แมลงไฟฟ้าหรือ Flapping Oscillator: 9 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

บทนำ

ฉันติดตามการพัฒนาวิทยาการหุ่นยนต์มาประมาณ 10 ปีแล้ว และภูมิหลังของฉันคือชีววิทยาและวีดิทัศน์ ความสนใจเหล่านี้ได้โคจรรอบความหลงใหลในตัวฉัน กีฏวิทยา (การศึกษาแมลง) แมลงเป็นเรื่องใหญ่ในหลายอุตสาหกรรม และเป็นที่มาของแรงบันดาลใจอย่างมาก โชคดีที่ชีววิทยาและแมลงกำลังได้รับความนิยมในวิทยาการหุ่นยนต์ผ่านชีวเลียนแบบและชีววิทยาสังเคราะห์ ฉันรู้สึกตื่นเต้นเป็นพิเศษกับความก้าวหน้าของนักฆ่าแมลง CIA ได้สร้างเครื่องกำจัดแมลงที่บินได้ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 และแมลงจะยังคงมีบทบาทสำคัญต่อวิธีการแก้ปัญหาในวิทยาการหุ่นยนต์ ฉันต้องการแบ่งปันวิธีการทางศิลปะในการสร้างรูปปั้นแมลงด้วยไฟฟ้าของคุณเอง

งานฝีมือชิ้นหนึ่งที่เน้นไปที่คุณสมบัติของแมลงเป็นอย่างมากคือศิลปะการผูกแมลงวัน Fly Tying เป็นวิธีการสร้างเหยื่อตกปลาแบบ Fly Fishing งานฝีมือชิ้นนี้ใช้วัสดุและเครื่องมือที่หลากหลาย และต้องใส่ใจในรายละเอียด ในขณะที่ใช้เทคนิคที่เหมาะสมอย่างมากในการออกแบบที่สวยงามให้สมบูรณ์

ฉันไม่ได้ตื่นเต้นกับการพิมพ์ 3 มิติหรือไมโครคอนโทรลเลอร์มากเกินไป ฉันกำลังพยายามผลิตสัตว์ไฟฟ้าที่ไม่ใช้เทคโนโลยีเหล่านี้ ดูเหมือนว่าไม่ว่าคุณจะต้องการสำรวจเซ็นเซอร์หรือการแสดงออกทางกลแบบใด ทั้งหมดจะต้องป้อนผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์ ย้อนความหลังกันหน่อย และทำให้สมองของเรา ออสซิลเลเตอร์!

สิ่งที่ผมเสนอให้คุณคือ เราใช้เครื่องมือ วัสดุ และเทคนิคในการผูกแมลงวันเป็นพื้นฐานในการสร้างแมลงไฟฟ้าที่สวยงาม น้ำหนักเบา มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว หวังว่าจะสร้างแรงบันดาลใจให้เพื่อนและครอบครัวของคุณชื่นชมแมลงและงานฝีมือ

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบ Oscillator ของคุณ

มีวงจรออสซิลเลเตอร์มากมายให้เลือกทางออนไลน์ หลังจากตรวจสอบความหลากหลายแล้ว ฉันรู้สึกว่าเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ Astable Multivibrator ที่ง่ายที่สุดและ "เป็นธรรมชาติที่สุด" ที่สุดคือ วงจรนี้สามารถสร้างขึ้นได้ด้วยตัวต้านทานแบบสมมาตรหรือแบบอสมมาตร ส่งผลให้ความกว้างพัลส์แตกต่างกันเล็กน้อย ขึ้นอยู่กับ "ด้าน" ของวงจรที่คุณใช้เอาต์พุต

ส่วนประกอบสำหรับวงจรที่ฉันเลือกคือ:

จำนวน: รายการ:

x1 2N4403 pnp ทรานซิสเตอร์

x1 2N3905 pnp ทรานซิสเตอร์ (พินเอาท์แบบมิเรอร์)

