Construir robots petits: fabricar robots de micro-sumo d'una polzada cúbica i més petits: 5 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Aquí hi ha alguns detalls sobre la construcció de petits robots i circuits. Aquesta instrucció també cobrirà alguns consells i tècniques bàsiques que són útils per construir robots de qualsevol mida. Per a mi, un dels grans reptes de l’electrònica és veure el petit que puc fer un robot. El més bo de l'electrònica és que els components són cada vegada més petits i econòmics i més eficients a un ritme increïblement ràpid. Imagineu-vos si la tecnologia de l’automòbil fos així. Malauradament, els sistemes mecànics en aquest moment no avancen tan ràpidament com l’electrònica. Això condueix a una de les principals dificultats per construir robots molt petits: intentar encabir en un espai reduït, el sistema mecànic que mou el robot. El sistema mecànic i les bateries tendeixen a ocupar la major part del volum d’un robot realment petit. Pic1 mostra Mr. Cube R-16, un robot de micro-sumo d’una polzada cúbica que és capaç de reaccionar al seu entorn amb bigotis de fil musical (para-xocs) interruptor). Pot moure’s i explorar el perímetre d’una caixa petita. Es pot controlar remotament mitjançant un comandament a distància per infrarojos de televisió universal configurat per a un televisor Sony. També pot tenir el microcontrolador Picaxe preprogramat amb patrons de reacció. Els detalls comencen al pas 1.

Pas 1: components d'un robot d'una polzada cúbica

Mr Cube R-16, és el setzè robot que he construït. Es tracta d'un robot d'una polzada cúbica que mesura 1 "x1" x1 ". És capaç de tenir un comportament programable autònom o es pot controlar a distància. No vol dir que sigui res pràctic o particularment útil. Simplement és un prototip Tanmateix, és útil en el sentit que construir un petit robot us permet perfeccionar les vostres habilitats de miniaturització per a robots i altres circuits petits. Construir petits robots i circuits. triga el doble de temps que normalment trigaria a construir el mateix circuit en un espai més gran. Es necessiten tot tipus de pinces per mantenir els components petits i els cables al seu lloc mentre es solden o s’enganxen. Una llum de treball brillant i un bon auricular d’augment o la lupa fixa és imprescindible. Motors petits Resulta que un dels obstacles més grans per fabricar robots molt petits és el motor d'engranatges que es requereix. L'electrònica de control (microcontroladors) no deixa de ser petita. Els motors d’engranatges de baixa rpm prou petits no són tan fàcils. El senyor Cube utilitza petits motors d’engranatges de cerca que tenen una proporció de 25: 1. En aquest engranatge, el robot és més ràpid del que voldria i una mica contrari. Per adaptar-se a l’espai, els motors havien de ser desplaçats amb una roda més cap endavant que l’altra. Fins i tot amb això, avança, retrocedeix i gira bé. Els motors es van connectar al perfboard amb filferro de calibre 24 que es va soldar i després es va enganxar amb ciment de contacte. A la part posterior del robot, es va cargolar un cargol de niló de mida 4-40 a un forat tapat sota la placa de circuit inferior. Aquest cap de cargol de plàstic llis actua com un rodet per equilibrar el robot. Podeu veure-la a la part inferior dreta de la imatge 4. Això proporciona un joc de rodes a la part inferior del robot d’aproximadament 1/32 ". Per muntar les rodes, les politges de plàstic de 3/16" muntades als motors estaven activades i després, mentre es filava, es van esmolar fins al diàmetre correcte. Després es van inserir en un forat d’una rentadora metàl·lica que cabia a l’interior d’una rentadora de niló i tot va quedar epoxi junt. La roda es va recobrir amb dues capes de goma de cinta líquida per donar-li tracció. Bateries petites Un altre problema amb els robots més petits és trobar bateries petites que durin. Els motors d'engranatges utilitzats requereixen corrents força elevats (90-115ma) per funcionar. Això es tradueix en un petit robot que es menja piles per esmorzar. El millor que vaig poder trobar en aquell moment van ser les piles de botó de liti de 3 lm44. La durada de la bateria en robots d'aquest tipus molt petits és tan curta (uns minuts) que normalment no poden fer res pròxim a la pràctica. Només hi havia espai per a tres bateries d’1,5 V, de manera que van acabar alimentant tant els motors com el controlador Picaxe. A causa del soroll elèctric que poden crear petits motors de corrent continu, una font d'alimentació per a tot, normalment no és una bona idea. Però fins ara funciona bé: l’espai d’aquest robot d’una polzada era tan reduït que el gruix de l’aïllament del cable de calibre 28 (del cable de cinta) va resultar ser un problema. Amb prou feines podia ajuntar les dues meitats del robot. Calculo que aproximadament el 85% del volum del robot s’omple de components. El robot era tan petit que fins i tot un interruptor d’encesa i apagada era problemàtic. Finalment, podria substituir els bigotis bruts per sensors d’infrarojos. Literalment, m’he quedat sense un espai fàcil d’utilitzar, de manera que adaptar qualsevol cosa més sense recórrer a la tecnologia de muntatge superficial seria un repte interessant. Consulteu la imatge 2. Consta de dues meitats que s’uneixen amb capçaleres i endolls de.1 ". Això permet accedir fàcilment a tots els components, facilitant la depuració dels circuits o fer canvis. La imatge 3 mostra la ubicació d'alguns dels components principals. MATERIALS2 Motors d'engranatges GM15 - Motor planetari d'engranatges planetaris de 25: 1 i 6 mm: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Microcontrolador Picaxe disponible a: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 controlador de motor IC DIP: https://www.mouser.com Detector d’infrarojos Panasonic PNA4602M: https://www.mouser.com 30 filferro d’imant AWG Beldsol calent (soldable): https:// www.mouser.com3 LM44 1,5V. Bateries de piles de botó de liti: https://www.mouser.com Interruptor petit on-off blau: https://www.jameco.com Soldadura fina: soldadura de nucli de colofonia.015 ": https:// www.mouser.comResistors i un condensador de tantal de 150 uf de fibra de vidre de coure de 1 "traçat de perfboard de: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.html Cinta líquida Performix (tm), negre: disponible a Wal-Mart o

