Construire de petits robots : fabriquer des robots micro-sumo d'un pouce cube et moins : 5 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:10

Voici quelques détails sur la construction de minuscules robots et circuits. Cette instructable couvrira également quelques astuces et techniques de base qui sont utiles dans la construction de robots de toute taille. Pour moi, l'un des grands défis en électronique est de voir à quel point un robot je peux faire. La belle chose à propos de l'électronique est que les composants ne cessent de devenir plus petits, moins chers et plus efficaces à un rythme incroyablement rapide. Imaginez si la technologie automobile était comme ça. Malheureusement, les systèmes mécaniques à l'heure actuelle n'avancent pas aussi vite que l'électronique. Cela conduit à l'une des principales difficultés dans la construction de très petits robots: essayer de faire tenir dans un petit espace, le système mécanique qui déplace le robot. Le système mécanique et les batteries ont tendance à occuper la majeure partie du volume d'un très petit robot. La photo1 montre M. Cube R-16, un robot micro-sumo d'un pouce cube capable de réagir à son environnement avec des moustaches en fil de musique (pare-chocs changer). Il peut se déplacer et explorer le périmètre d'une petite boîte. Il peut être contrôlé à distance à l'aide d'une télécommande infrarouge universelle pour téléviseur configurée pour un téléviseur Sony. Il peut également avoir son microcontrôleur Picaxe préprogrammé avec des schémas de réaction. Les détails commencent à l'étape 1.

