بناء روبوتات صغيرة: صنع روبوتات ميكرو سومو بحجم بوصة مكعبة وأصغر: 5 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:42

فيما يلي بعض التفاصيل حول بناء روبوتات ودوائر صغيرة. سيغطي هذا الدليل أيضًا بعض النصائح والتقنيات الأساسية المفيدة في بناء الروبوتات من أي حجم ، وبالنسبة لي ، فإن أحد أكبر التحديات في مجال الإلكترونيات هو معرفة مدى صغر حجم الروبوت الذي يمكنني صنعه. الشيء الجميل في الإلكترونيات هو أن المكونات تصبح أصغر وأرخص وأكثر كفاءة بوتيرة سريعة بشكل لا يصدق. تخيل لو كانت تكنولوجيا السيارات هكذا. لسوء الحظ ، لا تتقدم الأنظمة الميكانيكية في هذا الوقت بنفس سرعة تقدم الإلكترونيات تقريبًا. يؤدي هذا إلى إحدى الصعوبات الرئيسية في بناء روبوتات صغيرة جدًا: محاولة التوافق في مساحة صغيرة ، النظام الميكانيكي الذي يحرك الروبوت. يميل النظام الميكانيكي والبطاريات إلى شغل معظم حجم روبوت صغير حقًا. يظهر.pic1 السيد Cube R-16 ، روبوت سومو صغير بحجم بوصة مكعبة قادر على الاستجابة لبيئته باستخدام شعيرات الأسلاك الموسيقية (ممتص الصدمات) تحول). يمكنه التحرك واستكشاف محيط صندوق صغير. يمكن التحكم فيه عن بعد باستخدام جهاز تحكم عن بعد عالمي يعمل بالأشعة تحت الحمراء للتلفزيون تم إعداده لتلفزيون سوني. يمكن أيضًا أن يكون لها متحكم Picaxe المبرمج مسبقًا بأنماط التفاعل. تبدأ التفاصيل في الخطوة 1.

