Elektromechanische insecten- of klaposcillator - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Invoering

Ik volg de ontwikkeling van robotica al zo'n 10 jaar en mijn achtergrond is biologie en videografie. Deze interesses hebben mijn onderliggende passie, entomologie (de studie van insecten) omcirkeld. Insecten zijn belangrijk in veel industrieën en zijn de bron van veel inspiratie geweest. Gelukkig winnen biologie en insecten aan invloed in robotica door middel van biomimicry en synthetische biologie. Ik ben vooral enthousiast over de voortgang van insectothopters. De CIA creëerde al in de jaren 70 een vliegende insectothopter en insecten zullen een grote rol blijven spelen bij het beïnvloeden van de manier waarop problemen in robotica worden opgelost. Ik wil een artistieke methode delen om je eigen elektromechanische insectensculptuur te bouwen.

Een ambacht dat zich sterk heeft gericht op de eigenschappen van insecten, is de kunst van het vliegbinden. Vliegbinden is een methode om kunstaas te maken voor vliegvissen. Dit vaartuig maakt gebruik van een divers palet aan materialen en gereedschappen en vereist zorgvuldige aandacht voor detail, terwijl het sterk afhankelijk is van de juiste techniek om prachtige ontwerpen te voltooien.

Ik ben niet al te enthousiast geworden over 3D-printen of microcontrollers. Ik span me in om elektromechanische wezens te produceren die geen van deze technologieën gebruiken. Het lijkt erop dat het niet uitmaakt welke sensor of mechanische expressie je wilt verkennen, het moet allemaal door een microcontroller gaan. Laten we een beetje teruggaan en van ons brein een oscillator maken!

Dus wat ik je voorstel is dat we vliegbindgereedschap, materialen en techniek gebruiken als basis voor het creëren van een mooi, lichtgewicht, uniek, elektromechanisch insect. Deze BEAM-achtige kinetische sculptuur zal hopelijk je vrienden en familie inspireren om insecten en vakmanschap te waarderen.

Stap 1: Uw oscillator ontwerpen

Er zijn veel oscillatorcircuits om uit te kiezen online. Na een variëteit te hebben onderzocht, voelde ik dat de Astabiele Multivibrator de gemakkelijkste en meest "biologische" was. Dit circuit kan worden gemaakt met symmetrische of asymmetrische weerstanden, wat resulteert in iets verschillende pulsbreedtes, afhankelijk van de "kant" van het circuit waar u uw uitvoer vandaan haalt.

De componenten voor dit circuit die ik heb gekozen zijn:

Aantal: Artikel:

x1 2N4403 pnp-transistor

x1 2N3905 pnp-transistor (gespiegelde pin-out)

x2 330 Ω weerstanden

x2 22k weerstanden

x2 4.7 F 16V condensatoren

x2 lichtafhankelijke weerstanden (LDR) in 0 - 30k bereik

x1 2N4920 pnp-transistor (stuurt 1 amp aan)

x1 8+ Luidsprekerspoel

x1 Kleine niet-magnetische, niet-ingesloten reed-schakelaar

Ik wil een lage RC-tijd en kleine condensatoren, dus koos ik 22k Ω-weerstanden met 4,7 μF 16V bipolaire condensatoren. Dit resulteert in een oscillatiefrequentie van ongeveer 2 - 5 Hz.

Ik wil ook dat het circuit wordt beïnvloed door de omgeving, dus ik zet lichtafhankelijke weerstanden (LDR) in serie met de 22k-weerstanden. De schakelaar is een kleine reed-schakelaar die is getrokken uit een wegwerpcameraflitscircuit. We gebruiken deze schakelaar als gevoelige snorharen op de buik.

Stap 2: Begin met solderen

Als je die componenten gebruikt, heb je verschillende gereedschappen nodig om ze aan elkaar te solderen. We gaan geen perfboard gebruiken.

Pak twee bankschroeven, één om uw componenten vast te houden en de andere om uw soldeerbout vast te houden.

Zorg er ook voor dat u draadknippers, tangen en een model van uw circuit als referentie hebt. Ik heb een prototype gemaakt van een tweede versie van het circuit om ervoor te zorgen dat ik altijd weet welke onderdelen van de componenten waar vastzitten.

Buig de draden van de twee transistoren zodat de collector naar de zijkant buigt en de basis naar het midden buigt. Omdat de 2N4403 en de 2N3905 (afgebeeld als BC557) verschillende pin-outs hebben, moet u goed opletten waar de basis en de collector zich bevinden. Twee van dezelfde pnp-transistors kunnen worden gebruikt, maar ik hou van de chirale kwaliteit van de gespiegelde pin-out. Dit is tenslotte kunst.

Buig de condensatordraden in een rechte hoek.

