Bangun Robot Sangat Kecil: Jadikan Robot Beroda Terkecil di Dunia Dengan Gripper.: 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:59

Bangun robot 1/20 inci kubik dengan gripper yang dapat mengambil dan memindahkan benda-benda kecil. Itu dikendalikan oleh mikrokontroler Picaxe. Saat ini, saya yakin ini mungkin robot beroda terkecil di dunia dengan gripper. Itu pasti akan berubah, besok atau minggu depan, ketika seseorang membangun sesuatu yang lebih kecil.

Masalah utama dengan membangun robot yang sangat kecil adalah ukuran yang relatif besar bahkan dari motor dan baterai terkecil. Mereka mengambil sebagian besar volume robot mikro. Saya bereksperimen dengan cara untuk membuat robot yang benar-benar mikroskopis. Sebagai langkah sementara, saya membuat tiga robot kecil dan pengontrol yang dijelaskan dalam instruksi ini. Saya percaya dengan modifikasi, bukti robot konsep ini, dapat diperkecil menjadi ukuran mikroskopis. Setelah bertahun-tahun membangun robot kecil (lihat di sini: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/), saya memutuskan satu-satunya cara untuk membuat robot terkecil mungkin, adalah memiliki motor, baterai, dan bahkan mikrokontroler Picaxe di luar robot. pic 1 menunjukkan R-20 robot 1/20 inci kubik dengan uang receh. gambar 1b dan 1c menunjukkan robot beroda terkecil mengangkat dan memegang IC 8 pin. ADA VIDEO di langkah 3 yang menunjukkan robot mengambil IC 8 pin dan memindahkannya. Dan video lain di langkah 5 yang menunjukkan robot menyalakan sepeser pun.

Langkah 1: Alat dan Bahan

Mikrokontroler 18x Picaxe dari Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro serial servo controller tersedia dari Polulu: https://www.pololu.com/2 servos torsi tinggi dari servo standar Polulu2 dari tembaga tebal Polulu.oo5", kuningan, atau lembaran logam perunggu fosfor dari Micromark2- 1/8" x 1/16" magnet neodymium1- 1"x1"x1" magnet neodymium. Magnet tersedia dari: https://www.amazingmagnets.com/index.aspTelescoping tabung kuningan dari Micromark: https://www.micromark.com/Pin kuningan dari WalmartGlass beads dari Walmart1/10" bahan papan sirkuit fiberglass dari Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear epoksi lima menitBerbagai macam mur dan bautALATSneedletin snipssoldering besidrillmetalfiles jarum kecil tang hidungPic 2 menunjukkan modul Picaxe yang digunakan. Pic 2b menunjukkan bagian belakang modul Picaxe.

Langkah 2: Bangun Robot 1/20 Inci Kubik

Pada 0,40"x.50"x.46" volume robot Magbot R-20 sedikit kurang dari 1/20 inci kubik. Itu dibuat dengan melipat 3 struktur kotak dari lembaran logam non magnetik. Bagian dalam terkecil kotak disolder ke jari kiri gripper. Dua magnet kecil diepoksi ke poros vertikal yang ditekuk membentuk jari kanan gripper yang berputar bebas. Dua magnet inilah yang dikendalikan oleh magnet eksternal yang bergerak berputar dan berputar medan yang menyediakan semua kekuatan untuk robot. Saya menggunakan lembaran logam perunggu fosfor.005" tebal untuk struktur kotak karena dapat disolder dan tidak mudah teroksidasi atau ternoda. Tembaga atau kuningan juga bisa digunakan. Saya awalnya menggunakan mata bor kecil untuk mengebor lubang bantalan di lembaran logam untuk poros kawat yang berputar. Setelah memecahkan beberapa dari mereka dalam mesin bor, saya akhirnya hanya membuat lubang dengan jarum besar dan palu ke dalam lembaran logam. Ini menciptakan lubang berbentuk kerucut yang kemudian dapat diajukan datar. Lubang tidak harus berukuran tepat atau bahkan ditempatkan dengan sempurna. Pada skala kecil ini, gaya gesekan sangat kecil dan jika Anda melihat lebih dekat pada gambar, Anda akan melihat saya menggunakan pin header panjang standar.1" yang persegi, untuk poros dan jari gripper. Kawat tembaga juga dapat digunakan. Roda manik-manik kaca dipasang pada pin kuningan yang diepoksi ke bagian bawah robot. Penting untuk menggunakan bahan non-magnetik untuk konstruksi atau kekuatan dan kontrol robot akan terpengaruh.

