Construire un bras robotique avec Circuit Cubes : étape par étape

Réponse rapide

Construisez un bras robotique Circuit Cubes en commençant par une base stable, puis en ajoutant une articulation à engrenages alimentée par le Cubit Motor Cube, en le connectant à la batterie rechargeable Battery Cubeet se termine par un Cube LED ULTRA LUMINEUX comme voyant d'état. Testez chaque joint à la main avant de l'alimenter et gardez chaque fil court pour que le bras ne se bloque pas. L'assemblage complet prend environ une heure et utilise des pièces que vous possédez probablement déjà.

Un bras robotique est l'un des meilleurs projets de robots Circuit Cubes car il enseigne la mécanique réelle : couple, pivots et équilibre. Contrairement à une voiture qui roule simplement, un bras doit soulever son propre poids, donc chaque choix sur l'emplacement du moteur et le renfort de l'articulation se voit immédiatement dans son bon fonctionnement.

Ce guide vous accompagne à travers une construction en sept étapes utilisant le Cubit Motor Cube, le Battery Cube et le ULTRA BRIGHT LED Cube. Vous réaliserez une base, une articulation d'épaule, un coude, une pince et un simple interrupteur de commande. Chaque étape inclut l'erreur qui bloque le plus souvent la construction et un point de contrôle à confirmer avant de continuer.

Ce dont vous avez besoin avant de commencer

Rassemblez le Cubit Motor Cube, le Battery Cube et le ULTRA BRIGHT LED Cube, ainsi que les essieux personnalisés fournis avec le Motor Cube (10 mm et 14 mm). Vous aurez également besoin d'une plaque de base ou d'une base en briques lourde, de quelques poutres pour les segments du bras et d'un moyen de fabriquer un simple interrupteur marche/arrêt. Si vous avez un Kit Robots RumbleSes pièces structurelles supplémentaires et son deuxième moteur vous offrent une portée plus grande et une pince plus puissante.

Chargez le Battery Cube avant de construire. Son câble microUSB est inclus, et une charge complète fournit environ 3.7 à 4.2 volts CC. Si la LED sur le dessus clignote en rouge pendant les tests, vous avez un court-circuit, alors arrêtez-vous et vérifiez votre câblage avant de continuer. Construire avec une batterie chargée garantit que chaque test reflète votre mécanique, et non une source d'alimentation faible.

• Disposez tous les cubes et essieux sur un plateau afin que les petites pièces ne roulent pas.
• Gardez le Battery Cube éteint jusqu'à ce qu'une articulation soit mécaniquement solide.

Planifiez le bras avant d'assembler quoi que ce soit

Dessinez le bras en trois segments : la base, le bras supérieur et l'avant-bras avec pince. Décidez quelle articulation le Cubit Motor Cube entraînera. Un seul moteur peut bien entraîner une articulation, alors choisissez l'épaule pour un mouvement de levage ou le coude pour un mouvement d'atteinte. Essayer d'entraîner deux articulations avec un seul moteur donne généralement un bras qui ne fait bien ni l'une ni l'autre.

Les engrenages planétaires du Motor Cube réduisent le moteur à environ 160 tr/min, ce qui est assez lent pour déplacer un bras sans le projeter, mais assez rapide pour être utile. Trois ports autour du moteur permettent d'acheminer les fils du Bluetooth Cube ou du Battery Cube sous différents angles, alors planifiez le chemin des fils avant de construire autour du moteur.

• Marquez l'articulation entraînée avec une brique colorée pour la retrouver plus tard.
• Laissez au moins deux tenons de dégagement autour des trois ports du moteur.

Étape 1 : Construisez une base qui ne bascule pas

Commencez par la base la plus large et la plus lourde possible. Un bras robotique génère une force de basculement à chaque levée, et une base étroite cédera avant le moteur. Utilisez une grande plaque de base ou empilez des briques en largeur et en hauteur réduite, puis ancrez la première poutre verticale au centre de cette empreinte plutôt que sur le bord.

