Bouw een heel kleine robot: maak 's werelds kleinste robot op wielen met een grijper. - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:20

Bouw een robot van 1/20 kubieke inch met een grijper die kleine voorwerpen kan oppakken en verplaatsen. Het wordt bestuurd door een Picaxe-microcontroller. Op dit moment denk ik dat dit misschien wel de kleinste robot op wielen ter wereld is met een grijper. Dat zal ongetwijfeld veranderen, morgen of volgende week, als iemand iets kleiners bouwt.

Het grootste probleem bij het bouwen van echt kleine robots is de relatief grote omvang van zelfs de kleinste motoren en batterijen. Ze nemen het grootste deel van het volume van een microrobot in beslag. Ik experimenteer met manieren om uiteindelijk robots te maken die echt microscopisch klein zijn. Als tussenstap heb ik de drie kleine robots en de controller gemaakt die in dit instructable worden beschreven. Ik geloof dat deze proof-of-concept-robots met aanpassingen kunnen worden verkleind tot microscopisch kleine afmetingen. Na jarenlang kleine robots te hebben gebouwd (zie hier: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/), besloot ik de enige manier om de kleinste robots te maken mogelijk was, was om de motoren, batterijen en zelfs de Picaxe-microcontroller buiten de robot te hebben. foto 1 toont R-20 een robot van 1/20 kubieke inch op een dubbeltje. foto 1b en 1c tonen de kleinste robot op wielen die een 8-pins IC optilt en vasthoudt. ER IS EEN VIDEO in stap 3 die laat zien dat de robot een 8-pins IC oppakt en verplaatst. En nog een video in stap 5 die laat zien dat de robot een dubbeltje draait.

Stap 1: Gereedschappen en materialen

18x Picaxe microcontroller van Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro seriële servocontroller verkrijgbaar bij Polulu: https://www.pololu.com/2 servo's met hoog koppel van Polulu2 standaard servo's van Polulu.oo5" dik koper, messing of fosforbrons plaatwerk van Micromark2-1/8" x 1/16" neodymiummagneten1- 1"x1"x1" neodymiummagneet. Magneten verkrijgbaar bij: https://www.amazingmagnets.com/index.aspTelescoping messing buizen van Micromark: https://www.micromark.com/Brass pinnen van WalmartGlass kralen van Walmart1/10" glasvezel printplaat materiaal van Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear vijf minuten epoxyGeassorteerde bouten en moerenGEREEDSCHAPStangensoldeerijzerboormetalen vijlenkleine punttangPic 2 toont de gebruikte Picaxe-module. Pic 2b toont de achterkant van de Picaxe-module.

Stap 2: Bouw een robot van 1/20 kubieke inch

Bij.40"x.50"x.46" is het robotvolume van de Magbot R-20 iets minder dan 1/20 kubieke inch. Het is gemaakt door 3 doosstructuren van niet-magnetisch plaatmetaal te vouwen. De kleinste binnenste doos is aan de linkervinger van de grijper gesoldeerd. Twee kleine magneten zijn geëpoxeerd op de verticale as die buigt om de rechtervinger van de grijper te vormen die vrij roteert. Het zijn deze twee magneten die worden bestuurd door een externe bewegende roterende en draaiende magnetische veld dat alle kracht naar de robot levert. Koper of messing kan ook worden gebruikt. Ik heb oorspronkelijk kleine boren gebruikt om de lagergaten in het plaatwerk voor de roterende draadassen te boren. Nadat ik er een paar in een boormachine had gebroken, sloeg ik uiteindelijk gewoon gaten met een grote naald en hamer in het plaatwerk. Hierdoor ontstaat een kegelvormig gat dat vervolgens vlak kan worden gevijld. De gaten hoeven geen precieze maat te hebben of zelfs perfect geplaatst te zijn. Op deze kleine schaal zijn de wrijvingskrachten miniem en als je goed naar de foto's kijkt, zul je zien dat ik lange.1" standaard lange koppennen heb gebruikt die vierkant zijn, voor de assen en grijpvingers. Koperdraad kan ook worden gebruikt. De glazen kralenwielen zijn gemonteerd op koperen pennen die aan de onderkant van de robot zijn geëpoxeerd. Het is belangrijk om niet-magnetische materialen te gebruiken voor de constructie, anders wordt het vermogen en de controle van de robot nadelig beïnvloed.

