Costruisci un robot molto piccolo: crea il robot a ruote più piccolo del mondo con una pinza.: 9 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:06

Costruisci un robot da 1/20 di pollice cubo con una pinza in grado di raccogliere e spostare piccoli oggetti. È controllato da un microcontrollore Picaxe. A questo punto, credo che questo potrebbe essere il robot su ruote più piccolo al mondo con una pinza. Questo senza dubbio cambierà, domani o la prossima settimana, quando qualcuno costruirà qualcosa di più piccolo.

Il problema principale con la costruzione di robot davvero piccoli è la dimensione relativamente grande anche dei motori e delle batterie più piccoli. Occupano la maggior parte del volume di un micro robot. Sto sperimentando modi per creare robot che siano veramente microscopici. Come passaggio intermedio, ho realizzato i tre piccoli robot e il controller descritti in questo tutorial. Credo che con le modifiche, questi robot di prova del concetto, potrebbero essere ridimensionati a dimensioni microscopiche. Dopo anni di costruzione di piccoli robot (vedi qui: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/), ho deciso che l'unico modo per realizzare i robot più piccoli possibile, era avere i motori, le batterie e persino il microcontrollore Picaxe esterni al robot. la foto 1 mostra R-20 un robot da 1/20 di pollice cubico su una monetina. La figura 1b e 1c mostra il robot su ruote più piccolo che solleva e tiene in mano un circuito integrato a 8 pin. C'È UN VIDEO nel passaggio 3 che mostra il robot che prende un IC a 8 pin e lo sposta. E un altro video nel passaggio 5 che mostra il robot che si accende una monetina.

Passaggio 1: strumenti e materiali

Microcontrollore Picaxe 18x da Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro servo controller seriale disponibile da Polulu: https://www.pololu.com/2 servi ad alta coppia da Polulu2 servi standard da Polulu.oo5" di rame spesso, lamiera di ottone o bronzo fosforoso di Micromark2- 1/8" x 1/16" magneti al neodimio1- 1"x1"x1" magnete al neodimio. Magneti disponibili da: https://www.amazingmagnets.com/index.asp Tubi telescopici in ottone di Micromark: https://www.micromark.com/Perni in ottone di Walmart Perline di vetro di Walmart1/10" materiale per circuiti in fibra di vetro di Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear cinque minuti resina epossidicaDadi e bulloni assortitiSTRUMENTIForbici per aghiferro per saldaretrapanolima per metallopinzette ad ago La foto 2 mostra il modulo Picaxe utilizzato. La foto 2b mostra il retro del modulo Picaxe.

Passaggio 2: costruisci un robot da 1/20 di pollice cubo

A.40"x.50"x.46" il volume del robot del Magbot R-20 è leggermente inferiore a 1/20 di pollice cubo. È realizzato piegando 3 strutture a scatola di lamiera non magnetica. Il più piccolo interno scatola è saldata al dito sinistro della pinza.due piccoli magneti sono epossidici all'albero verticale che si piega per formare il dito destro della pinza che ruota liberamente. Sono questi due magneti che sono controllati da un magnete esterno in movimento rotante e rotante campo che fornisce tutta la potenza al robot. Ho usato lamiere di bronzo fosforoso di spessore.005" per le strutture delle scatole perché possono essere saldate e non si ossidano o si ossidano facilmente. Potrebbero essere usati anche rame o ottone. Inizialmente ho usato piccole punte da trapano per praticare i fori dei cuscinetti nella lamiera per gli alberi dei fili rotanti. Dopo averne rotti alcuni con un trapano a colonna, ho finito per fare dei buchi con un grosso ago e un martello nella lamiera. Questo crea un foro a forma di cono che può quindi essere limato piatto. I fori non devono essere di dimensioni precise o addirittura posizionati perfettamente. A questa piccola scala, le forze di attrito sono minime e se guardi da vicino le immagini vedrai che ho usato perni standard lunghi.1 "che sono quadrati, per gli alberi e le dita della pinza. Potrebbe anche essere usato del filo di rame. Le ruote con perle di vetro sono state montate su perni di ottone fissati con resina epossidica alla parte inferiore del robot. È importante utilizzare materiali non magnetici per la costruzione o la potenza e il controllo del robot saranno influenzati negativamente.

