Chế tạo rô bốt nhỏ: Chế tạo rô bốt Sumo siêu nhỏ 1 inch khối và nhỏ hơn: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Dưới đây là một số chi tiết về việc xây dựng các robot và mạch điện tí hon. Tài liệu hướng dẫn này cũng sẽ bao gồm một số mẹo và kỹ thuật cơ bản hữu ích trong việc chế tạo robot ở mọi kích thước. Điều tuyệt vời về thiết bị điện tử là các thành phần ngày càng nhỏ hơn, rẻ hơn và hiệu quả hơn với tốc độ cực kỳ nhanh. Hãy tưởng tượng nếu công nghệ ô tô là như vậy. Thật không may, hệ thống cơ khí tại thời điểm này, không phát triển nhanh như điện tử. Điều này dẫn đến một trong những khó khăn chính trong việc chế tạo robot rất nhỏ: cố gắng vừa vặn trong một không gian nhỏ, hệ thống cơ học di chuyển robot. Hệ thống cơ học và pin có xu hướng chiếm phần lớn âm lượng của một robot thực sự nhỏ. Pic1 cho thấy Mr. Cube R-16, một robot sumo siêu nhỏ một inch khối có khả năng phản ứng với môi trường của nó bằng râu dây âm nhạc (bội chuyển). Nó có thể di chuyển và khám phá chu vi của một chiếc hộp nhỏ. Nó có thể được điều khiển từ xa bằng điều khiển từ xa hồng ngoại của TV đa năng được thiết lập cho TV Sony. Nó cũng có thể được lập trình sẵn vi điều khiển Picaxe với các mẫu phản ứng. Chi tiết bắt đầu từ bước 1.

