设计你自己的Vibrobots

2020年3月2日 作者 奇先生 0

 

 

 

 

难度 <! – 2 – >
所需时间 非常短(≤1天)
先决条件
材料可用性 我们的合作伙伴为您提供方便的套件家庭科学工具
费用 低($ 20 – $ 50)
安全 没有问题

 

摘要

Vibrobots是有趣的小型机器人,由普通的家用电器制成,由振动电机驱动。在这个工程项目中,您将设计并构建自己的vibrobot。你想要一个快速滑过桌子的机器人还是一个在圈子里疯狂旋转的机器人?一个相扑摔跤机器人如何能够推动其他人走出困境呢?这个选择由你!

目的

 

使用工程设计流程来设计,构建和测试您自己的vibrobot。

 

积分

 

Ben Finio,PhD,Science Buddies

引用本页

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菲尼奥,本。”设计你自己的Vibrobots。” 科学伙伴,2019年2月16日,https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Robotics_p030/robotics/vibrobots。2019年7月6日访问。

 

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菲尼奥(2019年2月16日)。设计自己的Vibrobots。从…获得https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Robotics_p030/robotics/vibrobots

最后编辑日期:2019-02-16

简介

 

你有没有注意到如果你把手机放在桌子上以”振动” 模式响起并且响了,它会四处移动(甚至可能从桌子上掉下来)?手机内部有一个微小的振动电机,让它嗡嗡作响。在视频游戏控制器内使用相同的电机使它们隆隆声。您可以使用这些电机以及微型电池来制作 vibrobots ,或者使用由振动驱动的微型机器人(图1)。

一些不同的vibrobot设计示例 图1. 一些不同的vibrobot设计的例子。

 

由于它们由单个振动马达驱动,因此振动机器人不易操纵。他们倾向于随机弹跳。但是,如何设计和构建机器人的身体会对其移动方式产生很大影响。您可以构建快速机器人和慢机器人,直线机器人和旋转到位的机器人。一个直线的快速机器人可能更适合与其他机器人竞赛,但是一个旋转的重型机器人可能更适合”相扑摔跤” 并推动其他机器人走开。在此项目中,您将使用工程设计过程来确定要构建的机器人类型,然后尝试设计,直到获得所需的行为。

如果您只是为了娱乐而构建机器人,则可以继续程序。如果您正在进行科学项目,那么您可以应用许多物理和工程概念来构建机器人。以下是您可能会发现的一些有用的术语:

 

 

    • 摩擦力是机器人与其所在表面之间移动的阻力。如果摩擦力太大,您的机器人可能会缓慢移动或根本不移动。某些物品,如带有倾斜刷毛的牙刷,可能会产生定向摩擦(在一个方向上的摩擦力比另一个方向更大),并且可以帮助您的机器人更容易地向一个方向移动。
    • 质量是机器人的重量。如果您的机器人太重,电机可能不够坚固,无法移动。然而,较重的机器人在相扑时可能会更好,因为它们更难推动。
    • 质心是机器人的中间位置,或者是所有质量有效集中的点。如果机器人的质心离地太高,它可能很容易翻倒。电机和电池都很重,所以放在它们的位置会对质心产生很大的影响。
    • 转动惯量是机器人质量分散的方式。具有小转动惯量的机器人倾向于快速旋转(想想当他们想要快速旋转时滑冰者如何抱在他们的手臂中 – 这会减少他们的惯性矩。)
    • 僵硬是机器人身体的僵硬程度。具有非常松散的松软机身的机器人可能不会很快移动,因为来自振动马达的所有能量都被机器人的身体吸收。较硬的机器人往往会移动得更快。

 

 

术语和概念

 

    • 电机
    • 电池
    • Vibrobot

 

    • 工程设计流程

 

    • 摩擦
    • 质谱

 

    • 质心
    • 转动惯量
    • 僵硬

 

    • 电路

 

    • 短路

 

  • 原型
  • 迭代

问题

 

    • 是什么让vibrobots移动?
    • 你可以用什么常用的家用材料来制作一个vibrobot?
    • 您认为您的机器人会在光滑的表面或粗糙的表面上移动得更快吗?

 

    • 您认为移动得更快,重型机器人还是轻型机器人?
    • 你觉得什么会更容易翻倒,一个非常高的机器人或一个低矮的地面机器人?
    • 你觉得怎样会更快地旋转圈子,一个身体紧紧捆绑起来的机器人,或者一条长腿伸向各个方向的机器人?
    • 你觉得什么会移动得更快,一个用纸夹制成的非常僵硬的机器人,还是一个用棉球制成的非常柔软的机器人?

