Insetto elettromeccanico o oscillatore svolazzante: 9 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

introduzione

Seguo lo sviluppo della robotica da circa 10 anni e il mio background è Biologia e Videografia. Questi interessi hanno orbitato intorno alla mia passione di fondo, l'entomologia (lo studio degli insetti). Gli insetti sono un grosso problema in molti settori e sono stati fonte di grande ispirazione. Per fortuna, la biologia e gli insetti stanno guadagnando peso nella robotica attraverso la biomimetica e la biologia sintetica. Sono particolarmente eccitato dal progresso degli insettototteri. La CIA ha creato un insettotottero volante già negli anni '70 e gli insetti continueranno a svolgere un ruolo importante nell'influenzare il modo in cui vengono risolti i problemi della robotica. Voglio condividere un metodo artistico per costruire la tua scultura elettromeccanica di insetti.

Un mestiere che si è concentrato molto sulle proprietà degli insetti è l'arte della costruzione delle mosche. Fly Tying è un metodo per creare esche per la pesca a mosca. Questo mestiere impiega una gamma diversificata di materiali e strumenti e richiede un'attenta attenzione ai dettagli, facendo affidamento sulla tecnica corretta per completare i bei disegni.

Non mi sono entusiasmato troppo per la stampa 3D o i microcontrollori. Sto facendo sforzi per produrre creature elettromeccaniche che non utilizzano nessuna di queste tecnologie. Sembra che indipendentemente dal sensore o dall'espressione meccanica che si desidera esplorare, tutto deve essere alimentato da un microcontrollore. Riprendiamolo un po' e facciamo del nostro cervello un oscillatore!

Quindi quello che ti propongo è che usiamo strumenti, materiali e tecniche per costruire mosche come base per creare un insetto elettromeccanico bello, leggero, unico. Si spera che questa scultura cinetica simile a BEAM ispiri i tuoi amici e la tua famiglia ad apprezzare gli insetti e l'artigianato.

Passaggio 1: progettazione dell'oscillatore

Ci sono molti circuiti oscillatori tra cui scegliere online. Dopo aver esaminato una varietà, ho sentito che il più semplice e "organico" era l'Astable Multivibrator. Questo circuito può essere creato con resistori simmetrici o asimmetrici, risultando in larghezze di impulso leggermente diverse, a seconda del "lato" del circuito da cui prendi l'output.

I componenti per questo circuito che ho scelto sono:

Qtà: Articolo:

x1 2N4403 transistor pnp

x1 2N3905 transistor pnp (uscita pin speculare)

x2 resistenze da 330

x2 resistenze da 22k

x2 condensatori da 4,7 μF 16 V

x2 resistori dipendenti dalla luce (LDR) nella gamma 0 - 30k Ω

x1 2N4920 transistor pnp (gestisce 1 amp)

x1 8+ Bobina altoparlante

x1 Piccolo interruttore reed non magnetico, non chiuso

Voglio un tempo RC basso e piccoli condensatori, quindi ho scelto resistori da 22k con condensatori bipolari da 4,7 μF 16V. Ciò si traduce in una frequenza di oscillazione di circa 2 - 5 Hz.

Voglio anche che il circuito sia influenzato dall'ambiente, quindi metto i resistori dipendenti dalla luce (LDR) in serie con i resistori da 22k. L'interruttore è un piccolo interruttore a lamella tirato da un circuito flash della fotocamera usa e getta. Useremo questo interruttore come baffi sensibili sull'addome.

Passaggio 2: iniziare a saldare

Usando questi componenti, avrai bisogno di diversi strumenti per saldarli insieme. Non useremo una perfboard.

Prendi due morse, una per tenere i componenti e l'altra per tenere il saldatore.

Inoltre, assicurati di avere tronchesi, pinze e un modello del tuo circuito come riferimento. Ho prototipato una seconda versione del circuito per assicurarmi di sapere sempre quali parti dei componenti si attaccano dove.

Piegare i cavi dei due transistor in modo che il collettore si pieghi lateralmente e la base si pieghi verso il centro. Poiché il 2N4403 e il 2N3905 (nella foto come BC557) hanno pin out diversi, prestare molta attenzione a dove si trovano la base e il collettore. Potrebbero essere usati due degli stessi transistor pnp, ma mi piace la qualità chirale del pin out speculare. Dopotutto, questa è arte.

Piegare i cavi del condensatore ad angolo retto.

Tagliare i cavi sui condensatori, sulla base del transistor e sui collettori.

