Construindo robôs pequenos: fazendo robôs micro-sumô de uma polegada cúbica e menores: 5 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:40

Aqui estão alguns detalhes sobre a construção de pequenos robôs e circuitos. Este instrutivo também cobrirá algumas dicas e técnicas básicas que são úteis na construção de robôs de qualquer tamanho. Para mim, um dos grandes desafios da eletrônica é ver o quão pequeno posso fazer um robô. A beleza da eletrônica é que os componentes estão cada vez menores, mais baratos e mais eficientes em um ritmo incrivelmente rápido. Imagine se a tecnologia automotiva fosse assim. Infelizmente, os sistemas mecânicos, neste momento, não estão avançando tão rápido quanto os eletrônicos. Isso leva a uma das principais dificuldades na construção de robôs muito pequenos: tentar caber em um espaço pequeno, o sistema mecânico que move o robô. O sistema mecânico e as baterias tendem a ocupar a maior parte do volume de um robô realmente pequeno. Pic1 mostra o Sr. Cube R-16, um micro-robô de sumo de uma polegada cúbica que é capaz de reagir ao seu ambiente com bigodes de fio de música (pára-choques trocar). Ele pode se mover e explorar o perímetro de uma pequena caixa. Ele pode ser controlado remotamente usando um controle remoto infravermelho universal de TV configurado para uma TV Sony. Também pode ter seu microcontrolador Picaxe pré-programado com padrões de reação. Os detalhes começam na etapa 1.

Etapa 1: componentes de um robô de uma polegada cúbica

Mr cube R-16, é o décimo sexto robô que construí. É um robô de uma polegada cúbica que mede 1 "x1" x1 ". É capaz de comportamento autônomo programável ou pode ser controlado remotamente. Não se destina a ser algo muito prático ou particularmente útil. É apenas um protótipo e prova de conceito. É, no entanto, útil no sentido de que construir um pequeno robô permite que você aprimore suas habilidades de miniaturização para robôs e outros pequenos circuitos. Construindo Pequenos Robôs e CircuitosMantenha em mente que construir o menor possível significa que pode leva o dobro do tempo que normalmente levaria para construir o mesmo circuito em um espaço maior. Todos os tipos de grampos são necessários para manter os pequenos componentes e fios no lugar durante a soldagem ou colagem. Uma luz de trabalho brilhante e um bom fone de ouvido com ampliação ou um lupas fixas são obrigatórias. Motores Pequenos Acontece que um dos maiores obstáculos para fazer robôs realmente minúsculos é o motor de engrenagens necessário. Os componentes eletrônicos de controle (microcontroladores) estão cada vez menores. No entanto, encontrando g motores de engrenagem de baixa rotação que são pequenos o suficiente não são tão fáceis. Mr. Cube usa motores de engrenagem de pager minúsculos que são engrenados em uma proporção de 25: 1. Nessa marcha, o robô é mais rápido do que eu gostaria e um pouco inquieto. Para caber no espaço, os motores tiveram que ser compensados com uma roda mais à frente do que a outra. Mesmo com isso, ele se move para frente, para trás e fica bem. Os motores foram ligados ao perfboard com fio de calibre 24 que foi soldado e depois colado com cimento de contato. Na parte traseira do robô, um parafuso de náilon 4-40 foi aparafusado em um orifício roscado embaixo da placa de circuito inferior. Esta cabeça de parafuso de plástico liso atua como um rodízio para equilibrar o robô. Você pode vê-lo no canto inferior direito da foto 4. Isso dá uma folga da roda na parte inferior do robô de cerca de 1/32 ". Para montar as rodas, as polias de plástico de 3/16" montadas nos motores foram ligadas e então, enquanto girava, foram lixadas no diâmetro certo. Eles foram então inseridos em um orifício em uma arruela de metal que cabia dentro de uma arruela de náilon e tudo foi epóxi junto. A roda foi então revestida com duas camadas de borracha de fita líquida para lhe dar tração. Baterias pequenas Outro problema com os robôs menores é encontrar baterias pequenas que durem. Os motores de engrenagem usados requerem correntes bastante altas (90-115ma) para operar. Isso resulta em um pequeno robô que come baterias no café da manhã. O melhor que pude encontrar na época, foram 3-LM44 baterias de célula-botão de lítio. A duração da bateria em robôs muito pequenos deste tipo é tão curta (alguns minutos) que normalmente não conseguem fazer nada próximo do prático. Só havia espaço para três baterias de 1,5 V, então elas acabaram alimentando os motores e o controlador Picaxe. Por causa do ruído elétrico que pequenos motores CC podem criar, uma fonte de alimentação para tudo geralmente não é uma boa ideia. Mas até agora está funcionando bem. O espaço neste robô de uma polegada era tão apertado que a espessura do isolamento do fio de calibre 28 (do cabo plano) acabou sendo um problema. Eu mal conseguia colocar as duas metades do robô juntas. Eu estimo que cerca de 85% do volume do robô é preenchido com componentes. O robô era tão pequeno que até mesmo um botão liga-desliga era problemático. Eventualmente, posso substituir os bigodes toscos por sensores infravermelhos. Literalmente, fiquei sem espaço fácil de usar, então encaixar mais nada, sem recorrer à tecnologia de montagem em superfície, seria um desafio interessante. Gosto de usar a construção em concha para robôs realmente pequenos. Veja a Figura 2. Isso consiste em duas metades que se engancham com conectores de tiras de 0,1 "e soquetes. Isso dá acesso fácil a todos os componentes, tornando mais fácil depurar os circuitos ou fazer alterações. A Foto 3 mostra a localização de alguns dos componentes principais. MATERIALS2 GM15 Gear Motors- 25: 1 6mm Planetary Gear Pager Motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Microcontrolador Picaxe disponível em: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 controlador de motor DIP IC: https://www.mouser.comPanasonic PNA4602M detector infravermelho: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol fio magnético removível por calor (soldável): https:// www.mouser.com3 LM44 1,5 V. Pilhas tipo botão de lítio: https://www.mouser.com Botão liga / desliga azul pequeno: https://www.jameco.comSolda fina- solda com núcleo de resina de 0,015 ": https:// www.mouser.comResistors and a 150 uf tantalum capacitor.1 "fibra de vidro de cobre rastreada perfboard de: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlPerformix (tm) fita líquida, preta - disponível no Wal-Mart ou

