Chế tạo một rô bốt rất nhỏ: Làm rô bốt có bánh xe nhỏ nhất thế giới với một cái gắp.: 9 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:37

Xây dựng một robot 1/20 inch khối với một gắp có thể nhặt và di chuyển các vật thể nhỏ. Nó được điều khiển bởi vi điều khiển Picaxe. Tại thời điểm này, tôi tin rằng đây có thể là robot có bánh xe nhỏ nhất thế giới với một cái gắp. Điều đó chắc chắn sẽ thay đổi, vào ngày mai hoặc tuần sau, khi ai đó xây dựng một cái gì đó nhỏ hơn.

Vấn đề chính của việc chế tạo các robot thực sự nhỏ là kích thước tương đối lớn của các động cơ và pin thậm chí nhỏ nhất. Chúng chiếm phần lớn khối lượng của một robot siêu nhỏ. Tôi đang thử nghiệm nhiều cách để cuối cùng tạo ra những con rô bốt thực sự siêu nhỏ. Như một bước tạm thời, tôi đã tạo ra ba robot nhỏ và bộ điều khiển được mô tả trong hướng dẫn này. Tôi tin rằng với những sửa đổi, những robot bằng chứng về khái niệm này, có thể được thu nhỏ xuống kích thước siêu nhỏ. Sau nhiều năm chế tạo các robot nhỏ (xem tại đây: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/), tôi đã quyết định cách duy nhất để tạo ra các robot nhỏ nhất có thể, là có động cơ, pin và thậm chí cả vi điều khiển Picaxe bên ngoài robot. hình 1 cho thấy R-20 một robot 1/20 inch khối trên một đồng xu. pic 1b và 1c cho thấy rô bốt có bánh nhỏ nhất đang nâng và giữ một IC 8 chân. CÓ MỘT VIDEO ở bước 3 cho thấy rô bốt nhặt một vi mạch 8 chân và di chuyển nó. Và một video khác ở bước 5 cho thấy robot đang bật một xu.

Bước 1: Công cụ và vật liệu

Bộ vi điều khiển 18x Picaxe từ Sparkfun: https://www.sparkfun.com/ Bộ điều khiển servo nối tiếp của Micro có sẵn từ Polulu: https://www.pololu.com/2 Servo mô-men xoắn cao từ các Servo tiêu chuẩn Polulu2 từ Polulu.oo5 "đồng dày, đồng thau, hoặc tấm kim loại đồng phốt pho từ nam châm neodymium Micromark2- 1/8 "x 1/16 "1-1" x1 "x1" nam châm neodymium. Nam châm có sẵn tại: https://www.amazingmagnets.com/index.asp Ống đồng thau từ Micromark: https://www.micromark.com/Bắc cắm từ WalmartGlass từ Walmart 1/10 "Vật liệu bảng mạch sợi thủy tinh từ Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear 5 phút epoxyĐai ốc và bu lông đã phân loại

Bước 2: Chế tạo Robot khối 1/20 inch

Với kích thước 0,40 "x.50" x,46 ", khối lượng rô bốt của Magbot R-20 nhỏ hơn 1/20 inch khối một chút. Nó được tạo ra bằng cách gấp 3 cấu trúc hộp bằng kim loại tấm phi từ tính. Bên trong nhỏ nhất hộp được hàn vào ngón tay trái của bộ kẹp. hai nam châm nhỏ được gắn với trục thẳng đứng uốn cong để tạo thành ngón tay phải của bộ kẹp quay tự do. Hai nam châm này được điều khiển bởi một từ trường quay và quay chuyển động bên ngoài trường cung cấp toàn bộ năng lượng cho robot. Tôi đã sử dụng tấm kim loại đồng phốt pho dày.005 "cho các cấu trúc hộp vì nó có thể được hàn và không bị ôxy hóa hoặc xỉn màu một cách dễ dàng. Đồng hoặc đồng thau cũng có thể được sử dụng. Ban đầu tôi sử dụng các mũi khoan nhỏ để khoan các lỗ chịu lực trên tấm kim loại cho trục dây quay. Sau khi phá vỡ một vài trong số chúng bằng máy khoan, tôi kết thúc chỉ việc đục lỗ bằng một chiếc kim lớn và búa vào tấm kim loại. Điều này tạo ra một lỗ hình nón sau đó có thể được mài phẳng. Các lỗ không cần phải có kích thước chính xác hoặc thậm chí được đặt hoàn hảo. Ở tỷ lệ nhỏ này, lực ma sát là phút và nếu bạn quan sát kỹ các hình ảnh, bạn sẽ thấy tôi đã sử dụng chân cắm tiêu đề dài.1 "dài tiêu chuẩn có hình vuông, cho trục và ngón tay gắp. Cũng có thể sử dụng dây đồng. Các bánh xe hạt thủy tinh được gắn trên các chốt bằng đồng gắn với đáy của rô bốt. Điều quan trọng là phải sử dụng vật liệu không từ tính để chế tạo nếu không sức mạnh và khả năng điều khiển của rô bốt sẽ bị ảnh hưởng xấu.

