Insecte électromécanique ou oscillateur à battement : 9 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

introduction

Je suis le développement de la robotique depuis environ 10 ans et ma formation est la biologie et la vidéographie. Ces intérêts ont orbité ma passion sous-jacente, l'entomologie (l'étude des insectes). Les insectes sont très présents dans de nombreuses industries et ont été la source de beaucoup d'inspiration. Heureusement, la biologie et les insectes gagnent du poids en robotique grâce au biomimétisme et à la biologie synthétique. Je suis particulièrement enthousiasmé par les progrès des insectothopters. La CIA a créé un insectothopter volant dès les années 1970 et les insectes continueront de jouer un rôle important en influençant la résolution des problèmes de robotique. Je veux partager une méthode artistique pour construire votre propre sculpture d'insecte électromécanique.

Un métier qui s'est fortement concentré sur les propriétés des insectes est l'art du montage de mouches. Le montage à la mouche est une méthode de création de leurres pour la pêche à la mouche. Ce métier utilise une palette diversifiée de matériaux et d'outils, et nécessite une attention particulière aux détails, tout en s'appuyant fortement sur une technique appropriée pour réaliser de beaux designs.

Je ne suis pas trop enthousiasmé par l'impression 3D ou les microcontrôleurs. Je fais des efforts pour produire des créatures électromécaniques qui n'utilisent aucune de ces technologies. Il semble que quel que soit le capteur ou l'expression mécanique que vous souhaitez explorer, tout doit passer par un microcontrôleur. Reprenons-le un peu en arrière et faisons de notre cerveau, un oscillateur !

Donc, ce que je vous propose, c'est que nous utilisons des outils, des matériaux et une technique de montage de mouches comme base pour créer un insecte électromécanique magnifique, léger, unique. Cette sculpture cinétique de type BEAM inspirera, espérons-le, vos amis et votre famille à apprécier les insectes et l'artisanat.

Étape 1: Concevoir votre oscillateur

Il existe de nombreux circuits oscillateurs parmi lesquels choisir en ligne. Après avoir examiné une variété, j'ai pensé que le plus simple et le plus "organique" était le multivibrateur Astable. Ce circuit peut être créé avec des résistances symétriques ou asymétriques, ce qui entraîne des largeurs d'impulsion légèrement différentes, selon le "côté" du circuit d'où vous tirez votre sortie.

Les composants pour ce circuit que j'ai choisi sont:

Quantité: Article:

x1 2N4403 transistor pnp

x1 2N3905 transistor pnp (brochage en miroir)

x2 résistances 330 Ω

x2 résistances 22k Ω

x2 condensateurs 4,7 F 16V

x2 résistances dépendantes de la lumière (LDR) dans la plage 0 - 30k Ω

x1 2N4920 transistor pnp (gère 1 amp)

x1 8+ Bobine de haut-parleur

x1 petit interrupteur à lames non magnétique, non inclus

Je veux un temps RC faible et de petits condensateurs, j'ai donc choisi des résistances de 22k Ω avec des condensateurs bipolaires de 4,7 μF 16V. Il en résulte une fréquence d'oscillation d'environ 2 à 5 Hz.

Je veux également que le circuit soit affecté par l'environnement, j'ai donc mis des résistances dépendantes de la lumière (LDR) en série avec les résistances de 22k. L'interrupteur est un petit interrupteur à lames tiré d'un circuit de flash d'appareil photo jetable. Nous utiliserons cet interrupteur comme des moustaches sensibles sur l'abdomen.

Étape 2: commencer à souder

En utilisant ces composants, vous aurez besoin de plusieurs outils pour les souder ensemble. Nous n'allons pas utiliser un perfboard.

Prenez deux étaux, un pour tenir vos composants et l'autre pour tenir votre fer à souder.

Assurez-vous également d'avoir des coupe-fils, des pinces et un modèle de votre circuit comme référence. J'ai prototypé une deuxième version du circuit pour m'assurer de toujours savoir quelles parties des composants se fixent où.

Pliez les fils des deux transistors de sorte que le collecteur se penche sur le côté et que la base se penche vers le milieu. Étant donné que le 2N4403 et le 2N3905 (illustrés comme BC557) ont des brochages différents, faites très attention à l'emplacement de la base et du collecteur. Deux des mêmes transistors pnp pourraient être utilisés, mais j'aime la qualité chirale de la broche en miroir. Après tout, c'est de l'art.

Pliez les fils du condensateur à angle droit.

Coupez les fils courts sur les condensateurs et la base et les collecteurs du transistor.

