Côn trùng điện cơ hoặc Dao động vỗ: 9 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Giới thiệu

Tôi đã theo dõi sự phát triển của người máy trong khoảng 10 năm và nền tảng của tôi là Sinh học và Quay phim. Những sở thích này đã khơi dậy niềm đam mê tiềm ẩn của tôi, côn trùng học (nghiên cứu về côn trùng). Côn trùng là một vấn đề lớn trong nhiều ngành công nghiệp và là nguồn cảm hứng dồi dào. Rất may, sinh học và côn trùng đang phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực chế tạo robot thông qua kỹ thuật sinh học và sinh học tổng hợp. Tôi đặc biệt vui mừng bởi sự tiến bộ của các chương về côn trùng. CIA đã tạo ra một máy thu mua côn trùng bay ngay từ những năm 1970 và côn trùng sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến cách giải quyết các vấn đề trong lĩnh vực người máy. Tôi muốn chia sẻ một phương pháp nghệ thuật xây dựng tác phẩm điêu khắc côn trùng cơ điện của riêng bạn.

Một nghề thủ công tập trung nhiều vào các đặc tính của côn trùng là nghệ thuật buộc ruồi. Fly Tying là một phương pháp tạo mồi nhử để câu bằng ruồi. Nghề thủ công này sử dụng bảng màu đa dạng của vật liệu và công cụ, đồng thời đòi hỏi sự chú ý cẩn thận đến từng chi tiết, đồng thời dựa nhiều vào kỹ thuật phù hợp để hoàn thành các thiết kế đẹp.

Tôi không quá hào hứng với in 3D hoặc Vi điều khiển. Tôi đang nỗ lực tạo ra những sinh vật điện cơ không sử dụng những công nghệ này. Có vẻ như bất kể bạn muốn khám phá cảm biến hay biểu thức cơ học nào, tất cả đều phải thông qua một bộ vi điều khiển. Hãy lùi lại một chút và biến bộ não của chúng ta, một bộ dao động!

Vì vậy, những gì tôi đề xuất với bạn là, chúng tôi sử dụng các công cụ, vật liệu và kỹ thuật buộc ruồi làm nền tảng để tạo ra một loài côn trùng cơ điện đẹp, nhẹ, độc đáo. Tác phẩm điêu khắc động học giống BEAM này hy vọng sẽ truyền cảm hứng cho bạn bè và gia đình của bạn để đánh giá cao côn trùng và sự khéo léo.

Bước 1: Thiết kế Oscillator của bạn

Có rất nhiều mạch dao động để bạn lựa chọn trên mạng. Sau khi xem xét nhiều loại, tôi cảm thấy rằng dễ nhất và "hữu cơ" nhất là Astable Multivibrator. Mạch này có thể được tạo bằng điện trở đối xứng hoặc không đối xứng, dẫn đến độ rộng xung hơi khác nhau, tùy thuộc vào "mặt" của mạch mà bạn đang lấy đầu ra của mình.

Các thành phần cho mạch này tôi đã chọn là:

Số lượng: Mặt hàng:

x1 bóng bán dẫn 2N4403 pnp

x1 bóng bán dẫn 2N3905 pnp (đầu ra được nhân đôi)

x2 330 Ω điện trở

x2 điện trở 22k Ω

x2 4,7 μF tụ 16V

x2 Điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR) trong dải 0 - 30k Ω

x1 bóng bán dẫn 2N4920 pnp (xử lý 1 amp)

x1 8+ Ω cuộn dây loa

x1 Công tắc nhỏ không từ tính, không kèm theo cây lau

Tôi muốn thời gian RC thấp và tụ điện nhỏ, vì vậy tôi đã chọn điện trở 22k Ω với tụ điện lưỡng cực 4,7 μF 16V. Điều này dẫn đến tần số dao động khoảng 2 - 5 Hz.

Tôi cũng muốn mạch bị ảnh hưởng bởi môi trường, vì vậy tôi đặt điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR) mắc nối tiếp với điện trở 22k. Công tắc là một công tắc sậy nhỏ được kéo từ mạch đèn flash của máy ảnh dùng một lần. Chúng tôi sẽ sử dụng công tắc này làm râu nhạy cảm trên bụng.

