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从零讲:机器-人-机构设计之黑白配

转载 2015-07-14 13:34:29
标签: 皮筋车 机构设计 双曲柄 教育 科技

     冰心的白佳丽  慕灵的黑大光    ,可跳首华尔姿吗?                                                                     黑 与 白                     ,风采谁来定?                                                                             西 与 东                     ,怎么变东西?                                                        奔放的黑白斑马 与 浑蛋的黑白囚衣 ,能对话吗?                                              ​                               现实 与 奇迹                  ,可以相约吗?                                                                         积极 与 淡定                  ,能够融洽吗?                                                                         当下 与 无常                  ,慧根何?                                                                            若即 与 若离                  ,都在幸福终点站吗?                                                        彩色照片 与 黑白效果           ,能否再靠近一点?                                                                   科学 与 文学                  ,是永远的行线吗?

平行双曲柄机构与双曲柄机构示意图 

在四连杆机构中,是以最短杆为机架,则为双曲柄机构,如右图右下方所列的示意图。如果该两曲柄的长度相等,且连杆与机架的长度也相等,特称为平行双曲柄机构,这种机构的特点之一是相对杆始终保持平行﹐且两连杆的角位移﹑角速度和角加速度也始终相等,这个良好特性常被人们拿来活用,例如右图上方与左下方所示的机车车轮联动机构。本博文首张照片里有黑、白两盏桌灯,望一眼就知道他们的支架是平行四连杆,也就是平行双曲柄机构,只要灯罩俯仰角度调定位了,随之调整桌灯支架姿体的任意倾斜角度,都不会影响先前对灯罩所定的俯仰角度,这也是平行双曲柄机构的重要运动特征。现在想象一下,黑、白两根平行杆,静看是永远的平行线,若能在平行双曲柄机构带动下,自然会相互交织翩翩起舞。同样的,科学与文学,看似永远的平行线,能否蹦出火花,就要做多一种可能的尝试。微分几何告诉我们,球面上局部看是两条平行线,如维持这种平行关系持续走下去,奇妙的事就会发生,两平行线终究会交汇在一起,不信,你可以试着走走看。

就让平行双曲柄机构引领我们,顺着中国高铁的引进消化吸收再创新的心法,共同一起动手操作积木。我们这里要创作的题材是一架碰碰车接力赛之终点站,这个站台的功能要求,先是将它摆设在比赛的终点线,能够让碰碰车接力赛的最后一辆车行驶到终点线时,直接碰撞此终点站站台,站台要能立刻按下定时器的计时终止钮,使定时器成功纪录该碰碰车比赛所花时间记录,但前提是,定时器是电子设备,不能置入到纯机械机构设计出来的站台里面,因此,站台在受撞后要触发另一个机械式拍掌动作,以便能押下定时器的终止按钮。首先,从零开始思考,终点站站台在连杆、机构、动力三方面,由于平行双曲柄机构有着相对杆始终保持平行﹐且两连杆的角位移﹑角速度和角加速度也始终相等良好特性﹐能保证过程中站台骨架是不受任何影响﹐这样就可以快速有效地把平行双曲柄机构设计安装在终点站站台的框架里,当然还要经过多番的尝试与犯错。以下就是创新智造出来具有平行双曲柄机构的新终点站站台。

保有平行双曲柄机构处于待命状态的新终点站站台
保有平行双曲柄机构已触发启动的新终点站站台 

左图是运用平行双曲柄机构特色设计而成的新终点站站台,站台右边是高高举起的机械式拍掌器,表示站台是处于待命状态,而左边是在平行杆上设计一块撞击面,以便吸收碰碰车的撞击,这个撞击面只要一受到撞击,就会起得杠杆作用,并藉由平行双曲柄机构的转向机制,就能起得摆动棘爪连杆,使得该连杆往下一沉,这就松开了站台骨架上的灰色棘轮,实际情况就如上图所示。此时棘爪脱离了站台骨架上灰色中齿轮的齿牙,进而抛开束缚,现在已松动站台骨架上的中齿轮了,说时迟那时快,棘轮储能立马转换成为快速运转的动力,只见,站台右边机械式拍掌器像一支无影手迅猛地往下拍打。

 科教上常见的不文学反思。一般科教上,老师几乎就学理方面与学员直来直往互动,这就成了教学的固有模式。这容易导致偏好文学的学员不得其门而入而放弃,这连普科通俗性的教材都使不上力,不信的话,只要翻开报纸,可以发现,文科女老师受骗上当的大有人在。这些老师族群,对通俗性普科书籍多多少少都会涉猎一些,然而科学基本概念与精神并没长在脑里,为什么呢?问题主要是通俗本身并没有带来多大诱因,看了也无法内化,更不用讲把科学融入生活。对这些文学偏好者而言,科学好像离生活好远好远,是不相干的并行线。不懂科学的文科女老师是很容易受骗的,一来她们向来善良,二来欠缺科学辩证思维,这种情况并非特殊案例,而是普遍存在的事实。

 何故如此?这里讲一个笔者亲身经历的故事就能明白了。记得,孩子念小学时,有一天放学后,兴冲冲拿着九枚一元铜币,并在桌上摆出九宫格阵势,叫我等他转身后,挑其中一枚钱币紧握手里并专心默念心愿一百次,完成后把钱币摆回原位,再叫他转身回来,他说他有超能力辨识出我刚选的那枚钱币,而且能促成我的心愿实现。我一等儿子说完,立马告诉他,这个我也会,但我没超能力,换儿子挑我来猜。于是角色互换下,游戏过不一会儿,等我一次就猜中儿子挑的钱币时,他惊讶的说,连学校老师(是女的)被他唬的一愣一愣,我是怎么知道的?我虽然从来都没接触过这把戏,但都离不开科学原理,只要经科学思维辩证一下,分析一遍之后,就能明白其中的奥秘。难者不会、会者不难,我也告诫孩子,千万不要拿这个小伎俩去骗人。什么奥秘?这里我不便透露,免得又有人要受害了,尤其是急着心想事成的善良女性。

铁槐小姐与木柄先生喜重逢的故事

 总之,前述故事告诉我们,科学是离不开的,否则,难保事情发生了,还不明不白。至于如何引发兴趣,科学与文学或许让彼此做一次交汇,就创造出多一次的可能,以下就是笔者的尝试。这里提供笔者原创关于牛顿第一运动定律的文学创作,故事是这样讲起的。向来,铁槐小姐与木柄先生十分恩爱,孟不离焦,焦不离孟,是令人羡慕的铁锤家族。然而好景不常,经过无数次考验与打击之后,原本甜蜜关系竟然产生了松动,不知什么时候开始,一切的猜疑与不安,筑起了永远的并行线,但彼此间距离可以很近,俩人世界打心里都不愿意就这样因此分手,于是请来牵手达人帮忙重返第二春,牵手达人只告诉他们一个诀窍:「凡事要看远一点」。秘诀就那么简单?!可是要怎么做呢?俩人满脸疑惑。没关系,我来帮你们,于是牵手达人话刚说完把铁锤夫妇高高举起,剎那间他们懂了「远见云开」的道理,就在此刻,俩人猛然被拉回地面,从此,木柄先生和铁槐小姐又重新密合在一起。

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