Bygga små robotar: göra en kubik tum mikro-Sumo robotar och mindre: 5 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:47

Här är några detaljer om hur man bygger små robotar och kretsar. Denna instruktör kommer också att täcka några grundläggande tips och tekniker som är användbara för att bygga robotar av alla storlekar. För mig är en av de stora utmaningarna inom elektronik att se hur liten en robot jag kan göra. Det fina med elektronik är att komponenterna bara blir mindre och billigare och effektivare i otroligt snabbt tempo. Tänk om biltekniken vore så. Tyvärr går mekaniska system för närvarande inte framåt så snabbt som elektronik. Detta leder till en av de största svårigheterna med att bygga mycket små robotar: att försöka få plats i ett litet utrymme, det mekaniska systemet som rör roboten. Det mekaniska systemet och batterierna tenderar att ta upp det mesta av volymen på en riktigt liten robot. Bild1 visar Mr. Cube R-16, en en kubik tum mikrosumo-robot som kan reagera på sin omgivning med musiktrådar (stötfångare) växla). Den kan röra sig och utforska omkretsen av en liten låda. Den kan fjärrstyras med en universell TV -infraröd fjärrkontroll som är konfigurerad för en Sony TV. Den kan också ha sin Picaxe-mikrokontroller förprogrammerad med reaktionsmönster. Detaljer börjar i steg 1.

Steg 1: Komponenter i en One Cubic Inch Robot

Mr cube R-16, är den sextonde roboten som jag har byggt. Det är en robot på en kubik som mäter 1 "x1" x1 ". Den kan autonomt programmerbart beteende eller kan fjärrstyras. Den är inte avsedd att vara något som är mycket praktiskt eller särskilt användbart. Det är bara en prototyp Det är dock användbart i den bemärkelsen att bygga en liten robot gör att du kan finslipa dina miniatyriseringskunskaper för robotar och andra små kretsar. ta dubbelt så lång tid som det normalt skulle ta att bygga samma krets i ett större utrymme. Alla typer av klämmor behövs för att hålla de små komponenterna och trådarna på plats vid lödning eller limning. Ett starkt arbetsljus och ett bra förstoringsheadset eller en fast förstoringsglas är ett måste. Små motorer Det visar sig att ett av de största hindren för att göra riktigt små robotar är växelmotorn som krävs. Kontrollelektroniken (mikrokontroller) blir bara mindre. Findin hittar dock g lågvarviga motorer som är tillräckligt små är inte så lätt. Mr. Cube använder små växlingsmotorer för personsökare med 25: 1 -förhållande. Vid den växlingen är roboten snabbare än jag skulle vilja och lite ryckig. För att passa utrymmet måste motorerna förskjutas med ett hjul mer framåt än det andra. Även med det går det framåt, bakåt och svänger fint. Motorerna kopplades till perfboard med 24 gauge -tråd som löddes och sedan limmades med kontaktcement. På baksidan av roboten skruvades en 4-40 nylonbult in i ett knackat hål under det nedre kretskortet. Detta släta bulthuvud av plast fungerar som ett hjul för att balansera roboten. Du kan se den längst ner till höger på bild 4. Detta ger ett hjulavstånd i botten av roboten på cirka 1/32 ". För att montera hjulen drevs 3/16" plastskivorna monterade på motorerna upp och sedan, under centrifugering, slipades de till rätt diameter. De sattes sedan in i ett hål i en metallbricka som passade in i en nylonbricka och allt epoxades ihop. Hjulet täcktes sedan med två lager Liquid Tape -gummi för att ge det dragkraft. Små batterier Ett annat problem med de minsta robotarna är att hitta små batterier som håller. Växelmotorerna som används kräver ganska höga strömmar (90-115ma) för att fungera. Detta resulterar i en liten robot som äter batterier till frukost. Det bästa jag kunde hitta på den tiden var 3-LM44 litium knappcellsbatterier. Batteritiden i mycket små robotar av denna typ är så kort, (några minuter) att de vanligtvis inte kan göra någonting nära praktiskt. Det fanns bara plats för tre 1,5V batterier, så de slutade med att driva både motorerna och Picaxe -styrenheten. På grund av elektriskt brus som små likströmsmotorer kan skapa, en strömförsörjning för allt, är vanligtvis ingen bra idé. Men än så länge fungerar det bra. Utrymmet i den här en tum stora roboten var så tätt att tjockleken på 28 gauge trådisolering (från bandkabel) visade sig vara ett problem. Jag kunde knappt sätta ihop de två halvorna av roboten. Jag uppskattar att cirka 85% av robotens volym är fylld med komponenter. Roboten var så liten att även en på / av-omkopplare var problematisk. Så småningom kan jag ersätta de råa morrhåren med infraröda sensorer. Jag har bokstavligen slut på det lättanvända utrymmet, så att passa någonting mer utan att använda ytmonterad teknik skulle vara en intressant utmaning. Jag gillar att använda konstruktion för riktigt små robotar. Se bild 2. Denna består av två halvor som hakas ihop med.1 "remsor och uttag. Detta ger enkel åtkomst till alla komponenter, vilket gör det lättare att felsöka kretsarna eller göra ändringar. Bild 3 visar platsen för några av MATERIALS2 GM15-växelmotorer- 25: 1 6 mm planetväxelsmotor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Picaxe-mikrokontroller tillgänglig från: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 motorstyrenhet DIP IC: https://www.mouser.comPanasonic PNA4602M infraröd detektor: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol värmeavtagbar (lödbar) magnettråd: https:// www.mouser.com3 LM44 1,5V. Litiumknappcellsbatterier: https://www.mouser.com Liten blå på-av-omkopplare: https://www.jameco.comTunnlöd-.015 "kolofoniumkärlödning: https:// www.mouser.comResistorer och en 150 uf tantalkondensator. 1 "glasfiber kopparspårad perfboard från: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlPerformix (tm) flytande tejp, svart-Finns på Wal-Mart eller

