Construye un robot muy pequeño: crea el robot con ruedas más pequeño del mundo con una pinza: 9 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:45

Construya un robot de 1/20 de pulgada cúbica con una pinza que pueda levantar y mover objetos pequeños. Está controlado por un microcontrolador Picaxe. En este momento, creo que este puede ser el robot con ruedas más pequeño del mundo con pinza. Eso sin duda cambiará, mañana o la semana que viene, cuando alguien construya algo más pequeño.

El principal problema con la construcción de robots realmente pequeños es el tamaño relativamente grande de incluso los motores y baterías más pequeños. Ocupan la mayor parte del volumen de un micro robot. Estoy experimentando con formas de eventualmente hacer robots que sean verdaderamente microscópicos. Como paso intermedio, hice los tres pequeños robots y el controlador descritos en este instructivo. Creo que con modificaciones, estos robots de prueba de concepto podrían reducirse a un tamaño microscópico. Después de años de construir pequeños robots (ver aquí: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/), decidí la única forma de hacer los robots más pequeños. posible, era tener los motores, las baterías e incluso el microcontrolador Picaxe externo al robot. La imagen 1 muestra a R-20, un robot de 1/20 pulgadas cúbicas en una moneda de diez centavos. Las imágenes 1b y 1c muestran el robot con ruedas más pequeño levantando y sosteniendo un IC de 8 pines. HAY UN VIDEO en el paso 3 que muestra al robot levantando un IC de 8 pines y moviéndolo. Y otro video en el paso 5 que muestra al robot girando en una moneda de diez centavos.

Paso 1: herramientas y materiales

18x microcontrolador Picaxe de Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro servocontrolador en serie disponible en Polulu: https://www.pololu.com/2 servos de alto par de Polulu2 servos estándar de Polulu.oo5 "cobre grueso, latón o bronce fosforoso de Micromark 2- imanes de neodimio de 1/8 "x 1/16" 1- imán de neodimio de 1 "x1" x1 ". Imanes disponibles en: https://www.amazingmagnets.com/index.asp Tubería telescópica de latón de Micromark: https://www.micromark.com/ Pines de latón de Walmart Cuentas de vidrio de Walmart Material de placa de circuito de fibra de vidrio de 1/10 "de Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear epoxi de cinco minutosTuercas y pernos surtidosHERRAMIENTASNeedletin tijerassoldadora irondrillmetal filessalicates pequeños de punta de aguja La imagen 2 muestra el módulo Picaxe utilizado. La imagen 2b muestra la parte posterior del módulo Picaxe.

Paso 2: construye un robot de 1/20 pulgadas cúbicas

A.40 "x.50" x.46 "el volumen del robot del Magbot R-20 es un poco menos de 1/20 de pulgada cúbica. Está hecho doblando 3 estructuras de caja de chapa metálica no magnética. El interior más pequeño La caja está soldada al dedo izquierdo de la pinza. Dos pequeños imanes están pegados con epoxi al eje vertical que se dobla para formar el dedo derecho de la pinza que gira libremente. Son estos dos imanes los que están controlados por un movimiento externo magnético giratorio y giratorio. campo que proporcionan toda la potencia al robot. Utilicé chapa de bronce fosforoso de.005 "de espesor para las estructuras de la caja porque se puede soldar y no oxidar o empañar fácilmente. También se puede utilizar cobre o latón. Originalmente utilicé pequeñas brocas para perforar los orificios de los cojinetes en la chapa de metal para los ejes de alambre giratorios. Después de romper algunos de ellos en un taladro, terminé perforando agujeros con una aguja grande y un martillo en la chapa. Esto crea un agujero en forma de cono que luego se puede limar plano. Los agujeros no tienen que ser de un tamaño exacto o incluso estar perfectamente colocados. En esta escala pequeña, las fuerzas de fricción son mínimas y si observa detenidamente las imágenes, verá que utilicé pasadores de cabezal largos estándar de 1 "largos que son cuadrados, para los ejes y los dedos de las pinzas. También se podría usar alambre de cobre. Las ruedas de cuentas de vidrio se montaron en pasadores de latón pegados con epoxi a la parte inferior del robot. Es importante utilizar materiales no magnéticos para la construcción o la potencia y el control del robot se verán afectados negativamente.

