Изграждане на малки роботи: Изработка на микро-сумо роботи с кубичен инч и по-малки: 5 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:55

Ето някои подробности за изграждането на малки роботи и схеми. Тази инструкция ще обхваща и някои основни съвети и техники, които са полезни при изграждането на роботи от всякакъв размер. За мен едно от големите предизвикателства в електрониката е да видя колко малък робот мога да направя. Хубавото на електрониката е, че компонентите просто стават все по -малки, по -евтини и по -ефективни с невероятно бързи темпове. Представете си, ако автомобилните технологии бяха такива. За съжаление, механичните системи понастоящем не напредват почти толкова бързо, колкото електрониката. Това води до една от основните трудности при изграждането на много малки роботи: опитвайки се да се побере в малко пространство, механичната система, която движи робота. Механичната система и батериите са склонни да заемат по-голямата част от обема на наистина малък робот. Pic1 показва Mr. Cube R-16, един кубичен инчов микро-сумо робот, който е в състояние да реагира на околната среда с мустаци от музикална тел (броня) превключвател). Той може да се движи и да изследва периметъра на малка кутия. Може да се управлява дистанционно с помощта на универсално инфрачервено дистанционно управление за телевизор, което е настроено за телевизор на Sony. Той може също така да има предварително програмиран микроконтролер Picaxe с модели на реакция. Подробностите започват от стъпка 1.

Стъпка 1: Компоненти на робот с един кубичен инч

Г-н куб R-16, е шестнадесетият робот, който съм построил. Това е един кубичен инчов робот, който измерва 1 "x1" x1 ". Той е способен на автономно програмируемо поведение или може да бъде дистанционно управляван. Не е предназначен да бъде нещо много практично или особено полезно. Това е просто прототип и доказателство за концепцията. Това обаче е полезно в смисъл, че изграждането на малък робот ви позволява да усъвършенствате уменията си за миниатюризация за роботи и други малки схеми. отнема два пъти повече време, отколкото обикновено е необходимо за изграждането на една и съща верига в по -голямо пространство. Всички видове скоби са необходими, за да задържат малките компоненти и проводници на място, докато запояват или лепят. Ярка работна светлина и добра увеличаваща слушалка или неподвижните лупи са задължителни. Малки двигатели Оказва се, че една от най -големите пречки за създаването на наистина малки роботи е редукторът, който е необходим. Електрониката за управление (микроконтролери) просто става все по -малка. Въпреки това, открийте g редукторни двигатели с ниски обороти, които са достатъчно малки, не е толкова лесно. Г -н Cube използва малки двигатели за пейджъри, насочени в съотношение 25: 1. При това задвижване роботът е по -бърз, отколкото бих искал, и малко потрепващ. За да се поберат в пространството, двигателите трябваше да бъдат изместени с едно колело повече напред от другото. Дори и с това той се движи напред, назад и се завърта добре. Двигателите бяха свързани към перфорираната плоскост с тел от 24 габарита, който беше запоен и след това залепен с контактен цимент. В задната част на робота найлонов болт с размер 4-40 беше завит в отвор под долната платка. Тази гладка пластмасова глава на болта действа като колело за балансиране на робота. Можете да го видите в долния десен ъгъл на снимка 4. Това дава разстояние между колелата в долната част на робота от около 1/32 ". За да монтирате колелата, 3/16" пластмасови ролки, монтирани на двигателите, бяха включени и след това, докато се въртят, се шлайфат до правилния диаметър. След това те бяха поставени в дупка в метална шайба, която се побираше в найлонова шайба и всичко беше епоксирано заедно. След това колелото беше покрито с два слоя гума от течна лента, за да му придаде сцепление. Малки батерии Друг проблем с най -малките роботи е намирането на малки батерии, които ще издържат. Използваните редукторни двигатели изискват доста високи токове (90-115ma) за работа. Това води до малък робот, който яде батерии за закуска. Най-доброто, което успях да намеря по онова време, бяха 3-LM44 литиево-клетъчни батерии. Животът на батерията при много малки роботи от този тип е толкова кратък (няколко минути), че те обикновено не могат да направят нищо почти практично. Имаше място само за три 1.5v батерии, така че те в крайна сметка захранваха както двигателите, така и контролера Picaxe. Поради електрическия шум, който малки DC двигатели могат да създадат, едно захранване за всичко, обикновено не е добра идея. Но засега работи добре. Пространството в този един инчов робот беше толкова тясно, че дебелината на изолацията на проводника 28 (от лентов кабел) се оказа проблем. Едвам сглобих двете половини на робота. Смятам, че около 85% от обема на робота е изпълнен с компоненти. Роботът беше толкова малък, че дори превключвателят за включване и изключване беше проблем. В крайна сметка бих могъл да заменя суровите мустаци с инфрачервени сензори. Буквално ми свърши лесното за използване пространство, така че поставянето на нещо повече, без да се прибягва до технологията за повърхностно монтиране, би било интересно предизвикателство. Обичам да използвам конструкция на миди за наистина малки роботи. Вижте снимка 2. Това се състои от две половини, които се свързват заедно с.1 "лентови заглавия и гнезда. Това дава лесен достъп до всички компоненти, което улеснява отстраняването на грешки в веригите или извършването на промени. Снимка 3 показва местоположението на някои от основни компоненти. МАТЕРИАЛИ 2 GM15 Gear Motors- 25: 1 6mm Planetary Gear Pager Motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Picaxe микроконтролер на разположение от: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 контролер на двигателя DIP IC: https://www.mouser.com Panasonic PNA4602M инфрачервен детектор: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol термично отстраняващ се (запояващ) магнитен проводник: https:// www.mouser.com3 LM44 1.5V. Литиеви клетъчни батерии: https://www.mouser.com Малък син превключвател за включване и изключване: https://www.jameco.com Тънък спойка-.015 "колофоедна сърцевина спойка: https:// www.mouser.com Резистори и 150 uf танталов кондензатор. 1 "перфорирана плоча от мед от фибростъкло от: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlPerformix (tm) течна лента, черна-Предлага се в Wal-Mart или

