Создайте очень маленького робота: сделайте самого маленького в мире колесного робота с захватом: 9 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:55

Постройте робота объемом 1/20 куб. Дюйма с захватом, который может поднимать и перемещать мелкие предметы. Он управляется микроконтроллером Picaxe. На данный момент я считаю, что это может быть самый маленький в мире колесный робот с захватом. Это, несомненно, изменится завтра или на следующей неделе, когда кто-то построит что-то меньшее.

Основная проблема при создании действительно маленьких роботов - это относительно большой размер даже самых маленьких двигателей и батарей. Они занимают большую часть объема микроробота. Я экспериментирую со способами сделать роботов действительно микроскопическими. В качестве промежуточного шага я сделал трех крошечных роботов и контроллер, описанные в этой инструкции. Я считаю, что с помощью модификаций эти доказательства концепции роботов можно было бы уменьшить до микроскопических размеров. После многих лет создания маленьких роботов (см. Здесь: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/) я решил, что единственный способ создать самых маленьких роботов Возможно, двигатели, батареи и даже микроконтроллер Picaxe были внешними по отношению к роботу. На рис. 1 показан R-20 - робот размером 1/20 куб. дюйма на десять центов. На рис. 1b и 1c показан самый маленький колесный робот, поднимающий и удерживающий 8-контактную ИС. ЕСТЬ ВИДЕО на шаге 3, в котором показано, как робот берет 8-контактную ИС и перемещает ее. И еще одно видео на шаге 5, в котором показано, как робот включает монету.

Шаг 1. Инструменты и материалы

Микроконтроллер Picaxe 18x от Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Микроконтроллер последовательного сервопривода, доступный от Polulu: https://www.pololu.com/ 2 сервопривода с высоким крутящим моментом от Polulu2 стандартные сервоприводы от Polulu. листовой металл из латуни или фосфористой бронзы от Micromark2- неодимовые магниты 1/8 "x 1/16" 1-1 "x1" x1 "неодимовый магнит. Магниты доступны по адресу: https://www.amazingmagnets.com/index.asp Телескопические латунные трубки от Micromark: https://www.micromark.com/ Медные штифты от Walmart Стеклянные бусины от Walmart Стекловолоконные платы размером 1/10 дюйма от Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear пятиминутная эпоксидная смолаАссортированные гайки и болтыИнструментыНожницы для пайки металлического напильника для пайки металлорежущих плоскогубцев

Шаг 2. Создайте робота размером 1/20 куб. Дюйма

При размере 0,40 x 50 x 46 дюймов объем робота Magbot R-20 составляет чуть менее 1/20 кубического дюйма. Он состоит из трех коробчатых конструкций из немагнитного листового металла. Самая маленькая внутренняя часть коробка припаяна к левому пальцу захвата. два небольших магнита прикреплены эпоксидной смолой к вертикальному валу, который изгибается, образуя правый палец захвата, который свободно вращается. Эти два магнита управляются внешним движущимся вращающимся и вращающимся магнитом. поле, которое обеспечивает всю мощность робота. Я использовал листовой металл из фосфористой бронзы толщиной 0,005 дюйма для коробчатых конструкций, потому что его можно паять, и он легко окисляется или тускнеет. Также можно использовать медь или латунь. Первоначально я использовал небольшие сверла, чтобы просверлить отверстия под подшипники в листе металла для вращающихся валов с проволокой. После того, как я сломал несколько из них на сверлильном станке, я закончил тем, что просто пробил отверстия большой иглой и молотком в листовой металл. Это создает отверстие в форме конуса, которое затем можно опилить. Отверстия не обязательно должны быть точного размера или даже идеально размещенными. В таком маленьком масштабе силы трения ничтожны, и если вы внимательно посмотрите на изображения, вы увидите, что я использовал длинные 0,1-дюймовые стандартные длинные штифты заголовка, которые имеют квадратную форму, для валов и пальцев захвата. Также можно использовать медную проволоку. Колеса со стеклянными шариками были установлены на латунных шпильках, прикрепленных эпоксидной смолой к нижней части робота. Важно использовать немагнитные материалы для конструкции, иначе это может отрицательно повлиять на мощность и управляемость робота.

Шаг 3. Магнитный двигатель робота

Робот имеет четыре степени свободы. Он может двигаться вперед и назад, вращаться влево или вправо, перемещать захват вверх и вниз, а также открывать и закрывать захват. Рисунок 4 - Я переместил четыре бортовых мотора, которые обычно необходимы для этого, просто подвешивая магнит горизонтально на двухосном кардане. Два магнита размером 1/8 "x1 / 8" x1 / 16 "прикреплены эпоксидной смолой к вертикальному стержню из проволоки, который изгибается, образуя один палец захвата. Два магнита выстроены в линию, чтобы действовать как один магнит и создать двигатель с одним магнитом.. Он установлен в самой маленькой коробке, к которой припаян другой палец захвата. Коробка захвата крепится ко второй горизонтальной оси кардана с помощью латунного винта и гайки 000. Я использовал винт, чтобы я мог легко разобрать его. Для регулировки. Внешнее магнитное поле установлено на станке с ЧПУ, который может перемещать магнитное поле по осям x и y и вращать его по горизонтали и вертикали. Это можно было бы сделать с помощью электромагнита, но я решил использовать один кубический дюйм неодимового постоянного магнита, потому что это самый простой и быстрый способ создать большое магнитное поле в небольшом объеме. под ним магнит робота довольно точно следует за движением нс внешнего магнитного поля. Чтобы посмотреть короткое видео о том, как робот поднимает 8-контактную ИС, см. здесь: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EAOили нажмите на видео ниже.