ตัวต้านทาน x2 330 Ω

ตัวต้านทาน x2 22k Ω

ตัวเก็บประจุ x2 4.7 μF 16V

x2 ตัวต้านทานแบบพึ่งพาแสง (LDR) ในช่วง 0 - 30k Ω

x1 2N4920 ทรานซิสเตอร์ pnp (จับ 1 แอมป์)

x1 8+ Ω คอยล์ลำโพง

x1 สวิตซ์กกแบบไม่มีแม่เหล็ก ขนาดเล็ก ไม่ปิด

ฉันต้องการเวลา RC ต่ำและตัวเก็บประจุขนาดเล็ก ดังนั้นฉันจึงเลือกตัวต้านทาน 22k Ω ที่มีตัวเก็บประจุแบบไบโพลาร์ 4.7 μF 16V ซึ่งส่งผลให้ความถี่การสั่นประมาณ 2 - 5 Hz

ฉันยังต้องการให้วงจรได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมด้วย ดังนั้นฉันจึงใส่ตัวต้านทานแบบพึ่งพาแสง (LDR) แบบอนุกรมด้วยตัวต้านทาน 22k สวิตช์นี้เป็นสวิตช์กกขนาดเล็กที่ดึงมาจากวงจรแฟลชกล้องแบบใช้แล้วทิ้ง เราจะใช้สวิตช์นี้เป็นหนวดที่บอบบางที่หน้าท้อง

ขั้นตอนที่ 2: เริ่มการบัดกรี

การใช้ส่วนประกอบเหล่านี้ คุณจะต้องใช้เครื่องมือหลายอย่างในการประสานเข้าด้วยกัน เราจะไม่ใช้ perfboard

หยิบคีมจับสองตัว อันหนึ่งสำหรับยึดส่วนประกอบ และอีกอันสำหรับยึดหัวแร้งของคุณ

นอกจากนี้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณมีเครื่องตัดลวด คีม และแบบจำลองวงจรของคุณเป็นข้อมูลอ้างอิง ฉันได้สร้างต้นแบบวงจรรุ่นที่สองเพื่อให้แน่ใจว่าฉันรู้อยู่เสมอว่าส่วนใดของส่วนประกอบติดอยู่ที่ใด

งอสายนำของทรานซิสเตอร์สองตัวเพื่อให้ตัวสะสมโค้งไปด้านข้าง และฐานโค้งเข้าหาตรงกลาง เนื่องจาก 2N4403 และ 2N3905 (ในภาพเป็น BC557) มีพินเอาท์ที่แตกต่างกัน โปรดระมัดระวังว่าฐานและตัวสะสมอยู่ที่ใด สามารถใช้ทรานซิสเตอร์ pnp สองตัวเดียวกันได้ แต่ฉันชอบคุณภาพ chiral ของพินมิเรอร์ ท้ายที่สุดนี่คือศิลปะ

งอตัวเก็บประจุทำมุมฉาก

ตัดตัวนำให้สั้นบนตัวเก็บประจุและฐานทรานซิสเตอร์และตัวสะสม

ตอนนี้วางทรานซิสเตอร์ไว้ในคีมจับของคุณแล้วนำหัวแร้งไปยังตะกั่วที่ต้องการเพื่อบัดกรี วิธีนี้จะทำให้มือทั้งสองข้างของคุณว่างเพื่อนำตัวเก็บประจุและตัวประสานเข้ามา แล้วประกอบเข้าด้วยกัน

ทำซ้ำขั้นตอนนี้เพื่อให้ฐานและตัวสะสมของทรานซิสเตอร์แต่ละตัวแนบกับตัวเก็บประจุแต่ละตัว

ที่น่าสนใจคือ คีมจับสามารถทำหน้าที่เป็นตัวระบายความร้อนสำหรับทรานซิสเตอร์ และสถาปัตยกรรมของงานบัดกรีที่เสร็จแล้วของคุณทำให้โครงสร้างนี้แข็งแรงอย่างน่าประหลาดใจ

ขั้นตอนที่ 3: ประสานตัวต้านทาน

งอและตัดลีดของตัวต้านทานดังภาพด้านบน

วางตัวต้านทาน 330 Ω ลงในคีมจับและประสานหน่วยทรานซิสเตอร์ตัวเก็บประจุของเราเข้ากับตัวต้านทาน ตามแผนผัง ตัวต้านทานนี้ต้องแนบตำแหน่งที่ตัวสะสมของทรานซิสเตอร์อยู่