Steg 2: Krets av en One Cubic Inch Robot

Bild 4 visar platsen för 18x Picaxe mikrokontroller och L293 motorstyrenhet som är robotens huvudkretsar. Vid konstruktionstillfället kunde jag inte få ytmonterade versioner av Picaxe eller L293. Att använda ytmonterade IC: er skulle säkert ge mer utrymme för ytterligare kretsar och sensorer. 18x Picaxe MicrocontrollerPicaxe -mikrokontroller är fortfarande mina favoritstyrenheter att använda på experimentella robotar. Även om de har mindre minne och inte är lika snabba som PicMicros, Arduino, Basic Stamp eller andra mikrokontroller, är de tillräckligt snabba för de flesta små experimentella robotar. Flera av dem kan enkelt kopplas ihop när mer hastighet eller minne behövs. De är också mycket förlåtande. Jag har lödt dem direkt, kortat dem och överbelastat deras utgångar och jag har ännu inte bränt ut en. Eftersom de kan programmeras på BASIC -programmeringsspråket är de också lättare att programmera än de flesta mikrokontroller. Om du vill bygga riktigt små, är 08M- och 18x Picaxe-kontrollerna tillgängliga i ytmonterad form (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). För att se några av de projekt du kan göra med Picaxe -mikrokontroller kan du titta på: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 Motorstyrenhet L293 -motorstyrenheten är ett utmärkt sätt att styra två motorer i en liten robot. Fyra utgångsstiften från mikrokontrollern kan styra strömmen till två motorer: framåt, bakåt eller av. Kraften till motorerna kan till och med pulseras (PWM-pulsbreddsmodulering) för att styra deras hastighet. Dead Bug Style Det fanns inte plats på perfboards för att montera L293-styrenheten så den installerades med dead bug-tekniken. Detta betyder helt enkelt att IC: n vänds upp och ner och tunna trådar löds direkt till stiften som har böjts eller klippts kort. Det kan sedan limmas på ett kretskort eller monteras i vilket tillgängligt utrymme som helst. I det här fallet, efter att L293 hade lödts och testats, belagde jag den med två lager av det någonsin praktiska Liquid Tape -gummit för att försäkra att inget blev kort när det trängdes in i det tillgängliga utrymmet. Klar kontaktcement kan också användas. För ett mycket bra exempel på att bygga kretsar med dead bug -stilen, se här: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 visar en hjälpande händer lödjigg jag har modifierat genom att lägga till små krokodilklämmor på en perfektbräda för att hjälpa till med att lödda små trådar till IC: er i den döda buggstilen. Bild 6 visar schemat för Mr. Cube -roboten. Du kan se en video av Mr. Cube som gör en kort programmerad sekvens genom att klicka på länken tum-robot-sm.wmv nedan. Det visar roboten vid cirka 30% av topphastigheten som har reducerats med hjälp av pulsbreddsmodulering på motorerna.

