Construyendo robots pequeños: Haciendo robots de micro-sumo de una pulgada cúbica y más pequeños: 5 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Aquí hay algunos detalles sobre la construcción de pequeños robots y circuitos. Este instructivo también cubrirá algunos consejos y técnicas básicas que son útiles para construir robots de cualquier tamaño. Para mí, uno de los grandes desafíos en electrónica es ver qué tan pequeño puedo hacer un robot. Lo hermoso de la electrónica es que los componentes son cada vez más pequeños, baratos y eficientes a un ritmo increíblemente rápido. Imagínese si la tecnología del automóvil fuera así. Desafortunadamente, los sistemas mecánicos en este momento no están avanzando tan rápido como los electrónicos. Esto conduce a una de las principales dificultades a la hora de construir robots muy pequeños: intentar encajar en un espacio reducido, el sistema mecánico que mueve el robot. El sistema mecánico y las baterías tienden a ocupar la mayor parte del volumen de un robot realmente pequeño. cambiar). Puede moverse y explorar el perímetro de una pequeña caja. Se puede controlar a distancia mediante un control remoto por infrarrojos de TV universal que está configurado para un televisor Sony. También puede tener su microcontrolador Picaxe preprogramado con patrones de reacción. Los detalles comienzan en el paso 1.

Paso 1: Componentes de un robot de una pulgada cúbica

Mr cube R-16, es el decimosexto robot que he construido. Es un robot de una pulgada cúbica que mide 1 "x1" x1 ". Es capaz de un comportamiento programable autónomo o puede ser controlado a distancia. No pretende ser nada que sea muy práctico o particularmente útil. Es simplemente un prototipo y prueba de concepto. Sin embargo, es útil en el sentido de que construir un pequeño robot le permite perfeccionar sus habilidades de miniaturización para robots y otros circuitos pequeños. tomar el doble de tiempo de lo que normalmente se necesitaría para construir el mismo circuito en un espacio más grande. Se necesitan todo tipo de abrazaderas para mantener los componentes pequeños y los cables en su lugar mientras se sueldan o pegan. Una luz de trabajo brillante y un buen auricular de aumento o un Las lupas fijas son imprescindibles. Motores pequeños. Resulta que uno de los mayores obstáculos para hacer robots realmente pequeños es el motor de engranajes que se requiere. La electrónica de control (microcontroladores) es cada vez más pequeña. g motores de engranajes de bajas revoluciones que son lo suficientemente pequeños no es tan fácil. Mr. Cube utiliza motores de engranajes diminutos para buscapersonas que tienen una relación de 25: 1. Con ese cambio, el robot es más rápido de lo que me gustaría y está un poco nervioso. Para adaptarse al espacio, los motores tenían que desplazarse con una rueda más hacia adelante que la otra. Incluso con eso, se mueve hacia adelante, hacia atrás y gira bien. Los motores se conectaron a la placa perforada con alambre de calibre 24 que se soldaron y luego se pegaron con cemento de contacto. En la parte trasera del robot, se atornilló un perno de nailon de tamaño 4-40 en un orificio roscado debajo de la placa de circuito inferior. Esta cabeza de perno de plástico suave actúa como una rueda para equilibrar el robot. Puede verlo en la parte inferior derecha de la imagen 4. Esto le da una holgura de rueda en la parte inferior del robot de aproximadamente 1/32 ". Para montar las ruedas, las poleas de plástico de 3/16" montadas en los motores se encendieron y luego, mientras giraban, se lijaron al diámetro correcto. Luego se insertaron en un orificio en una arandela de metal que encajaba dentro de una arandela de nailon y todo se pegó con epoxi. Luego, la rueda se recubrió con dos capas de goma Liquid Tape para darle tracción. Baterías pequeñas Otro problema con los robots más pequeños es encontrar baterías pequeñas que duren. Los motores de engranajes utilizados requieren corrientes bastante altas (90-115ma) para funcionar. Esto da como resultado un pequeño robot que se come las pilas para el desayuno. Lo mejor que pude encontrar en ese momento fueron las baterías de botón de litio 3-LM44. La duración de la batería en robots muy pequeños de este tipo es tan corta (unos minutos) que normalmente no pueden hacer nada que se acerque a lo práctico. Solo había espacio para tres baterías de 1.5v, por lo que terminaron alimentando tanto los motores como el controlador Picaxe. Debido al ruido eléctrico que pueden generar los pequeños motores de CC, una fuente de alimentación para todo no suele ser una buena idea. Pero hasta ahora está funcionando bien. El espacio en este robot de una pulgada era tan estrecho que el grosor del aislamiento del cable de calibre 28 (del cable plano) resultó ser un problema. Apenas pude juntar las dos mitades del robot. Calculo que alrededor del 85% del volumen del robot está lleno de componentes. El robot era tan pequeño que incluso un interruptor de encendido y apagado resultaba problemático. Eventualmente, podría reemplazar los burdos bigotes con sensores infrarrojos. Literalmente me he quedado sin espacio fácil de usar, por lo que instalar algo más, sin recurrir a la tecnología de montaje en superficie, sería un desafío interesante. Me gusta usar la construcción de concha para robots realmente pequeños. Consulte la Imagen 2. Consta de dos mitades que se enganchan con conectores y conectores de tiras de.1 ". Esto permite un fácil acceso a todos los componentes, lo que facilita la depuración de los circuitos o la realización de cambios. La Imagen 3 muestra la ubicación de algunos de los componentes. MATERIALES2 Motores de engranajes GM15 - Motor de buscapersonas de engranajes planetarios de 25: 1 de 6 mm: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Microcontrolador Picaxe disponible en: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ? CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 controlador de motor DIP IC: https://www.mouser.com Detector de infrarrojos Panasonic PNA4602M: https://www.mouser.com Cable magnético de 30 AWG Beldsol pelable por calor (soldable): https:// www.mouser.com3 LM44 1.5V. Pilas de botón de litio: https://www.mouser.comInterruptor azul pequeño de encendido y apagado: https://www.jameco.comSoldadura fina- Soldadura de núcleo de colofonia de.015 ": https:// www.mouser.com Resistores y un condensador de tantalio de 150 uf Tablero perfilado de fibra de vidrio con trazado de cobre de: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlPerformix (tm) liquid tape, negro-Disponible en Wal-Mart o