ทำซ้ำกับตัวต้านทาน 330 Ω ตัวที่สอง

วาง LDR ไว้ในคีมจับและประสานวงจรที่กำลังเติบโตของเราเข้ากับมัน ประสานกับฐานของทรานซิสเตอร์

ทำซ้ำกับ LDR ที่สอง

ตัดสายยาวของ LDR เข้าหากึ่งกลาง

ประสานตัวต้านทาน 22k Ω กับตัวนำ LDR เพื่อให้ตัวต้านทานอยู่ในอนุกรม

ตัวต้านทานทั้งสี่ตัวควรมีลีดแบบเปิดซึ่งชี้ให้เห็นที่ศูนย์กลางของวงจรของเรา (ตามภาพ)

งอตัวนำของตัวต้านทานเหล่านี้ไปทางเพื่อนบ้าน ตัดให้สั้น และบัดกรีทั้งหมดเข้าด้วยกัน มัดตัวต้านทานนี้เป็นส่วนหนึ่งของรางกราวด์ของเราแล้ว

ขั้นตอนที่ 4: สายบัดกรีและ Power PNP

หน่วยของตัวเก็บประจุ ทรานซิสเตอร์ และตัวต้านทานนี้เป็นออสซิลเลเตอร์มัลติไวเบรเตอร์ที่เสถียรของเรา มันมีประสิทธิภาพสมองของเราสำหรับแมลง LDR ทำหน้าที่เป็นดวงตา และจะปรับเปลี่ยนความถี่และพัลส์ไวด์ของออสซิลเลเตอร์ของเราเล็กน้อย วงจรนี้เพียงอย่างเดียวไม่สามารถจ่ายไฟให้กับคอยล์ลำโพงได้ ดังนั้นเราจะเชื่อมต่อกับ Q3 ซึ่งเป็นเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ของเรา (BD140 หรือ 2N4920)

ประสานลวดรางบวกกับอีซีแอลของ Q1

ประสานสายกราวด์กับมัดตัวต้านทาน

บัดกรีสายที่สามเข้ากับอีซีแอลของไตรมาสที่ 2 (ในภาพเป็นสีส้ม)

ประสานสายที่สามนี้เข้ากับฐานของ Q3 ซึ่งเป็นทรานซิสเตอร์กำลัง pnp (2N4920)

ดึงลวดรางบวกออกประมาณ 1 1/2 นิ้วแล้วประสานเข้ากับอีซีแอลของ Q3

ณ จุดนี้ ฉันชอบที่จะหยุดพักจากการบัดกรีและทายาทาเล็บใสแบบเสรีนิยมกับวงจร สิ่งนี้จะช่วยป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรหากวงจรงอหรือถูกบีบและจะช่วยป้องกันสภาพอากาศได้ อย่าลังเลที่จะทาหลายชั้น

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณไม่ได้ลัดวงจรที่ใดก็ได้ ทดสอบวงจรเพื่อให้แน่ใจว่ายังคงทำงานอยู่โดยจ่ายไฟให้กับสายสีแดงด้วย +9V ต่อสายดินสีดำหรือสีน้ำตาล และตัดไปยังตัวสะสมของ Q3 ฉันใช้หลอดไฟ 5V ขนาดเล็กหรือลำโพงสำรอง เนื่องจาก Q3 สามารถรองรับได้ประมาณ 1 แอมป์เท่านั้น อย่าทำให้ทรานซิสเตอร์นี้ร้อนเกินไปที่มีกำลังมากเกินไปและมีความต้านทานน้อยเกินไป ทำการคำนวณของคุณ (I=V/R) โดยสมมติกระแสไฟตรง ตามทฤษฎีแล้ว กระแสไฟเฉลี่ยอยู่ที่ครึ่งหนึ่งของกระแส DC ที่แรงดันรางเนื่องจากเอฟเฟกต์การเต้นเป็นจังหวะ แต่สิ่งนี้จะช่วยให้เราเว้นที่ว่างสำหรับข้อผิดพลาดได้

ขั้นตอนที่ 5: ตัดวอยซ์คอยล์และบัดกรี

นำลำโพงราคาถูกขนาดเล็กที่มีวอยซ์คอยล์ที่ใช้งานได้แล้วตัดออก เริ่มต้นด้วยการตัดรอบขอบของกรวยลำโพงและตรวจดูให้แน่ใจว่าไม่ได้ตัดขั้วต่อสายดิ้นที่อยู่ด้านล่าง