Placez maintenant le transistor dans votre étau, et amenez le fer à souder vers le fil à souder souhaité. Cela libère vos deux mains pour introduire le condensateur et la soudure, et les attacher ensemble.

Répétez cette étape pour que la base et les collecteurs de chaque transistor se fixent à chaque condensateur.

Il est intéressant de noter que l'étau peut en fait agir comme un dissipateur de chaleur pour les transistors et l'architecture de votre travail de soudure fini rend cette structure étonnamment solide.

Étape 3: souder les résistances

Pliez et coupez les fils des résistances comme illustré ci-dessus.

Placez la résistance de 330 Ω dans l'étau et soudez notre unité transistor à condensateur à la résistance. Suivez le schéma, cette résistance doit se fixer là où se trouve le collecteur du transistor.

Répétez avec la deuxième résistance de 330 Ω.

Placez le LDR dans l'étau et soudez-y notre circuit de culture. Souder à la base du transistor.

Répétez avec le deuxième LDR.

Coupez les longs fils du LDR vers le centre.

Soudez les résistances de 22k Ω aux fils LDR de manière à ce que les résistances soient en série.

Chacune des quatre résistances doit avoir des fils ouverts pointant vers le centre de notre circuit (comme illustré).

Pliez les fils de ces résistances vers leurs voisins, coupez-les court et soudez-les tous ensemble. Ce faisceau de résistances fait maintenant partie de notre rail au sol.

Étape 4: Souder les fils et le Power PNP

Cette unité de condensateurs, de transistors et de résistances est notre oscillateur multivibrateur astable. C'est effectivement notre cerveau pour l'insecte. Les LDR fonctionnent comme des yeux et modifieront légèrement la fréquence et la largeur d'impulsion de notre oscillateur. Ce circuit à lui seul ne peut pas alimenter la bobine du haut-parleur, nous allons donc le connecter à Q3, notre transistor de puissance (BD140 ou 2N4920).

Soudez le fil de rail positif à l'émetteur de Q1.

Soudez le fil du rail de terre au faisceau de résistances.

Soudez un troisième fil à l'émetteur de Q2 (représenté en orange).

Soudez ce troisième fil à la base de Q3, le transistor de puissance pnp (2N4920).

Dénudez le fil de rail positif sur environ 1 1/2 pouces et soudez à l'émetteur de Q3.

À ce stade, j'aime faire une pause dans la soudure et appliquer une généreuse couche de vernis à ongles transparent sur le circuit. Cela aidera à éviter les courts-circuits si le circuit est plié ou écrasé, et lui donnera une certaine résistance aux intempéries. N'hésitez pas à appliquer plusieurs couches.

Assurez-vous que vous n'avez court-circuité le circuit nulle part. Testez le circuit pour vous assurer qu'il fonctionne toujours en alimentant le fil rouge avec +9V, en mettant à la terre le fil noir ou marron et en le coupant au collecteur de Q3. J'utilise une petite lampe 5V ou un haut-parleur de rechange. Parce que Q3 ne peut gérer qu'environ 1 ampère, ne surchauffez pas ce transistor avec trop de puissance et trop peu de résistance. Faites vos calculs (I=V/R) en supposant un courant continu. En théorie, le courant moyen est la moitié du courant continu à la tension du rail en raison de l'effet de pulsation, mais cela nous aidera à laisser place à l'erreur.

Étape 5: Découpez la bobine acoustique et la soudure

Prenez un petit haut-parleur bon marché avec une bobine acoustique fonctionnelle et découpez-le. Commencez par couper le pourtour du cône du haut-parleur et assurez-vous de ne pas couper les connecteurs de fil de guirlande en dessous.

Clipsez ou dessoudez les connecteurs de fil de guirlande des languettes du panier.

Coupez la suspension grillagée juste au-dessus de l'aimant permanent.

Retirez la bobine acoustique et coupez l'excès de papier et de maille. Assurez-vous de laisser les connecteurs de fil de guirlande aussi longtemps que possible.

Etamez les extrémités des connecteurs de fil de guirlande et soudez-en un au collecteur de Q3.

Soudez l'autre connecteur à une rallonge.

Dénudez le centre de ce nouveau fil et soudez-le au rail de terre.

Étape 6: Concevoir les ailes

J'ai imprimé des motifs d'ailes de grue sur transparent.

Vous pouvez également dessiner les ailes à l'aide de stylos et de sharpies sur de l'acétate.

Amusez-vous à colorier les ailes et à les rendre uniques et intéressantes.