Steg 3: Robotbyggnadstips och tricks

Efter att ha byggt 18 robotar, här är några av de saker jag har lärt mig på det hårda sättet. Separata strömförsörjningar Om du har plats, kommer du att spara mycket besvär om du använder separata strömförsörjningar för mikrokontrollen och dess kretsar och motorer. Den fluktuerande spänningen och det elektriska bruset som motorerna producerar kan orsaka förödelse med mikrokontroller och sensoringångar för att ge mycket inkonsekventa svar i din robot. Felsökning Jag tycker att det är bäst att först bygga hela kretsen på roboten på ett brödbräda. Komponenter misslyckas sällan eller är defekta. Om din design är giltig och kretsen inte fungerar är det nästan alltid ett misstag i din ledning. För information om hur man gör prototyper för snabba kretsar, se här: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htmI monterar sedan alla motorer och sensorer på robotkroppen och programmerar mikrokontrollern för att styra dem. Först när allt fungerar bra försöker jag göra en permanent löd version av kretsen. Jag testar sedan detta medan det fortfarande är separat från robotkroppen. Om det fungerar monterar jag det permanent på roboten. Om det slutar fungera är det ofta fel på bullerproblem. Bullerproblem Ett av de största problemen jag har stött på är elektriskt brus som gör en krets värdelös. Detta orsakas ofta av det elektriska eller magnetiska bruset som kan komma från likströmsmotorer. Detta brus kan överväldiga sensoringångarna och till och med mikrokontrollen. För att lösa detta kan du se till att motorerna och ledningarna till dem inte är nära några ingångsledningar som går till din mikrokontroller. Bild 7 visar Sparky, R-12, en robot jag gjorde som använder en grundläggande Stamp 2 som mikrokontroller. Jag testade det först med huvudkortet bort från roboten och efter att ha gjort den grundläggande programmeringen fungerade allt bra. När jag monterade den precis ovanför motorerna blev den galen och var totalt inkonsekvent. Jag försökte lägga till en jordad kopparklädd bräda mellan motorerna och kretsen men det gjorde ingen skillnad. Jag var så småningom tvungen att fysiskt höja kretsen 3/4 "(se blå pilar) innan roboten skulle fungera igen. En annan vanlig källa till förödande buller i små robotar kan vara pulserande signaler. Om du skickar PWM -signaler till servon eller motorer kan ledningarna kan fungera som antenner och skicka signaler som kan förvirra dina ingångsledningar. För att undvika detta, håll mikrokontrollerens ingångs- och utgångstrådar åtskilda så mycket som möjligt. Håll också ledningar som bär kraft till motorer borta från ingångsledningar. magnettråd Problemet med trådtjocklek i mycket små kretsar kan lösas genom att använda 30-36 gauge magnettråd. Jag har använt 36 gauge wire för vissa projekt, men tyckte att det var så krångligt, det var svårt att ta bort och använda. En bra kompromiss är 30 gauge magnet wire. Regular magnet tråd kan användas, men jag föredrar värmeavtagbar magnettråd. Denna tråd har en beläggning som kan avlägsnas genom att bara lödda den med tillräckligt med värme för att smälta isoleringen. Det tar upp till 10 sekunder att avlägsna beläggningen under lödning. För vissa känsliga komponenter såsom lödning till lysdioder eller IC: er, kan detta vara en skadlig värme. Den bästa kompromissen för mig är att använda denna värmeavtagbara magnettråd, men ta bort den lite först. Jag tar först en vass kniv och skjuter den över magnettråden för att avlägsna beläggningen och roterar sedan tråden tills den är avskalad ganska bra runt dess diameter. Sedan lödder jag den avskalade trådänden tills den är väl förtinnad. Sedan kan du lödda det snabbt till vilken känslig komponent som helst med mindre risk för värmeskador. Tunn lödning När komponenterna ligger mycket nära varandra kan det vara svårt att lödda dem utan att klumpa över och kortsluta närliggande kuddar och ledningar. Den bästa lösningen är att använda ett litet tippbart justerbart värmelödjärn (1/32 ") och det tunnaste lödet du kan hitta. Standardlödet är vanligtvis.032" i diameter vilket fungerar bra för det mesta. Genom att använda tunnare.015 "diameter lödning kan du enkelt styra mängden löd på fogen. Om du använder den minsta mängden lödning som behövs, tar den inte bara upp den minsta volymen, utan den låter dig också lödda en skarv så snabbt Detta minskar risken för överhettning och skada känsliga komponenter som IC: er och ytmonterade lysdioder. Ytmonterade komponenter Ytmonterade komponenter är det ultimata inom miniatyrisering. För att använda IC -storlekar använder jag vanligtvis tunn löd- och magnettråd. För att se en ganska enkel sätt att göra SOIC -utbrottskort eller kretsar se här: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htmLimning på komponenter istället för lödning Vissa ytmonterade komponenter kan också limas direkt på kretskort. Du kan göra ditt eget ledande lim och använda det att limma på lysdioder och IC: er. Se: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/Men detta fungerar kan det vara lite svårt eftersom kapilläråtgärder tenderar att vicka c induktivt lim under ytmonterade lysdioder och andra komponenter och kortslut dem. limning på komponenter som använder icke-ledande lim Jag har nyligen experimenterat med att limma komponenter på kopparkretsar och ledande tyger med lim som inte leder. Se bild 8 för en bild av en 12 volt ljusstång (otänd och upplyst) med hjälp av ytmonterade lysdioder som limmades på med icke-ledande lim. Jag upptäckte att om du lägger en tunn film med klart nagellack på kopparspåren och sedan fysiskt klämmer på lysdioden och låter den torka i 24 timmar, kommer du att ha en bra mekanisk led som är elektriskt ledande. Nagellacklimet krymper effektivt och klämmer fast de ledade kontakterna mot kopparspåren och bildar en bra mekanisk anslutning. Den måste vara fastspänd under hela 24 timmar. Efter det kan du testa det för konduktivitet. Om det tänds kan du sedan lägga till det andra lagret av lim. För det andra lagret använder jag ett klart kontaktcement som svetsare eller Goop. Detta tjockare lim omger komponenterna och krymper också när det torkar för att säkert säkerställa en bra solid anslutning till kopparspåren. Vänta 24 timmar tills det torkat innan du testar igen. Eftersom jag var tveksam till hur länge det skulle hålla, lämnade jag den blå LED -lampan i Pic 8 på i sju dagar och nätter. Kretsens motstånd minskade faktiskt med tiden. Månader senare lyser baren fortfarande helt utan tecken på ökat motstånd. Med denna metod har jag framgångsrikt limmat mycket små ytmonterade lysdioder-0805-storlek och större på kopparklädda perfboard. Denna teknik visar ett löfte om att göra riktigt små kretsar, LED -skärmar och robotar.

