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DIY一个自己的“海滩动物”

2012-09-01  mtjs

 
Theo Jansen是谁?或许你没有听过他的名字,但你一定见过他的发明——海滩动物(Strands Beasts)。这位拥有科学背景的荷兰艺术家设计了这种以风为动、随风而行的生物,但这个看似复杂的设计其实只是运用了很简单的机械结构,就让我们自己着手DIY一个吧。


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Theo Jansen是谁?或许你没有听过他的名字,但你一定见过他的发明——海滩动物(Strands Beasts)。这位拥有科学背景的荷兰艺术家设计了这种以风为动、随风而行的生物。他的设计借助风的力量,将简单的塑料管变成了可以行走的庞然大物。看似复杂的设计其实只是运用了很简单的机械结构,就让我们自己着手DIY一个吧。


上面这段视频详细介绍了Theo Jansen的设计,他的“海滩动物”之所以可以顺利的移动是因为他运用了精巧的机械结构,看过下面这段小视频相信你也可以理解这些生物运动的原理。

风带动扇叶旋转,扇叶经过减速装置驱动圆盘,圆盘再通过连杆将圆周运动转化为前后往返的机械运动。而连杆自身的四边形结构精确地操控着腿部关节运动,前后两条腿相对的前后移动构成了最基本的运动单元,多单元的组合便可以让海滩动物自如的行进。


1   工具和材料

1.1   工具

  • 剪刀
  • 钳子
  • 热熔胶枪
  • 壁纸刀
  • 打火机

1.2   材料

  • 硬纸板
  • 吸管
  • 大头针
  • 钢钉
  • 乒乓球
  • 铁丝
  • 胶布

2   制作步骤

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首先制作风动轴,风动轴将风扇的力量传动给主轮,主轮通过旋转带动连杆运动。由于两侧腿部的运动为交替运动,所以主轮上的钢钉应相差180o分布。


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用硬纸板制作出外框,因为风动轮在单侧要连接前后双向的连杆,前后各两个连杆共四个依次穿过轴,因此后部连杆的位置要较前侧宽出两个连杆直径的距离。


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纸壳外框被上下夹板固定形状,中间的凹槽是预留给风动轮的宽度,以保证连杆可以紧贴外框且平行于中轴垂直剖面。


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钢钉,作为固定连杆的装置需要其位置保持水平方向的稳定,所以再外框内侧加装一支吸管以固定钢钉的水平位置。吸管通过热熔胶被固定在外框上。


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加装内部吸管后即可为外框封顶。


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为外框上色。


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接下来制作扇叶:用剪开的乒乓球作核心,将烧热的铁丝均匀排布在圆周上作为扇叶的外框。


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将扇叶的外框固定在风动轴上,调好两侧铁丝的相对位置,用热熔胶将乒乓球固定在风动轴上。


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最后将扇叶用胶布加装到铁丝外框上。


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最后用吸管与大头针组装出四条腿就大功告成啦!


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“行走”模拟图

虽然制作出来像模像样的,然而无论吹多大的风,这个“小家伙”依然一动不动。其实在设计之初就考虑到要对风动轮进行减速后再传动给机械腿,只是苦于没有齿轮,抱着试一试的心态就这样做了出来。吸管之间的摩擦力、风动轴与外壳间的摩擦力相比风扇可以提供的动力来说要大得多,如果想要自己制作的话可以考虑加装用齿轮进行减速传动。最后,为了弥补一下小小的遗憾,制作了这张足以以假乱真的GIF图,通过这张图倒是可以清楚的看出腿部的运动机制。

一个很不错的Flash,可以让你清楚的看出他的运动。
你可以按下P键以使它运动;R键转向;H键隐藏后面的部分。
不难看出,这个机器人的腿是几种基本的形状组成的,其中的三角形具有稳定性,因而几乎不发生形变;而两个四边形在中间的节点的带动下发生形变,从而带动腿的运动。





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