Kleine robots bouwen: Micro-Sumo-robots van één kubieke inch en kleiner maken - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Hier zijn enkele details over het bouwen van kleine robots en circuits. Deze instructable behandelt ook enkele basistips en -technieken die nuttig zijn bij het bouwen van robots van elke grootte. Voor mij is een van de grote uitdagingen in de elektronica om te zien hoe klein een robot ik kan maken. Het mooie van elektronica is dat de componenten in een ongelooflijk snel tempo steeds kleiner, goedkoper en efficiënter worden. Stel je voor dat autotechnologie zo zou zijn. Helaas gaan mechanische systemen op dit moment niet zo snel vooruit als elektronica. Dit leidt tot een van de grootste problemen bij het bouwen van zeer kleine robots: proberen in een kleine ruimte te passen, het mechanische systeem dat de robot beweegt. Het mechanische systeem en de batterijen hebben de neiging om het grootste deel van het volume van een heel kleine robot in beslag te nemen.pic1 toont Mr. Cube R-16, een micro-sumo-robot van één kubieke inch die in staat is om op zijn omgeving te reageren met snorharen met muziekdraad (bumper schakelaar). Het kan bewegen en de omtrek van een kleine doos verkennen. Het kan op afstand worden bediend met behulp van een universele tv-infraroodafstandsbediening die is ingesteld voor een Sony-tv. Het kan ook zijn Picaxe-microcontroller voorgeprogrammeerd hebben met reactiepatronen. Details beginnen bij stap 1.