Erreur courante : construire la base en dernier. Si vous construisez le bras d'abord et essayez d'ajouter une base en dessous, vous devrez généralement reconstruire l'articulation de l'épaule. Point de contrôle : poussez la base vide sur le côté avec un doigt. Si elle glisse ou bascule facilement, élargissez-la avant d'ajouter quoi que ce soit au-dessus.

• Une base deux fois plus large que la longueur du bras restera bien en place.
• Des pieds en caoutchouc ou une surface texturée sous la base améliorent l'adhérence.

Étape 2 : Construire l'articulation de l'épaule et monter le moteur

Créez un pivot en haut de la base en utilisant un axe traversant deux poutres, puis montez le Cubit Motor Cube de manière à ce que son arbre de sortie s'aligne avec ce pivot. Le Motor Cube est livré avec des axes personnalisés de 10 mm et 14 mm ; utilisez l'axe le plus long lorsque l'articulation s'étend sur plus d'une largeur de poutre. Maintenez le corps du moteur contre la base afin que le boîtier ne tourne pas à la place du bras.

Erreur courante : laisser le moteur pendre de l'articulation sans support. Le moteur fera tourner son propre corps au lieu de soulever le bras. Point de contrôle : tournez le bras à la main sur toute son amplitude avant d'alimenter quoi que ce soit. Il doit bouger en douceur, sans accroc ni balancement.

• Testez le pivot à la main d'abord ; il est plus facile de corriger les frottements avant le câblage.
• Acheminez le fil du moteur vers la base afin qu'il ne traverse pas l'articulation.

Étape 3 : Ajouter le bras supérieur et le coude

Construisez le bras supérieur comme une boîte rigide plutôt qu’une simple poutre. Deux poutres parallèles reliées par des briques transversales résistent bien mieux à la torsion qu’une seule poutre, et cette rigidité permet au couple du moteur d’atteindre réellement la charge. En haut, créez un second pivot pour le coude, en utilisant à nouveau un axe traversant deux poutres.

Erreur courante : rendre le bras supérieur trop long. Chaque plot supplémentaire multiplie la charge sur le moteur de l’épaule. Commencez court, testez la levée, puis allongez si le moteur la gère facilement. Point de contrôle : bras non alimenté, soulevez l’extrémité de l’avant-bras avec un doigt. Si le bras supérieur fléchit visiblement, ajoutez une entretoise avant de continuer.

• Gardez le bras supérieur plus court que l’avant-bras pour un meilleur équilibre.
• Ajoutez une entretoise tous les trois ou quatre plots le long du bras.

Étape 4 : Construire l’avant-bras et la pince

L’avant-bras porte la pince, alors gardez-le aussi léger que possible. Utilisez une seule poutre avec une seule entretoise et construisez la pince à partir de deux mâchoires opposées qui se ferment autour d’un objet. Une pince simple à deux mâchoires tient bien les blocs, les petits jouets et les gobelets en papier sans nécessiter un second moteur. Si vous possédez le Robots Rumble Kit, ses pièces structurelles supplémentaires permettent un cadre de pince plus solide.

Erreur courante : rendre la pince trop lourde ou trop serrée. Une pince qui nécessite de la force pour s’ouvrir gênera le mouvement du bras. Point de contrôle : placez un petit bloc dans la pince et soulevez l’avant-bras à la main. Le bloc doit rester en place sans que la pince ne fléchisse.

• Tapissez les mâchoires de la pince d’un élastique pour une meilleure adhérence.
• Gardez le préhenseur centré sous l’avant-bras pour que la charge reste équilibrée.

Étape 5 : Câbler le Battery Cube et ajouter un interrupteur

Connectez le Cubit Motor Cube au Battery Cube, puis ajoutez un interrupteur simple dans le circuit pour pouvoir arrêter le bras sans débrancher les fils. Un interrupteur à levier ou à pression fonctionne bien. Gardez chaque longueur de fil courte et rangez les fils le long du bras plutôt que de les laisser former des boucles qui pourraient s’accrocher à l’articulation. Les bornes positive et négative du Battery Cube doivent correspondre aux connexions du moteur.