Pas 2: Circuit d'un robot d'una polzada cúbica

La imatge 4 mostra la ubicació del microcontrolador Picaxe 18x i del controlador del motor L293, que són els circuits principals del robot. En el moment de la construcció, no podia obtenir les versions de muntatge superficial del Picaxe ni del L293. L’ús de circuits integrats de muntatge superficial sens dubte deixaria més espai per a circuits i sensors addicionals.18x Microcontoller Picaxe Els microcontroladors Picaxe continuen sent els meus controladors preferits per utilitzar en robots experimentals. Tot i que tenen menys memòria i no són tan ràpids com PicMicros, Arduino, Basic Stamp o altres microcontroladors, són prou ràpids per a la majoria de robots experimentals petits. Diversos d'ells es poden connectar fàcilment junts quan es necessita més velocitat o memòria. També són molt indulgents. Els he soldat directament, els heu curtcircuitat i he sobrecarregat els seus resultats i encara no n’he esgotat cap. Com que es poden programar en el llenguatge de programació BASIC, també són més fàcils de programar que la majoria de microcontroladors. Si voleu construir realment petits, els controladors Picaxe 08M i 18x estan disponibles en forma de muntatge superficial (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). Per veure alguns dels projectes que podeu fer amb els microcontroladors Picaxe, podeu consultar: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm Controlador de motor L293 El controlador de motor L293 és una manera excel·lent de controlar dos motors en qualsevol robot petit. Quatre pins de sortida del microcontrolador poden controlar la potència de dos motors: cap endavant, cap enrere o apagat. Fins i tot es pot impulsar la potència dels motors (modulació d’amplada de pols PWM) per controlar la seva velocitat. Estil d’errors morts No hi havia espai a les plaques per muntar el controlador L293, de manera que es va instal·lar mitjançant la tècnica d’errors morts. Això significa simplement que el CI està capgirat i que els fils prims es solden directament als passadors doblats o curts. Després es pot enganxar a una placa de circuit o instal·lar-la a qualsevol espai disponible. En aquest cas, després de soldar i provar el L293, el vaig recobrir amb dues capes de la sempre útil goma de cinta líquida per assegurar-me que res no s’escurçava quan s’amuntegava a l’espai disponible. També es podria utilitzar ciment de contacte transparent. Per obtenir un bon exemple de circuits de construcció que utilitzen l’estil d’error mort, vegeu aquí: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/ El pic 5 mostra una plantilla de soldadura de mans ajudants que he modificat afegint petits clips de cocodril a un perfboard per ajudar a soldar fils petits a circuits integrats a l’estil d’error mort. La imatge 6 mostra l’esquema del robot Mr. Cube. Podeu veure un vídeo de Mr. Cube fent una seqüència programada curta a l’enllaç polzada-robot-sm.wmv que apareix a continuació: mostra el robot al voltant del 30% de la velocitat màxima, que s’ha reduït mitjançant la modulació de l’amplada del pols als motors.

