Membangun Robot Kecil: Membuat Robot Micro-Sumo Satu Inci Kubik dan Lebih Kecil: 5 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Berikut adalah beberapa detail tentang membangun robot dan sirkuit kecil. Instruksi ini juga akan mencakup beberapa tip dan teknik dasar yang berguna dalam membuat robot dengan ukuran berapa pun. Bagi saya, salah satu tantangan besar dalam elektronik adalah melihat seberapa kecil robot yang bisa saya buat. Hal yang indah tentang elektronik adalah bahwa komponennya semakin kecil dan lebih murah dan lebih efisien dengan kecepatan yang luar biasa cepat. Bayangkan jika teknologi otomotif seperti itu. Sayangnya, sistem mekanis saat ini tidak berkembang secepat elektronik. Hal ini menyebabkan salah satu kesulitan utama dalam membangun robot yang sangat kecil: mencoba masuk ke dalam ruang kecil, sistem mekanis yang menggerakkan robot. Sistem mekanis dan baterai cenderung mengambil sebagian besar volume robot yang sangat kecil. pic1 menunjukkan Mr. Cube R-16, robot mikro-sumo satu inci kubik yang mampu bereaksi terhadap lingkungannya dengan kumis kawat musik (bumper mengalihkan). Itu bisa bergerak dan menjelajahi keliling kotak kecil. Ini dapat dikendalikan dari jarak jauh menggunakan remote control inframerah TV universal yang diatur untuk TV Sony. Itu juga dapat memiliki mikrokontroler Picaxe yang telah diprogram dengan pola reaksi. Detail dimulai pada langkah 1.