Stap 3: Een robot magnetische motor

De robot heeft vier vrijheidsgraden. Het kan vooruit en achteruit gaan, naar links of rechts draaien, de grijper op en neer bewegen en de grijper openen en sluiten. Foto 4- Ik heb de vier ingebouwde motoren verplaatst die normaal nodig zijn om dit te doen door simpelweg een magneet horizontaal op te hangen op een gimbal met twee assen. Twee 1/8"x1/8"x1/16"-magneten zijn geëpoxeerd op een verticale draadschacht die is gebogen om één vinger van de grijper te vormen. De twee magneten zijn opgesteld om als één magneet te fungeren en een enkele magneetmotor te creëren Deze is gemonteerd in de kleinste doos waaraan de andere grijpervinger is gesoldeerd. De grijperdoos is op de tweede horizontale as van de cardanische ophanging gemonteerd met een 000 koperen schroef en moer. Ik heb de schroef gebruikt zodat ik hem gemakkelijk uit elkaar kon halen voor aanpassingen. Een extern magnetisch veld is gemonteerd op een CNC-type machine die het magnetische veld langs de x- en y-as kan schuiven en het horizontaal en verticaal kan draaien. Het had kunnen worden gedaan met een elektromagneet, maar ik heb ervoor gekozen om er een te gebruiken kubieke inch neodymium permanente magneet omdat het de gemakkelijkste en snelste manier is om een groot magnetisch veld in een klein volume te creëren. Pic 4c- Dus, met het noordelijke uiteinde van de kleine magneet in de robot gericht naar het grotere externe zuidelijke uiteinde van de magneet daaronder volgt de robotmagneet de beweging vrij nauwkeurig ns van het externe magnetische veld. Voor een korte video van de robot die een 8-pins IC oppikt, zie hier: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EAOf klik op onderstaande video.

Stap 4: CNC-type robotcontroller

Pic 5 toont de robotcontroller van het CNC-type. Vier servo's zorgen voor bewegingen naar de neodymiummagneet van één kubieke inch die de op de cardanische ophanging gemonteerde magneet in de robot volgt. Voor de x- en y-as trekt een servo met hoog koppel met een katrol en visgeleider aan het glasvezelplatform. Een veer verzet zich tegen de beweging. Het platform rust op twee telescopische koperen buizen die als lineaire geleiding fungeren. Kunststof lagers gemaakt van een kunststof snijplank, aan weerszijden van de lineaire geleidingen, houden het platform waterpas. Deze specifieke robotcontroller heeft een beperkt bereik van enkele kubieke centimeters. Dit zou uiteindelijk meer dan voldoende moeten blijken om echt microscopisch kleine robots te besturen, die misschien maar een bereik van enkele kubieke centimeters nodig hebben.

Stap 5: Magnetisch robotcircuit

De robotcontroller bestaat uit een Picaxe-microcontroller die is geprogrammeerd om de robot een reeks bewegingen te geven. Ik vind de Picaxe de gemakkelijkste en snelste microcontroller om aan te sluiten en te programmeren. Hoewel het langzamer is dan een standaard Pic Micro of Arduino, is het meer dan snel genoeg voor de meeste experimentele robots. Voor andere Picaxe-projecten zie hier: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmEn hier: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ De Picaxe bestuurt de robot door opdrachten serieel naar een Polulu micro seriële servocontroller te sturen. De Polulu-controller is erg klein en kan continu tot 8 servo's vasthouden in elke positie waarin ze worden geplaatst. Met eenvoudige commando's van de Picaxe kunt u eenvoudig de positie, snelheid en richting van de servo's regelen. Ik zou deze controller ten zeerste aanbevelen voor alle soorten servo-gebaseerde robots. Het schema laat zien hoe de vier servo's zijn aangesloten. Servo 0 en 1 geleiden de 1 -magneet langs de X- en Y-as. Servo 2 is een continu roterende servo die de magneet meer dan 360 graden kan draaien. Servo 3 kantelt de magneet iets naar voren en naar achteren om de grijper te laten zakken en op te tillen. een korte video van de robot die een dubbeltje draait, zie hier: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgOr klik op video hieronder:

Stap 6: Robotbesturingssoftware

Hier is het softwareprogramma voor de Picaxe-microcontroller. Het stuurt voorgeprogrammeerde sequenties naar de Polulu-servocontroller die de magneet in de 3D-ruimte beweegt om de robot te besturen. Met kleine aanpassingen kan het ook worden gebruikt om een Basic Stamp two te programmeren. Om de Picaxe te programmeren vond ik het nodig om Pin 3 (seriële uitgang) los te koppelen van de servocontroller. Anders zou het programma niet van de pc worden gedownload. Ik vond het ook nodig om pin drie los te koppelen van de servocontroller bij het inschakelen van de circuits, om te voorkomen dat de servocontroller vastloopt. Toen, na een seconde of zo, heb ik pin 3 opnieuw aangesloten. 'Programma voor R-20 magrobot-pickup-sequentie met behulp van een polulu-servocontroller high 3' seriële output pinpauze 7000 'ingesteld op 0 positionerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'positie s1 13-24-35 linksom serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'positie s0 c-clockpause 7000 ' level magneterout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $04, 3, 23, 127) 'positie midpauze 1000' vooruit lange servo1serout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 21, 127) 'positie met de klok meepauze 1500' grip 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 rotatiepauze 700' vooruit shortserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 13, 127) 'positie klokpauze 1000' grip upserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 23, 127) 'position midpointpause 700' sla rechtsaf 90serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) ' slow speed klokpauze 470serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotatiepauze 1000' forwarderout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 13, 12) 'positie s0 pauze 1500' grip downserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 25, 12) 'position midpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'langzame snelheid c-rechtsompauze 50serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotatiepauze 400' backupserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'positie s0 c-clockpause 700' grip upserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 22, 12) 'positie midpauze 1000pauze 6000' ingesteld op 0 positieserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 35, 127) 'positie s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'positie s0 c-clockloop:goto loop

