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从零讲:机器人与机构设计之思想起

转载 2015-06-17 22:04:24
一套分离式设计机构动力车,是由左边橡皮筋回力车,加上右边发射器所组成的

谁是2015Formula-E弹力方程式赛车国际设计锦标赛的冠军?又会机构动力车有何相关这赛事会牵涉到机器人与机构设计领域,能锻炼未来设计领导者和设计师们所需要的机构设计能力、工业设计巧思、实践创新设计思维、综合解决问题方法、培养负有责任感等等的高综合性素质。机器人是由机械、计算机、电机、电子、数学等不同领域协同创造出来的,虽然有着例如臂型、六足等各式各样的形态姿式,如将机器人支解开来,除开与电相关设施以外,基本上是一堆经机构设计而成的机械构件,这些是构成机器人活动的骨架,倘若机构设计不机器人动作就会卡卡不灵光因此,机构设计可说是重中之重,所以,如要学习机器人制作,从零开始学习这个「机构设计」核心关键能力,将是个扎实起头的基本功。然而,实际上往往机器人教授者的专长,并不是机械背景,而有机械背景又懂得机电整合人才却十分稀少,在这种时空背景下,机构设计往往就被忽略了。这学习上的空白,会成为机器人制作者永远的痛吗?难道没有解困之法吗?其实方法是有的,但若要求做为大量推广之用,就必须符合经济简单有效多样安全以及容易取得的原则,其中运用量大便宜的制式积木就不失为一个良好切入点于是笔者花了一年多的功夫创作设计出一富多种款式机构动力车后续内文中将特别介绍其中十分特别一款分离式设计机构动力车

这里为何要特别介绍分离式机构设计概念因为这种设计概念太普遍又重要例如电动车设计整体环节就会采分离式机构设计概念会将产生电能设备分离独立出来这个电力的产生可以是风能水能核能太阳能多样来源转输出能提供合乎规格的电能而另一个独立分离储能及动力车整体环节分别由电厂与车厂在分工之下专司其责反观传统火车就不是这么一个概念其燃煤生热能设备与将热能转成动力的设备被耦合在火车头上介绍用积木示范分离式设计机构动力车之前先来看看香港理大生参加ASME H2Go 竞赛之水力模型车就是运用了这么一个分离式机构设计概念

左图是香港理大生参加ASME H2Go竞赛之水力模型车  右图是演示参加ASME H2Go竞赛之整套水力车组 

国际工程学生设计大赛2011年主题为「尚未开发的能源-雨水」,每一参赛队伍获发个能装有1公升容器要求得置于1米高充当模拟雨水,然后想办法以此推动自制的模型车走最远的距离。香港理工大学机械工程学系3名学生,模拟雨水下流带动涡轮透过以涡轮为核心设计的模型车,成功以由上向下「冲」的模拟雨水作动力来源,让模型车「发射」出去,极具能源效益。他们的设计已打破固有的习惯模式,这里补充一下他们的设计概要,他们的涡轮是置于塑­胶模型发射箱上,采与车分离的设计,模型车就变得十分轻盈。当蓄水从高处倒入塑料模型­箱时,水柱沿水管流向下冲,带动底部涡轮转动,像卷线器一样回卷着钓鱼线,而线的末端­是连接着橡皮筋模型车。因钓鱼线不断被向后拉,使得能量储存在车里收紧的橡皮筋内,当­松开机关后,车靠着弹力发动跑得好远。如果将前述水力涡轮引擎改成手动模式的发射器,­就成了此处特别用积木示范一款分离式设计机构动力车。其分离式设计机构动力车的设计概念,与香港理大生参加ASME H2Go 竞赛之水力模型车设计概念有着异曲同工之妙,其水力推动涡轮转动的模型胶箱就相当于另­一种型态之发射器,可见发射器的设计是可以多元变化的,其实作动态展示概要请参考YouTube影片所示范的分离式设计机构动力车。影片中笔者创作并用智高积木示范分离式设计机构动力车冲至终点站撞击墙面机构,会触发后­端手拍器的按下作动,如有计时终止按钮,就能停止计时,从而得知从出发到终点所耗时间­,这样就能进行机构动力车竞速比赛,比比看谁的机构动力车设计的比较厉害!至于此台飞­奔出去的机构动力车,只是简单的橡皮筋回力车,本身没有什么机构可言,但若加上发射器­,这就要有分离式机构设计的概念了,其发射器的设计变化可以是无穷尽的,但充当机构动力车的橡皮筋回力车却可以始终不变,正所谓『以不变应万变』就是分离式设计概念得真谛­


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