Bygg en mycket liten robot: Gör världens minsta hjulrobot med en gripare: 9 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:48

Bygg en 1/20 kubik tum robot med en gripare som kan plocka upp och flytta små föremål. Den styrs av en Picaxe -mikrokontroller. Vid denna tidpunkt tror jag att detta kan vara världens minsta robot med hjul med en gripare. Det kommer utan tvekan att förändras, imorgon eller nästa vecka, när någon bygger något mindre.

Huvudproblemet med att bygga riktigt små robotar är den relativt stora storleken på även de minsta motorerna och batterierna. De tar upp det mesta av volymen på en mikrorobot. Jag experimenterar med sätt att så småningom göra robotar som verkligen är mikroskopiska. Som ett tillfälligt steg gjorde jag de tre små robotarna och styrenheten som beskrivs i denna instruerbara. Jag tror att med modifieringar, dessa bevis på konceptrobotar, kan skalas ner till mikroskopisk storlek. Efter år med att bygga små robotar (se här: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/) bestämde jag mig för det enda sättet att göra de minsta robotarna möjligt, var att ha motorer, batterier och till och med Picaxe -mikrokontrollern utanför roboten. bild 1 visar R-20 en 1/20 kubik tum robot på en krona. bild 1b och 1c visar minsta hjulrobot som lyfter och håller en 8 -stifts IC. DET FINNS EN VIDEO i steg 3 som visar roboten som plockar upp en 8 -polig IC och flyttar den. Och ytterligare en video i steg 5 som visar att roboten slår på en krona.

Steg 1: Verktyg och material

18x Picaxe -mikrokontroller från Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro seriell servostyrning tillgänglig från Polulu: https://www.pololu.com/2 servomoment med högt vridmoment från Polulu2 standardserver från Polulu.oo5 "tjockt koppar, mässing eller fosforbronsplåt från Micromark2- 1/8 "x 1/16" neodymmagneter1-1 "x1" x1 "neodymmagnet. Magneter tillgängliga från: https://www.amazingmagnets.com/index.aspTelescoping -mässingsrör från Micromark: https://www.micromark.com/Gräspinnar från WalmartGlasspärlor från Walmart1/10 "glasfiber -kretskortsmaterial från Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear fem minuters epoxi Assorterade muttrar och bultar TOOLSneedletin snipslödning irondrillmetall liten nåltång Bild 2 visar Picaxe-modulen som används. Bild 2b visar Picaxe-modulens baksida.

Steg 2: Bygg en 1/20 kubisk tums robot

Vid.40 "x.50" x.46 "är robotvolymen för Magbot R-20 något mindre än 1/20 av en kubik tum. Den är gjord genom att fälla 3 lådstrukturer av icke magnetisk plåt. Den minsta inre lådan löds till griparens vänstra finger. två små magneter epoxieras till den vertikala axeln som böjer sig för att bilda griparens högra finger som roterar fritt. Det är dessa två magneter som styrs av en yttre rörlig roterande och snurrande magnet fält som ger all kraft till roboten. Jag använde 0,005 "tjock fosforbronsplåt för lådstrukturerna eftersom den kan lödas och inte oxideras eller smutsas lätt. Koppar eller mässing kan också användas. Jag använde ursprungligen små borrbitar för att borra lagerhålen i plåten för de roterande trådaxlarna. Efter att ha brutit några av dem i en borrpress, slutade jag med att bara slå hål med en stor nål och slå i plåten. Detta skapar ett konformat hål som sedan kan arkiveras plant. Hålen behöver inte ha en exakt storlek eller ens perfekt placerade. I denna lilla skala är friktionskrafterna små och om du tittar noga på bilderna ser du att jag använde långa.1 "standard långa huvudstiften som är fyrkantiga, för axlarna och gripfingrarna. Koppartråd kan också användas. Glaspärlhjulen monterades på mässingsstift som är epoxade till botten av roboten. Det är viktigt att använda icke -magnetiska material för konstruktionen, annars påverkas roboten och kontrollen av roboten negativt.