Knip de kabels kort op de condensatoren, de basis van de transistor en de collectoren.

Plaats nu de transistor in je bankschroef, en breng de soldeerbout richting de gewenste soldeerdraad. Dit maakt beide handen vrij om de condensator en soldeer naar binnen te brengen en aan elkaar te bevestigen.

Herhaal deze stap zodat de basis en collectoren van elke transistor aan elke condensator worden bevestigd.

Interessant om op te merken, de bankschroef kan eigenlijk fungeren als een koellichaam voor de transistors en de architectuur van je voltooide soldeerwerk maakt deze structuur verrassend sterk.

Stap 3: Soldeer de weerstanden

Buig en knip de draden van de weerstanden zoals hierboven afgebeeld.

Plaats de weerstand van 330 Ω in de bankschroef en soldeer onze condensatortransistoreenheid aan de weerstand. Volg het schema, deze weerstand moet aansluiten waar de collector van de transistor zit.

Herhaal met de tweede weerstand van 330.

Plaats de LDR in de bankschroef en soldeer er ons kweekcircuit aan. Soldeer aan de basis van de transistor.

Herhaal met de tweede LDR.

Knip de lange draden van de LDR naar het midden.

Soldeer de 22k Ω-weerstanden op de LDR-draden zodat de weerstanden in serie staan.

Elk van de vier weerstanden moet open draden hebben die naar het midden van ons circuit wijzen (zoals afgebeeld).

Buig de draden van deze weerstanden naar hun buren, knip ze kort en soldeer ze allemaal aan elkaar. Deze weerstandsbundel maakt nu deel uit van onze grondrail.

Stap 4: Soldeerdraden en de Power PNP

Deze eenheid van condensatoren, transistors en weerstanden is onze astabiele multivibrator-oscillator. Het is in feite ons brein voor het insect. De LDR's functioneren als ogen en zullen de frequentie en pulsbreedte van onze oscillator enigszins wijzigen. Dit circuit alleen kan de luidsprekerspoel niet voeden, dus we zullen het aansluiten op Q3, onze vermogenstransistor (BD140 of 2N4920).

Soldeer de positieve raildraad aan de emitter van Q1.

Soldeer de aardraildraad aan de weerstandsbundel.

Soldeer een derde draad aan de emitter van Q2 (afgebeeld als oranje).

Soldeer deze derde draad aan de basis van Q3, de power pnp-transistor (2N4920).

Strip de positieve raildraad ongeveer 1 1/2 inch naar beneden en soldeer aan de zender van Q3.

Op dit punt neem ik graag een pauze van het solderen en breng een ruime laag heldere nagellak op het circuit aan. Dit helpt kortsluiting te voorkomen als het circuit verbogen of geplet is, en geeft het wat weerbestendigheid. Breng gerust meerdere lagen aan.

Controleer of u het circuit nergens hebt kortgesloten. Test het circuit om er zeker van te zijn dat het nog steeds werkt door de rode draad van stroom te voorzien met +9V, de zwarte of bruine draad te aarden en aan de collector van Q3 te knippen. Ik gebruik een kleine 5V-lamp of reserveluidspreker. Omdat Q3 slechts ongeveer 1 ampère aankan, moet u deze transistor niet oververhitten met te veel vermogen en te weinig weerstand. Voer uw berekeningen uit (I=V/R) uitgaande van gelijkstroom. In theorie is de gemiddelde stroom de helft van de gelijkstroom bij railspanning vanwege het pulserende effect, maar dit zal ons helpen ruimte te laten voor fouten.

Stap 5: Knip spreekspoel en soldeer uit

Neem een kleine goedkope luidspreker met werkende spreekspoel en knip deze uit. Begin met het knippen rond de rand van de luidsprekerconus en zorg ervoor dat u de klatergouddraadconnectoren eronder niet doorknipt.

Clip of desoldeer de klatergouddraadconnectoren van de mandlipjes.

Snijd de mesh-ophanging net boven de permanente magneet.

Verwijder de spreekspoel en knip het overtollige papier en gaas weg. Zorg ervoor dat u de klatergouddraadconnectoren zo lang mogelijk laat.

Vertin de uiteinden van de klatergouddraadconnectoren en soldeer er een aan de collector van Q3.

Soldeer de andere connector aan een verlengsnoer.

Strip het midden van deze nieuwe draad en soldeer deze aan de grondrail.

Stap 6: Ontwerp de vleugels

Ik heb kraanvogelvleugelpatronen uitgeprint op transparanten.

Je kunt de vleugels ook met pennen en pennen tekenen op acetaat.

Veel plezier met het kleuren van de vleugels en ze uniek en interessant te maken.

