Bou 'n baie klein robot: maak die wêreld se kleinste wielrobot met 'n gryp: 9 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:28

Bou 'n 1/20 kubieke duim robot met 'n gryp wat klein voorwerpe kan optel en beweeg. Dit word beheer deur 'n Picaxe -mikrobeheerder. Op hierdie tydstip glo ek dat dit die wêreld se kleinste wielrobot met 'n gryp kan wees. Dit sal ongetwyfeld verander, môre of volgende week, as iemand iets kleiner bou.

Die grootste probleem met die bou van baie klein robotte is die relatief groot grootte van selfs die kleinste motors en batterye. Hulle neem die grootste deel van die volume van 'n mikrorobot op. Ek eksperimenteer met maniere om uiteindelik robotte te maak wat werklik mikroskopies is. As 'n tussentydse stap het ek die drie klein robotte en die beheerder wat in hierdie instruksie beskryf word, gemaak. Ek glo dat met wysigings, hierdie bewys van konseprobotte, tot mikroskopiese grootte kan afgeskaal word. Na jare se bou van klein robotte (kyk hier: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/), besluit ek die enigste manier om die kleinste robotte te maak moontlik was, was om die motors, batterye en selfs die Picaxe -mikrobeheerder buite die robot te hê. foto 1 toon R-20 'n 1/20 kubieke duim robot op 'n sent. foto 1b en 1c toon hoe die kleinste wielrobot 'n 8 -pen IC oplig en vashou. DAAR IS 'N VIDEO in stap 3 wat wys hoe die robot 'n 8 -pen IC optel en dit beweeg. En nog 'n video in stap 5 waarin die robot 'n sent sien aanskakel.

Stap 1: gereedskap en materiaal

18x Picaxe -mikrobeheerder van Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro seriële servobestuurder beskikbaar by Polulu: https://www.pololu.com/2 servomateriaal met 'n hoë wringkrag van Polulu2 standaard servo's van Polulu.oo5 "dik koper, koper of fosforbrons plaatmetaal van Micromark2- 1/8 "x 1/16" neodymiummagnete1-1 "x1" x1 "neodymiummagneet. Magnete beskikbaar by: https://www.amazingmagnets.com/index.asp Teleskopiese koperbuis van Micromark: https://www.micromark.com/Graspennetjies van WalmartGlaskrale van Walmart 1/10 "veselglas -printplaatmateriaal van Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear epoxy van vyf minute Geassorteerde moere en boute TOOLSneedletin snip-soldering irondrillmetal filessmall needle neus Tang Foto 2 toon die Picaxe module gebruik. Foto 2b toon die agterkant van die Picaxe module.

Stap 2: Bou 'n 1/20 kubieke duim -robot

Op.40 "x.50" x.46 "is die robotvolume van die Magbot R-20 effens minder as 1/20 van 'n kubieke duim. Dit word gemaak deur drie boksstrukture van nie-magnetiese plaatmetaal te vou. Die kleinste binnekant die boks word aan die linkervinger van die grijper gesoldeer. twee klein magnete word aan die vertikale as geokoksiseer, wat buig om die regtervinger van die grijper te vorm wat vrylik draai. Dit is hierdie twee magnete wat beheer word deur 'n eksterne bewegende roterende en draaiende magnetiese veld wat al die krag aan die robot verskaf. Ek het.005 "dik fosforbrons plaatmetaal vir die boksstrukture gebruik omdat dit gesoldeer kan word en nie maklik kan oksideer of aantas nie. Koper of koper kan ook gebruik word. Ek het oorspronklik klein boorpunte gebruik om die laergate in die plaatmetaal vir die draaiende draadasse te boor. Nadat ek 'n paar in 'n boorpers gebreek het, het ek net met 'n groot naald gate geslaan en in die plaat gehamer. Dit skep 'n keëlvormige gat wat dan plat gelê kan word. Die gate hoef nie 'n presiese grootte te hê of selfs perfek geplaas te wees nie. Op hierdie klein skaal is die wrywingskragte min, en as u mooi na die prentjies kyk, sal ek sien dat ek lang.1 "standaard lang kopstukke wat vierkantig is, gebruik het vir die skagte en grypvingers. Koperdraad kan ook gebruik word. Die glaskrale -wiele is gemonteer op koperpenne wat aan die onderkant van die robot ge -epoksied is. Dit is belangrik om nie -magnetiese materiale vir die konstruksie te gebruik, anders word die krag en beheer van die robot nadelig beïnvloed.