الخطوة 1: مكونات روبوت واحد بوصة مكعبة

مستر كيوب آر -16 ، هو الروبوت السادس عشر الذي صنعته. إنه روبوت بحجم بوصة مكعبة يقيس 1 "x1" x1. إنه قادر على سلوك برمجي مستقل أو يمكن التحكم فيه عن بُعد. لا يُقصد به أن يكون أي شيء عملي جدًا أو مفيد بشكل خاص. إنه مجرد نموذج أولي وإثباتًا للمفهوم. ومع ذلك ، فهو مفيد بمعنى أن بناء روبوت صغير يتيح لك صقل مهاراتك في التصغير للروبوتات والدوائر الصغيرة الأخرى. يستغرق الأمر ضعف الوقت الذي يستغرقه عادةً لبناء نفس الدائرة في مساحة أكبر. هناك حاجة إلى جميع أنواع المشابك لتثبيت المكونات الصغيرة والأسلاك في مكانها أثناء اللحام أو اللصق. ضوء عمل ساطع وسماعة رأس مكبرة جيدة أو العدسة المكبرة الثابتة أمر لا بد منه. المحركات الصغيرة ، اتضح أن أحد أكبر العقبات التي تحول دون صنع روبوتات صغيرة جدًا هو محرك التروس المطلوب. g محركات تروس منخفضة السرعة في الدقيقة صغيرة بما يكفي ليست بهذه السهولة. يستخدم السيد كيوب محركات تروس صغيرة الحجم موجهة بنسبة 25: 1. في هذا الترس ، يكون الروبوت أسرع مما أريد وقليلًا من الارتعاش. لتتناسب مع المساحة ، كان لابد من إزاحة المحركات بعجلة واحدة للأمام أكثر من الأخرى. حتى مع ذلك ، فإنه يتحرك للأمام والخلف ويستدير بشكل جيد. تم توصيل المحركات بلوحة التحكم بسلك قياس 24 تم لحامه ثم لصقها بإسمنت ملامس. في الجزء الخلفي من الروبوت ، تم ثمل مسمار من النايلون بحجم 4-40 في فتحة مغطاة أسفل لوحة الدائرة السفلية. يعمل رأس البرغي البلاستيكي الأملس كعجلة لموازنة الروبوت. يمكنك رؤيتها في الجزء السفلي الأيمن من الصورة 4. هذا يعطي خلوصًا للعجلة في الجزء السفلي من الروبوت يبلغ حوالي 1/32 بوصة. لتركيب العجلات ، تم تشغيل البكرات البلاستيكية مقاس 3/16 بوصة المثبتة على المحركات و ثم ، أثناء الغزل ، تم صقلها بالرمل إلى القطر الصحيح. ثم تم إدخالها في ثقب في غسالة معدنية تتلاءم مع غسالة النايلون وتم تجميع كل شيء معًا. تم بعد ذلك طلاء العجلة بطبقتين من المطاط السائل لمنحها قوة دفع. بطاريات صغيرة مشكلة أخرى مع أصغر الروبوتات هي العثور على بطاريات صغيرة تدوم. تتطلب محركات التروس المستخدمة تيارات عالية إلى حد ما (90-115ma) للعمل. ينتج عن هذا روبوت صغير يأكل البطاريات على الإفطار. أفضل ما يمكن أن أجده في ذلك الوقت ، كان بطاريات خلايا ليثيوم 3-LM44. عمر البطارية في الروبوتات الصغيرة جدًا من هذا النوع قصير جدًا (بضع دقائق) بحيث لا يمكنهم عادةً فعل أي شيء قريب من العملية. لم يكن هناك سوى مساحة لثلاث بطاريات 1.5 فولت ، لذلك انتهى بهم الأمر إلى تشغيل كل من المحركات ووحدة التحكم Picaxe. نظرًا للضوضاء الكهربائية التي يمكن أن تخلقها محركات التيار المستمر الصغيرة ، فإن مصدر طاقة واحد لكل شيء ، عادة ما لا يكون فكرة جيدة. لكنها تعمل بشكل جيد حتى الآن ، فالمساحة الموجودة في هذا الروبوت الذي يبلغ طوله بوصة واحدة كانت ضيقة جدًا لدرجة أن سمك عزل السلك مقاس 28 (من كابل الشريط) اتضح أنه يمثل مشكلة. بالكاد استطعت وضع نصفي الروبوت معًا. أقدر أن حوالي 85٪ من حجم الروبوت مليء بالمكونات. كان الروبوت صغيرًا جدًا لدرجة أن مفتاح التشغيل والإيقاف كان يمثل مشكلة. في النهاية ، قد أستبدل الشعيرات الخام بأجهزة استشعار تعمل بالأشعة تحت الحمراء. لقد نفدت المساحة سهلة الاستخدام حرفياً ، لذا فإن تركيب أي شيء آخر ، دون اللجوء إلى تقنية التثبيت على السطح ، سيكون تحديًا مثيرًا للاهتمام ، أود استخدام البناء الصدفي للروبوتات الصغيرة حقًا. انظر الصورة رقم 2. يتكون هذا من نصفين يتم ربطهما معًا مع رؤوس ومآخذ توصيل شريطية مقاس 1 بوصة. وهذا يوفر وصولاً سهلاً إلى جميع المكونات ، مما يسهل تصحيح أخطاء الدوائر أو إجراء تغييرات. توضح الصورة 3 موقع بعض من المكونات الرئيسية MATERIALS2 GM15 Gear Motors- 25: 1 6mm Planetary Gear Pager Motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Picaxe متحكم متاح من: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ؟ CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 وحدة تحكم المحرك DIP IC: https://www.mouser.com كاشف الأشعة تحت الحمراء باناسونيك PNA4602M: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol heat-strippable (solderable) سلك مغناطيسي: https:// www.mouser.com3 LM44 1.5 فولت. بطاريات خلية زر الليثيوم: https://www.mouser.com مفتاح تشغيل وإيقاف أزرق صغير: https://www.jameco.com www.mouser.com المقاومات ومكثف التنتالوم 150 فائق التوهج.1 "لوح نحاسي مصنوع من الألياف الزجاجية من: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD ، _LINE_PATTERN_.html شريط سائل بيرفورميكس (tm) ، أسود - متوفر في وول مارت أو https://www.thetapeworks.com/l Liquid-tape.htm

