Zbuduj bardzo małego robota: stwórz najmniejszego robota kołowego na świecie za pomocą chwytaka.: 9 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:34

Zbuduj robota 1/20 cala sześciennego z chwytakiem, który może podnosić i przesuwać małe przedmioty. Jest kontrolowany przez mikrokontroler Picaxe. W tej chwili uważam, że może to być najmniejszy na świecie robot kołowy z chwytakiem. To się bez wątpienia zmieni jutro lub w przyszłym tygodniu, gdy ktoś zbuduje coś mniejszego.

Głównym problemem przy budowie naprawdę małych robotów są stosunkowo duże rozmiary nawet najmniejszych silników i akumulatorów. Zajmują większość objętości mikro robota. Eksperymentuję ze sposobami, aby ostatecznie stworzyć roboty, które są naprawdę mikroskopijne. W ramach tymczasowego kroku zrobiłem trzy małe roboty i kontroler opisany w tej instrukcji. Wierzę, że dzięki modyfikacjom te roboty sprawdzające słuszność koncepcji mogłyby zostać zmniejszone do mikroskopijnych rozmiarów. Po latach budowania małych robotów (patrz tutaj: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/) zdecydowałem, że jedyny sposób na zrobienie najmniejszych robotów możliwe, było umieszczenie silników, akumulatorów, a nawet mikrokontrolera Picaxe poza robotem. zdjęcie 1 pokazuje R-20 robota 1/20 cala sześciennego na bilon. Rys. 1b i 1c pokazuje najmniejszy robot kołowy podnoszący i trzymający 8-stykowy układ scalony. W kroku 3 JEST WIDEO, na którym robot podnosi 8-stykowy układ scalony i przesuwa go. I kolejny film w kroku 5, który pokazuje robota zakręcającego ani grosza.

Krok 1: Narzędzia i materiały

18x mikrokontroler Picaxe firmy Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro szeregowy kontroler serwo dostępny w firmie Polulu: https://www.pololu.com/2 serwa o wysokim momencie obrotowym firmy Polulu2 standardowe serwa firmy Polulu.oo5" grubości miedzi, blacha mosiężna lub z brązu fosforowego z magnesów neodymowych Micromark2-1/8" x 1/16"1 magnes neodymowy 1"x1"x1". Magnesy dostępne na: https://www.amazingmagnets.com/index.aspTelescoping mosiężne rurki firmy Micromark: https://www.micromark.com/Mosiężne szpilki z koralików WalmartGlass firmy Walmart1/10" materiał płytki drukowanej z włókna szklanego firmy Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear 5-minutowa żywica epoksydowaRóżne nakrętki i śrubyTOOLWycinaki do wkłuwania wiertła do lutowania pilniki metalowe małe szczypce z końcówką igłową Ilustracja 2 przedstawia używany moduł Picaxe. Ilustracja 2b przedstawia tylną część modułu Picaxe.

Krok 2: Zbuduj robota 1/20 cala sześciennego

Przy.40"x.50"x.46" objętość robota Magbota R-20 jest nieco mniejsza niż 1/20 cala sześciennego. Jest on wykonany przez złożenie 3 konstrukcji skrzynkowych z niemagnetycznej blachy. Puszka jest przylutowana do lewego palca chwytaka. Dwa małe magnesy są epoksydowane do pionowego wałka, który wygina się tworząc prawy palec chwytaka, który się swobodnie obraca. To właśnie te dwa magnesy są sterowane przez zewnętrzny ruchomy, obracający się i wirujący magnes pole, które zapewnia robotowi całą moc. Do konstrukcji skrzynek użyłem blachy z brązu fosforowego o grubości 0,005 cala, ponieważ można ją lutować i nie utleniać ani nie matowieć. Można również użyć miedzi lub mosiądzu. Początkowo używałem małych wierteł do wiercenia otworów łożyskowych w blasze dla obracających się drucianych wałów. Po złamaniu kilku z nich w wiertarce, skończyłem na wybijaniu dziur dużą igłą i młotkiem w blasze. W ten sposób powstaje otwór w kształcie stożka, który można następnie opiłować na płasko. Otwory nie muszą mieć dokładnego rozmiaru ani nawet idealnie rozmieszczone. Przy tej małej skali siły tarcia są niewielkie i jeśli przyjrzysz się uważnie zdjęciom, zobaczysz, że użyłem długich standardowych kołków głowicy o długości 0,1 cala, które są kwadratowe, do wałków i palców chwytaka. Można również użyć drutu miedzianego. Koła ze szklanych paciorków zostały zamontowane na mosiężnych kołkach epoksydowanych na spodzie robota. Ważne jest, aby do budowy użyć materiałów niemagnetycznych, w przeciwnym razie będzie to miało negatywny wpływ na moc i sterowanie robota.

