Thursday, April 18, 2019

Watt's Linkage 的光繪攝影

Watt's Linkage 是用簡單的機構產生一段直線運動,當它完成整個行程時就會行走出一個像的軌道。這次我就把LED燈放在這機構上,然後用相機延長曝光時間拍下它的軌跡。




這是基本的Watt's Linkage 機構:





當Watt's Linkage全部處於水平時機構會遇上Dead Point 狀態,需要加上一些連桿來幫它越過Dead Point:



前面放一張白紙做螢幕,盡量緊貼LED,否則光點會變得太大:







Friday, April 05, 2019

靠地心吸力行走的Ramp Walker

很久以前有一種木製玩具Ramp Walker只靠地心吸力就可用兩腳行落斜坡,這次我也試試動手組裝一個來玩:

完成品是這樣的:


我首先參考了Roberto Lou Ma 的設計,發現腳部是一個球體的表面,使整個身可以兩邊擺動。當身體擺向左邊時右腳就因地心吸力踏前,然後身體就向右擺動,這時左腳就會踏出,如此重復就可行落斜坡了。

可是找個球體表面的LEGO件有㸃困難,後來又看到另一個方式,竟然用活頁夾也可做到,我就明白到兩邊擺動是很重要,特別是LEGO塑膠不夠重就要用此方式才有機會做到。左右擺動就如鐘擺一樣,那Axle越長擺動的時間就越長,因此要找不同長度的Axle本來試試那種行得比較好。

雖然沒有球體表面的LEGO,腳部還是用了有弧形的Cam來做:




腿部只是用Axle構成,要檢查是否活動自如。身體前後都有用Axle及Spacer來限制腿部的活動范圍。




至於那斜坡,我就用一本硬皮書做成,再在上面放一塊布使Ramp Walker行得好些。斜坡的斜度需要一些試驗,不夠斜Ramp Walker就不會自動行,太斜它就會仆。



那個Storm Trooper 人仔只是用來裝飾的。

Monday, March 11, 2019

Bump and Go Car

數十年前的玩具設計師用純機械方式己可做到玩具車碰上障礙物後能自動轉向的效果,結構簡單又低成本,以下就看看原理是如何做到:


用一個馬達提供動力,可接上齒輪使其扭矩加大。


做一個支架來安裝錐齒輪,然後再把動力傳到車輪。




原理是這樣:沒有障礙物時,動力傳到車輪,車就向前行。遇到障礙物時,車輪不能動就迫使支架整體迴轉,直至轉到沒有障礙物方向時,車輪又可行了,車就朝沒有障礙物的方向走開。



這跟前一篇Never Fall Bumper Car 都是很聰明的設計,這次就用上了有㸃像差速器(Differential Gear)的原理,就是某種動作有優先,當優先動作不行時就變成次級動作,就像能作出一些反應似的。

Thursday, February 07, 2019

不會跌出檯邊的車

想起很久以前玩過一種上鏈的玩具車,它神奇地走到檯邊時不會掉下,馬上自動轉彎,經過一番研究後組裝了以下的Never Fall Bumper Car (以下簡稱Bumper car):


Bump Car 外觀:



原理是這樣的:
組裝一部用馬達驅動的車,其中一個車輪由馬達經齒輪驅動,車能向前行就靠這輪的動力


另一個輪接到差速器,直向前行的時候整個差速器旋轉,右輪帶動左輪一起轉,轉彎時左右輪的速度不一樣,用差速器就可使左輪慢些,停止,甚至反方向轉。


由車底看


第三個輪就跟之前兩個成90度(以下稱「90度輪」),當前輪越過檯邊時就靠它起轉彎作用。這車輪是由同一馬達經錐齒輪推動,轉速跟上述的後右輪一樣。下圖由車底方向看:


注意這個90度輪要比後輪高一點,即在桌面上行走時它應離開桌面一點。當車行走時它一直離地空轉。



前輪其實是一對Lego Cone 4x4x2,當前輪越過檯邊時需要那斜面使它容易返回檯上。還有那穿著的Axle是可以有點擺動的。


車越過檯邊時能自動轉彎是全憑前輪跟90度輪的配合,當車未過檯邊時,前輪和後輪跟檯面接觸,90度輪跟檯面離開一點,車就一直向前行。


當車越過檯邊時,前輸向下跌,90度輪跟檯面接觸,使車馬上向左轉。


當前輪因車轉彎開始返回檯面時,左前輪先上檯面,使整組前輪的懸掛傾斜,左輪上了檯面後90度輪依然跟檯面有接觸。這情況持續直至前右輪上了檯面為止。




車身轉了多少角度右輪才上檯面是重要的,轉得不夠的話會「上檯失敗」導致整架車掉下的。我發現前輪跟90度輪接近些,兩個前輪離開多一些都有幫助。目前的距離及輪距都是試出來的,LEGO可用的Cone欵式只有兩種,暫時只找到這個設計可達至不跌的效果。


