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创意DIY有意思的太阳能卫星陀螺机器人制作

2016-08-10 22:09  来源:未知  编辑:admin  

本项目介绍的是太阳能卫星机器人,同样是采用太阳能脉动充放电控制电路,但是却是另外一种全新的运动方式——以陀螺旋转的方式移动,所以又称为太阳能陀螺机器人。 如果了解BEAM机器人的朋友,可能对这样造型的机器人已经很熟悉了——三脚支架中的两脚,加上

  本项目介绍的是太阳能卫星机器人,同样是采用太阳能脉动充放电控制电路,但是却是另外一种全新的运动方式——以陀螺旋转的方式移动,所以又称为太阳能陀螺机器人。
  
  如果了解BEAM机器人的朋友,可能对这样造型的机器人已经很熟悉了——三脚支架中的两脚,加上连接电机的底部转盘,总共三点支撑地面,晒会太阳充会电,电机驱动转盘转动再带动机器人移动。
  
  一、基本原理
  
  本项目的机器人的外形像一个人造卫星,是以太阳能电池作为电源,电机驱动底部的转盘转动,从而带动整个机器人移动。由于以自身转动的方式进行移动的,就像一个旋转的陀螺,所以本项目机器人又可称为“陀螺机器人”。
  
  1、驱动原理
  
  本项目的驱动原理也是比较简单的,主要是电机带动底部的转盘转动——机器人有一个三脚支架,同时只有相邻的某两脚支撑地面,再加上底部连接电机的转盘,“两脚+转盘”——三点支撑地面。电机带动转盘转动,则其中一点转动,另外两点支撑,机器人就可以整体移动。
  
  2、机械结构
  
  本项目机器人有一个三脚支脚,主要有三种情况的结构,稍微通过调整就可以有不同的运行效果。
  
  1、如果是三脚支架离地比较高(相对于转盘),且底部用直径比较小的转盘,则三点平衡比较稳定,每完成一次充电周期后电机转动只能带动转盘转一点距离,一般只能是由一组相邻的双脚交换为下一组相邻的双脚支撑地面,每周期移动的距离比较小。
  
  2、如果是三脚支架离地过高(相对于转盘),则三点平衡相当稳定,虽然能够带动机器人移动,但是因为支架过高导致无法交换支撑地面的双脚,就是说一直都是开始运动时默认支撑地面的双脚着地。
  
  3、如果是三脚支架离地比较低(相对于转盘),以及底部用直径比较大的转盘,则三点平衡相对不够稳定,每个充电周期后的运行可以接近平滑移动,也就是说每周期移动的距离相对会大一点。
  
  二、准备工作
  
  本项目需要的器材主要包括:PVC线槽、小型电机(马达)、太阳能电池、电阻、电解电容、二极管、三极管、螺丝/螺帽等。
  
  三、制作过程
  
  以下将按照制作的顺序,全程介绍本项目机器人的制作过程。
  
  3.1、电路焊接
  
  本项目机器人的控制电路和PVC-Robot2号机器人项目是一样的,虽然一个是单个的大电解电容,一个是三只并联在一起的小电解电容,但是电路板还是一样的(电解电容可以外接)。
  
  作为尝试或者说作为进阶,也可以省去电路板,直接对电子元件的引脚进行搭焊。
  
  因为要围绕电机直接搭焊,为了防止电机的金属外壳把电路给短路了,可以在外壳上包一圈透明胶布。
  
  直接把电子元件直接焊在电机的电极上。
  
  搭焊电路的效果比较有粗放的艺术质感,而且不同的人可能焊接布局的方式不同,最终的效果也都不一样,作为DIY来说会比较有个性。但直接搭焊对于焊接的技巧要求比较高,尤其是稍微复杂一点的电路不好把握好。正因为如此,在我们PVC教程中只是把搭焊作为一个附属的“选修”内容。
  
  电路调试
  
  特别注意,本项目的太阳能机器人一般只能在太阳下才能运行,而在普通灯光下由于亮度不足将无法正常运行。如果要在室内测试太阳能机器人,由于光线不足就需要借助特别的灯光——可以选择100瓦的白炽灯(在实体五金店中可以很容易买到灯泡和插座),以代替阳光。(注意:不能用一般日光灯或是节能灯,因为其亮度无法让太阳能电池有足够的输出功率)。
  
  在白炽灯下,进行电路测试。
  
  正常效果,马达会每隔几秒钟转动几下。调整白炽灯与太阳能电池板的距离,查看马达在光线不同时的效果——光线越亮,马达每两次转动的间隔就会越短,如果灯泡贴着太阳能电池板甚至马达会持续转动。
  
  3.2、三脚支架
  
  用三只电解电容做成三脚支架,先把三只电解电容按下图布局排好。
  
  把电解电容的引脚折成如下图形状,把三只电解电容的电极分成两层连在一起,注意正极的与正极连一起,负极与负极的连在一起。
  
  把三只电解电容的电极并联焊在一起。
  
  3.3、电路板
  
  电子电路是与前几个项目一样的太阳能脉动充放电控制电路,作为一个经典的电路基本上可以做成通用电路板,见下图,其中LED发光二级管这次选择黄色的。
  
  可以直接把电机的电极与电路板焊接在一起。具体焊接点需要对照之前的电路图,而且让电机的位置正好位于电路板中央位置。
  
  对应到以下电路板底面图中橙色圈所对应的焊点位置,把电机电极直接焊接在电路板上。
  
  焊接好的电路板和电机。
  
  3.4、电机支架
  
  用剪刀把PVC材料剪裁并用尖嘴钳折成一个电机的支架,如下图所示。
  
  3.5、整机组装
  
  开始整机组装。
  
  准备好所有的待组装器件:太阳能电池板、太阳能电池板的支架、电机支架、电机以及电路板。
  
  把电机、电机支架以及太阳能电池板用螺丝固定起来。
  
  把太阳能电池板用双面胶布固定在支架上,按照电路原理图把电解电容以及太阳能电池板的电极用电线与电路板连接起来。同时把小齿轮安装到电机上,并且在小齿轮上套上一截自行车气门芯胶管(也可以省略)。
  
  在电机支架外露的两边各插入一块PVC方片,同时把电解电容的三脚支架插到电机支架上,并用尖嘴钳调整三脚支架把电机支架正好夹住,并在两个方片的靠近太阳能电池板的一侧(没有固定三脚支架的一侧)用透明胶布包好,把方片固定在电机支架上。
  
  用502胶水把三脚支架和电机支架粘贴在一起固定好来。
  
  特别提醒:由于502胶水渗透性强,干得快,使用时要格外小心,如果没有控制好用量,轻则会把不该粘住的东西粘起来了,严重的有可能会导致器件的损坏报废,一般建议使用前先试一下会不会出水孔过大一次性会滴出过多胶水,必要的时候可以用牙签之类的工具蘸着胶水涂到要粘贴的部位。
  
  组装完毕的机器人。
  
  3.6、整机调试
  
  完成整机组装后,需要进行调试。
  
  首先,测试电路是否正常工作,可以在100W白炽灯光下测试电路的充放电控制是否正常,电机是否能够正常转动。
  
  然后,调试机械结构,主要还是调试三脚支架的高度/角度。前面机械原理的章节已经提到通过调整三脚支架的高度(相对转盘)对最终运行效果的影响。因为三脚支架已经粘贴在电机支架上,所以要调整三脚支架的高度,可以把三个电解电容的引脚往底部多折一点。

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