Bước 2: Bắt đầu hàn

Sử dụng các thành phần đó, bạn sẽ cần một số công cụ để hàn chúng lại với nhau. Chúng tôi sẽ không sử dụng bảng điều khiển.

Lấy hai miếng che, một cái để giữ các thành phần của bạn và cái kia để giữ mỏ hàn của bạn.

Ngoài ra, hãy đảm bảo rằng bạn có kìm cắt dây, kìm và mô hình mạch điện để tham khảo. Tôi đã tạo mẫu thử nghiệm phiên bản thứ hai của mạch để đảm bảo rằng tôi luôn biết phần nào của các linh kiện gắn ở đâu.

Bẻ cong các dây dẫn của hai bóng bán dẫn để bộ thu uốn cong ra một bên và đế uốn cong về phía giữa. Vì 2N4403 và 2N3905 (trong ảnh là BC557) có các đầu ra pin khác nhau, hãy chú ý cẩn thận đến vị trí của đế và bộ thu. Có thể sử dụng hai trong số các bóng bán dẫn pnp giống nhau, nhưng tôi thích chất lượng trung thực của chân cắm được nhân đôi. Rốt cuộc, đây là nghệ thuật.

Gập dây dẫn tụ điện theo góc vuông.

Cắt ngắn các dây dẫn trên tụ điện và đế bóng bán dẫn và bộ thu.

Bây giờ, hãy đặt bóng bán dẫn vào ống dẫn của bạn và đưa sắt hàn về phía chì mong muốn để hàn. Điều này giúp giải phóng cả hai tay của bạn để đưa tụ điện và vật hàn vào và gắn chúng lại với nhau.

Lặp lại bước này để đế và bộ thu của mỗi bóng bán dẫn gắn vào mỗi tụ điện.

Điều thú vị cần lưu ý là tấm che thực sự có thể hoạt động như một bộ tản nhiệt cho các bóng bán dẫn và kiến trúc của công việc hàn đã hoàn thành của bạn làm cho cấu trúc này mạnh mẽ một cách đáng ngạc nhiên.

Bước 3: Hàn điện trở

Uốn và cắt các dây dẫn của các điện trở như hình trên.

Đặt điện trở 330 Ω vào vise và hàn đơn vị bóng bán dẫn tụ điện của chúng tôi với điện trở. Theo sơ đồ, điện trở này phải gắn vào nơi thu của bóng bán dẫn.

Lặp lại với điện trở 330 Ω thứ hai.

Đặt LDR vào ống kính và hàn mạch đang phát triển của chúng tôi vào nó. Hàn vào đế của bóng bán dẫn.

Lặp lại với LDR thứ hai.

Cắt các dây dẫn dài của LDR về phía trung tâm.

Hàn các điện trở 22k Ω vào các dây dẫn LDR sao cho các điện trở mắc nối tiếp.

Mỗi điện trở trong số bốn điện trở phải có các dây dẫn mở hướng ra giữa mạch của chúng ta (như hình vẽ).

Bẻ cong các dây dẫn của các điện trở này về phía hàng xóm của chúng, cắt ngắn chúng và hàn tất cả chúng lại với nhau. Gói điện trở này hiện là một phần của đường ray nối đất của chúng tôi.

Bước 4: Hàn dây và nguồn PNP

Đơn vị tụ điện, bóng bán dẫn và điện trở này là bộ dao động đa vi mạch đáng kinh ngạc của chúng tôi. Nó thực sự là bộ não của chúng ta đối với côn trùng. Các LDR có chức năng như đôi mắt và sẽ sửa đổi một chút tần số và độ rộng xung của bộ dao động của chúng ta. Chỉ riêng mạch này không thể cấp nguồn cho cuộn dây loa, vì vậy chúng tôi sẽ kết nối nó với Q3, bóng bán dẫn công suất của chúng tôi (BD140 hoặc 2N4920).

Hàn dây dẫn dương vào cực phát Q1.

Hàn dây nối đất vào bó điện trở.

