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M联动装置
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主要内容

背景

央视推出一档名为《加油!向未来》的科技节目,每周日晚八点黄金时间播出。央视组织了一个比赛活动,需要制作一套连锁反应装置,最终扎爆一只气球,对于万能的Microduino貌似很简单的要求,所以就接了,6个人奋战一周,每天9点,激光切割、榔头、胶水、CAD、电锤、气泵,螺丝钉,Microduino智能电子积木硬件等等。

设计联动机关

用 CAD画的图,手绘的图纸已经不计其数了,好纠结,怎么布局?用什么材料?怎么省钱?关键还要好玩。伙伴们可以脑补下,可以看见一些机关结构:球的能量转换、小车、logo、多米诺、迷宫、气球等。 

激光切割,组装

整版整版的切割,看着很舒服。当然省板子省钱了。


然后固定的背板上。


初步调试结构,打孔,安装传感器,电源供电,联合调试。



联动电子触发设计
重点讲下联动装置电子自动触发设计。电子触发必须依赖于传感器去感知变化,这种变化无非是将物理量转换成电量,如:感知声音-将声音大小转化成电压大小;感知光线-将光线强弱变化成电压大小;感知开关是否开启-将机械量亮转换成电量等等。 
传感器将感知到的信号传递给核心,核心具有分析判断能力,相当于人的大脑。不过核心的思维能力是我们通过编程赋予给它的。 
核心分析之后,输出控制信号让输出设备(舵机,电机,灯)做出反应:动起来或者发光等。


拿M装置举例,我们需要检测小球是否运动到指定位置,就需要传感器去检测是否在该位置上,核心读取到传感器的信号,控制舵机转动,开灯等一些动作。

Step 1:M1设计

材料清单 

  • Microduino-Core *1  核心 
  • Microduino-Hub *1  传感器转接板 
  • Microduino-Line Finder*2 灰度传感器 
  • 舵机转接板  *1  连接舵机 
  •  舵机    *1  转动 
  •  Ws2812灯带  亮灯 

最底下用了一个灰度传感器来做开关,可以检测到触摸,当然也可以换成碰撞开关,触摸等。
当检测到触摸时,触发舵机转动,铁球所在面被舵机臂顶起来了,铁球开始下落。
下落时重力势能转化动能,然后动能经过碰撞传递给下一个球,直到最后一个球掉入漏斗内。由于铁球比较重,通过滑轮将底下的木球拉起掉入中间漏斗,在重力势能作用下,最后落到最底下。 
在最底下同时有个灰度检测球到了指定位置,M1背板的led灯带开始亮起来了。 

到这里M1设计完毕。同时M1最后一步机关需要出发M2的启动。 
Step 2:M2设计 
材料清单 
l Microduino-Core *1  核心 
l Microduino-Hub *1  传感器转接板 
l Microduino-Line Finder*1 灰度传感器 
l Microduino-Crash *1 碰撞开关 
l 舵机转接板  *1  连接舵机 
l 舵机    *1  转动 
l Ws2812灯带  亮灯 
l Cube小车 *1  

第一关球落到最后,撞击挡片,利用杠杆原理拉动小车芯片倒下,小车程序启动。 

小车开始走,再次利用杠杆原理,撞击磁球开始滚动。


磁球能量传递到塑料球上,飞到了勾勺内,被灰度传感器检测到。

灰度检测到小球,舵机开始释放。

由于勾勺上面安装铁球(配重),根据重力势能勾勺逆时针旋转把小球带到多米诺触发区。


小球撞击到杠杆启动多米诺,将能量一级一级往上传递,直到最后一个多米诺牌倒下


最后点有两个孔,一个触发M3,一个触发M4,都通过灰度传感器检测。 
M2除此之外还有个电子开关,用来将勾勺复位。我们知道一开始通过舵机臂顶住勾勺,当球道指定位置时才释放。为了方便下次玩耍,我们要将勾勺复位,释放后的舵机臂是平的,这时候顺时针勾勺撞击碰撞开关,这时候舵机臂转回来了,顶住勾勺完成复位。整个装置的复位时间只有短短几分钟。

Step 3:M3设计 
材料清单 
l Microduino-Core *1  核心 
l Microduino-Hub *1  传感器转接板 
l Microduino-Line Finder*1 灰度传感器 
l Ws2812灯带  亮灯 

M3相对其他简单些由11个全彩点阵拼装而成,有个灰度传感器装在M2上,当灰度传感器检测到,全彩led随意颜色变化同时背景灯亮。当灰度传感器没检测到就关闭。这个复位及其简单


Step 4:M4设计 
材料清单 
l Microduino-Core *1  核心 
l Microduino-Hub *1  传感器转接板 
l Microduino-Stepper *1 步进电机驱动板 
l Microduino-Crash *1 碰撞开关 
l Microduino-Line Finder*1 灰度传感器 
l Microduino-Hall *1 霍尔传感器 
l Microduino-Mic *1 声音检测传感器 
l Microduino-Color led *2 彩灯 
l 舵机转接板  *1  连接舵机 
l 舵机    *2  转动 
l 步进电机 *1  转动 
l Ws2812灯带  亮灯

M2灰度检测到释放舵机臂,铁球推着木球走,木球先掉入凹槽,铁球借着木球继续往前走。

由于铁球比较重,根据杠杆原理,将木球抛入杯子,木球顺着轨道进入迷宫。
木球抛入杯子同时通过碰撞开关检测,碰撞开关被撞击之后,迷宫开始启动。
在迷宫启动之前,需要对迷宫初始位置确定,在迷宫四个角落的一个角安装一个磁铁,通过霍尔传感器检测磁场。启动电源时,迷宫开始自动转,当霍尔传感器检测到磁铁(初始位置对齐)时停下。迷宫用步进电机驱动,力气大。
球通过迷宫后掉出来了,通过灰度传感器检测。这里装了两个灰度传感器,1个控制M5的塑料球滚出来,另一个控制扎爆一只气球。
等M5的气球落完毕之后才开始启动扎爆气球程序,中间加了延时。舵机转动,释放铁球,铁球咂到气泵开关,从管子内开始出气。
延时时间段彩灯慢慢亮,直到最亮时,舵机打开。气泵另一头塞了一个铁钉,通过气泵出气利用铁钉把气球打破。同时在出气口装有声音传感器,气泵出气声音很大,检测到声音时小人手上彩灯爆闪,完成扎破气球,结束后背景灯亮起。 

Step 5:M5设计 
材料清单 
l Microduino-Core *1  核心 
l Microduino-Hub *1  传感器转接板 
l Microduino-Line Finder*1 灰度传感器 
l 舵机转接板  *1  连接舵机 
l 舵机    *2  转动 
l Ws2812灯带  亮灯 


球通过迷宫后球掉出来了,通过灰度传感器检测。此时释放M5的舵机。在滚筒里面放有彩球和木球,木球推动彩球滚到logo里面,直到滚动完毕,背景灯亮起。
来个完成后的图片。所以模块安装在后面,供电采用开关电源。5个装置之间可以单独拆卸,方便安装、调试及带走。

团队合影,6个人,其他为央视摄影的老师(PS:找找我们在哪?)。


所需硬件
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