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萬獸之王經歷分享

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        萬獸之王是製作PT仿生機器人的起手式,對初學者來說製作較簡單,是我帶小六科學營、基礎班的必做機型。主要讓學生先認識密集版長度和寬度(21cmx15cm),並思考如何把四腳和身體用最比較簡單且省時的方試鋸完,下面的設計圖用9刀就可以完成。因為市賽、全國賽製作的時間制限三小時,畫設計圖時除了考量功能外,也要把各個機構盡量簡單化,不影響性能的動作盡量省略,例如我製作比賽的機種時,幾乎不會用到砂紙去砂磨(當然技術夠好時鋸出來的木板也夠直,也不需去磨)。我使用韓國鋸,極推薦。

        這裡要提醒的是前腳在和冰棒棍黏合時,不論左、右腳,冰棒棍都要在前腳的外側,以免曲柄軸旋轉時卡到冰棒棍。腳掌和腳再加一片小冰棒棍黏合較不會掉。在未學會用二個螺帽鎖時前,建議螺絲都直接塞pvc塑膠軟管固定,不要用螺帽。否則轉動一段時間後左、右某一邊的螺絲與螺帽將鎖死使馬達愈轉愈慢至不動。

        萬獸之王要能走直而不偏向走很難,因為只要四支腳中的任一支稍微跟其他不齊、腳掌微斜,就會使著地不均而造成偏向走。市賽、全國賽普遍的做法是在前方加上22公分冰棒棍做的保險桿加上賽道可以導正(可上youtube查看別人成品)。但平時則沒有外物幫忙,目前我的經驗是偏向左走就在前面左邊的腳掌加些摩擦材料。(可能原因:有時偏左是因左腳與地面較滑使前進慢於右腳,造成左偏)

一、萬獸之王拔河

        萬獸之王拔河,腳掌抓地力要好,目前常使用的防滑材料為桌球皮,可上網路買到1片100元以下就夠用,至於是不是買1000~2000元比較威,我沒試過。因拔河還有許多可改進的地方,不需花大錢浪費在桌球皮上,花大錢又不一定比別人強。能接收到桌球隊汰換下來桌球練習最好,比賽時再用新品。建議去買個測釣到魚重的電子秤來測拉力(在釣魚用品店可容易買到),有數據才能比較改變的設計是否有成效。

        齒輪的轉速要在慢轉,扭力才能大,同時前腳裝在靠近曲柄軸第一個洞處,轉動半徑小,扭力也才能較大。將重量加在前方,使腳掌受力大,摩擦力(抓地力)也會愈大。國中理化有教:摩擦力和正向作用力成正比(但總重不得超過700gw),在這裡可以直接的驗証。前腳掌(桌球皮)大一點,拔河效果會比較佳,也能平衡機身使加重物在前方時不致於傾斜到後腳不能著地。

        一般人會想說用愈新的電池愈有電,拔河的力量愈大。其實不然,為什麼呢?1.5伏特的新電池拔輸1.3伏特的舊電池,有動手做過的人才會明白,你說呢?

        第一年比賽前(2014),我試著用桌球皮當抓地材料,發現效果很好,拉力從250gw變成500gw,增加了一倍,自滿的以為天下就是我的了…結果一出去比…才發現許多強校幾乎也都用桌球皮,而且別人的拉力約1000gw。頓時感覺自己真的是井底之蛙!也因參加了全國賽,有機會見認識到別人的優秀的作品,進而能學習改進,讓自己成長。所以我非常鼓勵學生多參加比賽,除了有目標的學習效果更好外,還能開闊視廣。

