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PVCBOT【28号】风行者·风力小车
发表日期:2012-09-19 14:52:15 来源:PVC-Robot 作者: 【 】 浏览:5352次 评论:0
有网友说PVCBOT的轮式车项目比较少,为了辟谣,接下来我们将连续介绍几个轮式车的机器人项目。这里首先介绍一个称之为“风行者”的风力小车,这算是比较常见的一个科技类小制作项目,之所以引入PVCBOT,一方面也是希望用PVCBOT的方式去展现一种不一样的制作风格,另一方面是作为PVCBOT整体教程的一个完整性内容的补充。
【入门】38、PVCBOT【28号】风行者·风力小车 - PVCBOT - PVC-Robot
  
  以下为效果视频:
  
 
 
  一、基本原理
    1.1、运动方式
    1.2、驱动机理
    1.3、电路原理
  二、准备工作
  三、制作过程
    3.1、后轮
    3.2、底盘
    3.3、前轮
    3.4、顶盖
    3.5、电源
    3.6、支架
    3.7、电机
    3.8、电路
    3.9、眼睛
    3.10、螺旋桨
  四、效果展示
  五、项目总结
 
 
 
一、基本原理
  本项目是一部很特别的小车,基本原理是:干电池驱动一个安装了螺旋桨的直流电机转动,高速旋转的螺旋桨能够产生较强的气流(风力),气流向小车后方吹动时,借助反作用原理产生的反作用力就可以推动小车整体向前进。
  
1、运动方式
  本项目机器人实际上是一个典型的三轮小车,小车的三个轮子互相平行且呈品字形布局,默认小车是直线行驶的。
【入门】38、PVCBOT【28号】风行者·风力小车 - PVCBOT - PVC-Robot 
 
  本项目小车可以说是使用风能作为动力,而风能的效率相对低一些,且风力不是直接作用在轮子上的,所以我们对风力小车有一定要求:
  1、小车整体的重量要尽可能轻一些,去掉不必要的负载
  2、小车轮子的轴承要求尽可能的润滑,使得轮子能够灵活顺畅的转动,减少额外的阻力
  总的来说,就是要让小车“轻装上阵”,让“风能够吹得动”。
 
 
2、驱动机理
  传统的三轮车,一般是两个后轮获得动力转动起来直接驱动车子前进的,不过我们当前的风力三轮小车却是不同的,其三轮小车底盘仅是一个无动力的载体,其三个车轮都只是起到一个平衡和支撑的作用,小车的动力是来自车身上安装的螺旋桨向后吹出的气流(风力)所产生的反作用力。
【入门】38、PVCBOT【28号】风行者·风力小车 - PVCBOT - PVC-Robot
  
  所谓“作用力”和“反作用力”其实就是“牛顿第三运动定律”中所说的作用在物体上,位于同一条直线、大小相等、方向相反的两个力,也就是说“作用力”越大则“反作用力”也就越大,因此对应到我们当前的风力小车上来说,吹的风越大(气流越大、越急),小车得到的动力也就越足、跑起来也就越快。
【入门】38、PVCBOT【28号】风行者·风力小车 - PVCBOT - PVC-Robot
  
  本项目小车的动力是来自高速旋转的螺旋桨喷出的气流所产生的反作用力,这和飞机利用高速反向气流的反作用力获得动力的原理是一样的,只不过飞机另外还有翅膀产生的升力可以在天上飞,而我们小车依靠车轮转动只能在地上跑。早期的飞机也是利用螺旋桨原理产生高速的反向气流,现代的飞机(喷气式飞机)已经有更高级的航空发动机来产生高速的反向气流,不过即便如此其本质的原理还是没有变。另外,在这一点上甚至火箭也是类似的,只不过火箭要求的反作用力更大,所以它不仅仅是喷气,而是喷热气(喷火),也就是说火箭使用了采用化学燃料的发动机能够产生温度更高但是速度却更大的反向气流。
【入门】38、PVCBOT【28号】风行者·风力小车 - PVCBOT - PVC-Robot
   
  当前小车利用反作用力产生动力的原理,不仅是和天上飞的飞机、火箭类似的,同时和水里游的船也是类似的,只不过船的螺旋桨向后喷出的是水流,而我们小车向后喷出的是气流,另外由于水的阻力较大所以船舶的螺旋桨做得小一些,而空气阻力相对较小所以我们小车的螺旋桨可以做得大一些。