Krok 3: Silnik magnetyczny robota

Robot ma cztery stopnie swobody. Może poruszać się do przodu i do tyłu, obracać się w lewo lub w prawo, przesuwać chwytak w górę i w dół oraz otwierać i zamykać chwytak. Rys. 4- Przeniosłem cztery wbudowane silniki, które normalnie wymagałyby tego, po prostu zawieszając magnes poziomo na dwuosiowym gimbalu. Dwa magnesy 1/8"x1/8"x1/16" są epoksydowane do pionowego wałka drutu, który jest wygięty, aby utworzyć jeden palec chwytaka. Dwa magnesy są ustawione w jednej linii, aby działały jak jeden magnes i tworzą pojedynczy magnes Jest on montowany w najmniejszej puszce, do której przylutowany jest drugi palec chwytaka. Puszka chwytaka jest montowana do drugiej poziomej osi gimbala za pomocą mosiężnej śruby i nakrętki 000. Użyłem śruby, aby móc ją łatwo rozebrać do regulacji. Zewnętrzne pole magnetyczne jest zamontowane na maszynie typu CNC, która może przesuwać pole magnetyczne wzdłuż osi x i y oraz obracać je w poziomie i pionie. Można było to zrobić za pomocą elektromagnesu, ale wybrałem użycie jednego magnes stały neodymowy o średnicy cala sześciennego, ponieważ jest to najłatwiejszy i najszybszy sposób na wytworzenie dużego pola magnetycznego w małej objętości. Rys. 4c- Tak więc, północny koniec małego magnesu w robocie skierowany w stronę większego zewnętrznego południowego końca magnesu pod nim magnes robota dość ściśle podąża za ruchem ns zewnętrznego pola magnetycznego. Aby zobaczyć krótkie wideo robota podnoszącego 8-pinowy układ scalony, zobacz tutaj: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EALub kliknij na wideo poniżej.

Krok 4: Kontroler robota typu CNC

Rysunek 5 przedstawia sterownik robota typu CNC. Cztery serwa zapewniają ruchy do jednego cala sześciennego magnesu neodymowego, za którym podąża magnes zamontowany na przegubie w robocie. Dla osi X i Y serwo o wysokim momencie obrotowym z bloczkiem i przyponem wędkarskim ciągnie na platformie z włókna szklanego. Sprężyna przeciwstawia się ruchowi. Platforma spoczywa na dwóch teleskopowych mosiężnych rurach, które działają jak prowadnica liniowa. Plastikowe łożyska wykonane z plastikowej deski do krojenia po obu stronach prowadnic liniowych utrzymują platformę w poziomie. Ten konkretny sterownik robota ma ograniczony zasięg kilku cali sześciennych. Powinno to ostatecznie okazać się więcej niż wystarczające do kontrolowania naprawdę mikroskopijnych robotów, które mogą wymagać zaledwie kilku centymetrów sześciennych.

