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.

Saturday, June 10, 2017

蠕動前進的車

這看似車輛的東西並非由車輪的動力帶動,而是靠車身長短變化像蟲那般蠕動而行走的。


長短變化是由馬達帶動曲柄產生。




為了防止倒後行,前後車輪軸上都加了棘輪機構,車只能向前行,不會向後行。


完成後的樣子。


Thursday, June 08, 2017

太空人仔離心力狀態

想起電影[2001太空漫遊]裏太空站用離心力製造人工地心吸力,要看看人仔在轉動環境下的狀態,於是裝配了這個機構。



這機構主要有3部份:轉動的馬達及齒輪,夾著手機(用來錄影)的部份及用來給人仔離心力彈出頂着的(跑道)。



當馬達轉速够高時,離心力使人仔向外移動,跑道末端的垂直部份把人仔頂着,就好像有一橫向引力把他吸着,保持在那垂直面上。



夾手機的部份需要够穩,否則轉動時手機飛出就損失慘重了。


因為手機加上跑道有一定的重量,齒輪軸心方向的壓力比較大,產生的摩擦力也大。Lego又沒有低摩擦力的推力軸承,所以用了兩塊強力磁石,利用其同極相拒的磁力來作推力軸承,減低摩擦力。



用手機錄影還是有點重,將來如有類似的需要時眞的要看看有那些小型無線攝影機可用。

Sunday, April 30, 2017

萬向節訓練人仔太空人

有一樣叫human gyroscope 的玩意,把整個人固定在3組萬向節當中就可自由地轉動。其實這human gyroscope跟陀螺沒甚麼關係,因為裏面那個人沒有自轉,只昰3組萬向節而已。那萬向節(Gimbal)看來也很有趣,這次就用Lego裝一個然後放個太空人入去轉轉他。


萬向節的結構很簡單,從最內的ㄧ個做起,大小够放人仔就可以了。馬達就直接連到最外一層萬向節的axial驅動,然後無綫遙控給它最慢的速度就可以了。




事實上,內層的萬向節是不會無故自己到處轉的,如果在完全平衡的狀態下裏面的萬向節只會以一個方向跟着外層轉動,沒甚麼變化。可是加了人仔後,內層就不平衡了,這就產生了好像隨機地轉動的效果。不用馬達手動轉外層萬向節也可以的。


Sunday, April 16, 2017

反地心吸力的陀螺

陀螺有自動平衡的特性,經常看到這個用繩綁住單車輪的一端然後轉動車輪使它好像浮在空氣的樣子,這次我也來試試這實驗。




注意:因機構高速轉動,必需戴好護眼鏡才可開動馬達,否則有Lego件鬆脱飛出時可能後果嚴重。



首先需要用馬達來產生動力,陀螺的平衡其中是因為高速轉動。根據Philo的資料(http://www.philohome.com/motors/motorcomp.htm ),手上這個Power Function Motor 是185rpm, 如果加兩級1:5的齒輪就可把轉速提至 185x5x5=4625,這只是簡單計算,實際因負載引至速度偏低了多少就不知道了,除非有測轉速的儀表,否則陀螺能平衡就可以了。



那麼能否加多幾級齒輪使陀螺更高速地轉呢?事實上,馬達除了轉動陀螺外,也要帶動一大堆齒輪,其中能量的損耗不少,轉速可能不昇反跌,所以就用兩級齒輪算了。



馬達跟電池簡單地裝在一起,輸出端的構造是用來攪動陀螺的:





那個陀螺就用一個車輪造,這欵車輪大小重量適中,比較合用。車輪上方加了個 Technic Knob Wheel 來配合馬達機構的轉動。另一端就用線把它吊着。線不用太長,否則擺來擺去難控制。



陀螺只轉了不到十秒就掉下來了,主要是摩擦力大,Lego 件是塑膠造的,玩了幾回已看到因高速轉動的摩擦力引至磨損。


至於陀螺是如何在那幾秒裡作出反地心吸力的行為,可以到以下網站看看簡單來說,陀螺自轉時的扭矩及地心吸力引至的扭矩,會引至陀螺產生Precession動作,若這動作能自由地運動,陀螺就可平衡了。http://www.tpub.com/neets/book15/63a.htm