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PVCBOT【MPower】微能系列机器人
发表日期:2012-01-11 10:16:11 来源:PVC-Robot 作者: 【 】 浏览:2963次 评论:0
 

关于PVC-Robot的能源分类

【入门】18、PVC-Robot【MPower】微能系列机器人 - PVC-Robot - PVC-Robot

  PVC-Robot机器人所使用的能源按照类型或者方式区别,可分为几大类:常规、光能(太阳能)、蓄能、微能等几大类。也就是按照能源不同,PVC-Robot机器人可以分为常规机器人、光能(太阳能)机器人、蓄能机器人、微能机器人

  1、常规系列机器人:主要是采用常规干电池作为能源的机器人;
  关于常规干电池能源的机器人,前面我们也已经介绍很多,有使用微型的钮扣电池作为能源的,比如PVC-Robot 0号的A/B/C版;也有使用普通7号干电池作为能源的,比如:PVC-Robot 1号PVC-Robot 7号PVC-Robot 9号的A/B版、PVC-Robot 11号PVC-Robot 12号的A版、PVC-Robot 13号的A版等等。
  由于常规干电池的用途很广,其价格比较低,且容易买到。但是,由于常规干电池的电能有限,导致机器人的持续工作时间受到限制;另外,常规干电池属于一次性使用的,假如经常使用则需要不断购买,时间长了总体上的成本还是较高的。

  2、光能(太阳能)系列机器人:采用太阳能电池作为能源的机器人。
  关于光能机器人,前面我们也已经接触了很多。目前所介绍的太阳能机器人,基本上都是采用经典的脉动充放电控制电路,以克服太阳能功率小、效率低、不稳定等缺点,比如:PVC-Robot 2号PVC-Robot 3号PVC-Robot 4号PVC-Robot 5号的A/B/C版、PVC-Robot 6号PVC-Robot 8号PVC-Robot 10号的A/B版、PVC-Robot 12号的B版、PVC-Robot 13号的B版、PVC-Robot 15号的B版等等。

  3、蓄能系列机器人:使用充电的超级电容作为能源的机器人。(蓄能,实际上应该是电容充电蓄能,即:Storage-Power,我们这里简称SPower
  “超级电容”也叫“法拉电容”或“黄金电容”,利用超级电容所具有的大容量、可快速充电的特性,我们也可以把其作为PVC-Robot微型机器人的能源。 
  我们后续会有专门的章节介绍“蓄能系列机器人”,本篇内容暂不对此展开讨论。

  4、微能系列机器人:使用微型锂电池作为能源的机器人。(微能,即:Micro-Power,我们这里简称MPower
  微型锂电池具有体积小、重量轻、能量密集、可反复充电循环使用等优点,之前的PVC-Robot 16号其实就是属于采用微型锂电池作为能源的微能系列的机器人。接下来也陆续介绍采用微型锂电池作为能源的机器人。

 


关于PVC-Robot微能系列

  PVC-Robot微能系列,除了包括具体项目的机器人之外,还涉及到配套的微型锂电池、充电器等等器材。

 

锂电池
  作为一种重量轻、效率高、功率足、寿命长的能源,锂电池目前已经广泛应用于各个领域,尤其是在数码类产品中其以出色的表现逐步成为电池能源的主流。关于锂电池的更多资料请参考:百度百科——锂电池
  我们微能系列所采用的锂电池,其实全称是聚合物锂电池,是一种新发展的单位能量更高、重量可以更轻、体积可以更小的新类型的锂电池,为了简单我们这里还是简称其为锂电池。具体资料可以参考:百度百科——聚合物锂电池
  标准电压:锂电池的标准电压为3.7V,锂电池对于充电以及放电都有要求:不能过度充电,即一般充电后的电压不能超过4.2V;也不能过度放电,即一般放电终止电压不能低于2.8V,否则都会影响锂电池的寿命。为此,一般锂电池都配有专门的保护板,自动控制锂电池的充电最高终止电压以及放电最低终止电压:当锂电池充电充满达到最高电压时,自动断开充电;而锂电池放电降到最低电压时,自动断开放电。在我们PVC-Robot网店中所配套的微能系列锂电池,也都是配有保护板的。
  容量:锂电池的所存储的电能的容量一般用mAh表示,即:毫安·小时。我们微能系列标配的锂电池容量为180mAh,也就是说假如以180mA的电流进行放电,则可以连续放电1个小时;而假如以90mA的电流进行放电,则可以连续放电2个小时;而假如以60mA的电流进行放电,则可以连续放电3个小时。
  最大充电电流(倍率):锂电池有一个指标是最大充电电流倍率,单位为C,即:倍率。假如180mAh锂电池,如果充电倍率为0.5C,则说明其最高只能以其标准容量一半的电流(90mA)进行充电,即最快的充电时间也要2小时;如果充电倍率为1C,则说明其最高只能以其标准容量的电流(180mA)进行充电,即最快的充电时间也要1小时;如果充电倍率为2C,则说明其最高可以以2倍标准容量电流(360mA)进行充电,即可以用1/2小时的快速充电。也就是说:只有充电倍率比较大的锂电池,才支持快速充电
  最大放电电流(倍率):锂电池还有一个最大放电电流倍率指标,单位为C,即:倍率。假如180mAh锂电池,如果放电倍率为1C,则说明其最高只能以其标准容量的电流(180mA)进行放电,最长持续放电时间为1小时;如果放电倍率为2C,则说明其最高只能以其标准容量的两倍电流(360mA)进行放电,最长持续放电时间为1/2小时;如果放电倍率为3C,则说明其最高可以以3倍标准容量电流(540mA)进行充电,最长持续放电时间为1/3小时。也就是说:只有放电倍率比较大的锂电池,才支持大负载、大电流的放电

