Oscylator elektromechaniczny lub trzepoczący: 9 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Wstęp

Od około 10 lat śledzę rozwój robotyki, a moje wykształcenie to biologia i wideografia. Te zainteresowania krążą wokół mojej podstawowej pasji, entomologii (badanie owadów). Owady to wielka sprawa w wielu branżach i były źródłem wielu inspiracji. Na szczęście biologia i owady zyskują na znaczeniu w robotyce dzięki biomimice i biologii syntetycznej. Jestem szczególnie podekscytowany postępem insektotopterów. CIA stworzyła latający insektotopter już w latach siedemdziesiątych, a owady będą nadal odgrywać dużą rolę w rozwiązywaniu problemów w robotyce. Chcę podzielić się artystyczną metodą budowania własnej elektromechanicznej rzeźby owada.

Jedno rzemiosło, które mocno koncentruje się na właściwościach owadów, to sztuka wiązania much. Fly Tying to metoda tworzenia przynęt muchowych. To rzemiosło wykorzystuje zróżnicowaną paletę materiałów i narzędzi i wymaga starannej dbałości o szczegóły, jednocześnie mocno polegając na odpowiedniej technice, aby ukończyć piękne projekty.

Nie ekscytowałem się zbytnio drukiem 3D czy mikrokontrolerami. Dokładam wszelkich starań, aby stworzyć elektromechaniczne stworzenia, które nie wykorzystują żadnej z tych technologii. Wygląda na to, że bez względu na to, jaki czujnik lub ekspresję mechaniczną chcesz zbadać, wszystko musi przejść przez mikrokontroler. Cofnijmy się trochę i zmieńmy nasz mózg w oscylator!

Proponuję więc, że używamy narzędzi, materiałów i techniki muchowej jako podstawy do stworzenia pięknego, lekkiego, unikalnego, elektromechanicznego owada. Ta kinetyczna rzeźba w stylu BEAM, miejmy nadzieję, zainspiruje twoich przyjaciół i rodzinę do docenienia owadów i kunsztu.

Krok 1: Projektowanie swojego oscylatora

Istnieje wiele obwodów oscylatorów do wyboru online. Po przyjrzeniu się różnorodności, poczułem, że najłatwiejszym i najbardziej „organicznym” jest Astable Multivibrator. Ten obwód można utworzyć z rezystorami symetrycznymi lub asymetrycznymi, co skutkuje nieco innymi szerokościami impulsów, w zależności od tego, z której „strony” obwodu pobierasz wyjście.

Komponenty do tego obwodu, które wybrałem to:

Ilość: Pozycja:

Tranzystor pnp x1 2N4403

Tranzystor pnp x1 2N3905 (wyjście lustrzane)

x2 rezystory 330 Ω

x2 rezystory 22kΩ

x2 kondensatory 4,7 μF 16 V

x2 Rezystory zależne od światła (LDR) w zakresie 0 - 30 kΩ

Tranzystor pnp x1 2N4920 (obsługuje 1 A)

x1 8+ Ω Cewka głośnika

x1 Mały niemagnetyczny, niezabudowany kontaktron;

Chcę mieć niski czas RC i małe kondensatory, więc wybrałem rezystory 22k Ω z kondensatorami bipolarnymi 4,7 μF 16V. Daje to częstotliwość drgań w przybliżeniu 2-5 Hz.

Chcę również, aby na obwód wpływało środowisko, więc połączyłem rezystory zależne od światła (LDR) szeregowo z rezystorami 22k. Przełącznik to mały kontaktron wyciągany z jednorazowego obwodu lampy błyskowej aparatu. Użyjemy tego przełącznika jako wrażliwych wąsów na brzuchu.

Krok 2: Rozpocznij lutowanie

Używając tych komponentów, będziesz potrzebować kilku narzędzi, aby je ze sobą zlutować. Nie będziemy używać płyty perforowanej.

Chwyć dwa imadła, jedno do trzymania komponentów, a drugie do trzymania lutownicy.

Upewnij się również, że masz przecinaki do drutu, szczypce i model obwodu jako odniesienie. Zrobiłem prototyp drugiej wersji obwodu, aby mieć pewność, że zawsze wiem, które części komponentów są przyłączone gdzie.

Zagnij wyprowadzenia dwóch tranzystorów tak, aby kolektor wyginał się na bok, a podstawa wyginała się do środka. Ponieważ modele 2N4403 i 2N3905 (na zdjęciu jako BC557) mają różne wyprowadzenia styków, należy zwrócić szczególną uwagę na położenie podstawy i kolektora. Można użyć dwóch takich samych tranzystorów pnp, ale podoba mi się chiralna jakość lustrzanego wyjścia. W końcu to jest sztuka.

Zegnij przewody kondensatora pod kątem prostym.

Zewrzyj przewody na kondensatorach, podstawie tranzystora i kolektorach.

