قم ببناء روبوت صغير جدًا: اصنع أصغر روبوت بعجلات في العالم باستخدام القابض: 9 خطوات (بالصور)

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

قم ببناء روبوت 1/20 بوصة مكعبة مع قابض يمكنه التقاط وتحريك الأشياء الصغيرة. يتم التحكم فيه بواسطة متحكم Picaxe. في هذا الوقت ، أعتقد أن هذا قد يكون أصغر روبوت بعجلات في العالم مزود بمقبض. سيتغير ذلك بلا شك ، غدًا أو الأسبوع المقبل ، عندما يبني شخص ما شيئًا أصغر.

المشكلة الرئيسية في بناء روبوتات صغيرة حقًا هي الحجم الكبير نسبيًا حتى لأصغر المحركات والبطاريات. يشغلون معظم حجم الروبوت الصغير. أنا أجرب طرقًا لصنع روبوتات مجهرية حقًا. كخطوة مؤقتة ، صنعت الروبوتات الثلاثة الصغيرة ووحدة التحكم الموضحة في هذا الدليل. أعتقد أنه مع التعديلات ، فإن إثبات مفهوم الروبوتات ، يمكن تصغيره إلى الحجم المجهري. بعد سنوات من بناء الروبوتات الصغيرة (انظر هنا: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/) ، قررت الطريقة الوحيدة لصنع أصغر الروبوتات كان من الممكن وجود المحركات والبطاريات وحتى متحكم Picaxe الخارجي للروبوت. تُظهر الموافقة المسبقة عن علم 1 R-20 روبوت 1/20 بوصة مكعبة على عشرة سنتات. تُظهر الموافقة المسبقة عن علم 1 ب و 1 ج أصغر روبوت بعجلات يرفع ويحمل 8 دبابيس IC. يوجد مقطع فيديو في الخطوة 3 يُظهر الروبوت يلتقط دائرة متكاملة ذات 8 أسنان ويحركها. وفيديو آخر في الخطوة 5 يُظهر الروبوت وهو يقوم بتشغيل عشرة سنتات.

الخطوة 1: الأدوات والمواد

18x Picaxe microcontroller من Sparkfun: https://www.sparkfun.com/ وحدة تحكم مؤازرة متسلسلة متوفرة من Polulu: https://www.pololu.com/2 مضاعفات عزم دوران عالية من أجهزة Polulu2 القياسية من Polulu.oo5 "نحاسي سميك ، نحاسي أو صفيحة برونزية من الفوسفور من Micromark2- 1/8 "x 1/16" مغناطيس نيوديميوم 1 - 1 "x1" x1 "مغناطيس نيوديميوم. المغناطيسات المتاحة من: https://www.amazingmagnets.com/index.asp أنابيب النحاس النحاسية التلسكوبية من Micromark: https://www.micromark.com/ دبابيس نحاسية من خرز WalmartGlass من Walmart 1/10 "مادة لوحة الدوائر المصنوعة من الألياف الزجاجية من Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear خمس دقائق من الإيبوكسي صواميل ومسامير متنوعة TOOLSneedletin قصاصات لحام حديدية معدنية كماشة أنف صغيرة إبرة Pic 2 تُظهر وحدة Picaxe المستخدمة. يُظهر Pic 2b الجزء الخلفي من وحدة Picaxe.