Passaggio 3: un motore magnetico per robot

Il robot ha quattro gradi di libertà. Può andare avanti e indietro, ruotare a sinistra oa destra, spostare la pinza su e giù e aprire e chiudere la pinza. Pic 4- Ho riposizionato i quattro motori di bordo che normalmente servirebbero per farlo semplicemente sospendendo un magnete in orizzontale su un gimbal a due assi. Due magneti da 1/8"x1/8"x1/16" sono fissati con resina epossidica a un albero verticale di filo piegato per formare un dito della pinza. I due magneti sono allineati per agire come un magnete e creare un motore a magnete singolo Questo è montato nella scatola più piccola a cui è saldato l'altro dito della pinza. La scatola della pinza è montata sul secondo asse orizzontale del gimbal con una vite e un dado in ottone 000. Ho usato la vite in modo da poterla smontare facilmente per le regolazioni. Un campo magnetico esterno è montato su una macchina di tipo CNC che può far scorrere il campo magnetico lungo gli assi x e y e ruotarlo orizzontalmente e verticalmente. Poteva essere fatto con un elettromagnete, ma ho scelto di usarne uno magnete permanente al neodimio di pollici cubi perché è il modo più semplice e veloce per creare un grande campo magnetico in un piccolo volume. Fig 4c- Quindi, con l'estremità nord del piccolo magnete nel robot rivolta verso l'estremità sud esterna più grande del magnete sotto di esso, il magnete del robot segue abbastanza da vicino il moto ns del campo magnetico esterno. Per un breve video del robot che preleva un IC a 8 pin, vedere qui: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EAOppure fare clic sul video qui sotto.

Passaggio 4: controller robot di tipo CNC

La figura 5 mostra il controller del robot di tipo CNC. Quattro servi forniscono movimenti al magnete al neodimio da un pollice cubico che segue il magnete montato sul gimbal nel robot. Per gli assi x e Y un servo ad alta coppia con una puleggia e un leader da pesca tira sulla piattaforma in fibra di vetro. Una molla si oppone al moto. La piattaforma poggia su due tubi telescopici in ottone che fungono da guida lineare. I cuscinetti in plastica realizzati da un tagliere di plastica, su entrambi i lati delle guide lineari, mantengono la piattaforma in piano. Questo particolare controller del robot ha una portata limitata di pochi pollici cubici. Questo alla fine dovrebbe rivelarsi più che adeguato per controllare robot veramente microscopici che potrebbero richiedere solo un raggio di pochi centimetri cubici.

Passaggio 5: circuito del robot magnetico

Il controller del robot è costituito da un microcontrollore Picaxe programmato per fornire una sequenza di movimenti al robot. Trovo che il Picaxe sia il microcontrollore più semplice e veloce da collegare e programmare. Sebbene sia più lento di un Pic Micro o Arduino standard, è più che abbastanza veloce per la maggior parte dei robot sperimentali. Per altri progetti Picaxe vedi qui: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm E qui: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Il Picaxe controlla il robot inviando in serie comandi a un micro servo controller seriale Polulu. Il controller Polulu è molto piccolo e manterrà continuamente fino a 8 servi in qualsiasi posizione vengano inseriti. I semplici comandi del Picaxe consentono di controllare facilmente la posizione, la velocità e la direzione dei servi. Consiglio vivamente questo controller per tutti i tipi di robot basati su servo. Lo schema mostra come sono collegati i quattro servo. Il servo 0 e 1 guidano il magnete da 1 lungo l'asse X e Y. Il servo 2 è un servo a rotazione continua che può ruotare il magnete di più di 360 gradi. Il servo 3 inclina leggermente il magnete in avanti e indietro per abbassare e sollevare la pinza. Per un breve video del robot che si accende, guarda qui: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgOr fai clic sul video qui sotto:

Passaggio 6: software di controllo del robot

Ecco il programma software per il microcontrollore Picaxe. Invia sequenze pre-programmate al servo controller Polulu che sposta il magnete nello spazio 3D per controllare il robot. Con piccole modifiche, potrebbe essere utilizzato anche per programmare un Basic Stamp 2. Per programmare il Picaxe ho ritenuto necessario scollegare il Pin 3 (uscita seriale) dal servocontrollore. Altrimenti il programma non verrebbe scaricato dal PC. Ho anche trovato necessario scollegare il pin tre dal servocontrollore quando si accendono i circuiti, per evitare che il servocontrollore si blocchi. Quindi, dopo circa un secondo ho ricollegato il pin 3.'Programma per la sequenza di pickup magrobot R-20 utilizzando un servo controllerhigh 3 'uscita seriale pinpause 7000 'impostato su 0 positionerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'posizione s1 13-24-35 in senso antiorarioserut 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'posizione s0 c-clockpause 7000 'livello magneteserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 23, 127) 'posizione midpause 1000 'vai avanti lungo servo1serout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 21, 127) 'posizione in senso orariopause 1500 'grip downserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 26, 127) 'posizione downpause 2000 'chiudi gripserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'clockpause a bassa velocità 50serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotapause 700 'vai avanti shortserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 13, 127) 'posiziona clockpause 1000 'grip upserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 23, 127) 'posizione midpointpause 700 'gira a destra 90serout 3, t2400, ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'clockpausa a bassa velocità 470serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotazionepause 1000 'forwarderout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 13, 12) 'posizione s0 pausa 1500 'grip downserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 25, 12) 'posizione midpause 2000 'chiudi gripserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'lenta velocità c-senso orariopausa 50serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotazionepause 400 'backupserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'posizione s0 c-clockpause 700 'grip upserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 22, 12) 'posizione midpause 1000pause 6000 'imposta a 0 posizioniserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 35, 127) 'posizione s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'posizione s0 c-clockloop:goto loop