 

 

参考书目

 

 

材料和设备 产品套件可用

 

    • Bristlebot Robotics Kit,可从我们的合作伙伴处获得家庭科学工具。您将需要套件中的这些部件:
        • 纽扣电池
        • 迷你振动电机

       

 

    • 用于构建机器人的各种家居,办公室和工艺用品。由于这是一个工程设计项目,因此没有必须使用的具体材料清单,但这里有一些建议:
        • 纸板
        • 建筑纸

       

        • 吸管
        • 泡沫塑料™
        • 牙签

       

        • 管道清洁器
        • 塑料瓶盖
        • 回形针
        • 切割工具(剪刀,爱好刀)
        • 胶带或胶水
        • 像googly eyes这样的装饰

       

 

    • 实验室笔记本

 

 

推荐项目用品

 

获得正确的耗材 – 经过选择和测试,以便与该项目合作

 

项目套件:34.95美元 View Kit

 

实验程序

注意: 工程设计最好地描述了这个工程项目过程,而不是科学方法。您可能想问你的老师是否可以接受工程设计流程你的项目在开始之前。您可以了解有关工程设计过程的更多信息在科学伙伴工程设计流程指南

 

组装电路

在设计和制造vibrobot之前,您需要学习如何连接电机和电池线以创建电路,以便电流流过电机并使其振动。要连接它们,请将电线的裸露金属部分拧在一起,如图2所示。电机应开始振动。不要让电池的红色和黑色线相互接触 – 这会产生短路并非常快速地耗尽电池.注意:使用电机线轻柔一点。它们很薄,如果你不小心可以撕掉它们。您可以在电线底部涂抹少量热胶,以帮助加固它们。

连接电机和电池线以形成电路
图2. 电机(左侧的灰色圆圈)和电池(右侧的黄色圆圈)导线连接形成电路。

 

构建完成后,您需要将电池和电机连接到机器人的身体上。电机具有内置粘性背衬(首先剥离保护纸),但您需要使用胶带或胶水来连接电池。现在,断开一个组电线以关闭电机并节省电池电量。

设计机器人

请记住,此部分将遵循工程设计流程,因此没有确切的步骤您可以按照以下步骤操作。通常,您需要使用家用和工艺材料为您的机器人构建一个机身,然后连接电机和电池。然而,没有一种正确的方法可以构建一个vibrobot。

 

 

  1. 定义您的问题。你想建立什么类型的vibrobot?你想建造一个快速的赛车机器人吗?你想建造一个相扑摔跤机器人吗?你想建造一个能够在没有卡住的情况下从障碍物中弹回来的机器人吗?你决定建立什么取决于你!
  2. 做有关vibrobots的背景研究.​​背景部分中的信息可帮助您考虑一些会影响机器人性能的设计因素.
  3. 指定机器人的要求。这些要求取决于您要构建的机器人类型以及您希望它执行的操作。例如,对于赛车机器人,你可以说,”机器人应该能够直行至少30厘米的距离。”
  4. 为您的机器人进行头脑风暴不同的设计。环顾你家,寻找可以使用的材料.​​背景部分中的图1将为您提供不同设计的一些想法,但请运用您的想象力并提出自己的想法!您将为机器人的身体使用什么?你的机器人会有腿吗?您如何将电机和电池连接到机器人的身体?在开始构建任何内容之前,使用您的设计笔记本绘制出不同的想法.
  5. 构建原型或者您认为最适合的设计的初始版本。如果你的设计没有像你想象的那样完成,那就没关系了。当您开始构建时,您可能会意识到您的设计存在问题。工程设计过程是迭代,这意味着有时你会回过头来不止一次地执行这些步骤。工程师很少在第一次尝试时把事情做好!
  6. 测试你的机器人!连接两组电线以完成电路并使电机振动。然后,将您的机器人放在光滑的表面上并观察它!请记住,您的机器人可能不会像您第一次想要的那样工作。它可能会崩溃,它可能会摔倒,它可能根本不会移动!这没关系 – 现在你可以重新设计和改进你的机器人了。
  7. 您的机器人是否符合您在步骤3中设置的要求?如果没有,请继续执行步骤4-6,直到您拥有满足所有要求的机器人。例如,也许你想建立一个直线的赛车机器人,但你的机器人总是向一侧弯曲。您需要弄清楚如何调整您的设计以使其顺利进行。您可能决定对现有设计进行细微更改,或者使用全新设计重新开始。请记住,工程设计过程是迭代的,您可能会多次执行这些步骤。如果您需要展示您的项目(请参阅下一步),将有助于使用您的实验室笔记本记录您对机器人所做的更改或拍摄每个新设计的图片。
  8. 传达您的结果。有了工作机器人后,您就可以展示您的项目了。如果可能的话,带上你的机器人在你的教室或科学博览会上展示它。你也可以做一个显示板记录您的设计过程。请记住,工程设计项目的显示板与科学方法项目的显示板略有不同。您可以在此页上看到工程设计流程和科学方法的比较

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正如陶工形成粘土,或钢铁工人模塑钢水,电气和电子工程师收集和塑造电力并用它来制造传输电力或传输信息的产品。电气和电子工程师可能专注于数百万制造或使用电力的产品之一,如手机,电动机,微波炉,医疗仪器,航空导航系统或掌上游戏。了解更多

 

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机器人不再是未来主义的机器。机器人现在和现在都用于制造业,医疗保健,服务业和军事应用。他们执行重复和危险的任务 – 人类不想做或不安全的事情。但机器人仍然是机器,这意味着它们需要人类来构建,维护,编程并保持它们有效运行。机器人技术人员与机器人工程师一起构建和测试机器人。他们负责安装和维护机器人并使其保持在雇主的工作状态。如果您对使用机器人感兴趣,那么您的未来就在这里。了解更多

变体形式

 

您可以使用Science Buddies Bristlebot Kit中的部件进行其他一些科学项目和有趣的活动: