Elektromechanischer Insekten- oder Flatter-Oszillator - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Einführung

Ich verfolge die Entwicklung der Robotik seit etwa 10 Jahren und mein Hintergrund ist Biologie und Videografie. Diese Interessen haben meine zugrunde liegende Leidenschaft, die Entomologie (das Studium von Insekten) umkreist. Insekten spielen in vielen Branchen eine große Rolle und waren eine große Inspirationsquelle. Zum Glück gewinnen Biologie und Insekten in der Robotik durch Biomimikry und synthetische Biologie an Einfluss. Besonders gespannt bin ich auf die Fortschritte bei den Insektothoptern. Die CIA hat bereits in den 1970er Jahren einen fliegenden Insektothopter entwickelt und Insekten werden weiterhin eine große Rolle bei der Beeinflussung der Lösung von Problemen in der Robotik spielen. Ich möchte eine künstlerische Methode zum Bau Ihrer eigenen elektromechanischen Insektenskulptur teilen.

Ein Handwerk, das sich stark auf die Eigenschaften von Insekten konzentriert hat, ist die Kunst des Fliegenbindens. Fliegenbinden ist eine Methode zur Herstellung von Ködern für das Fliegenfischen. Dieses Handwerk verwendet eine vielfältige Palette von Materialien und Werkzeugen und erfordert viel Liebe zum Detail, während es sich stark auf die richtige Technik verlässt, um schöne Designs zu vervollständigen.

Ich habe mich nicht so sehr für 3D-Druck oder Mikrocontroller begeistert. Ich bemühe mich, elektromechanische Kreaturen herzustellen, die keine dieser Technologien verwenden. Es scheint, dass alles über einen Mikrocontroller geleitet werden muss, egal welchen Sensor oder welchen mechanischen Ausdruck Sie erforschen möchten. Nehmen wir es ein bisschen zurück und machen unser Gehirn zu einem Oszillator!

Was ich Ihnen vorschlage, ist, dass wir Werkzeuge, Materialien und Techniken zum Fliegenbinden als Grundlage verwenden, um ein schönes, leichtes, einzigartiges, elektromechanisches Insekt zu schaffen. Diese BEAM-ähnliche kinetische Skulptur wird hoffentlich Ihre Freunde und Familie dazu inspirieren, Insekten und Handwerkskunst zu schätzen.

Schritt 1: Entwerfen Ihres Oszillators

Es gibt viele Oszillatorschaltungen, aus denen Sie online wählen können. Nachdem ich mir eine Vielfalt angeschaut hatte, fand ich, dass der Astable Multivibrator der einfachste und "organischste" war. Diese Schaltung kann mit symmetrischen Widerständen oder asymmetrisch erstellt werden, was zu geringfügig unterschiedlichen Impulsbreiten führt, je nachdem, von welcher "Seite" der Schaltung Sie Ihre Ausgabe beziehen.

Die Komponenten für diese Schaltung, die ich gewählt habe, sind:

Menge: Artikel:

x1 2N4403 pnp-Transistor

x1 2N3905 pnp-Transistor (gespiegelte Pinbelegung)

x2 330 Ω Widerstände

x2 22k Ω Widerstände

x2 4,7 μF 16V Kondensatoren

x2 lichtabhängige Widerstände (LDR) im 0 - 30k Ω Bereich

x1 2N4920 pnp-Transistor (handhabt 1 Ampere)

x1 8+ Ω Lautsprecherspule

x1 Kleiner nichtmagnetischer, nicht beiliegender Reedschalter

Ich möchte eine niedrige RC-Zeit und kleine Kondensatoren, also habe ich 22k Ω-Widerstände mit 4,7 μF 16V bipolaren Kondensatoren gewählt. Dies führt zu einer Oszillationsfrequenz von ungefähr 2 - 5 Hz.

Ich möchte auch, dass die Schaltung von der Umgebung beeinflusst wird, also lege ich lichtabhängige Widerstände (LDR) in Reihe mit den 22k-Widerständen. Der Schalter ist ein kleiner Reed-Schalter, der aus einem Einwegkamera-Blitzstromkreis gezogen wird. Wir verwenden diesen Schalter als empfindliche Schnurrhaare am Bauch.

