Como construir um braço robótico com Circuit Cubes: passo a passo

Resposta rápida

Construa um braço robótico Circuit Cubes começando com uma base estável, depois adicione uma junta dentada alimentada pelo Cubit Motor Cube, ligando-o à bateria recarregável Battery Cubee terminando com um Cubo LED ULTRA BRILHANTE como luz de estado. Teste cada junta manualmente antes de ligar e mantenha cada fio curto para que o braço não emperre. Toda a montagem demora cerca de uma hora e utiliza peças que provavelmente já possui.

Um braço robótico é um dos melhores projetos de robôs Circuit Cubes porque ensina mecânica real: binário, pivôs e equilíbrio. Ao contrário de um carro que apenas anda, um braço tem de levantar o seu próprio peso, por isso cada escolha sobre onde colocar o motor e como escorar a junta reflete-se imediatamente no seu funcionamento.

Este guia acompanha-o através de uma construção em sete passos utilizando o Cubit Motor Cube, o Battery Cube e o ULTRA BRIGHT LED Cube. Vai criar uma base, uma articulação do ombro, um cotovelo, um gripper e um simples interruptor de controlo. Cada passo inclui o erro que mais frequentemente atrasa a construção e um ponto de verificação para confirmar antes de continuar.

O que precisa antes de começar

Reúna o Cubit Motor Cube, o Battery Cube e o ULTRA BRIGHT LED Cube, além dos eixos personalizados que acompanham o Motor Cube (10 mm e 14 mm). Também vai precisar de uma placa de base ou de uma base de tijolos pesada, algumas vigas para os segmentos do braço e uma forma de fazer um simples interruptor liga/desliga. Se tiver um Kit Robots RumbleAs suas peças estruturais extra e o segundo motor dão-lhe mais alcance e uma garra mais forte.

Carregue o Battery Cube antes de construir. O cabo microUSB está incluído e uma carga completa fornece aproximadamente 3.7 a 4.2 volts DC. Se o LED no topo piscar a vermelho durante os testes, tem um curto-circuito, por isso pare e verifique a cablagem antes de continuar. Construir com uma bateria carregada garante que cada teste reflete a sua mecânica, não uma fonte de alimentação fraca.

• Disponha todos os cubos e eixos numa bandeja para que as peças pequenas não rolem.
• Mantenha o Battery Cube desligado até que uma junta esteja mecanicamente sólida.

Planifique o braço antes de encaixar qualquer coisa

Esboce o braço em três segmentos: base, braço superior e antebraço com garra. Decida qual articulação o Cubit Motor Cube irá acionar. Um único motor pode acionar bem uma articulação, por isso escolha o ombro se quiser movimento de elevação ou o cotovelo se quiser movimento de alcance. Tentar acionar duas articulações com um motor geralmente resulta num braço que não faz bem nenhuma das duas.

As engrenagens planetárias do Motor Cube reduzem o motor para cerca de 160 RPM, o que é suficientemente lento para mover um braço sem o atirar, mas suficientemente rápido para ser útil. Três portas à volta do motor permitem encaminhar fios do Bluetooth Cube ou Battery Cube de diferentes ângulos, por isso planeie o percurso dos fios antes de construir à volta do motor.

• Marque a articulação acionada com um tijolo colorido para a encontrar mais tarde.
• Deixe pelo menos dois pinos de folga à volta das três portas do motor.

Passo 1: Construa uma base que não tombe

Comece com a base mais larga e pesada que conseguir fazer. Um braço robótico gera uma força de tombamento sempre que levanta algo, e uma base estreita falhará antes do motor. Use uma placa de base grande ou empilhe blocos baixos e largos e, em seguida, fixe a primeira viga vertical no centro dessa área em vez de na borda.

Erro comum: construir a base por último. Se construir o braço primeiro e tentar adicionar uma base por baixo, normalmente terá de reconstruir a articulação do ombro. Ponto de verificação: empurre a base vazia para o lado com um dedo. Se deslizar ou tombar facilmente, alargue-a antes de adicionar qualquer coisa por cima.

• Uma base com o dobro da largura do comprimento do braço permanecerá firme no lugar.
• Pés de borracha ou uma superfície texturizada sob a base aumentam a aderência.

Passo 2: construir a articulação do ombro e montar o motor

Crie um pivô no topo da base usando um eixo através de duas vigas e, em seguida, monte o Cubit Motor Cube de modo que o seu veio de saída fique alinhado com esse pivô. O Motor Cube é fornecido com eixos personalizados de 10 mm e 14 mm; use o eixo mais longo quando a articulação abranger mais do que uma largura de viga. Mantenha o corpo do motor apoiado contra a base para que a carcaça não rode em vez do braço.

Erro comum: deixar o motor pendurado na junta sem suporte. O motor girará o seu próprio corpo em vez de levantar o braço. Ponto de verificação: rode o braço manualmente em toda a sua amplitude antes de ligar qualquer coisa. Deve mover-se suavemente, sem emperrar ou oscilar.

