Elektromekanisk insekt eller flaxande oscillator: 9 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:38

Introduktion

Jag har följt utvecklingen av robotik i cirka 10 år och min bakgrund är biologi och videografi. Dessa intressen har kretsat min underliggande passion, entomologi (insektsstudier). Insekter är en stor sak i många branscher och har varit källan till mycket inspiration. Tack och lov får biologi och insekter kraft i robotik genom biomimik och syntetisk biologi. Jag är särskilt exalterad över insekthopters framsteg. CIA skapade en flygande insekthopter redan på 1970 -talet och insekter kommer att fortsätta spela en stor roll för att påverka hur problem inom robotik löses. Jag vill dela en konstnärlig metod för att bygga din egen elektromekaniska insektsskulptur.

Ett hantverk som har fokuserat starkt på insekters egenskaper är konsten att flugbinda. Fly Tying är en metod för att skapa beten för flugfiske. Detta hantverk använder en mångsidig palett av material och verktyg och kräver noggrann uppmärksamhet på detaljer, samtidigt som man starkt förlitar sig på rätt teknik för att slutföra vackra mönster.

Jag har inte blivit alltför upphetsad över 3D -utskrift eller mikrokontroller. Jag gör ansträngningar för att producera elektromekaniska varelser som inte använder någon av dessa tekniker. Det verkar som att oavsett vilken sensor eller mekaniskt uttryck du vill utforska, måste allt matas genom en mikrokontroller. Låt oss ta tillbaka det lite och göra vår hjärna till en oscillator!

Så det jag föreslår för dig är att vi använder flugbindningsverktyg, material och teknik som grund för att skapa en vacker, lätt, unik, elektromekanisk insekt. Denna BEAM-liknande kinetiska skulptur kommer förhoppningsvis att inspirera dina vänner och familj att uppskatta insekter och hantverk.

Steg 1: Designa din oscillator

Det finns många oscillatorkretsar att välja mellan online. Efter att ha tittat på en sort kände jag att det enklaste och mest "organiska" var Astable Multivibrator. Denna krets kan skapas med symmetriska motstånd eller asymmetriska, vilket resulterar i något olika pulsbredder, beroende på vilken "sida" av kretsen du tar din effekt från.

Komponenterna för denna krets jag valde är:

Antal: Artikel:

x1 2N4403 pnp -transistor

x1 2N3905 pnp -transistor (speglad stift ut)

x2 330 Ω motstånd

x2 22k Ω motstånd

x2 4,7 μF 16V kondensatorer

x2 Ljusberoende resistorer (LDR) i området 0 - 30k Ω

x1 2N4920 pnp transistor (handtag 1 amp)

x1 8+ Ω Högtalarspole

x1 Liten icke -magnetisk, ej sluten vassströmbrytare

Jag vill ha låg RC -tid och små kondensatorer, så jag valde 22k Ω motstånd med 4,7 μF 16V bipolära kondensatorer. Detta resulterar i ungefär 2-5 Hz oscillationsfrekvens.

Jag vill också att kretsen ska påverkas av miljön, så jag sätter ljusberoende motstånd (LDR) i serie med 22k -motstånden. Omkopplaren är en liten vassströmbrytare som dras från en engångskamera med blixtkrets. Vi kommer att använda den här omkopplaren som känsliga morrhår på buken.

Steg 2: Börja lödningen

Med dessa komponenter behöver du flera verktyg för att löda ihop dem. Vi kommer inte att använda en perfboard.

Ta två skärmar, en för att hålla dina komponenter och den andra för att hålla ditt lödkolv.

Se också till att du har trådskärare, tänger och en modell av din krets som referens. Jag har prototyperat en andra version av kretsen för att se till att jag alltid vet vilka delar av komponenterna som fäster var.

Böj ledningarna för de två transistorerna så att kollektorn böjer sig åt sidan och basen böjer sig in mot mitten. Eftersom 2N4403 och 2N3905 (avbildad som BC557) har olika stift, bör du vara noga med var basen och kollektorn är. Två av samma pnp -transistorer kan användas, men jag gillar den chirala kvaliteten på spegeln. Detta är trots allt konst.

Böj kondensatorledningarna i rät vinkel.