Bước 3: Động cơ từ tính của robot

Robot có bốn bậc tự do. Nó có thể tiến và lùi, xoay trái hoặc phải, di chuyển bộ kẹp lên và xuống, mở và đóng bộ kẹp. Trang 4. trên gimbal hai trục. Hai nam châm 1/8 "x1 / 8" x1 / 16 "được gắn với trục thẳng đứng của dây được uốn cong để tạo thành một ngón tay của cái kẹp. Hai nam châm được xếp thẳng hàng để hoạt động như một nam châm và tạo ra một động cơ nam châm. Cái này được gắn trong hộp nhỏ nhất có hàn ngón tay kẹp khác. Hộp kẹp được gắn vào trục ngang thứ hai của gimbal bằng một vít và đai ốc 000 bằng đồng. Tôi đã sử dụng vít để có thể dễ dàng tháo nó ra Để điều chỉnh Một từ trường bên ngoài được gắn trên một máy kiểu CNC có thể trượt tấm chắn từ dọc theo trục x và y và xoay nó theo chiều ngang và dọc. Nó có thể được thực hiện với một nam châm điện, nhưng tôi đã chọn sử dụng một nam châm vĩnh cửu neodymium inch khối vì đây là cách dễ dàng và nhanh nhất để tạo ra một từ trường lớn trong một thể tích nhỏ. Pic 4c- Vì vậy, với đầu phía bắc của nam châm nhỏ trong robot hướng về phía nam bên ngoài lớn hơn đầu nam châm của nam châm bên dưới nó, nam châm robot theo khá chặt chẽ mô-típ ns của từ trường bên ngoài. Để xem một đoạn video ngắn về rô-bốt nhặt một IC 8 chân, hãy xem tại đây: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EA Hoặc nhấp vào video bên dưới.

Bước 4: Bộ điều khiển Robot loại CNC

Hình 5 cho thấy bộ điều khiển rô bốt kiểu CNC. Bốn servo cung cấp chuyển động cho nam châm neodymium một inch khối mà nam châm gắn gimbal trong robot theo sau. Đối với trục x và Y, một servo mô-men xoắn cao với một ròng rọc và đầu câu kéo trên nền sợi thủy tinh. Một lò xo chống lại chuyển động. Nền tảng đặt trên hai ống đồng thau lồng hoạt động như một hướng dẫn tuyến tính. Vòng bi nhựa được làm từ một tấm thớt nhựa, ở hai bên của các thanh dẫn tuyến tính, giữ mức nền tảng. Bộ điều khiển rô bốt cụ thể này có phạm vi giới hạn là vài inch khối. Điều này cuối cùng sẽ chứng minh nhiều hơn đủ để điều khiển các robot thực sự siêu nhỏ có thể chỉ yêu cầu phạm vi vài cm khối.