Erreur courante : croiser les fils au niveau d’une articulation mobile. Les fils qui se plient à chaque mouvement du bras finiront par se détacher. Point de contrôle : allumez le Battery Cube et observez le bras effectuer un cycle complet. Si la LED sur le dessus du Battery Cube clignote en rouge, il y a un court-circuit ; éteignez et inspectez le câblage.

• Laissez une petite boucle de service de fil près de chaque articulation, pas un passage tendu.
• Étiquetez l’interrupteur pour qu’un jeune constructeur sache comment arrêter le bras.

Étape 6 : ajoutez le LED Cube comme voyant d’état

Montez le ULTRA BRIGHT LED Cube en haut du bras ou sur la base comme une balise. Une LED est sensible à la polarité, donc le courant ne circule que dans un seul sens. Si elle ne s'allume pas lorsque vous connectez les fils à la batterie, inversez les fils pour inverser le sens du courant. Le LED Cube n'est qu'une partie d'un circuit, il a donc besoin du Battery Cube et d'un chemin complet pour fonctionner.

Erreur courante : supposer qu'une LED morte signifie une batterie déchargée. Essayez d'abord d'inverser les fils. Point de contrôle : la LED doit briller régulièrement lorsque le bras est sous tension. Si elle clignote lorsque le bras bouge, un fil est desserré à une jonction, alors suivez le tracé et remettez-le en place.

• Orientez la LED vers l'avant pour qu'elle serve de projecteur pour le préhenseur.
• Utilisez la LED comme un contrôle visuel rapide pour vérifier que le circuit est complet.

Étape 7 : Testez, ajustez et améliorez le bras

Faites d'abord effectuer au bras des mouvements de préhension, de levage et de dépôt avec un objet léger, puis augmentez progressivement le poids. Si l'épaule cale, raccourcissez le bras supérieur ou rapprochez le moteur de la base. Si la pince glisse, ajoutez du matériau antidérapant ou resserrez l'écartement des palettes. De petites modifications mécaniques corrigent souvent plus de problèmes que les modifications électriques.

Erreur courante : ajouter plus de puissance pour résoudre un problème mécanique. Le Battery Cube fournit une tension fixe de 3.7 à 4.2 volts, donc un bras bloqué est presque toujours un problème de couple ou d'équilibre, pas un problème de tension. Point de contrôle : le bras doit effectuer un cycle complet de préhension et de dépôt trois fois de suite sans caler, basculer ou laisser tomber l'objet.

• Testez d'abord avec des objets légers avant d'essayer quelque chose de lourd.
• Si le bras bascule, élargissez la base plutôt que de ralentir le moteur.