Pas 3: consells i trucs sobre la construcció de robots

Després de construir 18 robots, aquí teniu algunes de les coses que he après de la manera més difícil: fonts d’alimentació separades Si teniu espai, us estalvieu molts problemes si feu servir fonts d’alimentació separades per al microcontrolador i els seus circuits i motors. El voltatge fluctuant i el soroll elèctric que produeixen els motors poden causar estralls amb les entrades del microcontrolador i del sensor per produir respostes molt inconsistents al vostre robot. Els components poques vegades fallen o són defectuosos. Si el vostre disseny és vàlid i el circuit no funciona, gairebé sempre és un error en el cablejat. Per obtenir informació sobre com fer prototips de circuits ràpids, consulteu aquí: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm Després munto tots els motors i sensors al cos del robot i programa el microcontrolador per controlar-los. Només després que tot funcioni bé, intento fer una versió soldada permanent del circuit. Després ho provo mentre encara està separat del cos del robot. Si això funciona, el muntaré de manera permanent al robot. Si deixa de funcionar, sovint és culpa de problemes de soroll. Problemes de soroll Un dels problemes més grans que he trobat és el soroll elèctric que fa inútil un circuit. Això sovint és causat pel soroll elèctric o magnètic que pot emanar dels motors de corrent continu. Aquest soroll pot aclaparar les entrades del sensor i fins i tot el microcontrolador. Per solucionar-ho, podeu assegurar-vos que els motors i els cables que hi ha no estiguin a prop de cap línia d'entrada que vagi al microcontrolador. La imatge 7 mostra Sparky, R-12, un robot que he fabricat que utilitza un Stamp 2 bàsic com a microcontrolador. Primer el vaig provar amb la placa de circuit principal allunyada del robot i després de fer la programació bàsica, tot va funcionar bé. Quan el vaig muntar just per sobre dels motors, es va tornar boig i era totalment inconsistent. Vaig intentar afegir una placa revestida de coure a terra entre els motors i el circuit, però això no va fer cap diferència. Finalment, vaig haver de pujar físicament el circuit de 3/4 "(vegeu les fletxes blaves) abans que el robot tornés a funcionar. Una altra font comuna de soroll devastador en petits robots pot ser el senyal de polsació. Si envieu senyals PWM a servos o motors, els cables pot actuar com a antenes i enviar senyals que poden confondre les vostres línies d’entrada. Per evitar-ho, mantingueu separats els cables d’entrada i sortida del microcontrolador tant com sigui possible. Mantingueu també els cables que transporten l’alimentació dels motors de les línies d’entrada. els circuits petits es poden resoldre utilitzant filferro imant de calibre 30-36. He utilitzat filferro de calibre 36 per a alguns projectes, però el vaig trobar tan feixuc que era difícil de despullar i utilitzar. Un bon compromís és el cable de imant de calibre 30. Imant normal es pot utilitzar filferro, però prefereixo el fil imant que es pot treure de calor. Aquest filferro té un recobriment que només es pot soldar amb suficient calor per fondre l’aïllament. Es triga fins a 10 segons a retirar el recobriment mentre es solda. compon delicat com ara soldar amb LED o IC, això pot provocar una calor perjudicial. El millor compromís per a mi és fer servir aquest fil imant que es pugui treure de calor, però primer pelar-lo. Primer agafo un ganivet afilat i el llisco pel fil de l’imant per retirar el recobriment i després giro el fil fins que quedi força bé al voltant del seu diàmetre. Després he soldat l’extrem de filferro despullat fins que quedi ben conservat. A continuació, podeu soldar-lo ràpidament a qualsevol component delicat amb menys possibilitats de danys per calor. La millor solució és utilitzar un soldador de calor ajustable de punta petita (1/32 ") i la soldadura més fina que pugueu trobar. La soldadura estàndard sol tenir 0,032" de diàmetre i funciona bé per a la majoria de coses. Si utilitzeu una soldadura més fina de 0,015 "de diàmetre, podeu controlar fàcilment la quantitat de soldadura a la junta. Si utilitzeu la quantitat mínima de soldadura necessària, no només ocupa el volum més petit, sinó que també us permet soldar una junta tan ràpidament. Això redueix la possibilitat de sobreescalfar i danyar components delicats com ara circuits integrats i LED de muntatge superficial. Components de muntatge superficial Els components de muntatge superficial són el màxim en miniaturització. Per utilitzar circuits integrats de mida SOIC, normalment faig servir soldadura fina i filferro imant. manera de fer plaques o circuits de ruptura SOIC vegeu aquí: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm Enganxar components en comptes de soldar Alguns components de muntatge superficial també es poden enganxar directament a plaques de circuits. Podeu fer la vostra pròpia cola conductora i utilitzar-la. per enganxar-los en LEDs i circuits integrats. Consulteu: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ Mentre funciona, pot ser una mica difícil perquè l’acció capil·lar tendeix a metxa la c cola onductiva sota els LEDs de muntatge superficial i altres components i curta’ls. d’una barra de llum de 12 volts (il·luminada i il·luminada) mitjançant LED de muntatge superficial que s’enganxaven amb cola no conductora. Vaig descobrir que si poseu una fina pel·lícula d’esmalt d’ungles transparent a les traces de coure i, a continuació, fixeu-la físicament al LED i deixeu-la assecar durant 24 hores, us quedarà una bona junta mecànica que sigui conductora elèctricament. La cola d’esmalt d’ungles redueix i fixa eficaçment els contactes de leds a les traces de coure formant una bona connexió mecànica. S'ha de subjectar durant les 24 hores completes. Després, podeu provar-ne la conductivitat. Si s’il·lumina, podeu afegir la segona capa de cola. Per a la segona capa faig servir un ciment de contacte clar, com ara soldadores o Goop. Aquesta cola més gruixuda envolta els components i també es redueix a mesura que s’asseca per assegurar de forma segura una bona connexió sòlida a les traces de coure. Espereu 24 hores perquè s’assequi abans de tornar a provar. En ser dubtós quant duraria, vaig deixar la barra de llum LED blava del Pic 8 durant set dies i nits. La resistència del circuit realment va disminuir amb el pas del temps. Mesos després, la barra segueix il·luminant-se completament sense que hi hagi evidències d’augment de la resistència. Mitjançant aquest mètode, he encolat amb èxit LEDs de muntatge superficial molt petits (0805) de mida superior i superior a la placa revestida de coure. Aquesta tècnica demostra promeses en la fabricació de circuits, pantalles LED i robots realment petits.

