Elektromehanski oscilator za žuželke ali mahanje: 9 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Uvod

Razvoj robotike spremljam že približno 10 let, moje znanje pa je biologija in videografija. Ti interesi so krožili okoli moje strasti, entomologije (študija žuželk). Žuželke so velik pomen v mnogih panogah in so bile vir velikega navdiha. Na srečo biologija in žuželke pridobivajo moč v robotiki z biomimikrijo in sintetično biologijo. Še posebej sem navdušen nad napredkom insektotoparjev. CIA je že v sedemdesetih letih ustvarila letečega insektotopterja, žuželke pa bodo še naprej igrale pomembno vlogo pri vplivanju na reševanje težav v robotiki. Želim deliti umetniško metodo izdelave lastne elektromehanske skulpture žuželk.

Eno plovilo, ki se je močno osredotočilo na lastnosti žuželk, je vezanje muh. Vezanje muh je metoda ustvarjanja vab za muharjenje. Ta obrt uporablja raznoliko paleto materialov in orodij ter zahteva natančno pozornost do detajlov, pri dokončanju lepih modelov pa se močno opira na ustrezno tehniko.

Nisem bil preveč navdušen nad 3D tiskanjem ali mikrokrmilniki. Prizadevam si ustvariti elektromehanska bitja, ki ne uporabljajo nobene od teh tehnologij. Zdi se, da ne glede na to, kateri senzor ali mehanski izraz želite raziskati, se mora vse napajati prek mikrokrmilnika. Vrnimo se malo nazaj in naredimo naše možgane oscilator!

Zato vam predlagam, da uporabljamo orodja, materiale in tehniko za vezanje muh kot osnovo za ustvarjanje čudovite, lahke, edinstvene, elektromehanske žuželke. Ta kinetična skulptura, podobna žarku, bo, upajmo, navdihnila vaše prijatelje in družino, da cenijo žuželke in izdelavo.

1. korak: Oblikovanje oscilatorja

Na spletu lahko izbirate med številnimi oscilatornimi vezji. Po ogledu raznolikosti se mi je zdelo, da je najlažji in najbolj "organski" Astable Multivibrator. To vezje je mogoče ustvariti s simetričnimi upori ali asimetrično, kar ima za posledico nekoliko drugačne širine impulzov, odvisno od tega, s katere "strani" vezja vzamete svoj izhod.

Komponente tega vezja, ki sem jih izbral, so:

Količina: Artikel:

x1 2N4403 pnp tranzistor

x1 2N3905 pnp tranzistor (zrcaljen pin out)

x2 330 Ω upori

x2 22k Ω upori

x2 4,7 μF 16V kondenzatorji

x2 svetlobno odvisni upori (LDR) v območju 0 - 30k Ω

x1 2N4920 pnp tranzistor (ročaji 1 amp)

x1 8+ Ω zvočniška tuljava

x1 Majhno nemagnetno, zaprto trstično stikalo

Želim si nizek čas RC in majhne kondenzatorje, zato sem izbral 22k Ω upor s 4,7 μF 16V bipolarnimi kondenzatorji. Posledica tega je približno 2 - 5 Hz frekvenca nihanja.

Prav tako želim, da na vezje vpliva okolje, zato sem upor, ki je odvisen od svetlobe (LDR), postavil zaporedno z 22 k upori. Stikalo je majhno trstično stikalo, izvlečeno iz bliskavice fotoaparata za enkratno uporabo. To stikalo bomo uporabili kot občutljive brke na trebuhu.

Korak: Začnite spajkati

Z uporabo teh komponent boste potrebovali več orodij za njihovo spajkanje. Ne bomo uporabljali perfboard -a.

Primite dve ščitniki, eno za držanje komponent, drugo za spajkalnik.

Prepričajte se tudi, da imate referenčne žice, klešče in model svojega vezja. Izdelal sem prototip druge različice vezja, da bom vedno vedel, kateri deli komponent se kje pritrdijo.

Upognite vodi dveh tranzistorjev tako, da se kolektor upogne na stran, osnova pa se upogne proti sredini. Ker imata 2N4403 in 2N3905 (na sliki BC557) različne izhode, bodite pozorni na to, kje sta podstavek in zbiralnik. Lahko bi uporabili dva enaka tranzistorja pnp, vendar mi je všeč kiralna kakovost zrcaljenega izhoda. Konec koncev je to umetnost.

Upognite vodnike kondenzatorja pod pravim kotom.