Etapa 2: circuito de um robô de uma polegada cúbica

A figura 4 mostra a localização do microcontrolador Picaxe 18x e o controlador do motor L293, que são os circuitos principais do robô. Na época da construção, não consegui obter as versões de montagem em superfície do Picaxe ou do L293. Usar os ICs de montagem em superfície certamente deixaria mais espaço para circuitos e sensores adicionais.18x Picaxe Microcontoller Os microcontroladores Picaxe ainda são meus controladores favoritos para usar em robôs experimentais. Embora tenham menos memória e não sejam tão rápidos quanto PicMicros, Arduino, Basic Stamp ou outros microcontroladores, eles são rápidos o suficiente para a maioria dos pequenos robôs experimentais. Vários deles podem ser facilmente conectados quando é necessária mais velocidade ou memória. Eles também são muito complacentes. Eu os soldei diretamente, coloquei em curto e sobrecarreguei suas saídas e ainda estou para queimar um. Como eles podem ser programados na linguagem de programação BASIC, eles também são mais fáceis de programar do que a maioria dos microcontroladores. Se você deseja construir realmente pequenos, os controladores 08M e 18x Picaxe estão disponíveis na forma de montagem em superfície (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). Para ver alguns dos projetos que você pode fazer com os microcontroladores Picaxe, você pode dar uma olhada em: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm Controlador de motor L293O controlador de motor L293 é uma excelente maneira de controlar dois motores em qualquer robô pequeno. Quatro pinos de saída do microcontrolador podem controlar a alimentação de dois motores: para frente, para trás ou desligado. A energia para os motores pode até ser pulsada (modulação de largura de pulso PWM) para controlar sua velocidade. Estilo de bug mortoNão havia espaço nas perfboards para montar o controlador L293, então ele foi instalado usando a técnica de bug morto. Isso significa simplesmente que o IC é virado de cabeça para baixo e fios finos soldados diretamente aos pinos que foram dobrados ou cortados curtos. Ele pode então ser colado em uma placa de circuito ou instalado em qualquer espaço disponível. Nesse caso, depois que o L293 foi soldado e testado, eu o cobri com duas camadas da sempre útil borracha de fita líquida para garantir que nada entraria em curto quando fosse apertado no espaço disponível. Cimento de contato transparente também pode ser usado. Para um bom exemplo de construção de circuitos usando o estilo de bug morto, veja aqui: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 mostra um gabarito de solda auxiliar que modifiquei adicionando pequenas pinças de crocodilo a um perfboard para auxiliar na soldagem de pequenos fios a ICs no estilo inseto morto. A foto 6 mostra o esquema do robô Mr. Cube. Você pode ver um vídeo do Mr. Cube fazendo uma curta sequência programada clicando em no link inch-robot-sm.wmv abaixo. Ele mostra o robô em cerca de 30% da velocidade máxima que foi reduzida usando a modulação de largura de pulso nos motores.

