Elektromekanisk insekt eller flappende oscillator: 9 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Introduksjon

Jeg har fulgt utviklingen av robotikk i omtrent 10 år, og bakgrunnen min er biologi og videografi. Disse interessene har gått i bane rundt min underliggende lidenskap, entomologi (studiet av insekter). Insekter er en stor sak i mange bransjer, og har vært kilden til mye inspirasjon. Heldigvis får biologi og insekter slag i robotikk gjennom biomimikk og syntetisk biologi. Jeg er spesielt begeistret for fremdriften til insektothoptere. CIA opprettet et flygende insektothopter allerede på 1970 -tallet, og insekter vil fortsette å spille en stor rolle for å påvirke hvordan problemer innen robotteknologi løses. Jeg vil dele en kunstnerisk metode for å bygge din egen elektromekaniske insektskulptur.

Et håndverk som har fokusert sterkt på egenskapene til insekter, er kunsten å binde flue. Fluebinding er en metode for å lage lokker for fluefiske. Dette håndverket bruker en mangfoldig palett av materialer og verktøy, og krever nøye oppmerksomhet på detaljer, mens det er sterkt avhengig av riktig teknikk for å fullføre vakre design.

Jeg har ikke blitt så begeistret for 3D -utskrift eller mikrokontrollere. Jeg prøver å produsere elektromekaniske skapninger som ikke bruker noen av disse teknologiene. Det ser ut til at uansett hvilken sensor eller mekanisk uttrykk du vil utforske, må alt mates gjennom en mikrokontroller. La oss ta det litt tilbake og gjøre hjernen vår til en oscillator!

Så det jeg foreslår deg er at vi bruker fluebindingsverktøy, materialer og teknikk som grunnlag for å lage et vakkert, lett, unikt, elektromekanisk insekt. Denne BEAM-lignende kinetiske skulpturen vil forhåpentligvis inspirere venner og familie til å sette pris på insekter og håndverk.

Trinn 1: Design din oscillator

Det er mange oscillatorkretser å velge mellom online. Etter å ha sett på en variant, følte jeg at den enkleste og mest "organiske" var Astable Multivibrator. Denne kretsen kan opprettes med symmetriske motstander eller asymmetriske, noe som resulterer i litt forskjellige pulsbredder, avhengig av hvilken "side" av kretsen du tar effekten fra.

Komponentene for denne kretsen jeg valgte er:

Antall: Vare:

x1 2N4403 pnp -transistor

x1 2N3905 pnp -transistor (speilet ut)

x2 330 Ω motstander

x2 22k Ω motstander

x2 4,7 μF 16V kondensatorer

x2 Lysavhengige motstander (LDR) i området 0 - 30k Ω

x1 2N4920 pnp transistor (håndterer 1 amp)

x1 8+ Ω Høyttalerspole

x1 Liten ikke -magnetisk, ikke vedlagt sivbryter

Jeg vil ha lav RC -tid og små kondensatorer, så jeg valgte 22k Ω motstander med 4,7 μF 16V bipolare kondensatorer. Dette resulterer i omtrent 2-5 Hz svingningsfrekvens.

Jeg vil også at kretsen skal påvirkes av miljøet, så jeg setter lysavhengige motstander (LDR) i serie med 22k -motstandene. Bryteren er en liten sivbryter trukket fra en engangskamera -blitskrets. Vi bruker denne bryteren som sensitive whiskers på magen.

Trinn 2: Begynn lodding

Ved å bruke disse komponentene trenger du flere verktøy for å lodde dem sammen. Vi kommer ikke til å bruke et perfboard.

Ta tak i to skjermer, den ene for å holde komponentene dine og den andre for å holde loddejernet ditt.

Sørg også for at du har wire cutters, tang og en modell av kretsen din som referanse. Jeg har prototypet en andre versjon av kretsen for å være sikker på at jeg alltid vet hvilke deler av komponentene som fester hvor.

Bøy ledningene til de to transistorene slik at kollektoren bøyer seg ut til siden, og basen bøyer seg inn mot midten. Fordi 2N4403 og 2N3905 (bildet som BC557) har forskjellige pin -outs, må du være nøye med hvor basen og samleren er. To av de samme pnp -transistorene kan brukes, men jeg liker den chirale kvaliteten på den speilede pinnen. Tross alt er dette kunst.