Bước 1: Các thành phần của Robot một inch khối

Mr cube R-16, là robot thứ mười sáu mà tôi đã chế tạo. Đây là một rô-bốt một inch khối có kích thước 1 "x1" x1 ". Nó có khả năng thực hiện hành vi tự lập trình hoặc có thể được điều khiển từ xa. Nó không có nghĩa là bất cứ thứ gì rất thực tế hoặc đặc biệt hữu ích. Nó chỉ là một nguyên mẫu và bằng chứng về khái niệm. Tuy nhiên, nó hữu ích theo nghĩa là chế tạo một robot nhỏ cho phép bạn trau dồi kỹ năng thu nhỏ của mình cho robot và các mạch nhỏ khác. mất gấp đôi thời gian bình thường để xây dựng cùng một mạch trong một không gian lớn hơn. Tất cả các loại kẹp là cần thiết để giữ các linh kiện và dây nhỏ tại chỗ trong khi hàn hoặc dán. Đèn làm việc sáng và tai nghe phóng đại tốt hoặc Hóa ra là một trong những trở ngại lớn nhất để tạo ra những con rô bốt nhỏ bé thực sự là cần có động cơ bánh răng. Các thiết bị điện tử điều khiển (vi điều khiển) ngày càng nhỏ hơn. Tuy nhiên, findin g động cơ hộp số vòng / phút thấp đủ nhỏ không dễ dàng như vậy. Mr. Cube sử dụng động cơ bánh răng máy nhắn tin nhỏ được truyền lực theo tỷ lệ 25: 1. Khi sang số đó, con rô-bốt nhanh hơn tôi muốn và hơi run. Để phù hợp với không gian, các động cơ phải được đặt lệch với một bánh xe về phía trước nhiều hơn bánh xe kia. Ngay cả với điều đó, nó di chuyển về phía trước, phía sau và biến tốt. Các động cơ được nối vào tấm ván bằng dây 24 khổ được hàn và sau đó được dán bằng xi măng tiếp xúc. Ở phía sau của robot, một bu lông nylon có kích thước 4-40 được vặn vào một lỗ có vòi bên dưới bảng mạch phía dưới. Đầu bu lông bằng nhựa trơn nhẵn này hoạt động như một bánh xe để giữ thăng bằng cho robot. Bạn có thể thấy nó ở phía dưới bên phải của hình 4. Điều này cho thấy khoảng trống bánh xe ở phía dưới của rô-bốt là khoảng 1/32 ". Để gắn bánh xe, các puli nhựa 3/16" gắn trên động cơ đã được cấp nguồn và sau đó, trong khi quay, được chà nhám theo đúng đường kính. Sau đó, chúng được đưa vào một lỗ trên máy giặt kim loại nằm gọn bên trong máy giặt nylon và mọi thứ được hòa trộn với nhau. Sau đó, bánh xe được phủ hai lớp cao su Liquid Tape để tạo độ bám đường cho nó. Các động cơ bánh răng được sử dụng yêu cầu dòng điện khá cao (90-115ma) để hoạt động. Điều này dẫn đến một robot nhỏ ăn pin vào bữa sáng. Loại tốt nhất mà tôi có thể tìm thấy vào thời điểm đó, là pin di động nút bấm lithium 3-LM44. Thời lượng pin của các robot rất nhỏ thuộc loại này, rất ngắn (vài phút) nên chúng thường không thể làm được bất cứ điều gì gần với thực tế. Chỉ có đủ chỗ cho ba cục pin 1,5v, vì vậy chúng đã kết thúc việc cấp nguồn cho cả động cơ và bộ điều khiển Picaxe. Do tiếng ồn điện mà động cơ một chiều nhỏ có thể tạo ra, một nguồn cung cấp năng lượng cho mọi thứ, thường không phải là một ý kiến hay. Nhưng cho đến nay, nó vẫn hoạt động tốt. Tôi gần như không thể đặt hai nửa của con rô bốt lại với nhau. Tôi ước tính rằng khoảng 85% khối lượng của robot được lấp đầy bởi các thành phần. Robot quá nhỏ nên ngay cả công tắc bật-tắt cũng có vấn đề. Cuối cùng, tôi có thể thay thế những sợi râu thô bằng cảm biến hồng ngoại. Tôi thực sự đã hết không gian dễ sử dụng, vì vậy việc lắp thêm bất cứ thứ gì mà không cần dùng đến công nghệ gắn kết bề mặt sẽ là một thử thách thú vị. Tôi thích sử dụng cấu tạo vỏ sò cho các robot thực sự nhỏ. Xem Hình 2. Phần này bao gồm hai nửa nối với nhau bằng các tiêu đề và ổ cắm dải.1 ". Điều này cho phép dễ dàng truy cập vào tất cả các thành phần, giúp dễ dàng gỡ lỗi các mạch hoặc thực hiện thay đổi. Hình 3 hiển thị vị trí của một số Các thành phần chính. MATERIALS 2 GM15 Gear Motors- 25: 1 6mm Planetary Gear Pager Motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Picaxe vi điều khiển có sẵn tại: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 Bộ điều khiển động cơ DIP IC: https://www.mouser.com Đầu dò hồng ngoạiPanasonic PNA4602M: https://www.mouser.com30 Dây điện từ có thể đo nhiệt (có thể hàn) AWG Beldsol: https:// www.mouser.com3 LM44 1.5V. Pin di động nút Lithium: https://www.mouser.comCông tắc bật-tắt nhỏ màu xanh lam: https://www.jameco.comThin hàn-.015 "hàn lõi nhựa thông: https:// www.mouser.com Tụ điện và tụ điện tantali 150 uf. Bảng điều khiển bằng đồng sợi thủy tinh 1 "từ: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.html Băng keo lỏngPerformix (tm), màu đen-Có sẵn tại Wal-Mart hoặc