Stap 7: Sensoren toevoegen

Deze robot heeft geen sensoren. Om echt nuttig te zijn als robotmanipulator van kleine objecten, zou het een voordeel zijn om een feedbacklus naar de microcontroller te hebben van verschillende real-world sensoren. Om te voorkomen dat er een stroomvoorziening aan boord komt, zou gebruik kunnen worden gemaakt van lichtsensoren. Laser- of infraroodlicht kan naar de bovenkant van de robot worden geleid en mechanische reflectoren of blokkers kunnen worden aangesloten op aanraaksensoren, druksensoren of temperatuursensoren en variabele reflectie die wordt uitgelezen door fotocellen of een videocamera. Een andere mogelijkheid is om RFID-technologie te gebruiken om een puls uitzenden die de elektronica van de robot aandrijft om terug te keren in plaats van een identificatienummer, een reeks bits die variaties in aanraking of andere sensoren vertegenwoordigen.

Stap 8: Andere magnetisch aangedreven robots

Robots die worden bestuurd door magnetische velden van verschillende typen zijn niets nieuws. Sommige zijn microscopisch en sommige zijn groter, zodat ze medisch in een menselijk lichaam kunnen worden ingezet. Sommige gebruiken computergestuurde elektromagneten en sommige gebruiken beweegbare permanente magneten. Hier zijn enkele links naar enkele van de beste en kleinste experimentele magnetische robots waar onderzoekers aan werken. Vliegende magneetrobot op een cent. Hoewel hij niet echt vliegt, zweeft hij in een computergestuurd magnetisch veld, net als dat speelgoed dat een kleine bol van de aarde. Het heeft ook een grijper die uitzet wanneer deze wordt verwarmd met een laser en grijpt wanneer deze afkoelt. Helaas zijn de magnetische noord- en zuidkanten van de robot verticaal, dus er is geen manier om de rotatiespin te regelen om de grijper precies te oriënteren. Het is iets groter dan de kleinste robot die ik heb gemaakt en die wordt getoond in stap 9. https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.htmlZwemmagneetrobotEen echt microscopisch kleine robot die een spiraal is met aan één uiteinde een magneet. Met een extern draaiend en roterend magnetisch veld kan het in elke richting worden gericht en onder water zwemmen.https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0918085333.htmBestuurbare camerapil door magneten.https://www. spectrum.ieee.org/aug08/6469Medische robots.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp?x=5464Magnetisch bestuurde camera.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Hier zijn enkele microscopische magnetisch gestuurde grijpers die chemisch of door warmte kunnen worden geactiveerd.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm Helaas kunnen deze microgrijpers niet worden los grijpen. Ze zijn dus meer een microscopisch kleine berenval dan een volledig functionele grijper.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January /13010901.asppic 10 toont de Magbots R-19, R-20 en R-21, de drie robots die ik voor deze experimenten heb gemaakt. De kleinste werd kleiner gemaakt door één draaipunt en de wielen weg te laten. Een draadstaart zorgt ervoor dat hij niet achterover kantelt.

Stap 9: Nog kleinere robots bouwen

Pic 11 toont de Magbot R-21, de kleinste magnetisch aangedreven robot met een functionele grijper die ik tot nu toe heb gemaakt. Bij 0,22"x.20"x.25" is het ongeveer 1/100 kubieke inch. Door de wielen en één draaipunt (gimbal) te elimineren, is de robot veel kleiner dan de versie met wielen. Hij schuift op het metaal frame niet zo soepel als die met wielen. Door de draadstaart kan de robot achteruit schommelen om de grijper op te tillen. Een dergelijke configuratie zou kunnen worden gebruikt om een robot van microscopisch formaat te maken. Het probleem op dit punt is om ofwel conventionele IC te gebruiken technologie om mechanische dunne-filmstructuren te maken, of om een ander alternatief te bedenken voor het maken van microscopische structuren. Ik werk eraan. Deze kleine robots vertegenwoordigen een van de gemakkelijkste manieren om veel beweging in een kleine ruimte te krijgen. Er zijn veel andere mogelijke configuraties van magneten aan boord en externe magnetische velden die zeer interessante robots kunnen opleveren. Bijvoorbeeld het gebruik van meer dan drie of meer roterende of zwenkbare magneten op een robot, kan leiden tot meer vrijheidsgraden en nauwkeurigere manipulatie van de grijper.

Eerste prijs in de wedstrijd in zakformaat