Construa um robô muito pequeno: faça o menor robô com rodas do mundo com uma garra: 9 etapas (com fotos)

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

Construa um robô de 1/20 de polegada cúbica com uma pinça que pode pegar e mover pequenos objetos. É controlado por um microcontrolador Picaxe. Neste momento, acredito que este seja o menor robô com rodas do mundo com uma garra. Isso sem dúvida mudará, amanhã ou na próxima semana, quando alguém construir algo menor.

O principal problema com a construção de robôs realmente pequenos é o tamanho relativamente grande até mesmo dos menores motores e baterias. Eles ocupam a maior parte do volume de um micro-robô. Estou experimentando maneiras de eventualmente fazer robôs que sejam verdadeiramente microscópicos. Como uma etapa provisória, tornei os três pequenos robôs e o controlador descritos neste instrutíveis. Acredito que, com modificações, esses robôs de prova de conceito podem ser reduzidos a tamanhos microscópicos. Depois de anos construindo pequenos robôs (veja aqui: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/), decidi a única maneira de fazer os menores robôs possível, era ter os motores, baterias e até o microcontrolador Picaxe externo ao robô. A foto 1 mostra R-20, um robô de 1/20 de polegada cúbica em uma moeda de dez centavos. As fotos 1b e 1c mostram o menor robô com rodas levantando e segurando um IC de 8 pinos. HÁ UM VÍDEO na etapa 3 que mostra o robô pegando um IC de 8 pinos e movendo-o. E outro vídeo na etapa 5 que mostra o robô girando em uma moeda.

Etapa 1: Ferramentas e materiais

Microcontrolador 18x Picaxe da Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro servo controlador serial disponível na Polulu: https://www.pololu.com/2 servos de alto torque da Polulu2 servos padrão da Polulu.oo5 "de cobre espesso, latão ou folha de metal de bronze fosforoso de ímãs de neodímio Micromark2- 1/8 "x 1/16" ímã de neodímio1- 1 "x1" x1 ". Ímãs disponíveis em: https://www.amazingmagnets.com/index.aspTubo de latão telescópico da Micromark: https://www.micromark.com/Pinos de bronze de contas WalmartGlass de Walmart1 / 10 "material de placa de circuito de fibra de vidro da Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear cinco minutos epoxyParafusos e porcas sortidasTOOLSneedletin snipssoldering filas de metal de ferro alicate pequeno de ponta fina A foto 2 mostra o módulo Picaxe usado. A foto 2b mostra a parte de trás do módulo Picaxe.

Etapa 2: construir um robô de 1/20 de polegada cúbica

Com 0,40 "x,50" x,46 ", o volume do robô do Magbot R-20 é ligeiramente inferior a 1/20 de uma polegada cúbica. É feito dobrando três estruturas de caixa de folha de metal não magnética. O menor interior a caixa é soldada ao dedo esquerdo da garra. dois pequenos ímãs são epóxidos ao eixo vertical que se curva para formar o dedo direito da garra que gira livremente. São esses dois ímãs que são controlados por um mecanismo magnético externo giratório e giratório campo que fornece toda a energia para o robô. Eu usei uma folha de metal de bronze fosforoso de 0,005 "de espessura para as estruturas da caixa porque pode ser soldada e não oxidar ou manchar facilmente. Cobre ou latão também podem ser usados. Originalmente, usei pequenas brocas para fazer os orifícios do rolamento na folha de metal para os eixos de arame rotativos. Depois de quebrar alguns deles em uma furadeira, acabei apenas fazendo furos com uma agulha grande e um martelo na chapa de metal. Isso cria um orifício em forma de cone que pode ser limado. Os furos não precisam ser de um tamanho preciso ou mesmo colocados perfeitamente. Nessa escala pequena, as forças de atrito são mínimas e se você olhar atentamente para as fotos, verá que usei pinos longos padrão de 0,1 pol., Que são quadrados, para os eixos e os dedos da garra. Fio de cobre também pode ser usado. As rodas com conta de vidro foram montadas em pinos de latão epóxidos na parte inferior do robô. É importante usar materiais não magnéticos para a construção ou a potência e o controle do robô serão adversamente afetados.