Etapa 3: dicas e truques para a construção de robôs

Depois de construir 18 robôs, aqui estão algumas das coisas que aprendi da maneira mais difícil. Fontes de alimentação separadasSe você tiver espaço, evitará muitos problemas se usar fontes de alimentação separadas para o microcontrolador e seus circuitos e motores. A voltagem flutuante e o ruído elétrico que os motores produzem podem causar estragos no microcontrolador e nas entradas do sensor, produzindo respostas muito inconsistentes em seu robô. Solução de problemas Acho melhor primeiro construir o circuito completo do robô em uma placa de ensaio. Os componentes raramente falham ou estão com defeito. Se seu projeto for válido e o circuito não funcionar, quase sempre é um erro na fiação. Para obter informações sobre como fazer prototipagem rápida de circuitos, consulte aqui: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htmlEu então monto todos os motores e sensores no corpo do robô e programo o microcontrolador para controlá-los. Só depois que tudo está funcionando bem, tento fazer uma versão soldada permanente do circuito. Em seguida, testo enquanto ainda está separado do corpo do robô. Se funcionar, eu o monto permanentemente no robô. Se ele parar de funcionar, geralmente é devido a problemas de ruído. Problemas de ruído Um dos maiores problemas que encontrei é o ruído elétrico que torna um circuito inútil. Isso geralmente é causado pelo ruído elétrico ou magnético que pode emanar dos motores CC. Este ruído pode sobrecarregar as entradas do sensor e até mesmo o microcontrolador. Para resolver isso, você pode ter certeza de que os motores e os fios a eles não estão próximos de nenhuma linha de entrada que vai para o seu microcontrolador. A foto 7 mostra o Sparky, R-12, um robô que fiz que usa um Stamp 2 básico como microcontrolador. Eu testei primeiro com a placa de circuito principal longe do robô e depois de fazer a programação básica, tudo funcionou bem. Quando o montei acima dos motores, ele enlouqueceu e ficou totalmente inconsistente. Tentei adicionar uma placa revestida de cobre aterrada entre os motores e o circuito, mas não fez diferença. Eventualmente, tive que aumentar fisicamente o circuito 3/4 "(ver setas azuis) antes que o robô funcionasse novamente. Outra fonte comum de ruído devastador em pequenos robôs podem ser sinais pulsantes. Se você enviar sinais PWM para servos ou motores, os fios podem atuar como antenas e enviar sinais que podem confundir suas linhas de entrada. Para evitar isso, mantenha os fios de entrada e saída do microcontrolador separados tanto quanto possível. Além disso, mantenha os fios que conduzem energia para os motores longe das linhas de entrada. pequenos circuitos podem ser resolvidos usando fio magnético de calibre 30-36. Usei fio magnético de calibre 36 para alguns projetos, mas achei tão fino que era difícil de descascar e usar. Um bom compromisso é o fio magnético de calibre 30. Ímã regular pode ser usado fio, mas eu prefiro o fio magnético removível por calor. Este fio tem um revestimento que pode ser removido simplesmente soldando-o com calor suficiente para derreter o isolamento. Demora até 10 segundos para remover o revestimento durante a soldagem. Para alguns Componente delicado ents como soldar em LEDs ou ICs, isso pode ser um calor prejudicial. O melhor compromisso para mim é usar este fio magnético removível por calor, mas primeiro descasque-o um pouco. Eu primeiro pego uma faca afiada e a deslizo através do fio magnético para descascar o revestimento e, em seguida, giro o fio até que esteja bem descascado em torno de seu diâmetro. Em seguida, soldo a ponta desencapada do fio até que esteja bem estanhada. Em seguida, você pode soldá-lo rapidamente em qualquer componente delicado com menos chance de danos por calor. Solda fina Quando os componentes estão muito próximos, pode ser difícil soldá-los sem borrar e causar curto nas almofadas e fios próximos. A melhor solução é usar um ferro de solda a quente ajustável com ponta pequena (1/32 ") e a solda mais fina que você puder encontrar. A solda padrão geralmente tem 0,032" de diâmetro, o que funciona bem para a maioria das coisas. Usar uma solda mais fina de 0,015 "de diâmetro permite controlar facilmente a quantidade de solda na junta. Se você usar a menor quantidade de solda necessária, ela não só ocupa o menor volume, mas também permite que você solda uma junta mais rapidamente possível. Isso reduz a chance de superaquecimento e danos a componentes delicados, como ICs e LEDs de montagem em superfície. Componentes de montagem em superfície Os componentes de montagem em superfície são o que há de mais moderno em miniaturização. Para usar ICs de tamanho SOIC, geralmente uso solda fina e fio magnético. maneira de fazer placas de breakout SOIC ou circuitos veja aqui: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htmGluindo em componentes em vez de solda Alguns componentes de montagem em superfície também podem ser diretamente colados em placas de circuito. Você pode fazer sua própria cola condutora e usar para colar em LEDs e ICs. Consulte: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ Enquanto isso funciona, pode ser um pouco difícil porque a ação capilar tende a pavio c cola ondulante sob os LEDs de montagem em superfície e outros componentes e os encurta. Como colar componentes usando cola não condutiva Recentemente, tenho feito experiências com a colagem de componentes em placas de circuitos de cobre e tecidos condutores usando cola que não conduz. Veja a Figura 8 para uma foto de uma barra de luz de 12 volts (apagada e acesa) usando LEDs de montagem em superfície colados com cola não condutiva. Descobri que, se você colocar uma película fina de esmalte transparente nos traços de cobre, prender fisicamente o LED e deixá-lo secar por 24 horas, ficará com uma boa junta mecânica que é eletricamente condutora. A cola de verniz encolhe e fixa eficazmente os contactos de led aos traços de cobre, formando uma boa ligação mecânica. Deve ser fixado por 24 horas completas. Depois disso, você pode testar a condutividade. Se acender, você pode adicionar a segunda camada de cola. Para a segunda camada, uso um cimento de contato transparente, como Soldadores ou Goop. Essa cola mais espessa envolve os componentes e também encolhe à medida que seca para garantir com segurança uma boa conexão sólida com os vestígios de cobre. Espere 24 horas para secar antes de testar novamente. Não tenho certeza de quanto tempo isso duraria, deixei a barra de luz LED azul na Figura 8 ligada por sete dias e noites. A resistência do circuito realmente diminuiu com o tempo. Meses depois, o bar ainda acende totalmente, sem evidências de aumento de resistência. Usando este método, colei com sucesso LEDs de montagem em superfície muito pequenos - 0805-- tamanho e maiores em perfboard revestido de cobre. Esta técnica mostra-se promissora na fabricação de circuitos realmente pequenos, telas de LED e robôs.