Langkah 1: Komponen Robot Satu Inci Kubik

Mr cube R-16, adalah robot keenam belas yang saya buat. Ini adalah robot satu inci kubik yang berukuran 1"x1"x1". Ia mampu melakukan perilaku yang dapat diprogram secara otonom atau dapat dikendalikan dari jarak jauh. Ini tidak dimaksudkan untuk menjadi sesuatu yang sangat praktis atau sangat berguna. Ini hanyalah sebuah prototipe dan bukti konsep. Namun, ini berguna dalam arti bahwa membangun robot kecil memungkinkan Anda mengasah keterampilan miniaturisasi untuk robot dan sirkuit kecil lainnya. Membangun Robot dan Sirkuit KecilPerlu diingat bahwa membangun sekecil mungkin berarti dapat memakan waktu dua kali lebih lama dari biasanya untuk membangun sirkuit yang sama di ruang yang lebih besar. Semua jenis klem diperlukan untuk menahan komponen dan kabel kecil di tempatnya saat menyolder atau menempel. Lampu kerja yang terang dan headset pembesar yang baik atau kaca pembesar tetap adalah suatu keharusan. Motor Kecil Ternyata salah satu hambatan terbesar untuk membuat robot yang sangat kecil adalah motor roda gigi yang diperlukan. Elektronik kontrol (mikrokontroler) semakin kecil. Namun, temukan g gear motor rpm rendah yang cukup kecil tidak begitu mudah. Mr Cube menggunakan motor gigi pager kecil yang diarahkan pada rasio 25:1. Pada persneling itu, robot lebih cepat dari yang saya inginkan dan sedikit gelisah. Agar sesuai dengan ruang, motor harus diimbangi dengan satu roda lebih maju dari yang lain. Bahkan dengan itu, ia bergerak maju, mundur, dan berbelok dengan baik. Motor dihubungkan ke perfboard dengan kawat pengukur 24 yang disolder dan kemudian direkatkan dengan semen kontak. Di bagian belakang robot, baut nilon berukuran 4-40 disekrup ke lubang yang disadap di bawah papan sirkuit bawah. Kepala baut plastik halus ini bertindak sebagai kastor untuk menyeimbangkan robot. Anda dapat melihatnya di kanan bawah gambar 4. Ini memberikan jarak bebas roda di bagian bawah robot sekitar 1/32". Untuk memasang roda, katrol plastik 3/16" yang dipasang pada motor dihidupkan dan kemudian, sambil berputar, diampelas dengan diameter yang tepat. Mereka kemudian dimasukkan ke dalam lubang di mesin cuci logam yang muat di dalam mesin cuci nilon dan semuanya diepoksi bersama. Roda kemudian dilapisi dengan dua lapis karet Liquid Tape untuk memberikan traksi. Baterai Kecil Masalah lain dengan robot terkecil adalah menemukan baterai kecil yang akan bertahan. Motor roda gigi yang digunakan membutuhkan arus yang cukup tinggi (90-115ma) untuk beroperasi. Ini menghasilkan robot kecil yang memakan baterai untuk sarapan. Yang terbaik yang bisa saya temukan saat itu, adalah baterai sel tombol lithium 3-LM44. Masa pakai baterai pada robot yang sangat kecil jenis ini, sangat singkat, (beberapa menit) sehingga mereka biasanya tidak dapat melakukan apa pun yang mendekati praktis. Hanya ada ruang untuk tiga baterai 1.5v, jadi mereka akhirnya menyalakan motor dan pengontrol Picaxe. Karena kebisingan listrik yang dapat ditimbulkan oleh motor DC kecil, satu catu daya untuk semuanya, biasanya bukan ide yang baik. Tapi sejauh ini berfungsi dengan baik. Ruang di robot satu inci ini sangat sempit sehingga ketebalan isolasi kawat 28 gauge (dari kabel pita) ternyata menjadi masalah. Saya hampir tidak bisa menyatukan kedua bagian robot itu. Saya memperkirakan bahwa sekitar 85% dari volume robot diisi dengan komponen. Robot itu sangat kecil sehingga tombol on-off pun bermasalah. Akhirnya, saya mungkin mengganti kumis mentah dengan sensor inframerah. Saya benar-benar kehabisan ruang yang mudah digunakan, jadi memasang apa pun lagi, tanpa menggunakan teknologi pemasangan di permukaan, akan menjadi tantangan yang menarik. Saya suka menggunakan konstruksi kulit kerang untuk robot yang sangat kecil. Lihat Gambar 2. Ini terdiri dari dua bagian yang terhubung bersama dengan header dan soket strip.1". Ini memberikan akses mudah ke semua komponen, membuatnya lebih mudah untuk men-debug sirkuit atau membuat perubahan. Gambar 3 menunjukkan lokasi beberapa komponen utama. MATERIALS2 GM15 Gear Motors- 25:1 6mm Planetary Gear Pager Motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Mikrokontroler Picaxe tersedia dari: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ?CatID=90&SubCatID=249&SubSubCatID=250L293 pengontrol motor IC DIP: https://www.mouser.comDetektor inframerah Panasonic PNA4602M: https://www.mouser.com30 Kawat magnet AWG Beldsol yang dapat dilepas panas (dapat disolder): https://www.mouser.com3 LM44 1.5V. Baterai sel kancing lithium: https://www.mouser.comSakelar on-off biru kecil: https://www.jameco.comSolder tipis-.015" solder inti rosin: https:// www.mouser.comResistor dan 150 uf tantalum kapasitor.1" fiberglass tembaga dilacak perfboard dari: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlPerformix (tm) pita cair, hitam-Tersedia di Wal-Mart atau

