Bauen Sie einen sehr kleinen Roboter: Machen Sie den kleinsten fahrbaren Roboter der Welt mit einem Greifer. - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:23

Bauen Sie einen 1/20 Kubikzoll-Roboter mit einem Greifer, der kleine Objekte aufnehmen und bewegen kann. Es wird von einem Picaxe-Mikrocontroller gesteuert. Zum jetzigen Zeitpunkt glaube ich, dass dies der kleinste Radroboter der Welt mit Greifer sein könnte. Das wird sich zweifellos ändern, morgen oder nächste Woche, wenn jemand etwas Kleineres baut.

Das Hauptproblem beim Bau wirklich kleiner Roboter ist die relativ große Größe selbst der kleinsten Motoren und Batterien. Sie nehmen den größten Teil des Volumens eines Mikroroboters ein. Ich experimentiere mit Möglichkeiten, Roboter zu bauen, die wirklich mikroskopisch sind. Als Zwischenschritt habe ich die drei kleinen Roboter und die in dieser Anleitung beschriebene Steuerung gemacht. Ich glaube, mit Modifikationen könnten diese Proof-of-Concept-Roboter auf mikroskopische Größe verkleinert werden. Nach Jahren des Bauens kleiner Roboter (siehe hier: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/) entschied ich mich für den einzigen Weg, die kleinsten Roboter zu bauen möglich war, die Motoren, Batterien und sogar den Picaxe-Mikrocontroller außerhalb des Roboters zu haben. Bild 1 zeigt R-20 einen 1/20 Kubikzoll Roboter im Handumdrehen. Bild 1b und 1c zeigen den kleinsten Roboter mit Rädern, der einen 8-Pin-IC anhebt und hält. ES GIBT EIN VIDEO in Schritt 3, das zeigt, wie der Roboter einen 8-Pin-IC aufnimmt und bewegt. Und ein weiteres Video in Schritt 5, das zeigt, wie sich der Roboter im Handumdrehen dreht.

Schritt 1: Werkzeuge und Materialien

18x Picaxe Mikrocontroller von Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro Serial Servo Controller erhältlich von Polulu: https://www.pololu.com/2 High Torque Servos von Polulu2 Standard Servos von Polulu.oo5" Dickkupfer, Messing- oder Phosphorbronze-Blech von Micromark2 – 1/8" x 1/16" Neodym-Magnete1 – 1" x 1" x 1" Neodym-Magnet. Magnete erhältlich von: https://www.amazingmagnets.com/index.aspTelescoping Messingrohr von Micromark: https://www.micromark.com/Brass Pins von WalmartGlass Beads von Walmart1/10" Glasfaser-Leiterplattenmaterial von Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear five minute epoxyVerschiedene Schrauben und MutternWERKZEUGESneedletin SnipsLöteisenbohrerMetallfeilenkleine SpitzzangenBild 2 zeigt das verwendete Picaxe-Modul. Bild 2b zeigt die Rückseite des Picaxe-Moduls.

Schritt 2: Bauen Sie einen 1/20 Kubikzoll-Roboter

Bei.40 "x.50" x.46" beträgt das Robotervolumen des Magbot R-20 etwas weniger als 1/20 eines Kubikzolls. Er wird durch Falten von 3 Kastenstrukturen aus nichtmagnetischem Blech hergestellt. Der kleinste innere Box ist an den linken Finger des Greifers gelötet. Zwei kleine Magnete sind auf die vertikale Welle geklebt, die sich biegt, um den rechten Finger des Greifers zu bilden, der sich frei dreht. Diese beiden Magnete werden von einem externen beweglichen rotierenden und rotierenden Magneten gesteuert Feld, das dem Roboter die gesamte Leistung liefert. Ich habe 0,005 "dickes Phosphorbronzeblech für die Kastenstrukturen verwendet, da es gelötet werden kann und nicht leicht oxidiert oder anläuft. Kupfer oder Messing könnten ebenfalls verwendet werden. Ich habe ursprünglich kleine Bohrer verwendet, um die Lagerlöcher in das Blech für die rotierenden Drahtwellen zu bohren. Nachdem ich ein paar von ihnen in einer Bohrmaschine zerbrochen hatte, stanzte ich nur Löcher mit einer großen Nadel und einem Hammer in das Blech. Dadurch entsteht ein kegelförmiges Loch, das dann flach gefeilt werden kann. Die Löcher müssen keine genaue Größe haben oder sogar perfekt platziert sein. Bei diesem kleinen Maßstab sind die Reibungskräfte winzig, und wenn Sie sich die Bilder genau ansehen, werden Sie sehen, dass ich lange.1" lange Standard-Stiftstifte, die quadratisch sind, für die Wellen und Greiferfinger verwendet habe. Kupferdraht könnte auch verwendet werden. Die Glaskugelräder wurden auf Messingstiften montiert, die an der Unterseite des Roboters geklebt sind. Es ist wichtig, für die Konstruktion nichtmagnetische Materialien zu verwenden, da sonst die Leistung und Steuerung des Roboters beeinträchtigt werden.

