Elektromechaninis vabzdžių arba plakimo osciliatorius: 9 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Įvadas

Aš maždaug 10 metų stebėjau robotikos vystymąsi, o mano patirtis yra biologija ir videografija. Šie pomėgiai skriejo aplink mano pagrindinę aistrą - entomologiją (vabzdžių studijas). Vabzdžiai yra didelis dalykas daugelyje pramonės šakų ir buvo įkvėpimo šaltinis. Laimei, biologija ir vabzdžiai įgyja robotikos įtaką per biomimiką ir sintetinę biologiją. Ypač džiaugiuosi vabzdžių gaudytojų pažanga. CŽV sukūrė skraidantį insektopterį jau aštuntajame dešimtmetyje, o vabzdžiai ir toliau vaidins didelę įtaką tam, kaip bus sprendžiamos robotikos problemos. Noriu pasidalinti meniniu savo elektromechaninės vabzdžių skulptūros kūrimo metodu.

Vienas amatas, daug dėmesio skiriantis vabzdžių savybėms, yra musių rišimo menas. Musių rišimas - tai masalas, skirtas žvejoti muselėmis. Šis amatas naudoja įvairią medžiagų ir įrankių paletę ir reikalauja kruopštaus dėmesio detalėms, tuo pačiu labai pasikliaudamas tinkama technika, kad sukurtų gražius dizainus.

Aš per daug nesijaudinau dėl 3D spausdinimo ar mikrovaldiklių. Aš stengiuosi gaminti elektromechaninius padarus, kurie nenaudoja nė vienos iš šių technologijų. Atrodo, kad nesvarbu, kokį jutiklį ar mechaninę išraišką norite ištirti, visa tai turi tekti per mikrovaldiklį. Paimkime tai šiek tiek atgal ir paverskime savo smegenis osciliatoriumi!

Taigi, aš jums siūlau, kad mes naudojame musių surišimo įrankius, medžiagas ir techniką kaip pagrindą gražiam, lengvam, unikaliam, elektromechaniniam vabzdžiui sukurti. Tikimasi, kad ši į BEAM panaši kinetinė skulptūra įkvėps jūsų draugus ir šeimą vertinti vabzdžius ir meistriškumą.

1 žingsnis: kurkite osciliatorių

Internetu galima pasirinkti daugybę osciliatorių grandinių. Ištyręs įvairovę, pajutau, kad lengviausias ir „ekologiškiausias“yra „Astable Multivibrator“. Ši grandinė gali būti sukurta naudojant simetriškus rezistorius arba asimetriškai, todėl impulsų pločiai gali būti šiek tiek skirtingi, priklausomai nuo to, iš kurios grandinės „pusės“imate išvestį.

Aš pasirinkau šios grandinės komponentus:

Kiekis: Prekė:

x1 2N4403 pnp tranzistorius

x1 2N3905 pnp tranzistorius (veidrodinis kaištis)

x2 330 Ω rezistoriai

x2 22k Ω rezistoriai

x2 4,7 μF 16V kondensatoriai

x2 nuo šviesos priklausomi rezistoriai (LDR) 0–30 kΩ diapazone

x1 2N4920 pnp tranzistorius (rankena 1 amp)

x1 8+ Ω garsiakalbio ritė

x1 Mažas nemagnetinis, neuždengtas nendrinis jungiklis

Noriu mažo RC laiko ir mažų kondensatorių, todėl pasirinkau 22k Ω rezistorius su 4,7 μF 16V bipoliniais kondensatoriais. Dėl to svyruoja maždaug 2–5 Hz dažnis.

Aš taip pat noriu, kad grandinę veiktų aplinka, todėl su 22 k rezistoriais iš eilės sudėjau nuo šviesos priklausomus rezistorius (LDR). Jungiklis yra mažas nendrinis jungiklis, ištrauktas iš vienkartinės fotoaparato blykstės grandinės. Šį jungiklį naudosime kaip jautrius ūsus ant pilvo.