Bước 2: Mạch của Robot một inch khối

Hình 4 cho thấy vị trí của vi điều khiển Picaxe 18x và bộ điều khiển động cơ L293 là các mạch chính của rô bốt. Tại thời điểm xây dựng, tôi không thể có được phiên bản gắn trên bề mặt của Picaxe hoặc L293. Việc sử dụng các IC gắn trên bề mặt chắc chắn sẽ để lại nhiều chỗ hơn cho các mạch và cảm biến bổ sung. Vi điều khiển Picaxe MicrocontollerPicaxe 8x vẫn là bộ điều khiển yêu thích của tôi để sử dụng trên các robot thử nghiệm. Mặc dù chúng có ít bộ nhớ hơn và không nhanh như PicMicros, Arduino, Basic Stamp hoặc các bộ vi điều khiển khác, nhưng chúng đủ nhanh cho hầu hết các robot thử nghiệm nhỏ. Một số trong số chúng có thể được kết nối dễ dàng với nhau khi cần thêm tốc độ hoặc bộ nhớ. Họ cũng rất dễ tha thứ. Tôi đã trực tiếp hàn chúng, làm ngắn chúng và làm quá tải đầu ra của chúng và tôi vẫn chưa cháy hết. Bởi vì chúng có thể được lập trình bằng ngôn ngữ lập trình BASIC, chúng cũng dễ lập trình hơn hầu hết các bộ vi điều khiển. Nếu bạn muốn xây dựng thực sự nhỏ, bộ điều khiển Picaxe 08M và 18x có sẵn ở dạng gắn kết bề mặt (Mạch tích hợp phác thảo SOIC-Nhỏ). Để xem một số dự án bạn có thể làm với bộ vi điều khiển Picaxe, bạn có thể xem tại: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 Bộ điều khiển động cơ Bộ điều khiển động cơ L293 là một cách tuyệt vời để điều khiển hai động cơ trong bất kỳ robot nhỏ nào. Bốn chân đầu ra từ bộ vi điều khiển có thể điều khiển nguồn điện cho hai động cơ: thuận, nghịch, hoặc tắt. Nguồn điện cho động cơ thậm chí có thể được tạo xung (điều chế độ rộng xung PWM) để điều khiển tốc độ của chúng. Điều này đơn giản có nghĩa là IC bị lộn ngược và các dây mỏng được hàn trực tiếp vào các chân đã bị uốn cong hoặc cắt ngắn. Sau đó, nó có thể được dán vào bảng mạch hoặc lắp vào bất kỳ không gian có sẵn nào. Trong trường hợp này, sau khi L293 được hàn và thử nghiệm, tôi đã phủ lên nó hai lớp cao su Băng lỏng tiện dụng để đảm bảo rằng không có gì bị chập khi nó được nhét vào không gian có sẵn. Xi măng tiếp xúc trong cũng có thể được sử dụng. Để có một ví dụ rất hay về việc xây dựng mạch bằng cách sử dụng kiểu lỗi chết, hãy xem tại đây: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 cho thấy một đồ gá hàn tay mà tôi đã sửa đổi bằng cách thêm các kẹp cá sấu nhỏ vào bảng điều khiển để hỗ trợ hàn các dây nhỏ vào IC theo kiểu lỗi chết. Trang 6 hiển thị sơ đồ cho robot Mr. Cube. Bạn có thể xem video Mr. Cube thực hiện một chuỗi ngắn được lập trình bằng cách nhấp vào trên liên kết inch-robot-sm.wmv bên dưới, nó cho thấy robot ở khoảng 30% tốc độ tối đa đã được giảm bằng cách sử dụng điều chế độ rộng xung trên động cơ.