Etapa 3: um motor magnético de robô

O robô possui quatro graus de liberdade. Ele pode ir para frente e para trás, girar para a esquerda ou para a direita, mover a garra para cima e para baixo e abrir e fechar a garra. Imagem 4 - Eu realoquei os quatro motores a bordo que normalmente seriam necessários para fazer isso simplesmente suspendendo um ímã horizontalmente em um gimbal de dois eixos. Dois ímãs de 1/8 "x1 / 8" x1 / 16 "são epóxidos a um eixo vertical de fio que é dobrado para formar um dedo da garra. Os dois ímãs são alinhados para atuar como um ímã e criar um único motor de ímã. Isso é montado na menor caixa que tem o outro dedo da garra soldado a ela. A caixa da garra é montada no segundo eixo horizontal do cardan com um parafuso e porca de latão 000. Usei o parafuso para poder desmontá-lo facilmente para ajustes. Um campo magnético externo é montado em uma máquina do tipo CNC que pode deslizar o campo magnético ao longo dos eixos xey e girá-lo horizontal e verticalmente. Isso poderia ter sido feito com um eletroímã, mas optei por usar um ímã permanente de neodímio de polegada cúbica porque é a maneira mais fácil e rápida de criar um grande campo magnético em um volume pequeno. Foto 4c- Então, com a extremidade norte do pequeno ímã no robô voltada para a extremidade sul externa maior do ímã abaixo dele, o ímã do robô segue bastante de perto o motio ns do campo magnético externo. Para um breve vídeo do robô pegando um IC de 8 pinos, veja aqui: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EAOu clique no vídeo abaixo.

Etapa 4: Controlador de robô tipo CNC

A Figura 5 mostra o controlador do robô tipo CNC. Quatro servos fornecem movimentos para o ímã de neodímio de uma polegada cúbica que o ímã montado no gimbal no robô segue. Para os eixos xe Y, um servo de alto torque com uma polia e líder de pesca puxa a plataforma de fibra de vidro. Uma mola se opõe ao movimento. A plataforma assenta em dois tubos telescópicos de latão que funcionam como uma guia linear. Rolamentos de plástico feitos de uma placa de corte de plástico, em cada lado das guias lineares, mantêm o nível da plataforma. Este controlador de robô em particular tem um alcance limitado de algumas polegadas cúbicas. Isso deve eventualmente se provar mais do que adequado para controlar robôs verdadeiramente microscópicos, que podem requerer apenas um alcance de alguns centímetros cúbicos.

Etapa 5: Circuito Magnético do Robô

O controlador do robô consiste em um microcontrolador Picaxe que é programado para fornecer uma sequência de movimentos ao robô. Acho o Picaxe o microcontrolador mais fácil e rápido de conectar e programar. Embora seja mais lento do que um Pic Micro ou Arduino padrão, é mais do que rápido o suficiente para a maioria dos robôs experimentais. Para outros projetos da Picaxe, consulte aqui: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmE aqui: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ O Picaxe controla o robô enviando comandos em série para um microsservo controlador Polulu serial. O controlador Polulu é muito pequeno e manterá continuamente até 8 servos em qualquer posição em que forem colocados. Comandos simples do Picaxe permitem que você controle facilmente a posição, velocidade e direção dos servos. Eu recomendo este controlador para todos os tipos de robôs baseados em servo. O esquema mostra como os quatro servos estão conectados. O servo 0 e 1 guiam o ímã de 1 ao longo dos eixos X e Y. O servo 2 é um servo rotativo contínuo que pode girar o ímã mais de 360 graus. O servo 3 inclina o ímã ligeiramente para frente e para trás para abaixar e levantar a pinça. um pequeno vídeo do robô girando em uma moeda, veja aqui: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgOu clique no vídeo abaixo:

Etapa 6: Software de controlador de robô

Aqui está o programa de software para o microcontrolador Picaxe. Ele envia sequências pré-programadas para o servo controlador Polulu, que move o ímã no espaço 3D para controlar o robô. Com pequenas modificações, também poderia ser usado para programar um Basic Stamp dois. Para programar o Picaxe, achei necessário desconectar o Pino 3 (saída serial) do servo controlador. Caso contrário, o programa não seria baixado do PC. Também achei necessário desconectar o pino três do servo controlador ao ligar os circuitos, para evitar que o servo controlador travasse. Então, depois de um segundo ou mais eu reconectei o pino 3. 'Programa para R-20 magrobot pickup seqüência usando um polulu servo controllerhigh 3' serial output pinpause 7000 'definido para 0 positionerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'position s1 13-24-35 counter-clockwiseserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127)' position s0 c-clockpause 7000 'level magneterout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'position midpause 1000' move forward long servo1serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 21, 127) 'position clockwisepause 1500' grip downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 26, 127) 'position downpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'slow speed clockpause 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotatepause 700' move forward shorterout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 13, 127) 'position clockpause 1000' grip upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'position midpointpause 700' vire à direita 90serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'clockpause em baixa velocidade 470serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotationpause 1000' forwardserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 13, 12) 'position s0 pause 1500' grip downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 25, 12) 'position midpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'slow speed 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 upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 22, 12) 'position midpause 1000pause 6000' definido como 0 positionerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'position s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'position s0 c-clockloop: goto loop