Bước 5: Mạch Robot từ tính

Bộ điều khiển robot bao gồm một bộ vi điều khiển Picaxe được lập trình để cung cấp một chuỗi chuyển động cho robot. Tôi thấy Picaxe là bộ vi điều khiển dễ dàng và nhanh nhất để kết nối và lập trình. Mặc dù chậm hơn so với Pic Micro hoặc Arduino tiêu chuẩn, nhưng nó vẫn đủ nhanh đối với hầu hết các robot thử nghiệm. Đối với các dự án Picaxe khác, xem tại đây: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmVà tại đây: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Picaxe điều khiển rô bốt bằng cách gửi tuần tự các lệnh tới bộ điều khiển servo nối tiếp vi mô Polulu. Bộ điều khiển Polulu rất nhỏ và sẽ liên tục chứa tối đa 8 servo ở bất kỳ vị trí nào mà chúng được đặt vào. Các lệnh đơn giản từ Picaxe cho phép bạn dễ dàng điều khiển vị trí, tốc độ và hướng của các servo. Tôi rất muốn giới thiệu bộ điều khiển này cho tất cả các loại rô bốt dựa trên servo. Sơ đồ cho thấy cách bốn servo được kết nối. Servo 0 và 1 dẫn hướng nam châm 1 dọc theo trục X và Y. Servo 2 là một servo xoay liên tục có thể xoay nam châm hơn 360 độ. Servo 3 nghiêng nam châm một chút về phía trước và phía sau để hạ thấp và nâng bộ kẹp. Cho một đoạn video ngắn về rô-bốt bật một đồng xu, xem tại đây: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYg Hoặc nhấp vào video bên dưới:

Bước 6: Phần mềm điều khiển robot

Đây là chương trình phần mềm cho vi điều khiển Picaxe. Nó gửi các trình tự được lập trình trước tới bộ điều khiển servo Polulu, bộ điều khiển này sẽ di chuyển nam châm trong không gian 3 chiều để điều khiển robot. Với những sửa đổi nhỏ, nó cũng có thể được sử dụng để lập trình Dấu cơ bản 2. Để lập trình Picaxe, tôi thấy cần phải ngắt kết nối Chân 3 (đầu ra nối tiếp) khỏi bộ điều khiển servo. Nếu không, chương trình sẽ không tải xuống từ PC. Tôi cũng thấy cần phải ngắt kết nối chân ba khỏi bộ điều khiển servo khi bật mạch để ngăn bộ điều khiển servo bị khóa. Sau đó, sau khoảng một giây, tôi đã kết nối lại chân 3, lập trình cho trình tự nhận magrobot R-20 sử dụng bộ điều khiển servo polulu. Pinpause đầu ra nối tiếp 3 '' 7000 'được đặt thành 0 vị trí 35, 127) 'vị trí s1 13-24-35 đồng hồ đếm ngược lần lượt 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127)' vị trí s0 c-clockpause mức 7000 'magnetserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'vị trí ở giữa 1000' di chuyển về phía trước dài servo1serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 21, 127) 'vị trí đồng hồ vì 1500' kẹp xuống lần cuối 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 26, 127) 'tạm dừng vị trí 2000' khi đóng kẹp chặt 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'đồng hồ tốc độ chậm 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'dừng servo 2 quay tạm dừng 700' di chuyển về phía trước shortserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 13, 127) 'vị trí đồng hồ tạm dừng 1000' kẹp lên phía trước 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'vị trí giữa điểm dừng 700' rẽ phải 90 lần lượt 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'tạm dừng đồng hồ tốc độ chậm 470serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'dừng servo 2 vòng quay tạm dừng 1000' chuyển tiếp 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 13, 12) 'vị trí s0 tạm dừng 1500' downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 25, 12) 'ở giữa vị trí 2000' khi đóng gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'tốc độ chậm c-clockwisepause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'dừng servo 2 vòng quay 400' backupserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'vị trí s0 c-clockpause 700' upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 22, 12) 'vị trí 1000pause 6000' được đặt thành 0 vị tríerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'vị trí s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'vị trí s0 c-clockloop: goto loop

Bước 7: Thêm cảm biến

Robot này không có cảm biến. Để thực sự hữu ích như một người điều khiển robot các vật thể nhỏ, sẽ là một lợi thế nếu có một vòng phản hồi tới bộ vi điều khiển từ các cảm biến khác nhau trong thế giới thực. Để tránh đặt nguồn điện trên bo mạch, có thể sử dụng cảm biến ánh sáng. Ánh sáng laser hoặc tia hồng ngoại có thể được hướng tới đầu của rô bốt và các bộ phản xạ hoặc bộ chặn cơ học có thể được kết nối với cảm biến cảm ứng, cảm biến áp suất hoặc cảm biến nhiệt độ và độ phản xạ thay đổi được đọc bởi tế bào quang hoặc máy quay video. Một khả năng khác là sử dụng công nghệ RFID để truyền một xung cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử trên robot để trả về thay vì một số nhận dạng, một chuỗi các bit đại diện cho các biến thể trong cảm ứng hoặc các cảm biến khác.