Étapes de construction du bras robotique en un coup d'œil

1. Construisez d'abord la base : Réalisez la base la plus large et la plus lourde possible et ancrez la première poutre verticale en son centre. Poussez la base vide latéralement avec un doigt pour tester sa stabilité. Point de contrôle : si la base glisse ou penche, élargissez-la avant d'ajouter quoi que ce soit par-dessus.
2. Créez le pivot de l'épaule et montez le moteur : Faites passer un axe à travers deux poutres, puis montez le Cubit Motor Cube de manière à ce que son arbre de sortie s'aligne avec ce pivot. Utilisez un axe de 14 mm si l'articulation couvre plus d'une largeur de poutre. Point de contrôle : tournez le bras à la main sur toute sa plage sans blocage ni oscillation.
3. Construisez un bras supérieur rigide et un coude : Utilisez deux poutres parallèles reliées par des briques transversales au lieu d'une seule poutre, et ajoutez un deuxième pivot en haut pour le coude. Gardez le bras supérieur court au début. Point de contrôle : soulevez l'extrémité de l'avant-bras avec un doigt ; si le bras supérieur fléchit, ajoutez une entretoise transversale.
4. Ajoutez un avant-bras léger et une pince à deux pales : Gardez l'avant-bras aussi léger que possible et construisez deux pales opposées qui se ferment autour d'un objet. Centrez la pince sous l'avant-bras pour que la charge reste équilibrée. Point de contrôle : un petit bloc dans la pince doit rester en place lorsque vous soulevez l'avant-bras à la main.
5. Câblez le Battery Cube et ajoutez un interrupteur : Connectez le moteur au Battery Cube avec un interrupteur dans le circuit et faites passer les fils le long du bras plutôt que de les laisser pendre au niveau de l'articulation. Faites correspondre les bornes positive et négative. Point de contrôle : un voyant LED rouge clignotant sur le Battery Cube indique un court-circuit ; éteignez et inspectez le câblage.
6. Montez le ULTRA BRIGHT LED Cube : Placez la LED en haut du bras ou sur la base comme une balise. Si elle ne s'allume pas, inversez les fils, car une LED ne laisse passer le courant que dans un seul sens. Point de contrôle : une lueur constante confirme que le circuit est complet ; un scintillement indique un fil desserré à une jonction.
7. Testez, ajustez et améliorez : Effectuez d'abord des mouvements de prise, levage et dépôt avec un objet léger, puis augmentez progressivement le poids. Corrigez les blocages en raccourcissant le bras supérieur ou en rapprochant le moteur de la base. Point de contrôle : trois cycles complets de prise et de dépôt sans blocage, basculement ou chute.

Les pièces qui font fonctionner ce montage

• Cube moteur Cubit : Les moteurs à engrenages Cubit sont compacts et puissants, avec de minuscules engrenages planétaires qui réduisent la vitesse élevée du moteur à environ 160 tr/min pour fournir un couple aux engrenages et aux roues. Trois ports autour du moteur offrent une polyvalence maximale pour connecter les fils du Cube Bluetooth. Comprend le Cubit Motor Cube et des essieux personnalisés de 10 mm et 14 mm. L'engrenage à 160 tr/min vous donne un couple utilisable pour soulever un bras, au lieu d'un moteur qui tourne trop vite pour être contrôlé, et les trois ports vous permettent d'acheminer les fils loin de l'articulation mobile.
• Cube batterie : Le Classic Battery Cube est la source d'alimentation de vos circuits, avec une borne positive et une borne négative. Lorsque vous actionnez l'interrupteur d'alimentation, il délivre environ 3.7 à 4.2 volts CC. Si la LED sur le dessus du cube clignote en rouge, vous avez provoqué un court-circuit et devez résoudre le problème. Il est rechargeable et est livré avec son propre câble microUSB. La LED rouge clignotante est l'avertissement de court-circuit le plus rapide lors des tests, et la batterie rechargeable vous permet d'effectuer des tests de bras répétés sans acheter de piles jetables.
• Cube LED ULTRA LUMINEUX : Le LED Cube est une lumière très brillante, ce qui en fait un projecteur parfait pour votre véhicule ou une balise au sommet de votre phare. Une LED est un dispositif sensible à la polarité, ce qui signifie que le courant ne circule que dans un seul sens. Si la LED ne s'allume pas lorsque vous branchez les fils à la batterie, essayez d'inverser les fils pour inverser le sens du courant. Le LED Cube n'est qu'une partie d'un circuit. Le monter sur le bras vous permet de vérifier visuellement instantanément que le circuit est complet, et savoir qu'il est sensible à la polarité vous évite de diagnostiquer à tort un fil inversé comme une pièce défectueuse.

Un bras robotique Circuit Cubes est une leçon de mécanique déguisée en jouet. Construisez une base large, gardez le bras supérieur court, testez chaque articulation à la main avant de l'alimenter, et considérez un voyant LED rouge clignotant sur le Battery Cube comme un signal pour vérifier le câblage. Une fois que le bras effectue un cycle de pick-and-place propre, essayez d'étendre la portée ou d'ajouter un second moteur d'un Robots Rumble Kit pour une pince plus puissante.