Prekinite kable na kondenzatorjih in tranzistorju ter na kolektorjih.

Sedaj namestite tranzistor v primež in spajkalnik pripeljite do želenega kabla do spajkanja. S tem obe roki sprostite kondenzator in spajkanje ter ju pritrdite skupaj.

Ta korak ponovite tako, da se osnova in zbiralniki vsakega tranzistorja pritrdijo na vsak kondenzator.

Zanimivo je, da lahko primež dejansko deluje kot hladilnik za tranzistorje, zaradi arhitekture vašega končnega dela spajkanja je ta struktura presenetljivo močna.

Korak: Spajkajte upore

Upognite in odrežite žice uporov, kot je prikazano zgoraj.

Upor 330 Ω postavite v primež in našo kondenzatorsko tranzistorsko enoto spajkajte na upor. Sledite shemi, ta upor mora biti pritrjen tam, kjer je zbiralnik tranzistorja.

Ponovite z drugim uporom 330 Ω.

LDR postavite v primež in vanj spajkajte naše rastoče vezje. Spajkanje na osnovo tranzistorja.

Ponovite z drugim LDR.

Odrežite dolge vodi LDR proti sredini.

Spajate upore 22k Ω na vodi LDR tako, da so upori zaporedni.

Vsak od štirih uporov mora imeti odprte kable, ki kažejo v središče našega vezja (kot je na sliki).

Upognite kable teh uporov proti sosedom, jih skrajšajte in spajajte vse skupaj. Ta uporniški sveženj je zdaj del naše talne tirnice.

4. korak: Spajkalne žice in napajalni PNP

Ta enota kondenzatorjev, tranzistorjev in uporov je naš nestabilen multivibratorski oscilator. Učinkovito so naši možgani za žuželko. LDR delujejo kot oči in bodo nekoliko spremenili frekvenco in širino pulza našega oscilatorja. Samo to vezje ne more napajati tuljave zvočnikov, zato ga bomo priključili na Q3, naš napajalni tranzistor (BD140 ali 2N4920).

Pozitivno tirno žico spajkajte na oddajnik Q1.

Spajajte ozemljitveno žico na snop upora.

Spajite tretjo žico na oddajnik Q2 (na sliki kot oranžna).

Ta tretja žica spajkajte na dno Q3, napajalnega tranzistorja pnp (2N4920).

Odstranite pozitivno vodilo približno 1 1/2 palca navzdol in spajkajte na oddajnik Q3.

Na tej točki se rad malo odmorim od spajkanja in na krog nanesem običajen sloj čistega laka za nohte. To bo pomagalo preprečiti kratke hlače, če je vezje upognjeno ali zmečkano, in bo tako zaščitilo pred vremenskimi vplivi. Nanesite več slojev.

Preverite, ali nikjer niste kratkega stika. Preverite, ali vezje še vedno deluje, tako da rdečo žico napajate z +9V, ozemljite črno ali rjavo žico in jo pripnete na zbiralnik Q3. Uporabljam majhno 5V svetilko ali rezervni zvočnik. Ker Q3 zmore le približno 1 amp, ne pregrevajte tega tranzistorja s preveč moči in premajhnim uporom. Naredite svoje izračune (I = V/R) ob predpostavki enosmernega toka. Teoretično je povprečni tok zaradi impulznega učinka polovica enosmernega toka pri tirni napetosti, vendar nam bo to pomagalo pustiti prostor za napake.

5. korak: Izrežite glasovno tuljavo in spajkanje

Vzemite majhen poceni zvočnik z delujočo glasovno tuljavo in ga izrežite. Začnite z rezanjem okoli roba stožca zvočnika in pazite, da ne prerežete konektorjev žice pod njim.

Odtaknite ali odlepite konektorje žic iz kositra z jezičkov košare.

Odrežite mrežno vzmetenje tik nad stalnim magnetom.

Odstranite zvočno tuljavo in odrežite odvečni papir in mrežico. Priključke za žice pustite čim dlje.

Konice žicnih konektorjev iz kositra pokositrite in enega spajkajte na zbiralnik Q3.

Drugi priključek spajkajte na podaljšek.

Odstranite sredino te nove žice in jo spajkajte na ozemljitveno tirnico.

6. korak: Oblikujte krila

Na prosojnico sem natisnil vzorce kril žerjava.

Krila lahko narišete tudi s peresniki in ostrinami na acetat.

Zabavajte se v barvanju kril in jih naredite edinstvene in zanimive.

