rotere til venstre eller høyre, flytte griperen opp og ned, og åpne og lukke griperen. Bilde 4- Jeg flyttet de fire ombordmotorene som det normalt ville ta for å gjøre dette ved ganske enkelt å suspendere en magnet horisontalt på en to -akset gimbal. To 1/8 "x1/8" x1/16 "magneter epokses til en vertikal trådaksel som er bøyd for å danne en finger på griperen. De to magnetene er stilt opp for å fungere som en magnet og skape en enkeltmagnetmotor. Denne er montert i den minste boksen som har den andre gripefingeren loddet til. Griperboksen er montert på gimbalens andre horisontale akse med en 000 messingskrue og mutter. Jeg brukte skruen slik at jeg enkelt kunne ta den fra hverandre Et eksternt magnetfelt er montert på en CNC -maskin som kan skyve magnetfeltet langs x- og y -aksen og rotere det horisontalt og vertikalt. Det kunne ha vært gjort med en elektromagnet, men jeg valgte å bruke en kubikk tomme neodym permanent magnet fordi det er den enkleste og raskeste måten å lage et stort magnetfelt i et lite volum. Pic 4c- Så, med nordenden av den lille magneten i roboten vendt mot den større ytre sørenden av magneten under den følger robotmagneten motivet ganske tett ns av det eksterne magnetfeltet. For en kort video av roboten som plukker opp en 8 -pinners IC, se her: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EA Eller klikk på videoen nedenfor.

Trinn 4: Robotkontroller av CNC -type

Bilde 5 viser robotkontrolleren av CNC -typen. Fire servoer gir bevegelser til den ene kubikk -tommers neodymmagneten som gimbalmontert magnet i roboten følger. For x- og Y -aksen trekker en servo med høyt dreiemoment med remskive og fiskeleder på glassfiberplattformen. En vår motsetter seg bevegelsen. Plattformen hviler på to teleskopiske messingrør som fungerer som en lineær føring. Plastlagre laget av et skjærebrett av plast, på hver side av de lineære føringene, holder plattformen plan. Denne spesielle robotkontrolleren har et begrenset område på noen få kubikkcentimeter. Dette skulle til slutt vise seg å være mer enn tilstrekkelig for å kontrollere virkelig mikroskopiske roboter som kanskje bare krever et område på noen få kubikkcentimeter.

Trinn 5: Magnetisk robotkrets

Robotkontrolleren består av en Picaxe -mikrokontroller som er programmert til å gi en rekke bevegelser til roboten. Jeg synes Picaxe er den enkleste og raskeste mikrokontrolleren å koble til og programmere. Selv om den er tregere enn en standard Pic Micro eller Arduino, er den mer enn rask nok for de fleste eksperimentelle roboter. For andre Picaxe-prosjekter, se her: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmOg her: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Picaxe styrer roboten ved å sende kommandoer i serie til en Polulu mikro seriell servokontroller. Polulu -kontrolleren er veldig liten og vil kontinuerlig holde opptil 8 servoer i hvilken posisjon de er satt i. Enkle kommandoer fra Picaxe lar deg enkelt kontrollere posisjonen, hastigheten og retningen til servoene. Jeg vil anbefale denne kontrolleren for alle typer servobaserte roboter. Skjematisk viser hvordan de fire servoene er koblet sammen. Servo 0 og 1 leder 1 magneten langs X- og Y -aksen. Servo 2 er en kontinuerlig roterende servo som kan rotere magneten mer enn 360 grader. Servo 3 vipper magneten litt fremover og bakover for å senke og løfte griperen. For en kort video av roboten som slår på en krone, se her: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYg Eller klikk på videoen nedenfor:

Trinn 6: Robotkontrollerprogramvare

Her er programvaren for Picaxe mikrokontroller. Den sender forhåndsprogrammerte sekvenser til Polulu servokontrolleren som flytter magneten i 3d rom for å kontrollere roboten. Med små modifikasjoner kan den også brukes til å programmere et Basic Stamp to. For å programmere Picaxe fant jeg det nødvendig å koble Pin 3 (seriell utgang) fra servokontrolleren. Ellers ville ikke programmet lastes ned fra PC -en. Jeg fant det også nødvendig å koble pin tre fra servokontrolleren når du slår på kretsene, for å forhindre at servokontrolleren låser seg. Etter et eller annet sekund koblet jeg til pinne 3. 'Program for R-20 magrobot pickup-sekvens ved hjelp av en polulu servokontroller med høy 3' seriell utgang pinpause 7000 'satt til 0 posisjonerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'posisjon s1 13-24-35 mot-clockwiseserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127)' posisjon s0 c-clockpause 7000 'nivå magnetserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'posisjon midtpause 1000' gå fremover lang servo1serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 21, 127) 'posisjon klokkewisepause 1500' grep nedgang 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 26, 127) 'position downpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'slow speed clockpause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotatepause 700' bevege deg fremover shortserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 13, 127) 'position clockpause 1000' grip upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'posisjon midtpunktpause 700' sving til høyre 90serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'langsom klokkepause 470serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotationpause 1000' forwardout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 13, 12) 's s0 pause 1500' grep downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 25, 12) 'position midpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'slow speed c-clockwisepause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotationpause 400' backupserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'posisjon s0 c-klokpause 700' grep upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 22, 12) 'posisjon midtpause 1000pause 6000' satt til 0 posisjonerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) posisjon s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'posisjon s0 c-clockloop: gå til sløyfe