Hàn dây thứ ba vào bộ phát Q2 (hình màu cam).

Hàn dây thứ ba này với chân đế của Q3, bóng bán dẫn pnp công suất (2N4920).

Dải dây dương bản xuống khoảng 1 1/2 inch và hàn vào bộ phát của Q3.

Tại thời điểm này, tôi muốn tạm dừng việc hàn và sơn một lớp sơn móng tay trong suốt phóng khoáng lên mạch. Điều này sẽ giúp ngăn ngừa quần short nếu mạch điện bị cong hoặc bị ép, và sẽ giúp nó chống chọi với thời tiết. Thoải mái thoa nhiều lớp.

Kiểm tra để đảm bảo rằng bạn không bị ngắn mạch ở bất kỳ đâu. Kiểm tra mạch để đảm bảo rằng nó vẫn hoạt động bằng cách cấp nguồn cho dây màu đỏ với + 9V, nối đất cho dây màu đen hoặc nâu và cắt vào bộ thu của Q3. Tôi sử dụng đèn 5V nhỏ xíu hoặc loa dự phòng. Bởi vì Q3 chỉ có thể xử lý xung quanh 1 amp, không quá nóng bóng bán dẫn này với quá nhiều điện và quá ít điện trở. Thực hiện tính toán của bạn (I = V / R) giả sử dòng điện một chiều. Về lý thuyết, dòng điện trung bình bằng một nửa dòng điện một chiều ở điện áp đường sắt do hiệu ứng xung, nhưng điều này sẽ giúp chúng ta chừa chỗ cho sai số.

Bước 5: Cắt bỏ cuộn dây thoại và hàn

Lấy một chiếc loa nhỏ giá rẻ có cuộn dây âm thanh đang hoạt động và cắt nó ra. Bắt đầu bằng cách cắt xung quanh mép của nón loa và đảm bảo không cắt các đầu nối dây kim tuyến bên dưới.

Kẹp hoặc khử màu các đầu nối dây kim tuyến từ các tab giỏ.

Cắt lưới treo ngay trên nam châm vĩnh cửu.

Tháo cuộn dây thoại và cắt bỏ giấy và lưới thừa. Đảm bảo để các đầu nối dây kim tuyến càng dài càng tốt.

Thiếc các đầu của đầu nối dây kim tuyến và hàn một đầu vào bộ thu của Q3.

Hàn đầu nối kia vào dây nối dài.

Tách phần tâm của dây mới này và hàn nó vào đường ray nối đất.

Bước 6: Thiết kế cánh

Tôi in các mẫu cánh sếu lên trong suốt.

Bạn cũng có thể vẽ cánh bằng bút và bút mài lên axetat.

Vui chơi tô màu đôi cánh và làm cho chúng trở nên độc đáo và thú vị.

Đặt tờ axetat của bạn lên một tờ tạp chí cũ và dùng dùi ấn vào các tĩnh mạch. Xen kẽ trước và sau để tạo các nếp gấp lõm và lồi trên axetat. Điều này không chỉ làm tăng thêm ảo giác về đôi cánh của côn trùng thực sự, mà nó còn tăng sức mạnh cho đôi cánh.

Cắt đôi cánh ra, nhưng hãy để chúng thành một cặp! Để lại một chút tài liệu ở trung tâm để lồng tiếng của chúng tôi có nhiều tài liệu hơn để đẩy xung quanh.

Bước 7: Buộc Wings vào Monofilament

Để bắt đầu buộc, bạn sẽ cần khoảng 35 lb. monofilament, tấm che mắt của chúng tôi từ trước đó, kéo, cánh, chỉ và một suốt chỉ buộc ruồi. * Đề xuất sửa chữa: Sử dụng dây cước nặng hơn hoặc dây mỏng cho các giá đỡ cánh này. Mô hình được hình ảnh và chế tạo sẽ mất hiệu quả cơ học khi sợi monofilament cúi ra ngoài trong quá trình vuốt xuống.

Cắt hai miếng, dài 5 inch và đặt một miếng vào vise. Buộc lỏng các cánh vào dây cước theo mô hình hình số tám.