Klipp av ledningarna på kondensatorerna och transistorbasen och kollektorerna.

Placera nu transistorn i ditt skruvstäd och för lödkolven mot önskad ledning till lödning. Detta frigör båda händerna för att ta in kondensatorn och lödet och fästa dem tillsammans.

Upprepa detta steg så att basen och kollektorerna för varje transistor fäster till varje kondensator.

Intressant att notera, skruvstaven kan faktiskt fungera som en kylfläns för transistorerna och arkitekturen i ditt färdiga lödjobb gör denna struktur förvånansvärt stark.

Steg 3: Löd motståndarna

Böj och klipp av ledningarna på motstånden enligt bilden ovan.

Placera 330 Ω motståndet i skruvstaven och löd vår kondensatortransistorenhet till motståndet. Följ schemat, detta motstånd måste fästa där transistorns kollektor är.

Upprepa med det andra 330 Ω motståndet.

Placera LDR i skruvstaven och löd vår växande krets till den. Lödning vid basen av transistorn.

Upprepa med den andra LDR.

Klipp LDR: s långa ledningar mot mitten.

Löd 22k Ω motstånden till LDR -ledningarna så att motstånden är i serie.

Var och en av de fyra motstånden bör ha öppna ledningar som pekar ut i mitten av vår krets (som bilden).

Böj ledningarna för dessa motstånd mot sina grannar, klipp dem korta och löd dem alla tillsammans. Detta motståndsknippe är nu en del av vår markskena.

Steg 4: Lödtrådar och Power PNP

Denna enhet med kondensatorer, transistorer och motstånd är vår astabla multivibratoroscillator. Det är effektivt vår hjärna för insekten. LDR: erna fungerar som ögon och kommer att förändra frekvensen och pulsbredden på vår oscillator något. Denna krets ensam kan inte driva högtalarspolen, så vi ansluter den till Q3, vår effekttransistor (BD140 eller 2N4920).

Löd den positiva järnvägstråden till sändaren av Q1.

Löd jordkabeln till motståndsbunten.

Löd en tredje tråd till sändaren av Q2 (bilden är orange).

Löd denna tredje ledning till basen av Q3, kraft -pnp -transistorn (2N4920).

Avlägsna den positiva järnvägstråden cirka 1 1/2 tum ner och löd till emitteren av Q3.

Vid denna tidpunkt gillar jag att ta en paus från lödning och applicera ett liberalt lager av klart nagellack på kretsen. Detta hjälper till att förhindra shorts om kretsen är böjd eller klämd och ger den lite väderbeständighet. Applicera gärna flera lager.

Kontrollera att du inte har kortslutit kretsen någonstans. Testa kretsen för att se till att den fortfarande fungerar genom att driva den röda tråden med +9V, jorda den svarta eller bruna tråden och klippa till kollektorn för Q3. Jag använder en liten 5V lampa eller reservhögtalare. Eftersom Q3 bara kan hantera cirka 1 ampere, övervärm inte denna transistor med för mycket effekt och för lite motstånd. Gör dina beräkningar (I = V/R) med antagande av likström. I teorin är den genomsnittliga strömmen hälften av likströmmen vid rälsspänning på grund av den pulserande effekten, men det hjälper oss att lämna utrymme för fel.

Steg 5: Klipp ut röstspole och löd

Ta en liten billig högtalare med fungerande röstspole och klipp ut den. Börja med att skära runt kanten på högtalarkonan och se till att inte klippa kabelanslutningarna nedanför.

Klipp av eller avlöd tinselkabelanslutningarna från korktapparna.

Skär nätupphängningen strax ovanför den permanenta magneten.

Ta bort röstspolen och trimma bort överflödigt papper och nät. Se till att lämna glitterkabelkontakterna så länge som möjligt.

Tin spetsarna på glittertrådskontakterna och löd en till kollektorn på Q3.

Löd den andra kontakten till en förlängningskabel.

Ta bort mitten av denna nya tråd och löd den till markskenan.

Steg 6: Designa vingarna

Jag skrev ut cranefly wing -mönster på transparens.

Du kan också rita vingarna med hjälp av pennor och skarpa på acetat.

Ha kul med att färga vingarna och göra dem unika och intressanta.

