展览尺寸:4000mm×4100mm×1800 mm。
组成:展品由小丑独轮车、台阶提升螺旋下降机构、机械手、多连杆提升机构、旋转机械手、巨型转轮、二进制、齿轮提升机构、分色机构、翻转链条10个模块组成,每个模块的规格大小、操作方法及科学原理如下:
1、★机械韵律-小丑独轮车(规格:1400mm×500mm×1800 mm)
操作:等待上一关送来的小球到达车轮右下方;转动手轮,把小球送往下一关。
原理:小球是怎么从右下方被运送到左上方的呢?转动手柄驱动车轮,左下方轨道内的小球遇到车轮正面有圆洞的位置时,就会滚进洞内被车轮带走,在小球入洞到被释放的过程中会被一截弧形的金属杆挡住,小球不会掉下来。直到车轮带着小球到达释放口,弧形金属杆到了尽头,小球就顺利地落入下一条轨道。
2、机械韵律-台阶提升螺旋下降机构(规格:900mm×500mm×1500 mm)
操作:观察台阶提升小球的过程;观察小球在螺旋下降过程中的状态。
原理:小球是怎么通过上活动台阶从低处往高处运动的?关键在于六个彩色台阶下面是六个凸轮的组合设计。当左边第一个台阶上升、第二个台阶正好下降时,就把小球从第一级台阶带到第二级台阶,周而复始,小球最后到达最高的台阶。凸轮的轴孔不在圆心,六个凸轮被穿在同一根传动轴上,但互相之间错开一定的角度。当电机带动轴转动时,每个凸轮按照自己的“姿势”转动,等于给上面的台阶编写了一个依次运动的程序,带动每一个台阶各自做升降的运动循环,配合起来就运走了小球。
3、机械韵律-机械手(规格:1200mm×500mm×1800 mm)
操作:在触摸屏上点击选择运送小球的轨道;观察机械手拿起小球准确送入指定轨道。
原理:我们的指令是怎么发送给机械手的呢?机械手是怎样抓住小球并精确摆放定位的呢?触摸屏上的指令被用无线网的方式发送给一个叫做可编程控制器(PLC)的装置,这个PLC就像是机械手的大脑,存储着已经编写好的的程序,可以驱动机械手去抓取、搬运物件或操作工具。自由度是机械手的一个重要参数,这里机械手是二自由度的,要想到达空间任意一点,一般需要3个自由度,想要做出复杂的动作,就需要更高的自由度。在程序的精确控制下,机械手“闭着眼睛”都能做到的动作和效率,是我们人类望尘莫及的。
4、★机械韵律-多连杆提升机构(规格:1200mm×500mm×1500 mm)
操作:让小球进入轨道;转动手轮,使多连杆机构运行;观察小球被提升的过程。
原理:连杆机构是如何组成的?有什么特点?这里运用了多连杆机构,把我们摇动手轮的圆周运动转化为往复直线运动,把小球不断抬高并放入下一级轨道。连杆机构是机械机构组成部分中的一类,它的运动形式多样,可实现转动、摆动、移动等复杂运动,但一般情况下,只能近似实现给定的运动,常用于速度较低的场合。
5、★机械韵律-旋转机械手(规格:900mm×500mm×1500 mm)
操作:让小球进入轨道;观察小球是怎样被这个不停旋转的机械手从低处搬运高处的。
原理:齿轮传动有什么特点呢?齿轮传动是机械传动中应用最广的一种传动形式。这个长得像变形金刚的机械装置也是用来抓取小球的,它全部由最普通的圆柱齿轮组成,纵向排列的五个齿轮决定了机械手的高度,横向排列的五个齿轮决定了机械手搬运小球的距离,这套机构巧妙地运用齿轮组合实现整体自身的旋转,达到搬运的目的。
6、机械韵律-巨型转轮(规格:1400mm×500mm×1800 mm)
操作:让小球进入轨道;转动手轮,观察运动机构是怎么把小球运走的;
原理:手轮持续的转动是怎么传递出去?巨型齿轮是怎么按周期转动的?这里共有3种传动方式:链条传动、槽轮传动和齿轮传动。手轮转动后通过链轮和链条驱动槽轮,槽轮与圆柱销组成的单向间歇机构把持续转动变成有规律的间歇转动,这种有规律的间歇转动再通过一个小齿轮使巨型齿轮运转起来。齿轮传动是靠主动轮齿和从动轮齿的相互啮合完成的,小齿轮带动大齿轮,转动速度减慢;大齿轮带动小齿轮,转动速度加快。齿轮传动还分为外齿轮和内齿轮,橱窗里的小齿轮就是“长”在大齿轮内侧的,叫做内齿轮传动。
7、机械韵律-二进制(规格:1400mm×500mm×1600 mm)
操作:转动手轮,让小球进入这个特制的二进制轨道;注意黑色拨片摆动和小球掉落的位置。
原理:二进制和十进制进位是不同的,通过观察拨片、小球下落位置和数码管上显示的转化规律,想想它们之间是怎么换算的?日常生活中常用十进制有1-9个数字组成,十个一分钱等于一角钱,就是我们常说逢十进一。而二进制只用0和1两个数字组成,进位规则是“逢二进一”,以加法为例:0+0=0,0+1=1,1+1=10。因为它只使用0、1两个数字,适合于只有两种状态信息的表示。比如:电路的接通和断开、光线的有和无等。我们使用的电脑,运算方式用的就是二进制。
8、机械韵律-齿轮提升机构(规格:1200mm×500mm×1500 mm)
操作:让小球进入轨道;转动手轮,观察小球是怎么在轨道中被运走的。
原理:要想把小球从低处运到高处,可以采用什么样的机械传动方式呢?随着手轮的转动,右侧低处的小球落入白色齿轮的轮齿间,在齿轮外围金属导轨的约束下被提升到高处,当小球到达白色齿轮能提升的最高点时会巧妙地离开这个齿轮,通过轨道滚动到左侧位置更高的蓝色齿轮旁边,被蓝色齿轮用同样的方式再次提升,从而完成了小球的两次提升过程。在这里,白色齿轮和蓝色齿轮之间的传动用的是同步带,这是一种长着牙齿的传动带,它可以和同步轮啮合,有传动精度高、噪音低、不需要润滑等优点,还能实现长距离传动,这是齿轮传动不太容易做到的。
9、机械韵律-分色机构(规格:1200mm×500mm×1500 mm)
操作:观察机构组成:右侧是小球排队装置,中间是色彩识别装置,左侧是分球装置;观察小球是如何排队、被识别颜色和输送的。
原理:不同颜色的小球是怎么被识别的呢?分球装置是怎么分配小球去“专用车道”的呢?
小球依次排队,是怎么每隔一段时间被放行一个的?小球颜色的识别靠的是色彩传感器,可以想象为传感装置的“肚子”里装着一套“色卡”,遇到需要识别的小球时,它会用自己的“色卡”,对比出相同或相近的颜色,就算是认出来了。色彩传感器其实是不认识颜色的,它只会认真快速地对比,每识别成功就立刻放走一个小球,然后告诉右侧的十字拨叉转动一次,后面的小球才能依次进入识别区。
10、机械韵律-翻转链条机构(规格:1200mm×500mm×1800 mm)
操作:观察右下方翻转机构的运动状态和规律;转动手轮,观察小球被链条提升输送到高处的过程。