Steg 4: Bryter mot reglerna

För att göra riktigt små robotar kan du behöva bryta många av reglerna som nämns ovan. För att göra Mr. Cube bröt jag följande regler: 1- Jag använde en enda strömförsörjning istället för en för motorerna och en för mikrokontrollern. 2- Jag monterade Picaxe-mikrokontrollern mycket nära en motor. är klassade för låg strömförbrukning och körde dem med mycket högre strömmar än de var avsedda för. Detta begränsar batteriernas livslängd kraftigt. 4- Jag tappade ihop alla ledningar i en hodgepodge som kan skapa överhörning och elektriska bullerproblem. Jag hade helt enkelt tur att det inte gjorde det. 5- Jag kopplade in kretsen på roboten utan att först bräda den. Detta kan göra felsökning av kretsen mycket svår. Du kan ladda ner Picaxe-programmeringskoden för Mr. Cube på: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txtOm du är intresserad av att se några av de andra robotarna jag har byggt, du kan gå till: https://www.inklesspress.com/robots.htmPic 9 visar Mr. Cube och Mr. Cube två, R-18, en 1/3 kubik tum robot som jag har börjat bygga. Detaljer om steg 5.

Steg 5: Mr. Cube Two: Gör en 1/3 kubisk tums robot

Efter att ha gjort en robot på en kubik som fungerade, var jag tvungen att prova något mindre. Jag siktar på en robot på cirka 1/3 kubikmeter. Vid denna tidpunkt är Mr. Cube Two ungefär.56 "x.58" x.72 ". Den har en 08 Picaxe -mikrokontroller som gör att den kan röra sig självt. Bild 10 visar roboten på en linjal. Bild 11 visar den andra sidan av roboten på en fjärdedel. De två batterierna är cr1220 3volts litiumbatterier och det återstår att se om de har tillräckligt med kapacitet för att driva Picaxe och motorerna. Fler batterier kan behövas. Det är ett pågående arbete. Så långt fungerar de två personsökarmotorerna bra för att flytta och vända roboten på släta ytor. Picaxe -mikrokontrollern är installerad och har programmerats och testats. Motorn måste styras av SOIC L293 och den infraröda reflektorsensorn. vara en av de minsta autonoma robotarna som finns med sensorer och en mikrokontroller. Även om det här är en liten robot, finns det mindre amatörrobotar som är programmerbara? Ja verkligen. Se: 1cc Robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico Robot:

Andra pris i Instructables och RoboGames Robot Contest

Första priset i The Instructables -boktävlingen