作为PVCBOT系列机器人第一个也是最简单的项目,当前的PVCBOT零号机器人的意义在于其既可以让初学者练练手,也可以给老手们推荐一个闲来无事时的消遣玩意儿,也算是PVCBOT系列机器人的一个前奏和热身吧。
为了提高趣味性,当前项目提供多个不同版本的选择,这是有着一双红眼睛的C版。
这实际上是一个振动机器人,即以偏心摆锤马达的震动效果作为挪动的动力,算是一种非常简单的BEAM机器人。如果了解BEAM机器人的朋友可能会知道这其实是一个牙刷振动机器人的翻版(国外爱好者用牙刷改装的),也可以说是一个PVC版的牙刷振动机器人。为了切合PVC的主题,这里把原来牙刷振动机器人的牙刷底座,换成用PVC材料做成类似昆虫的脚,整个造型就像一只臭虫,由于振动时接近狂飙一样的不规则运动方式,所以起名为“暴走的臭虫”。
制作视频教程
基本原理
本项目的机器人依靠带偏心摆锤的震动马达发出的震动波进行移动。
本项目虽然驱动原理比较简单,但是由于造型的差异其实分成了三款不同的机器人,同时由于结构的不同也导致运动的规律和效果有所不同。在开始的时候A版只是实现了基本的随着震动做不规则运动的效果,而后来的B版和C版额外增加了一对会发光的眼睛。
驱动原理
本项目机器人的动力依靠的是震动波,即用震动器带动整个机器人身体发生震动,在机器人的重量较轻,且支撑不是很平稳的时候,机器人就会发生位置的移动。
这里所谓震动器,其实就是我们手机中实现震机的震动马达,其原理就是通过旋转的马达带动一个位于偏心轮上的摆锤,由于摆锤的重心是位于旋转的轴上的一边,在马达转动的过程中,就会由于摆锤的重量不断循环的在转轴的周围产生一个离心的外力(即:交替忽上忽下、忽左忽右的摆动),从而导致马达的震动。
下图中左边的两个震动马达是在普通马达上接了偏心摆锤,而右边扁平的其实把马达和摆锤融为一体了,效果其实相当于左边马达竖着放而已,只不过结构更紧凑了。
本项目的A版和B版采用的是扁平的震动马达,而C版采用的是普通的震动马达。扁平震动马达的震动(幅度)效果不如普通的震动马达,但是扁平震动马达的消耗电流小,有着更强的续航能力可以持续运动的时间更长。
电路原理
下面给出机器人的电路原理图。
为方便初学者,下面再给出电路的实物连接图。
电路图说明
【1】振动电机采用手机专用的普通微型振动电机。
【2】电源采用型号为CR-2032的钮扣电池(电压为3V,一般用于电脑主板)。钮扣电池的外壳只有一面金属部分的是负极,整个包住周围以及其中一面的金属部分是正极,并且一般正极的外壳上标有“+”号字样。
【3】电源开关选用普通的三脚拨动开关,这种开关有三个引脚,拨动开关时可以使得中间的引脚(图中之2)有选择的接通两边(图中之1和3)任意一侧的其中一个引脚。
【4】采用LED发光二极管(红色或绿色)作为发光的眼睛,其中LED发光二极管的引脚是区分正负极的,具体判别的方法在前面章节的内容中有说明。
提示:由于采用电量有限的微型钮扣电池作为电源,为了确保足够长的持续工作时间,建议振动电机尽可能选择耗电比较小的型号。
电路原理分析
【1】当拨动开关拨到3脚位置时,电源不通,振动电机不振动,LED二极管也不亮,机器人处于“休眠”状态;
【2】当拨动开关拨到1脚位置时,电源导通,振动电机强烈振动,同时LED二极管发光,机器人处于“活动”状态。
准备工作
序号
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名称
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规格
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数量
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备注
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1
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PVC线槽
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横截面25X15mm,长10cm
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1单位
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肢体结构
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2
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微型振动电机
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普通振动电机(手机专用)
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1个
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动力
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3
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LED发光二极管