Pas 4: incompliment de les regles

Per fabricar robots molt petits, és possible que hagueu de trencar moltes de les regles esmentades anteriorment. Per crear el senyor Cube, vaig trencar les regles següents: 1- Vaig utilitzar una font d'alimentació única en lloc d'una per als motors i una per al microcontrolador. 2- Va muntar el microcontrolador Picaxe molt a prop d'un motor. 3- Vaig utilitzar bateries que estan classificats per a un consum de corrent baix i els han executat a corrents molt més alts dels que estaven dissenyats. Això limita greument la vida de les bateries. 4- Vaig aplegar tots els cables junts en un allotjament que pot generar problemes de conversió i soroll elèctric. Simplement vaig tenir la sort que no ho fés. Això pot dificultar molt la depuració del circuit. Podeu descarregar el codi de programació de Picaxe per a Mr. Cube a: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt Si esteu interessats en veure alguns dels altres robots que he construït, podeu anar a: https://www.inklesspress.com/robots.htm El Pic 9 mostra Mr. Cube i Mr. Cube dos, R-18, un robot de 1/3 de polzada cúbica que he començat a construir. Detalls del pas 5.

Pas 5: Mr. Cube Two: fer un robot de 1/3 de polzada cúbica

Després de fabricar un robot d’una polzada cúbica que funcionés, vaig haver de provar alguna cosa més petita. Estic apuntant a un robot d’uns 1/3 de polzada cúbica. En aquest moment, Mr. Cube Two té aproximadament 0,55 "x 0,58" x,72 ". Té un microcontrolador 08 Picaxe que li permetrà moure's de forma autònoma. La imatge 10 mostra el robot sobre una regla. La foto 11 mostra l'altra costat del robot en un quart. Les dues bateries són bateries de liti cr1220 de 3 volts i caldrà veure si tindran prou capacitat per alimentar el Picaxe i els motors. Pot ser que necessitin més bateries. És un treball en curs. fins ara, els dos motors de localització funcionen bé per moure i girar el robot sobre superfícies llises. El microcontrolador Picaxe està instal·lat, s'ha programat i provat. Encara cal afegir el controlador del motor SOIC L293 i el sensor reflector d'infrarojos. Quan acabi, sigueu un dels robots autònoms més petits que hi ha amb sensors i un microcontrolador. Tot i que es tracta d’un robot petit, hi ha robots aficionats més petits que es puguin programar? Sí, de fet. Vegeu: 1cc Robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots / smoovy.html Robot Pico:

Accèssit al concurs de robots Instructables i RoboGames

Primer premi del concurs de llibres The Instructables