Lặp lại với một đoạn dây cước thứ hai và cánh còn lại.

Tôi thêm một chút keo vào các nút thắt trên mỗi mảnh để tăng thêm độ an toàn. Đảm bảo keo không cản trở khả năng vỗ cánh của cánh. Điều này được cho là hoạt động giống như một bản lề và monofilament là điểm tựa của chúng tôi.

Bước 8: Xây dựng Thorax và Đầu

Tất cả mọi thứ kết hợp với nhau cùng một lúc trong giai đoạn này.

Lấy một đoạn ống dài 100 lb. monofilament hoặc ống cứng dài 3 inch và buộc chỉ vào chiều dài của nó.

Lấy các đoạn dây hoa dài ba, bảy inch và buộc mỗi đoạn ở giữa dọc theo chiều dài của cấu trúc cơ thể của chúng ta. Đây sẽ là đôi chân của chúng ta.

Buộc các phần sau của dây cước nhỏ hơn từ bộ phận cánh của chúng tôi ngay sau chân sau, để lại khoảng trống để điều chỉnh lại chiều dài của chúng sau này.

Tìm một chốt từ tính như hình bên. Điều này sẽ giữ nam châm neodymium vĩnh viễn của chúng ta tại chỗ.

Buộc mạch điện mà chúng tôi đã xây dựng vào chân / thân.

Buộc chốt từ vào phần thân sau đầu nhưng ở phía trước Q3.

Buộc hai chiếc lông vũ nhỏ vào thân ngay sau đầu để chúng nhô ra phía trước giống như những chiếc râu (điều này hoàn toàn là thẩm mỹ).

Đưa các phần trước của dây cước nhỏ hơn từ bộ phận cánh về phía trước và buộc chúng vào thân gần với đầu. Kéo từng miếng để đảm bảo các cánh ở giữa và nhô lên trên nam châm.

Cắt ống giấy của cuộn dây giọng nói về phía trung tâm để chúng ta có thể trượt axetat của các cánh vào bên trong nó. Toàn bộ cấu trúc này nên lơ lửng phía trên chốt nơi nam châm của chúng ta sẽ đi tới, vì vậy khi dòng điện chạy qua cuộn dây, lực từ sẽ kéo cánh xuống và đầu cánh bật lên.

Bước 9: Xây dựng bụng

Buộc công tắc sậy vào phần cuối sau của thân máy. Đây sẽ là phần đỉnh của bụng, nơi chứa những sợi râu nhạy cảm của chúng ta.

Hàn đoạn dây ngắn thứ hai vào chân còn lại của công tắc sậy.

Cuộn tròn dây ray dương để tạo diện tích bề mặt lớn cho ắc quy.

Cuộn tròn đoạn dây ngắn mới nối với công tắc để chạm vào cực âm hoặc 0V của pin.

Buộc một bình acquy nhỏ 12V lên bụng và cố định dây dẫn acquy để có kết nối chắc chắn. Tôi phải thêm một vài đoạn dây cước nặng vào bụng để ngăn pin bị lật sang phía đối diện của bụng khi tôi buộc nó vào.

Kiểm tra nó ra! Các cánh có chuyển động về phía nam châm không? Đảm bảo cực của nam châm là chính xác bằng cách tuân theo quy tắc bên phải của dòng điện từ và sử dụng la bàn tương tự để thiết lập cực của nam châm vĩnh cửu của bạn. Nếu bạn đã xây dựng mạch như tôi đã mô tả, dòng điện chạy ra bộ thu của Q3, qua cuộn dây và hướng tới đường ray nối đất hoặc phía 0V của pin.

Để hoàn thành nó, hãy uốn cong các chân dây hoa để có hình con bọ như bạn muốn! Hãy thử một chút keo ở nơi chân tiếp xúc với cơ thể nếu chúng quá mỏng manh. Thưởng thức!

Hãy cho tôi biết nếu bạn có bất cứ thắc mắc nào. Đây chắc chắn là một dự án khó khăn. Một dải cao su nhỏ giữa các dây dẫn của pin có thể giúp giữ chúng cố định.

Chúc may mắn!

Giải nhất cuộc thi Công nghệ