Bøy kondensatorledningene i rette vinkler.

Kutt ledningene korte på kondensatorene og transistorbasen og kollektorene.

Plasser nå transistoren i skrustikken din, og før loddejernet mot ønsket ledning til loddetinn. Dette frigjør begge hendene dine for å hente inn kondensatoren og loddetinnet, og feste dem sammen.

Gjenta dette trinnet slik at basen og kollektorene til hver transistor festes til hver kondensator.

Interessant å merke seg, skruestikken kan faktisk fungere som en kjøleribbe for transistorene og arkitekturen til den ferdige loddejobben gjør denne strukturen overraskende sterk.

Trinn 3: Lodd motstandene

Bøy og kutt ledningene til motstandene som vist ovenfor.

Plasser 330 Ω motstanden i skrustikken og lodd kondensatortransistorenheten til motstanden. Følg skjematisk, denne motstanden må feste der kollektoren til transistoren er.

Gjenta med den andre 330 Ω motstanden.

Plasser LDR i skrustikken og lodd vår voksende krets til den. Lodding til bunnen av transistoren.

Gjenta med den andre LDR.

Klipp de lange ledningene til LDR mot midten.

Lodd 22k Ω motstandene til LDR -lederne slik at motstandene er i serie.

Hver av de fire motstandene skal ha åpne ledninger som peker ut i midten av kretsen vår (som bildet).

Bøy ledningene til disse motstandene mot sine naboer, kutt dem korte og lodd dem alle sammen. Denne motstandsbunten er nå en del av bakkeskinnen vår.

Trinn 4: Loddetråder og Power PNP

Denne enheten med kondensatorer, transistorer og motstander er vår astable multivibratoroscillator. Det er effektivt hjernen vår for insektet. LDR -ene fungerer som øyne og vil litt endre frekvensen og pulsbredden til oscillatoren vår. Denne kretsen alene kan ikke drive høyttalerspolen, så vi kobler den til Q3, vår effekttransistor (BD140 eller 2N4920).

Lodd den positive skinnetråden til senderen av Q1.

Lodd jordskinnetråden til motstandsbunten.

Lodd en tredje ledning til emitteren av Q2 (bildet som oransje).

Lodd denne tredje ledningen til bunnen av Q3, kraft -pnp -transistoren (2N4920).

Strip den positive skinnetråden omtrent 1 1/2 tommer ned og lodd til emitteren av Q3.

På dette tidspunktet liker jeg å ta en pause fra lodding, og påføre et liberalt lag med klart neglelakk på kretsen. Dette vil forhindre shorts hvis kretsen er bøyd eller klemt, og vil gi den noe værbestandighet. Påfør gjerne flere strøk.

Kontroller at du ikke har kortsluttet kretsen noe sted. Test kretsen for å sikre at den fremdeles fungerer ved å drive den røde ledningen med +9V, jorde den svarte eller brune ledningen og klippe til oppsamleren til Q3. Jeg bruker en liten 5V lampe eller reservehøyttaler. Fordi Q3 bare kan håndtere rundt 1 ampere, må du ikke overvarme denne transistoren med for mye kraft og for lite motstand. Gjør beregningene dine (I = V/R) forutsatt likestrøm. I teorien er gjennomsnittsstrømmen halvparten av likestrømmen ved skinnespenning på grunn av den pulserende effekten, men dette vil hjelpe oss med å forlate rom for feil.

Trinn 5: Kutt ut talespole og loddetinn

Ta en liten billig høyttaler med fungerende talespole og kutt den ut. Start med å skjære rundt kanten på høyttalerkjeglen, og pass på at du ikke kutter tinnelederkontaktene under.

Klipp eller avlod klinkekabelkontaktene fra kurvflikene.

Skjær maskeopphenget like over den permanente magneten.

Fjern talespolen og klipp av overflødig papir og maske. Sørg for å la tinsel wire -kontaktene være så lenge som mulig.

Tinn spissene på tinsel wire -kontaktene og lodd en til samleren til Q3.

Lodd den andre kontakten til en skjøteledning.

Fjern midten av denne nye ledningen og lodd den til bakken.

Trinn 6: Design vingene

Jeg skrev ut cranefly vingemønstre på gjennomsiktighet.