คลิปหรือ desolder ขั้วต่อสายดิ้นจากแท็บตะกร้า

ตัดตาข่ายกันกระเทือนเหนือแม่เหล็กถาวร

ถอดวอยซ์คอยล์และตัดกระดาษและตาข่ายส่วนเกินออก ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ปล่อยขั้วต่อสายดิ้นไว้ให้นานที่สุด

ดีบุกปลายของขั้วต่อสายดิ้นและประสานหนึ่งตัวกับตัวสะสมของ Q3

ประสานขั้วต่ออื่นเข้ากับสายต่อ

ดึงศูนย์กลางของลวดใหม่นี้ออกแล้วประสานเข้ากับรางกราวด์

ขั้นตอนที่ 6: ออกแบบปีก

ฉันพิมพ์ลวดลายปีกนกกระเรียนลงบนแผ่นใส

คุณยังสามารถวาดปีกโดยใช้ปากกาและที่แหลมบนอะซิเตท

สนุกกับการระบายสีปีกและทำให้พวกมันมีเอกลักษณ์และน่าสนใจ

วางแผ่นอะซิเตทของคุณลงบนนิตยสารเก่าแล้วกดเข้าไปในเส้นเลือดด้วยสว่าน สลับด้านหน้าและด้านหลังเพื่อสร้างรอยพับเว้าและนูนในอะซิเตท สิ่งนี้ไม่เพียงเพิ่มภาพลวงตาของปีกแมลงจริงเท่านั้น แต่ยังทำให้ปีกแข็งแรงอีกด้วย

ตัดปีกออก แต่ปล่อยให้เป็นคู่! วางวัสดุเพิ่มเติมไว้ตรงกลางเพื่อให้วอยซ์คอยล์ของเรามีวัสดุมากขึ้นที่จะผลักไปรอบๆ

ขั้นตอนที่ 7: ผูกปีกกับเส้นใยเดี่ยว

ในการเริ่มต้นผูก คุณจะต้องใช้เส้นใยเดี่ยวประมาณ 35 ปอนด์ คีมจับของเราจากรุ่นก่อน กรรไกร ปีก ด้าย และกระสวยผูกแมลงวัน *การแก้ไขที่แนะนำ: ใช้เส้นใยเดี่ยวหรือลวดเส้นเล็กที่หนักกว่าเพื่อรองรับปีกเหล่านี้ แบบจำลองที่แสดงภาพและสร้างขึ้นจะสูญเสียประสิทธิภาพทางกลเมื่อเส้นใยเดี่ยวโค้งออกด้านนอกระหว่างจังหวะลง

ตัดสองชิ้นยาวห้านิ้วแล้ววางชิ้นหนึ่งลงในคีมจับ ผูกปีกกับเส้นใยเดี่ยวอย่างหลวม ๆ ในรูปแบบเลขแปด

ทำซ้ำกับเส้นใยเดี่ยวชิ้นที่สองและปีกอีกข้าง

ฉันเพิ่มกาวเล็กน้อยให้กับนอตในแต่ละชิ้นเพื่อเพิ่มความปลอดภัย ตรวจสอบให้แน่ใจว่ากาวไม่กีดขวางความสามารถของปีกในการกระพือปีก นี่ควรจะทำตัวเหมือนบานพับและเส้นใยเดี่ยวเป็นจุดศูนย์กลางของเรา

ขั้นตอนที่ 8: สร้างทรวงอกและศีรษะ

ทุกอย่างมาพร้อมกันในช่วงนี้

ใช้เส้นใยเดี่ยวขนาด 100 ปอนด์หรือท่อแข็งขนาด 3 นิ้ว และผูกด้ายเข้ากับความยาวของเส้นใย

ใช้ลวดดอกไม้สามเจ็ดนิ้วแล้วมัดไว้ตรงกลางตามความยาวของโครงสร้างร่างกายของเรา เหล่านี้จะเป็นขาของเรา

ผูกชิ้นหลังของเส้นใยเดี่ยวขนาดเล็กกว่าจากหน่วยปีกของเราที่ด้านหลังขาหลัง ปล่อยให้มีที่ว่างเพื่อปรับความยาวในภายหลัง