Langkah 2: Sirkuit Robot Satu Inci Kubik

Gambar 4 menunjukkan letak mikrokontroler Picaxe 18x dan pengontrol motor L293 yang merupakan rangkaian utama robot. Pada saat konstruksi, saya tidak dapat memperoleh versi pemasangan permukaan Picaxe atau L293. Menggunakan IC pemasangan permukaan tentu akan memberikan lebih banyak ruang untuk sirkuit dan sensor tambahan.18x Mikrokontoler PicaxeMikrokontroler Picaxe masih merupakan pengontrol favorit saya untuk digunakan pada robot eksperimental. Meskipun mereka memiliki lebih sedikit memori dan tidak secepat PicMicros, Arduino, Basic Stamp, atau mikrokontroler lainnya, mereka cukup cepat untuk sebagian besar robot eksperimental kecil. Beberapa dari mereka dapat dengan mudah dihubungkan bersama ketika lebih banyak kecepatan atau memori diperlukan. Mereka juga sangat pemaaf. Saya telah langsung menyoldernya, menyingkatnya dan membebani outputnya dan saya belum membakarnya. Karena mereka dapat diprogram dalam bahasa pemrograman BASIC, mereka juga lebih mudah diprogram daripada kebanyakan mikrokontroler. Jika Anda ingin membangun yang sangat kecil, pengontrol Picaxe 08M dan 18x tersedia dalam bentuk pemasangan permukaan (Sirkuit Terpadu Garis Besar SOIC). Untuk melihat beberapa proyek yang dapat Anda lakukan dengan mikrokontroler Picaxe, Anda dapat melihat di: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 Pengontrol Motor Pengontrol motor L293 adalah cara terbaik untuk mengontrol dua motor di robot kecil mana pun. Empat pin keluaran dari mikrokontroler dapat mengontrol daya ke dua motor: maju, mundur, atau mati. Tenaga ke motor bahkan dapat dipompa (modulasi lebar pulsa PWM) untuk mengontrol kecepatannya. Gaya Bug Mati Tidak ada ruang di papan perf untuk memasang pengontrol L293 sehingga dipasang menggunakan teknik bug mati. Ini berarti bahwa IC terbalik dan kabel tipis disolder langsung ke pin yang telah ditekuk atau dipotong pendek. Kemudian dapat direkatkan ke papan sirkuit atau dipasang ke ruang yang tersedia. Dalam hal ini, setelah L293 disolder dan diuji, saya melapisinya dengan dua lapis karet Liquid Tape yang selalu berguna untuk memastikan tidak ada korsleting saat dimasukkan ke dalam ruang yang tersedia. Semen kontak bening juga dapat digunakan. Untuk contoh yang sangat baik dari membangun sirkuit menggunakan gaya bug mati, lihat di sini: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 menunjukkan jig solder tangan yang telah saya modifikasi dengan menambahkan klip buaya kecil ke perfboard untuk membantu menyolder kabel kecil ke IC dalam gaya bug mati. Gambar 6 menunjukkan skema untuk robot Mr. Cube. Anda dapat melihat video Mr. Cube melakukan urutan terprogram singkat dengan mengklik pada tautan inci-robot-sm.wmv di bawah. Ini menunjukkan robot pada sekitar 30% dari kecepatan tertinggi yang telah dikurangi menggunakan modulasi lebar pulsa pada motor.

