Изградете много малък робот: Направете най -малкия колесен робот в света с грайфер: 9 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:56

Изградете 1/20 кубичен инчов робот с грайфер, който може да вдига и премества малки предмети. Управлява се от микроконтролер Picaxe. В този момент считам, че това може да е най -малкият колесен робот в света с грайфер. Това без съмнение ще се промени утре или следващата седмица, когато някой изгради нещо по -малко.

Основният проблем при изграждането на наистина малки роботи е относително големият размер дори на най -малките двигатели и батерии. Те заемат по -голямата част от обема на микро робот. Експериментирам с начини в крайна сметка да направя роботи наистина микроскопични. Като междинна стъпка направих трите малки робота и контролера, описани в тази инструкция. Вярвам, че с модификации, тези доказателства за концептуални роботи, могат да бъдат намалени до микроскопичен размер. След години на изграждане на малки роботи (вижте тук: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/), реших единствения начин да направя най-малките роботи възможно е, двигателите, батериите и дори микроконтролерът Picaxe да са външни за робота. снимка 1 показва R-20 робот от 1/20 кубически инча на стотинка. снимки 1b и 1c показват най -малкия колесен робот, който повдига и държи 8 -пинов IC. В стъпка 3 има ВИДЕО, което показва как роботът взема 8 -пинов микросхема и я премества. И още едно видео в стъпка 5, което показва как роботът включва стотинка.

Стъпка 1: Инструменти и материали

18 -кратен микроконтролер Picaxe от Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Микро сериен сервоконтролер, наличен от Polulu: https://www.pololu.com/2 сервомотори с висок въртящ момент от стандартни сервомотори Polulu2 от Polulu.oo5 "дебела мед, месингова или фосфорна бронзова ламарина от Micromark2- 1/8 "x 1/16" неодимови магнити 1- 1 "x1" x1 "неодимов магнит. Магнити, достъпни от: https://www.amazingmagnets.com/index.asp Телескопични месингови тръби от Micromark: https://www.micromark.com/ Месингови щифтове от Walmart Стъклени мъниста от Walmart 1/10 "материал от фибростъкло от Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear петминутна епоксидна смола Асортирани гайки и болтове TOOLSneedletin изрезки запояване ирондрилметални фибромалки клещи за нос Снимка 2 показва използвания модул Picaxe. Снимка 2b показва задната част на модула Picaxe.

Стъпка 2: Изградете 1/20 кубичен инчов робот

При.40 "x.50" x.46 "обемът на робота на Magbot R-20 е малко по-малък от 1/20 от кубичния инч. Той е направен чрез сгъване на 3 кутии от немагнитна ламарина. Най-малката вътрешна част кутията е запоена към левия пръст на грайфера. два малки магнита са епоксирани към вертикалния вал, който се огъва, за да образува десния пръст на грайфера, който се върти свободно. Именно тези два магнита се управляват от външен движещ се въртящ се и въртящ се магнит поле, което осигурява цялата мощност на робота. Използвах метална ламарина от дебел фосфор с дебелина 0,005 "за конструкциите на кутията, защото тя може да бъде запоена и лесно да се окисли или оцвети. Може да се използва и мед или месинг. Първоначално използвах малки свредла за пробиване на лагерните отвори в ламарината за въртящите се телени валове. След като счупих няколко от тях в бормашина, в крайна сметка просто пробих дупки с голяма игла и забих в ламарината. Това създава отвор с форма на конус, който след това може да се подаде плоско. Дупките не трябва да са с точен размер или дори перфектно поставени. В този малък мащаб силите на триене са малки и ако разгледате внимателно снимките, ще видите, че съм използвал дълги.1 "стандартни дълги щифтове за заглавки, които са квадратни, за валове и захващащи пръсти. Може да се използва и медна тел. Колелата от стъклени перли са монтирани върху месингови щифтове, епоксидирани до дъното на робота.