Schritt 2: Beginnen Sie mit dem Löten

Wenn Sie diese Komponenten verwenden, benötigen Sie mehrere Werkzeuge, um sie zusammenzulöten. Wir werden kein Perfboard verwenden.

Schnappen Sie sich zwei Schraubstöcke, einen zum Halten Ihrer Komponenten und den anderen zum Halten Ihres Lötkolbens.

Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie einen Drahtschneider, eine Zange und ein Modell Ihrer Schaltung als Referenz haben. Ich habe eine zweite Version der Schaltung als Prototyp erstellt, um sicherzustellen, dass ich immer weiß, welche Teile der Komponenten wo angebracht sind.

Biegen Sie die Anschlüsse der beiden Transistoren so, dass sich der Kollektor zur Seite und die Basis zur Mitte hin biegt. Da der 2N4403 und der 2N3905 (abgebildet als BC557) unterschiedliche Pinbelegung haben, achten Sie genau darauf, wo sich die Basis und der Kollektor befinden. Zwei der gleichen pnp-Transistoren könnten verwendet werden, aber ich mag die chirale Qualität des gespiegelten Pin-Outs. Das ist schließlich Kunst.

Biegen Sie die Kondensatorleitungen rechtwinklig.

Schneiden Sie die Leitungen an den Kondensatoren und der Transistorbasis und den Kollektoren kurz.

Setzen Sie nun den Transistor in Ihren Schraubstock und bringen Sie den Lötkolben in Richtung des gewünschten Lötanschlusses. Dadurch haben Sie beide Hände frei, um den Kondensator und das Lötmittel einzubringen und zusammenzufügen.

Wiederholen Sie diesen Schritt, damit die Basis und die Kollektoren jedes Transistors an jedem Kondensator befestigt sind.

Interessanterweise kann der Schraubstock tatsächlich als Kühlkörper für die Transistoren fungieren und die Architektur Ihres fertigen Lötjobs macht diese Struktur überraschend stark.

Schritt 3: Löten Sie die Widerstände

Biegen und schneiden Sie die Leitungen der Widerstände wie oben abgebildet.

Setzen Sie den 330--Widerstand in den Schraubstock und löten Sie unsere Kondensatortransistoreinheit an den Widerstand. Folgen Sie dem Schaltplan, dieser Widerstand muss dort angebracht werden, wo sich der Kollektor des Transistors befindet.

Wiederholen Sie dies mit dem zweiten 330--Widerstand.

Legen Sie den LDR in den Schraubstock und löten Sie unsere wachsende Schaltung daran. Löten Sie an die Basis des Transistors.

Wiederholen Sie dies mit dem zweiten LDR.

Schneiden Sie die langen Leitungen des LDR zur Mitte hin ab.

Löten Sie die 22k--Widerstände so an die LDR-Leitungen, dass die Widerstände in Reihe geschaltet sind.

Jeder der vier Widerstände sollte offene Leitungen haben, die in die Mitte unserer Schaltung weisen (wie abgebildet).

Biegen Sie die Leitungen dieser Widerstände in Richtung ihrer Nachbarn, schneiden Sie sie kurz und löten Sie sie alle zusammen. Dieses Widerstandsbündel ist jetzt Teil unserer Erdungsschiene.

Schritt 4: Lötdrähte und die Power PNP

Diese Einheit aus Kondensatoren, Transistoren und Widerständen ist unser astabiler Multivibrator-Oszillator. Es ist effektiv unser Gehirn für das Insekt. Die LDRs fungieren als Augen und ändern leicht die Frequenz und Pulsbreite unseres Oszillators. Diese Schaltung allein kann die Lautsprecherspule nicht mit Strom versorgen, daher verbinden wir sie mit Q3, unserem Leistungstransistor (BD140 oder 2N4920).

Löten Sie den positiven Schienendraht an den Emitter von Q1.

Löten Sie das Erdungsschienenkabel an das Widerstandsbündel.

Löten Sie einen dritten Draht an den Emitter von Q2 (abgebildet als orange).

Löten Sie diesen dritten Draht an die Basis von Q3, dem Leistungs-pnp-Transistor (2N4920).