Стъпка 2: Схема на робот с един кубичен инч

Снимка 4 показва местоположението на 18x микроконтролера Picaxe и контролера на двигателя L293, които са основните вериги на робота. По време на строителството не можах да получа версиите за повърхностен монтаж на Picaxe или L293. Използването на интегрални схеми за повърхностно монтиране със сигурност ще остави повече място за допълнителни схеми и сензори. Въпреки че имат по -малко памет и не са толкова бързи, колкото PicMicros, Arduino, Basic Stamp или други микроконтролери, те са достатъчно бързи за повечето малки експериментални роботи. Няколко от тях могат лесно да бъдат свързани заедно, когато са необходими повече скорост или памет. Те също са много прощаващи. Директно съм ги запоял, скъсил ги и претоварвал изходите им и все още не съм изгорил. Тъй като те могат да бъдат програмирани на езика за програмиране BASIC, те също са по -лесни за програмиране от повечето микроконтролери. Ако искате да изградите наистина малки, 08M и 18x Picaxe контролерите се предлагат под формата на повърхностен монтаж (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). За да видите някои от проектите, които можете да направите с микроконтролери Picaxe, можете да разгледате: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm L293 Контролер на двигателя Моторният контролер L293 е отличен начин за управление на два двигателя във всеки малък робот. Четири изходни извода от микроконтролера могат да контролират захранването на два двигателя: напред, назад или изключване. Захранването на моторите може дори да бъде импулсно (PWM-широчинно-импулсна модулация), за да се контролира тяхната скорост. Стил на мъртва грешка Нямаше място на перфорираните дъски за монтиране на контролера L293, така че той беше инсталиран с помощта на техниката на мъртва грешка. Това просто означава, че интегралната схема е обърната с главата надолу и тънките проводници са запоени директно към щифтовете, които са огънати или скъсени. След това може да се залепи върху платка или да се постави във всяко налично пространство. В този случай, след като L293 беше запоен и тестван, аз го покрих с два слоя от винаги удобната гума с течна лента, за да гарантирам, че нищо не се късо, когато е натъпкано в наличното пространство. Може да се използва и ясен цимент за контакт. За много добър пример за изграждане на вериги, използващи стила на мъртва грешка, вижте тук: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 показва приспособление за спойка за ръце, което съм модифицирал чрез добавяне на малки алигаторни клипове към перфборд, за да спомогнете за запояване на малки проводници към интегралните схеми в стил „мъртва грешка“. Снимка 6 показва схемата за робота Mr. Cube. Можете да видите видеоклип на г -н Cube, който прави кратка програмирана последователност, като щракнете върху на връзката inch-robot-sm.wmv по-долу. Той показва робота при около 30% от максималната скорост, която е намалена с помощта на широчинно-импулсна модулация на двигателите.

