Электромеханическое насекомое или хлопающий осциллятор: 9 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

Вступление

Я слежу за развитием робототехники около 10 лет, и у меня биология и видеография. Эти интересы окружали мою основную страсть - энтомологию (изучение насекомых). Насекомые имеют большое значение во многих отраслях и являются источником огромного вдохновения. К счастью, биология и насекомые приобретают все большее влияние в робототехнике благодаря биомимикрии и синтетической биологии. Я особенно взволнован прогрессом инсектофоптеров. ЦРУ создало летающий инсектооптер еще в 1970-х годах, и насекомые будут продолжать играть большую роль, влияя на то, как решаются проблемы в робототехнике. Хочу поделиться художественным методом создания собственной электромеханической скульптуры насекомых.

Одно из ремесел, в котором особое внимание уделяется свойствам насекомых, - это искусство вязания мух. Fly Tying - это метод создания приманок для нахлыстовой рыбалки. В этом ремесле используется разнообразная палитра материалов и инструментов, и требуется тщательное внимание к деталям, при этом в значительной степени полагаясь на правильную технику для создания красивых дизайнов.

Я не слишком увлекся 3D-печатью или микроконтроллерами. Я прилагаю усилия для создания электромеханических существ, которые не используют ни одну из этих технологий. Кажется, что независимо от того, какой датчик или механическое выражение вы хотите исследовать, все это должно проходить через микроконтроллер. Давайте вернемся немного назад и сделаем наш мозг осциллятором!

Я предлагаю вам использовать инструменты, материалы и технику для вязания мух в качестве основы для создания красивого, легкого, уникального электромеханического насекомого. Мы надеемся, что эта кинетическая скульптура в виде ЛУЧА вдохновит ваших друзей и семью на ценить насекомых и мастерство.

Шаг 1: проектирование осциллятора

Есть много схем генераторов на выбор в Интернете. Изучив разнообразие, я почувствовал, что самым простым и «органичным» был Astable Multivibrator. Эта схема может быть создана с симметричными резисторами или асимметричными, что приводит к немного разной ширине импульса, в зависимости от того, с какой «стороны» схемы вы получаете выходной сигнал.

Я выбрал следующие компоненты для этой схемы:

Кол-во: Товар:

x1 2N4403 pnp транзистор

Транзистор pnp x1 2N3905 (вывод с зеркальным отображением)

x2 резисторы 330 Ом

x2 резисторы 22 кОм

x2 4,7 мкФ 16 В конденсаторы

x2 легкозависимых резистора (LDR) в диапазоне 0-30 кОм

x1 2N4920 транзистор pnp (обрабатывает 1 ампер)

x1 8+ Ом Катушка динамика

x1 Небольшой немагнитный герконовый переключатель без корпуса

Мне нужно малое время RC и небольшие конденсаторы, поэтому я выбрал резисторы 22 кОм с биполярными конденсаторами 4,7 мкФ 16 В. Это приводит к частоте колебаний примерно 2-5 Гц.

Я также хочу, чтобы на схему влияла окружающая среда, поэтому я поставил резисторы, зависимые от света (LDR), последовательно с резисторами 22 кОм. Переключатель представляет собой небольшой геркон, вытаскиваемый из цепи одноразовой вспышки камеры. Мы будем использовать этот переключатель в качестве чувствительных усов на животе.

Шаг 2: Начните пайку

Используя эти компоненты, вам понадобится несколько инструментов, чтобы спаять их вместе. Мы не будем использовать перфокарт.

Возьмите две тиски, одну для удержания компонентов, а другую для паяльника.

Кроме того, убедитесь, что у вас есть кусачки, плоскогубцы и модель вашей схемы для справки. Я создал прототип второй версии схемы, чтобы всегда знать, какие части компонентов к чему прикрепляются.

Согните выводы двух транзисторов так, чтобы коллектор загибался в сторону, а база загибалась к середине. Поскольку 2N4403 и 2N3905 (обозначенные как BC557) имеют разные выводы контактов, внимательно следите за тем, где находятся база и коллектор. Можно использовать два одинаковых pnp-транзистора, но мне нравится хиральность зеркального вывода. Ведь это искусство.

Согните выводы конденсатора под прямым углом.

Обрежьте провода конденсаторов, базы и коллектора транзистора.