Teraz umieść tranzystor w imadle i przesuń lutownicę w kierunku pożądanego przewodu do lutowania. Uwalnia to obie ręce, aby włożyć kondensator i lut, i połączyć je ze sobą.

Powtórz ten krok, aby baza i kolektory każdego tranzystora były podłączone do każdego kondensatora.

Warto zauważyć, że imadło może w rzeczywistości działać jako radiator dla tranzystorów, a architektura zakończonego lutowania sprawia, że ta struktura jest zaskakująco mocna.

Krok 3: Przylutuj rezystory

Zagnij i przetnij przewody rezystorów jak na zdjęciu powyżej.

Umieść rezystor 330 Ω w imadle i przylutuj nasz tranzystor kondensatora do rezystora. Postępuj zgodnie ze schematem, ten rezystor musi być podłączony w miejscu kolektora tranzystora.

Powtórz z drugim rezystorem 330 Ω.

Umieść LDR w imadle i przylutuj do niego nasz rosnący obwód. Przylutuj do podstawy tranzystora.

Powtórz z drugim LDR.

Odetnij długie wyprowadzenia LDR w kierunku centrum.

Przylutuj rezystory 22 kΩ do wyprowadzeń LDR tak, aby rezystory były połączone szeregowo.

Każdy z czterech rezystorów powinien mieć otwarte wyprowadzenia wskazujące na środek naszego obwodu (jak na zdjęciu).

Zagnij przewody tych rezystorów w kierunku sąsiadów, skróć je i zlutuj wszystkie razem. Ta wiązka rezystorów jest teraz częścią naszej szyny uziemiającej.

Krok 4: Przewody lutownicze i zasilanie PNP

Ta jednostka kondensatorów, tranzystorów i rezystorów jest naszym stabilnym oscylatorem multiwibracyjnym. To skutecznie nasz mózg dla owada. LDR działają jak oczy i nieznacznie modyfikują częstotliwość i szerokość impulsów naszego oscylatora. Sam ten obwód nie może zasilać cewki głośnika, więc podłączymy go do Q3, naszego tranzystora mocy (BD140 lub 2N4920).

Przylutuj dodatni przewód szyny do emitera Q1.

Przylutuj przewód szyny uziemiającej do wiązki rezystorów.

Przylutuj trzeci przewód do emitera Q2 (na zdjęciu w kolorze pomarańczowym).

Przylutuj ten trzeci przewód do podstawy Q3, tranzystora pnp mocy (2N4920).

Zdejmij przewód szyny dodatniej około 1 1/2 cala w dół i przylutuj do emitera Q3.

W tym momencie lubię zrobić sobie przerwę od lutowania i nałożyć na obwód obficie warstwę bezbarwnego lakieru do paznokci. Pomoże to zapobiec zwarciom, jeśli obwód jest zgięty lub zgnieciony, i zapewni mu pewną odporność na warunki atmosferyczne. Zapraszam do nakładania kilku warstw.

Sprawdź, czy nigdzie nie nastąpiło zwarcie obwodu. Przetestuj obwód, aby upewnić się, że nadal działa, zasilając czerwony przewód napięciem +9 V, uziemiając czarny lub brązowy przewód i przypinając do kolektora Q3. Używam malutkiej lampki 5V lub zapasowego głośnika. Ponieważ Q3 może wytrzymać tylko około 1 A, nie przegrzewaj tego tranzystora zbyt dużą mocą i zbyt małą rezystancją. Wykonaj obliczenia (I=V/R) przy założeniu prądu stałego. Teoretycznie średni prąd jest o połowę mniejszy od prądu stałego przy napięciu szyny ze względu na efekt pulsowania, ale to pomoże nam zostawić miejsce na błąd.

Krok 5: Wytnij cewkę drgającą i lutuj

Weź mały tani głośnik z działającą cewką drgającą i wytnij go. Zacznij od przecięcia wokół krawędzi stożka głośnika i uważaj, aby nie przeciąć złączy drutu świecidełkowego pod spodem.

Przypnij lub wylutuj złączki z drutu błyszczącego z zakładek kosza.

Wytnij zawieszenie z siatki tuż nad magnesem trwałym.

Wyjmij cewkę drgającą i odetnij nadmiar papieru i siatki. Pamiętaj, aby pozostawić złącza drutu świecidełkowego tak długo, jak to możliwe.

Cynuj końcówki złączy drutu świecidełkowego i przylutuj jeden do kolektora Q3.

Przylutuj drugie złącze do przedłużacza.

Zdejmij środek nowego drutu i przylutuj go do szyny uziemiającej.

Krok 6: Zaprojektuj skrzydła

Wydrukowałem wzory skrzydeł muchy żurawia na folii.

Możesz także narysować skrzydła za pomocą pisaków i sharpies na octanie.

Baw się, kolorując skrzydła i czyniąc je wyjątkowymi i interesującymi.

