振动机器人,即借助振动产生的动能进行移动的机器人。振动机器人的动力可以说就是振动波,即通过振动器带动整个机器人肢体产生强烈的振动,当机器人的质量较轻并且支撑不是很平稳的时候,机器人就会发生位置的移动。而通过调整机器人对于地面的支撑方式,就可以使得机器人因为振动而产生的移动遵循一定的运动规律,比如可以让机器人在振动的过程中整体进行曲线运动或者圆周运动。具体的原理,请参见《中学科技》2012年第1期。本期制作的机械昆虫均属于振动机器人,不过采用了不同的外形装饰之后,它们就变身成为截然不同的机械物种了。
主要器件:
名称 规格 用途
PVC线槽 横截面25mmX15mm 肢体结构
电机 N20小电机,轴径1mm 动力
偏心锤 轴孔径1mm 振动偏心轮
电池盒 单节7号电池盒 电池夹
开关 小型拨动开关 电源开关
垫片 M3红色垫片 垫电池盒、装饰
螺丝、螺母 M2X6mm平头螺丝/螺母 固定电池盒
制作过程:
1. 背板:截取9cm长的一段PVC线槽,把线槽盖子两侧的轨道裁切掉,得到一根长9cm、宽2cm左右的PVC方条。用铅笔在距离其中一侧边缘4cm的地方用铅笔画一根线,***中央位置做一个打孔标记,钻一个直径2mm的小孔,擦去痕迹,得到一块背板(如***1)。
2. 腿部:截取9cm长的一段PVC线槽,裁切掉两个侧边。用铅笔在PVC方条上沿纵向画两根等分宽度的直线;横向的中央位置画一根中心横截线;在中心横截线两侧大约7mm的位置,再各画一根横截线;在上两根横截线外侧各画如K字形的截线,大概形状如***2所示。
3. 用剪刀沿着纵向两根等分线往中间裁剪,剪到中心横截线左右两边的两根横截线的位置,这样得到六条腿状的底座结构。用尖嘴钳沿着中心横截线左右两边的两根横截线的位置,把底座结构两侧各三条腿向内侧弯折到一定角度(如***3)。
4. 用尖嘴钳沿着外侧四条腿上的斜线,把四条腿往内侧再弯折一点。用剪刀把六足底座结构的每条腿前端都剪成尖的三角锲形。把六足底座结构立起来,调整各条腿的弯折角度,使得底座处于水平位置(如***4)。
5. 肢体:如***5在背板上离打了孔位置5cm的一侧,距离边缘2cm的地方,用铅笔画一根横截线。把六足底座用502胶水贴到背板上。六足底座的两侧腿的位置要对齐背板两侧,并且六足底座前端边缘对齐刚才用铅笔画好的横截线的位置。完成基本的肢体结构。
6. 电源:如***6,在背板的孔上放上一片垫片,把电池盒放上去,并与背板平行。用平头螺丝从电池盒内侧穿入,穿过电池盒与背板之间的垫片,从孔内穿出,拧紧螺母,将电池盒固定在肢体的背板下。
7. 电机:把电池盒上的红、黑色导线,各留出约1cm长度。将剪下的黑色导线,焊接到电机的一个电极上,再把电池盒上的红色导线焊接到电机的另一个电极上。把电机放置在背板前端的正中位置,并让电机的后部顶住六足底座边缘,用透明胶布把电机固定在背板下面(如***7)。
8. 开关:把电机上焊接的黑色导线和电池盒上的黑色导线调整到电池盒后端,剪到相同长,再焊接到拨动开关的两个引脚上(中间引脚和另外任意一个引脚)。用热熔胶把拨动开关固定在背板的尾部,也可以用热熔胶固定电机上的导线,防止其翘出(如***8)。
9. 偏心锤:把偏心锤安装到电机的转轴上。注意偏心锤与电机外壳之间要留一点空隙(如***9)。
10. 机械昆虫的基础功能架构基本完成,但缺一个漂亮的外形,充其量也只能算是一个半成品,需要进一步再完善外形结构,才能算是真正做好一个完整的机器人。
11. 机械蜻蜓:剪一块梯形PVC板制作“胸板”,尺寸大约是上底长2cm、下底长2.5cm、高2.5cm,再把它的四个角剪成斜的倒角。再剪一块小些的梯形PVC板制作“头部”。如***10,用502胶水分别将两块梯形PVC板粘贴在肢体的正前方,其中头部结构的梯形短边一侧向前方。
准备两片红色垫片充当机械蜻蜓的眼睛。用502胶水把两片垫片粘贴在头部的两侧。
12. 剪四段长大约为7cm的PVC方槽的侧边长条作为翅膀。用剪刀把PVC长条一侧剪成斜切口,并可以把PVC长条上的斜口对接在一起。再将其剪成蜻蜓翅膀形状,用一块PVC小方块将翅膀固定在一起(如***11)。
最后用502胶水将翅膀添加到“胸板”上,一只机械蜻蜓就完成了(如***12)。
13. 同理,可以制作其他的机械昆虫,如机械黄蜂、机械甲虫等(如***13、14、15)。
14. 虽然按照教程就可以做出一个能够动起来的机械昆虫,但要想让机械昆虫跑得顺畅还是需要耐心调试,生动形象的外形也需要动手者细心设计,并不仅仅局限于机械昆虫,希望有更多的人设计制作出属于自己的独特机器人。
由于振动机器人是依靠振动电机产生的振动进行运动的,振动电机在转动时,除了产生振动之外,还会给整个结构带来一个转动的趋势,所以振动机器人在运动的过程中或多或少都会有曲线转弯或者转圈的趋势,也就是说要想让振动机器人作直线运动是比较困难的。
既然振动机器人很难作直线运动,所以如果要把振动机器人作为竞速的比赛项目,则建议使用专门的带有轨道的赛道,让机器人能够沿着轨道运动,而质量越轻、振动越强烈的机器人,跑起来的速度自然也就越快。