因手上沒有那上鏈的玩具車,只能從Youtube參考,要鳴謝以下xUmp視頻提供參考資料:


Sunday, February 25, 2018

扮野手拉車


所謂「扮野」是因為那兩個輪是由馬達帶動,前面那個人形機構只是做個行走的動作。要產生兩腳行走的動作採用了lambda mechanism:
By Van helsing (Own work) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.5)], via Wikimedia Commons

有關這機構的較詳細資料可參考較以前的文章:
https://technicbuilder.blogspot.hk/2016/09/lamda-mechanism-by-van-helsing-own-work.html

除了lambda外還加上了pantograph:

一般在網上看到的pantograph 都是用來放大劃出來的圖型,放大的倍數跟pantograph的臂長比例有關。如果把比例設成1:1,我們就可利用它來把動作反過來。看看上面的lambda mechanism,把它倒轉來用,那紅色的桿就像行走時的腳,只是那水平移動的路徑左上,曲線路徑在下面變得用不上,加了pantograph後就可更正它了:


整個模型都是基於這個構造設計出來的。



以下可看看完成品的圖片:







動力是由馬達發出,經蝸輪傳到24齒的齒輪帶動兩個大車轆,因此車轆是馬達的1/24轉速。同時也利用axle把動力轉到前面,經另一個蝸輪1:24減速傳到齒輪上。


齒輪帶動連桿推動在高處的另一個齒輪。



動力經上面的齒輪就帶動了lambda 及pantograph機構了。要注意左右兩個垂直的beam連接著的beam 2 是相差了90度的,如果沒這樣做當它轉至垂直時會上下方向不一至,然後卡著了。其原理可參考這影片:


那人型機構的樣子太過「火柴人」,所以加了一些件來裝飾一下。為了看清楚lamba+pantograph如何構成人型機構,以下圖片就逐一把其它東西拆掉來看個清楚。







至於上身及頭部,只要它不妨礙兩腳及lambda+pantograph的動作就可以了。兩腳一前一後地動產生了頭部左右擺動的副作用,使它更「真實」一點呢。

Thursday, July 27, 2017

在垂直金屬面上行走的車



在鴨寮街買了幾件强力磁石,把它與LEGO車輪穿在一起,看看能否在雪櫃或鋼書枱的垂直面上行走。經過幾番改動後,終於可垂直行走了。



這些就是用在車輪上的磁石,因為每欵只買了两件,所以有些大小厚簿不一。



後輪用的那塊簿的有點不够力,所以加多一塊來增強吸力。這些中間有孔的磁石比較容易用Technic Axle 穿着來安裝,磁石的直徑小於車輪直徑就可以了。



至於車的結構是很典型的前輪轉向,後輪推動型式。




前輪轉向是由Technic Servo Motor 控制,是這馬達最常見的應用。





後輪推動就用了Technic M Motor 經過三組8:24(1:3)齒輪帶動Differential Gear (汽車裹俗稱尾牙),三組就產生了1:27的齒輪比,提供足够扭力推動整架車。開始試驗時是不知道加多少齒輪比才够,這1:27都是試出來的。也因為空間有限制,所以沒有用上40牙的Gear,用三組1:3來達至這比例。





動力最後傳到後輪是靠Differential Gear,因為車轉灣時外輪比內輪轉得快,用Differential Gear 就可達至一起轉又得,個別轉又得的效果。

要了解這神奇的Differential Gear 就非看這經典YouTube 片不可:


在整個設計過程有幾點要注意:
-強力磁石的吸力很大,把它拿或放時不小心隨時會两件飛快地合起來夾傷手指。
-磁石直徑比車輪小一點就好了,太小就離地太多减弱吸力。
-車的結構盡量簡單,减輕整體重量。
-重的東西盡量不要放高,因為當垂直時會增加重力的力距,引至磁石吸不穩。
-前後輪距盡量短,否則轉灣時需要很大的空間(除非有很大的雪櫃。。。)
-為了加大Gear ratio (齒輪比)曾經用了Worm Gear,可是它的摩擦力太大,浪費了不少馬達功率,最後都是用了Spur Gear.