Stap 3: 'n Robotmagnetiese motor

Die robot het vier grade van vryheid. Dit kan vorentoe en agtertoe draai, na links of regs draai, die grijper op en af beweeg, en die grijper kan oopmaak en sluit. Foto 4- Ek het die vier aan boordmotors verplaas wat dit normaalweg sou verg om dit eenvoudig te doen deur eenvoudig 'n magneet horisontaal op te skort op 'n twee -as gimbal. Twee 1/8 "x1/8" x1/16 "magnete word ge -epoksied aan 'n vertikale draadas wat gebuig is om een vinger van die grijper te vorm. Die twee magnete is in lyn om as een magneet te dien en 'n enkele magneetmotor te skep. Dit is gemonteer in die kleinste boks waaraan die ander grypvinger vasgesoldeer is. Die grypkas is op die tweede horisontale as van die gimbal gemonteer met 'n 000 koperskroef en moer. Ek het die skroef gebruik sodat ek dit maklik uitmekaar kon haal 'n Eksterne magnetiese veld is gemonteer op 'n CNC -masjien wat die magnetiese vou langs die x- en y -as kan skuif en dit horisontaal en vertikaal kan draai. Dit kon met 'n elektromagneet gedoen gewees het, maar ek het gekies om een kubieke duim neodymium permanente magneet, want dit is die maklikste en vinnigste manier om 'n groot magnetiese veld in 'n klein volume te skep. Pic 4c- Dus, met die noordelike punt van die klein magneet in die robot in die rigting van die groter eksterne suidkant van die magneet daaronder volg die robotmagneet die motie redelik noukeurig ns van die eksterne magnetiese veld. Vir 'n kort video van die robot wat 'n 8 -pen IC optel, sien hier: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EAOf klik op die video hieronder.

Stap 4: CNC -tipe robotbeheerder

Foto 5 toon die CNC -tipe robotbeheerder. Vier servo's bied bewegings aan die een kubieke duim neodymiummagneet wat die magneet in die robot in die robot volg. Vir die x- en Y -as trek 'n servo met 'n hoë wringkrag met 'n katrol en visleier aan die veselglasplatform. 'N Lente staan die mosie teen. Die platform rus op twee teleskopiese koperbuise wat as 'n lineêre gids dien. Plastiese laers gemaak van 'n plastiese snyplank, aan weerskante van die lineêre geleide, hou die platform gelyk. Hierdie spesifieke robotbeheerder het 'n beperkte omvang van 'n paar kubieke duim. Dit behoort uiteindelik meer as voldoende te wees om werklik mikroskopiese robotte te beheer, wat slegs 'n reikafstand van 'n paar kubieke sentimeter benodig.

Stap 5: Magnetiese robotkring

Die robotbeheerder bestaan uit 'n Picaxe -mikrobeheerder wat geprogrammeer is om 'n reeks bewegings aan die robot te verskaf. Ek vind die Picaxe die maklikste en vinnigste mikrobeheerder om aan te sluit en te programmeer. Alhoewel dit stadiger is as 'n standaard Pic Micro of Arduino, is dit meer as vinnig genoeg vir die meeste eksperimentele robotte. Vir ander Picaxe-projekte, sien hier: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm En hier: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Die Picaxe beheer die robot deur opdragte serieel na 'n Polulu mikro -seriële servobestuurder te stuur. Die Polulu -kontroleerder is baie klein en kan deurlopend tot 8 servo's in watter posisie hulle ook al plaas. Met eenvoudige opdragte van die Picaxe kan u die posisie, snelheid en rigting van die servo's maklik beheer. Ek sal hierdie kontroleerder sterk aanbeveel vir allerhande robotte wat op servo gebaseer is. Die skema toon hoe die vier servo's verbind is. Servo 0 en 1 lei die magneet 1 langs die X- en Y -as. Servo 2 is 'n deurlopende roterende servo wat die magneet meer as 360 grade kan draai. Servo 3 kantel die magneet effens vorentoe en agtertoe om die gryper te laat sak en op te lig. Vir 'n kort video van die robot wat 'n sent aanskakel, kyk hier: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgOf klik op die video hieronder:

Stap 6: Robotbeheerdersagteware

Hier is die sagtewareprogram vir die Picaxe -mikrobeheerder. Dit stuur vooraf geprogrammeerde rye na die Polulu servobestuurder wat die magneet in 3d ruimte beweeg om die robot te beheer. Met geringe wysigings kan dit ook gebruik word om 'n Basic Stamp twee te programmeer. Om die Picaxe te programmeer, het ek dit nodig gevind om Pin 3 (seriële uitset) van die servobestuurder te ontkoppel. Anders sal die program nie van die rekenaar afgelaai word nie. Ek het dit ook nodig gevind om pen drie van die servobestuurder te ontkoppel wanneer die stroombane aangeskakel word, om te verhoed dat die servobestuurder sluit. Na 'n paar sekondes het ek pen 3 weer aangesluit. 'Program vir R-20 magrobot-afhaalvolgorde met behulp van 'n polulu servo-kontroleerder met 'n hoë 3' seriële uitsetpennetjie 7000 'ingestel op 0 posisieserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'posisie s1 13-24-35 teen-klok seerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127)' posisie s0 c-klokpause 7000 'vlak magnete serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'posisie midpause 1000' beweeg vorentoe lang servo1serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 21, 127) 'posisie klokwissepause 1500' greep afrit 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 26, 127) 'position downpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'slow speed clockpause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotatepause 700' beweeg vorentoe shortserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 13, 127) 'position clockpause 1000' grip upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'posisie midpointpause 700' draai regs 90serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'stadige spoed -klokpouse 470serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 -rotasiepouse 1000' vorentoe uitweg 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 13, 12) se posisie s0 pouse 1500 'greep downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 25, 12) 'posisie midpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'stadige spoed c-klokpause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotationpause 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) 'posisie midpause 1000pause 6000' ingestel op 0 posisiesoute 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) se posisie s1 13- 24-35 c-clockerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) se posisie s0 c-klokloop: gaan lus