Paso 2: Circuito de un robot de una pulgada cúbica

La imagen 4 muestra la ubicación del microcontrolador Picaxe 18x y el controlador de motor L293, que son los circuitos principales del robot. En el momento de la construcción, no pude obtener las versiones de montaje en superficie de Picaxe o L293. El uso de circuitos integrados de montaje en superficie ciertamente dejaría más espacio para circuitos y sensores adicionales.18 microcontroladores Picaxe Los microcontroladores Picaxe siguen siendo mis controladores favoritos para usar en robots experimentales. Si bien tienen menos memoria y no son tan rápidos como PicMicros, Arduino, Basic Stamp u otros microcontroladores, son lo suficientemente rápidos para la mayoría de los pequeños robots experimentales. Varios de ellos se pueden conectar fácilmente entre sí cuando se necesita más velocidad o memoria. También son muy indulgentes. Los he soldado directamente, cortocircuitado y sobrecargado sus salidas y todavía tengo que quemar uno. Debido a que se pueden programar en el lenguaje de programación BASIC, también son más fáciles de programar que la mayoría de los microcontroladores. Si desea construir realmente pequeños, los controladores Picaxe 08M y 18x están disponibles en forma de montaje en superficie (circuitos integrados de contorno pequeño SOIC). Para ver algunos de los proyectos que puedes hacer con los microcontroladores Picaxe puedes echar un vistazo a: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm Controlador de motor L293 El controlador de motor L293 es una excelente manera de controlar dos motores en cualquier robot pequeño. Cuatro pines de salida del microcontrolador pueden controlar la potencia de dos motores: avance, retroceso o apagado. La potencia de los motores incluso se puede pulsar (modulación de ancho de pulso PWM) para controlar su velocidad. Estilo de error muerto No había espacio en las placas de perfilado para montar el controlador L293, por lo que se instaló utilizando la técnica de error muerto. Esto simplemente significa que el circuito integrado está al revés y los alambres delgados se sueldan directamente a los pines que se han doblado o recortado. Luego se puede pegar en una placa de circuito o instalar en cualquier espacio disponible. En este caso, después de soldar y probar el L293, lo cubrí con dos capas de la siempre práctica goma Liquid Tape para asegurarme de que nada se cortocircuitara cuando estaba abarrotado en el espacio disponible. También se podría usar cemento de contacto transparente. Para un muy buen ejemplo de construcción de circuitos usando el estilo de error muerto, vea aquí: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/ La foto 5 muestra una plantilla de soldadura de manos amigas que he modificado agregando pequeñas pinzas de cocodrilo a una placa de perforación para ayudar a soldar pequeños cables a los circuitos integrados en el estilo de error muerto. La foto 6 muestra el esquema del robot Mr. Cube. Puede ver un video de Mr. Cube haciendo una secuencia programada corta haciendo clic en en el enlace inch-robot-sm.wmv a continuación. Muestra el robot a aproximadamente un 30% de la velocidad máxima, que se ha reducido mediante la modulación de ancho de pulso en los motores.