Streifen Sie den positiven Schienendraht etwa 1 1/2 Zoll ab und löten Sie ihn an den Emitter von Q3.

An dieser Stelle mache ich gerne eine Lötpause und trage eine großzügige Schicht klaren Nagellack auf die Schaltung auf. Dies hilft, Kurzschlüsse zu vermeiden, wenn der Stromkreis verbogen oder gequetscht wird, und gibt ihm einen gewissen Wetterschutz. Fühlen Sie sich frei, mehrere Schichten aufzutragen.

Stellen Sie sicher, dass Sie den Stromkreis nirgendwo kurzgeschlossen haben. Testen Sie den Stromkreis, um sicherzustellen, dass er noch funktioniert, indem Sie das rote Kabel mit +9 V versorgen, das schwarze oder braune Kabel erden und an den Kollektor von Q3 klemmen. Ich verwende eine winzige 5-V-Lampe oder einen Ersatzlautsprecher. Da Q3 nur etwa 1 Ampere verarbeiten kann, überhitzen Sie diesen Transistor nicht mit zu viel Leistung und zu wenig Widerstand. Führen Sie Ihre Berechnungen (I = V / R) unter der Annahme von Gleichstrom durch. Theoretisch beträgt der durchschnittliche Strom aufgrund des pulsierenden Effekts die Hälfte des Gleichstroms bei Schienenspannung, aber dies hilft uns, Raum für Fehler zu lassen.

Schritt 5: Schwingspule und Lötzinn ausschneiden

Nehmen Sie einen kleinen billigen Lautsprecher mit funktionierender Schwingspule und schneiden Sie ihn aus. Beginnen Sie mit dem Schneiden um den Rand des Lautsprecherkonus und achten Sie darauf, die darunter liegenden Lametta-Drahtverbinder nicht zu schneiden.

Klemmen oder entlöten Sie die Lametta-Drahtverbinder von den Korblaschen.

Schneiden Sie die Netzaufhängung direkt über dem Permanentmagneten ab.

Entfernen Sie die Schwingspule und schneiden Sie überschüssiges Papier und Netz ab. Achten Sie darauf, die Lametta-Draht-Anschlüsse so lange wie möglich zu lassen.

Verzinnen Sie die Spitzen der Lametta-Drahtverbinder und löten Sie einen an den Kollektor von Q3.

Löten Sie den anderen Stecker an ein Verlängerungskabel.

Streifen Sie die Mitte dieses neuen Drahtes ab und löten Sie ihn an die Erdungsschiene.

Schritt 6: Entwerfen Sie die Flügel

Ich druckte Cranfly-Flügelmuster auf Transparentfolie aus.

Sie können die Flügel auch mit Stiften und Sharpies auf Acetat zeichnen.

Viel Spaß beim Ausmalen der Flügel und machen sie einzigartig und interessant.

Legen Sie Ihre Acetatplatte auf ein altes Magazin und drücken Sie mit einer Ahle in die Venen. Wechseln Sie Vorder- und Rückseite ab, um konkave und konvexe Falten im Acetat zu erzeugen. Dies trägt nicht nur zur Illusion echter Insektenflügel bei, sondern stärkt auch die Flügel.

Schneiden Sie die Flügel aus, aber lassen Sie sie als Paar! Lassen Sie ein wenig zusätzliches Material in der Mitte, damit unsere Schwingspule mehr Material zum Verschieben hat.

Schritt 7: Binden Sie die Flügel an Monofilament

Um mit dem Binden zu beginnen, benötigen Sie etwa 35 lb. Monofilament, unseren Schraubstock von früher, Schere, Flügel, Faden und eine Fliegenbindespule. *Empfohlene Korrektur: Verwenden Sie für diese Flügelstützen schwerere Monofilamente oder dünneren Draht. Das abgebildete und gebaute Modell verliert an mechanischer Effizienz, wenn sich das Monofilament beim Abwärtshub nach außen biegt.

Schneiden Sie zwei Stücke von fünf Zoll Länge ab und legen Sie ein Stück in den Schraubstock. Binden Sie die Flügel locker in einem Achtermuster an das Monofilament.

Wiederholen Sie dies mit einem zweiten Stück Monofilament und dem anderen Flügel.