Paso 3: un motor magnético de robot

El robot tiene cuatro grados de libertad. Puede ir hacia adelante y hacia atrás, girar hacia la izquierda o hacia la derecha, mover la pinza hacia arriba y hacia abajo y abrir y cerrar la pinza. Pic 4- Reubiqué los cuatro motores a bordo que normalmente se necesitarían para hacer esto simplemente suspendiendo un imán horizontalmente en un cardán de dos ejes. Dos imanes de 1/8 "x1 / 8" x1 / 16 "están pegados con epoxi a un eje vertical de alambre que se dobla para formar un dedo de la pinza. Los dos imanes están alineados para actuar como un imán y crear un motor de imán único. Esto está montado en la caja más pequeña que tiene el otro dedo de la pinza soldado a ella. La caja de la pinza está montada en el segundo eje horizontal del cardán con un tornillo y una tuerca de latón 000. Usé el tornillo para poder desarmarlo fácilmente Para ajustes. Un campo magnético externo está montado en una máquina de tipo CNC que puede deslizar el campo magnético a lo largo de los ejes xey y rotarlo horizontal y verticalmente. Podría haberse hecho con un electroimán, pero elegí usar uno imán permanente de neodimio de pulgada cúbica porque es la forma más fácil y rápida de crear un campo magnético grande en un volumen pequeño. debajo de él, el imán del robot sigue bastante de cerca el motio ns del campo magnético externo. Para ver un video corto del robot levantando un IC de 8 pines, vea aquí: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EA O haga clic en el video a continuación.

Paso 4: Controlador de robot tipo CNC

La imagen 5 muestra el controlador de robot tipo CNC. Cuatro servos proporcionan movimientos al imán de neodimio de una pulgada cúbica que sigue el imán montado en el cardán en el robot. Para los ejes X e Y, un servo de alto par con una polea y un líder de pesca tira de la plataforma de fibra de vidrio. Un resorte se opone al movimiento. La plataforma descansa sobre dos tubos telescópicos de latón que actúan como guía lineal. Los cojinetes de plástico hechos de una tabla de cortar de plástico, a cada lado de las guías lineales, mantienen la plataforma nivelada. Este controlador de robot en particular tiene un rango limitado de unas pocas pulgadas cúbicas. Eventualmente, esto debería resultar más que adecuado para controlar robots verdaderamente microscópicos que solo pueden requerir un rango de unos pocos centímetros cúbicos.

Paso 5: circuito de robot magnético

El controlador del robot consta de un microcontrolador Picaxe que está programado para proporcionar una secuencia de movimientos al robot. Encuentro que Picaxe es el microcontrolador más fácil y rápido de conectar y programar. Si bien es más lento que un Pic Micro o Arduino estándar, es más que lo suficientemente rápido para la mayoría de los robots experimentales. Para otros proyectos de Picaxe, consulte aquí: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm Y aquí: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ El Picaxe controla el robot enviando comandos en serie a un micro servocontrolador en serie Polulu. El controlador Polulu es muy pequeño y soportará continuamente hasta 8 servos en cualquier posición en la que se coloquen. Los comandos simples del Picaxe le permiten controlar fácilmente la posición, velocidad y dirección de los servos. Recomendaría encarecidamente este controlador para todo tipo de robots basados en servos. El esquema muestra cómo están conectados los cuatro servos. Los servos 0 y 1 guían el imán de 1 a lo largo de los ejes X e Y. El servo 2 es un servo giratorio continuo que puede girar el imán más de 360 grados. El servo 3 inclina el imán ligeramente hacia adelante y hacia atrás para bajar y levantar la pinza. un breve video del robot girando en una moneda de diez centavos, vea aquí: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYg O haga clic en el video a continuación:

Paso 6: software del controlador del robot

Aquí está el programa de software para el microcontrolador Picaxe. Envía secuencias preprogramadas al servocontrolador Polulu que mueve el imán en el espacio 3D para controlar el robot. Con ligeras modificaciones, también podría usarse para programar un Basic Stamp 2. Para programar el Picaxe me pareció necesario desconectar el Pin 3 (salida serial) del servocontrolador. De lo contrario, el programa no se descargaría de la PC. También encontré necesario desconectar el pin tres del servocontrolador al encender los circuitos, para evitar que el servocontrolador se bloquee. Luego, después de un segundo o más, volví a conectar el pin 3. 'Programa para la secuencia de captación del magrobot R-20 usando un servocontrolador polulu alta 3' pinpause de salida serial 7000 'establecido en 0 positionserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'posición s1 13-24-35 en sentido contrario a las agujas del relojerout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127)' posición s0 c-clockpause 7000 'nivel magnetserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'posición midpause 1000' mover hacia adelante servo largo 1serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 21, 127) 'posición en el sentido de las agujas del reloj pausa 1500' grip downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 26, 127) 'posición downpause 2000' cerrar gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'reloj de velocidad lenta pausa 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'detener servo 2 rotatepause 700' avanzar shortserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 13, 127) 'posición clockpause 1000' agarre upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 23, 127) 'posición punto medio pausa 700' girar a la derecha 90serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'pausa de reloj de velocidad lenta 470serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'detener la rotación del servo 2 pausar 1000' forwardserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 13, 12) 'posición s0 pausa 1500' agarre downserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 25, 12) 'position midpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 2, 25, 1) 'velocidad lenta c-en el sentido de las agujas del reloj pausa 50serout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 00, 2, 0, 127) 'detener la rotación del servo 2 pausa 400' backupserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'posición s0 c-clockpause 700' grip upserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 3, 22, 12) 'position midpause 1000pause 6000' set to 0 positionserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 1, 35, 127) 'posición s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400, ($ 80, $ 01, $ 04, 0, 35, 127) 'posición s0 c-clockloop: goto loop