 
 【入门】19、PVC-Robot【MPower】微能系列机器人 - PVC-Robot - PVC-Robot

充电器
  锂电池可反复充电,但需要配备充电器,这就类似我们的手机或者其他例如MP3等数码产品一样。


  为了方便以及尽可能降低成本,我们微能系列所推荐的锂电池充电器是基于电脑的USB接口供电的,即可以直接插接到电脑的USB口为锂电池充电。锂电池充电器可以插接电脑的USB口(5V)进行充电,也可以配普通带有USB口的开关电源一起使用。

  由于我们只是把USB口作为充电器的供电电源,所以USB接口我们只需要连接其中的电源引脚即可。

 


  我们微能系列锂电池专门配套的充电器,具有充电指示灯功能,是采用以下这个简单的控制电路来实现的。

【入门】19、PVC-Robot【MPower】微能系列机器人 - PVC-Robot - PVC-Robot

  特别注意:实际上这个充电电路只是一个充电状态的指示灯电路,即显示锂电池充电的状态:
  (1)没有接上锂电池的时候,指示灯是熄灭的;
  (2)接上锂电池后开始充电,指示灯亮起来;
  (3)锂电池的充满电后,指示灯熄灭。

  该电路无法控制是否给锂电池充电,锂电池充满电后自动断开电源连接其实是依靠锂电池自身所带的保护板进行控制的。
  电路的基本原理如下,有兴趣的朋友可以作为了解:
  (1)如果没有接上锂电池时,对于当前电路,单靠电阻分压在三极管基极的电压无法令三极管导通,即无法驱动LED发光二极管发光,表明锂电池没有接上
  (2)当接上锂电池时,假如锂电池的电压比较低,则锂电池自带的保护板会自动开启给电池充电,而同时由于锂电池存在的电压差让加在三极管基极的电压达到三极管的导通条件,三极管导通则驱动LED发光二极管发光,表明锂电池正在充电当中
  (3)当锂电池充满电时,锂电池自带的保护板会自动停止充电,即锂电池和充电电路断开,则原来三极管基极依靠锂电池的形成的电压差消失,相当于又回到前面第一步的状态——单靠电阻分压在三极管基极的电压无法令三极管导通,LED发光二极管熄灭,表明锂电池充电结束


  综上所述,由于这个电路只有充电状态的显示功能,而且是依赖于锂电池本身所自带的保护板才能实现对充电状态的控制,所以提醒大家:这个充电电路,仅适合于带保护板的锂电池
  特别注意:假如锂电池本身是不带保护板的,千万不要使用当前电路,否则可能会出现过充电导致锂电池损坏,甚至会有可能发生锂电池过充电发热爆炸的危险! 
  为此,我们PVC-Robot网店中所配套的微能系列锂电池,也都是加装了保护板的。

  为了减小体积,该配套的微能充电器,我们是用小型的贴片元件直接封装在USB插头里面的(其中插头上还带了LED发光二极管),做成充电USB线。

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充电USB线的淘宝地址http://item.taobao.com/item.htm?id=10651070573

 

 