2 žingsnis: pradėkite lituoti

Naudodami šiuos komponentus, jums reikės kelių įrankių, kad juos sujungtumėte. Mes nenaudosime perfboard.

Paimkite du veidrodžius, vieną - komponentams, kitą - lituokliui laikyti.

Taip pat įsitikinkite, kad turite vielos pjaustytuvus, reples ir savo grandinės modelį. Aš sukūriau antrosios grandinės versijos prototipą, kad įsitikinčiau, jog visada žinau, kurios komponentų dalys kur pritvirtintos.

Sulenkite dviejų tranzistorių laidus taip, kad kolektorius sulenktų į šoną, o pagrindas - į vidurį. Kadangi 2N4403 ir 2N3905 (pavaizduoti kaip BC557) turi skirtingus kaiščius, atidžiai stebėkite, kur yra pagrindas ir kolektorius. Galima naudoti du tuos pačius pnp tranzistorius, bet man patinka chiralinė veidrodinio kaiščio kokybė. Juk tai menas.

Sulenkite kondensatoriaus laidus stačiu kampu.

Sutrumpinkite kondensatorių, tranzistorių pagrindo ir kolektorių laidus.

Dabar įdėkite tranzistorių į savo skylę ir nuneškite lydmetalį link norimo laido. Tai atlaisvina abi rankas, kad įvestumėte kondensatorių ir lydmetalį, ir pritvirtintumėte juos kartu.

Pakartokite šį veiksmą, kad kiekvieno tranzistoriaus pagrindas ir kolektoriai būtų pritvirtinti prie kiekvieno kondensatoriaus.

Įdomu pastebėti, kad sraigtelis iš tikrųjų gali veikti kaip tranzistorių šilumos kriauklė, o jūsų baigto litavimo darbo architektūra daro šią struktūrą stebėtinai stiprią.

3 žingsnis: lituokite rezistorius

Sulenkite ir supjaustykite rezistorių laidus, kaip parodyta aukščiau.

Įdėkite 330 Ω rezistorių į kištuką ir prijunkite mūsų kondensatoriaus tranzistoriaus bloką prie rezistoriaus. Laikykitės schemos, šis rezistorius turi būti pritvirtintas ten, kur yra tranzistoriaus kolektorius.

Pakartokite su antruoju 330 Ω rezistoriumi.

Įdėkite LDR į vise ir prilituokite prie mūsų augančią grandinę. Lituoti prie tranzistoriaus pagrindo.

Pakartokite su antruoju LDR.

Iškirpkite ilgus LDR laidus link centro.

Lituokite 22 kΩ rezistorius prie LDR laidų taip, kad rezistoriai būtų nuosekliai.

Kiekvienas iš keturių rezistorių turėtų turėti atvirus laidus, nukreiptus į mūsų grandinės centrą (kaip parodyta paveikslėlyje).

Sulenkite šių rezistorių laidus į savo kaimynus, sutrumpinkite juos ir lituokite visus kartu. Šis rezistorių paketas dabar yra mūsų antžeminio bėgio dalis.

4 žingsnis: lydmetalio laidai ir maitinimo PNP

Šis kondensatorių, tranzistorių ir rezistorių blokas yra mūsų stabilus daugivibratorių generatorius. Tai veiksmingai mūsų smegenys vabzdžiui. LDR veikia kaip akys ir šiek tiek pakeis mūsų osciliatoriaus dažnį ir pulso plotį. Vien tik ši grandinė negali maitinti garsiakalbio ritės, todėl prijungsime ją prie Q3, mūsų galios tranzistoriaus (BD140 arba 2N4920).

Lituokite teigiamą bėgio laidą prie Q1 emiterio.

Lituokite įžeminimo bėgio laidą prie rezistoriaus pluošto.

Lituokite trečią laidą prie Q2 emiterio (pavaizduota kaip oranžinė).

Lituokite šį trečiąjį laidą prie Q3 pagrindo, galios pnp tranzistoriaus (2N4920).