Ora posiziona il transistor nella tua morsa e porta il saldatore verso il piombo desiderato per saldare. Questo libera entrambe le mani per portare il condensatore e la saldatura e collegarli insieme.

Ripeti questo passaggio in modo che la base e i collettori di ciascun transistor si attacchino a ciascun condensatore.

È interessante notare che la morsa può effettivamente fungere da dissipatore di calore per i transistor e l'architettura del lavoro di saldatura finito rende questa struttura sorprendentemente forte.

Passaggio 3: saldare i resistori

Piegare e tagliare i cavi dei resistori come nella foto sopra.

Posiziona la resistenza da 330 nella morsa e salda la nostra unità transistor condensatore alla resistenza. Segui lo schema, questo resistore deve essere collegato dove si trova il collettore del transistor.

Ripetere con la seconda resistenza da 330.

Posiziona l'LDR nella morsa e salda il nostro circuito in crescita ad esso. Saldare alla base del transistor.

Ripeti con il secondo LDR.

Taglia i lunghi cavi dell'LDR verso il centro.

Saldare i resistori da 22k ai cavi LDR in modo che i resistori siano in serie.

Ciascuno dei quattro resistori dovrebbe avere conduttori aperti che puntano al centro del nostro circuito (come nella foto).

Piegare i cavi di questi resistori verso i loro vicini, tagliarli corti e saldarli tutti insieme. Questo fascio di resistenze fa ora parte del nostro binario di terra.

Passaggio 4: fili di saldatura e alimentazione PNP

Questa unità di condensatori, transistor e resistori è il nostro oscillatore multivibratore astabile. È effettivamente il nostro cervello per l'insetto. Gli LDR funzionano come occhi e modificheranno leggermente la frequenza e la larghezza di impulso del nostro oscillatore. Questo circuito da solo non può alimentare la bobina dell'altoparlante, quindi lo collegheremo a Q3, il nostro transistor di potenza (BD140 o 2N4920).

Saldare il filo della guida positiva all'emettitore di Q1.

Saldare il filo della rotaia di terra al fascio di resistenze.

Saldare un terzo filo all'emettitore di Q2 (nella foto arancione).

Saldare questo terzo filo alla base di Q3, il transistor pnp di potenza (2N4920).

Spellare il filo del binario positivo di circa 1 1/2 pollici verso il basso e saldare all'emettitore di Q3.

A questo punto, mi piace fare una pausa dalla saldatura e applicare uno strato abbondante di smalto trasparente sul circuito. Questo aiuterà a prevenire cortocircuiti se il circuito è piegato o schiacciato e gli darà una certa impermeabilità. Sentiti libero di applicare più mani.

Controlla per assicurarti di non aver cortocircuitato il circuito da nessuna parte. Testare il circuito per assicurarsi che funzioni ancora alimentando il filo rosso con +9V, mettendo a terra il filo nero o marrone e agganciando il collettore di Q3. Uso una piccola lampada da 5 V o un altoparlante di riserva. Poiché il Q3 può gestire solo circa 1 amp, non surriscaldare questo transistor con troppa potenza e poca resistenza. Fai i tuoi calcoli (I=V/R) assumendo la corrente continua. In teoria, la corrente media è la metà della corrente CC alla tensione del binario a causa dell'effetto pulsante, ma questo ci aiuterà a lasciare spazio agli errori.

Passaggio 5: tagliare la bobina vocale e la saldatura

Prendi un piccolo altoparlante economico con una bobina funzionante e ritaglialo. Inizia tagliando il bordo del cono dell'altoparlante e assicurati di non tagliare i connettori del filo di orpelli sottostanti.

Agganciare o dissaldare i connettori dei fili di orpelli dalle linguette del cestello.

Tagliare la sospensione a rete appena sopra il magnete permanente.

Rimuovi la bobina mobile e taglia via la carta e la rete in eccesso. Assicurati di lasciare i connettori dei fili di orpelli il più a lungo possibile.

Stagnare le punte dei connettori del filo di orpelli e saldarne uno al collettore di Q3.

Saldare l'altro connettore a un cavo di prolunga.

Spellare il centro di questo nuovo filo e saldarlo alla rotaia di terra.

Passaggio 6: disegna le ali

Ho stampato i motivi delle ali della gru su lucidi.

Puoi anche disegnare le ali usando penne e pennarelli sull'acetato.

Divertiti a colorare le ali e a renderle uniche e interessanti.