微能机器人

  PVC-Robot微能系列,采用锂电池制作机器人,可以有很多优势:
  1、锂电池体积小、重量轻,非常适合制作PVC-Robot这样的小型甚至微型的机器人;
  2、锂电池的电量较足,可作为提供大电流和高电压的电源,确保机器人运行时有足够的动力;
  3、锂电池可反复充电、重复使用,虽然单价看起来较常规干电池高,但长远来说其实是可以节约大量的采购电池的成本。

   

  理论上讲,PVC-Robot所有常规机器人,都可以通过把常规干电池用微型锂电池替换掉,变成微能机器人。接下来我们针对之前的一些常规机器人,通过更新为锂电池的方式进行版本的升级,升级为微能的版本都以字母“M”(Micro的缩写)作为型号后缀
  大家也可以自己选配微能系列的电源套装,自己把现有的PVC常规机器人改装为微能版的机器人:微能电源A套装微能电源B套装,更多请访问:微能系列套件

  在本篇中,我们将介绍PVC-Robot 0号(暴走的臭虫)、PVC-Robot 7号(疯狂小强二代)的微能版本。

  更多的微能版本升级改造,大家可以自由发挥。

 

 

  一、PVC-Robot 0号M版 暴走的臭虫

   1.1、基本原理
   1.2、准备工作
   1.3、制作过程
   1.4、效果展示

 

  二、PVC-Robot 7号M版 疯狂小强二代

   2.1、基本原理
   2.2、准备工作
   2.3、制作过程
   2.4、效果展示

 


PVC-Robot 0号M版

  PVC-Robot 0号机器人是被称为“暴走臭虫”的振动机器人,这里介绍的是采用微型锂电池作为电源的M版0号机器人。

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1.1、基本原理

  PVC-Robot 0号所有版本的机器人的运动原理都是一样的,即都是利用带偏心锤的振动电机产生的震动波促使身体产生位移,振动的幅度越大、身体支撑得越不稳定,则运动的效果就越明显。

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  具体的驱动原理可以参考这里:PVC-Robot 0号——驱动原理

 

  当前PVC-Robot 0号的M版机器人,与之前介绍的A、B、C版的电路原理都是类似的,即简单电池直接驱动电机的电路,不过由于造型上的变化,当前版本的机器人就不再用两个LED作为眼睛了,而是只用了一个LED仅作为一个背灯了。 

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1.2、准备工作

  主要器材包括:PVC线槽、振动电机、微型锂电池、LED发光二极管、电阻等。
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  本项目采用宽度为2.5CM的PVC线槽,另外还有微型锂电池

选项

名称

 规格

数量 

备注 

1

必选

PVC线槽

宽度2.5CM

长度10CM

1个单位

 

2

必选

微能锂电套装

11

1

 

 

 

 

 

 

 

 

  以下列出本项目的其他主要器件:

 

名称

 规格

数量 

用途 

1

震动马达

 手机用震动马达

1

 动力

2

拨动开关

 小拨动开关

1

 电源开关

3

二极管

 LED发光二极管

1

 尾灯

4

电阻

2.2K(色环:红红黑棕棕)

1

LED限流

5

电路板

电路实验板/万用板/洞洞板

1

 

6

插座

PH2.02P,间距2mm

1

接锂电池

7

导线

 

1

 电路连接

8

M1.2*5螺丝/螺母

 直径1.2mm,长5mm

1

 固定电路板

 

 

 

 

 

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1.3、制作过程

  下面介绍0号M版的制作过程。
(1)骨架

  选择宽度为2.5CM左右的PVC线槽,如图所示沿着线槽边缘截出宽度大约为3mm左右的小段,总共四段,作为骨架的肋骨。【入门】18、PVC-Robot【MPower】微能系列机器人 - PVC-Robot - PVC-Robot  
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  肋骨的宽度正好容得下微型锂电池。
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  再剪一块大约长5CM、宽0.5CM的PVC方条,作为脊骨。
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  把脊骨与肋骨用502胶水粘起来。  
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  可以把肋骨末端剪成尖状。
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(2)电路

  对照电路原理图以及焊接示意图,在电路板上焊接电路。
 

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  具体电路板焊接的布局,可参照下面电路板的底面图示。

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  注意以上浅蓝色带为焊接连线,可以用电子元件(电阻、二极管等)长出的引脚焊接连起来。
 