Langkah 3: Motor Magnetik Robot

Robot memiliki empat derajat kebebasan. Itu bisa maju dan mundur, memutar kiri atau kanan, menggerakkan gripper ke atas dan ke bawah, dan membuka dan menutup gripper. Gambar 4- Saya memindahkan empat motor papan yang biasanya diperlukan untuk melakukan ini hanya dengan menggantungkan magnet secara horizontal pada gimbal dua sumbu. Dua magnet 1/8"x1/8"x1/16" diepoksi ke batang kawat vertikal yang dibengkokkan untuk membentuk satu jari gripper. Kedua magnet tersebut berbaris untuk bertindak sebagai satu magnet dan membuat motor magnet tunggal Ini dipasang di kotak terkecil yang memiliki jari gripper lain yang disolder padanya. Kotak gripper dipasang ke sumbu horizontal kedua gimbal dengan sekrup dan mur kuningan 000. Saya menggunakan sekrup sehingga saya dapat dengan mudah membongkarnya untuk penyesuaian. Sebuah medan magnet eksternal dipasang pada mesin tipe CNC yang dapat menggeser medan magnet di sepanjang sumbu x dan y dan memutarnya secara horizontal dan vertikal. Itu bisa dilakukan dengan magnet elektro, tetapi saya memilih untuk menggunakan satu magnet permanen neodymium inci kubik karena ini adalah cara termudah dan tercepat untuk membuat medan magnet besar dalam volume kecil. Gambar 4c- Jadi, dengan ujung utara magnet kecil di robot menghadap ke ujung selatan magnet eksternal yang lebih besar di bawahnya, magnet robot mengikuti gerakan dengan cukup dekat ns medan magnet eksternal. Untuk video singkat robot mengambil IC 8 pin, lihat di sini: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EAAtau klik video di bawah ini.

Langkah 4: Pengontrol Robot Tipe CNC

Gambar 5 menunjukkan pengontrol robot tipe CNC. Empat servos memberikan gerakan ke magnet neodymium satu inci kubik yang diikuti oleh magnet yang dipasang gimbal di robot. Untuk sumbu x dan Y, servo torsi tinggi dengan katrol dan pemancing menarik pada platform fiberglass. Sebuah pegas menentang gerakan tersebut. Platform bertumpu pada dua tabung kuningan teleskopik yang bertindak sebagai pemandu linier. Bantalan plastik yang terbuat dari talenan plastik, di kedua sisi pemandu linier, menjaga tingkat platform. Pengontrol robot khusus ini memiliki jangkauan terbatas beberapa inci kubik. Ini pada akhirnya harus membuktikan lebih dari cukup untuk mengendalikan robot yang benar-benar mikroskopis yang mungkin hanya memerlukan jangkauan beberapa sentimeter kubik.