Trinn 7: Legge til sensorer

Denne roboten har ingen sensorer. For å være virkelig nyttig som en robotmanipulator for små objekter, ville det være en fordel å ha en tilbakemeldingssløyfe til mikrokontrolleren fra forskjellige virkelige sensorer. For å unngå å sette en strømforsyning om bord, kan lyssensorer brukes. Laser eller infrarødt lys kan rettes mot toppen av roboten, og mekaniske reflektorer eller blokkeringer kan kobles til berøringssensorer, trykksensorer eller temperatursensorer og variabel refleksjon som leses av fotoceller eller et videokamera. En annen mulighet er å bruke RFID -teknologi for å sende en puls som driver elektronikken på roboten til å returnere i stedet for et identifikasjonsnummer, en sekvens av biter som representerer variasjoner i berøring eller andre sensorer.

Trinn 8: Andre magnetisk drevne roboter

Roboter styrt av magnetiske felt av forskjellige typer er ikke noe nytt. Noen av dem er mikroskopiske og noen er større, slik at de kan distribueres medisinsk i en menneskekropp. Noen bruker datamaskinstyrte elektromagneter og noen bruker bevegelige permanente magneter. Her er noen lenker til noen av de beste og minste eksperimentelle magnetiske roboter forskere jobber med. Flygende magnetrobot på en krone. Mens den faktisk ikke flyr, svever den i et datastyrt magnetfelt, omtrent som de lekene som henger en den lille jordkloden. Den har også en griper som utvider seg når den varmes opp med en laser og deretter gripes når den avkjøles. Dessverre er robotene magnetiske nord og sør ender vertikale, så det er ingen måte å kontrollere rotasjonsspinnet for å nøyaktig orientere griperen. Den er litt større enn den minste roboten jeg laget som er vist i trinn 9. https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.html Svømmemagnetrobot En virkelig mikroskopisk robot som er en spiral med en magnet i den ene enden. Med et eksternt svingbart og roterende magnetfelt kan det rettes i alle retninger og svømme under vann. Http://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0918085333.htmSkrivbar kamerapille med magneter. Http: // www. spectrum.ieee.org/aug08/6469 Medisinske roboter.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp? x = 5464Magnetisk kontrollert kamera.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Her er noen mikroskopiske magnetisk styrte gripere som kan aktiveres kjemisk eller varme. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm Dessverre kan ikke disse mikrogripene slippe ut når de først er gripe. Så de er mer som en mikroskopisk bjørnefelle enn en fullt funksjonell griper. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January /13010901.asppic 10 viser Magbots R-19, R-20 og R-21, de tre robotene jeg laget for disse forsøkene. Den minste ble gjort mindre ved å eliminere en sving og hjulene. En wirehale holder den fra å velte bakover.

Trinn 9: Bygg enda mindre roboter

Bilde 11 viser Magbot R-21, den minste magnetisk drevne roboten med en funksjonell griper jeg har laget så langt. På.22 "x.20" x.25 "er den rundt 1/100 av en kubikk tomme. Ved å eliminere hjulene og ett svingpunkt (gimbal) er roboten mye mindre enn hjulversjonen. Den glir på metallet rammen ikke helt like jevnt som den med hjul. Wire halen gjør at roboten kan vippe tilbake for å løfte griperen. En slik konfigurasjon kan brukes til å lage en robot i mikroskopisk størrelse. Problemet på dette tidspunktet er å enten bruke konvensjonell IC teknologi for å lage tynne filmmekaniske strukturer, eller å finne på et annet alternativ for å lage mikroskopiske strukturer. Jeg jobber med det. Disse små roboter representerer en av de enkleste måtene å få mye bevegelse på et lite rom. Det er mange andre mulige konfigurasjoner av innebygde magneter og eksterne magnetfelt som kan produsere veldig interessante roboter. For eksempel ved bruk av mer enn tre eller flere roterende eller svingbare magneter på en robot, kan det resultere i flere frihetsgrader og mer presis manipulering av griperen.

Førstepremie i lommestørrelsen