Posiziona il tuo foglio di acetato su una vecchia rivista e premi nelle vene con un punteruolo. Alterna davanti e dietro per creare pieghe concave e convesse nell'acetato. Questo non solo aggiunge l'illusione di vere ali di insetto, ma in realtà rafforza anche le ali.

Taglia le ali, ma lasciale in coppia! Lascia un po' di materiale in più al centro in modo che la nostra bobina mobile abbia più materiale da spostare.

Passaggio 7: lega le ali al monofilamento

Per iniziare a legare, avrai bisogno di circa 35 libbre di monofilamento, la nostra morsa di prima, forbici, ali, filo e una bobina per la costruzione di mosche. *Correzione suggerita: usa un monofilamento più pesante o un filo sottile per questi supporti alari. Il modello in foto e costruito perde efficienza meccanica quando il monofilamento si piega verso l'esterno durante la corsa discendente.

Taglia due pezzi lunghi cinque pollici e metti un pezzo nella morsa. Lega liberamente le ali al monofilamento in uno schema a forma di otto.

Ripeti con un secondo pezzo di monofilamento e l'altra ala.

Ho aggiunto un po' di colla ai nodi su ogni pezzo per una maggiore sicurezza. Assicurati che la colla non ostacoli la capacità delle ali di sbattere. Questo dovrebbe agire come una cerniera e il monofilamento è il nostro fulcro.

Passaggio 8: costruisci il torace e la testa

Tutto si riunisce tutto in una volta durante questa fase.

Prendi un pezzo di tre pollici di monofilamento da 100 libbre o un tubo rigido e lega il filo sulla lunghezza di esso.

Prendi tre, sette pollici di filo floreale e legalo ciascuno al centro lungo la lunghezza della nostra struttura corporea. Queste saranno le nostre gambe.

Lega i pezzi posteriori del monofilamento più piccolo della nostra unità alare appena dietro le gambe posteriori, lasciando spazio per regolarne la lunghezza in seguito.

Trova un perno magnetico come quello nella foto. Ciò manterrà in posizione il nostro magnete permanente al neodimio.

Lega il circuito che abbiamo costruito sulle gambe / sul corpo.

Lega il perno magnetico sul corpo dietro la testa ma davanti a Q3.

Lega due piccole piume di hackle sul corpo appena dietro la testa in modo che sporgano in avanti come antenne (questo è puramente estetico).

Porta in avanti i pezzi anteriori del monofilamento più piccolo dell'unità alare e legalo sul corpo vicino alla testa. Tira ogni pezzo per assicurarti che le ali siano centrate e si alzino sopra il magnete.

Taglia il tubo di carta della bobina mobile verso il centro in modo da poter infilare al suo interno l'acetato delle ali. L'intera struttura dovrebbe librarsi sopra il perno dove andrà il nostro magnete, quindi quando la corrente scorre attraverso la bobina, la forza magnetica tira le ali verso il basso e le punte delle ali si alzano.

Passaggio 9: costruire l'addome

Lega l'interruttore a lamella all'estremità posteriore del corpo. Questa sarà la punta dell'addome, dove saranno i nostri baffi sensibili. Salda il nostro binario di terra a una gamba dell'interruttore a lamella.

Saldare un secondo pezzo corto di filo all'altra gamba dell'interruttore reed.

Arriccia il filo del binario positivo per creare un'ampia superficie per la batteria.

Arricciare il nuovo pezzo corto di filo collegato all'interruttore per toccare il lato negativo o 0V della batteria.

Lega una piccola batteria da 12 V sull'addome e fissa i cavi della batteria per avere una connessione solida. Ho dovuto aggiungere alcuni pezzi di monofilamento pesante all'addome per evitare che la batteria si capovolgesse sul lato opposto dell'addome mentre la legavo.

Provalo! Le ali si muovono verso il magnete? Assicurati che la polarità del magnete sia corretta seguendo la regola della mano destra della corrente elettromagnetica e usando una bussola analogica per stabilire la polarità del tuo magnete permanente. Se hai costruito il circuito come ho descritto, la corrente scorre fuori dal collettore di Q3, attraverso la bobina, e verso il binario di terra o il lato 0V della batteria.

Per finire, piega le gambe del filo floreale per sembrare un insetto come vuoi! Prova un po' di colla dove le gambe incontrano il corpo se sono troppo fragili. Divertiti!

Per favore fatemi sapere se avete domande. Questo è sicuramente un progetto schizzinoso. Un piccolo elastico tra i cavi della batteria può aiutare a tenerli in posizione.

Buona fortuna!

Primo Premio al Concorso Tecnico