• Teste o pivô manualmente primeiro; é mais fácil corrigir o atrito antes da cablagem.
• Encaminhe o fio do motor para a base para que não cruze a junta.

Passo 3: Adicionar o braço superior e o cotovelo

Construa a parte superior do braço como uma caixa rígida em vez de uma única viga. Duas vigas paralelas ligadas por tijolos transversais resistem muito melhor à torção do que uma única viga, e essa rigidez é o que permite que o binário do motor chegue efetivamente à carga. No topo, crie um segundo pivô para o cotovelo, novamente usando um eixo através de duas vigas.

Erro comum: tornar a parte superior do braço demasiado comprida. Cada pino extra multiplica a carga no motor do ombro. Comece curto, teste a elevação e só prolongue se o motor a suportar facilmente. Ponto de verificação: com o braço desligado, levante a extremidade do antebraço com um dedo. Se a parte superior do braço vergar visivelmente, adicione uma cinta transversal antes de continuar.

• Mantenha a parte superior do braço mais curta do que o antebraço para um melhor equilíbrio.
• Adicione uma cinta transversal a cada três ou quatro pinos ao longo do braço.

Passo 4: Construir o antebraço e a pinça

O antebraço suporta a pinça, por isso mantenha-o o mais leve possível. Use uma única viga com um único contraventamento e construa a pinça a partir de duas pás opostas que se fecham à volta de um objeto. Uma pinça simples de duas pás segura bem blocos, brinquedos pequenos e copos de papel sem precisar de um segundo motor. Se tiver o Robots Rumble Kit, as suas peças estruturais extra permitem uma estrutura de pinça mais resistente.

Erro comum: tornar a pinça demasiado pesada ou demasiado apertada. Uma pinça que precisa de força para abrir vai dificultar o movimento do braço. Ponto de verificação: coloque um pequeno bloco na pinça e levante o antebraço à mão. O bloco deve ficar no sítio sem que a pinça ceda.

• Forre as pás da pinça com um elástico para maior aderência.
• Mantenha o gripper centrado sob o antebraço para que a carga se mantenha equilibrada.

Passo 5: Ligar o Battery Cube e adicionar um interruptor

Ligue o Cubit Motor Cube ao Battery Cube e, em seguida, adicione um interruptor simples no circuito para poder parar o braço sem desligar os fios. Um interruptor de alavanca ou de pressão funciona bem. Mantenha cada percurso de fio curto e prenda os fios ao longo do braço, em vez de os deixar em laços que possam prender na articulação. Os terminais positivo e negativo do Battery Cube devem corresponder às ligações do motor.

Erro comum: cruzar fios numa articulação móvel. Os fios que dobram sempre que o braço se move acabam por se soltar. Ponto de verificação: ligue o Battery Cube e observe o braço a completar um ciclo. Se o LED no topo do Battery Cube piscar a vermelho, há um curto-circuito; desligue e inspecione a cablagem.

• Deixe uma pequena laçada de serviço do fio perto de cada articulação, não um percurso esticado.
• Etiquete o interruptor para que um construtor mais novo saiba como parar o braço.

Passo 6: adicione o LED Cube como luz de estado

Monte o ULTRA BRIGHT LED Cube no topo do braço ou na base como um farol. Um LED é sensível à polaridade, por isso a corrente flui apenas num sentido. Se não acender quando ligar os fios à bateria, inverta os fios para inverter o fluxo de corrente. O LED Cube é apenas uma parte de um circuito, por isso precisa do Battery Cube e de um caminho completo para funcionar.

Erro comum: assumir que um LED morto significa uma bateria descarregada. Tente inverter os fios primeiro. Ponto de verificação: o LED deve brilhar de forma constante quando o braço estiver ligado. Se piscar enquanto o braço se move, um fio está solto numa junção, por isso siga o percurso e volte a colocá-lo no lugar.

• Aponte o LED para a frente para que funcione como um holofote para o gripper.
• Use o LED como uma verificação visual rápida de que o circuito está completo.

Passo 7: Teste, ajuste e melhore o braço

Execute primeiro movimentos de recolha, elevação e colocação com um objeto leve e, em seguida, aumente o peso gradualmente. Se o ombro parar, encurte o braço superior ou aproxime o motor da base. Se o gripper escorregar, adicione material de aderência ou aperte o espaçamento das pás. Pequenas alterações mecânicas geralmente resolvem mais do que as elétricas.

Erro comum: adicionar mais potência para resolver um problema mecânico. O Battery Cube fornece uma tensão fixa de 3.7 a 4.2 volts, portanto, um braço parado é quase sempre um problema de binário ou equilíbrio, não de tensão. Ponto de verificação: o braço deve concluir um ciclo completo de pick-and-place três vezes seguidas sem parar, inclinar ou deixar cair o objeto.