الخطوة الثانية: حلبة روبوت بحجم واحد بوصة مكعبة

يُظهر Pic 4 موقع متحكم Picaxe 18x ووحدة التحكم في المحرك L293 وهما الدوائر الرئيسية للروبوت. في وقت الإنشاء ، لم أتمكن من الحصول على إصدارات التثبيت السطحي من Picaxe أو L293. من المؤكد أن استخدام الدوائر المتكاملة المثبتة على السطح سيترك مساحة أكبر لدوائر وأجهزة استشعار إضافية. في حين أن لديهم ذاكرة أقل وليست بنفس سرعة PicMicros أو Arduino أو Basic Stamp أو المتحكمات الدقيقة الأخرى ، إلا أنها سريعة بما يكفي لمعظم الروبوتات التجريبية الصغيرة. يمكن توصيل العديد منها ببعضها بسهولة عند الحاجة إلى مزيد من السرعة أو الذاكرة. هم أيضا متسامحون جدا. لقد قمت بلحامهم مباشرة ، واختصرتهم وأفرطت في تحميل مخرجاتهم ولم أحرقها بعد. نظرًا لإمكانية برمجتها بلغة البرمجة BASIC ، فهي أيضًا أسهل في البرمجة من معظم المتحكمات الدقيقة. إذا كنت ترغب في بناء صغير جدًا ، فإن متحكمات 08M و 18x Picaxe متوفرة في شكل تثبيت على السطح (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). للاطلاع على بعض المشاريع التي يمكنك القيام بها باستخدام متحكمات Picaxe ، يمكنك إلقاء نظرة على: أربعة دبابيس إخراج من المتحكم الدقيق يمكنها التحكم في الطاقة لمحركين: الأمام ، الخلف ، أو الإيقاف. يمكن حتى أن تكون طاقة المحركات نابضة (تعديل عرض النبضة PWM) للتحكم في سرعتها. نمط خطأ متقطع لم يكن هناك مكان على لوحات التحكم لتركيب وحدة التحكم L293 لذلك تم تثبيتها باستخدام تقنية الخطأ الميت. هذا يعني ببساطة أن IC مقلوب رأسًا على عقب وأن الأسلاك الرفيعة ملحومة مباشرة بالمسامير التي تم ثنيها أو قصها. يمكن بعد ذلك لصقها على لوحة دائرة كهربائية أو تركيبها في أي مساحة متاحة. في هذه الحالة ، بعد أن تم لحام L293 واختباره ، قمت بتغطيته بطبقتين من مطاط الشريط السائل سهل الاستخدام لضمان عدم اختزال أي شيء عند حشره في المساحة المتاحة. يمكن أيضًا استخدام الأسمنت الملامس الواضح. للحصول على مثال جيد جدًا لبناء الدوائر باستخدام نمط الحشرات الميتة ، انظر هنا: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 يوضح رقصة اللحام التي قمت بتعديلها عن طريق إضافة مقاطع التمساح الصغيرة إلى لوحة الأداء للمساعدة في لحام الأسلاك الصغيرة إلى الدوائر المتكاملة بأسلوب الحشرة الميتة. تُظهر الصورة 6 المخطط للروبوت السيد كيوب. يمكنك مشاهدة مقطع فيديو للسيد كيوب يقوم بعمل تسلسل مبرمج قصير من خلال النقر على رابط inch-robot-sm.wmv أدناه ، حيث يُظهر الروبوت بحوالي 30٪ من السرعة القصوى التي تم تقليلها باستخدام تعديل عرض النبضة على المحركات.

الخطوة الثالثة: نصائح وحيل لبناء الروبوت

بعد بناء 18 روبوتًا ، إليك بعض الأشياء التي تعلمتها بالطريقة الصعبة. مزودات الطاقة المنفصلة إذا كان لديك مساحة ، فستوفر على نفسك الكثير من المتاعب إذا كنت تستخدم مصادر طاقة منفصلة للميكروكونترولر ودوائره والمحركات. يمكن أن يؤدي تذبذب الجهد والضوضاء الكهربائية التي تنتجها المحركات إلى إحداث فوضى في وحدة التحكم الدقيقة ومدخلات المستشعر لإنتاج استجابات غير متسقة للغاية في الروبوت الخاص بك. نادرًا ما تفشل المكونات أو تكون معيبة. إذا كان التصميم الخاص بك صالحًا ، ولم تعمل الدائرة ، فغالبًا ما يكون ذلك خطأ في الأسلاك الخاصة بك. للحصول على معلومات حول كيفية عمل نماذج أولية سريعة للدوائر ، انظر هنا: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm ثم قم بتركيب جميع المحركات وأجهزة الاستشعار على جسم الروبوت وبرمجة المتحكم الدقيق للتحكم فيها. فقط بعد أن يعمل كل شيء بشكل جيد ، أحاول عمل نسخة ملحمة دائمة من الدائرة. ثم أختبر هذا بينما لا يزال منفصلاً عن جسم الروبوت. إذا نجح ذلك ، فأنا أقوم بتثبيته بشكل دائم على الروبوت. إذا توقف عن العمل ، فغالبًا ما يكون ذلك بسبب مشاكل الضوضاء. مشاكل الضوضاء إحدى أكبر المشاكل التي واجهتها هي الضوضاء الكهربائية التي تجعل الدائرة عديمة الفائدة. يحدث هذا غالبًا بسبب الضوضاء الكهربائية أو المغناطيسية التي يمكن أن تنبعث من محركات التيار المستمر. يمكن أن تطغى هذه الضوضاء على مدخلات المستشعر وحتى المتحكم الدقيق. لحل هذه المشكلة ، يمكنك التأكد من أن المحركات والأسلاك ليست قريبة من أي خطوط إدخال تنتقل إلى وحدة التحكم الدقيقة الخاصة بك. تُظهر الصورة 7 Sparky ، R-12 ، روبوتًا صنعته يستخدم Stamp 2 الأساسي كمتحكم دقيق. لقد اختبرته أولاً باستخدام لوحة الدائرة الرئيسية بعيدًا عن الروبوت وبعد القيام بالبرمجة الأساسية ، سار كل شيء على ما يرام. عندما قمت بتثبيته فوق المحركات مباشرة ، أصيب بالجنون وكان غير متسق تمامًا. حاولت إضافة لوحة نحاسية مؤرضة بين المحركات والدائرة ولكن ذلك لم يحدث فرقًا. اضطررت في النهاية إلى رفع الدائرة بمقدار 3/4 بوصة (انظر الأسهم الزرقاء) قبل أن يعمل الروبوت مرة أخرى. يمكن أن يكون المصدر الشائع الآخر للضوضاء المدمرة في الروبوتات الصغيرة عبارة عن إشارات نابضة. إذا قمت بإرسال إشارات PWM إلى الماكينات أو المحركات ، فإن الأسلاك يمكن أن تتصرف مثل الهوائيات وترسل إشارات يمكن أن تربك خطوط الإدخال الخاصة بك. لتجنب ذلك ، حافظ على فصل أسلاك الإدخال والإخراج للمتحكم الدقيق قدر الإمكان. كذلك احتفظ بالأسلاك التي تحمل الطاقة للمحركات بعيدًا عن خطوط الإدخال. يمكن حل الدوائر الصغيرة باستخدام سلك مغناطيسي قياس 30-36. لقد استخدمت سلك قياس 36 لبعض المشاريع ، لكنني وجدت أنه ضعيف جدًا ، وكان من الصعب تجريده واستخدامه. حل وسط جيد هو سلك مغناطيسي قياس 30. مغناطيس عادي يمكن استخدام السلك ، لكنني أفضل سلك المغناطيس القابل للتعرية بالحرارة. يحتوي هذا السلك على طلاء يمكن تجريده بمجرد لحامه بالحرارة الكافية لإذابة العزل. يستغرق الأمر ما يصل إلى 10 ثوانٍ لتجريد الطلاء أثناء اللحام. بالنسبة للبعض مكونات حساسة مثل اللحام بمصابيح LED أو الدوائر المتكاملة ، يمكن أن يكون هذا حرارة ضارة. أفضل حل وسط بالنسبة لي ، هو استخدام هذا السلك المغناطيسي القابل للحرارة ، لكن قم بتجريده إلى حد ما أولاً. آخذ أولاً سكينًا حادًا وأزلقه عبر السلك المغناطيسي لإخراج الطلاء ثم أدر السلك حوله حتى يتم تجريده جيدًا حول قطره. ثم أقوم بلحام نهاية السلك المجرد حتى يتم تعليبها جيدًا. بعد ذلك ، يمكنك لحامه بسرعة في أي مكون حساس مع فرصة أقل للتلف الحراري. أفضل حل هو استخدام مكواة لحام حرارية صغيرة قابلة للضبط (1/32 بوصة) وأرفع لحام يمكنك العثور عليه.عادة ما يكون قطر اللحام القياسي 0.032 بوصة والذي يعمل بشكل جيد لمعظم الأشياء. يتيح لك استخدام لحام أرق 015 بوصة التحكم بسهولة في كمية اللحام على المفصل. إذا كنت تستخدم أقل كمية من اللحام الضرورية ، فإنها لا تشغل فقط أصغر حجم ، ولكنها تتيح لك أيضًا لحام مفصل بسرعة قدر الإمكان. هذا يقلل من فرصة السخونة الزائدة وإتلاف المكونات الحساسة مثل الدوائر المتكاملة ومصابيح LED المثبتة على السطح. مكونات التثبيت على السطح مكونات التثبيت على السطح هي الأفضل في التصغير. لاستخدام الدوائر المتكاملة بحجم SOIC ، عادةً ما أستخدم سلك لحام رفيع وسلك مغناطيسي. لرؤية سهلة إلى حد ما طريقة لصنع لوحات أو دوائر تفكيك SOIC ، انظر هنا: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm غلق المكونات بدلاً من اللحام يمكن أيضًا لصق بعض مكونات تثبيت السطح مباشرة على لوحات الدوائر.يمكنك صنع الغراء الموصل الخاص بك واستخدامه يتم لصقها على مصابيح LED و ICs. راجع: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ بينما يعمل هذا ، قد يكون صعبًا إلى حد ما لأن الحركة الشعرية تميل إلى الفتيل ج غراء موصّل تحت مصابيح LED المثبتة على السطح ومكونات أخرى واختصارها. تلمس المكونات باستخدام غراء غير موصل لقد قمت مؤخرًا بتجربة لصق المكونات على لوحات الدوائر النحاسية والأقمشة الموصلة باستخدام الغراء غير الموصّل. انظر الصورة 8 للحصول على صورة من شريط إضاءة بجهد 12 فولت (غير مضاء ومضاء) باستخدام مصابيح LED مثبتة على السطح تم لصقها بغراء غير موصل. اكتشفت أنه إذا قمت بوضع طبقة رقيقة من طلاء الأظافر الشفاف على آثار النحاس ثم قمت بربط المصباح فعليًا وتركه يجف لمدة 24 ساعة ، فسوف يتبقى لك مفصل ميكانيكي جيد موصل بالكهرباء. يتقلص غراء طلاء الأظافر بشكل فعال ويثبت ملامسات LED على آثار النحاس مما يشكل اتصالًا ميكانيكيًا جيدًا. يجب تثبيته لمدة 24 ساعة كاملة. بعد ذلك ، يمكنك اختبار الموصلية. إذا أضاء ، يمكنك إضافة الطبقة الثانية من الغراء. بالنسبة للطبقة الثانية ، أستخدم اسمنتًا ملامسًا واضحًا مثل اللحام أو Goop. يحيط هذا الصمغ السميك بالمكونات ويتقلص أيضًا أثناء تجفيفه لضمان اتصال قوي جيد بآثار النحاس. انتظر 24 ساعة حتى يجف قبل الاختبار مرة أخرى ، ولأنني كنت متشككًا بشأن المدة التي سيستغرقها ، تركت شريط إضاءة LED الأزرق في الصورة 8 لمدة سبعة أيام وليالٍ. في الواقع ، انخفضت مقاومة الدائرة بمرور الوقت. بعد أشهر ، لا يزال الشريط يضيء بالكامل مع عدم وجود دليل على زيادة المقاومة. باستخدام هذه الطريقة ، نجحت في لصق مصابيح LED صغيرة جدًا مثبتة على السطح - بحجم 0805 - وأكبر على لوح نحاسي مكسو. تُظهر هذه التقنية بعض الأمل في صنع دوائر صغيرة جدًا وشاشات LED وروبوتات.