الخطوة الثانية: بناء روبوت 1/20 بوصة مكعبة

عند.40 "x.50" x.46 ، يكون حجم الروبوت في Magbot R-20 أقل بقليل من 1/20 من البوصة المكعبة. وهو مصنوع من خلال طي 3 هياكل صناديق من الصفائح المعدنية غير المغناطيسية. يتم لحام الصندوق بالإصبع الأيسر للمقبض. يتم إيبوكسي مغناطيسين صغيرين على العمود الرأسي الذي ينحني لتشكيل الإصبع الأيمن للمقبض الذي يدور بحرية.هذان المغناطيسان يتم التحكم فيهما بواسطة مغناطيس خارجي متحرك يدور ويدور المجال الذي يوفر كل القوة للروبوت. استخدمت صفائح من البرونز الفوسفوري السميك 0،005 "لهياكل الصندوق لأنه يمكن لحامها وعدم تأكسدها أو تشويهها بسهولة. يمكن أيضًا استخدام النحاس أو النحاس الأصفر. لقد استخدمت في الأصل لقم الثقب الصغير لحفر ثقوب المحامل في الصفائح المعدنية لأعمدة الأسلاك الدوارة. بعد كسر عدد قليل منهم في مكبس حفر ، انتهى بي الأمر فقط إلى ثقب الثقوب بإبرة كبيرة ومطرقة في الصفائح المعدنية. هذا يخلق ثقبًا على شكل مخروطي يمكن بعد ذلك وضعه بشكل مسطح. لا يجب أن تكون الثقوب بحجم دقيق أو حتى في مكان مثالي. في هذا المقياس الصغير ، تكون قوى الاحتكاك دقيقة ، وإذا نظرت عن كثب إلى الصور ، فسترى أنني استخدمت دبابيس رأسية طويلة قياسية طولها 0.1 بوصة مربعة ، للأعمدة وأصابع القابض. ويمكن أيضًا استخدام الأسلاك النحاسية. تم تثبيت عجلات الخرز الزجاجي على دبابيس نحاسية إبوكسية أسفل الروبوت ، ومن المهم استخدام مواد غير مغناطيسية في البناء وإلا ستتأثر قوة الروبوت وتحكمه سلبًا.

الخطوة الثالثة: محرك مغناطيسي آلي

يتمتع الروبوت بأربع درجات من الحرية. يمكن أن تتحرك للأمام وللخلف ، وتدور لليسار أو لليمين ، وتحريك القابض لأعلى ولأسفل ، وفتح القابض وإغلاقه. على محورين. مغناطيسان 1/8 "x1 / 8" x1 / 16 "إبوكسي إلى عمود رأسي من السلك مثني لتشكيل إصبع واحد من القابض. يصطف المغناطيسان للعمل كمغناطيس واحد وإنشاء محرك مغناطيسي واحد. يتم تركيب هذا في أصغر صندوق به إصبع القابض الآخر ملحومًا به. يتم تثبيت صندوق القابض على المحور الأفقي الثاني من المحور مع 000 المسمار والصمولة النحاسية. لقد استخدمت المسمار حتى أتمكن من تفكيكه بسهولة لإجراء عمليات الضبط. يتم تثبيت مجال مغناطيسي خارجي على آلة من النوع CNC يمكنها تحريك المجال المغناطيسي على طول المحورين x و y وتدويره أفقيًا ورأسيًا. كان من الممكن إجراؤه باستخدام مغناطيس كهربائي ، لكنني اخترت استخدام واحد مغناطيس دائم نيوديميوم بوصة مكعبة لأنه أسهل وأسرع طريقة لإنشاء مجال مغناطيسي كبير بحجم صغير. تحتها ، مغناطيس الروبوت يتبع الحركة عن كثب إلى حد ما ns للمجال المغناطيسي الخارجي. للحصول على مقطع فيديو قصير للروبوت يلتقط دائرة متكاملة ذات 8 سنون ، انظر هنا: https://www.youtube.com/watch؟v=uFh9SrXJ1EA أو انقر على الفيديو أدناه.

الخطوة 4: وحدة تحكم روبوت نوع CNC

يُظهر Pic 5 وحدة تحكم الروبوت من النوع CNC. توفر أربع محركات مؤازرة حركات لمغناطيس نيوديميوم بوصة واحدة مكعبة والذي يتبعه المغناطيس المثبت في الروبوت. بالنسبة للمحور x و Y ، يتم سحب عزم دوران عالي مع بكرة وقائد صيد على منصة الألياف الزجاجية. زنبرك يقاوم الحركة. ترتكز المنصة على أنبوبين نحاسيين متداخلين يعملان كدليل خطي. تحافظ المحامل البلاستيكية المصنوعة من لوح تقطيع بلاستيكي ، على جانبي الموجهات الخطية ، على مستوى المنصة. يجب أن يثبت هذا في النهاية أنه أكثر من كافٍ للتحكم في الروبوتات المجهرية التي قد تتطلب فقط نطاقًا من بضعة سنتيمترات مكعبة.