Étape 1: Composants d'un robot d'un pouce cube

Mr cube R-16, est le seizième robot que j'ai construit. C'est un robot d'un pouce cube qui mesure 1"x1"x1". Il est capable d'un comportement programmable autonome ou il peut être contrôlé à distance. Ce n'est pas censé être quelque chose de très pratique ou de particulièrement utile. C'est simplement un prototype et preuve de concept. Il est cependant utile dans le sens où la construction d'un petit robot vous permet d'affiner vos compétences en miniaturisation pour les robots et autres petits circuits. prendre deux fois plus de temps qu'il ne faudrait normalement pour construire le même circuit dans un espace plus grand. Toutes sortes de pinces sont nécessaires pour maintenir les petits composants et les fils en place pendant le soudage ou le collage. Une lampe de travail brillante et un bon casque grossissant ou un la loupe fixe est un must. Petits moteursIl s'avère que l'un des plus gros obstacles à la fabrication de robots vraiment minuscules est le moteur à engrenages nécessaire. L'électronique de commande (microcontrôleurs) ne cesse de devenir plus petite. Cependant, trouver g les motoréducteurs à bas régime et suffisamment petits n'est pas si facile. M. Cube utilise de minuscules moteurs à engrenages de pager qui sont adaptés à un rapport de 25:1. À cet engrenage, le robot est plus rapide que je ne le souhaiterais et un peu nerveux. Pour s'adapter à l'espace, les moteurs devaient être décalés avec une roue plus en avant que l'autre. Même avec cela, il avance, recule et tourne bien. Les moteurs ont été câblés sur le panneau perforé avec du fil de calibre 24 qui a été soudé puis collé avec de la colle de contact. À l'arrière du robot, un boulon en nylon de taille 4-40 a été vissé dans un trou taraudé sous le circuit imprimé inférieur. Cette tête de boulon en plastique lisse agit comme une roulette pour équilibrer le robot. Vous pouvez le voir en bas à droite de la photo 4. Cela donne un jeu de roue au bas du robot d'environ 1/32". Pour monter les roues, les poulies en plastique 3/16" montées sur les moteurs ont été mises sous tension et puis, tout en filant, ont été poncées au bon diamètre. Ils ont ensuite été insérés dans un trou dans une rondelle métallique qui s'insère à l'intérieur d'une rondelle en nylon et tout a été époxydé ensemble. La roue a ensuite été recouverte de deux couches de caoutchouc Liquid Tape pour lui donner de la traction. Petites batteries Un autre problème avec les plus petits robots est de trouver de petites batteries qui dureront. Les motoréducteurs utilisés nécessitent des courants assez élevés (90-115ma) pour fonctionner. Il en résulte un petit robot qui mange des piles pour le petit-déjeuner. Les meilleures que j'ai pu trouver à l'époque étaient des piles bouton au lithium 3-LM44. La durée de vie de la batterie dans les très petits robots de ce type est si courte (quelques minutes) qu'ils ne peuvent généralement rien faire de pratique. Il n'y avait de la place que pour trois piles de 1,5 V, elles ont donc fini par alimenter à la fois les moteurs et le contrôleur Picaxe. En raison du bruit électrique que peuvent créer les petits moteurs à courant continu, une seule alimentation pour tout n'est généralement pas une bonne idée. Mais jusqu'à présent, tout fonctionne bien. L'espace dans ce robot d'un pouce était si étroit que l'épaisseur de l'isolation du fil de calibre 28 (du câble plat) s'est avérée être un problème. Je pouvais à peine assembler les deux moitiés du robot. J'estime qu'environ 85% du volume du robot est rempli de composants. Le robot était si petit que même un interrupteur marche-arrêt était problématique. Finalement, je pourrais remplacer les moustaches brutes par des capteurs infrarouges. J'ai littéralement manqué d'espace facile à utiliser, donc installer quoi que ce soit de plus, sans recourir à la technologie de montage en surface, serait un défi intéressant. J'aime utiliser la construction à clapet pour de très petits robots. Voir l'image 2. Il s'agit de deux moitiés qui s'accrochent avec des en-têtes et des prises de bande de 0,1". Cela donne un accès facile à tous les composants, ce qui facilite le débogage des circuits ou les modifications. L'image 3 montre l'emplacement de certains des principaux composants. MATERIAUX2 Moteurs à engrenages GM15 - Moteur de téléavertisseur à engrenages planétaires 25:1 6 mm: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Microcontrôleur Picaxe disponible sur: https://www.hvwtech.com/products_list.asp ?CatID=90&SubCatID=249&SubSubCatID=250L293 contrôleur de moteur DIP IC: https://www.mouser.comPanasonic PNA4602M détecteur infrarouge: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol thermodénudable (soudable) fil magnétique: https://www.mouser.com3 LM44 1,5 V. Piles bouton au lithium: https://www.mouser.comPetit interrupteur marche-arrêt bleu: https://www.jameco.com Soudure fine - Soudure à noyau de colophane 0,015": https:// www.mouser.comRésistances et un condensateur au tantale de 150 uf. Panneau perforé en fibre de verre en cuivre tracé de 1" de: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlRuban liquide Performix (tm), noir-Disponible chez Wal-Mart ou