  在最顶上中间的焊点位置, 再焊接一段金属引脚,将作为后面固定控制电路板的钩子。
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  用锥子把控制电路板最下面一排中间的小孔撑大,用于安装螺丝。
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  在骨架的脊骨上用锥子打好小孔。
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  把控制电路板用M1.2*5的螺丝/螺母固定在脊骨上。
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  之前电路板最上方中间多焊接出来的引脚,用于穿过脊骨把电路板勾住不至于翘起来。
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  把振动电机的外壳涂上少量502胶水,固定在骨架前端,并把连接电机的导线焊接好。
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  尝试把微型锂电池套到骨架上,并把锂电池的PH插头插到控制电路板上的PH插座上,正常情况下打开拨动开关,马达会振动起来。如果马达不转动请检查电路是否连接正确。
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  打开开关,同时LED发光二极管会发亮。假如没有发亮,请检查LED发光二极管的两根电极引脚是否接反了。  

  关于LED发光二极管的引脚识别,可参考右图。

 

 

 

 

 

 

(3)总装

  用PVC方块,如下图所示剪开呈须状,要尽可能的细。注意:如果条件允许,这里尽量采用比较软和薄的PVC线槽。
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  最后裁成4个爪状的触手。 
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  用502胶水把4个触手粘贴在骨架的前后四角的肋骨位置上。如下图所示,最好有一个安装角度——可以向后倾斜一点。
  锂电池的电源导线,可以从腹部肋骨边上走线。尾巴可以往下折一点,这样锂电池套在肋骨中可以被尾巴顶住不至于从后面脱出。
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1.4、效果展示

  PVC-Robot 0号M版最终完成的效果。
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  这个造型上有点怪异,有点像一只小怪兽,实际跑起来却蛮有意思的。依靠振动马达发出的震动波进行移动,触地的四个爪子越细,则振动效果越明显,跑得也越快。
  由于受到振动马达转动的影响,当前机器人跑起来容易打圈圈,时不时还会有漂移的特效出来,挺有意思的。
  假如希望不打圈或者改变打圈的直径时,可以适当调整几个爪子横向弯折的角度,就可以改变跑动的方向。具体大家可以在实际制作过程中调试寻找规律。
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  更多相关内容请参见:PVC-Robot 0号  

 

 


PVC-Robot 7号M版

  PVC-Robot 7号机器人是被称为“疯狂小强二代”的避障小车,这里介绍的是采用微型锂电池作为电源的M版7号机器人。

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2.1、基本原理

  PVC-Robot 7号各版本的机器人的运动原理都是一样的,即采用传统的三轮传动结构,前面两个主动轮加后面一个从动轮,通过前面的两根触须感应障碍物,并控制小车的转向。

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  具体原理见:PVC-Robot 7号——运动机理PVC-Robot 7号——控制原理

 

  当前微能版7号的电路与标准7号的电路基本上是一样,不过由于微能版是用的锂电池电压比较高(3.7V),则为了增加娱乐效果可以加上LED发光二极管,假如在没有灯光或者灯光比较暗的情况下,7号小车在碰撞障碍物时会发出比较眩目的闪光。

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2.2、准备工作

  主要器材包括:PVC线槽、PVC-Robot A型基础平台小车、微型锂电池、碰撞开关、拨动开关、LED发光二极管等等。

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  本项目采用宽度为2.5CM的PVC线槽,另外还有微型锂电池,一套 PVC-Robot A 型基础平台车

 

选项

名称

 规格

数量 

备注 

1

必选

PVC线槽

宽度2.5CM

长度15CM

1个单位

 

2

必选

BEAM小车底盘

PVCBOT A型平台车

1

 

3

必选

微能锂电套装

21

1

 

 

 

 

 

 

 

 

  以下列出本项目的其他主要器件:

 

名称

 规格

数量 

用途 

1

碰撞开关

 行程开关

2

 障碍探测 

2

拨动开关

 小拨动开关

1

 电源开关

3

二极管

 LED发光二极管

2

 碰撞灯

4

电阻

2.2K(色环:红红黑棕棕)

2

LED限流

5

电路板

 电路实验板/万用板/洞洞板

1

 

6

电路导线

 ///绿

4

 电路连接

7

插座

PH2.02P,间距2mm

2

接锂电池

8

排针

 2

2

 电路连接

9

钢丝

 不锈钢丝(分成两段使用)

1

 探测触须

10

接线端子

 插簧接线端子

2

 固定触须

11

M2*10螺丝/螺母

 直径2mm,长10mm

2

 固定碰撞开关

 