Etapa 7: Adicionar Sensores

Este robô não possui sensores. Para ser realmente útil como um robô manipulador de pequenos objetos, seria uma vantagem ter um loop de feedback para o microcontrolador a partir de vários sensores do mundo real. Para evitar colocar uma fonte de alimentação a bordo, sensores de luz podem ser usados. Laser ou luz infravermelha pode ser direcionada para a parte superior do robô e refletores ou bloqueadores mecânicos podem ser conectados a sensores de toque, sensores de pressão ou sensores de temperatura e refletância variável lida por fotocélulas ou uma câmera de vídeo. Outra possibilidade é usar a tecnologia RFID para transmitir um pulso que aciona os componentes eletrônicos do robô para retornar, em vez de um número de identificação, uma sequência de bits que representam variações no toque ou em outros sensores.

Etapa 8: Outros robôs movidos a energia magnética

Robôs controlados por campos magnéticos de vários tipos não são novidade. Alguns deles são microscópicos e alguns são maiores, de modo que podem ser implantados clinicamente em um corpo humano. Alguns usam eletroímãs controlados por computador e alguns usam ímãs permanentes móveis. Aqui estão alguns links para alguns dos melhores e menores robôs magnéticos experimentais em que os pesquisadores estão trabalhando. Robô magnético voador em uma moeda. Embora não voe, ele flutua em um campo magnético controlado por computador, muito parecido com aqueles brinquedos que suspendem um pequeno globo da terra. Ele também tem uma garra que se expande quando aquecida com um laser e depois que resfria. Infelizmente, as extremidades norte e sul magnéticas dos robôs são verticais, então não há como controlar o giro rotacional para orientar com precisão a garra. É um pouco maior do que o menor robô que eu fiz, mostrado na etapa 9.https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.htmlRobô com ímã de nataçãoUm robô verdadeiramente microscópico que é uma espiral com um ímã em uma extremidade. Com um campo magnético giratório e giratório externo, ele pode ser apontado em qualquer direção e nadar debaixo d'água.https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0918085333.htmPílula de câmera orientável por ímãs.https:// www. espectro.ieee.org/aug08/6469Medical robots.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp? x = 5464Câmera controlada mecanicamente.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 / Controlled_pill_camera_is_created / UPI-60051212691495 / Aqui estão algumas garras microscópicas magneticamente controladas que podem ser quimicamente ou ativadas por calor.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm Infelizmente, essas garras microscópicas não podem ser liberadas uma vez que pegar. Portanto, eles são mais como uma armadilha microscópica de ursos do que uma pinça totalmente funcional. Http: //www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January /13010901.asppic 10 mostra os Magbots R-19, R-20 e R-21, os três robôs que fiz para esses experimentos. O menor ficou menor eliminando um pivô e as rodas. Uma cauda de arame impede que ele tombe para trás.

Etapa 9: construir robôs ainda menores

A foto 11 mostra o Magbot R-21, o menor robô movido a energia magnética com uma garra funcional que fiz até agora. Com 0,22 "x,20" x,25 ", é cerca de 1/100 de polegada cúbica. Ao eliminar as rodas e um ponto de pivô (gimbal), o robô é muito menor que a versão com rodas. Ele desliza no metal quadro não tão suave quanto aquele com rodas. A cauda de arame permite que o robô balance para trás para levantar a garra. Essa configuração poderia ser usada para criar um robô de tamanho microscópico. O problema neste ponto é usar IC convencional tecnologia para criar estruturas mecânicas de filme fino ou para propor alguma outra alternativa para a criação de estruturas microscópicas. Estou trabalhando nisso. Esses pequenos robôs representam uma das maneiras mais fáceis de obter muito movimento em um espaço pequeno. Existem muitos outras configurações possíveis de ímãs a bordo e campos magnéticos externos que poderiam produzir robôs muito interessantes. Por exemplo, o uso de mais de três ou mais ímãs rotativos ou giratórios em um robô, pode resultar em mais graus de liberdade e manipulação mais precisa da garra.

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