Schritt 3: Ein Roboter-Magnetmotor

Der Roboter hat vier Freiheitsgrade. Es kann sich vorwärts und rückwärts bewegen, nach links oder rechts drehen, den Greifer nach oben und unten bewegen und den Greifer öffnen und schließen. Bild 4- Ich habe die vier Motoren an Bord verlegt, die normalerweise dafür erforderlich wären, indem ich einfach einen Magneten horizontal aufgehängt habe auf einem zweiachsigen Gimbal. Zwei 1/8"x1/8"x1/16" Magnete sind auf einen vertikalen Drahtschaft geklebt, der gebogen wird, um einen Finger des Greifers zu bilden. Die beiden Magnete sind aufgereiht, um als ein Magnet zu wirken und einen einzigen Magnetmotor zu bilden Diese ist in der kleinsten Box montiert, an der der andere Greiferfinger angelötet ist. Die Greiferbox ist mit einer 000 Messingschraube und Mutter an der zweiten horizontalen Achse des Gimbals befestigt. Ich habe die Schraube verwendet, damit ich sie leicht auseinandernehmen konnte für Einstellungen. Ein externes Magnetfeld ist auf einer CNC-Maschine montiert, die das magnetische Feld entlang der x- und y-Achse verschieben und horizontal und vertikal drehen kann. Es hätte mit einem Elektromagneten gemacht werden können, aber ich habe mich für einen entschieden Kubikzoll Neodym-Permanentmagnet, weil es der einfachste und schnellste Weg ist, ein großes Magnetfeld in einem kleinen Volumen zu erzeugen. Bild 4c- Also, mit dem Nordende des winzigen Magneten im Roboter in Richtung des größeren äußeren Südens des Magneten darunter folgt der Robotermagnet ziemlich genau der Bewegung ns des externen Magnetfelds. Ein kurzes Video des Roboters, der einen 8-Pin-IC aufnimmt, finden Sie hier: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EAOder auf das Video unten klicken.

Schritt 4: CNC-Robotersteuerung

Bild 5 zeigt die Robotersteuerung vom CNC-Typ. Vier Servos sorgen für Bewegungen des einen Kubikzoll großen Neodym-Magneten, dem der kardanisch montierte Magnet im Roboter folgt. Für die X- und Y-Achse zieht ein High-Torque-Servo mit Umlenkrolle und Angelvorfach über die Fiberglasplattform. Eine Feder wirkt der Bewegung entgegen. Die Plattform ruht auf zwei ausziehbaren Messingrohren, die als Linearführung dienen. Kunststofflager aus einem Kunststoffschneidbrett auf beiden Seiten der Linearführungen halten die Plattform eben. Diese spezielle Robotersteuerung hat eine begrenzte Reichweite von wenigen Kubikzoll. Dies sollte sich schließlich als mehr als ausreichend erweisen, um wirklich mikroskopische Roboter zu steuern, die möglicherweise nur eine Reichweite von wenigen Kubikzentimetern benötigen.