Стъпка 3: Магнитен двигател на робот

Роботът има четири степени на свобода. Той може да се движи напред и назад, да се върти наляво или надясно, да премества грайфера нагоре и надолу и да отваря и затваря грайфера. на двуосен кардан. Два магнита от 1/8 "x1/8" x1/16 "са епоксирани към вертикален вал от тел, който е огънат, за да образува един пръст на грайфера. Двата магнита са подредени, за да действат като един магнит и да създадат един магнитен двигател. Това е монтирано в най -малката кутия, към която е припоен другият захващащ пръст. Кутията на грайфера е монтирана към втората хоризонтална ос на кардана с месингов винт и гайка 000. Използвах винта, за да мога лесно да го разглобя Външно магнитно поле е монтирано на машина с ЦПУ, която може да плъзне магнитното ограждение по оста x и y и да го завърти хоризонтално и вертикално. Това можеше да се направи с електромагнит, но аз избрах кубически инчов неодимов постоянен магнит, защото това е най-лесният и бърз начин за създаване на голямо магнитно поле в малък обем. под него магнитът на робота следва доста отблизо движението ns на външното магнитно поле. За кратък видеоклип на робота, който взема 8 -пинов микросхема, вижте тук: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EA Или кликнете върху видеото по -долу.

Стъпка 4: Робот -контролер тип CNC

На снимка 5 е показан роботният контролер тип CNC. Четири сервопривода осигуряват движения към неодимовия магнит от един кубичен инч, който магнитът, монтиран на кардана в робота, следва. За оста x и Y високо сервомотор с шайба и риболовен лидер дърпа платформата от фибростъкло. Пружина се противопоставя на движението. Платформата се опира на две телескопични месингови тръби, които действат като линеен водач. Пластмасовите лагери, изработени от пластмасова дъска за рязане, от двете страни на линейните водачи, поддържат платформата на ниво. Този конкретен робот контролер има ограничен диапазон от няколко кубични инча. Това в крайна сметка би трябвало да се окаже повече от адекватно за управление на наистина микроскопични роботи, които може да изискват само диапазон от няколко кубични сантиметра.

Стъпка 5: Схема на магнитен робот

Роботният контролер се състои от микроконтролер Picaxe, който е програмиран да осигурява последователност от движения на робота. Намирам Picaxe за най -лесния и бърз микроконтролер за свързване и програмиране. Въпреки че е по -бавен от стандартния Pic Micro или Arduino, той е повече от достатъчно бърз за повечето експериментални роботи. За други проекти на Picaxe вижте тук: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm И тук: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Picaxe управлява робота, като серийно изпраща команди до микро сериен серво контролер Polulu. Контролерът Polulu е много малък и непрекъснато ще държи до 8 серво в всяка позиция, в която са поставени. Простите команди от Picaxe ви позволяват лесно да контролирате позицията, скоростта и посоката на сервомоторите. Силно бих препоръчал този контролер за всички видове серво базирани роботи. Схемата показва как са свързани четирите серво. Серво 0 и 1 насочват 1 магнита по оста X и Y. Servo 2 е непрекъснато въртящо се серво, което може да върти магнита повече от 360 градуса. Servo 3 накланя магнита леко напред и назад, за да спусне и повдигне грайфера. За кратко видео на робота, който включва стотинка, вижте тук: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgИли кликнете върху видеоклипа по-долу:

Стъпка 6: Софтуер за контролер на роботи

Ето софтуерната програма за микроконтролера Picaxe. Той изпраща предварително програмирани последователности към серво контролера Polulu, който премества магнита в 3d пространство, за да управлява робота. С леки модификации може да се използва и за програмиране на Basic Stamp 2. За да програмирате Picaxe намерих за необходимо да изключите Pin 3 (сериен изход) от серво контролера. В противен случай програмата няма да се изтегли от компютъра. Също така намерих за необходимо да изключите щифт три от серво контролера при включване на веригите, за да предотвратите заключването на серво контролера. След това, след около секунда, отново свързах щифт 3. „Програма за последователност на получаване на маробот R-20 с помощта на полулу серво контролер висока 3„ сериен изход pinpause 7000 “, зададен на 0 позиция 35, 127) 'позиция s1 13-24-35 обратно на часовниковата стрелка 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127)' позиция s0 c-clockpause 7000 'ниво магнит 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'позиция midpause 1000' придвижване напред servo1serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 21, 127) 'позиция по посока на часовниковата стрелка 1500' захващане надолу 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 26, 127) 'позиция downpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'бавна скорост часовник пауза 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'стоп серво 2 завъртане пауза 700' придвижване напред кратък път 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 13, 127) 'позиция часовник пауза 1000' захват нагоре изход 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'позиция средна точка пауза 700' завийте надясно 90 сероут 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'бавна скорост часовник 470serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'стоп серво 2 въртене пауза 1000' напред серия 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 13, 12) 'позиция s0 пауза 1500' захват downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 25, 12) 'позиция midpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'бавна скорост c по посока на часовниковата стрелка пауза 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'стоп серво 2 ротация пауза 400' архивиране изход 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'позиция s0 c-часовник пауза 700' захват upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 22, 12) 'позиция midpause 1000pause 6000' set to 0 positionserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'позиция s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'позиция s0 c-clockloop: goto loop