Langkah 5: Sirkuit Robot Magnetik

Kontroler robot terdiri dari mikrokontroler Picaxe yang diprogram untuk memberikan urutan gerakan pada robot. Saya menemukan Picaxe menjadi mikrokontroler termudah dan tercepat untuk dihubungkan dan diprogram. Meskipun lebih lambat dari Pic Micro atau Arduino standar, ini lebih dari cukup cepat untuk kebanyakan robot eksperimental. Untuk proyek Picaxe lainnya lihat di sini: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmDan di sini: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Picaxe mengontrol robot dengan mengirimkan perintah secara serial ke pengontrol servo serial mikro Polulu. Kontroler Polulu sangat kecil dan akan terus menampung hingga 8 servo dalam posisi apa pun. Perintah sederhana dari Picaxe memungkinkan Anda mengontrol posisi, kecepatan, dan arah servo dengan mudah. Saya akan sangat merekomendasikan pengontrol ini untuk semua jenis robot berbasis servo. Skema ini menunjukkan bagaimana keempat servos terhubung. Servo 0 dan 1 memandu magnet 1 di sepanjang sumbu X dan Y. Servo 2 adalah servo berputar terus menerus yang dapat memutar magnet lebih dari 360 derajat. Servo 3 memiringkan magnet sedikit ke depan dan ke belakang untuk menurunkan dan mengangkat gripper. Untuk video pendek robot menyalakan sepeser pun, lihat di sini: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgAtau klik video di bawah ini:

Langkah 6: Perangkat Lunak Pengontrol Robot

Berikut adalah program perangkat lunak untuk mikrokontroler Picaxe. Ini mengirimkan urutan yang telah diprogram sebelumnya ke pengontrol servo Polulu yang menggerakkan magnet dalam ruang 3d untuk mengontrol robot. Dengan sedikit modifikasi, itu juga dapat digunakan untuk memprogram Basic Stamp two. Untuk memprogram Picaxe, saya merasa perlu untuk melepaskan Pin 3 (output serial) dari pengontrol servo. Jika tidak, program tidak akan mengunduh dari PC. Saya juga merasa perlu untuk melepaskan pin tiga dari pengontrol servo saat menyalakan sirkuit, untuk mencegah pengontrol servo terkunci. Kemudian, setelah sekitar satu detik saya menyambungkan kembali pin 3.'Program untuk urutan pengambilan magrobot R-20 menggunakan pengontrol servo poluluhigh 3' output serial pinpause 7000' disetel ke posisi 0erout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 35, 127) 'posisi s1 13-24-35 berlawanan arah jarum jamserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'posisi s0 c-clockpause 7000 'level magnetserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 23, 127) 'posisi midpause 1000 'maju maju servo1serout panjang 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 21, 127) 'posisi searah jarum jampause 1500 'grip downserout 3, t2400 ($80, $01, $04, 3, 26, 127) 'posisi downpause 2000 'tutup gripserout 3, t2400 ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'kecepatan lambat clockpause 50serout 3, t2400 ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotatepause 700 'majukan shortserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 1, 13, 127) 'posisi clockpause 1000' grip upserout 3, t2400 ($80, $01, $04, 3, 23, 127) 'posisi titik tengah jeda 700' belok kanan 90serout 3, t2400 ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'jeda jam kecepatan lambat 470serout 3, t2400 ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotationpause 1000' forwardserout 3, t2400 ($80, $01, $04, 0, 13, 12) 'posisi s0 jeda 1500' grip downserout 3, t2400 ($80, $01, $04, 3, 25, 12) 'posisi midpause 2000 'close gripserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 2, 25, 1) 'kecepatan lambat c-searah jarum jam jeda 50serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotationpause 400 'backupserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'posisi s0 c-clockpause 700' grip upserout 3, t2400, ($80, $01, $04, 3, 22, 12) 'posisi midpause 1000pause 6000 'diatur ke 0 positionerout 3, t2400 ($80, $01, $04, 1, 35, 127) 'posisi s1 13- 24-35 c-clockserout 3, t2400 ($80, $01, $04, 0, 35, 127) 'posisi s0 c-clockloop:goto loop

Langkah 7: Menambahkan Sensor

Robot ini tidak memiliki sensor. Agar benar-benar berguna sebagai robot manipulator benda-benda kecil, akan menjadi keuntungan untuk memiliki loop umpan balik ke mikrokontroler dari berbagai sensor dunia nyata. Untuk menghindari memasang catu daya, sensor cahaya dapat digunakan. Sinar laser atau inframerah dapat diarahkan ke bagian atas robot dan reflektor mekanis atau pemblokir dapat dihubungkan ke sensor sentuh, sensor tekanan, atau sensor suhu dan pemantulan variabel yang dibaca oleh fotosel atau kamera video. Kemungkinan lain adalah menggunakan teknologi RFID untuk mengirimkan pulsa yang menggerakkan elektronik pada robot untuk kembali alih-alih nomor pengenal, urutan bit yang mewakili variasi sentuhan atau sensor lainnya.