        拔河要注意的另一個重點就是腳擺動時要能穩定,不能左右晃。左右晃動力量就會被分散掉, 所以設計 改良的重點是如何四支腳在走動時幾乎都只能前後擺。如下圖是2015年總績分冠軍組學生的測試機。前後腳都被限定在二冰棒棍形成的狹縫內行動。走路時腳不容易晃動,力量就出得來。前後腳上打許多洞是當時學生在測試最佳的施力臂與抗力臂(尤其後腳,轉軸以上到冰棒棍拉桿是施力臂,轉軸到腳掌是抗力臂((與地面抗力)) 施力臂要大於抗力臂) 。 

 

        拔河另外要注意,當對手和你的萬獸都是1公斤重左右的拉力,僵持時,轉軸如果沒黏穩而脫掉,就可能會輸了比賽,因此後來的後腳轉軸我都會要學生加二片冰棒棍黏實。         

                                                                                                                                                                                                                                             

二、萬獸之王競速

         萬獸要競速走得快大約有二個方向可改,看你要把前進的主力放在前腳還是後腳,這裡把靠近齒輪盒的定為前腳。 

(一)主力在前腳:2017年新增了四道競速(萬獸+蟲蟲)。萬獸因為要比速度且不用比拔河,所以設計出長腳萬獸,前腳轉軸長約7-8cm(超過8cm馬達易燒毀),前腳到腳掌要很短(3-5cm)以免腳掌容易卡到賽道邊牆,且也要避免卡到自己身體,黏前腳掌不容易,要好好設計。電池盒也置於前加重使壓低上下起伏。速度主力在前腳,前腳掌要貼防滑膠墊(或桌球皮),此時後腳只是協助平衡,後腳掌宜盡量打滑勿加防滑墊(反而會干擾而降低前腳速度)。跑一趟賽道170cm不需5秒。


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        (二)速度主力放在後腳,後腳長,後腳擺動軌跡為圓弧線,後腳掌宜做成有圓曲度的形狀增加接觸地面機會,且要加抓地力好的膠皮;前腳則協助平衡且打滑而不防滑。2020年因為萬獸又要競速又要拔河,故長腳萬獸無法勝任,重新設計後腳為輸出主力的萬獸之王,但以速度來說仍是主力在前的長腳萬獸的競速較快,但相差不超過2秒。       

    長腳萬獸,速度主力在前腳(折返跑)

 

      

 

    萬獸之王競速,主力在後腳(2020比折返跑)

 

       萬獸之王折返跑,因為是2020全國賽新的項目,所以在設計上需要花更多的心思,而且又沒有別人可以參考。在決定後腳為輸出主力時,小馬達有限的功率之下,拉桿到後腳轉軸、轉軸到腳掌的比例要如何取捨(用槓桿原理),後腳擺動幅度設定在90°角時,我利用數學的三角函數說明給學生看,為什麼軸距要這樣的比例,做出來的折返跑也能表現出色,並且也在全國賽拿下冠軍。常聽學生在抱怨說:學這個又用不到;我默默的、內心想告訴他:學數學、物理不是沒有用,只是學了你沒有機會用;或者是學了,機會來了你不知道可以拿來用!我在因應比賽遇的問題以及所做的修改,大致上還是從我學到的物理、力學的觀念去解決。

        理想上,能讓學生從頭到尾由設計、修改到比賽,學生學到的東西會是最多。可是,現在國中生的時間沒那麼多,且常有熱情但沒效率。所以我會先設計、修改,再做成範本給學生參考,以及說明設計的理由和可能的優缺,可以修改的方向,留一些給要試的學生去試。縱使同樣設計圖,不同組做出來的成品還是很有差異,有的7秒半跑完,有的10秒跑不完。我不強調學生要能自己設計出新的東西,我強調學生把各個細節都做好,做到專業。不過,還是會有學生能發展出不同於我的設計,我也常能從學生的巧思中獲得靈感…欸...這樣改也不錯。

※有關比較細節的討論是在集訓班。基礎班訓練基本功、鋸、黏,齒輪盒組裝、除錯。

可討論但不提供比賽相關設計圖

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2022寒假科學營萬獸之王

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