Étape 2: Circuit d'un robot d'un pouce cube

La photo 4 montre l'emplacement du microcontrôleur Picaxe 18x et du contrôleur de moteur L293 qui sont les circuits principaux du robot. Au moment de la construction, je ne pouvais pas obtenir les versions à montage en surface du Picaxe ou du L293. L'utilisation des circuits intégrés à montage en surface laisserait certainement plus de place pour des circuits et des capteurs supplémentaires. Microcontrôleurs 18x Picaxe Les microcontrôleurs Picaxe sont toujours mes contrôleurs préférés à utiliser sur des robots expérimentaux. Bien qu'ils aient moins de mémoire et ne soient pas aussi rapides que PicMicros, Arduino, Basic Stamp ou d'autres microcontrôleurs, ils sont assez rapides pour la plupart des petits robots expérimentaux. Plusieurs d'entre eux peuvent être facilement connectés ensemble lorsque plus de vitesse ou de mémoire est nécessaire. Ils sont aussi très indulgents. Je les ai directement soudés, court-circuités et surchargés leurs sorties et je n'en ai pas encore brûlé un. Parce qu'ils peuvent être programmés dans le langage de programmation BASIC, ils sont également plus faciles à programmer que la plupart des microcontrôleurs. Si vous voulez construire vraiment petit, les contrôleurs 08M et 18x Picaxe sont disponibles sous forme de montage en surface (SOIC-Small Outline Integrated Circuits). Pour voir certains des projets que vous pouvez réaliser avec les microcontrôleurs Picaxe, vous pouvez consulter: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm Contrôleur de moteur L293Le contrôleur de moteur L293 est un excellent moyen de contrôler deux moteurs dans n'importe quel petit robot. Quatre broches de sortie du microcontrôleur peuvent contrôler l'alimentation de deux moteurs: marche avant, marche arrière ou arrêt. La puissance des moteurs peut même être pulsée (modulation de largeur d'impulsion PWM) pour contrôler leur vitesse. Dead Bug StyleIl n'y avait pas de place sur les perfboards pour monter le contrôleur L293, il a donc été installé en utilisant la technique du dead bug. Cela signifie simplement que le circuit intégré est à l'envers et que des fils minces sont soudés directement aux broches qui ont été pliées ou coupées. Il peut ensuite être collé sur un circuit imprimé ou installé dans n'importe quel espace disponible. Dans ce cas, après que le L293 ait été soudé et testé, je l'ai enduit de deux couches de caoutchouc Liquid Tape toujours très pratique pour m'assurer que rien ne court-circuite lorsqu'il est entassé dans l'espace disponible. De la colle de contact transparente peut également être utilisée. Pour un très bon exemple de construction de circuits utilisant le style de bogue mort, voir ici: en ajoutant de petites pinces crocodile à un panneau perforé pour aider à souder de petits fils aux circuits intégrés dans le style de bogue mort. L'image 6 montre le schéma du robot Mr. Cube. Vous pouvez voir une vidéo de Mr. Cube faisant une courte séquence programmée en cliquant sur le lien inch-robot-sm.wmv ci-dessous. Il montre le robot à environ 30% de la vitesse maximale qui a été réduite en utilisant la modulation de largeur d'impulsion sur les moteurs.