Теперь поместите транзистор в тиски и поднесите паяльник к желаемому выводу для пайки. Это освободит обе руки, чтобы вставить конденсатор и припой и соединить их вместе.

Повторите этот шаг, чтобы база и коллекторы каждого транзистора подключились к каждому конденсатору.

Интересно отметить, что тиски могут фактически служить радиатором для транзисторов, а архитектура вашей готовой пайки делает эту структуру на удивление прочной.

Шаг 3: припаиваем резисторы

Согните и обрежьте выводы резисторов, как показано на рисунке выше.

Поместите резистор 330 Ом в тиски и припаяйте наш конденсаторный транзисторный блок к резистору. Следуйте схеме, этот резистор должен быть установлен там, где находится коллектор транзистора.

Повторите то же самое со вторым резистором 330 Ом.

Поместите LDR в тиски и припаяйте к нему нашу растущую схему. Припаиваем к базе транзистора.

Повторите то же самое со вторым LDR.

Обрежьте длинные выводы LDR по направлению к центру.

Припаяйте резисторы 22 кОм к выводам LDR таким образом, чтобы резисторы были включены последовательно.

Каждый из четырех резисторов должен иметь открытые выводы, направленные в центр нашей схемы (как показано на рисунке).

Согните выводы этих резисторов по направлению к их соседям, обрежьте их и спаяйте все вместе. Этот пучок резисторов теперь является частью нашей шины заземления.

Шаг 4: припой проводов и силовой PNP

Этот блок конденсаторов, транзисторов и резисторов является нашим нестабильным мультивибрационным генератором. По сути, это наш мозг для насекомого. LDR функционируют как глаза и немного изменяют частоту и ширину импульса нашего генератора. Сама по себе эта схема не может питать катушку динамика, поэтому мы подключим ее к Q3, нашему силовому транзистору (BD140 или 2N4920).

Припаяйте провод положительной шины к эмиттеру Q1.

Припаяйте провод шины заземления к жгуту резисторов.

Припаяйте третий провод к эмиттеру Q2 (на фото оранжевый).

Припаяйте этот третий провод к базе Q3, силового pnp-транзистора (2N4920).

Зачистите провод положительной шины примерно на 1 1/2 дюйма и припаяйте к эмиттеру Q3.

На этом этапе я предпочитаю сделать перерыв в пайке и нанести на схему обильный слой прозрачного лака для ногтей. Это поможет предотвратить короткое замыкание, если цепь изогнута или сдавлена, а также защитит ее от атмосферных воздействий. Смело наносите несколько слоев.

Убедитесь, что цепь нигде не замкнута. Проверьте цепь, чтобы убедиться, что она все еще работает, запитав красный провод напряжением +9 В, заземлив черный или коричневый провод и подключив его к коллектору Q3. Я использую крошечную лампу на 5 В или запасной динамик. Поскольку Q3 может обрабатывать только около 1 А, не перегревайте этот транзистор слишком большой мощностью и слишком маленьким сопротивлением. Сделайте свои расчеты (I = V / R), принимая постоянный ток. Теоретически средний ток составляет половину постоянного тока при напряжении шины из-за эффекта пульсации, но это поможет нам оставить место для ошибки.

Шаг 5: Вырежьте звуковую катушку и припой

Возьмите небольшую дешевую колонку с исправной звуковой катушкой и вырежьте ее. Начните с обрезки края конуса динамика и убедитесь, что не порезали провода с мишурой под ним.

Зажмите или отсоедините соединители проволоки с мишурой от выступов корзины.

Обрежьте подвес из сетки чуть выше постоянного магнита.

Снимите звуковую катушку и обрежьте лишнюю бумагу и сетку. Обязательно оставьте соединители проводов с мишурой как можно дольше.

Залудите кончики соединителей мишурных проводов и припаяйте один к коллектору Q3.

Другой разъем припаяйте к удлинительному проводу.

Зачистите центр этого нового провода и припаяйте его к шине заземления.

Шаг 6: создайте крылья

Распечатал выкройки крыльев журавля на прозрачную пленку.

Вы также можете нарисовать крылья ручками и фломастерами на ацетате.

Получайте удовольствие, раскрашивая крылья и делая их уникальными и интересными.