Schritt 5: Magnetischer Roboterschaltkreis

Die Robotersteuerung besteht aus einem Picaxe-Mikrocontroller, der so programmiert ist, dass er dem Roboter eine Bewegungssequenz bereitstellt. Ich finde den Picaxe der einfachste und schnellste Mikrocontroller zum Anschließen und Programmieren. Es ist zwar langsamer als ein Standard-Pic Micro oder Arduino, aber für die meisten experimentellen Roboter mehr als schnell genug. Für andere Picaxe-Projekte siehe hier: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmUnd hier: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Der Picaxe steuert den Roboter, indem er seriell Befehle an einen seriellen Mikro-Servocontroller von Polulu sendet. Der Polulu-Controller ist sehr klein und hält kontinuierlich bis zu 8 Servos in jeder Position, in der sie eingesetzt werden. Einfache Befehle von der Picaxe ermöglichen Ihnen die einfache Steuerung der Position, Geschwindigkeit und Richtung der Servos. Ich kann diesen Controller für alle Arten von Servo-basierten Robotern wärmstens empfehlen. Das Schema zeigt, wie die vier Servos angeschlossen sind. Servo 0 und 1 führen den 1 -Magneten entlang der X- und Y-Achse. Servo 2 ist ein kontinuierlich rotierendes Servo, das den Magneten um mehr als 360 Grad drehen kann. Servo 3 neigt den Magneten leicht nach vorne und hinten, um den Greifer abzusenken und anzuheben Ein kurzes Video des Roboters, der sich im Handumdrehen dreht, finden Sie hier: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgOder Video unten anklicken:

Schritt 6: Robotersteuerungssoftware

Hier ist das Softwareprogramm für den Picaxe-Mikrocontroller. Es sendet vorprogrammierte Sequenzen an den Polulu-Servocontroller, der den Magneten im 3D-Raum bewegt, um den Roboter zu steuern. Mit leichten Modifikationen könnte es auch verwendet werden, um einen Basic Stamp 2 zu programmieren. Um den Picaxe zu programmieren, fand ich es notwendig, Pin 3 (serielle Ausgabe) vom Servocontroller zu trennen. Andernfalls würde das Programm nicht vom PC heruntergeladen. Ich fand es auch notwendig, beim Einschalten der Schaltkreise Pin 3 vom Servocontroller zu trennen, um ein Blockieren des Servocontrollers zu verhindern. Dann, nach etwa einer Sekunde, habe ich Pin 3 wieder angeschlossen.'Programm für die R-20-Magrobot-Pickup-Sequenz mit einem polulu-Servocontrollerhigh 3 'serielle Ausgabe Pinpause 7000' auf 0 Positionerout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 35, 127) 'Position s1 13-24-35 gegen den Uhrzeigersinnserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'Position s0 c-clockpause 7000 'Level Magnetserout 3, t2400, ($80, $01.), $04, 3, 23, 127) 'Position Midpause 1000 'Vorwärts bewegen Long Servo1Serout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 21, 127) 'Position im Uhrzeigersinn Pause 1500 'Griff Downserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 26, 127) 'Position Downpause 2000 'Grifferout 3 schließen, t2400, ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'Langsame Taktpause 50serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'Stopp Servo 2 Rotatepause 700 'Vorwärts bewegen Shortserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 13, 127) 'Position Clockpause 1000 'Griff Upserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 23, 127) 'position midpointpause 700 'rechts abbiegen 90serout 3, t2400, ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'langsame Taktpause 470serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'Stopp Servo 2 Rotationpause 1000 'Forwarderout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 13, 12) 'Position s0 Pause 1500 'Griff Downserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 25, 12) 'Position Midpause 2000 'Grifferout 3 schließen, t2400, ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'Langsame Geschwindigkeit c-Pause im Uhrzeigersinn 50serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'Stopp Servo 2 Rotationspause 400 'Backuperout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'Position s0 c-Taktpause 700 'Griff upserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 22, 12) 'Position Midpause 1000pause 6000 'auf 0 setzen Positionserout 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

Schritt 7: Sensoren hinzufügen

Dieser Roboter hat keine Sensoren. Um als Robotermanipulator kleiner Objekte wirklich nützlich zu sein, wäre es von Vorteil, eine Rückkopplungsschleife von verschiedenen realen Sensoren zum Mikrocontroller zu haben. Um das Anbringen einer Stromversorgung an Bord zu vermeiden, könnten Lichtsensoren verwendet werden. Laser- oder Infrarotlicht könnte auf die Oberseite des Roboters gerichtet werden und mechanische Reflektoren oder Blocker könnten mit Berührungssensoren, Drucksensoren oder Temperatursensoren verbunden und variabler Reflexionsgrad von Fotozellen oder einer Videokamera gelesen werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die RFID-Technologie zu verwenden Senden Sie einen Impuls, der die Elektronik des Roboters antreibt, um anstelle einer Identifikationsnummer zurückzukehren, eine Folge von Bits, die Variationen bei Berührungen oder anderen Sensoren darstellen.