Umieść arkusz octanu na starym czasopiśmie i wciśnij do żył szydłem. Zmieniaj przód i tył, aby stworzyć wklęsłe i wypukłe zagniecenia w acetacie. To nie tylko wzmacnia iluzję prawdziwych owadzich skrzydeł, ale także wzmacnia skrzydła.

Wytnij skrzydła, ale zostaw je jako parę! Zostaw trochę dodatkowego materiału na środku, aby nasza cewka głosowa miała więcej materiału do przepychania.

Krok 7: Przywiąż skrzydła do żyłki

Aby rozpocząć wiązanie, potrzebujesz około 35 funtów żyłki, naszego wcześniejszego imadła, nożyczek, skrzydełek, nici i szpulki do wiązania much. *Sugerowana korekta: Użyj cięższej żyłki lub cienkiego drutu do tych wsporników skrzydeł. Przedstawiony i zbudowany model traci sprawność mechaniczną, gdy monofilament wygina się na zewnątrz podczas ruchu w dół.

Wytnij dwa kawałki o długości pięciu cali i umieść jeden kawałek w imadle. Luźno przywiąż skrzydła do żyłki w ósemkę.

Powtórz z drugim kawałkiem żyłki i drugim skrzydłem.

Dodałem trochę kleju do węzłów na każdym kawałku, aby zwiększyć bezpieczeństwo. Upewnij się, że klej nie utrudnia trzepotania skrzydeł. To ma działać jak zawias, a monofilament jest naszym punktem podparcia.

Krok 8: Zbuduj klatkę piersiową i głowę

W tej fazie wszystko łączy się na raz.

Weź trzycalowy kawałek monofilamentu o wadze 100 funtów lub sztywnej rurki i zawiąż nitkę na jego długości.

Weź trzy, siedmiocalowe kawałki drutu kwiatowego i zwiąż każdy z nich w środku na całej długości naszego ciała. To będą nasze nogi.

Przywiąż tylne kawałki mniejszej żyłki z naszego skrzydła tuż za tylnymi nogami, pozostawiając miejsce na późniejszą korektę ich długości.

Znajdź szpilkę magnetyczną, taką jak na zdjęciu. To utrzyma na miejscu nasz trwały magnes neodymowy.

Zawiąż obwód, który zbudowaliśmy na nogach / ciele.

Przywiąż szpilkę magnetyczną do ciała za głową, ale przed Q3.

Przywiąż dwa małe pióra jeżyny do ciała tuż za głową, aby wystawały do przodu jak czułki (jest to czysto estetyczne).

Przenieś przednie kawałki mniejszej żyłki z jednostki skrzydłowej do przodu i przywiąż je do ciała blisko głowy. Pociągnij za każdy element, aby upewnić się, że skrzydła są wyśrodkowane i wznoszą się nad magnesem.

Przetnij papierową rurkę cewki drgającej w kierunku środka, abyśmy mogli wsunąć do niej acetat skrzydeł. Cała ta konstrukcja powinna unosić się nad kołkiem, do którego trafi nasz magnes, więc gdy prąd przepływa przez cewkę, siła magnetyczna ściąga skrzydła w dół, a czubki skrzydeł machają w górę.

Krok 9: Zbuduj brzuch

Przywiąż kontaktron z tyłu korpusu. Będzie to czubek brzucha, gdzie będą nasze wrażliwe wąsy. Przylutuj naszą szynę uziemiającą do jednej nogi kontaktronu.

Przylutuj drugi krótki kawałek drutu do drugiej nogi kontaktronu.

Zwiń dodatni przewód szyny, aby utworzyć dużą powierzchnię dla akumulatora.

Zwiń nowy krótki kawałek drutu podłączony do przełącznika, aby dotknąć ujemnej lub 0V strony akumulatora.

Przywiąż małą baterię 12 V do brzucha i zabezpiecz przewody baterii, aby mieć solidne połączenie. Musiałem dodać kilka kawałków ciężkiej żyłki do brzucha, aby zapobiec przewróceniu się baterii na przeciwną stronę brzucha podczas wiązania.

Przetestuj to! Czy skrzydła poruszają się w kierunku magnesu? Upewnij się, że polaryzacja magnesu jest prawidłowa, postępując zgodnie z prawą zasadą prądu elektromagnetycznego i używając kompasu analogowego, aby ustalić biegunowość magnesu trwałego. Jeśli zbudowałeś obwód tak, jak opisałem, prąd płynie z kolektora Q3 przez cewkę w kierunku szyny uziemiającej lub strony 0V akumulatora.

Aby to zakończyć, zegnij nogi z drutu kwiatowego, aby wyglądały tak, jak chcesz! Spróbuj trochę kleju w miejscu, w którym nogi stykają się z ciałem, jeśli są zbyt cienkie. Cieszyć się!

Daj mi znać, jeśli masz jakieś pytania. To zdecydowanie wybredny projekt. Mała gumka między przewodami akumulatora może pomóc w utrzymaniu ich na miejscu.

Powodzenia!

Pierwsza nagroda w konkursie technicznym