Pašalinkite teigiamą bėgio laidą maždaug 1 1/2 colio žemyn ir lituokite prie Q3 spinduliuotės.

Šiuo metu man patinka pailsėti nuo litavimo ir ant grandinės užtepti laisvą skaidraus nagų lako sluoksnį. Tai padės išvengti šortų, jei grandinė yra sulenkta ar suglamžyta, ir suteiks jai tam tikrą atsparumą oro sąlygoms. Nesivaržykite taikyti kelis sluoksnius.

Patikrinkite, ar niekur nesutrumpinote grandinės. Patikrinkite grandinę, kad įsitikintumėte, jog ji vis dar veikia, maitindami raudoną laidą +9 V įtampa, įžeminkite juodą arba rudą laidą ir nukirpkite prie Q3 kolektoriaus. Aš naudoju mažą 5 V lempą arba atsarginį garsiakalbį. Kadangi Q3 gali valdyti tik apie 1 amperą, neperkaitinkite šio per daug galios ir per mažo atsparumo tranzistoriaus. Atlikite skaičiavimus (I = V/R) darant prielaidą nuolatinei srovei. Teoriškai dėl pulsuojančio efekto vidutinė srovė yra pusė nuolatinės srovės esant bėgio įtampai, tačiau tai padės mums palikti klaidų.

5 žingsnis: Iškirpkite balso ritę ir lydmetalį

Paimkite mažą pigų garsiakalbį su veikiančia balso ritė ir iškirskite. Pradėkite pjaudami aplink garsiakalbio kūgio kraštą ir įsitikinkite, kad nenupjaukite apačioje esančių gnybtų laidų jungčių.

Iš krepšio skirtukų nukirpkite arba išlydykite gnybtų vielos jungtis.

Iškirpkite tinklelio pakabą tiesiai virš nuolatinio magneto.

Nuimkite balso ritę ir nupjaukite popieriaus ir tinklo perteklių. Būtinai palikite blizgučių laidų jungtis kuo ilgiau.

Skardos vielos jungčių antgalius skardinkite ir prilituokite prie Q3 kolektoriaus.

Lituokite kitą jungtį prie ilgintuvo.

Pašalinkite šios naujos vielos centrą ir prilituokite prie įžeminimo bėgelio.

6 žingsnis: suprojektuokite sparnus

Aš atspausdinau gervės sparnų modelius ant skaidrumo.

Sparnus taip pat galite piešti pieštukais ir aštriais pieštukais ant acetato.

Smagiai nuspalvinkite sparnus ir padarykite juos nepakartojamus ir įdomius.

Padėkite savo acetato lapą ant seno žurnalo ir paspauskite į venas. Pakeiskite priekį ir galą, kad acetate susidarytų įgaubtos ir išgaubtos raukšlės. Tai ne tik prideda tikrų vabzdžių sparnų iliuziją, bet ir iš tikrųjų sustiprina sparnus.

Iškirpkite sparnus, bet palikite juos kaip porą! Centre palikite šiek tiek papildomos medžiagos, kad mūsų balso ritėje būtų daugiau medžiagos, kurią būtų galima stumti.

7 žingsnis: suriškite sparnus prie vienagijų siūlų

Norėdami pradėti rišti, jums reikės apie 35 svarų monofilamentų, mūsų ankstesnio vise, žirklių, sparnų, siūlų ir musės rišimo ritės. *Siūloma korekcija: šioms sparnų atramoms naudokite sunkesnius vienagijus siūlus arba ploną vielą. Pavaizduotas ir pagamintas modelis praranda mechaninį efektyvumą, kai monofilamentas nusilenkia į išorę smūgio metu.

Iškirpkite dvi dalis, penkių colių ilgio, ir įdėkite vieną gabalą į vise. Laisvai pririškite sparnus prie vienagijų aštuonių paveikslų.

Pakartokite su antruoju viengijų siūlų gabalu ir kitu sparnu.