Шаг 4: Робот-контроллер с ЧПУ

На рис. 5 показан контроллер робота с ЧПУ. Четыре сервопривода обеспечивают движение неодимового магнита объемом один кубический дюйм, за которым следует магнит, установленный на подвесе в роботе. Для осей x и Y сервопривод с высоким крутящим моментом со шкивом и поводком тянет платформу из стекловолокна. Пружина противодействует движению. Платформа опирается на две выдвижные латунные трубки, которые действуют как линейные направляющие. Пластиковые подшипники, сделанные из пластиковой разделочной доски, по обе стороны от линейных направляющих, удерживают платформу ровно. Этот конкретный контроллер робота имеет ограниченный диапазон в несколько кубических дюймов. В конечном итоге этого должно быть более чем достаточно для управления по-настоящему микроскопическими роботами, которым может потребоваться всего несколько кубических сантиметров.

Шаг 5: Магнитная схема робота

Контроллер робота состоит из микроконтроллера Picaxe, который запрограммирован на обеспечение последовательности движений робота. Я считаю Picaxe самым простым и быстрым микроконтроллером для подключения и программирования. Хотя он медленнее, чем стандартные Pic Micro или Arduino, его более чем достаточно для большинства экспериментальных роботов. Информацию о других проектах Picaxe можно найти здесь: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmA и здесь: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Picaxe управляет роботом, поочередно отправляя команды сервоконтроллеру Polulu. Контроллер Polulu очень мал и может непрерывно удерживать до 8 сервоприводов в любом положении, в котором они установлены. Простые команды от Picaxe позволяют легко управлять положением, скоростью и направлением сервоприводов. Я настоятельно рекомендую этот контроллер для всех видов роботов на основе сервоприводов. На схеме показано, как подключены четыре сервопривода. Сервоприводы 0 и 1 направляют магнит размером 1 дюйм вдоль осей X и Y. Сервопривод 2 - это непрерывно вращающийся сервопривод, который может вращать магнит более чем на 360 градусов. Сервопривод 3 слегка наклоняет магнит вперед и назад, чтобы опустить и поднять захват. короткое видео робота, включающего монету, смотрите здесь: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgИли нажмите на видео ниже:

Шаг 6: программное обеспечение контроллера робота

Вот программа для микроконтроллера Picaxe. Он отправляет предварительно запрограммированные последовательности сервоконтроллеру Polulu, который перемещает магнит в трехмерном пространстве для управления роботом. С небольшими изменениями его также можно было использовать для программирования Basic Stamp 2. Чтобы запрограммировать Picaxe, я счел необходимым отключить контакт 3 (последовательный выход) от сервоконтроллера. В противном случае программа не загружалась бы с ПК. Я также счел необходимым отсоединить третий контакт сервоконтроллера при включении цепей, чтобы предотвратить блокировку сервоконтроллера. Затем, примерно через секунду, я повторно подключил контакт 3: «Программа для последовательности захвата магроботов R-20 с использованием сервоконтроллера poluluhigh 3», «Пауза последовательного вывода 7000» установлена на 0 позицию, выход 3, t2400, (80 долларов, 01 доллара, 04 доллара, 1, 35, 127) 'позиция s1 13-24-35 против часовой стрелкиserout 3, t2400, (80 $, $ 01, $ 04, 0, 35, 127)' позиция s0 c-clockpause 7000 'уровень магнитного выхода 3, t2400, (80 $, 01 $, $ 04, 3, 23, 127) 'позиция midpause 1000' продвинуть вперед длинный servo1serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 21, 127) 'позиция по часовой стрелке, пауза 1500' захватить вниз, выход 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 26, 127) 'позиция downpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'медленная пауза тактовой частоты 50serout 3, t2400, (80 $, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'остановить серво 2 rotatepause 700' продвинуть вперед shortserout 3, t2400, (80 $, 01 $, 04 $, 1, 13, 127) 'position clockpause 1000' захватить upserout 3, t2400, (80 $, 01 $, 04 $, 3, 23, 127) 'позиция midpointpause 700' повернуть направо 90serout 3, t2400, (80 $, 01 $, 04, 2, 25, 1) 'медленная тактовая пауза 470serout 3, t2400, (80 $, 01 $, 00 $, 2, 0, 127) 'остановить вращение сервопривода 2pause 1000' forwardserout 3, t2400, (80 $, $ 01, $ 04, 0, 13, 12) 'position s0 pause 1500' grip downserout 3, t2400, (80 $, 01 $, 04 $, 3, 25, 12) 'позиция midpause 2000' закрытый захват 3, t2400, (80 $, 01 $, 04 $, 2, 25, 1) 'медленная скорость c по часовой стрелке пауза 50serout 3, t2400, (80 $, 01 $, 00, 2, 0, 127) 'остановить вращение сервопривода 2pause 400' backupserout 3, t2400, (80 $, 01 $, 04 $, 0, 35, 127) 'position s0 c-clockpause 700' grip upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 22, 12) 'position midpause 1000pause 6000' установлен на 0 positionserout 3, t2400, (80 $, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'position s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, (80 $, 01 $, 04 $, 0, 35, 127) 'позиция s0 c-clockloop: goto loop