Steg 3: En robotmagnetmotor

Roboten har fyra frihetsgrader. Den kan gå fram och tillbaka, rotera vänster eller höger, flytta griparen upp och ner och öppna och stäng griparen. Bild 4- Jag flyttade de fyra ombordmotorerna som det normalt skulle ta för att göra detta genom att helt enkelt hänga upp en magnet horisontellt på en tvåaxlad gimbal. Två 1/8 "x1/8" x1/16 "magneter epoxieras till en vertikal trådaxel som är böjd för att bilda ett finger på griparen. De två magneterna är uppradade för att fungera som en magnet och skapa en enda magnetmotor. Denna monteras i den minsta lådan som har det andra gripfingret lödt på den. Griplådan är monterad på gimbalens andra horisontella axel med en 000 mässingsskruv och mutter. Jag använde skruven så att jag enkelt kunde ta isär den Ett externt magnetfält är monterat på en CNC -maskin som kan skjuta magnetfältet längs x- och y -axeln och rotera det horisontellt och vertikalt. Det kunde ha gjorts med en elektromagnet, men jag valde att använda en kubik tum neodym permanent magnet eftersom det är det enklaste och snabbaste sättet att skapa ett stort magnetfält i en liten volym. Pic 4c- Så, med den norra änden av den lilla magneten i roboten vänd mot magnetens större yttre södra ände nedanför följer robotmagneten motivet ganska nära ns av det externa magnetfältet. För en kort video av roboten som plockar upp en 8 -stifts IC, se här: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EA Eller klicka på videon nedan.

Steg 4: Robotkontroller av CNC -typ

Bild 5 visar robotstyrenheten av CNC -typ. Fyra servon ger rörelser till en kubik tum neodymium magnet som den gimbal monterade magneten i roboten följer. För x- och Y -axeln drar ett servomoment med högt vridmoment med remskiva och fiskeledare på glasfiberplattformen. En fjäder motsätter sig rörelsen. Plattformen vilar på två teleskopiska mässingsrör som fungerar som en linjär styrning. Plastlager gjorda av en skärbräda i plast, på vardera sidan av de linjära styrningarna, håller plattformen jämn. Denna speciella robotstyrenhet har ett begränsat intervall på några kubikcentimeter. Detta bör så småningom visa sig mer än tillräckligt för att styra verkligt mikroskopiska robotar som kanske bara kräver ett intervall på några kubikcentimeter.

Steg 5: Magnetisk robotkrets

Robotkontrollern består av en Picaxe -mikrokontroller som är programmerad för att ge en sekvens av rörelser till roboten. Jag tycker att Picaxe är den enklaste och snabbaste mikrokontrollern att ansluta och programmera. Även om den är långsammare än en vanlig Pic Micro eller Arduino, är den mer än snabb nog för de flesta experimentella robotar. För andra Picaxe-projekt, se här: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmOch här: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Picaxe styr roboten genom att seriellt skicka kommandon till en Polulu mikroseriell servostyrning. Polulu -styrenheten är mycket liten och kommer att hålla upp till 8 servon oavsett vilken position de placeras i. Enkla kommandon från Picaxe gör att du enkelt kan styra position, hastighet och riktning för servon. Jag rekommenderar starkt den här styrenheten för alla typer av servobaserade robotar. Schemat visar hur de fyra servon är anslutna. Servo 0 och 1 styr 1 magneten längs X- och Y -axeln. Servo 2 är en kontinuerligt roterande servo som kan rotera magneten mer än 360 grader. Servo 3 lutar magneten något framåt och bakåt för att sänka och lyfta gripen. För en kort video av roboten som slår på en krona, se här: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYg Eller klicka på videon nedan:

Steg 6: Robotkontrollprogramvara

Här är programvaran för Picaxe mikrokontroller. Den skickar förprogrammerade sekvenser till Polulu servokontrollen som flyttar magneten i 3D-utrymme för att styra roboten. Med små modifieringar kan den också användas för att programmera en Basic Stamp två. För att programmera Picaxe fann jag det nödvändigt att koppla bort Pin 3 (seriell utgång) från servostyrningen. Annars skulle programmet inte ladda ner från datorn. Jag tyckte också att det var nödvändigt att koppla bort stift tre från servokontrollen när kretsarna slås på, för att förhindra att servokontrollen låser sig. Efter någon sekund kopplade jag tillbaka stift 3. 'Program för R-20 magrobot-pickup-sekvens med en polulu servostyrning hög 3' seriell utgång pinpause 7000 'inställd på 0 positionerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'position s1 13-24-35 counter-clockwiseserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127)' position s0 c-clockpause 7000 'level magnetserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'position midpause 1000' framåt lång servo1serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 21, 127) 'position clockwisepause 1500' grepp downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 26, 127) 'position downpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'slow speed clockpause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotatepause 700' framåt shortserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 13, 127) 'position clockpause 1000' grepp upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'position midpointpause 700' sväng höger 90serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'slow speed clockpause 470serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotationpause 1000' forwardout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 13, 12) 'position s0 paus 1500' grepp downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 25, 12) 'position midpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'slow speed c-clockwisepause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotationpause 400' backupserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'position s0 c-klockpaus 700' grepp upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 22, 12) 'position midpause 1000pause 6000' set to 0 positionsoutout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'position s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) position s0 c-clockloop: goto loop