Etapa 4: Quebrando as regras

Para fazer robôs realmente minúsculos, você pode ter que quebrar muitas das regras mencionadas acima. Para fazer o Mr. Cube quebrei as seguintes regras: 1- Usei uma única fonte de alimentação em vez de uma para os motores e outra para o microcontrolador.2- Montei o microcontrolador Picaxe muito perto de um motor.3- Usei baterias que são classificados para baixo consumo de corrente e os operam com correntes muito mais altas do que foram projetados. Isso limita severamente a vida das baterias.4- Eu amontoei todos os fios em uma miscelânea que pode criar problemas de interferência e ruído elétrico. Eu simplesmente tive sorte que isso não aconteceu.5- Eu conectei o circuito ao robô sem fazer o breadboard primeiro. Isso pode tornar a depuração do circuito muito difícil. Você pode baixar o código de programação Picaxe para Mr. Cube em: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txtSe você estiver interessado em ver alguns dos outros robôs que construí, você pode ir para: https://www.inklesspress.com/robots.htm A foto 9 mostra o Sr. Cube e o Sr. Cube dois, R-18, um robô de 1/3 polegada cúbica que comecei a construir. Detalhes na etapa 5.

Etapa 5: Mr. Cube Two: Fazendo um robô de 1/3 de polegada cúbica

Depois de fazer um robô de uma polegada cúbica que funcionou, tive que tentar algo menor. Estou apontando para um robô de cerca de 1/3 de polegada cúbica. Neste ponto, Mr. Cube Two tem cerca de 0,56 "x 0,58" x,72 ". Ele tem um microcontrolador 08 Picaxe que permitirá que ele se mova de forma autônoma. A Figura 10 mostra o robô em uma régua. A Figura 11 mostra o outro lado do robô em um quarto. As duas baterias são baterias de lítio de 3 volts cr1220 e resta saber se elas terão capacidade suficiente para alimentar o Picaxe e os motores. Mais baterias podem ser necessárias. É um trabalho em andamento. de longe, os dois motores de pager funcionam bem para mover e girar o robô em superfícies lisas. O microcontrolador Picaxe está instalado e foi programado e testado. Ainda serão adicionados o controlador do motor SOIC L293 e o sensor infravermelho do refletor. ser um dos menores robôs autônomos com sensores e um microcontrolador. Embora este seja um robô minúsculo, existem robôs amadores menores que são programáveis? Sim, de fato. Veja: Robô 1cc: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots / smoovy.htmlPico Robot:

Segundo Prêmio no Concurso de Robôs Instructables e RoboGames

Primeiro prêmio no concurso The Instructables Book