الخطوة 5: حلبة الروبوت المغناطيسية

تتكون وحدة التحكم في الروبوت من متحكم Picaxe الذي تمت برمجته لتوفير سلسلة من الحركات للروبوت. أجد أن Picaxe هو أسهل وأسرع متحكم دقيق للتوصيل والبرمجة. في حين أنه أبطأ من Pic Micro أو Arduino القياسي ، إلا أنه أكثر من السرعة الكافية لمعظم الروبوتات التجريبية. لمشاريع Picaxe الأخرى انظر هنا: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm وهنا: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ يتحكم Picaxe في الروبوت عن طريق إرسال أوامر بشكل متسلسل إلى وحدة تحكم مؤازرة تسلسلية صغيرة Polulu. وحدة التحكم Polulu صغيرة جدًا وستحتفظ باستمرار بما يصل إلى 8 أجهزة في أي موضع يتم وضعها فيه. تسمح لك الأوامر البسيطة من Picaxe بالتحكم بسهولة في موضع الماكينات وسرعتها واتجاهها. أوصي بشدة باستخدام وحدة التحكم هذه لجميع أنواع الروبوتات القائمة على المؤازرة. يوضح التخطيطي كيفية توصيل الماكينات الأربعة. سيرفو 0 و 1 يوجه المغناطيس 1 بوصة على طول المحورين X و Y. سيرفو 2 هو مؤازر دوراني مستمر يمكنه تدوير المغناطيس أكثر من 360 درجة. المؤازرة 3 تميل المغناطيس قليلاً إلى الأمام والخلف لخفض ورفع القابض. فيديو قصير للروبوت وهو يعمل على عشرة سنتات ، انظر هنا: https://www.youtube.com/watch؟v=wwT0wW-srYgOr انقر على الفيديو أدناه:

الخطوة 6: برنامج تحكم الروبوت

هذا هو البرنامج الخاص بـ Picaxe microcontroller. يرسل تسلسلات مبرمجة مسبقًا إلى وحدة التحكم Polulu المؤازرة التي تحرك المغناطيس في مساحة ثلاثية الأبعاد للتحكم في الروبوت. مع تعديلات طفيفة ، يمكن أيضًا استخدامه لبرمجة Basic Stamp 2. لبرمجة Picaxe وجدت أنه من الضروري فصل Pin 3 (الإخراج التسلسلي) من وحدة التحكم المؤازرة. وإلا فلن يتم تنزيل البرنامج من جهاز الكمبيوتر. لقد وجدت أيضًا أنه من الضروري فصل الدبوس الثالث عن وحدة التحكم المؤازرة عند تشغيل الدوائر ، لمنع قفل وحدة التحكم المؤازرة. بعد ذلك ، بعد ثانية أو نحو ذلك ، أعدت توصيل الدبوس 3. 'برنامج لتسلسل التقاط R-20 magrobot باستخدام وحدة تحكم مؤازرة polulu ، تم ضبط 3' خرج تسلسلي pinpause 7000 'على 0 مواضع ، t2400 ، ($ 80 ، $ 01 ، $ 04 ، 1 ، 35 ، 127) 'position s1 13-24-35 counter-clockwiseserout 3 ، t2400 ، (80 دولارًا ، 01 دولارًا ، 04 دولارًا ، 0 ، 35 ، 127)' موضع s0 c-clockpause 7000 'مغنطيس مستوى 3 ، t2400 ، (80 دولارًا ، 01 دولارًا) ، $ 04، 3، 23، 127) 'وضع منتصف الفترة 1000' تحرك إلى الأمام مؤازرة طويلة 1serout 3 ، t2400 ، (80 دولارًا ، 01 دولارًا ، 04 دولارًا ، 1 ، 21 ، 127) 'موقف عقارب الساعة 1500' قبضة downserout 3 ، t2400 ، (80 دولارًا ، 01 دولارًا) ، $ 04، 3، 26، 127) 'موقف downpause 2000' إغلاق المقبض 3 ، t2400 ، (80 دولارًا ، 01 دولارًا ، 04 دولارًا ، 2 ، 25 ، 1) 'مؤقت سرعة بطيء 50serout 3 ، t2400 ، (80 دولارًا ، 01 دولارًا ، 00 دولارًا ، 2 ، 0، 127) 'stop servo 2 rotatepause 700' تحرك للأمام قصيرًا 3، t2400، ($ 80، $ 01، $ 04، 1، 13، 127) 'positionpause 1000' grip uperout 3، t2400، ($ 80، $ 01، $ 04، 3 ، 23 ، 127) "نقطة منتصف النقطة 700" انعطف يمينًا 90 درجة 3 ، t2400 ، (80 دولارًا ، 01 دولارًا ، 04 دولارًا ، 2 ، 25 ، 1) "توقف سرعة بطيء 470serout 3، t2400، ($ 80، $ 01، $ 00، 2، 0، 127) 'stop servo 2 rotationpause 1000' for forwarderout 3، t2400، ($ 80، $ 01، $ 04، 0، 13، 12) 'موضع s0 وقفة 1500' قبضة downserout 3 ، t2400 ، (80 دولارًا ، 01 دولارًا ، 04 دولارات ، 3 ، 25 ، 12) 'وضع منتصف الفترة 2000' إغلاق قبضة 3 ، t2400 ، (80 دولارًا ، 01 دولارًا ، 04 دولارات ، 2 ، 25 ، 1) 'سرعة بطيئة c-clockwisepause 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 uperout 3 ، t2400 ، (80 دولارًا ، 01 دولارًا ، 04 دولارًا ، 3 ، 22 ، 12) 'موضع منتصف مؤقت 1000 نقطة توقف 6000' مضبوط على 0 موضع إيقاف 3 ، t2400 ، (80 دولارًا ، 01 دولارًا ، 04 دولارات ، 1 ، 35 ، 127) 'موضع s1 13- 24-35 c-clockserout 3، t2400، ($ 80، $ 01، $ 04، 0، 35، 127) 'موضع s0 c-clockloop: goto loop

الخطوة 7: إضافة أجهزة الاستشعار

هذا الروبوت ليس لديه أجهزة استشعار. لكي تكون مفيدًا حقًا كمعالج روبوت للأشياء الصغيرة ، سيكون من المفيد أن يكون لديك حلقة تغذية مرتدة إلى وحدة التحكم الدقيقة من أجهزة استشعار مختلفة في العالم الحقيقي. لتجنب وضع مصدر طاقة على متن الطائرة ، يمكن استخدام مستشعرات الضوء. يمكن توجيه ضوء الليزر أو الأشعة تحت الحمراء إلى الجزء العلوي من الروبوت ويمكن توصيل العواكس أو الحواجز الميكانيكية بمستشعرات اللمس أو مستشعرات الضغط أو مستشعرات درجة الحرارة والانعكاس المتغير الذي يتم قراءته بواسطة الخلايا الضوئية أو كاميرا الفيديو. ترسل نبضة تعمل على تشغيل الإلكترونيات على الروبوت للعودة بدلاً من رقم تعريف ، وهي سلسلة من البتات التي تمثل اختلافات في اللمس أو أجهزة الاستشعار الأخرى.