Ich fügte den Knoten auf jedem Stück ein wenig Kleber für zusätzliche Sicherheit hinzu. Achte darauf, dass der Kleber das Flattern der Flügel nicht behindert. Dieser soll wie ein Scharnier wirken und das Monofilament ist unser Dreh- und Angelpunkt.

Schritt 8: Bauen Sie den Thorax und den Kopf auf

In dieser Phase kommt alles auf einmal zusammen.

Nehmen Sie ein drei Zoll großes Stück 100 lb. Monofilament oder einen steifen Schlauch und binden Sie den Faden auf die Länge davon.

Nehmen Sie drei, sieben Zoll große Stücke Blumendraht und binden Sie jedes in der Mitte entlang unserer Körperstruktur. Das werden unsere Beine sein.

Binden Sie die Rückenteile aus kleineren Monofilamenten unserer Flügeleinheit direkt hinter den Hinterbeinen, damit Sie später ihre Länge anpassen können.

Finden Sie einen Magnetstift wie den abgebildeten. Dies hält unseren permanenten Neodym-Magneten an Ort und Stelle.

Binden Sie die Schaltung, die wir gebaut haben, an die Beine / den Körper.

Binden Sie den Magnetstift hinter dem Kopf, aber vor Q3 an den Körper.

Binden Sie zwei kleine Hechelfedern direkt hinter dem Kopf an den Körper, so dass sie wie Antennen nach vorne ragen (das ist rein ästhetisch).

Bringen Sie die Vorderstücke des kleineren Monofilaments von der Flügeleinheit nach vorne und binden Sie sie dicht am Kopf am Körper fest. Ziehen Sie an jedem Stück, um sicherzustellen, dass die Flügel zentriert sind und sich über den Magneten erheben.

Schneiden Sie das Papierrohr der Schwingspule zur Mitte hin, damit wir das Acetat der Flügel hineinschieben können. Diese ganze Struktur sollte über dem Stift schweben, wo unser Magnet hingeht. Wenn also der Strom durch die Spule fließt, zieht die Magnetkraft die Flügel nach unten und die Flügelspitzen schlagen nach oben.

Schritt 9: Bauen Sie den Bauch auf

Binden Sie den Reedschalter an das hintere Ende des Körpers. Dies wird die Spitze des Bauches sein, wo unsere empfindlichen Schnurrhaare sein werden. Löten Sie unsere Bodenschiene an ein Bein des Reedschalters.

Löten Sie ein zweites kurzes Stück Draht an das andere Bein des Reedschalters.

Wickeln Sie den positiven Schienendraht, um eine große Oberfläche für die Batterie zu schaffen.

Wickeln Sie das neue kurze Stück Draht, das mit dem Schalter verbunden ist, um die negative oder 0-V-Seite der Batterie zu berühren.

Binden Sie eine kleine 12-V-Batterie auf den Bauch und sichern Sie die Batteriekabel, um eine feste Verbindung zu haben. Ich musste dem Bauch ein paar Stücke schweres Monofilament hinzufügen, um zu verhindern, dass die Batterie beim Anbinden auf die gegenüberliegende Seite des Bauches umkippte.

Testen Sie es aus! Bewegen sich die Flügel auf den Magneten zu? Stellen Sie sicher, dass die Polarität des Magneten richtig ist, indem Sie die rechte Handregel des elektromagnetischen Stroms befolgen und einen analogen Kompass verwenden, um die Polarität Ihres Permanentmagneten zu bestimmen. Wenn Sie die Schaltung wie beschrieben aufgebaut haben, fließt Strom aus dem Kollektor von Q3, durch die Spule und in Richtung der Masseschiene oder der 0-V-Seite der Batterie.

Zum Abschluss biegen Sie die Blumendrahtbeine so, dass sie so aussehen, wie Sie möchten! Probiere ein wenig Kleber dort, wo die Beine auf den Körper treffen, wenn sie zu dünn sind. Genießen!

Bitte lassen Sie es mich wissen, wenn Sie Fragen haben. Das ist definitiv ein heikles Projekt. Ein kleines Gummiband zwischen den Kabeln des Akkus kann helfen, sie an Ort und Stelle zu halten.

Viel Glück!

Erster Preis beim Tech Contest