Wednesday, February 19, 2020

Mechanical Motion Picture



動畫的原理是快速地把一格格靜態的影像出現在眼前,攝影師 Eadweard Muybridge 在1887年為了研究馬匹走動時是否會全部腳都離地,他拍攝了多套相片,我用了這些影像來示範這個LEGO Technic 件做的動畫機。



Eadweard 用16幅相拍攝了馬匹的一個走動的循環,我就把這16幅影像打印出來貼在一個大Lego Wheel 上。因為要把16幅相平均分佈在360度的圓週上,打印前需要預備幾种略大略小的圖像來試試。



為達至動畫的效果,我們需要一個快門的機構:wheel 停下來,快門打開,看第一幅影像,快門關上,wheel轉動至下一幅影像,停下來,然後快門再打開來看第二幅影像。。。如此類推。




為了使 wheel 能一時走一時停,需要用上 Geneva Mechanism。這機構能產生每轉90度就停一停,趁它停時快門就可打開給看了。我參考了Lego 大師 Philo Hurbain 的 Geneva Mechanism 設計:http://www.brickshelf.com/cgi-bin/gallery.cgi?f=14845



馬達轉一圈 Geneva Mechanism 就轉1/4圈,可是在 wheel 上有 16 幅相,需要用齒輪使馬達轉一圈時 wheel 轉1/16圈。於是加了兩組 12T:24T 的 齒輪,1:2 再 乘1:2, wheel 就可以每1/16圈停一停。

 


至於快門就由同一個馬達用齒輪帶動一個連桿機構。




連桿機構產生 一個垂直運動,向上移動時把快門頂開,向下移動時快門就用自已的重量向下跌,覆蓋著影像。



Lego 齒輪是有虛位的,為了減低虛位引起的鬆動,可加些橡皮筋幫助。



因為齒輪虛位及 Lego 塑膠件不是很高精度及穩定性,所以馬達不能轉太高速,動畫的格數速度大概為2.7fps。





拍攝後才發覺馬匹的走動倒轉了,所以變成 moon walk 動畫!

Hyperbolic Slot




這個名為Hyperbolic Slot 的機構是參考一些其它網上作品建成的。



當一條直線傾斜地圍繞一個中心轉動時它會掃出一個上下兩頭大中間小的体積。



如果在靜態時看著那直線會覺得它穿不過旁邊那弧型空間的。



但其實直線轉動時產生那體積的切面就是一個弧型、因此可通過沒問題。


Sunday, August 11, 2019

Tumbling Toy

這並非甚麼新玩意,網上有木造或紙造的,我綱巧在家找到一隻幾(?)十年前的滑鼠,當年的機械滑鼠裡有個球體的東西,它表面是橡膠但內裡是金屬,夠重使整個結構翻動落斜坡。


這東西原理很簡單,由於在斜坡上,球體會向下滾。整個結構重心就移到下面,並以下輪為支㸃,上輪就離地,整體翻一下。翻完後球體又向下滾,重覆以上動作。


球體雖要夠重才可達至這效果,如果球體不夠重的話,就要想辦法減輕結構的重量,或加長尾部的長度(如果不會大大增加了整體重量)使球體產生的力矩增大。


Sunday, June 16, 2019

逆轉Wobbler Man玩具



網上看到這樣的Wobbler Man 玩具頗有趣,想到如果背板能一直向上昇那麼Wobbler Man 就不會掉下了。https://thewoodenwagon.com/woodentoy/BCB20012.html





這東西構造很間單,兩組Technic Track每組用兩個Sprocket支持著,其中一個Sprocket是用來帶動Track的。


Track上有孔可裝上Axle with stop, 然後加上Technic bush 1/2, 其中一個bush是固定axle,另一個bush是減低rotor跌出的機會。


固意使底部有㸃倾斜,也是用來減低rotor 跌出的機會。


Technic rotor 3 blade 兩塊合起來。




Thursday, May 23, 2019

兩輪自動平衡車




這是利用不倒翁原理來建構的兩輪自動平衡車,不倒翁把重心放得很低,把它推到一邊時重心會提高了,球型的底部使它自動返回低重心位置。https://en.wikipedia.org/wiki/Roly-poly_toy



因電池盒很重,把它盡量置於低位可使整部車的重心低下來。




至於「球型的底部」就靠兩個Balloon Tyre 68.7x34,事實上這Balloon Tyre不是很「球型」,是手上可找到最接近的東西了。




車上其它部件如馬達及齒輪裝上後會引至左右不平衡,這時可利用那搖控接收器來平衡它。




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。