Langkah 3: Tips dan Trik Membangun Robot

Setelah membuat 18 robot, berikut adalah beberapa hal yang telah saya pelajari dengan cara yang sulit. Catu Daya TerpisahJika Anda memiliki ruang, Anda akan menghemat banyak masalah jika Anda menggunakan catu daya terpisah untuk mikrokontroler dan sirkuitnya serta motornya. Fluktuasi tegangan dan kebisingan listrik yang dihasilkan motor dapat merusak mikrokontroler dan input sensor untuk menghasilkan respons yang sangat tidak konsisten pada robot Anda. Pemecahan Masalah Saya merasa yang terbaik adalah membuat rangkaian lengkap robot pada papan tempat memotong roti terlebih dahulu. Komponen jarang gagal atau rusak. Jika desain Anda valid, dan sirkuitnya tidak berfungsi, itu hampir selalu merupakan kesalahan dalam pemasangan kabel Anda. Untuk informasi tentang cara membuat prototipe sirkuit cepat, lihat di sini: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htmI kemudian pasang semua motor dan sensor pada badan robot dan program mikrokontroler untuk mengendalikannya. Hanya setelah semuanya bekerja dengan baik, saya mencoba dan membuat versi sirkuit yang disolder permanen. Saya kemudian menguji ini saat masih terpisah dari tubuh robot. Jika berhasil, saya kemudian memasangnya secara permanen ke robot. Jika berhenti bekerja, seringkali kesalahan masalah kebisingan. Masalah Kebisingan Salah satu masalah terbesar yang saya temui adalah gangguan listrik yang membuat rangkaian tidak berguna. Hal ini sering disebabkan oleh kebisingan listrik atau magnetik yang dapat berasal dari motor DC. Kebisingan ini dapat membanjiri input sensor dan bahkan mikrokontroler. Untuk mengatasi ini, Anda dapat memastikan motor dan kabelnya, tidak dekat dengan jalur input apa pun yang menuju mikrokontroler Anda. Gambar 7 menunjukkan Sparky, R-12, robot yang saya buat yang menggunakan Stamp 2 dasar sebagai mikrokontroler. Saya pertama kali mengujinya dengan papan sirkuit utama jauh dari robot dan setelah melakukan pemrograman dasar, semuanya bekerja dengan baik. Ketika saya memasangnya tepat di atas motor, itu menjadi gila dan benar-benar tidak konsisten. Saya mencoba menambahkan papan berlapis tembaga yang diarde antara motor dan sirkuit tetapi itu tidak ada bedanya. Saya akhirnya harus secara fisik menaikkan sirkuit 3/4" (lihat panah biru) sebelum robot akan bekerja lagi. Sumber umum lain dari kebisingan yang menghancurkan pada robot kecil dapat berupa sinyal berdenyut. Jika Anda mengirim sinyal PWM ke servos atau motor, kabel dapat bertindak seperti antena dan mengirim sinyal yang dapat membingungkan jalur input Anda. Untuk menghindari hal ini, pisahkan kabel input dan output mikrokontroler sebisa mungkin. Juga jauhkan kabel yang membawa daya ke motor dari jalur input. Kawat Magnet Masalah ketebalan kawat sangat sirkuit kecil dapat diselesaikan dengan menggunakan kawat magnet pengukur 30-36. Saya telah menggunakan kawat pengukur 36 untuk beberapa proyek, tetapi ternyata sangat tipis, sulit untuk dilepaskan dan digunakan. Kompromi yang baik adalah kawat magnet pengukur 30. Magnet biasa kawat dapat digunakan, tetapi saya lebih suka kawat magnet yang dapat dilepas panas. Kawat ini memiliki lapisan yang dapat dilucuti hanya dengan menyoldernya dengan panas yang cukup untuk melelehkan insulasi. Dibutuhkan hingga 10 detik untuk mengupas lapisan saat menyolder. Untuk beberapa komponen halus seperti menyolder ke LED atau IC, ini bisa menjadi panas yang merusak. Kompromi terbaik bagi saya, adalah menggunakan kawat magnet yang dapat dilepas panas ini, tetapi lepaskan terlebih dahulu. Saya pertama-tama mengambil pisau tajam dan menggesernya melintasi kawat magnet untuk mengupas lapisannya dan kemudian memutar kawat sampai terlepas dengan cukup baik di sekitar diameternya. Kemudian saya menyolder ujung kawat yang terkelupas sampai dikalengkan dengan baik. Kemudian, Anda dapat menyoldernya dengan cepat ke komponen halus apa pun dengan kemungkinan kerusakan panas yang lebih kecil. Solder Tipis Ketika komponen sangat berdekatan, akan sulit untuk menyoldernya tanpa menggembung dan memendekkan bantalan dan kabel di dekatnya. Solusi terbaik adalah dengan menggunakan besi solder panas berujung kecil yang dapat disesuaikan (1/32") dan solder tertipis yang dapat Anda temukan. Solder standar biasanya berdiameter 0,032" yang berfungsi dengan baik untuk banyak hal. Menggunakan solder berdiameter 0,015" yang lebih tipis memungkinkan Anda dengan mudah mengontrol jumlah solder pada sambungan. Jika Anda menggunakan paling sedikit solder yang diperlukan, ini tidak hanya memakan volume terkecil, tetapi juga memungkinkan Anda untuk menyolder sambungan dengan cepat mungkin. Hal ini mengurangi kemungkinan overheating dan merusak komponen halus seperti IC dan LED pemasangan permukaan. Komponen Pemasangan Permukaan Komponen pemasangan permukaan adalah yang paling utama dalam miniaturisasi. Untuk menggunakan IC berukuran SOIC saya biasanya menggunakan solder tipis dan kawat magnet. Untuk melihat cukup mudah cara membuat papan atau sirkuit pelarian SOIC lihat di sini: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htmMengelem pada Komponen Alih-alih Menyolder Beberapa komponen pemasangan permukaan juga dapat langsung direkatkan ke papan sirkuit. Anda dapat membuat lem konduktif sendiri dan menggunakan untuk merekatkan pada LED dan IC. Lihat: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/Saat ini berhasil, ini bisa agak sulit karena aksi kapiler cenderung sumbu c lem onduktif di bawah permukaan mount LED dan komponen lain dan pendek mereka. Menempel Pada Komponen Menggunakan Lem Non-KonduktifSaya baru-baru ini bereksperimen dengan menempelkan komponen ke papan sirkuit tembaga dan kain konduktif menggunakan lem yang tidak konduktif. Lihat Gambar 8 untuk gambar dari bar lampu 12 volt (tidak menyala dan menyala) menggunakan LED pemasangan permukaan yang direkatkan dengan lem non-konduktif. Saya menemukan bahwa jika Anda meletakkan lapisan tipis cat kuku bening pada jejak tembaga dan kemudian secara fisik menjepit LED dan membiarkannya kering selama 24 jam, Anda akan mendapatkan sambungan mekanis yang baik yang bersifat konduktif secara elektrik. Lem cat kuku secara efektif menyusut dan menjepit kontak yang dipimpin ke jejak tembaga membentuk koneksi mekanis yang baik. Itu harus dijepit selama 24 jam penuh. Setelah itu, Anda dapat menguji konduktivitasnya. Jika menyala, Anda bisa menambahkan lapisan kedua lem. Untuk lapisan kedua saya menggunakan semen kontak bening seperti Welders atau Goop. Lem yang lebih tebal ini mengelilingi komponen dan juga menyusut saat mengering untuk memastikan koneksi solid yang baik ke jejak tembaga dengan aman. Tunggu 24 jam hingga kering sebelum menguji lagi. Karena ragu tentang berapa lama itu akan bertahan, saya membiarkan bilah lampu LED biru di Pic 8 menyala selama tujuh hari tujuh malam. Resistansi rangkaian sebenarnya menurun seiring waktu. Berbulan-bulan kemudian, bilah masih menyala sepenuhnya tanpa bukti peningkatan resistensi. Dengan menggunakan metode ini, saya telah berhasil merekatkan LED pemasangan permukaan yang sangat kecil--0805-- ukuran dan lebih besar ke perfboard berlapis tembaga. Teknik ini menunjukkan beberapa janji dalam membuat sirkuit yang sangat kecil, tampilan LED, dan robot.