• Teste primeiro com objetos leves antes de tentar algo pesado.
• Se o braço inclinar, alargue a base em vez de abrandar o motor.

Passos para construir um braço robótico de relance

1. Construa primeiro a base: Faça a base mais larga e pesada possível e fixe a primeira viga vertical no seu centro. Empurre a base vazia lateralmente com um dedo para testar a estabilidade. Ponto de verificação: se a base deslizar ou inclinar, alargue-a antes de adicionar qualquer coisa por cima.
2. Crie o pivô do ombro e monte o motor: Passe um eixo por duas vigas e monte o Cubit Motor Cube de modo que o seu veio de saída fique alinhado com esse pivô. Utilize um eixo de 14 mm se a articulação abranger mais do que uma largura de viga. Ponto de verificação: rode o braço manualmente em toda a sua amplitude sem encravamentos ou oscilações.
3. Construa um braço superior rígido e um cotovelo: Use duas vigas paralelas unidas por tijolos transversais em vez de uma única viga e adicione um segundo pivô no topo para o cotovelo. Mantenha o braço superior curto no início. Ponto de controlo: levante a extremidade do antebraço com um dedo; se o braço superior vergar, adicione uma cinta transversal.
4. Adicione um antebraço leve e uma garra de duas pás: Mantenha o antebraço o mais leve possível e construa duas pás opostas que se fechem à volta de um objeto. Centre a garra sob o antebraço para que a carga se mantenha equilibrada. Ponto de controlo: um pequeno bloco na garra deve permanecer no lugar quando levantar o antebraço com a mão.
5. Ligue o Battery Cube e adicione um interruptor: Conecte o motor ao Battery Cube com um interruptor no circuito e prenda os fios ao longo do braço em vez de os deixar soltos na junta. Faça corresponder os terminais positivo e negativo. Ponto de verificação: um LED vermelho intermitente no Battery Cube indica um curto-circuito; desligue e inspecione a cablagem.
6. Monte o ULTRA BRIGHT LED Cube: Coloque o LED no topo do braço ou na base como um farol. Se não acender, inverta os fios, pois um LED só permite a passagem de corrente num sentido. Ponto de verificação: um brilho constante confirma que o circuito está completo; cintilação significa um fio solto numa junção.
7. Teste, ajuste e melhore: Execute movimentos de recolha, elevação e colocação primeiro com um objeto leve e, em seguida, aumente o peso gradualmente. Corrija paragens encurtando o braço superior ou movendo o motor para mais perto da base. Ponto de controlo: três ciclos limpos de recolher e colocar seguidos, sem encravar, inclinar ou deixar cair.

Peças que fazem esta construção funcionar

• Cubo de motor Cubit: Os Motores com Engrenagens Cubit são compactos e potentes, com pequenas engrenagens planetárias que reduzem a alta velocidade do motor para cerca de 160 RPM para fornecer binário às engrenagens e rodas. Três portas à volta do motor permitem a máxima versatilidade para ligar os fios do Cube Bluetooth. Inclui o Cubit Motor Cube e eixos personalizados de 10 mm e 14 mm. A engrenagem de 160 RPM proporciona binário utilizável para levantar um braço, em vez de um motor que gira demasiado rápido para ser controlado, e as três portas permitem encaminhar os fios para longe da articulação móvel.
• Cubo de bateria: O Classic Battery Cube é a fonte de alimentação para os seus circuitos, com um terminal positivo e um negativo. Quando liga o interruptor de alimentação, fornece aproximadamente 3.7 a 4.2 volts CC. Se o LED no topo do cubo estiver a piscar a vermelho, causou um curto-circuito e deve resolver o problema. É recarregável e vem com o seu próprio cabo microUSB. O LED vermelho intermitente é o aviso de curto-circuito mais rápido durante os testes, e a bateria recarregável permite-lhe realizar testes de braço repetidos sem comprar pilhas descartáveis.
• Cubo LED ULTRA BRILHANTE: O LED Cube é uma luz muito brilhante, tornando-o um holofote perfeito para o seu veículo ou um farol no topo do seu farolim. Um LED é um dispositivo sensível à polaridade, o que significa que a corrente flui apenas numa direção. Se o LED não acender quando ligar os fios à bateria, tente inverter os fios para inverter o fluxo de corrente. O LED Cube é apenas uma parte de um circuito. Montá-lo no braço dá-lhe uma verificação visual instantânea de que o circuito está completo, e saber que é sensível à polaridade evita que diagnostique erradamente um fio invertido como uma peça avariada.

Um braço robótico Circuit Cubes é uma lição de mecânica disfarçada de brinquedo. Construa a base larga, mantenha o braço superior curto, teste cada junta manualmente antes de o alimentar, e trate um LED vermelho intermitente no Battery Cube como um sinal para verificar a cablagem. Assim que o braço completar um ciclo limpo de pick-and-place, tente estender o alcance ou adicionar um segundo motor de um Robots Rumble Kit para uma garra mais forte.