Paso 3: Consejos y trucos para la construcción de robots

Después de construir 18 robots, estas son algunas de las cosas que aprendí de la manera difícil. Fuentes de alimentación separadas Si tiene el espacio, se ahorrará muchos problemas si usa fuentes de alimentación separadas para el microcontrolador y sus circuitos y motores. El voltaje fluctuante y el ruido eléctrico que producen los motores pueden causar estragos en las entradas del microcontrolador y del sensor para producir respuestas muy inconsistentes en su robot. Los componentes rara vez fallan o están defectuosos. Si su diseño es válido y el circuito no funciona, casi siempre es un error en su cableado. Para obtener información sobre cómo hacer prototipos de circuitos rápidos, consulte aquí: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htm Luego monte todos los motores y sensores en el cuerpo del robot y programe el microcontrolador para controlarlos. Solo después de que todo funciona bien, trato de hacer una versión soldada permanente del circuito. Luego pruebo esto mientras aún está separado del cuerpo del robot. Si eso funciona, lo monte de forma permanente en el robot. Si deja de funcionar, a menudo es culpa de problemas de ruido. Problemas de ruido Uno de los mayores problemas que he encontrado es el ruido eléctrico que inutiliza un circuito. Esto a menudo es causado por el ruido eléctrico o magnético que puede emanar de los motores de CC. Este ruido puede abrumar las entradas del sensor e incluso el microcontrolador. Para resolver esto, puede asegurarse de que los motores y los cables a ellos no estén cerca de ninguna línea de entrada que vaya a su microcontrolador. La imagen 7 muestra a Sparky, R-12, un robot que hice que usa un Stamp 2 básico como microcontrolador. Primero lo probé con la placa de circuito principal lejos del robot y después de hacer la programación básica, todo funcionó bien. Cuando lo monté justo encima de los motores, se volvió loco y fue totalmente inconsistente. Intenté agregar una placa revestida de cobre con conexión a tierra entre los motores y el circuito, pero eso no hizo ninguna diferencia. Finalmente tuve que elevar físicamente el circuito 3/4 "(ver flechas azules) antes de que el robot volviera a funcionar. Otra fuente común de ruido devastador en los robots pequeños pueden ser las señales pulsantes. Si envía señales PWM a servos o motores, los cables pueden actuar como antenas y enviar señales que pueden confundir sus líneas de entrada. Para evitar esto, mantenga los cables de entrada y salida del microcontrolador separados tanto como sea posible. También mantenga los cables que transportan energía a los motores lejos de las líneas de entrada. los circuitos pequeños se pueden resolver utilizando un cable magnético de calibre 30-36. He usado un cable de calibre 36 para algunos proyectos, pero lo encontré tan tenue que era difícil de pelar y usar. Un buen compromiso es el cable magnético de calibre 30. Imán normal se puede usar alambre, pero yo prefiero el alambre magnético que se puede pelar por calor. Este alambre tiene un revestimiento que se puede pelar simplemente soldando con suficiente calor para derretir el aislamiento. Se necesitan hasta 10 segundos para pelar el revestimiento mientras se suelda. delicado compon elementos tales como soldar a LED o circuitos integrados, esto puede ser un calor dañino. El mejor compromiso para mí es usar este cable magnético que se puede pelar por calor, pero primero quítelo un poco. Primero tomo un cuchillo afilado y lo deslizo a través del alambre magnético para despegar el recubrimiento y luego giro el alambre hasta que se pela bastante bien alrededor de su diámetro. Luego sueldo el extremo del cable pelado hasta que esté bien estañado. Luego, puede soldarlo rápidamente a cualquier componente delicado con menos posibilidades de daño por calor. Soldadura fina Cuando los componentes están muy juntos, puede ser difícil soldarlos sin que se formen manchas y se produzcan cortocircuitos en las almohadillas y cables cercanos. La mejor solución es usar un soldador de calor ajustable de punta pequeña (1/32 ") y la soldadura más delgada que pueda encontrar. La soldadura estándar suele tener un diámetro de 0.032", lo que funciona bien para la mayoría de las cosas. El uso de una soldadura de 0.015 "de diámetro más delgada le permite controlar fácilmente la cantidad de soldadura en la unión. Si usa la menor cantidad de soldadura necesaria, no solo ocupa el volumen más pequeño, sino que también le permite soldar una unión con la mayor rapidez. Esto reduce la posibilidad de sobrecalentamiento y daños en componentes delicados como los circuitos integrados y los LED de montaje en superficie. Componentes de montaje en superficie Los componentes de montaje en superficie son lo último en miniaturización. Para hacer circuitos o placas de conexión SOIC, consulte aquí: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm Pegado de componentes en lugar de soldadura Algunos componentes de montaje en superficie también se pueden pegar directamente en placas de circuito. Puede hacer su propio pegamento conductor y utilizar para pegarlo en LED e IC. Ver: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ Si bien esto funciona, puede ser algo difícil porque la acción capilar tiende a mecha la c Pegamento ondulante debajo de los LED de montaje en superficie y otros componentes y cortocircuitarlos. de una barra de luz de 12 voltios (apagada e iluminada) utilizando LED de montaje en superficie que se pegaron con pegamento no conductor. Descubrí que si pones una capa delgada de esmalte de uñas transparente en las trazas de cobre y luego fijas físicamente el LED y lo dejas secar durante 24 horas, te quedará una buena junta mecánica que es eléctricamente conductora. El pegamento de esmalte de uñas encoge y sujeta eficazmente los contactos del LED a las pistas de cobre formando una buena conexión mecánica. Debe estar sujeto durante las 24 horas completas. Después de eso, puede probar su conductividad. Si se enciende, puede agregar la segunda capa de pegamento. Para la segunda capa utilizo un cemento de contacto transparente como Welders o Goop. Este pegamento más espeso rodea los componentes y también se encoge a medida que se seca para asegurar de forma segura una buena conexión sólida con las trazas de cobre. Espere 24 horas a que se seque antes de volver a probar. Teniendo dudas sobre cuánto duraría, dejé la barra de luz LED azul en la Imagen 8 encendida durante siete días y noches. La resistencia del circuito en realidad disminuyó con el tiempo. Meses después, la barra todavía se ilumina por completo sin evidencia de aumento de la resistencia. Utilizando este método, he pegado con éxito LED de montaje en superficie muy pequeños, de tamaño 0805 y más grandes, en un panel perfilado revestido de cobre. Esta técnica parece prometedora en la fabricación de circuitos, pantallas LED y robots realmente pequeños.