Placez votre feuille d'acétate sur un vieux magazine et appuyez dans les veines avec un poinçon. Alternez le devant et le dos pour créer des plis concaves et convexes dans l'acétate. Cela ajoute non seulement à l'illusion de vraies ailes d'insectes, mais cela renforce également les ailes.

Découpez les ailes, mais laissez-les par paire ! Laissez un peu de matériel supplémentaire au centre pour que notre bobine vocale ait plus de matériel à déplacer.

Étape 7: Attachez les ailes au monofilament

Pour commencer à attacher, vous aurez besoin d'environ 35 lb de monofilament, de notre étau d'avant, de ciseaux, d'ailes, de fil et d'une bobine pour attacher les mouches. *Correction suggérée: utilisez un monofilament plus lourd ou un fil fin pour ces supports d'aile. Le modèle représenté et construit perd son efficacité mécanique lorsque le monofilament se courbe vers l'extérieur pendant la course descendante.

Coupez deux morceaux de cinq pouces de long et placez un morceau dans l'étau. Attachez sans serrer les ailes au monofilament dans un motif en huit.

Répétez avec un deuxième morceau de monofilament et l'autre aile.

J'ai ajouté un peu de colle aux nœuds de chaque pièce pour plus de sécurité. Assurez-vous que la colle n'entrave pas la capacité des ailes à battre. Ceci est censé agir comme une charnière et le monofilament est notre point d'appui.

Étape 8: Construisez le thorax et la tête

Tout se met en place en même temps pendant cette phase.

Prenez un morceau de trois pouces de monofilament ou de tube rigide de 100 lb, et attachez le fil sur la longueur de celui-ci.

Prenez trois morceaux de fil floral de sept pouces et attachez chacun au centre sur toute la longueur de notre structure corporelle. Ce seront nos jambes.

Attachez les pièces arrière du plus petit monofilament de notre unité d'aile juste derrière les pattes arrière, en laissant de la place pour réajuster leur longueur plus tard.

Trouvez une broche magnétique comme celle illustrée. Cela maintiendra notre aimant permanent en néodyme en place.

Attachez le circuit que nous avons construit sur les jambes / le corps.

Attachez la broche magnétique sur le corps derrière la tête mais devant Q3.

Attachez deux petites plumes de camail sur le corps juste derrière la tête pour qu'elles ressortent comme des antennes (c'est purement esthétique).

Amenez les pièces avant du plus petit monofilament de l'unité d'aile vers l'avant et attachez-les sur le corps près de la tête. Tirez sur chaque pièce pour vous assurer que les ailes sont centrées et s'élèvent au-dessus de l'aimant.

Coupez le tube en papier de la bobine acoustique vers le centre afin que nous puissions y glisser l'acétate des ailes. Toute cette structure devrait planer au-dessus de la broche où ira notre aimant, donc lorsque le courant traverse la bobine, la force magnétique tire les ailes vers le bas et les extrémités des ailes battent vers le haut.

Étape 9: Construire l'abdomen

Attachez le commutateur à lames sur l'extrémité arrière du corps. Ce sera le bout de l'abdomen, où seront nos moustaches sensibles. Soudez notre rail au sol à une jambe du commutateur à lames.

Soudez un deuxième petit morceau de fil à l'autre jambe de l'interrupteur à lames.

Enroulez le fil de rail positif pour créer une grande surface pour la batterie.

Enroulez le nouveau petit morceau de fil connecté à l'interrupteur pour toucher le côté négatif ou 0V de la batterie.

Attachez une petite batterie 12V sur l'abdomen et fixez les fils de la batterie pour avoir une connexion solide. J'ai dû ajouter quelques morceaux de monofilament lourd à l'abdomen pour empêcher la batterie de se retourner du côté opposé de l'abdomen lorsque je l'ai attachée.

Testez-le ! Les ailes se déplacent-elles vers l'aimant ? Assurez-vous que la polarité de l'aimant est correcte en suivant la règle de la main droite du courant électromagnétique et en utilisant une boussole analogique pour établir la polarité de votre aimant permanent. Si vous avez construit le circuit comme je l'ai décrit, le courant sort du collecteur de Q3, à travers la bobine, et vers le rail de masse ou le côté 0V de la batterie.

Pour finir, pliez les pattes en fil floral pour avoir l'apparence d'un insecte comme vous le souhaitez ! Essayez un peu de colle là où les jambes rencontrent le corps si elles sont trop fragiles. Prendre plaisir!

S'il vous plaît laissez-moi savoir si vous avez des questions. C'est définitivement un projet délicat. Un petit élastique entre les fils de la batterie peut aider à les maintenir en place.

Bonne chance!

Premier prix du concours technique