Mini USB-gevoede trilrobot!

Mini USB-gevoede trilrobot!

Leer solderen op printplaat en maak een leuke trilrobot.
Trilrobots of vibrorobots zijn leuke kleine robots die aangedreven worden door trilmotoren.

In dit project maak je een trilrobot op basis van een gegeven pcb-ontwerp. Je robotje zal geen batterij nodig hebben, het wordt gevoed via een condensator die geladen wordt via USB.

Je kan deze dan afwerken met zelfbedachte aankleding. Wat dacht je van een sumoworstelende bot die anderen uit de weg kan duwen? De keuze is aan jou!

Deze handleiding werd ontwikkeld door Wim Van Gool voor Maakbib.

Benodigdheden

Materialen:

  • Voltage regulator 2.5V low-dropout (LDO)
  • Trilmotor 4x8m
  • Condensator 2.7V 1F (of groter)
  • 2-polige schuifschakelaar
  • printplaat
  • Gereedschap:

    • Soldeerbout
    • Soldeersel
  • Kniptang
  • componenten

    Hier enkele links (2020) waar je de onderdelen kan aankopen.

    Als je de keuze hebt, gebruik bij voorkeur een soldeerbout met een punt van maximaal 1.5mm breedte. Kies ook voor een kleine kniptang specifiek voor elektronica toepassingen.

    Als je graag printplaten voor dit project wilt laten maken, kan je met de design files in downloads terecht bij printplaatfabrikanten zoals AQC / Eurocircuits / JLCPCB / OSHPark / PCBWAY / SeeedStudio / …

    Aan de slag

    Als je nog geen ervaring hebt met solderen, neem deze documenten door:

    Let op je veiligheid en draag ALTIJD een veiligheidsbril bij het solderen.
    Maak een staart in je haar als je lang haar hebt!

    Stap 1

    Plaats de 2.5V LDO en de schakelaar in de print en soldeer deze beide alvast zoals in de volgende figuur.

    stap1

    Stap 2

    Plaats de motor op de print. Hiervoor moet je voorzichtig de beentjes van de motor rechtbuigen.

    stap2

    stap2b

    Stap 3

    Plaats de condensator, let hierbij op de richting!

    stap3

    De lange poot is de + pin. Als je goed kijkt, zal je ook merken dat op het zwarte cilinder een grijze band met min tekens afgedrukt staat om de min pool aan te duiden.

    stap3

    Kijk nog eens goed na hoe de condensator zit voor je hem gaat solderen! Er staat een + op de printplaat waar de + pin moet komen.

    Stap 4

    Tijd om de lange pinnen in te korten! stap4a

    Opgelet! Houd de pinnen tegen met je hand, anders vliegen ze weg!

    stap4a

    Kijk goed na dat alles er proper uitziet en er geen kortsluitingen zijn.

    stap4c

    Stap 5

    Tijd om de trilrobot voor de eerste keer op te laden in een USB poort.

    stap5

    Als hij onmiddellijk begint te trillen, moet je de schakelaar eerst in de uit stand zetten.

    Stap 6

    Laat nu je fantasie vrij en tover deze printplaat om in een grappig robotje. Zo kan je hier een tandenborstel op vastkleven om zo een bristlebot te maken. Of kan je met dik papier of dun karton een model van CubeeCraft maken.

    Laat dan verschillende trilbots tegen elkaar racen.

    STEM

    In deze activiteit ga je de volgende talenten trainen: planmatig werken, nauwkeurig werken, veilig werken en handigheid.

    Als je dan de werking onderzoekt, ontdek je heel wat wiskunde en natuurkunde.

    Hoe werkt dit circuit?

    De condensator van dit project ga je opladen via een USB-poort. Eens deze volledig vol is en je de schakelaar omklikt, zal deze de motor doen draaien en leeglopen.

    De condensator dient om tijdelijk energie op te slaan. Net zoals de herlaadbare batterij van een gsm of laptop. We gebruiken hier een USB-poort om deze energie aan te leveren. Echter is deze spanning te hoog voor onze condensator, dus plaatsen we een voltage regulator LDO, een specifiek stukje elektronica die deze 5V van de USB-poort zal verlagen naar 2.5V. Hiermee kunnen we de condensator opladen tot een maximale spanning van 2.5V. Eens deze opgeladen is (dit is reeds na enkele seconden!) kan je de trilbot verwijderen uit de USB-poort en de schakelaar verzetten. Hierdoor sluit je het circuit en zal zo de trilmotor voeding krijgen van de condensor.

    Hoe snel gaat zo een condensator nu leeg?

    Het leeglopen van de condensator kan je berekenen door de tijdsconstante (tau: τ) te bepalen. Deze tijdsconstante is gelijk aan het product van de weerstand van de verbruiker en de capaciteit van deze condensator. In het geval van een condensator van 1F (Farad) en een weerstand van 1Ω (Ohm) is dit gelijk aan 1s.

    τ=R×C

    R is de weerstandswaarde en drukken we uit in Ohm wat afgekort wordt met de Griekse letter Omega: Ω

    C is de capaciteitswaarde en drukken we uit in Farad. Typische waarden zijn echter nF (nano Farad, of 10-9F) en µF (micro Farad, of 10-6F = 0.000001 F).

    Een condensator is volledig leeg na 5 τ , of in ons voorbeeld, 5 x 1Ω x 1F = 5 seconden. Maar dat wil niet zeggen dat de condensator na 4 seconden nog een hoge spanning heeft, met andere woorden, voor de condensator leeg is zal hij al niet meer genoeg spanning hebben om de motor te doen draaien.

    Als we de complexe rekenwijze erbij halen kunnen we uitrekenen hoeveel spanning er nog over de condensator staat te allen tijde van het ontlaadproces. De formule in kwestie is:

    formule

    Waarbij:

    • Vc de spanning over de condensator is
    • Vs de start spanning toen deze opgeladen was
    • t de verstreken tijd in seconden sinds het begin van het ontladen
    • RC of de tijdsconstante
    • e is een constante, genoemd de natuurlijke logaritme, je kan het benaderen als e=2,718

    Als we dit op een grafiek zetten krijgen we volgend verloop

    formule

    Als we dit dan even in een tabel gieten krijgen we volgende waarden:

    formule

    De motor die we gebruiken werkt vanaf 1.5 V, dus 60% van onze spanning van 2.5 V, dus is de maximum tijd dat de motor werkt volgens bovenstaande tabel 0,5 τ. Verder is de weerstand R van de motor ongeveer 50 Ohm, terwijl de condensator die we gebruiken er een is van 1F.

    We besluiten dat de trilmotor 0,5 x 50 x 1 = 25 seconden moet werken!

    Bronnen

    Nuttige links als je meer wilt weten en onderzoeken.

    Downloads

    Handleiding: Download


    PCB productie files: Download