自己动手组装机器人

自己动手组装机器人

如何制作你自己的独立自组装机器人？本制作项目将对应用于我们的科学研究中的机器人的每一个细节作详细描述，包括 CAD 文件、源代码、组装指导等等。你一般可以轻易找齐所有所需要的材料来重现我们的实验，或者制作出一个有趣的玩具。

制作印刷电路板（PCB）PCB 是通过Eagle PCB 设计软件进行设计的。Gerber 文件可以直接发送到 PCB 制作服务，制作出电路板来。还附上了面板化的 gerber 文件——这个版本将机器人的 PCB 分成了 16 块面板，让制造的效率更高，成本更低。

我们将电路设计得简单而灵活，因为我们在开始并计划着试用了各种各样的控制算法、执行机构，以及通讯方式时还没有将机器人的设计方案最终定下来。我们还需要让电路既小又轻。我们在最终设计方案中决定采用体积非常小的表面封装（SMT）元件，并得以把一个微控制器、10 支表示状态的发光二极管、4 个用于驱动执行机构的场效应晶体管，以及编程/电力接头布置在了一块 25 毫米 × 25 毫米的电路板上，上面还配备了供 4 个执行机构和 4 个传感器连接的接触点。我们试着把电路板做得更小，但那样组装起来难度就太大了。我们所采取的简单而灵活的策略得到了很好的效果——我们后来用多余的电路板又进行了其他 3 项于此完全无关的制作项目。

组装电路。

线圈与磁体：电磁线圈被压装在黄色底板上切出的一个孔中，而立方形的稀土磁体被压装在红色的闩锁臂中。

闩锁臂的平衡：闩锁臂的形状让它微妙地平衡在这支点上，因此微弱的电磁力就能够让它开启或闭合。

通讯线圈

闩锁臂挂钩：用于抓住其他的机器人。它通常处于“闭锁”位置，从而可以抓住任何碰上它的机器人。在两个机器人相互进行通讯了以后，它可以决定激活电磁铁，将闭锁打开，升起挂钩，放开那个被抓住的机器人。

机器人带有两个电磁驱动的闩锁。红色的闩锁臂压装有一个 3 毫米的立方体磁铁（NdFeB 类型），而黄色的机器人底座压装有一个圆柱线圈。这些线圈都是根据以下规格自信制备的：700 匝 42 口径的线圈线，长 4 毫米，缠绕在一个直径 2 毫米的轴上。制作出来的线圈外径大约为 4 毫米，内径大约为 2 毫米。我们之所以选择这样的线圈规格是为了能够直接利用机器人的电源来驱动它们，并且产生适当的电量。我们一开始试着在线圈中插入一个磁芯，这样可以让它的功率更大，但是我们找不到一个可以在线圈断电之后失去磁性的磁芯，而且我们也无法翻转线圈的极性（每个执行机构配备 1 个场效应晶体管是无法做到的，得有 4 个才行）。

通讯

通讯线圈1：通讯线圈被压装在黄色底座中。其顶端与底座表面齐平。当两个机器人闭锁在一起时，它们的通讯线圈就会正好靠在一起，虽然由于空气曲棍球台面上混乱的环境会让机器人发生剧烈的扭曲，因此实际上这两个线圈可能相距最多有 5 毫米。

通讯线圈2：在这个标签下面还有另一个通讯线圈

塑料弯片：在黄色底座上插入一块特殊设计的塑料弯片，让通讯线圈固定在其中。

机构线圈：驱动闩锁臂的执行机构线圈

铜片：粘贴式的铜片让电路联通到另一个通讯线圈上

微控制编程

1）列队一群黄色和绿色的机器人将会排列成黄色的一排与绿色的一排。

2）错误修正结晶：单个的“种子”晶体将会以螺旋形式组成一个完美的黄绿相间的棋盘。

3）感染和重新编程：机器人们一开始使用结晶算法组合。接着放入一个病毒机器人，它会对其他机器人注入新的程序，并在晶体中传播开来。最后晶体组合会散开，这些机器人单元会使用列队算法排成两排

4）DNA复制：单独的一串机器人（4 个、5 个等等）被放入一群自由的机器人之中。其 DNA 通过只有本地状态和本地信息传输的错误修正算法以指数增长的速度进行复制——就像真实的 DNA 复制一样。

1. 制作印刷电路板

2. 在印刷电路板上布置元件

3. 对微控制器进行编程

4. 制作机器人的塑料零件

5. 组装机器人的塑料零件

6. 在机器人的架构中组装磁体

7. 在机器人的架构中组装电子器件

8. 测试