Étape 3: Trucs et astuces de construction de robots

Après avoir construit 18 robots, voici quelques-unes des choses que j'ai apprises à la dure. Alimentations séparées Si vous avez de la place, vous vous éviterez bien des ennuis si vous utilisez des alimentations séparées pour le microcontrôleur, ses circuits et les moteurs. La tension fluctuante et le bruit électrique que les moteurs produisent peuvent faire des ravages avec le microcontrôleur et les entrées du capteur pour produire des réponses très incohérentes dans votre robot. Les composants tombent rarement en panne ou sont défectueux. Si votre conception est valide et que le circuit ne fonctionne pas, il s'agit presque toujours d'une erreur dans votre câblage. Pour plus d'informations sur la façon de faire du prototypage rapide de circuits, voir ici: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htmJe monte ensuite tous les moteurs et capteurs sur le corps du robot et programme le microcontrôleur pour les contrôler. Ce n'est qu'après que tout fonctionne bien que j'essaie de créer une version soudée permanente du circuit. Je teste ensuite cela alors qu'il est encore séparé du corps du robot. Si cela fonctionne, je le monte ensuite en permanence sur le robot. S'il ne fonctionne plus, c'est souvent la faute de problèmes de bruit. Problèmes de bruit L'un des plus gros problèmes que j'ai rencontrés est le bruit électrique qui rend un circuit inutile. Ceci est souvent causé par le bruit électrique ou magnétique qui peut émaner des moteurs à courant continu. Ce bruit peut submerger les entrées du capteur et même le microcontrôleur. Pour résoudre ce problème, vous pouvez vous assurer que les moteurs et leurs fils ne sont pas proches des lignes d'entrée allant à votre microcontrôleur. La photo 7 montre Sparky, R-12, un robot que j'ai fabriqué et qui utilise un Stamp 2 de base comme microcontrôleur. Je l'ai d'abord testé avec le circuit imprimé principal éloigné du robot et après avoir effectué la programmation de base, tout a bien fonctionné. Quand je l'ai monté juste au-dessus des moteurs, c'est devenu fou et totalement incohérent. J'ai essayé d'ajouter une carte plaquée de cuivre mise à la terre entre les moteurs et le circuit, mais cela n'a fait aucune différence. J'ai finalement dû élever physiquement le circuit de 3/4" (voir flèches bleues) avant que le robot ne fonctionne à nouveau. Une autre source courante de bruit dévastateur chez les petits robots peut être les signaux pulsés. Si vous envoyez des signaux PWM aux servos ou peuvent agir comme des antennes et envoyer des signaux qui peuvent perturber vos lignes d'entrée. Pour éviter cela, gardez les fils d'entrée et de sortie du microcontrôleur séparés autant que possible. Gardez également les fils transportant l'alimentation des moteurs loin des lignes d'entrée. les petits circuits peuvent être résolus en utilisant un fil magnétique de calibre 30-36. J'ai utilisé du fil de calibre 36 pour certains projets, mais je l'ai trouvé si vaporeux qu'il était difficile à dénuder et à utiliser. Un bon compromis est un fil magnétique de calibre 30. Aimant régulier peut être utilisé, mais je préfère le fil magnétique dénudable à chaud. Ce fil a un revêtement qui peut être dénudé en le soudant simplement avec suffisamment de chaleur pour faire fondre l'isolant. Il faut jusqu'à 10 secondes pour dénuder le revêtement pendant le soudage. Pour certains composant délicat ents tels que la soudure à des LED ou des circuits intégrés, cela peut être une chaleur dommageable. Le meilleur compromis pour moi est d'utiliser ce fil magnétique dénudable à chaud, mais d'abord le dénuder un peu. Je prends d'abord un couteau tranchant et le glisse sur le fil magnétique pour décoller le revêtement, puis je fais tourner le fil jusqu'à ce qu'il soit assez bien dénudé autour de son diamètre. Ensuite, je soude l'extrémité du fil dénudé jusqu'à ce qu'il soit bien étamé. Ensuite, vous pouvez le souder rapidement à n'importe quel composant délicat avec moins de risques de dommages causés par la chaleur. Soudure fine Lorsque les composants sont très proches les uns des autres, il peut être difficile de les souder sans éclabousser et court-circuiter les pastilles et les fils à proximité. La meilleure solution consiste à utiliser un petit fer à souder à chaleur réglable (1/32 ") et la soudure la plus fine que vous puissiez trouver. La soudure standard a généralement un diamètre de 0,032 ", ce qui convient parfaitement à la plupart des choses. L'utilisation d'une soudure plus fine de 0,015" de diamètre vous permet de contrôler facilement la quantité de soudure sur le joint. Si vous utilisez la moindre quantité de soudure nécessaire, non seulement elle prend le plus petit volume, mais elle vous permet également de souder un joint aussi rapidement Cela réduit les risques de surchauffe et d'endommagement des composants délicats tels que les circuits intégrés et les LED à montage en surface. Composants à montage en surface façon de fabriquer des cartes ou des circuits de dérivation SOIC, voir ici: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htm Coller des composants au lieu de souder Certains composants à montage en surface peuvent également être directement collés sur des cartes de circuits imprimés. Vous pouvez fabriquer votre propre colle conductrice et utiliser à coller sur les LED et les circuits intégrés. Voir: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/Bien que cela fonctionne, cela peut être quelque peu difficile car l'action capillaire a tendance à mèche le c Colle conductrice sous les LED à montage en surface et d'autres composants et court-circuitez-les. Collage de composants à l'aide de colle non conductrice J'ai récemment expérimenté le collage de composants sur des circuits imprimés en cuivre et des tissus conducteurs à l'aide de colle non conductrice. d'une barre lumineuse de 12 volts (éteinte et allumée) utilisant des LED à montage en surface qui ont été collées avec de la colle non conductrice. J'ai découvert que si vous mettez une fine couche de vernis à ongles transparent sur les traces de cuivre, puis serrez physiquement la LED et laissez-la sécher pendant 24 heures, vous vous retrouverez avec un bon joint mécanique qui est électriquement conducteur. La colle pour vernis à ongles rétrécit efficacement et serre les contacts LED sur les traces de cuivre formant une bonne connexion mécanique. Il doit être serré pendant les 24 heures complètes. Après cela, vous pouvez le tester pour la conductivité. S'il s'allume, vous pouvez alors ajouter la deuxième couche de colle. Pour la deuxième couche, j'utilise un ciment de contact transparent tel que Welders ou Goop. Cette colle plus épaisse entoure les composants et rétrécit également en séchant pour assurer une bonne connexion solide aux traces de cuivre. Attendez 24 heures pour qu'il sèche avant de tester à nouveau. Étant sceptique quant à sa durée, j'ai laissé la barre lumineuse LED bleue de l'image 8 allumée pendant sept jours et sept nuits. La résistance du circuit a en fait diminué avec le temps. Des mois plus tard, la barre s'allume toujours complètement sans signe de résistance accrue. En utilisant cette méthode, j'ai réussi à coller de très petites LED à montage en surface - 0805 - de taille et plus sur un panneau perforé en cuivre. Cette technique est prometteuse dans la fabrication de très petits circuits, d'écrans LED et de robots.

