Construisez un très petit robot : créez le plus petit robot à roues du monde avec une pince. : 9 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:11

Construisez un robot de 1/20 de pouce cube avec une pince qui peut ramasser et déplacer de petits objets. Il est contrôlé par un microcontrôleur Picaxe. À ce stade, je pense qu'il s'agit peut-être du plus petit robot à roues au monde doté d'une pince. Cela changera sans aucun doute, demain ou la semaine prochaine, lorsque quelqu'un construira quelque chose de plus petit.

Le principal problème avec la construction de très petits robots est la taille relativement grande même des plus petits moteurs et batteries. Ils occupent la majeure partie du volume d'un micro-robot. J'expérimente des moyens de fabriquer des robots vraiment microscopiques. Comme étape intermédiaire, j'ai fait les trois petits robots et le contrôleur décrits dans cette instructable. Je crois qu'avec des modifications, ces robots de preuve de concept pourraient être réduits à une taille microscopique. Après des années à construire de petits robots (voir ici: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/), j'ai décidé de la seule façon de fabriquer les plus petits robots possible, était d'avoir les moteurs, les batteries et même le microcontrôleur Picaxe externes au robot. la photo 1 montre R-20 un robot de 1/20 de pouce cube sur un sou. les images 1b et 1c montrent le plus petit robot à roues soulevant et tenant un circuit intégré à 8 broches. IL Y A UNE VIDÉO à l'étape 3 qui montre le robot ramassant un circuit intégré à 8 broches et le déplaçant. Et une autre vidéo à l'étape 5 qui montre le robot en marche.

Étape 1: Outils et matériaux

Microcontrôleur Picaxe 18x de Sparkfun: https://www.sparkfun.com/Micro contrôleur de servo série disponible auprès de Polulu: https://www.pololu.com/2 servos à couple élevé de Polulu2 servos standard de Polulu.oo5" cuivre épais, tôle en laiton ou en bronze phosphoreux de Micromark2- 1/8" x 1/16" aimants néodyme1- 1"x1"x1" aimant néodyme. Aimants disponibles sur: https://www.amazingmagnets.com/index.aspTube télescopique en laiton de Micromark: https://www.micromark.com/Broches en laiton de Walmart Billes de verre de Walmart Matériau de carte de circuit imprimé en fibre de verre de 1/10" d'Electronic Goldmine: https://www.goldmine-elec-products.com/clear époxy de cinq minutesÉcrous et boulons assortisOUTILScisses à aiguille fer à souderfimes métalliquespetite pince à bec effiléPic 2 montre le module Picaxe utilisé. Pic 2b montre l'arrière du module Picaxe.

Étape 2: Construisez un robot de 1/20 pouce cube

À.40"x.50"x.46", le volume du robot du Magbot R-20 est légèrement inférieur à 1/20 de pouce cube. Il est fabriqué en pliant 3 structures de boîte en tôle non magnétique. Le plus petit intérieur La boîte est soudée au doigt gauche de la pince. Deux petits aimants sont collés à l'axe vertical qui se plie pour former le doigt droit de la pince qui tourne librement. Ce sont ces deux aimants qui sont commandés par un aimant extérieur mobile tournant et tournant champ qui fournit toute la puissance au robot. J'ai utilisé une tôle en bronze phosphoreux de 0,005" d'épaisseur pour les structures de la boîte, car elle peut être soudée et ne s'oxyde pas ou ne se ternit pas facilement. Le cuivre ou le laiton pourraient également être utilisés. J'ai à l'origine utilisé de petits forets pour percer les trous de roulement dans la tôle pour les arbres de fil rotatifs. Après en avoir cassé quelques-uns dans une perceuse à colonne, j'ai fini par percer des trous avec une grosse aiguille et un marteau dans la tôle. Cela crée un trou en forme de cône qui peut ensuite être limé à plat. Les trous n'ont pas besoin d'être d'une taille précise ou même parfaitement placés. À cette petite échelle, les forces de frottement sont infimes et si vous regardez de près les images, vous verrez que j'ai utilisé de longues broches d'en-tête standard de 0,1" qui sont carrées, pour les arbres et les doigts de préhension. Du fil de cuivre pourrait également être utilisé. Les roues à billes de verre ont été montées sur des broches en laiton époxydées au fond du robot. Il est important d'utiliser des matériaux non magnétiques pour la construction ou la puissance et le contrôle du robot seront affectés.