Bước 3: Mẹo và thủ thuật xây dựng robot

Sau khi chế tạo 18 robot, đây là một số điều tôi đã học được một cách khó khăn. Điện áp dao động và tiếng ồn điện mà động cơ tạo ra có thể tàn phá đầu vào của bộ vi điều khiển và cảm biến để tạo ra các phản hồi rất không nhất quán trong rô bốt của bạn. Linh kiện hiếm khi hỏng hóc hoặc bị lỗi. Nếu thiết kế của bạn hợp lệ, và mạch không hoạt động, thì hầu như luôn luôn là lỗi trong hệ thống dây của bạn. Để biết thông tin về cách tạo mẫu mạch nhanh, xem tại đây: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm Tôi sau đó gắn tất cả các động cơ và cảm biến trên thân robot và lập trình vi điều khiển để điều khiển chúng. Chỉ sau khi mọi thứ hoạt động tốt, tôi mới thử tạo một phiên bản mạch hàn vĩnh viễn. Sau đó, tôi kiểm tra điều này trong khi nó vẫn còn tách biệt với cơ thể robot. Nếu điều đó hoạt động, sau đó tôi gắn nó vĩnh viễn vào robot. Nếu nó ngừng hoạt động, nó thường là lỗi của các vấn đề về tiếng ồn. Vấn đề về tiếng ồn Một trong những vấn đề lớn nhất mà tôi gặp phải là nhiễu điện làm cho mạch vô dụng. Điều này thường do nhiễu điện hoặc từ trường có thể phát ra từ động cơ điện một chiều. Tiếng ồn này có thể lấn át các đầu vào cảm biến và thậm chí cả vi điều khiển. Để giải quyết vấn đề này, bạn có thể đảm bảo rằng các động cơ và dây dẫn đến chúng, không gần với bất kỳ đường đầu vào nào đi đến bộ vi điều khiển của bạn. Ảnh 7 cho thấy Sparky, R-12, một robot do tôi chế tạo sử dụng Tem 2 cơ bản làm vi điều khiển. Lần đầu tiên tôi thử nghiệm nó với bảng mạch chính cách xa robot và sau khi thực hiện lập trình cơ bản, mọi thứ đều hoạt động tốt. Khi tôi gắn nó ngay trên động cơ, nó phát điên lên và hoàn toàn không nhất quán. Tôi đã thử thêm một bảng đồng nối đất giữa các động cơ và mạch điện nhưng điều đó không tạo ra sự khác biệt. Cuối cùng, tôi phải nâng mạch lên 3/4 "(xem mũi tên màu xanh) trước khi robot hoạt động trở lại. có thể hoạt động giống như ăng-ten và gửi tín hiệu có thể gây nhầm lẫn cho các đường đầu vào của bạn. Để tránh điều này, hãy giữ các dây đầu vào và đầu ra của bộ vi điều khiển được tách biệt càng nhiều càng tốt. Đồng thời, giữ các dây dẫn điện cho động cơ cách xa đường đầu vào. Các mạch nhỏ có thể được giải quyết bằng cách sử dụng dây điện từ khổ 30-36. Tôi đã sử dụng dây điện từ khổ 36 cho một số dự án, nhưng thấy nó rất dai, rất khó để tách và sử dụng. Một giải pháp tốt là dây điện từ khổ 30. Nam châm thông thường dây có thể được sử dụng, nhưng tôi thích dây điện từ có thể thoát nhiệt. Loại dây này có lớp phủ có thể được loại bỏ bằng cách chỉ hàn nó với đủ nhiệt để làm tan chảy lớp cách điện. Phải mất tới 10 giây để tách lớp phủ trong khi hàn. Đối với một số compon tinh tế các mối hàn chẳng hạn như hàn vào đèn LED hoặc IC, đây có thể là nhiệt gây hại. Thỏa hiệp tốt nhất đối với tôi, là sử dụng dây điện từ có thể thoát nhiệt này, nhưng loại bỏ nó một phần trước. Đầu tiên tôi lấy một con dao sắc và trượt nó qua dây điện từ để làm bong lớp phủ và sau đó xoay dây xung quanh cho đến khi nó bị tước khá rõ xung quanh đường kính của nó. Sau đó, tôi hàn đầu dây đã tước cho đến khi nó được đóng hộp tốt. Sau đó, bạn có thể hàn nó một cách nhanh chóng vào bất kỳ thành phần mỏng manh nào mà ít có khả năng bị hư hại do nhiệt hơn. Giải pháp tốt nhất là sử dụng một mỏ hàn nhiệt nhỏ có thể điều chỉnh được (1/32 ") và vật hàn mỏng nhất mà bạn có thể tìm thấy. Vật hàn tiêu chuẩn thường có đường kính.032" hoạt động tốt cho hầu hết mọi thứ. Sử dụng vật hàn có đường kính.015 "mỏng hơn cho phép bạn dễ dàng kiểm soát lượng vật hàn trên mối nối. Nếu bạn sử dụng ít vật hàn nhất cần thiết, nó không chỉ chiếm thể tích nhỏ nhất mà còn cho phép bạn hàn một mối nối nhanh nhất càng tốt. Điều này làm giảm nguy cơ quá nhiệt và làm hỏng các thành phần tinh vi như IC và đèn LED gắn bề mặt. Cách tạo bảng mạch hoặc bảng đột phá SOIC xem tại đây: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm Dán trên linh kiện thay vì hàn Một số linh kiện gắn trên bề mặt cũng có thể được dán trực tiếp lên bảng mạch. Bạn có thể tự làm keo dẫn điện và sử dụng nó để keo trên đèn LED và IC. Xem: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ Mặc dù điều này hoạt động nhưng có thể hơi khó khăn vì hoạt động của mao mạch có xu hướng bấc c Keo dẫn điện bên dưới bề mặt gắn đèn LED và các thành phần khác và làm ngắn chúng. Dán trên linh kiện bằng keo không dẫn điện Gần đây tôi đã thử nghiệm dán các thành phần lên bảng mạch đồng và vải dẫn điện bằng cách sử dụng keo không dẫn điện. thanh đèn 12 vôn (không sáng và sáng) sử dụng đèn LED gắn trên bề mặt được dán bằng keo không dẫn điện. Tôi phát hiện ra rằng nếu bạn phủ một lớp sơn móng tay mỏng lên vết đồng, sau đó kẹp vật lý vào đèn LED và để khô trong 24 giờ, bạn sẽ còn lại một mối nối cơ học dẫn điện tốt. Keo sơn móng tay có hiệu quả co lại và kẹp các điểm tiếp xúc led với các vết đồng tạo thành một liên kết cơ học tốt. Nó phải được kẹp trong 24 giờ đầy đủ. Sau đó, bạn có thể kiểm tra độ dẫn điện. Nếu nó sáng lên, bạn có thể thêm lớp keo thứ hai. Đối với lớp thứ hai, tôi sử dụng xi măng tiếp xúc rõ ràng như Welders hoặc Goop. Lớp keo dày hơn này bao quanh các thành phần và cũng co lại khi nó khô đi để đảm bảo kết nối chắc chắn tốt với các vết đồng. Chờ 24 giờ cho nó khô trước khi thử nghiệm lại. Do không rõ về thời gian sử dụng của nó, tôi đã để thanh đèn LED màu xanh lam trong Pic 8 bật trong bảy ngày đêm. Điện trở của đoạn mạch thực tế giảm dần theo thời gian. Nhiều tháng sau, quán bar vẫn sáng hoàn toàn mà không có dấu hiệu tăng sức đề kháng. Sử dụng phương pháp này, tôi đã dán thành công các đèn LED gắn trên bề mặt rất nhỏ - kích thước 0805-- và lớn hơn lên bảng điều khiển bằng đồng. Kỹ thuật này cho thấy một số hứa hẹn trong việc tạo ra các mạch điện thực sự nhỏ, màn hình LED và rô bốt.