Стъпка 7: Добавяне на сензори

Този робот няма сензори. За да бъде наистина полезен като робот манипулатор на малки обекти, би било предимство да има обратна връзка към микроконтролера от различни сензори в реалния свят. За да се избегне поставянето на захранване на борда, могат да се използват светлинни сензори. Лазерна или инфрачервена светлина може да бъде насочена към горната част на робота, а механичните отражатели или блокери могат да бъдат свързани към сензори за докосване, сензори за налягане или температурни сензори и променлива отражателна способност, отчитана от фотоклетки или видеокамера. Друга възможност е да се използва RFID технология за предават импулс, който захранва електрониката на робота, за да се върне вместо идентификационен номер, последователност от битове, които представляват вариации в докосването или други сензори.

Стъпка 8: Други роботи с магнитно захранване

Роботите, контролирани от различни видове магнитни полета, не са нищо ново. Някои от тях са микроскопични, а други са по -големи, така че могат да бъдат разгърнати медицински в човешко тяло. Някои използват компютърно управлявани електромагнити, а други използват подвижни постоянни магнити. Ето няколко връзки към някои от най -добрите и най -малките експериментални магнитни роботи, върху които изследователите работят. Летящ магнитен робот на стотинка. Въпреки че всъщност не лети, той се движи в компютърно управлявано магнитно поле, подобно на тези играчки, които окачват малко земно кълбо. Той също така има грайфер, който се разширява при нагряване с лазер и след това се захваща при охлаждане. За съжаление, магнитните северни и южни краища на роботите са вертикални, така че няма начин да се контролира въртящото се въртене, за да се ориентира прецизно грайфера. Той е малко по-голям от най-малкия робот, който направих, който е показан в стъпка 9. https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.htmlРабот с плуващ магнит Наистина микроскопичен робот, който е спирала с магнит в единия край. С външно въртящо се и въртящо се магнитно поле, той може да бъде насочен във всяка посока и да плува под вода. Спектър.ieee.org/aug08/6469Медицински роботи.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp? x = 5464Магнитно контролирана камера.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Ето някои микроскопични магнитно контролирани грайфери, които могат да бъдат химически или топлинно активирани. грабвам. Така че те са по -скоро като микроскопичен капан за мечки, отколкото напълно функционален грайфер. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htm /13010901.asppic 10 показва Magbots R-19, R-20 и R-21, трите робота, които направих за тези експерименти. Най -малкият беше намален чрез премахване на един шарнир и колелата. Една телена опашка я предпазва от преобръщане назад.

Стъпка 9: Изграждане на още по -малки роботи

Снимка 11 показва Magbot R-21, най-малкият робот с магнитно захранване с функционален грайфер, който съм правил досега. При.22 "x.20" x.25 "това е около 1/100 от кубичен инч. Чрез премахване на колелата и една точка на завъртане (кардан), роботът е много по -малък от версията с колела. Той се плъзга по метала рамката не е толкова гладка като тази с колела. Телената опашка позволява на робота да се отклони назад, за да повдигне грайфера. Такава конфигурация може да се използва за създаване на робот с микроскопични размери. Проблемът в този момент е или използването на конвенционална IC технология за създаване на тънкослойни механични структури или за намиране на друга алтернатива за създаване на микроскопични структури. Аз работя върху това. Тези малки роботи представляват един от най -лесните начини да получите много движение в малко пространство. Има много други възможни конфигурации на бордови магнити и външни магнитни полета, които биха могли да произведат много интересни роботи. Например, използването на повече от три или повече въртящи се или въртящи се магнити на робот, може да доведе до по -голяма степен на свобода и по -прецизно манипулиране на грайфера.

Първа награда в конкурса с джобни размери