Passaggio 7: aggiunta di sensori

Questo robot non ha sensori. Per essere veramente utile come manipolatore robot di piccoli oggetti sarebbe un vantaggio avere un ciclo di feedback al microcontrollore da vari sensori del mondo reale. Per evitare di mettere a bordo un alimentatore, potrebbero essere utilizzati sensori di luce. La luce laser o infrarossa potrebbe essere diretta verso la parte superiore del robot e riflettori meccanici o bloccanti potrebbero essere collegati a sensori tattili, sensori di pressione o sensori di temperatura e riflettanza variabile letta da fotocellule o da una videocamera. Un'altra possibilità è quella di utilizzare la tecnologia RFID per trasmettono un impulso che alimenta l'elettronica del robot per restituire invece di un numero identificativo, una sequenza di bit che rappresentano variazioni di contatto o altri sensori.

Passaggio 8: altri robot ad alimentazione magnetica

I robot controllati da campi magnetici di vario tipo non sono una novità. Alcuni di loro sono microscopici e alcuni sono più grandi in modo che possano essere impiegati in medicina in un corpo umano. Alcuni usano elettromagneti controllati da computer e alcuni usano magneti permanenti mobili. Ecco alcuni link ad alcuni dei migliori e più piccoli robot magnetici sperimentali su cui stanno lavorando i ricercatori. Robot magnetico volante su un centesimo. Anche se in realtà non vola, si libra in un campo magnetico controllato dal computer, proprio come quei giocattoli che sospendono un piccolo globo terrestre. Ha anche una pinza che si espande quando riscaldata con un laser e poi si afferra mentre si raffredda. Sfortunatamente, le estremità nord e sud magnetiche del robot sono verticali, quindi non c'è modo di controllare la rotazione per orientare con precisione la pinza. È leggermente più grande del robot più piccolo che ho realizzato, mostrato nel passaggio 9. https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.htmlRobot magnetico per il nuotoUn robot davvero microscopico che è una spirale con un magnete a un'estremità. Con un campo magnetico esterno girevole e rotante, può essere puntato in qualsiasi direzione e nuotare sott'acqua.https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0918085333.htmPillola per fotocamera orientabile tramite magneti.https://www. spettro.ieee.org/aug08/6469 Robot medici.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp?x=5464Telecamera a controllo magnetico.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Ecco alcune pinze microscopiche controllate magneticamente che possono essere attivate chimicamente o con il calore.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm Sfortunatamente, queste micro pinze non possono essere rilasciate una volta preda. Quindi sono più simili a una microscopica trappola per orsi che a una pinza perfettamente funzionante.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January /13010901.asppic 10 mostra i Magbot R-19, R-20 e R-21, i tre robot che ho realizzato per questi esperimenti. Il più piccolo è stato rimpicciolito eliminando un perno e le ruote. Una coda di filo impedisce che si ribalti all'indietro.

Passaggio 9: costruire robot ancora più piccoli

La foto 11 mostra il Magbot R-21, il più piccolo robot alimentato magneticamente con una pinza funzionale che ho realizzato finora. A.22"x.20"x.25" è circa 1/100 di pollice cubo. Eliminando le ruote e un punto di articolazione (gimbal), il robot è molto più piccolo della versione con ruote. Scorre sul metallo telaio non così liscio come quello con le ruote. La coda del filo consente al robot di oscillare all'indietro per sollevare la pinza. Tale configurazione potrebbe essere utilizzata per creare un robot di dimensioni microscopiche. Il problema a questo punto è utilizzare un circuito integrato convenzionale tecnologia per creare strutture meccaniche a film sottile, o per trovare qualche altra alternativa per creare strutture microscopiche. Ci sto lavorando. Questi piccoli robot rappresentano uno dei modi più semplici per ottenere molto movimento in un piccolo spazio. Ce ne sono molti altre possibili configurazioni di magneti a bordo e campi magnetici esterni che potrebbero produrre robot molto interessanti. Ad esempio, l'utilizzo di più di tre o più magneti rotanti o pivottanti su un robot, potrebbe comportare più gradi di libertà e una manipolazione più precisa della pinza.

Primo Premio al Concorso Tascabile