Положите ацетатный лист на старый магазин и прижмите шилом вены. Чередуйте переднюю и заднюю части, чтобы создать вогнутые и выпуклые складки на ацетате. Это не только создает иллюзию настоящих крыльев насекомого, но и укрепляет крылья.

Вырежьте крылья, но оставьте их парой! Оставьте немного лишнего материала в центре, чтобы у нашей звуковой катушки было больше материала, который можно было бы перемещать.

Шаг 7: привяжите крылья к моноволокну

Чтобы начать вязание, вам понадобится около 35 фунтов моноволокна, наши предыдущие тиски, ножницы, крылья, нить и шпулька для вязания мух. * Предлагаемое исправление: используйте более толстую мононить или тонкую проволоку для этих опор крыла. Изображенная и построенная модель теряет механическую эффективность, когда моноволокно выгибается наружу во время движения вниз.

Отрежьте два куска длиной пять дюймов и поместите один кусок в тиски. Свободно привяжите крылья к моноволокну в виде восьмерки.

Повторите то же самое со вторым куском мононити и другим крылом.

Я добавил немного клея на узлы на каждой детали для дополнительной безопасности. Убедитесь, что клей не мешает крыльям взмахивать крыльями. Предполагается, что он действует как шарнир, а моноволокно является нашей точкой опоры.

Шаг 8: Создайте грудную клетку и голову

На этом этапе все складывается одновременно.

Возьмите трехдюймовый кусок моноволокна или жесткой трубки весом 100 фунтов и намотайте на него нить.

Возьмите три семидюймовых куска цветочной проволоки и свяжите каждый в центре по всей длине нашего тела. Это будут наши ноги.

Свяжите задние части меньшего моноволокна нашего крыла сразу за задними лапами, оставив место для корректировки их длины позже.

Найдите магнитную булавку, подобную изображенной на картинке. Это будет удерживать наш постоянный неодимовый магнит на месте.

Привяжите построенную нами схему к ногам / телу.

Привяжите магнитный штифт к телу за головой, но перед Q3.

Привяжите два маленьких перышка к телу сразу за головой так, чтобы они торчали вперед, как антенны (это чисто эстетично).

Вынесите передние части меньшей мононити из крыла вперед и привяжите их к туловищу ближе к голове. Потяните за каждую деталь, чтобы убедиться, что крылья находятся по центру и поднимаются над магнитом.

Обрежьте бумажную трубку звуковой катушки по направлению к центру, чтобы мы могли вставить внутрь нее ацетат крыльев. Вся эта конструкция должна парить над штырем, куда пойдет наш магнит, поэтому, когда ток проходит через катушку, магнитная сила тянет крылья вниз, а кончики крыльев взмахивают вверх.

Шаг 9: создайте брюшную полость

Привяжите язычок к задней части туловища. Это будет верхушка живота, где будут находиться наши чувствительные усы. Припаяйте нашу заземляющую шину к одной ножке язычкового переключателя.

Припаяйте второй короткий кусок проволоки к другой ножке геркона.

Согните провод положительной шины, чтобы обеспечить большую площадь поверхности для аккумулятора.

Согните новый короткий провод, подключенный к переключателю, чтобы коснуться отрицательной стороны батареи или стороны 0 В.

Привяжите небольшую батарею 12 В к животу и закрепите провода батареи, чтобы обеспечить надежное соединение. Мне пришлось накинуть на живот несколько кусков тяжелой мононити, чтобы батарея не перевернулась на противоположную сторону живота, когда я ее завязывал.

Проверьте это! Крылья движутся к магниту? Убедитесь, что полярность магнита правильная, следуя правилу правой руки электромагнитного тока и используя аналоговый компас, чтобы установить полярность вашего постоянного магнита. Если вы построили схему, как я описал, ток течет через коллектор Q3 через катушку в сторону заземляющей шины или стороны 0 В батареи.

В завершение согните ножки из проволоки в цветочек, чтобы они выглядели так, как вам хочется! Попробуйте немного клея в месте соединения ножек с телом, если они слишком хлипкие. Наслаждаться!

Пожалуйста, дай мне знать, если возникнут какие-либо вопросы. Это определенно привередливый проект. Небольшая резинка между выводами аккумулятора поможет удержать их на месте.

Удачи!

Первый приз в техническом конкурсе