Стъпка 3: Съвети и трикове за изграждане на роботи

След като построих 18 роботи, ето някои от нещата, които научих по трудния начин. Отделни захранвания Ако имате място, ще си спестите много проблеми, ако използвате отделни захранвания за микроконтролера и неговите вериги и двигателите. Променливото напрежение и електрическият шум, които произвеждат двигателите, могат да причинят хаос с входовете на микроконтролера и сензора, за да предизвикат много противоречиви реакции във вашия робот. Компонентите рядко се повреждат или са дефектни. Ако вашият дизайн е валиден и веригата не работи, това почти винаги е грешка във вашето окабеляване. За информация как да направите прототипиране на бързи вериги, вижте тук: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm След това монтирам всички двигатели и сензори върху тялото на робота и програмирам микроконтролера да ги контролира. Едва след като всичко работи добре, се опитвам да направя постоянна запоена версия на веригата. След това тествам това, докато все още е отделено от тялото на робота. Ако това работи, след това го монтирам за постоянно върху робота. Ако спре да работи, често причината за проблемите с шума е грешката. Проблеми с шума Един от най -големите проблеми, които срещнах, е електрическият шум, който прави веригата безполезна. Това често се причинява от електрическия или магнитния шум, който може да излиза от DC двигатели. Този шум може да затрупа входовете на сензора и дори микроконтролера. За да разрешите това, можете да се уверите, че двигателите и проводниците към тях не са близо до никакви входни линии към вашия микроконтролер. Снимка 7 показва Sparky, R-12, робот, който направих, който използва основен Stamp 2 като микроконтролер. Първо го тествах с основната платка далеч от робота и след като направих основното програмиране, всичко работи добре. Когато го монтирах точно над двигателите, той полудя и беше напълно непоследователен. Опитах се да добавя заземена медна платка между двигателите и веригата, но това нямаше значение. В крайна сметка трябваше физически да повдигна веригата 3/4 "(виж сините стрелки), преди роботът да заработи отново. Друг често срещан източник на опустошителен шум при малки роботи може да бъде пулсиращи сигнали. Ако изпращате ШИМ сигнали към серво или мотори, проводниците може да действа като антени и да изпраща сигнали, които могат да объркат вашите входни линии. За да избегнете това, дръжте входящите и изходните проводници на микроконтролера разделени колкото е възможно повече. Също така дръжте проводниците, носещи захранване към двигателите, далеч от входните линии. малките вериги могат да бъдат решени с помощта на магнитен проводник с калибър 30-36. Използвал съм проводник с 36 габарита за някои проекти, но ми се стори толкова тънък, че беше трудно да се съблече и използва. Добър компромис е магнитният проводник от 30 габарита. може да се използва тел, но аз предпочитам магнитната тел за отстраняване на топлина. Тази жица има покритие, което може да се отстрани, като просто се запои с достатъчно топлина, за да се разтопи изолацията. Отнема покритието по време на запояване отнема до 10 секунди. За някои деликатен компон елементи като запояване към светодиоди или интегрални схеми, това може да бъде увреждаща топлина. Най -добрият компромис за мен е да използвам тази магнитна жица за отстраняване на топлина, но първо да я отстраня. Първо вземам остър нож и го плъзгам по магнитния проводник, за да отлепя покритието, а след това завъртя телта наоколо, докато се отстрани доста добре около диаметъра си. След това запоявам оголения край на тел, докато се омекне добре. След това можете да го запоите бързо към всеки деликатен компонент с по -малка вероятност от топлинни повреди. Най -доброто решение е да използвате малък накрайник с регулируема топлина за запояване (1/32 ") и най -тънкия спойка, която можете да намерите. Стандартната спойка обикновено е.032" в диаметър, която работи добре за повечето неща. Използването на по -тънък припой с диаметър.015 "ви позволява лесно да контролирате количеството спойка върху съединението. Ако използвате най -малкото количество спойка, то не само заема най -малкия обем, но също така ви позволява да запоявате съединение толкова бързо възможно е. Това намалява вероятността от прегряване и увреждане на деликатни компоненти като интегрални схеми и светодиоди за повърхностно монтиране. Компоненти за повърхностен монтаж Компонентите за повърхностен монтаж са най -добрите в миниатюризацията. За да използвам интегрални схеми с размер SOIC, обикновено използвам тънка спойка и магнитен проводник. За да видите доста лесно начин да направите SOIC пробивни платки или схеми вижте тук: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm Залепване на компоненти вместо запояване Някои компоненти за повърхностен монтаж могат също да бъдат залепени директно върху платки. Можете да направите свое собствено проводимо лепило и да използвате за залепване на светодиоди и интегрални схеми. фитил c проводящо лепило под светодиодите за повърхностно монтиране и други компоненти и ги съкратете. Лепене на компоненти, използващи непроводимо лепило Наскоро експериментирах със залепване на компоненти върху медни платки и проводящи тъкани, използвайки лепило, което не провежда. Вижте Снимка 8 за снимка на 12-волтова светлинна лента (неосветена и осветена) с помощта на светодиоди за повърхностен монтаж, които са залепени с непроводимо лепило. Открих, че ако сложите тънък слой прозрачен лак за нокти върху медните следи и след това физически затегнете светодиода и го оставите да изсъхне за 24 часа, ще останете с добра механична връзка, която е електропроводима. Лепилото за лак за нокти ефективно свива и затяга водещите контакти към медните следи, образувайки добра механична връзка. Тя трябва да бъде затегната за цели 24 часа. След това можете да го тествате за проводимост. Ако светне, можете да добавите втория слой лепило. За втория слой използвам прозрачен контакт цимент като заварчици или Goop. Това по -дебело лепило обгражда компонентите и също се свива, докато изсъхва, за да осигури сигурно добра плътна връзка с медни следи. Изчакайте 24 часа, за да изсъхне, преди да тествате отново. Тъй като се съмнявах колко време ще продължи, оставих синята LED светлинна лента на снимка 8 включена за седем дни и нощи. Съпротивлението на веригата всъщност намалява с течение на времето. Месеци по -късно лентата все още свети напълно без никакви доказателства за повишена съпротива. Използвайки този метод, успешно залепих много малки светодиоди за повърхностно монтиране-0805-с размер и по-големи върху медно облицована перфорирана плоскост. Тази техника показва обещание при създаването на наистина малки схеми, LED дисплеи и роботи.