Étape 3: Un moteur magnétique de robot

Le robot a quatre degrés de liberté. Il peut aller d'avant en arrière, tourner à gauche ou à droite, déplacer la pince de haut en bas, et ouvrir et fermer la pince. Photo 4- J'ai déplacé les quatre moteurs embarqués qu'il faudrait normalement pour le faire en suspendant simplement un aimant horizontalement sur un cardan à deux axes. Deux aimants 1/8"x1/8"x1/16" sont époxydes à un arbre vertical de fil qui est plié pour former un doigt de la pince. Les deux aimants sont alignés pour agir comme un seul aimant et créer un seul moteur à aimant Ceci est monté dans la plus petite boîte sur laquelle l'autre doigt de la pince est soudé. La boîte de la pince est montée sur le deuxième axe horizontal du cardan avec une vis et un écrou en laiton 000. J'ai utilisé la vis pour pouvoir la démonter facilement pour les réglages. Un champ magnétique externe est monté sur une machine de type CNC qui peut faire glisser le champ magnétique le long des axes x et y et le faire pivoter horizontalement et verticalement. Cela aurait pu être fait avec un électro-aimant, mais j'ai choisi d'en utiliser un aimant permanent en néodyme de pouce cube car c'est le moyen le plus simple et le plus rapide de créer un grand champ magnétique dans un petit volume. Pic 4c- Donc, avec l'extrémité nord du petit aimant du robot tournée vers l'extrémité sud externe plus grande de l'aimant en dessous, l'aimant du robot suit d'assez près le motio ns du champ magnétique externe. Pour une courte vidéo du robot ramassant un circuit intégré à 8 broches, voir ici: https://www.youtube.com/embed/uFh9SrXJ1EAOu cliquez sur la vidéo ci-dessous.

Étape 4: Contrôleur de robot de type CNC

La photo 5 montre le contrôleur de robot de type CNC. Quatre servos fournissent des mouvements à l'aimant en néodyme d'un pouce cube que suit l'aimant monté sur cardan dans le robot. Pour les axes x et Y, un servo à couple élevé avec une poulie et un bas de ligne tire sur la plate-forme en fibre de verre. Un ressort s'oppose à la motion. La plate-forme repose sur deux tubes en laiton télescopiques qui agissent comme un guide linéaire. Des roulements en plastique fabriqués à partir d'une planche à découper en plastique, de chaque côté des guides linéaires, maintiennent la plate-forme à niveau. Ce contrôleur de robot particulier a une portée limitée de quelques pouces cubes. Cela devrait à terme s'avérer plus que suffisant pour contrôler des robots véritablement microscopiques qui peuvent ne nécessiter qu'une portée de quelques centimètres cubes.

Étape 5: Circuit de robot magnétique

Le contrôleur du robot se compose d'un microcontrôleur Picaxe qui est programmé pour fournir une séquence de mouvements au robot. Je trouve que le Picaxe est le microcontrôleur le plus simple et le plus rapide à brancher et à programmer. Bien qu'il soit plus lent qu'un Pic Micro ou un Arduino standard, il est plus que suffisamment rapide pour la plupart des robots expérimentaux. Pour d'autres projets Picaxe voir ici: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htm Et ici: https://www.instructables.com/id/Building-Small-Robots-Making-One-Cubic-Inch-Micro/ Le Picaxe contrôle le robot en envoyant en série des commandes à un microcontrôleur d'asservissement série Polulu. Le contrôleur Polulu est très petit et peut contenir en continu jusqu'à 8 servos, quelle que soit leur position. Des commandes simples du Picaxe vous permettent de contrôler facilement la position, la vitesse et la direction des servos. Je recommanderais fortement ce contrôleur pour toutes sortes de robots à servocommande. Le schéma montre comment les quatre servos sont connectés. Les servos 0 et 1 guident l'aimant de 1 le long des axes X et Y. Le servo 2 est un servo rotatif continu qui peut faire pivoter l'aimant à plus de 360 degrés. Le servo 3 incline légèrement l'aimant vers l'avant et vers l'arrière pour abaisser et soulever la pince. Pour une courte vidéo du robot tournant sur un sou, voir ici: https://www.youtube.com/embed/wwT0wW-srYgOr cliquez sur la vidéo ci-dessous:

Étape 6: Logiciel de contrôleur de robot

Voici le logiciel du microcontrôleur Picaxe. Il envoie des séquences préprogrammées au servo-contrôleur Polulu qui déplace l'aimant dans l'espace 3D pour contrôler le robot. Avec de légères modifications, il pourrait également être utilisé pour programmer un Basic Stamp 2. Pour programmer le Picaxe, j'ai trouvé nécessaire de déconnecter la broche 3 (sortie série) du servo-contrôleur. Sinon, le programme ne serait pas téléchargé à partir du PC. J'ai également trouvé nécessaire de déconnecter la broche trois du contrôleur d'asservissement lors de la mise sous tension des circuits, pour éviter que le contrôleur d'asservissement ne se bloque. Puis, après environ une seconde, j'ai reconnecté la broche 3.'Programme pour la séquence de ramassage du magrobot R-20 à l'aide d'un servo-contrôleur poluluhigh 3' pinpause de sortie série 7000' réglé sur 0 positionerout 3, t2400, (80 $, 01 $, 04 $, 1, 35, 127) 'position s1 13-24-35 dans le sens antihoraireserout 3, t2400, (80$, 01$, 04$, 0, 35, 127) 'position s0 c-clockpause 7000 'level magnetserout 3, t2400, (80$, 01$, $04, 3, 23, 127) 'position midpause 1000 'avancer long servo1serout 3, t2400, (80$, 01$, 04$, 1, 21, 127) 'position dans le sens des aiguilles d'une montre pause 1500 'grip downserout 3, t2400, (80$, 01$, $04, 3, 26, 127) 'position downpause 2000' close gripserout 3, t2400, ($80, $1, $04, 2, 25, 1) ' slow speed clockpause 50serout 3, t2400, ($80, $01, $00, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotatepause 700' avance shortserout 3, t2400, (80$, 01$, 04$, 1, 13, 127) 'position clockpause 1000 'grip upserout 3, t2400, (80$, 01$, 04$, 3, 23, 127) 'position midpointpause 700' tourner à droite 90serout 3, t2400, (80$, 01$, 04$, 2, 25, 1) 'horloge à vitesse lente pause 470serout 3, t2400, (80$, 01$, 00$, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotationpause 1000 'forwardserout 3, t2400, (80$, 01$, 04$, 0, 13, 12) 'position s0 pause 1500 'grip downserout 3, t2400, (80$, 01$, 04$, 3, 25, 12) 'position midpause 2000' fermer gripserout 3, t2400, (80$, 01$, 04$, 2, 25, 1) 'vitesse lente c-horairepause 50serout 3, t2400, (80$, 01$, 00$, 2, 0, 127) 'stop servo 2 rotationpause 400 'backupserout 3, t2400, (80$, 01$, 04$, 0, 35, 127) 'position s0 c-clockpause 700 'grip upserout 3, t2400, (80$, 01$, 04$, 3, 22, 12) 'position midpause 1000pause 6000' mis à 0 positionserout 3, t2400, (80$, 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

Étape 7: Ajout de capteurs

Ce robot n'a pas de capteurs. Pour être vraiment utile en tant que robot manipulateur de petits objets, il serait avantageux d'avoir une boucle de rétroaction vers le microcontrôleur à partir de divers capteurs du monde réel. Pour éviter de mettre une alimentation à bord, des capteurs de lumière pourraient être utilisés. La lumière laser ou infrarouge pourrait être dirigée vers le haut du robot et des réflecteurs ou bloqueurs mécaniques pourraient être connectés à des capteurs tactiles, des capteurs de pression ou des capteurs de température et une réflectance variable lue par des cellules photoélectriques ou une caméra vidéo. Une autre possibilité consiste à utiliser la technologie RFID pour transmettre une impulsion qui alimente l'électronique du robot pour qu'elle renvoie, au lieu d'un numéro d'identification, une séquence de bits qui représentent les variations du toucher ou d'autres capteurs.