Schritt 8: Andere magnetisch angetriebene Roboter

Roboter, die durch Magnetfelder verschiedener Art gesteuert werden, sind nichts Neues. Einige von ihnen sind mikroskopisch klein und andere größer, sodass sie medizinisch im menschlichen Körper eingesetzt werden können. Einige verwenden computergesteuerte Elektromagnete und einige verwenden bewegliche Permanentmagnete. Hier sind einige Links zu einigen der besten und kleinsten experimentellen Magnetroboter, an denen Forscher arbeiten. Fliegender Magnetroboter für einen Cent. Obwohl er nicht wirklich fliegt, schwebt er in einem computergesteuerten Magnetfeld, ähnlich wie die Spielzeuge, die ein kleiner Globus der Erde. Es hat auch einen Greifer, der sich beim Erhitzen mit einem Laser ausdehnt und dann beim Abkühlen greift. Leider sind die magnetischen Nord- und Südenden des Roboters vertikal, so dass es keine Möglichkeit gibt, den Rotationsspin zu steuern, um den Greifer präzise auszurichten. Es ist etwas größer als der kleinste Roboter, den ich gemacht habe, der in Schritt 9 gezeigt wird -76.htmlSchwimmmagnetroboterEin wahrhaft mikroskopischer Roboter, der eine Spirale mit einem Magneten an einem Ende ist. Mit einem externen schwenkbaren und rotierenden Magnetfeld kann es in jede Richtung ausgerichtet werden und unter Wasser schwimmen.https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0918085333.htmSteuerbare Kamerapille durch Magnete.https://www. Spektrum.ieee.org/aug08/6469Medizinische Roboter.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp?x=5464Magnetisch gesteuerte Kamera.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Hier sind einige mikroskopisch kleine magnetisch gesteuerte Greifer, die chemisch oder hitzeaktiviert werden können greifen. Sie sind also eher eine mikroskopische Bärenfalle als ein voll funktionsfähiger Greifer.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January /13010901.asppic 10 zeigt die Magbots R-19, R-20 und R-21, die drei Roboter, die ich für diese Experimente gebaut habe. Der kleinste wurde kleiner gemacht, indem ein Drehpunkt und die Räder weggelassen wurden. Ein Drahtende verhindert das Umkippen nach hinten.

Schritt 9: Bauen noch kleinerer Roboter

Bild 11 zeigt den Magbot R-21, den kleinsten magnetisch angetriebenen Roboter mit einem funktionsfähigen Greifer, den ich bisher gebaut habe. Bei.22" x.20" x.25" ist es ungefähr 1/100 eines Kubikzolls. Durch den Wegfall der Räder und eines Drehpunkts (Gimbal) ist der Roboter viel kleiner als die Version mit Rädern. Er gleitet auf dem Metall Rahmen nicht ganz so glatt wie der mit Rädern. Das Drahtende ermöglicht es dem Roboter, nach hinten zu schaukeln, um den Greifer anzuheben. Eine solche Konfiguration könnte verwendet werden, um einen mikroskopisch kleinen Roboter zu schaffen. Das Problem an dieser Stelle besteht darin, entweder einen herkömmlichen IC zu verwenden Technologie, um mechanische Dünnschichtstrukturen zu erzeugen, oder um eine andere Alternative zum Erstellen mikroskopischer Strukturen zu entwickeln. Ich arbeite daran. Diese kleinen Roboter stellen eine der einfachsten Möglichkeiten dar, viel Bewegung auf kleinem Raum zu erreichen andere mögliche Konfigurationen von Onboard-Magneten und externen Magnetfeldern, die sehr interessante Roboter erzeugen könnten. Beispielsweise könnte die Verwendung von mehr als drei oder mehr rotierenden oder schwenkbarenMagneten an einem Roboter zu mehr Freiheitsgraden und einer genaueren Handhabungdes Greifers führen.

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