Lägg ditt acetatark på ett gammalt magasin och tryck in det i venerna med en syl. Alternativa fram och bak för att skapa konkava och konvexa veck i acetatet. Detta ökar inte bara illusionen av riktiga insektsvingar, utan det stärker faktiskt också vingarna.

Klipp ut vingarna, men lämna dem som ett par! Lämna lite extra material i mitten så att vår röstspole har mer material att skjuta runt.

Steg 7: Knyt vingarna till monofilament

För att börja binda behöver du cirka 35 kg monofilament, vårt skruvstycke från tidigare, sax, vingar, tråd och en flugbindningsspole. *Föreslagen korrigering: Använd tyngre monofilament eller tunn tråd för dessa vingstöd. Modellen på bilden och byggnaden förlorar mekanisk effektivitet när monofilamentet böjer sig utåt under nedslaget.

Skär två bitar, fem tum långa och lägg en bit i skruvstaven. Knyt vingarna löst till monofilamentet i ett åttamönster.

Upprepa med en andra bit av monofilament och den andra vingen.

Jag la till lite lim på knutarna på varje bit för extra säkerhet. Se till att limmet inte hindrar vingarnas förmåga att klappa. Detta är tänkt att fungera som ett gångjärn och monofilamentet är vår stödpunkt.

Steg 8: Bygg bröstkorgen och huvudet

Allt kommer ihop på en gång under denna fas.

Ta en tretums bit av 100 lb. monofilament eller stel slang och bind tråden på längden på den.

Ta tre, sju tums bitar av blommig tråd och binda varje i mitten längs vår kropps struktur. Det här blir våra ben.

Knyt bakstyckena av mindre monofilament från vår vingenhet strax bakom bakbenen, så att du får plats att justera längden senare.

Hitta en magnetnål som den på bilden. Detta kommer att hålla vår permanenta neodymmagnet på plats.

Knyt kretsen vi byggde på benen / kroppen.

Knyt fast magnetstiftet på kroppen bakom huvudet men framför Q3.

Knyt två små hackelfjädrar på kroppen precis bakom huvudet så att de sticker ut framåt som antenner (detta är rent estetiskt).

För framstyckena av mindre monofilament från vingenheten framåt och bind dem på kroppen nära huvudet. Dra i varje bit för att se till att vingarna är centrerade och stiger över magneten.

Skär röstspolens pappersrör mot mitten så att vi kan glida in acetat av vingarna inuti den. Hela denna struktur ska sväva ovanför stiftet där vår magnet kommer att gå, så när strömmen rusar genom spolen drar magnetkraften ner vingarna och vingspetsarna klappar upp.

Steg 9: Bygg buken

Knyt vassströmställaren på kroppens bakre ände. Detta kommer att vara toppen av buken, där våra känsliga morrhår kommer att vara. Löd vår markskena till ena benet på vassströmbrytaren.

Löd en andra kort bit tråd till det andra benet på vassströmställaren.

Rulla ihop den positiva rälstråden för att skapa en stor yta för batteriet.

Krulla den nya korta kabeln som är ansluten till strömbrytaren för att röra den negativa eller 0V -sidan av batteriet.

Knyt ett litet 12V batteri på buken och säkra batteriledningarna för att få en fast anslutning. Jag var tvungen att lägga till några bitar av tung monofilament i buken för att förhindra att batteriet skulle vända över till motsatta sidan av buken när jag knöt fast det.

Testa det! Rör sig vingarna mot magneten? Se till att magnetens polaritet är korrekt genom att följa den högra regeln för elektromagnetisk ström och använda en analog kompass för att fastställa polariteten för din permanentmagnet. Om du byggde kretsen som jag beskrev, rinner ström ut från kollektorn för Q3, genom spolen och mot jordskenan eller 0V -sidan av batteriet.

För att avsluta det, böj de blommiga trådbenen för att se ut som bugg som du vill! Prova lite lim där benen möter kroppen om de är för tunna. Njut av!

Hör av dig om du har några frågor. Detta är definitivt ett jobbigt projekt. Ett litet gummiband mellan batteriets ledningar kan hjälpa dem att hålla dem på plats.

Lycka till!

Första pris i Tech Contest