List acetata položite na staro revijo in s šilom pritisnite v žile. Izmenjujte se spredaj in zadaj, da ustvarite konkavne in konveksne gube v acetatu. To ne samo dodaja iluzijo pravih kril žuželk, ampak tudi krepi krila.

Odrežite krila, vendar jih pustite kot par! Na sredini pustite nekaj dodatnega materiala, da bo naša zvočna tuljava imela več materiala za premikanje.

7. korak: Privežite krila na monofilament

Za začetek vezanja boste potrebovali približno 35 funtov monofilamenta, naše višje stene od prej, škarje, krila, nit in klekljano vezico. *Predlagani popravek: Za te nosilce kril uporabite težje monofilamente ali tanko žico. Na sliki in izdelani model izgubi mehansko učinkovitost, ko se monofilament med premikom navzdol upogne navzven.

Odrežite dva kosa, dolga pet centimetrov in en kos položite v primež. Ohlapno privežite krila na monofilament v vzorcu osem.

Ponovite z drugim kosom monofilamenta in drugim krilom.

V vozle na vsakem kosu sem dodala malo lepila za dodatno varnost. Prepričajte se, da lepilo ne ovira zmožnosti krila. Ta naj bi deloval kot tečaj, monofilament pa je naša oporna točka.

8. korak: Zgradite prsni koš in glavo

V tej fazi se vse združi naenkrat.

Vzemite tri palčni kos 100 lb monofilamenta ali trde cevi in na dolžino privežite nit.

Vzemite tri, sedem palčne kose cvetlične žice in vsakega zavežite na sredino po dolžini naše telesne zgradbe. To bodo naše noge.

Zadnje koščke manjših monofilamentov iz naše krilne enote zavežite tik za zadnjimi nogami, pri čemer pustite prostor za poznejšo prilagoditev njihove dolžine.

Poiščite magnetni zatič, kot je na sliki. To bo držalo naš stalni neodim magnet.

Vezajte vezje, ki smo ga zgradili na noge / telo.

Magnetni zatič privežite na telo za glavo, vendar pred Q3.

Na telo tik za glavo privežite dva majhna peresa, ki štrlijo naprej kot antene (to je čisto estetsko).

Sprednje kose manjših monofilamentov prinesite iz krilne enote naprej in jih privežite na telo blizu glave. Vsak kos povlecite, da se prepričate, da so krila centrirana in se dvignejo nad magnet.

Papirno cev zvočne tuljave prerežite proti sredini, da lahko v njej potisnemo acetat kril. Celotna ta struktura bi morala lebdeti nad zatičem, kamor bo šel naš magnet, zato, ko tok teče skozi tuljavo, magnetna sila potegne krila navzdol in konice kril se dvignejo.

9. korak: Zgradite trebuh

Priključite trstično stikalo na zadnji del telesa. To bo vrh trebuha, kjer bodo naši občutljivi brki. Prilepite talno tirnico na eno nogo trstičnega stikala.

Drugi kratki kos žice spajkajte na drugo nogo trstičnega stikala.

Pozitivno tirnico zvijte, da ustvarite veliko površino baterije.

Novi kratki kos žice, priključen na stikalo, zvijte, da se dotakne negativne ali 0V strani baterije.

Pripnite majhno 12V baterijo na trebuh in pritrdite kable za baterijo, da bodo trdno povezani. V trebuh sem moral dodati nekaj kosov težkih monofilamentov, da preprečim, da bi se baterija prevrnila na nasprotno stran trebuha, ko sem jo privezala.

Preizkusite! Ali se krila premikajo proti magnetu? Prepričajte se, da je polarnost magneta pravilna, tako da sledite desnemu pravilu elektromagnetnega toka in uporabite analogni kompas za določitev polarnosti vašega trajnega magneta. Če ste zgradili vezje, kot sem opisal, tok teče skozi zbiralnik Q3, skozi tuljavo in proti talni tirnici ali 0V strani baterije.

Če želite dokončati, upognite cvetlične žične noge, da bodo videti kot hrošč, kot želite! Poskusite z lepilom, kjer se noge stikajo s telesom, če so preveč krhke. Uživajte!

Prosim, sporočite mi, če imate kakršna koli vprašanja. To je vsekakor prefinjen projekt. Majhen gumijasti trak med vodi akumulatorja jih lahko pomaga držati na mestu.

Vso srečo!

Prva nagrada na tehničnem tekmovanju