Stap 1: Onderdelen van een robot van één kubieke inch

Mr Cube R-16, is de zestiende robot die ik heb gebouwd. Het is een robot van 1 kubieke inch die 1 "x1" x1 meet. Hij is in staat tot autonoom programmeerbaar gedrag of kan op afstand worden bestuurd. Het is niet bedoeld als iets dat erg praktisch of bijzonder nuttig is. Het is slechts een prototype en proof of concept. Het is echter nuttig in die zin dat het bouwen van een kleine robot je in staat stelt je miniaturisatievaardigheden voor robots en andere kleine circuits aan te scherpen. duurt twee keer zo lang als het normaal zou duren om dezelfde schakeling in een grotere ruimte te bouwen. Er zijn allerlei klemmen nodig om de kleine componenten en draden op hun plaats te houden tijdens het solderen of lijmen. Een felle werklamp en een goede vergrotende headset of een vast vergrootglas is een must. Kleine motorenHet blijkt dat een van de grootste obstakels voor het maken van hele kleine robots de benodigde reductiemotor is. De besturingselektronica (microcontrollers) wordt alleen maar kleiner. g tandwielmotoren met een laag toerental die klein genoeg zijn, is niet zo eenvoudig. Mr. Cube maakt gebruik van kleine semafoonmotoren die zijn afgestemd op een verhouding van 25:1. Bij die versnelling is de robot sneller dan ik zou willen en een beetje zenuwachtig. Om in de ruimte te passen, moesten de motoren worden verschoven met het ene wiel meer naar voren dan het andere. Zelfs daarmee beweegt het vooruit, achteruit en draait het prima. De motoren werden op het perfboard aangesloten met 24 gauge draad die werd gesoldeerd en vervolgens gelijmd met contactcement. Aan de achterkant van de robot werd een nylon bout van 4-40 formaat in een getapt gat onder de onderste printplaat geschroefd. Deze gladde plastic boutkop fungeert als een zwenkwiel om de robot in evenwicht te brengen. Je kunt het rechtsonder op foto 4 zien. Dit geeft een wielspeling aan de onderkant van de robot van ongeveer 1/32". Om de wielen te monteren, werden de 3/16" plastic katrollen op de motoren ingeschakeld en vervolgens, al spinnend, op de juiste diameter geschuurd. Ze werden vervolgens in een gat in een metalen ring gestoken die in een nylon ring paste en alles werd aan elkaar geëpoxeerd. Het wiel werd vervolgens gecoat met twee lagen Liquid Tape-rubber om het grip te geven. Kleine batterijen Een ander probleem met de kleinste robots is het vinden van kleine batterijen die lang meegaan. De gebruikte tandwielmotoren hebben vrij hoge stromen (90-115ma) nodig om te werken. Dit resulteert in een kleine robot die batterijen eet als ontbijt. De beste die ik op dat moment kon vinden, waren 3-LM44 lithium knoopcelbatterijen. De levensduur van de batterij in zeer kleine robots van dit type is zo kort (een paar minuten) dat ze meestal niets praktisch kunnen doen. Er was slechts ruimte voor drie 1,5v-batterijen, dus uiteindelijk voedden ze zowel de motoren als de Picaxe-controller. Vanwege elektrische ruis die kleine DC-motoren kunnen veroorzaken, is één voeding voor alles meestal geen goed idee. Maar tot nu toe werkt het prima. De ruimte in deze robot van 1 inch was zo krap dat de dikte van de 28 gauge draadisolatie (van lintkabel) een probleem bleek te zijn. Ik kon de twee helften van de robot nauwelijks bij elkaar brengen. Ik schat dat ongeveer 85% van het volume van de robot gevuld is met componenten. De robot was zo klein dat zelfs een aan-uitschakelaar problematisch was. Uiteindelijk zou ik de ruwe snorharen kunnen vervangen door infraroodsensoren. Ik heb letterlijk geen gemakkelijk te gebruiken ruimte meer, dus het zou een interessante uitdaging zijn om nog iets meer te monteren, zonder toevlucht te nemen tot oppervlaktemontagetechnologie. Ik gebruik graag clamshell-constructie voor echt kleine robots. Zie afbeelding 2. Dit bestaat uit twee helften die aan elkaar haken met.1" stripheaders en sockets. Dit geeft gemakkelijke toegang tot alle componenten, waardoor het gemakkelijker wordt om de circuits te debuggen of wijzigingen aan te brengen. Afbeelding 3 toont de locatie van enkele van de belangrijkste componenten. MATERIALEN2 GM15 Gear Motors- 25:1 6mm Planetaire Gear Pager Motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Picaxe microcontroller verkrijgbaar bij: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ?CatID=90&SubCatID=249&SubSubCatID=250L293 motorcontroller DIP IC: https://www.mouser.comPanasonic PNA4602M infrarooddetector: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol warmtestripbare (soldeerbare) magneetdraad: https://www.mouser.com3 LM44 1,5 V. Lithium knoopcelbatterijen: https://www.mouser.comKleine blauwe aan-uitschakelaar: https://www.jameco.comThin soldeer-.015" harskernsoldeer: https:// www.mouser.com Weerstanden en een 150 uf tantaalcondensator.1" glasvezel koper getraceerd perfboard van: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlPerformix (tm) vloeibare tape, zwart-Verkrijgbaar bij Wal-Mart of