Aš pridėjau šiek tiek klijų prie kiekvieno gabalo mazgų, kad būtų užtikrintas didesnis saugumas. Įsitikinkite, kad klijai netrukdo sparnams atplėšti. Tai turėtų veikti kaip vyriai, o monofilamentas yra mūsų atramos taškas.

8 žingsnis: sukurkite krūtinės ląstą ir galvą

Šiame etape viskas susideda iš karto.

Paimkite trijų colių 100 lb monofilinį gabalėlį arba standų vamzdelį ir pririškite siūlą prie jo ilgio.

Paimkite tris, septynių colių gėlių vielos gabalus ir suriškite kiekvieną išilgai mūsų kūno struktūros. Tai bus mūsų kojos.

Užriškite užpakalines mažesnių vienagijų siūlų dalis iš mūsų sparno vieneto už galinių kojų, palikdami vietos vėliau pakoreguoti jų ilgį.

Raskite magnetinį kaištį, kaip parodyta paveikslėlyje. Tai laikys mūsų nuolatinį neodimio magnetą.

Pririškite grandinę, kurią pastatėme, ant kojų / kūno.

Prijunkite magnetinį kaištį prie kūno už galvos, bet priešais Q3.

Pririškite dvi mažas plunksnų plunksnas prie kūno, esančio už galvos, kad jos išsikištų į priekį kaip antenos (tai grynai estetiška).

Priekines mažesnio pluošto dalis iš sparno į priekį iškelkite ir pririškite prie kūno, arti galvos. Patraukite kiekvieną gabalą, kad įsitikintumėte, jog sparnai yra centre ir pakyla virš magneto.

Iškirpkite balso ritės popierinį vamzdelį link centro, kad galėtume įstumti sparnų acetatą jo viduje. Visa ši konstrukcija turėtų pakibti virš kaiščio, kur pateks mūsų magnetas, taigi, kai srovė veržiasi per ritę, magnetinė jėga traukia sparnus žemyn, o sparnų galiukai atlenkia aukštyn.

9 žingsnis: sukurkite pilvą

Pririškite nendrių jungiklį prie galinio korpuso galo. Tai bus pilvo galas, kuriame bus mūsų jautrūs ūsai. Lituokite mūsų antžeminį bėgelį prie vienos nendrinio jungiklio kojos.

Lituokite antrą trumpą vielos gabalėlį prie kitos nendrinio jungiklio kojos.

Užlenkite teigiamą bėgio laidą, kad akumuliatoriui būtų suteiktas didelis plotas.

Sulenkite naują trumpą laido dalį, prijungtą prie jungiklio, kad paliestumėte neigiamą arba 0 V akumuliatoriaus pusę.

Prijunkite mažą 12 V bateriją prie pilvo ir pritvirtinkite akumuliatoriaus laidus, kad jie būtų tvirtai prijungti. Turėjau pridėti keletą sunkių vienagijų siūlų prie pilvo, kad pririšdamas akumuliatorius neapvirstų priešingoje pilvo pusėje.

Išbandykite! Ar sparnai juda link magneto? Įsitikinkite, kad magneto poliškumas yra teisingas, laikydamiesi dešinės pusės elektromagnetinės srovės taisyklės ir naudodami analoginį kompasą, kad nustatytumėte savo nuolatinio magneto poliškumą. Jei sukūrėte grandinę, kaip aprašiau, srovė teka iš Q3 kolektoriaus per ritę ir link įžeminimo bėgio arba 0 V akumuliatoriaus pusės.

Norėdami baigti, sulenkite gėlių vielos kojas, kad atrodytumėte taip, kaip norite! Išbandykite šiek tiek klijų ten, kur kojos susitinka su kūnu, jei jos yra per silpnos. Mėgautis!

Jei turite klausimų, praneškite man. Tai neabejotinai sudėtingas projektas. Maža guminė juostelė tarp akumuliatoriaus laidų gali padėti juos laikyti.

Sėkmės!

Pirmasis prizas technikos konkurse