Krok 5: Obwód robota magnetycznego

Kontroler robota składa się z mikrokontrolera Picaxe, który jest zaprogramowany tak, aby dostarczał robotowi sekwencję ruchów. Uważam, że Picaxe jest najłatwiejszym i najszybszym mikrokontrolerem do podłączenia i zaprogramowania. Chociaż jest wolniejszy niż standardowy Pic Micro lub Arduino, jest wystarczająco szybki dla większości robotów eksperymentalnych. Inne projekty Picaxe można znaleźć tutaj: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmI tutaj: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Picaxe steruje robotem, wysyłając szeregowo polecenia do mikroserwosterownika szeregowego Polulu. Kontroler Polulu jest bardzo mały i może stale utrzymywać do 8 serw w dowolnej pozycji, w jakiej się znajdują. Proste polecenia z Picaxe pozwalają łatwo kontrolować pozycję, prędkość i kierunek serw. Gorąco polecam ten kontroler do wszystkich rodzajów robotów opartych na serwonapędach. Schemat pokazuje, jak połączone są cztery serwa. Serwo 0 i 1 prowadzą magnes 1 wzdłuż osi X i Y. Serwo 2 to serwo obracające się w sposób ciągły, które może obracać magnes o więcej niż 360 stopni. Serwo 3 przechyla magnes lekko do przodu i do tyłu, aby obniżyć i podnieść chwytak. krótki filmik robota obracającego się ani grosza, zobacz tutaj: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgLub kliknij film poniżej:

Krok 6: Oprogramowanie kontrolera robota

Oto oprogramowanie dla mikrokontrolera Picaxe. Wysyła zaprogramowane sekwencje do serwomechanizmu Polulu, który przesuwa magnes w przestrzeni 3D, aby sterować robotem. Z drobnymi modyfikacjami można go również wykorzystać do zaprogramowania Stempela 2. Aby zaprogramować Picaxe, stwierdziłem, że konieczne jest odłączenie Pin 3 (wyjście szeregowe) od serwomechanizmu. W przeciwnym razie program nie zostałby pobrany z komputera. Zauważyłem również, że konieczne jest odłączenie pinu trzeciego od serwomechanizmu podczas włączania obwodów, aby zapobiec zablokowaniu serwomechanizmu. Następnie, po mniej więcej sekundzie, ponownie podłączyłem pin 3.'Program dla sekwencji odbioru magrobota R-20 za pomocą serwomechanizmu polulu high 3 'serial output pinpause 7000' ustawiony na 0 pozycje serout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 35, 127) 'pozycja s1 13-24-35 przeciwnie do ruchu wskazówek zegara serout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'pozycja s0 c-clockpause 7000 'poziom magnetserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 23, 127) 'pozycja midpause 1000 'przesuń do przodu długi servo1serout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 21, 127) 'pozycja zgodnie z ruchem wskazówek zegara pauza 1500 'uchwyt downserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 26, 127) 'pozycja downpause 2000 'zamknij gripserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'wolna przerwa w zegarze 50serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'zatrzymaj serwo 2 obróć pauza 700 'przesuń do przodu skrócenie 3, t2400, (80 $, 01 $, 04, 1, 13, 127) ' pozycja pauza zegarowa 1000 ' chwyt podwyższenie 3, t2400, (80 $, 01 $, 04 $, 3, 23, 127) 'pozycja midpoint pauza 700 'skręć w prawo 90serout 3, t2400, ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'wolna prędkość zegara pauza 470serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'zatrzymaj serwo 2 rotacja pauza 1000 'forwarderout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 13, 12) 'pozycja s0 pauza 1500 'uchwyt downserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 25, 12) 'pozycja midpause 2000 'zamknij gripserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'niska prędkość c zgodnie z ruchem wskazówek zegara pauza 50serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'zatrzymaj serwo 2 obrót pauza 400 'backupserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'pozycja s0 c-clockpause 700 'uchwyt upserout 3, t2400, (80 $, 01 $, 04 $, 3, 22, 12) 'pozycja midpause 1000pause 6000 'ustawiona na 0 pozycji serout 3, t2400, (80 $, 01 $, 04 $, 1, 35, 127) 'pozycja s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'pozycja s0 c-clockloop:goto loop

Krok 7: Dodawanie czujników

Ten robot nie ma czujników. Aby być naprawdę użytecznym jako robot manipulujący małymi przedmiotami, korzystne byłoby posiadanie pętli sprzężenia zwrotnego do mikrokontrolera z różnych czujników świata rzeczywistego. Aby uniknąć umieszczania zasilacza na pokładzie, można zastosować czujniki światła. Światło laserowe lub podczerwone może być skierowane na górną część robota, a odbłyśniki mechaniczne lub blokery mogą być połączone z czujnikami dotykowymi, czujnikami ciśnienia lub czujnikami temperatury i zmiennym współczynnikiem odbicia odczytywanym przez fotokomórki lub kamerę wideo. Inną możliwością jest wykorzystanie technologii RFID do przesyłają impuls, który zasila elektronikę robota, aby powrócił zamiast numeru identyfikacyjnego, sekwencji bitów reprezentujących zmiany w dotyku lub innych czujnikach.