Langkah 4: Melanggar Aturan

Untuk membuat robot yang sangat kecil, Anda mungkin harus melanggar banyak aturan yang disebutkan di atas. Untuk membuat Mr. Cube saya melanggar aturan berikut:1- Saya menggunakan catu daya tunggal, bukan satu untuk motor dan satu untuk mikrokontroler.2- Saya memasang mikrokontroler Picaxe sangat dekat dengan motor.3- Saya menggunakan baterai yang dinilai untuk penarikan arus rendah dan menjalankannya pada arus yang jauh lebih tinggi daripada yang dirancang. Ini sangat membatasi masa pakai baterai.4- Saya menjejalkan semua kabel dalam gado-gado yang dapat menimbulkan masalah crosstalk dan gangguan listrik. Saya hanya beruntung karena tidak melakukannya.5- Saya memasang sirkuit ke robot tanpa membuat papan tempat memotong roti terlebih dahulu. Hal ini dapat membuat debugging sirkuit menjadi sangat sulit. Anda dapat mengunduh kode pemrograman Picaxe untuk Mr. Cube di: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txtJika Anda tertarik untuk melihat beberapa robot lain yang telah saya buat, Anda dapat mengunjungi: https://www.inklesspress.com/robots.htmPic 9 menunjukkan Mr. Cube dan Mr. Cube dua, R-18, robot 1/3 inci kubik yang telah saya mulai buat. Detail pada langkah 5.

Langkah 5: Tuan Cube Dua: Membuat Robot 1/3 Kubik Inci

Setelah membuat robot satu inci kubik yang berhasil, saya harus mencoba sesuatu yang lebih kecil. Saya membidik robot sekitar 1/3 inci kubik. Pada titik ini, Mr. Cube Two berukuran sekitar.56"x.58" x.72". Ia memiliki mikrokontroler Picaxe 08 yang memungkinkannya bergerak secara mandiri. Gambar 10 menunjukkan robot pada penggaris. Gambar 11 menunjukkan yang lain sisi robot pada seperempat. Kedua baterai adalah baterai lithium cr1220 3volt dan masih harus dilihat apakah mereka akan memiliki kapasitas yang cukup untuk memberi daya pada Picaxe dan motor. Lebih banyak baterai mungkin diperlukan. Ini adalah pekerjaan yang sedang berjalan. Jadi sejauh ini kedua motor pager bekerja dengan baik untuk menggerakkan dan menghidupkan robot pada permukaan yang halus. Mikrokontroler Picaxe sudah terpasang dan telah diprogram dan diuji. Masih akan ditambahkan pengontrol motor SOIC L293 dan sensor reflektor infra merah. jadilah salah satu robot otonom terkecil dengan sensor dan mikrokontroler. Meskipun ini adalah robot kecil, apakah ada robot amatir yang lebih kecil yang dapat diprogram? Ya memang. Lihat: Robot 1cc: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico Robot:

Hadiah Kedua dalam Kontes Robot Instructables dan RoboGames

Hadiah Pertama dalam Kontes Buku Instruksi