 

 

 

 

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2.3、制作过程

  与PVC-Robot 7号的基础版一样,微能版的7号机器人也是使用了PVC-Robot A 型基础平台车作为底盘。关于底盘的制作过程见:PVC-Robot A 型基础平台车,这里不再重复介绍。

  以下将主要对控制电路、触须传感器、电源等其他部分的制作过程进行介绍。

(1)触须

  剪一段PVC线槽的槽盖一侧大概4CM的一段,作为车体顶盖,在前端两侧用锥子打好小孔。
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  在碰撞开关的摇臂上套上插簧端子,并尝试通过挤压插簧端子看是否能够触发到碰撞开关。
  注意:假如因为插簧端子顶住开关外壳导致无法触发碰撞开关的,可以尝试用尖嘴钳把碰撞开关的摇臂往上弯折一些。
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  用M2*10的螺丝/螺母把碰撞开关固定在车体顶盖上,如下图所示,要求两个碰撞开关成一个的夹角。
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  把两端钢丝弯成弧形,然后固定在插簧端子上。
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(2)电路 
  本项目的控制电路与7号标准版的是类似的,不过由于使用了微型锂电池,电压足够点亮LED发光二极管,所以特意给本机器人加装了LED发光二极管做成的碰撞灯。

  由于本项目属于模块化系列的机器人,控制电路与小车底盘的驱动电机的连接还是通过杜邦线,而控制电路与锂电池的接口则是通过PH插头/插座。

  对照电路原理图,或者是焊接示意图,把控制电路板焊接好。

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   具体焊接,可以参照电路板的底面图示。

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  注意:上面的跳线,可以用多出的电子元件(二极管或电阻)的引脚来做,直接焊接连在一起。

  

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  车体顶盖中间打一个孔用于引出导线,把碰撞开关、触须都安装好。
  碰撞开关靠内侧的引脚,用多出的电子元件(如二极管或电阻)的引脚连接起来焊在一起。
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  把电路板上引出的导线(1红/1黑/2绿),与碰撞开关的引脚焊接起来。
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(3)总装

  A型小车底盘是做好的,为了给车体内部腾出空间便于安装,把两颗M1.2的螺丝朝下,即由里到外安装。
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  把两个锂电池的PH插头插到电路板上,把A型小车的两组电机的杜邦线也插到电路板上,再把拨动开关的导线也焊接好。
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  尝试打开拨动开关,进行基本的电路调试:
  1、默认情况下,两个电机应向前转动,假如哪个电机转向是反的,则把该电机的两根杜邦线调换来插接;
  2、尝试触压碰撞开关,则另一侧的电机应该反转,假如是同侧的电机反转,则说明两组电机的位置错了,应该把两组电机的杜邦线调换过来;
  3、默认情况下,LED发光二极管是不亮的,只有在碰撞开关被触发后,对应的LED发光二极管才会发光,假如出现默认情况LED发光二极管是亮的而碰撞开关触发后却不亮,则说明是LED发光二极管的两根电极接反,应该调换过来。
  当然,如果就是让LED发光二极管在默认是亮碰撞时不亮,这也算是一种效果,即原来的碰撞灯(碰撞时才亮)变成了车灯(碰撞时不亮)。
 
  特别注意如果发现某电机的转向与预期的相反了,则只要把该电机的两根电极杜邦线调换过来插接即可
  (1)假如小车默认情况下是原地打转,则说明其中一个电机的电源接反了,尝试把其中任意一个电机的两根电极杜邦线调换过来(先试第一个电机,如果不对再试另一个电机);
  (2)假如小车默认情况下是直线后退,则说明两个电机的电源都接反了,则同时把两个电机各自的两根电极杜邦线都调换过来。
  更多内容可以参考:PVC-Robot 7号——调试

  调试好电路之后,则把电路装入车体。
  1、先把电路板有杜邦线和LED发光二极管的一侧对着车体前部,装入车体中(注意把电机的杜邦线梳理好);
  2、然后把两块锂电池叠在一起放在车体后部;
  3、拨动开关用少量502胶水粘贴在车体顶盖的后部的内侧;
  4、最后盖上车体顶盖。
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  让LED发光二极管从车体前部突出来,类似车灯或者眼睛状。不过,注意也不要太过突出,以免前进撞击障碍物时,由于触须被挤压过渡,会顶到车灯。
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2.4、效果展示

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