Du kan også tegne vingene med penner og skarpe på acetat.

Ha det gøy å farge vingene og gjøre dem unike og interessante.

Legg acetatarket på et gammelt magasin og trykk det inn i venene med en syl. Alternativ foran og bak for å lage konkave og konvekse bretter i acetatet. Dette bidrar ikke bare til illusjonen om ekte insektvinger, men det styrker også vingene.

Klipp vingene ut, men la dem være et par! La litt ekstra materiale stå i midten, så vår telefonspole har mer materiale å skyve rundt.

Trinn 7: Knyt vingene til monofilament

For å begynne å knytte trenger du rundt 35 kg monofilament, vår skrustikke fra tidligere, saks, vinger, tråd og en fluebindende spole. *Foreslått korreksjon: Bruk tyngre monofilament eller tynn tråd for disse vingestøttene. Modellen på bildet og bygget mister mekanisk effektivitet når monofilamentet bøyer seg utover under nedslag.

Skjær to stykker, fem centimeter lange og legg ett stykke i skrustikken. Knyt vingene løst til monofilamentet i et mønster på figur åtte.

Gjenta med et annet stykke monofilament og den andre vingen.

Jeg la til litt lim i knutene på hvert stykke for ekstra sikkerhet. Pass på at limet ikke hindrer vingens evne til å klappe. Dette skal fungere som et hengsel, og monofilamentet er vår støttepunkt.

Trinn 8: Bygg Thorax og Head

Alt kommer sammen på en gang i denne fasen.

Ta et tre tommer stykke 100 lb. monofilament eller stivt rør, og bind tråden på lengden på den.

Ta tre, syv tommers stykker blomstertråd, og bind hver i midten langs kroppsstrukturen. Dette blir beina våre.

Fest de bakre delene av det mindre monofilamentet fra vingenheten like bak bakbena, slik at du får plass til å justere lengden senere.

Finn en magnetisk pinne som den på bildet. Dette vil holde vår permanente neodymmagnet på plass.

Fest kretsen vi bygde på bena / kroppen.

Fest magnetpinnen på kroppen bak hodet, men foran Q3.

Bind to små hacklefjær på kroppen like bak hodet slik at de stikker ut som antenner (dette er rent estetisk).

Ta fremstykkene av mindre monofilament fra vingenheten fremover og bind dem på kroppen nær hodet. Trekk i hvert stykke for å sikre at vingene er sentrert og stige over magneten.

Klipp papirrøret på talespolen mot midten slik at vi kan gli acetatet til vingene inni den. Hele denne strukturen bør sveve over tappen hvor magneten vår skal gå, så når strømmen suser gjennom spolen, trekker magnetkraften vingene ned og vingespissene klapper opp.

Trinn 9: Bygg magen

Fest sivbryteren på bakenden av kroppen. Dette vil være tuppen av magen, hvor våre følsomme kinnhår vil være. Solde bakkeskinnen til det ene benet på sivbryteren.

Lod et annet kort stykke ledning til det andre benet på sivbryteren.

Krøl den positive skinnetråden for å skape et stort overflateareal for batteriet.

Krølle den nye korte ledningen som er koblet til bryteren for å berøre den negative eller 0V siden av batteriet.

Fest et lite 12V batteri på magen og fest batterilederne til en solid tilkobling. Jeg måtte legge et par stykker tung monofilament til magen for å forhindre at batteriet snur seg over på motsatt side av magen mens jeg bandt det fast.

Test det ut! Beveger vingene seg mot magneten? Sørg for at polariteten til magneten er korrekt ved å følge den høyre regelen for elektromagnetisk strøm, og bruk et analogt kompass for å fastslå polariteten til din permanente magnet. Hvis du bygde kretsen som jeg beskrev, strømmer strøm ut av kollektoren til Q3, gjennom spolen, og mot jordskinnen eller 0V -siden av batteriet.

For å fullføre det, bøy blomstertrådbena for å se så feil ut som du vil! Prøv litt lim der bena møter kroppen hvis de er for spinkle. Nyt!

Gi meg beskjed hvis du har spørsmål. Dette er definitivt et vanskelig prosjekt. Et lite gummibånd mellom ledningene til batteriet kan hjelpe dem med å holde dem på plass.

Lykke til!

Førstepremie i teknikkonkurransen