Bước 8: Các rô bốt chạy bằng từ tính khác

Robot được điều khiển bằng từ trường với nhiều loại khác nhau không có gì mới. Một số trong số chúng có kích thước cực nhỏ và một số lớn hơn để chúng có thể được triển khai y tế trong cơ thể người. Một số sử dụng nam châm điện điều khiển bằng máy tính và một số sử dụng nam châm vĩnh cửu có thể di chuyển được. Dưới đây là một số liên kết đến một số robot từ tính thử nghiệm tốt nhất và nhỏ nhất mà các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu. Robot nam châm bay trên một đồng xu. quả địa cầu nhỏ của trái đất. Nó cũng có một bộ kẹp mở rộng khi được đốt nóng bằng tia laser và sau đó kẹp lại khi nó nguội đi. Thật không may, các đầu cực bắc và nam của rô bốt đều thẳng đứng, vì vậy không có cách nào để điều khiển vòng quay để định hướng chính xác bộ kẹp. Nó lớn hơn một chút so với rô bốt nhỏ nhất mà tôi tạo ra được hiển thị ở bước 9. https://www.sciasedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.htmlRô bốt nam châm quay phim Một rô bốt cực nhỏ thực sự là một hình xoắn ốc có nam châm ở một đầu. Với từ trường xoay và xoay bên ngoài, nó có thể nhắm theo bất kỳ hướng nào và bơi dưới nước. Spectre.ieee.org/aug08/6469 Robot y tế.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp? x = 5464 Camera điều khiển từ tính. https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 / Controlled_pill_camera_is_create / UPI-60051212691495 / Dưới đây là một số bộ gắp siêu nhỏ được điều khiển từ tính có thể được kích hoạt bằng hóa học hoặc nhiệt. vồ lấy. Vì vậy, chúng giống như một cái bẫy gấu siêu nhỏ hơn là một chiếc kẹp có đầy đủ chức năng. /13010901.asppic 10 cho thấy Magbots R-19, R-20 và R-21, ba robot mà tôi đã chế tạo cho những thí nghiệm này. Chiếc nhỏ nhất đã được làm nhỏ hơn bằng cách loại bỏ một trục và các bánh xe. Một chiếc đuôi dây giúp nó không bị lật ngược về phía sau.

Bước 9: Xây dựng các rô bốt thậm chí còn nhỏ hơn

Ảnh 11 cho thấy Magbot R-21, rô bốt chạy bằng từ tính nhỏ nhất với bộ kẹp chức năng mà tôi đã chế tạo cho đến nay. Với kích thước 0,22 "x.20" x,25 ", tức là khoảng 1/100 inch khối. Bằng cách loại bỏ các bánh xe và một điểm trục (gimbal), robot nhỏ hơn nhiều so với phiên bản có bánh xe. Nó trượt trên kim loại khung không hoàn toàn trơn tru như loại có bánh xe. Đuôi dây cho phép rô-bốt đung đưa về phía sau để nâng bộ gắp. Cấu hình như vậy có thể được sử dụng để tạo ra rô-bốt có kích thước siêu nhỏ. Vấn đề ở thời điểm này là sử dụng vi mạch thông thường công nghệ tạo ra các cấu trúc cơ học màng mỏng hoặc tìm ra một số phương pháp thay thế khác để tạo ra các cấu trúc siêu nhỏ. Tôi đang nghiên cứu về nó. các cấu hình có thể có khác của nam châm trên bo mạch và từ trường bên ngoài có thể tạo ra các rô bốt rất thú vị. Ví dụ: sử dụng nhiều hơn ba nam châm quay hoặc quay trên rô bốt, có thể dẫn đến nhiều bậc tự do hơn và thao tác chính xác hơn đối với bộ kẹp.

Giải nhất cuộc thi bỏ túi