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3mm,红色或绿色
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2个
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眼睛
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4
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钮扣电池盒
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CR-2032电池盒
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1个
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电池夹
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5
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钮扣电池
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CR-2032,3V
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1个
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电源
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6
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开关
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小型拨动开关
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1个
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电源开关
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7
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导线
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塑料胶皮铜芯导线
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2根
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电路连接
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提示:为了方便PVC材料的用量计算,我们选取几种常用规格的PVC线槽作为PVCBOT专用线槽,制定出标准的长度单位,而每个PVCBOT项目的PVC线槽用量都是以这些标准单位来计量的。
在当前项目中PVC材料的用量就是1个单位(1根)的长为10cm,横截面为25X15mm 的PVC线槽。以下为各种器材的实物照片。
制作过程
这是 PVCBOT-0号C版 机器人的制作过程。C版的底座结构和B版是一样的,但是采用的振动马达是不同的。
底座
【1-1】选用横截面为25*15mm左右的PVC线槽的盖子部分,截取8cm长的一段。
【1-2】把线槽盖子两侧的轨道裁切掉,得到一根长8cm、宽1.5cm左右的PVC方条。
【1-3】用铅笔在PVC方条上画好要裁剪的标记线,标志线的具体位置尺寸如图所示。
【1-4】把PVC方块两侧用剪刀沿着画好的标记线各剪进去两道缝,得到六条腿形状的平面结构。
【1-5】用尖嘴钳把六条腿向内侧弯折,其中中间的两条腿沿着画好的垂直横截线直接弯折,而周围的其他四条腿则沿着斜画的横截线倾斜着弯折。
【1-6】弯折好六条腿,使得它们互相错开位置,最后得到呈立体状的六足底座结构。
注意:要让画有标志线的一侧位于底座的内侧。
【1-7】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,也就是做成脚尖。
【1-8】把六足底座结构立起来,调整各条腿的弯折角度,使底座能够平稳的立在平面上。
电池盒
【2-1】把电池盒用502胶水粘贴在六足底座上。
可以先涂少量502胶水在电池盒底面上,然后对准底面的中心位置,把六足底座快速扣到电池盒底面上。
眼睛
【3-1】把LED发光二极管固定到电池盒上。
【3-2】先用尖嘴钳把LED发光二极管的引脚弯折大约60 度。
要求:
1、弯折的位置正好位于引脚上有突出节状的上端(离发光二极管外壳5mm左右的地方)。
2、两个发光二极管弯折的方向是正好对称的,即如图所示两个发光二极管并排放置时,中间互相挨着的引脚都是正极(长的引脚)。
【3-3】把发光二极管的引脚靠着电池盒突起部位的一侧并用502胶水粘住,然后长的正极引脚再弯折搭到电池盒的正极电极上,并用烙铁焊接在一起。
这个过程要求比较精细,需要下一点功夫,具体步骤建议如下:
步骤1:焊接发光二极管正极引脚
首先,把一个发光二极管的两根引脚紧靠着电池盒(发光二极管外壳朝外),其中正极的长引脚挨着电池盒突起部位的根部;
接着,用手按住发光二极管,使得其两根引脚始终挨着电池盒;
然后,把正极引脚前端弯折,使得引脚能够碰到电池盒的正极电极;
最后,用电烙铁把发光二极管的正极引脚和电池盒的正极电极焊接在一起。
这样这个发光二极管的位置就被固定下来了。
步骤2:粘贴发光二极管的引脚
对于刚才已经焊接的发光二极管,在它引脚与电池盒相接的位置都涂上502胶水,使得发光二极管牢固的粘贴在电池盒外侧。
步骤3:焊接第二个发光二极管
参照前面的步骤1,把另外一个发光二极管的正极引脚也以同样方式焊接在电池盒的正极电极上。
因为前面的发光二极管同时被502 胶水固定住,即使当前焊接过程中电池盒正极引脚的焊锡被加热熔化,之前的发光二极管也不会移位和脱落。这样就保证了第二个二极管可以顺利完成焊接。
步骤4:粘贴第二个发光二极管
参照前面的步骤2,把第二个发光二极管也用502胶水固定好。
开关
【4-1】用热熔胶把拨动开关粘贴到六足底座内侧。
提示:这里不建议使用502胶水粘贴开关,因为502胶水的渗透性太强,稍微不注意就会把开关的内部粘贴住导致开关失效。
【4-2】把拨动开关如图所示放置并用热熔胶固定起来。
注意:
1、开关的中间引脚,正好抵到电池盒的负极电极;
2、开关倾斜着放置并且前端翘起来,即开关平面与底座平面呈一定的角度,开关翘起部分与底面之间的空隙,用热熔胶填充(这样用手拨动开关时就比较方便)。
【4-3】把拨动开关中间的引脚和电池盒的负极电极焊接在一起。
电机
【5-1】把振动电机用热熔胶粘贴到电池盒上。
一般情况下下我们不建议使用502胶水粘贴精细的部件,因为502胶水的渗透性太强,如果控制不好用量容易把不该粘贴的地方也粘贴起来了。
先在电池盒要与振动电机接触的面上滴上一滴熔化来的热熔胶,然后迅速把振动电机扣上去并按压住,等待热熔胶冷却凝固。
注意:因为振动电机工作时处于强烈振动的状态中,为了防止振动电机脱落,最好再涂一些热熔胶把振动电机的外壳都包裹起来。
【5-2】如图所示,振动电机固定在电池盒突起部分前端的平面上。
让振动电机的背面(没有引脚的一面)贴住电池盒,假如振动电机背面不是平的(有的是曲面),则换平的侧面贴。
电路
【6-1】按照前面的电路原理图、实物连接图,或者下边的焊接示意图,完成整个电路的焊接。
注意使用导线把所有应该连接的焊点都连接起来。
【6-2】由此,我们就完成了整个振动机器人的制作。
调试
以上整个机器人都制作好了,以下就是具体调试的过程。
【1】把钮扣电池安装到电池盒里。
注意:钮扣电池的正极要朝上。(如图所示,正极上面标有一个“+”号)
【2】打开拨动开关,正常情况下,振动电机应该能够产生强烈的振动,并且发光二极管会发亮。
假如不正常的话,请根据下面列出的情况参照对应的解决办法进行处理。
问题1:假如振动电机没有反应,并且发光二极管也不发亮,则
a)对照电路原理图或者实物连接图,检测电路连接是否正确;
b)检查电路各连接点是否有接触不良的地方;
c)检查电池安装是否正确(正极朝上);
d)检查电池是否正常(万用表测量钮扣电池的电压应该是3V左右);
f)假如前面4项都没有问题,则有可能是开关有问题,看是不是开关被胶水渗入(假如用502胶水粘贴开关)导致失效了。
问题2:假如振动电机没有反应,但是发光二极管能够发亮,则:
a)检查振动电机是否正常(可使用实验电源直接接到振动电机电极上看是否能够转动)。
问题3:假如振动电机能够振动,但是发光二极管不发亮,则:
检查发光二极管是否正常(使用实验电源直接接到发光二极管引脚上看是否能够发亮);
检查发光二极管的引脚连接是否正确(参照前面关于二极管引脚极性的判断方法)。
特别提示:由于本项目使用的微型振动电机的启动电压(开始转动所需要的电压)不高,而且可能会低于发光二极管的启辉电压,那么假如机器人运动了较长时间,钮扣电池的电能消耗得差不多了,也就是钮扣电池的电压下降得比较厉害,则发光二极管已经无法发光(电池电压低于发光二极管的启辉电压),但是有可能振动电机还是可以继续工作的,只不过振动的强度变小了(电池电压高于振动电机的启动电压),也就是说可能存在这样的情况:当钮扣电池的电压下降时,振动机器人还是能够继续运动,但是它的眼睛已经无法发光了。
提示:假如要把钮扣电池从电池盒上拆卸下来,可以用一字螺丝刀把电池盒突起部位的金属弹片顶端按压进去,则钮扣电池就会弹出来。
【3】振动电机能够正常转动并产生强烈振动后,把整个振动机器人放在地面上,让六足底座着地,则可以看到振动机器人会在平面上振动着移动。
运动方式的调整
正常情况下,当前振动机器人是会走不规则的曲线运动,或者是绕着走圆周运动。
注意:振动机器人要在表面光滑并且是硬质的平面上,运动的效果才明显。
假如发现振动机器人原地转圈,或者跑不动,那么就要对六足底座进行调整。
另外,要改变运动的路线,甚至是运动的速度,也都可以调整六足底座。
调整六足底座的方式:
1、调整六足底座上各条腿的角度,改变着地的支撑点以及重心位置;
2、控制同时多少条腿着地,以及哪几条腿着地(不一定要六条腿都着地)。
六足底座对运动的影响:
1、一般而言,着地的支撑点离重心越远,越不容易原地转圈,或者做圆周运动的半径越大;
2、通常,同时着地的腿越少,或者着地支撑越不平稳,则振动的效果越明显,运动的速度也越快。
具体规律大家可以在实践中自己摸索。
展示效果
完成后的 PVCBOT-0号C版。