Stap 2: Circuit van een robot van één kubieke inch

Pic 4 toont de locatie van de 18x Picaxe-microcontroller en de L293-motorcontroller, de belangrijkste circuits van de robot. Op het moment van de bouw kon ik de Surface Mount-versies van de Picaxe of de L293 niet krijgen. Het gebruik van de opbouw-IC's zou zeker meer ruimte laten voor extra circuits en sensoren.18x Picaxe MicrocontollerPicaxe-microcontrollers zijn nog steeds mijn favoriete controllers voor gebruik op experimentele robots. Hoewel ze minder geheugen hebben en niet zo snel zijn als PicMicros, Arduino, Basic Stamp of andere microcontrollers, zijn ze snel genoeg voor de meeste kleine experimentele robots. Meerdere ervan kunnen eenvoudig met elkaar worden verbonden als er meer snelheid of geheugen nodig is. Ze zijn ook erg vergevingsgezind. Ik heb ze direct gesoldeerd, kortgesloten en hun uitgangen overbelast en ik moet er nog een uitbranden. Omdat ze kunnen worden geprogrammeerd in de programmeertaal BASIC, zijn ze ook gemakkelijker te programmeren dan de meeste microcontrollers. Als je echt klein wilt bouwen, zijn de 08M en 18x Picaxe-controllers verkrijgbaar in oppervlaktemontage (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). Om enkele van de projecten te zien die u met Picaxe-microcontrollers kunt doen, kunt u een kijkje nemen op: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 Motorcontroller De L293-motorcontroller is een uitstekende manier om twee motoren in een kleine robot te besturen. Vier uitgangspinnen van de microcontroller kunnen de stroom naar twee motoren regelen: vooruit, achteruit of uit. De voeding naar de motoren kan zelfs worden gepulseerd (PWM-pulsbreedtemodulatie) om hun snelheid te regelen. Dead Bug-stijl Er was geen ruimte op de perfboards om de L293-controller te monteren, dus werd deze geïnstalleerd met behulp van de dead bug-techniek. Dit betekent simpelweg dat het IC ondersteboven wordt gedraaid en dunne draden rechtstreeks op de pinnen worden gesoldeerd die zijn gebogen of kort zijn geknipt. Het kan vervolgens op een printplaat worden gelijmd of in elke beschikbare ruimte worden geplaatst. In dit geval, nadat de L293 was gesoldeerd en getest, bedekte ik hem met twee lagen van het altijd handige Liquid Tape-rubber om ervoor te zorgen dat er niets kortgesloten werd toen het in de beschikbare ruimte werd gepropt. Er kan ook helder contactcement worden gebruikt. Zie hier voor een heel goed voorbeeld van het bouwen van circuits met behulp van de dead bug-stijl: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 toont een soldeermal voor helpende handen die ik heb aangepast door kleine krokodillenklemmen aan een perfboard toe te voegen om te helpen bij het solderen van kleine draden aan IC's in de stijl van de dode bug. Afbeelding 6 toont het schema voor de Mr. Cube-robot. op de link inch-robot-sm.wmv hieronder. Het toont de robot op ongeveer 30% van de topsnelheid die is verlaagd met behulp van pulsbreedtemodulatie op de motoren.