Étape 8: Autres robots à alimentation magnétique

Les robots contrôlés par des champs magnétiques de divers types ne sont pas nouveaux. Certains d'entre eux sont microscopiques et d'autres sont plus gros et peuvent donc être déployés médicalement dans un corps humain. Certains utilisent des électro-aimants commandés par ordinateur et certains utilisent des aimants permanents mobiles. Voici quelques liens vers certains des meilleurs et des plus petits robots magnétiques expérimentaux sur lesquels les chercheurs travaillent. Robot magnétique volant sur un sou. Bien qu'il ne vole pas réellement, il plane dans un champ magnétique contrôlé par ordinateur, un peu comme ces jouets qui suspendent un petit globe terrestre. Il a également une pince qui se dilate lorsqu'il est chauffé avec un laser, puis s'agrippe en refroidissant. Malheureusement, les extrémités nord et sud magnétiques des robots sont verticales, il n'y a donc aucun moyen de contrôler la rotation pour orienter avec précision la pince. Il est légèrement plus grand que le plus petit robot que j'ai fabriqué et qui est illustré à l'étape 9.https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0913205339.htmhttps://news.cnet.com/8301-11386_3-10216870 -76.htmlRobot magnétique nageurUn robot vraiment microscopique qui est une spirale avec un aimant à une extrémité. Avec un champ magnétique externe pivotant et rotatif, il peut être orienté dans n'importe quelle direction et nager sous l'eau.https://www.sciencedaily.com/releases/200904-04-0918085333.htmPilule de caméra orientable par aimants.https://www. Spectrum.ieee.org/aug08/6469Robots médicaux.https://www.medindia.net/news/view_news_main.asp?x=5464Caméra à commande magnétique.https://www.upi.com/Science_News/2008/06/05 /Controlled_pill_camera_is_created/UPI-60051212691495/Voici quelques pinces microscopiques à commande magnétique qui peuvent être activées chimiquement ou thermiquement.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0914210651.htm Malheureusement, ces micro pinces ne peuvent pas se libérer une fois qu'elles attraper. Ils ressemblent donc plus à un piège à ours microscopique qu'à une pince entièrement fonctionnelle.https://www.sciencedaily.com/releases/200901-01-0912201137.htmhttps://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January /13010901.asppic 10 montre les Magbots R-19, R-20 et R-21, les trois robots que j'ai réalisés pour ces expériences. Le plus petit a été rendu plus petit en éliminant un pivot et les roues. Une queue métallique l'empêche de basculer vers l'arrière.

Étape 9: Construire des robots encore plus petits

La photo 11 montre le Magbot R-21, le plus petit robot à alimentation magnétique avec une pince fonctionnelle que j'ai fabriqué jusqu'à présent. À.22"x.20"x.25", c'est environ 1/100 de pouce cube. En éliminant les roues et un point de pivot (cardans), le robot est beaucoup plus petit que la version à roues. Il glisse sur le métal cadre pas aussi fluide que celui avec des roues. La queue en fil de fer permet au robot de basculer en arrière pour soulever la pince. Une telle configuration pourrait être utilisée pour créer un robot de taille microscopique. Le problème à ce stade est d'utiliser soit un circuit intégré conventionnel technologie pour créer des structures mécaniques en couches minces, ou pour proposer une autre alternative pour créer des structures microscopiques. J'y travaille. Ces petits robots représentent l'un des moyens les plus simples d'obtenir beaucoup de mouvement dans un petit espace. Il existe de nombreux d'autres configurations possibles d'aimants embarqués et de champs magnétiques externes qui pourraient produire des robots très intéressants. Par exemple, l'utilisation de plus de trois aimants rotatifs ou pivotants ou plus sur un robot, pourrait entraîner plus de degrés de liberté et une manipulation plus précise de la pince.

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