Paso 7: agregar sensores

Este robot no tiene sensores. Para ser realmente útil como robot manipulador de objetos pequeños, sería una ventaja tener un circuito de retroalimentación al microcontrolador desde varios sensores del mundo real. Para evitar instalar una fuente de alimentación a bordo, se pueden utilizar sensores de luz. La luz láser o infrarroja podría dirigirse a la parte superior del robot y los reflectores mecánicos o bloqueadores podrían conectarse a sensores táctiles, sensores de presión o sensores de temperatura y la reflectancia variable leída por fotocélulas o una cámara de video. Otra posibilidad es utilizar la tecnología RFID para transmite un pulso que impulsa la electrónica del robot para regresar en lugar de un número de identificación, una secuencia de bits que representan variaciones en el tacto u otros sensores.

Paso 8: otros robots de potencia magnética

Los robots controlados por campos magnéticos de varios tipos no son nada nuevo. Algunos de ellos son microscópicos y otros son más grandes, por lo que pueden implementarse médicamente en un cuerpo humano. Algunos usan electroimanes controlados por computadora y algunos usan imanes permanentes móviles. Aquí hay algunos enlaces a algunos de los mejores y más pequeños robots magnéticos experimentales en los que están trabajando los investigadores. Robot magnético volador en un centavo. Si bien en realidad no vuela, se cierne en un campo magnético controlado por computadora, al igual que esos juguetes que suspenden un pequeño globo de la tierra. También tiene una pinza que se expande cuando se calienta con un láser y luego se agarra cuando se enfría. Desafortunadamente, los extremos norte y sur magnéticos de los robots son verticales, por lo que no hay forma de controlar el giro de rotación para orientar con precisión la pinza. Es un poco más grande que el robot más pequeño que hice, que se muestra en el paso 9. -76.htmlRobot de imán para nadar Un robot verdaderamente microscópico que es una espiral con un imán en un extremo. Con un campo magnético giratorio y pivotante externo, puede apuntar en cualquier dirección y nadar bajo el agua. espectro.ieee.org/aug08/6469 Robots médicos https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp? x = 5464 Cámara controlada magnéticamente. https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 / Controlled_pill_camera_is_created / UPI-60051212691495 / Aquí hay algunas pinzas microscópicas controladas magnéticamente que pueden activarse química o térmicamente. tomar. Por lo tanto, se parecen más a una trampa para osos microscópica que a una pinza completamente funcional. /13010901.asppic 10 muestra los Magbots R-19, R-20 y R-21, los tres robots que hice para estos experimentos. El más pequeño se hizo más pequeño eliminando un pivote y las ruedas. Una cola de alambre evita que se vuelque hacia atrás.

Paso 9: Construcción de robots aún más pequeños

La imagen 11 muestra el Magbot R-21, el robot de potencia magnética más pequeño con una pinza funcional que he fabricado hasta ahora. A.22 "x.20" x.25 "es alrededor de 1/100 de pulgada cúbica. Al eliminar las ruedas y un punto de pivote (cardán), el robot es mucho más pequeño que la versión con ruedas. Se desliza sobre el metal el marco no es tan suave como el que tiene ruedas. La cola de alambre permite que el robot se balancee hacia atrás para levantar la pinza. Esta configuración podría usarse para crear un robot de tamaño microscópico. El problema en este punto es usar IC convencional tecnología para crear estructuras mecánicas de película delgada, o para encontrar alguna otra alternativa para crear estructuras microscópicas. Estoy trabajando en ello. Estos pequeños robots representan una de las formas más fáciles de conseguir mucho movimiento en un espacio pequeño. Hay muchos otras posibles configuraciones de imanes a bordo y campos magnéticos externos que podrían producir robots muy interesantes. Por ejemplo, usar más de tres o más imanes giratorios o pivotantes en un robot, podría resultar en más grados de libertad y una manipulación más precisa de la pinza.

Primer premio en el concurso de bolsillo