Steg 7: Lägga till sensorer

Denna robot har inga sensorer. För att vara riktigt användbar som robotmanipulator för små föremål skulle det vara en fördel att ha en återkopplingsslinga till mikrokontrollen från olika verkliga sensorer. För att undvika att sätta en strömförsörjning ombord kan ljussensorer användas. Laser eller infrarött ljus kan riktas till robotens ovansida och mekaniska reflektorer eller blockerare kan anslutas till beröringssensorer, trycksensorer eller temperaturgivare och variabel reflektans avläst av fotoceller eller en videokamera. En annan möjlighet är att använda RFID -teknik för att sända en puls som driver elektroniken på roboten att återvända istället för ett identifieringsnummer, en sekvens av bitar som representerar variationer i beröring eller andra sensorer.

Steg 8: Andra magnetiskt drivna robotar

Robotar som styrs av olika typer av magnetfält är inget nytt. Några av dem är mikroskopiska och några är större så att de kan distribueras medicinskt i en människokropp. Vissa använder datorstyrda elektromagneter och andra använder rörliga permanentmagneter. Här är några länkar till några av de bästa och minsta experimentella magnetrobotarna som forskare arbetar med. Flyger magnetrobot på en slant. Medan den faktiskt inte flyger, svävar den i ett datorstyrt magnetfält, ungefär som de leksaker som hänger en jordens lilla klot. Den har också en gripare som expanderar vid uppvärmning med en laser och sedan greppar när den svalnar. Tyvärr är robotarnas magnetiska norra och södra ändar vertikala, så det finns inget sätt att styra rotationsspinnet för att exakt orientera griparen. Den är något större än den minsta roboten jag gjorde som visas i steg 9. https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.html Simmagnetrobot En verkligt mikroskopisk robot som är en spiral med en magnet i ena änden. Med ett externt svängbart och roterande magnetfält kan det riktas i vilken riktning som helst och simma under vattnet. Http://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0918085333.htmFraktabelt kamerapiller med magneter. Http: // www. spectrum.ieee.org/aug08/6469Medicinska robotar.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp? x = 5464Magnetiskt styrd kamera.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Här är några mikroskopiska magnetiskt styrda gripare som kan vara kemiskt eller värmeaktiverade. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm Tyvärr kan dessa mikrogreppare inte släppa när de väl hugg. Så de är mer som en mikroskopisk björnfälla än en fullt fungerande gripare. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January /13010901.asppic 10 visar Magbots R-19, R-20 och R-21, de tre robotar jag gjorde för dessa experiment. Den minsta gjordes mindre genom att en svängning och hjulen eliminerades. En trådsvans hindrar den från att välta bakåt.

Steg 9: Bygg ännu mindre robotar

Bild 11 visar Magbot R-21, den minsta magnetiskt drivna roboten med en funktionell gripare som jag har gjort hittills. Vid.22 "x.20" x.25 "är den cirka 1/100 av en kubikcentimeter. Genom att eliminera hjulen och en svängpunkt (gimbal) är roboten mycket mindre än hjulversionen. Den glider på metallen ram inte riktigt lika smidigt som den med hjul. Trådsvansen gör att roboten kan svänga bakåt för att lyfta griparen. En sådan konfiguration kan användas för att skapa en robot i mikroskopisk storlek. Problemet vid denna tidpunkt är att antingen använda konventionell IC teknik för att skapa tunnfilmsmekaniska strukturer, eller för att komma på något annat alternativ för att skapa mikroskopiska strukturer. Jag arbetar med det. Dessa små robotar representerar ett av de enklaste sätten att få mycket rörelse i ett litet utrymme. Det finns många andra möjliga konfigurationer av ombordmagneter och externa magnetfält som kan producera mycket intressanta robotar. Till exempel, om du använder mer än tre eller fler roterande eller svängbara magneter på en robot, kan det leda till mer frihetsgrader och mer exakt manipulation av griparen.

Första pris i Pocket-Sized Contest