Étape 4: Enfreindre les règles

Pour créer de très petits robots, vous devrez peut-être enfreindre la plupart des règles mentionnées ci-dessus. Pour faire Mr. Cube j'ai enfreint les règles suivantes:1- J'ai utilisé une seule alimentation au lieu d'une pour les moteurs et une pour le microcontrôleur.2- J'ai monté le microcontrôleur Picaxe très près d'un moteur.3- J'ai utilisé des piles qui sont conçus pour une faible consommation de courant et les font fonctionner à des courants beaucoup plus élevés que ceux pour lesquels ils ont été conçus. Cela limite sévèrement la durée de vie des batteries.4- J'ai entassé tous les fils ensemble dans un méli-mélo ce qui peut créer des problèmes de diaphonie et de bruit électrique. J'ai simplement eu de la chance que ce ne soit pas le cas. 5- J'ai câblé le circuit sur le robot sans le tester au préalable. Cela peut rendre le débogage du circuit très difficile. Vous pouvez télécharger le code de programmation Picaxe pour M. Cube à l'adresse: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txt Si vous souhaitez voir certains des autres robots que j'ai construits, vous pouvez aller sur: https://www.inklesspress.com/robots.htm L'image 9 montre M. Cube et M. Cube 2, R-18, un robot de 1/3 de pouce cube que j'ai commencé à construire. Détails sur l'étape 5.

Étape 5: M. Cube Two: Fabriquer un robot de 1/3 de pouce cube

Après avoir fabriqué un robot d'un pouce cube qui fonctionnait, j'ai dû essayer quelque chose de plus petit. Je vise un robot d'environ 1/3 de pouce cube. À ce stade, M. Cube Two mesure environ 0,56 "x 0,58" x.72". Il possède un microcontrôleur Picaxe 08 qui lui permettra de se déplacer de manière autonome. La photo 10 montre le robot sur une règle. La photo 11 montre l'autre côté du robot sur un quart. Les deux batteries sont des batteries au lithium cr1220 3 volts et il reste à voir si elles auront une capacité suffisante pour alimenter le Picaxe et les moteurs. Plus de batteries peuvent être nécessaires. C'est un travail en cours. Donc Jusqu'à présent, les deux moteurs de téléavertisseur fonctionnent correctement pour déplacer et faire tourner le robot sur des surfaces lisses. Le microcontrôleur Picaxe est installé et a été programmé et testé. Il reste à ajouter le contrôleur de moteur SOIC L293 et le capteur de réflecteur infrarouge. Une fois terminé, cela être l'un des plus petits robots autonomes avec des capteurs et un microcontrôleur. Bien qu'il s'agisse d'un petit robot, existe-t-il des robots amateurs plus petits qui sont programmables ? Oui en effet. Voir:1cc Robot: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots/smoovy.htmlPico Robot:

Deuxième prix du concours de robots Instructables et RoboGames

Premier prix du concours de livres The Instructables