【入门】38、PVCBOT【28号】风行者·风力小车 - PVCBOT - PVC-Robot
 
 
  前面讨论的是宏观一点的小车整体的驱动原理,这里我们再深入到更具体的一些细节,即:螺旋桨为什么能够“吹气”和“吹水”呢
  手拿扇子“扇风”大家都明白,同样的用扇子去“泼水”也都可以理解。扇子之所以能够“扇风”或“泼水”,其实就是扇子对空气(或水)有一个推动的过程,让静止的空气(或水)突然加速移动形成气流(或水流)。为了更直观一点,我们可以把这看成类似球拍击球,也就是球拍给球突然施加一个力,让球瞬间加速飞出去:球拍突然推动静止不动的球在一定的距离上加速运动,球的速度不断增大,直到超过球拍挥舞的速度,球就会脱离球拍飞出去。
【入门】38、PVCBOT【28号】风行者·风力小车 - PVCBOT - PVC-Robot
 
  仔细研究螺旋桨的结构,我们会发现其实螺旋桨相当于一个高速转动的扇子。由于螺旋桨的桨面是一个斜面,桨面在围绕轴心转动的时候,对于某一特定点上的空气分子(或水分子)相当于受到桨面的一个推动的过程,也就是瞬间把空气分子(水分子)加速推出去,最终形成气流(或水流)。
  具体可以这样理解:
  1、一般扇子“扇风”(或“泼水”)时,就是扇面上特定一个点直接对应一个特定的空气分子(或水分子),扇面上一个点基本上就是把一个空气分子(或水分子)从头送到最后离开为止,即一对一的推送
  2、螺旋桨时“扇风”(或“泼水”)时,就是桨面上连续变化的多个点,分别按顺序逐一对一个特定的空气分子(或水分子)进行推送;同时,桨面上某一个点在推送完某一个空气分子(或水分子)前进一步之后又会转到推送另一个空气分子(或水分子),即多对多的推送
  (1)由于斜面,螺旋桨的桨面上的后一个到达的点比前一个点把空气分子(或水分子)更向前推一步;
  (2)由于旋转,螺旋桨的桨面上的某一个点会变换位置,当它把某一个位置的空气分子(或水分子)向前推一步后,又会转到下一个位置把另外一个空气分子(或水分子)往前推动同样的距离;
  (3)当空气分子(或水分子)被桨面上的最后一个点推送之后,就会脱离桨面,凭借惯性飞离出去,也就是喷射出去。 
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  更多关于螺旋桨的资料,请参看:百度百科——螺旋桨。 
 
 
3、电路原理
  本项目机器人的电路原理比较简单,就是直接电池连接电机,中间通过拨动开关来控制电路的通断。
 
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  为了方便初学者,我们这里再提供一个电路焊接示意图。
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二、准备工作
  本项目需要的器材主要包括:PVC线槽、电机、电池盒、拨动开关、皮带轮等。   
【入门】38、PVCBOT【28号】风行者·风力小车 - PVCBOT - PVC-Robot
 

  本项目采用宽度为2.5CM的PVC线槽,另外还有1节7号干电池。

  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 干电池/充电电池 7号 1节  
           

 
  以下列出本项目的其他主要器件:

  名称  规格 数量 用途
1 小电机  微型1.5V电机,轴径1mm 1个 动力
2 电池盒  单节7号电池盒  1个  电源
3 拨动开关  小拨动开关 1个  电源开关
4 电路导线 长10CM(红、黑) 2根  电路连接
5 滑轮 皮带滑轮,直径24mm 3个 车轮
6 橡皮圈  直径15mm 3条  车轮轮胎
7 短轴 长3.0CM,直径2mm 1个 前轮车轴
8 长轴  长5.0CM,直径2mm 1个  后轮车轴
9 塑料垫圈  直径2mm 4个  车轴固定垫圈
10 齿轮  孔径1mm 1个  螺旋桨桨毂
11 M2*6螺丝/螺母  直径2mm,长6mm 1对  固定电机底座
12 M2*10螺丝/螺母  直径2mm,长10mm 1对  固定电池盒
13 M3垫片  直径3mm 4片  电池盒垫片
14 M3垫片 直径3mm 2片  眼睛装饰
         

 
 
 
三、制作过程
  下面介绍PVCBOT 28号的具体制作过程。
 
3.1、后轮
  首先是制作后轮。
  把两个橡皮圈分别套到两个滑轮的轨道上,做成车轮。