Krok 8: Inne roboty zasilane magnetycznie

Roboty sterowane polami magnetycznymi różnego typu nie są niczym nowym. Niektóre z nich są mikroskopijne, a inne większe, dzięki czemu można je zastosować medycznie w ludzkim ciele. Niektórzy używają elektromagnesów sterowanych komputerowo, a niektórzy używają ruchomych magnesów trwałych. Oto kilka linków do niektórych z najlepszych i najmniejszych eksperymentalnych robotów magnetycznych, nad którymi pracują naukowcy. Latający robot magnetyczny na pensach. Chociaż w rzeczywistości nie lata, unosi się w sterowanym komputerowo polu magnetycznym, podobnie jak zabawki, które zawieszają mały globus ziemi. Posiada również chwytak, który rozszerza się po podgrzaniu laserem, a następnie chwyta się podczas stygnięcia. Niestety, magnetyczne północne i południowe końce robota są pionowe, więc nie ma możliwości kontrolowania obrotu obrotowego w celu precyzyjnego zorientowania chwytaka. Jest nieco większy niż najmniejszy robot, który zrobiłem, pokazany w kroku 9.https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.htmlPływający robot z magnesami Prawdziwie mikroskopijny robot, który jest spiralą z magnesem na jednym końcu. Dzięki zewnętrznemu obrotowemu i obrotowemu polu magnetycznemu można go skierować w dowolnym kierunku i pływać pod wodą.https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0918085333.htmSterowana tabletka aparatu za pomocą magnesów.https://www. spectrum.ieee.org/aug08/6469Roboty medyczne.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp?x=5464Kamera sterowana magnetycznie.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Oto kilka mikroskopijnych chwytaków sterowanych magnetycznie, które można aktywować chemicznie lub termicznie.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm Niestety, te mikro-chwytaki nie mogą się zwolnić po ich chwycić. Są więc bardziej jak mikroskopijna pułapka na niedźwiedzie niż w pełni funkcjonalny chwytak.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January /13010901.asppic 10 przedstawia Magboty R-19, R-20 i R-21, trzy roboty, które stworzyłem do tych eksperymentów. Najmniejszy został zmniejszony poprzez wyeliminowanie jednej osi i kół. Druciany ogon zapobiega przewracaniu się do tyłu.

Krok 9: Budowanie jeszcze mniejszych robotów

Zdjęcie 11 przedstawia Magbota R-21, najmniejszego robota napędzanego magnetycznie z funkcjonalnym chwytakiem, jaki dotychczas wykonałem. Przy wymiarach.22"x.20"x.25" jest to około 1/100 cala sześciennego. Dzięki wyeliminowaniu kół i jednego punktu obrotu (gimbala), robot jest znacznie mniejszy niż wersja na kółkach. rama nie jest tak płynna jak ta z kołami. Drutowa końcówka pozwala robotowi kołysać się do tyłu, aby podnieść chwytak. Taka konfiguracja może być wykorzystana do stworzenia robota o mikroskopijnych rozmiarach. Problemem w tym momencie jest użycie konwencjonalnego układu scalonego technologii do tworzenia mechanicznych struktur cienkowarstwowych lub wymyślenia innej alternatywy dla tworzenia mikroskopijnych struktur. Pracuję nad tym. Te małe roboty stanowią jeden z najłatwiejszych sposobów na uzyskanie dużej ilości ruchu na małej przestrzeni. Jest ich wiele inne możliwe konfiguracje magnesów na pokładzie i zewnętrznych pól magnetycznych, które mogłyby wytworzyć bardzo interesujące roboty. Na przykład użycie więcej niż trzech lub więcej obracających się lub obracających się magnesów na robocie może skutkować większą swobodą i bardziej precyzyjną manipulacją chwytakiem.

I nagroda w konkursie kieszonkowym