Шаг 7: Добавление датчиков

У этого робота нет датчиков. Чтобы быть действительно полезным в качестве робота-манипулятора небольших объектов, было бы полезно иметь петлю обратной связи с микроконтроллером от различных датчиков реального мира. Чтобы избежать включения источника питания на борту, можно использовать световые датчики. Лазерный или инфракрасный свет может быть направлен на верхнюю часть робота, а механические отражатели или блокираторы могут быть подключены к сенсорным датчикам, датчикам давления или датчикам температуры, а переменная отражательная способность, считываемая фотоэлементами или видеокамерой. Другой возможностью является использование технологии RFID для передать импульс, который заставляет электронику робота возвращать вместо идентификационного номера последовательность битов, которые представляют изменения касания или других датчиков.

Шаг 8: Другие роботы с магнитным приводом

В роботах, управляемых магнитными полями разного типа, нет ничего нового. Некоторые из них микроскопические, а некоторые больше, поэтому их можно использовать в медицинских целях в человеческом теле. Некоторые используют управляемые компьютером электромагниты, а некоторые используют подвижные постоянные магниты. Вот несколько ссылок на некоторых из лучших и самых маленьких экспериментальных магнитных роботов, над которыми работают исследователи. Летающий магнитный робот на копейке. Хотя он на самом деле не летает, он парит в управляемом компьютером магнитном поле, во многом как те игрушки, которые подвешивают маленький глобус земли. Он также имеет захват, который расширяется при нагревании лазером, а затем захватывает его при охлаждении. К сожалению, северный и южный магнитные концы роботов расположены вертикально, поэтому невозможно контролировать вращательное вращение, чтобы точно ориентировать захват. Он немного больше самого маленького созданного мной робота, показанного на шаге 9. https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htm https://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.htmlПлавательный магнитный роботПоистине микроскопический робот, представляющий собой спираль с магнитом на одном конце. Благодаря внешнему вращающемуся магнитному полю он может быть направлен в любом направлении и плавать под водой. Http://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0918085333.htm Управляемая камера с помощью магнитов. Spectrum.ieee.org/aug08/6469 Медицинские роботы. https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp? x = 5464 Камера с магнитным управлением. https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 / Controlled_pill_camera_is_created / UPI-60051212691495 / Вот несколько микроскопических захватов с магнитным управлением, которые можно активировать химическим или тепловым способом. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm К сожалению, эти микрозахваты не могут освободиться, если схватить. Так что они больше похожи на микроскопическую ловушку для медведей, чем на полностью функциональный захват. Http://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htm https://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January. /13010901.asppic 10 показывает Magbots R-19, R-20 и R-21, три робота, которые я сделал для этих экспериментов. Самый маленький был уменьшен за счет исключения одной оси и колес. Хвост из проволоки предохраняет его от опрокидывания назад.

Шаг 9: создание роботов еще меньшего размера

На рис. 11 показан Magbot R-21, самый маленький робот с магнитным приводом и функциональным захватом, который я сделал до сих пор. При размере 0,22 x 20 x 25 дюймов это составляет около 1/100 кубического дюйма. За счет исключения колес и одной точки поворота (кардана) робот намного меньше, чем версия на колесах. Он скользит по металлу. рама не такая гладкая, как та, что с колесами. Проволочный хвост позволяет роботу качаться назад, чтобы поднять захват. Такая конфигурация может быть использована для создания робота микроскопических размеров. Проблема на данном этапе состоит в том, чтобы использовать обычную ИС. технологии для создания тонкопленочных механических структур, или чтобы придумать какую-либо другую альтернативу для создания микроскопических структур. Я работаю над этим. Эти маленькие роботы представляют собой один из самых простых способов получить много движения в небольшом пространстве. Есть много другие возможные конфигурации встроенных магнитов и внешних магнитных полей, которые могут создавать очень интересных роботов. Например, использование более трех или более вращающихся или поворотных магнитов на роботе может привести к большему количеству степеней свободы и более точному манипулированию захватом.

Первое место в конкурсе карманных размеров