Стъпка 4: Нарушаване на правилата

За да направите наистина малки роботи, може да се наложи да нарушите много от правилата, споменати по -горе. За да направя г-н Куб, наруших следните правила: 1- Използвах едно захранване вместо едно за двигателите и едно за микроконтролера.2- Монтирах микроконтролера Picaxe много близо до мотор. са оценени за ниско текущо теглене и ги пускат при много по -високи токове, отколкото са предназначени. Това сериозно ограничава живота на батериите. Просто имах късмет, че това не се случи. Това може да направи отстраняването на грешки във веригата много трудно. Можете да изтеглите програмния код на Picaxe за г-н Cube на: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt Ако се интересувате да видите някои от другите роботи, които съм построил, можете да отидете на: https://www.inklesspress.com/robots.htmPic 9 показва Mr. Cube и Mr. Cube two, R-18, 1/3 кубически инчов робот, който започнах да изграждам. Подробности за стъпка 5.

Стъпка 5: Г -н Cube Two: Изработка на 1/3 кубичен инчов робот

След като направих един кубичен инчов робот, който работеше, трябваше да опитам нещо по -малко. Аз се стремя към робот около 1/3 кубичен инч. В този момент г -н Cube Two е около.56 "x.58" x.72 ". Той има микроконтролер 08 Picaxe, който ще му позволи да се движи автономно. Снимка 10 показва робота на линийка. Снимка 11 показва другия от двете страни на робота на една четвърт. Двете батерии са литиеви 3 -волтови литиеви батерии cr1220 и остава да се види дали те ще имат достатъчно капацитет за захранване на Picaxe и двигателите. Може да са необходими още батерии. Това е в процес на работа. Така че далеч двата пейджър двигателя работят добре, за да преместват и завъртат робота по гладки повърхности. Микроконтролерът Picaxe е инсталиран и е програмиран и тестван. Все още предстои да се добавят контролерът на двигателя SOIC L293 и сензорът за инфрачервен рефлектор. Когато приключите, това ще да бъде един от най -малките автономни роботи със сензори и микроконтролер. Докато това е малък робот, има ли по -малки роботизирани аматьори, които могат да се програмират? Да наистина. Вижте: 1cc Robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico робот:

Втора награда в състезанието за роботи с инструктори и RoboGames

Първа награда в конкурса за книги „The Instructables“