Bước 4: Phá vỡ các quy tắc

Để tạo ra những con robot thực sự nhỏ bé, bạn có thể phải phá vỡ nhiều quy tắc đã đề cập ở trên. Để trở thành Mr. Cube, tôi đã phá vỡ các quy tắc sau: 1- Tôi đã sử dụng một bộ nguồn duy nhất thay vì một bộ nguồn cho động cơ và một bộ cho bộ vi điều khiển. 2- Tôi gắn bộ vi điều khiển Picaxe rất gần với một động cơ. được đánh giá cho dòng điện thấp và chạy chúng ở dòng điện cao hơn nhiều so với dòng được thiết kế. Điều này làm hạn chế nghiêm trọng tuổi thọ của pin. Tôi chỉ đơn giản là may mắn rằng nó đã không xảy ra. Điều này có thể làm cho việc gỡ lỗi mạch rất khó khăn. Bạn có thể tải xuống mã lập trình Picaxe cho Mr. Cube tại: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txtNếu bạn muốn xem một số robot khác mà tôi đã chế tạo, bạn có thể truy cập: https://www.inklesspress.com/robots.htmPic 9 cho thấy Mr. Cube và Mr. Cube hai, R-18, một robot 1/3 inch khối mà tôi đã bắt đầu chế tạo. Chi tiết về bước 5.

Bước 5: Mr. Cube Two: Chế tạo Robot 1/3 khối Inch

Sau khi tạo ra một con rô bốt một inch khối hoạt động được, tôi phải thử một cái gì đó nhỏ hơn. Tôi đang nhắm đến một con robot có kích thước khoảng 1/3 inch khối. Tại thời điểm này, Mr. Cube Two có kích thước khoảng.56 "x.58" x.72 ". Nó có bộ vi điều khiển 08 Picaxe sẽ cho phép nó di chuyển tự động. Hình 10 hiển thị rô bốt trên một cái thước. Hình 11 hiển thị cái kia của rô bốt trên một phần tư. Hai viên pin này là pin lithium 3volt cr1220 và vẫn còn phải xem liệu chúng có đủ công suất để cung cấp năng lượng cho Picaxe và động cơ hay không. Có thể cần thêm pin. Hai động cơ máy nhắn tin hoạt động tốt để di chuyển và quay rô bốt trên bề mặt nhẵn. Bộ vi điều khiển Picaxe đã được cài đặt và đã được lập trình và thử nghiệm. Vẫn sẽ được bổ sung thêm bộ điều khiển động cơ SOIC L293 và cảm biến phản xạ hồng ngoại. Khi hoàn thành, bộ vi điều khiển này sẽ là một trong những robot tự động nhỏ nhất có cảm biến và vi điều khiển. Mặc dù đây là một robot nhỏ, nhưng có những robot nghiệp dư nhỏ hơn có thể lập trình được không? Đúng vậy. Xem: Robot 1cc: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots / Smoovy.htmlPico Robot:

Giải nhì trong cuộc thi Robot hướng dẫn và RoboGames

Giải nhất cuộc thi Sách hướng dẫn