Stap 3: Tips en trucs voor het bouwen van robots

Na het bouwen van 18 robots, zijn hier enkele dingen die ik op de harde manier heb geleerd. Aparte voedingenAls je de ruimte hebt, bespaar je jezelf een hoop moeite als je aparte voedingen gebruikt voor de microcontroller en zijn circuits en de motoren. De fluctuerende spanning en elektrische ruis die de motoren produceren, kunnen grote schade aanrichten aan de microcontroller- en sensoringangen om zeer inconsistente reacties in uw robot te produceren. Componenten falen zelden of zijn defect. Als uw ontwerp geldig is en de schakeling niet werkt, is het bijna altijd een fout in uw bedrading. Voor informatie over het maken van prototypes van snelle circuits, zie hier: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htmI monteer vervolgens alle motoren en sensoren op het robotlichaam en programmeer de microcontroller om ze te besturen. Pas als alles goed werkt, probeer ik een permanent gesoldeerde versie van de schakeling te maken. Dit test ik dan terwijl het nog los staat van het robotlichaam. Als dat werkt, monteer ik hem dan permanent op de robot. Als het niet meer werkt, is dat vaak de schuld van geluidsproblemen. Ruisproblemen Een van de grootste problemen die ik ben tegengekomen, is elektrische ruis die een circuit onbruikbaar maakt. Dit wordt vaak veroorzaakt door de elektrische of magnetische ruis die afkomstig kan zijn van gelijkstroommotoren. Deze ruis kan de sensoringangen en zelfs de microcontroller overweldigen. Om dit op te lossen, kunt u ervoor zorgen dat de motoren en de draden ernaar niet in de buurt komen van invoerlijnen die naar uw microcontroller gaan. Pic 7 toont Sparky, R-12, een robot die ik heb gemaakt die een basis Stamp 2 als microcontroller gebruikt. Ik testte het eerst met de hoofdprintplaat weg van de robot en na het uitvoeren van de basisprogrammering werkte alles prima. Toen ik het recht boven de motoren monteerde, werd het gek en was het totaal inconsistent. Ik heb geprobeerd een geaard, met koper bekleed bord tussen de motoren en het circuit toe te voegen, maar dat maakte geen verschil. Uiteindelijk moest ik het circuit fysiek 3/4" verhogen (zie blauwe pijlen) voordat de robot weer zou werken. Een andere veelvoorkomende bron van verwoestende ruis in kleine robots kunnen pulserende signalen zijn. Als je PWM-signalen naar servo's of motoren stuurt, kan fungeren als antennes en signalen verzenden die uw invoerlijnen kunnen verwarren. Om dit te voorkomen, moet u de invoer- en uitvoerdraden van de microcontroller zoveel mogelijk gescheiden houden. Houd ook draden die stroom naar motoren voeren uit de buurt van invoerlijnen. kleine circuits kunnen worden opgelost door 30-36 gauge magneetdraad te gebruiken. Ik heb voor sommige projecten 36 gauge draad gebruikt, maar vond het zo piekerig, het was moeilijk te strippen en te gebruiken. Een goed compromis is 30 gauge magneetdraad. Normale magneet draad kan worden gebruikt, maar ik geef de voorkeur aan de door warmte stripbare magneetdraad. Deze draad heeft een coating die kan worden gestript door deze te solderen met voldoende warmte om de isolatie te smelten. Het duurt tot 10 seconden om de coating te strippen tijdens het solderen. Voor sommigen delicate compositie zoals solderen aan LED's of IC's, kan dit een schadelijke hitte zijn. Het beste compromis voor mij is om deze hittestripbare magneetdraad te gebruiken, maar deze eerst een beetje te strippen. Ik neem eerst een scherp mes en schuif het over de magneetdraad om de coating eraf te halen en draai de draad dan rond totdat deze redelijk goed rond zijn diameter is gestript. Daarna soldeer ik het gestripte draaduiteinde totdat het goed vertind is. Vervolgens kunt u het snel op elk delicaat onderdeel solderen met minder kans op schade door hitte. Dun soldeer Als componenten heel dicht bij elkaar staan, kan het moeilijk zijn om ze te solderen zonder over te vloeien en nabijgelegen pads en draden kort te sluiten. De beste oplossing is om een kleine verstelbare soldeerbout (1/32") te gebruiken en het dunste soldeer dat u kunt vinden. Standaard soldeer heeft meestal een diameter van 0,032" wat voor de meeste dingen prima werkt. Door dunner soldeer met een diameter van 0,015" te gebruiken, kunt u eenvoudig de hoeveelheid soldeer op de verbinding regelen. Als u de minste hoeveelheid soldeer gebruikt die nodig is, neemt het niet alleen het kleinste volume in beslag, maar kunt u een verbinding ook zo snel solderen Dit verkleint de kans op oververhitting en beschadiging van delicate componenten zoals IC's en opbouw-LED's. OpbouwcomponentenOpbouwcomponenten zijn de ultieme miniaturisatie. Om SOIC-formaat IC's te gebruiken, gebruik ik meestal dunne soldeer- en magneetdraad. manier om SOIC breakout boards of circuits te maken zie hier: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htmLijmen op componenten in plaats van solderenSommige componenten voor opbouwmontage kunnen ook direct op printplaten worden gelijmd. U kunt uw eigen geleidende lijm maken en gebruiken het om LED's en IC's te lijmen. Zie: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/Hoewel dit werkt, kan het enigszins moeilijk zijn omdat capillaire werking de neiging heeft om lont de c onductieve lijm onder de oppervlaktemontage-LED's en andere componenten en sluit ze kort. Componenten lijmen met behulp van niet-geleidende lijm Ik heb onlangs geëxperimenteerd met het lijmen van componenten op koperen printplaten en geleidende stoffen met behulp van lijm die niet geleidt. Zie foto 8 voor een afbeelding van een 12 volt lichtbalk (onverlicht en verlicht) met LED's voor opbouwmontage die zijn vastgelijmd met niet-geleidende lijm. Ik ontdekte dat als je een dunne laag heldere nagellak op de kopersporen aanbrengt en vervolgens fysiek de LED vastklemt en 24 uur laat drogen, je een goede mechanische verbinding overhoudt die elektrisch geleidend is. De nagellaklijm krimpt effectief en klemt de led-contacten vast aan de kopersporen en vormt zo een goede mechanische verbinding. Het moet de volledige 24 uur worden vastgeklemd. Daarna kunt u het testen op geleidbaarheid. Als het oplicht, kunt u de tweede lijmlaag aanbrengen. Voor de tweede laag gebruik ik een helder contactcement zoals Welders of Goop. Deze dikkere lijm omhult de componenten en krimpt ook tijdens het drogen om een goede stevige verbinding met de kopersporen te verzekeren. Wacht 24 uur totdat het droog is voordat je het opnieuw test. Omdat ik twijfelde hoe lang het zou duren, liet ik de blauwe LED-lichtbalk in Pic 8 zeven dagen en nachten aan. De weerstand van het circuit nam in de loop van de tijd zelfs af. Maanden later brandt de balk nog steeds volledig zonder tekenen van verhoogde weerstand. Met behulp van deze methode heb ik met succes zeer kleine LED's voor opbouwmontage - grootte en groter - op met koper bekleed perfboard gelijmd. Deze techniek belooft wat voor het maken van echt kleine circuits, LED-displays en robots.