Plaats je acetaatvel op een oud tijdschrift en druk met een priem in de aderen. Wissel de voor- en achterkant af om concave en convexe plooien in het acetaat te creëren. Dit draagt niet alleen bij aan de illusie van echte insectenvleugels, maar het versterkt ook de vleugels.

Knip de vleugels uit, maar laat ze als een paar! Laat een beetje extra materiaal in het midden, zodat onze spreekspoel meer materiaal heeft om rond te duwen.

Stap 7: Bind de vleugels aan monofilament

Om te beginnen met binden, heb je ongeveer 35 lb. monofilament nodig, onze bankschroef van vroeger, een schaar, vleugels, draad en een vliegbindspoel. *Voorgestelde correctie: gebruik zwaarder monofilament of dunne draad voor deze vleugelsteunen. Het afgebeelde en gebouwde model verliest mechanische efficiëntie wanneer het monofilament naar buiten buigt tijdens de neerwaartse slag.

Snijd twee stukken van vijf centimeter lang en plaats een stuk in de bankschroef. Bind de vleugels losjes aan het monofilament in een achtvormig patroon.

Herhaal met een tweede stuk monofilament en de andere vleugel.

Ik heb een beetje lijm toegevoegd aan de knopen op elk stuk voor extra veiligheid. Zorg ervoor dat de lijm het flapperen van de vleugels niet belemmert. Dit zou moeten werken als een scharnier en het monofilament is ons steunpunt.

Stap 8: Bouw de thorax en het hoofd

In deze fase komt alles tegelijk samen.

Neem een stuk van 3 inch van 100 lb. monofilament of stijve buis en bind de draad op de lengte ervan.

Neem drie, zeven inch stukjes bloemendraad en bind ze elk in het midden langs de lengte van onze lichaamsstructuur. Dit zullen onze benen zijn.

Bind de achterste stukken van kleiner monofilament van onze vleugeleenheid net achter de achterpoten, zodat er ruimte overblijft om hun lengte later aan te passen.

Zoek een magnetische pin zoals op de afbeelding. Dit houdt onze permanente neodymiummagneet op zijn plaats.

Bind het circuit dat we hebben gebouwd op de benen / het lichaam.

Bind de magnetische pin op het lichaam achter het hoofd maar voor Q3.

Bind twee kleine hackle-veren op het lichaam net achter het hoofd, zodat ze naar voren steken als antennes (dit is puur esthetisch).

Breng de voorste stukken kleiner monofilament van de vleugeleenheid naar voren en bind ze dicht bij het hoofd op het lichaam. Trek aan elk stuk om ervoor te zorgen dat de vleugels gecentreerd zijn en boven de magneet uitsteken.

Snijd de papieren buis van de spreekspoel naar het midden zodat we het acetaat van de vleugels erin kunnen schuiven. Deze hele structuur zou boven de pin moeten zweven waar onze magneet naartoe zal gaan, dus wanneer de stroom door de spoel stroomt, trekt de magnetische kracht de vleugels naar beneden en de uiteinden van de vleugels klapperen omhoog.

Stap 9: Bouw de buik

Bind de reed-schakelaar op het achterste uiteinde van het lichaam. Dit zal het puntje van de buik zijn, waar onze gevoelige snorharen zullen zijn. Soldeer onze grondrail aan een been van de reed-schakelaar.

Soldeer een tweede kort stuk draad aan het andere been van de reed-schakelaar.

Krul de positieve raildraad om een groot oppervlak voor de batterij te creëren.

Krul het nieuwe korte stuk draad dat op de schakelaar is aangesloten om de negatieve of 0V-kant van de batterij aan te raken.

Bind een kleine 12V-batterij op de buik en maak de batterijdraden vast voor een stevige verbinding. Ik moest een paar stukken zwaar monofilament aan de buik toevoegen om te voorkomen dat de batterij naar de andere kant van de buik zou kantelen terwijl ik hem vastbond.

Test het uit! Bewegen de vleugels naar de magneet toe? Zorg ervoor dat de polariteit van de magneet correct is door de rechterhandregel van elektromagnetische stroom te volgen en een analoog kompas te gebruiken om de polariteit van uw permanente magneet vast te stellen. Als je het circuit hebt gebouwd zoals ik heb beschreven, stroomt er stroom uit de collector van Q3, door de spoel en naar de grondrail of 0V-kant van de batterij.

Om het af te maken, buig je de gebloemde draadpoten om er zo uit te zien als je wilt! Probeer een beetje lijm waar de benen het lichaam raken als ze te dun zijn. Genieten van!

Laat het me weten als je vragen hebt. Dit is zeker een kieskeurig project. Een kleine rubberen band tussen de draden van de batterij kan helpen om ze op hun plaats te houden.

Veel geluk!

Eerste prijs in de technische wedstrijd