Langkah 8: Robot Bertenaga Magnetik Lainnya

Robot yang dikendalikan oleh medan magnet dari berbagai jenis bukanlah hal baru. Beberapa dari mereka berukuran mikroskopis dan beberapa lebih besar sehingga dapat digunakan secara medis dalam tubuh manusia. Beberapa menggunakan elektromagnet yang dikendalikan komputer dan beberapa menggunakan magnet permanen yang dapat dipindahkan. Berikut adalah beberapa tautan ke beberapa peneliti robot magnetik eksperimental terbaik dan terkecil yang sedang dikerjakan. Robot magnet terbang dengan uang sepeser pun. Meskipun tidak benar-benar terbang, ia melayang di medan magnet yang dikendalikan komputer, seperti mainan yang menggantungkan bola bumi kecil. Ini juga memiliki gripper yang mengembang saat dipanaskan dengan laser dan kemudian mencengkeram saat mendingin. Sayangnya, ujung utara dan selatan magnet robot adalah vertikal, jadi tidak ada cara untuk mengontrol putaran rotasi untuk mengarahkan gripper dengan tepat. Ini sedikit lebih besar dari robot terkecil yang saya buat yang ditunjukkan pada langkah 9.https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.htmlRobot magnet renangRobot sangat mikroskopis yang berbentuk spiral dengan magnet di salah satu ujungnya. Dengan medan magnet berputar dan berputar eksternal, kamera ini dapat diarahkan ke segala arah dan berenang di bawah air.https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0918085333.htm Pil kamera yang dapat dikendalikan dengan magnet.https://www. spectrum.ieee.org/aug08/6469Robot medis.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp?x=5464Kamera yang dikendalikan secara magnetis.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Berikut adalah beberapa gripper mikroskopis yang dikendalikan secara magnetis yang dapat diaktifkan secara kimia atau panas.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm Sayangnya, gripper mikro ini tidak dapat melepaskan begitu mereka merebut. Jadi mereka lebih mirip perangkap beruang mikroskopis daripada gripper yang berfungsi penuh.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January /13010901.asppic 10 menunjukkan Magbots R-19, R-20 dan R-21, tiga robot yang saya buat untuk eksperimen ini. Yang terkecil dibuat lebih kecil dengan menghilangkan satu poros dan roda. Ekor kawat mencegahnya terbalik.

Langkah 9: Membangun Robot yang Lebih Kecil

Gambar 11 menunjukkan Magbot R-21, robot bertenaga magnet terkecil dengan gripper fungsional yang telah saya buat sejauh ini. Pada.22"x.20"x.25" sekitar 1/100 inci kubik. Dengan menghilangkan roda dan satu titik pivot (gimbal), robot jauh lebih kecil daripada versi beroda. Robot meluncur di atas logam rangka tidak semulus yang beroda. Ekor kawat memungkinkan robot bergoyang ke belakang untuk mengangkat gripper. Konfigurasi seperti itu dapat digunakan untuk membuat robot berukuran mikroskopis. Masalahnya pada saat ini, apakah menggunakan IC konvensional teknologi untuk membuat struktur mekanik film tipis, atau menemukan alternatif lain untuk membuat struktur mikroskopis. Saya sedang mengerjakannya. Robot kecil ini mewakili salah satu cara termudah untuk mendapatkan banyak gerakan di ruang kecil. Ada banyak kemungkinan konfigurasi lain dari magnet papan dan medan magnet eksternal yang dapat menghasilkan robot yang sangat menarik Misalnya, menggunakan lebih dari tiga atau lebih magnet yang berputar atau berputar pada robot, dapat menghasilkan lebih banyak derajat kebebasan dan manipulasi gripper yang lebih tepat.

Hadiah Pertama dalam Kontes Berukuran Saku