Stap 7: Voeg sensors by

Hierdie robot het geen sensors nie. Om werklik nuttig te wees as 'n robotmanipuleerder van klein voorwerpe, sou dit 'n voordeel wees om 'n terugvoerlus na die mikrobeheerder te kry van verskillende werklike sensors. Om te voorkom dat 'n kragtoevoer aan boord geplaas word, kan ligsensors gebruik word. Laser of infrarooi lig kan na die bokant van die robot gerig word en meganiese weerkaatsers of blokkeerders kan gekoppel word aan raaksensors, druksensors of temperatuursensors en veranderlike reflektansie wat deur fotoselle of 'n videokamera gelees word. 'N Ander moontlikheid is om RFID -tegnologie te gebruik om stuur 'n pols uit wat elektronika op die robot laat terugkeer in plaas van 'n identifiserende getal, 'n reeks stukkies wat variasies in aanraking of ander sensors voorstel.

Stap 8: Ander magneties aangedrewe robotte

Robotte wat deur verskillende soorte magnetiese velde beheer word, is niks nuuts nie. Sommige van hulle is mikroskopies en sommige is groter, sodat hulle medies in 'n menslike liggaam ontplooi kan word. Sommige gebruik rekenaarbeheerde elektromagnete en sommige gebruik permanente magnete. Hier is 'n paar skakels na 'n paar van die beste en kleinste eksperimentele magnetiese robotte waarna navorsers werk. Magneetrobot op 'n sent vlieg. Alhoewel dit nie eintlik vlieg nie, hang dit in 'n rekenaarbeheerde magnetiese veld, net soos speelgoed wat 'n klein aardbol. Dit het ook 'n grijper wat uitbrei wanneer dit met 'n laser verhit word en dan gryp terwyl dit afkoel. Ongelukkig is die magnetiese noord- en suidpunte van die robotte vertikaal, dus is daar geen manier om die rotasie te beheer om die grijper presies te oriënteer nie. Dit is effens groter as die kleinste robot wat ek gemaak het, wat in stap 9. https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.html Swemmagneetrobot 'n Werklik mikroskopiese robot wat 'n spiraal is met 'n magneet aan die een kant. Met 'n eksterne draaibare en roterende magnetiese veld kan dit in enige rigting gerig word en onder water swem. spectrum.ieee.org/aug08/6469 Mediese robots.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp? x = 5464Magneties beheerde kamera.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Hier is 'n paar mikroskopiese magneties beheerde grijpers wat chemies of deur hitte geaktiveer kan word. gryp. Hulle lyk dus meer soos 'n mikroskopiese beerval as 'n ten volle funksionele gryper.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January /13010901.asppic 10 toon die Magbots R-19, R-20 en R-21, die drie robotte wat ek vir hierdie eksperimente gemaak het. Die kleinste een is kleiner gemaak deur een draai en die wiele uit te skakel. 'N Draadstert keer dat dit nie agteruit kantel nie.

Stap 9: Bou selfs kleiner robotte

Op foto 11 verskyn die Magbot R-21, die kleinste magneties aangedrewe robot met 'n funksionele grijper wat ek tot dusver gemaak het. By.22 "x.20" x.25 "is dit ongeveer 1/100 van 'n kubieke duim. Deur die wiele en een spilpunt (gimbal) uit te skakel, is die robot baie kleiner as die wielweergawe. Dit gly op die metaal raam nie heeltemal so glad soos die met wiele nie. Met die draadstert kan die robot terugtrek om die gryper op te lig. So 'n opset kan gebruik word om 'n robot van mikroskopiese grootte te maak. Die probleem is om konvensionele IC te gebruik. tegnologie om meganiese strukture met dun film te skep, of om 'n ander alternatief te vind vir die skep van mikroskopiese strukture. ander moontlike konfigurasies van magnete aan boord en eksterne magnetiese velde wat baie interessante robotte kan produseer, byvoorbeeld deur meer as drie of meer roterende of draaiende magnete op 'n robot te gebruik, kan lei tot meer grade van vryheid en meer presiese manipulasie van die grijper.

Eerste prys in die sakgrootte-kompetisie