Stap 4: De regels overtreden

Om echt kleine robots te maken, moet je misschien veel van de hierboven genoemde regels overtreden. Om Mr. Cube te maken, heb ik de volgende regels overtreden:- Ik gebruikte een enkele voeding in plaats van één voor de motoren en één voor de microcontroller.2- Ik monteerde de Picaxe-microcontroller heel dicht bij een motor.3- Ik gebruikte batterijen die zijn geclassificeerd voor een laag stroomverbruik en hebben ze op veel hogere stromen uitgevoerd dan waarvoor ze waren ontworpen. Dit beperkt de levensduur van de batterijen ernstig. 4- Ik propte alle draden samen in een mengelmoes die overspraak en elektrische ruisproblemen kan veroorzaken. Ik had gewoon geluk dat dat niet het geval was.5- Ik heb het circuit op de robot aangesloten zonder eerst te breadboarden. Dit kan het debuggen van het circuit erg moeilijk maken. U kunt de Picaxe-programmeercode voor Mr. Cube downloaden op: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txtAls u geïnteresseerd bent in enkele van de andere robots die ik heb gebouwd, kunt u naar: https://www.inklesspress.com/robots.htmPic 9 toont Mr. Cube en Mr. Cube two, R-18, een 1/3 kubieke inch robot die ik ben begonnen te bouwen. Details bij stap 5.

Stap 5: Mr. Cube Two: een 1/3 Cubic Inch Robot maken

Nadat ik een robot van één kubieke inch had gemaakt die werkte, moest ik iets kleiners proberen. Ik streef naar een robot van ongeveer 1/3 kubieke inch. Op dit punt is Mr. Cube Two ongeveer 0,56" x 0,58" x.72". Hij heeft een 08 Picaxe-microcontroller waarmee hij autonoom kan bewegen. Op foto 10 staat de robot op een liniaal. Op foto 11 staat de andere kant van de robot op een kwart. De twee batterijen zijn cr1220 3 volt lithiumbatterijen en het valt nog te bezien of ze voldoende capaciteit zullen hebben om de Picaxe en de motoren van stroom te voorzien. Mogelijk zijn er meer batterijen nodig. Het is een werk in uitvoering. Dus ver de twee pagermotoren werken prima om de robot te bewegen en te draaien op gladde oppervlakken. De Picaxe-microcontroller is geïnstalleerd en is geprogrammeerd en getest. Er moeten nog de SOIC L293-motorcontroller en de infraroodreflectorsensor worden toegevoegd. wees een van de kleinste autonome robots die er zijn met sensoren en een microcontroller. Hoewel dit een kleine robot is, zijn er kleinere amateurrobots die programmeerbaar zijn? Ja inderdaad. Zie:1cc Robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico Robot:

Tweede prijs in de Instructables en RoboGames Robot Contest

Eerste prijs in de The Instructables Book Contest