ค้นหาหมุดแม่เหล็กตามภาพ สิ่งนี้จะยึดแม่เหล็กนีโอไดเมียมถาวรของเราเข้าที่

มัดวงจรที่เราสร้างไว้บนขา / ลำตัว

ผูกหมุดแม่เหล็กเข้ากับลำตัวด้านหลังศีรษะ แต่อยู่ด้านหน้าของ Q3

ผูกขนเล็ก ๆ สองอันไว้บนลำตัวด้านหลังศีรษะเพื่อให้พวกมันโผล่ออกมาข้างหน้าเหมือนเสาอากาศ (นี่คือความงามล้วนๆ)

นำเส้นใยยาวเดี่ยวขนาดเล็กด้านหน้าจากหน่วยปีกไปข้างหน้าแล้วผูกไว้กับลำตัวใกล้กับศีรษะ ดึงแต่ละชิ้นเพื่อให้แน่ใจว่าปีกอยู่ตรงกลางและยกขึ้นเหนือแม่เหล็ก

ตัดท่อกระดาษของวอยซ์คอยล์ไปทางตรงกลางเพื่อให้เราสามารถสอดอะซิเตทของปีกเข้าไปข้างในได้ โครงสร้างทั้งหมดนี้ควรอยู่เหนือหมุดซึ่งแม่เหล็กของเราจะไป ดังนั้นเมื่อกระแสไหลผ่านขดลวด แรงแม่เหล็กจะดึงปีกลงมาและส่วนปลายของปีกจะกระพือขึ้น

ขั้นตอนที่ 9: สร้างหน้าท้อง

ผูกสวิตช์กกเข้ากับส่วนหลังของร่างกาย นี่จะเป็นส่วนปลายของช่องท้อง ซึ่งเป็นบริเวณที่มีหนวดที่บอบบางของเรา ประสานรางภาคพื้นดินกับขาข้างหนึ่งของสวิตช์กก

ประสานลวดสั้นชิ้นที่สองเข้ากับขาอีกข้างของสวิตช์กก

ม้วนลวดรางบวกเพื่อสร้างพื้นที่ผิวขนาดใหญ่สำหรับแบตเตอรี่

ม้วนลวดสั้นชิ้นใหม่ที่เชื่อมต่อกับสวิตช์เพื่อสัมผัสด้านลบหรือ 0V ของแบตเตอรี่

ผูกแบตเตอรี่ 12V ขนาดเล็กเข้ากับหน้าท้องและยึดสายแบตเตอรี่เพื่อให้มีการเชื่อมต่อที่แน่นหนา ฉันต้องเพิ่มเส้นใยเดี่ยวหนักสองสามชิ้นไปที่หน้าท้องเพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่พลิกไปด้านตรงข้ามของช่องท้องขณะที่ฉันผูกมันไว้

ทดสอบเลย! ปีกขยับเข้าหาแม่เหล็กหรือไม่? ตรวจสอบให้แน่ใจว่าขั้วของแม่เหล็กถูกต้องโดยปฏิบัติตามกฎของกระแสแม่เหล็กไฟฟ้าทางขวามือ และใช้เข็มทิศแบบแอนะล็อกเพื่อสร้างขั้วของแม่เหล็กถาวรของคุณ หากคุณสร้างวงจรตามที่ฉันอธิบาย กระแสจะไหลออกจากตัวสะสมของ Q3 ผ่านขดลวด และไปทางรางกราวด์หรือด้าน 0V ของแบตเตอรี่

ปิดท้ายด้วยการงอขาลวดดอกไม้ให้ดูเป็นแมลงตามที่คุณต้องการ! ลองใช้กาวเล็กน้อยโดยให้ขาชิดกับลำตัวถ้าขาบางเกินไป สนุก!

โปรดแจ้งให้เราทราบหากคุณมีคำถามใดๆ นี่เป็นโครงการที่จู้จี้จุกจิกอย่างแน่นอน แถบยางเล็กๆ ระหว่างสายของแบตเตอรี่สามารถช่วยยึดให้เข้าที่

ขอให้โชคดี!

รางวัลชนะเลิศการแข่งขันเทค