Paso 4: Romper las reglas

Para hacer robots realmente pequeños, es posible que deba romper muchas de las reglas mencionadas anteriormente. Para hacer Mr. Cube rompí las siguientes reglas: 1- Usé una sola fuente de alimentación en lugar de una para los motores y otra para el microcontrolador.2- Monté el microcontrolador Picaxe muy cerca de un motor.3- Usé baterías que están clasificados para un consumo de corriente bajo y los hacen funcionar a corrientes mucho más altas de lo que fueron diseñados. Esto limita severamente la vida útil de las baterías. 4- Junte todos los cables en una mezcolanza que puede crear problemas de interferencia y ruido eléctrico. Simplemente tuve suerte de que no lo hiciera.5- Conecté el circuito al robot sin conectarlo primero. Esto puede dificultar mucho la depuración del circuito. Puede descargar el código de programación de Picaxe para Mr. Cube en: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt Si está interesado en ver algunos de los otros robots que he construido, puede ir a: https://www.inklesspress.com/robots.htm La foto 9 muestra al Sr. Cube y al Sr. Cube dos, R-18, un robot de 1/3 de pulgada cúbica que he comenzado a construir. Detalles sobre el paso 5.

Paso 5: Mr. Cube Two: Hacer un robot de 1/3 de pulgada cúbica

Después de hacer un robot de una pulgada cúbica que funcionó, tuve que probar algo más pequeño. Estoy apuntando a un robot de alrededor de 1/3 de pulgada cúbica. En este punto, Mr. Cube Two mide aproximadamente.56 "x.58" x.72 ". Tiene un microcontrolador Picaxe 08 que le permitirá moverse de forma autónoma. La imagen 10 muestra el robot en una regla. La imagen 11 muestra la otra lado del robot en un cuarto. Las dos baterías son baterías de litio cr1220 de 3 voltios y queda por ver si tendrán suficiente capacidad para alimentar el Picaxe y los motores. Es posible que se necesiten más baterías. Es un trabajo en progreso. Hasta ahora, los dos motores de buscapersonas funcionan bien para mover y girar el robot en superficies lisas. El microcontrolador Picaxe está instalado y ha sido programado y probado. Aún quedan por agregar el controlador de motor SOIC L293 y el sensor reflector de infrarrojos. Ser uno de los robots autónomos más pequeños con sensores y un microcontrolador. Si bien este es un robot diminuto, ¿hay robots aficionados más pequeños que sean programables? Sí, de hecho. Ver: Robot 1cc: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots / smoovy.html Robot Pico:

Segundo premio en el Concurso de Robots Instructables y RoboGames

Primer Premio en el Concurso de Libros Instructables