الخطوة 4: كسر القواعد

لإنشاء روبوتات صغيرة جدًا ، قد تضطر إلى كسر العديد من القواعد المذكورة أعلاه. لجعل السيد كيوب انتهكت القواعد التالية: 1- استخدمت مصدر طاقة واحدًا بدلاً من واحد للمحركات والآخر للميكروكونترولر.2- قمت بتركيب وحدة التحكم الدقيقة Picaxe بالقرب من المحرك.3- استخدمت البطاريات التي تم تصنيفها على أنها سحب تيار منخفض وتشغيلها في تيارات أعلى بكثير مما صُممت من أجله. هذا يحد بشدة من عمر البطاريات.4- لقد جمعت جميع الأسلاك معًا في خليط مما قد يؤدي إلى حدوث تداخلات ومشاكل ضوضاء كهربائية. لقد كنت محظوظًا ببساطة لأنها لم تفعل.5- لقد قمت بتوصيل الدائرة بالروبوت بدون توصيله باللوح أولاً. هذا يمكن أن يجعل تصحيح أخطاء الدائرة صعبًا للغاية. يمكنك تنزيل رمز برمجة Picaxe للسيد كيوب على: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt إذا كنت مهتمًا برؤية بعض الروبوتات الأخرى التي قمت بإنشائها ، يمكنك الذهاب إلى: https://www.inklesspress.com/robots.htmPic 9 يظهر السيد Cube والسيد Cube اثنان ، R-18 ، روبوت 1/3 بوصة مكعبة الذي بدأت في بنائه. التفاصيل في الخطوة 5.

الخطوة 5: السيد كيوب الثاني: صنع روبوت 1/3 بوصة مكعبة

بعد صنع روبوت بحجم بوصة مكعبة يعمل ، كان علي أن أجرب شيئًا أصغر. أنا أهدف إلى روبوت حوالي 1/3 بوصة مكعبة. في هذه المرحلة ، يكون السيد Cube Two حوالي 0.56 "×.58" × 72 ". يحتوي على متحكم Picaxe 08 الذي سيسمح له بالتحرك بشكل مستقل. تُظهر الصورة 10 الروبوت على مسطرة. وتوضح الصورة 11 الآخر جانب الروبوت على ربع.البطاريتان هما بطاريات ليثيوم cr1220 3volt ويبقى أن نرى ما إذا كانت ستمتلك القدرة الكافية لتشغيل Picaxe والمحركات. قد تكون هناك حاجة إلى المزيد من البطاريات ، إنه عمل مستمر. بعيدًا ، يعمل محركا بيجر بشكل جيد لتحريك وتحريك الروبوت على الأسطح الملساء. تم تثبيت متحكم Picaxe وبرمجته واختباره. لا يزال يتعين إضافة وحدة التحكم في المحرك SOIC L293 وجهاز استشعار عاكس الأشعة تحت الحمراء. كن واحدًا من أصغر الروبوتات المستقلة التي تحتوي على أجهزة استشعار ووحدة تحكم دقيقة. في حين أن هذا روبوت صغير ، هل هناك روبوتات هواة أصغر قابلة للبرمجة؟ نعم بالفعل. انظر: 1cc Robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ روبوت بيكو:

الجائزة الثانية في مسابقة الروبوتات Instructables و RoboGames

الجائزة الأولى في مسابقة كتاب Instructables