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动手做

把制作小型robot的过程拍成日记写成书,供爱好者参考。

 
 
 
 
 

日志

 
 

微型机器人系列-太阳能陀螺-《无线电》2011年第3期  

2011-02-12 16:24:20|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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机器人制作栏目

 

发表于2011年《无线电》第三期

 

微型陀螺机器人

臧海波

2011年1月16日
微型机器人制作系列教程-太阳能陀螺 - digi01 - digi01的博客

机器人的制作一直是电子爱好者感兴趣的话题,本文将通过一段我自己从兴趣到入门的亲身经历,由浅入深的介绍一组小型机器人的制作过程。本文写给对机械电子装置有浓厚兴趣的爱好者。如果你是一名机电专业的学生,看完本文也会有所启发。

首先从一只入门级的微型机器人-太阳能陀螺开始。它将实现以下的功能:

1,在阳光下自动运转;

2,碰到障碍物后转向;

3,在无光环境下静默。

这是一只最简单的全自动机器人,它不像居家电器一样需要电源开关,也不需要人来维护,可以7*24小时运转。它的寿命取决于运转环境和机件磨损。太阳能电池的设计寿命一般为六年,电解电容一般为三年;电机的磨损,潮湿的环境的侵蚀,都会使电子部分失效。制作这个机器人所需要的大部分材料可以从废家电里面获得,如果使用较高品质的材料来制做,造价也不会超过一顿午餐。

一,工具和材料

工具的选择是一门学问,使用正确的工具可以事半工倍。下列是必要的基础工具:

名称

市价(元)

20W内热烙铁

15

剪刀

5

尖嘴钳

20

偏口钳

20

以上都是常用工具,可以在本地电子市场或者淘宝网购。为了保证操作安全,电烙铁还需要配一个专用的烙铁架。国产工具良莠不齐,不顺手的工具会让你完全没有制作心情。选购工具尽量多问问业内人士,网购要做好功课再下单。

为了增加制作乐趣,建议尽量搜集身边的材料,实在没有再去买。废电脑、电话、手机、游戏机里面都可以拆出有利用价值的材料。我认为,搜集材料的乐趣等同于创作的乐趣。

太阳能陀螺所需的材料见下表:

名称

数量

曲别针

6枚

微型电机

1只

2200uf电解

3只

NPN三极管

1只

PNP三极管

1只

2.2K电阻

1只

闪光LED

1只

导线

若干

电压4V以上,电流10ma以上小型太阳能电池板

1片

洞洞板

1片

焊锡丝

若干

三极管可以使用常见的小功率塑封管,比如8050,8550对管。电机是光驱仓门机构里常见的那种。在市面上有一种环氧纤维材质的薄洞洞板,可以用剪刀直接裁剪,强度好,重量轻。建议大家去买一些回来,后续的制作我们都要用到这种洞洞板。

机器人的线路图:

微型机器人制作系列教程-太阳能陀螺 - digi01 - digi01的博客

 

 这是一个经典的BEAM机器人太阳能引擎,网上可以找到很多相关资料,这里不再鳌述。特别值得一提的是这个太阳能引擎类似神经元的特性:实体化以后的装置是一个基于随机振荡器的阀值设备,电路有一个触发电压的上限阈值和关闭电压的下限阀值,触发和关闭的周期直接受电机负载的影响。在关闭状态,电路又受太阳能电池板所接收到的环境光的影响。它与环境是一种动态方式的衰变关系。

现在开始制作太阳能陀螺的机械部分。机器人不同于纯电子线路,它是一个电子和机械的结合体。机械部分的制作比较考验手工和空间想象能力,这部分是最有趣的,我们的目标是在满足功能的基础上兼顾美观。用上述的材料,发动你的头脑,拼出一只独一无二的机器人骨架吧。

首先把洞洞板剪切成一片等边三角形。要求三角形外切圆里面可以放得下三只2200uf电解和微型电机,放置在中心的电机和外面包围的三只电解之间有一定距离,如下图A所示:

微型机器人制作系列教程-太阳能陀螺 - digi01 - digi01的博客

把三根曲别针拉直,首尾衔接弯成一个圆型外框。圆环内放置储能电解、电机和电子部分,太阳能电池安置在三角形洞洞板上。这个圆环有三个作用:第一是三只储能电解负极的汇流母线;第二是保护环内的电子核心;第三是利用碰撞造成的重心变化改变机器人的运动方向。

下一步是在洞洞板上焊接电子部分,三只电解的负极向外辐射延伸出来,与前面提到的圆环焊接在一起。如图B:

微型机器人制作系列教程-太阳能陀螺 - digi01 - digi01的博客

用余下的三根曲别针,弯成三个固定电机的框架,把电机包在架子里。注意曲别针卡入电机螺丝孔里的那一端不要留太长,否则会阻碍电机转子的运转。如下图C,D,E所示:

微型机器人制作系列教程-太阳能陀螺 - digi01 - digi01的博客

微型机器人制作系列教程-太阳能陀螺 - digi01 - digi01的博客

微型机器人制作系列教程-太阳能陀螺 - digi01 - digi01的博客

剩下的工作是最后的总装。用胶条或者尼龙扎带固定好包围电机外框的曲别针,利用这三根曲别针把电机和电容线路板结合到一起。这里可以不管电机的极性,只是最后正反转的区别。注意电机轴和电容顶部接触地面不是在一条水平线上,把制好的骨架平放在桌面上,圆环应该和桌面有一个倾斜角度,除了电机主轴,还有两只电容着地。这样电路触发电机启动的时候,机器人是做弧形运动的;当圆环在运动的方向碰到障碍物的时候,机器人倾斜的方向就会改变,着地的电容就会改变,弧形运动的方向就跟着改变了。仓门电机的轴比较细,可以用电线剥下的塑料外皮套在轴上,增加和地面的摩擦力。在每只电容顶部接触地面的地方,用双面胶贴上一个塑料片,起到保护电容和减少运动阻力的作用。

如下图F,G,H:

微型机器人制作系列教程-太阳能陀螺 - digi01 - digi01的博客

微型机器人制作系列教程-太阳能陀螺 - digi01 - digi01的博客

微型机器人制作系列教程-太阳能陀螺 - digi01 - digi01的博客

下图是最后完成的样子,为了让这只机器人看起来更像一台机器,我去除了三只电解电容外面的塑料皮,银光闪闪的很养眼。

微型机器人制作系列教程-太阳能陀螺 - digi01 - digi01的博客

 

调整技巧,电路和骨架都装配完毕以后,在阳光下测试。正常的情况是LED闪动几下以后,电机带动整个骨架旋转。以下是几个可能出现的问题和解决办法:

1,电机转一下就停止,电路不再触发。

电机灵敏度太高,尝试在电机两端并联一根几十欧姆的电阻。

2,电机不转,LED也不闪。

太阳能电池板的电压太低;接线错误。

3,LED常亮,不闪,电路不触发。

尝试用不透明胶布活热缩管包裹LED。

4,电机嘶嘶响,但是不转。

储能电容容量过大,尝试减小储能电容的容量。经过我的实验,耐压高,体积大的储能电容用在这个机器人上效果最好。如果你的太阳能板和电容都比较大,三根曲别针圈不下它,那么可以增加曲别针的数量,把外框制成六边形或者八边形。圆环的材料也不一定就是曲别针,其他外观好看,焊接方便的材料都可以用。也可以用蝶形金属片、硬盘片来做外框。

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