الخطوة 8: روبوتات أخرى تعمل مغناطيسيًا

الروبوتات التي تتحكم فيها المجالات المغناطيسية بأنواعها المختلفة ليست شيئًا جديدًا. بعضها مجهري وبعضها أكبر بحيث يمكن نشرها طبياً في جسم الإنسان. يستخدم البعض مغناطيسًا كهربائيًا يتحكم فيه الكمبيوتر ويستخدم البعض مغناطيسًا دائمًا متحركًا. فيما يلي بعض الروابط لبعض من أفضل وأصغر الروبوتات المغناطيسية التجريبية التي يعمل عليها الباحثون: روبوت مغناطيسي طائر على بنس واحد ، في حين أنه لا يطير في الواقع ، فإنه يحوم في مجال مغناطيسي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر ، مثل تلك الألعاب التي تعلق كرة صغيرة من الأرض. كما أن لديها قابض يتمدد عند تسخينه بالليزر ثم يمسك عندما يبرد. لسوء الحظ ، فإن الأطراف المغناطيسية الشمالية والجنوبية للروبوتات تكون رأسية ، لذلك لا توجد طريقة للتحكم في الدوران الدوراني لتوجيه القابض بدقة. إنه أكبر قليلاً من أصغر روبوت صنعته والذي يظهر في الخطوة 9. https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.html روبوت مغناطيسي للسباحة هو روبوت مجهري حقًا عبارة عن حلزوني مع مغناطيس في أحد طرفيه. مع مجال مغناطيسي خارجي محوري ودوران ، يمكن توجيهه في أي اتجاه والسباحة تحت الماء. spect.ieee.org/aug08/6469 الروبوتات الطبية. https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp؟ / Controlled_pill_camera_is_created / UPI-60051212691495 / فيما يلي بعض القابض الميكروسكوبي المتحكم فيه مغناطيسيًا والذي يمكن تنشيطه كيميائيًا أو حراريًا. إختطاف. لذا فهي أشبه بمصيدة دب مجهري أكثر من كونها قابض يعمل بكامل طاقته. https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htm / 13010901.asppic 10 يُظهر Magbots R-19 و R-20 و R-21 ، الروبوتات الثلاثة التي صنعتها لهذه التجارب. تم جعل أصغرها أصغر من خلال التخلص من محور واحد والعجلات. ذيل السلك يمنعه من الانقلاب للخلف.

الخطوة التاسعة: بناء روبوتات أصغر

تُظهر الصورة 11 Magbot R-21 ، أصغر روبوت يعمل بالطاقة المغناطيسية مع قابض وظيفي صنعته حتى الآن. عند 0.22 × 20 × 25 ، يكون حوالي 1/100 بوصة مكعبة. من خلال التخلص من العجلات ونقطة محورية واحدة (gimbal) ، يكون الروبوت أصغر بكثير من الإصدار ذي العجلات. إنه ينزلق على المعدن الإطار ليس بسلاسة الإطار الذي يحتوي على عجلات. يسمح الذيل السلكي للروبوت بالرجوع إلى الخلف لرفع القابض. يمكن استخدام هذا التكوين لإنشاء روبوت بحجم مجهري. المشكلة في هذه المرحلة ، إما استخدام IC التقليدي تقنية لإنشاء هياكل ميكانيكية رقيقة ، أو للتوصل إلى بديل آخر لإنشاء هياكل مجهرية. أنا أعمل عليها. تمثل هذه الروبوتات الصغيرة إحدى أسهل الطرق للحصول على الكثير من الحركة في مساحة صغيرة. هناك العديد من التكوينات المحتملة الأخرى للمغناطيسات الموجودة على متن الطائرة والمجالات المغناطيسية الخارجية التي يمكن أن تنتج روبوتات مثيرة للاهتمام للغاية. على سبيل المثال ، استخدام أكثر من ثلاثة أو أكثر من المغناطيسات الدوارة أو المحورية على الروبوت ، يمكن أن يؤدي إلى درجات أكبر من الحرية ومعالجة أكثر دقة للمقبض.

الجائزة الأولى في مسابقة الجيب