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150820_投石机

2015-12-25  EasyBot
从零讲:机器-人-机构设计之投石机

上图照片里是什么,或许需要想一下应该就认得出来。这里介绍一下,上图照片里是重力抛石机,是从人力抛石机发展而来,最早出现在欧洲12世纪末中世纪的一种投石机,一种最大型的投石机,南宋时随蒙古传入中国。这里先回顾一下抛石机有趣的来历。话说公元前两百多年前,叙拉古城外布满了来犯的罗马战舰,眼看罗马人就要一举攻克此城。就在这个紧急时刻,一位老人家两手空空的来到了城上。他不是别人,正是大名鼎鼎的阿基米得。这天,他和一群人马携带着奇怪的器具来到了叙拉古城。在阿基米得的指挥下,守城官兵合力迅速将各种器械组装起来。罗马战舰终于航向城墙,正要发起进攻的瞬间,突然看见有数千个大石头从城墙后飞出,划过一道道拋物线,只听得轰隆地一声巨响,就将战舰打了粉碎。这是阿基米得设在城内的巨型抛石器,运用杠杆原理,能把超大石头丢到敌军战舰上。有此经验后,罗马战舰也学乖了,只要看见棍子,溜之大吉就对了。

本次博文要实作的投石机,并不是重力抛石机,而是弹力抛石机,乃依靠橡皮筋的弹力来抛射石弹,而且还设计了单向绞盘,只要将橡皮筋挂上小齿轮,就能用绞盘卷紧橡皮筋而储能,另外,还额外设计了独特的单向自动卡锁机构,这将使得押下弹射杆成待命状态是单一动作一气呵成的,这种精心配置,在一般用积木实作投石机身上是看不到的,因此,如果用本博文这台投石机跟别台手动的积木式投石机对战的话,相信这台很特别的投石机会有很高很高的胜算,为什么呢?这是因为此台投石机拥有独特的单向自动卡锁机构,换言之,对方冷兵器发射十发石弹的同时,这台投石机就能发射二十发以上的石弹来反制对方,因为太有效率了,真的是,天下武功,唯快不破!有关这个单向自动卡锁机构,后续还会加以介绍。

从零讲:机器-人-机构设计之投石机
图1:投石机处于闲置状态其橡皮筋空悬着而弹射杆因勺子较重使尾端翘起


从零讲:机器-人-机构设计之投石机
图2:橡皮筋从投石机前端底部穿过并挂上单向绞盘轴上的小齿轮


从零讲:机器-人-机构设计之投石机
图3:将水平的弹射杆下押经卡锁机构能自动上锁而卡住不动并转动绞


从零讲:机器-人-机构设计之投石机
图4:经拉火绳使卡锁后缩就卡不住弹射杆进而弹力拉动弹射杆往前抛

弹力抛石机主要是应用了杠杆与弹力的特性。弹力原理,是指弹性物体发生形变时所产生恢复的力。至于杠杆,则是一种旋转作动的机构,可分为支点、施力点、抗力点、施力臂和抗力臂等五个主要结构。要如何操作这台弹力抛石机呢?首先要从图1开始了解投石机处于闲置状态是什么情况,可以从图中发现其橡皮筋空悬着,而弹射杆因勺子较重使尾端翘起。接着进行图2所示的动作,例如将橡皮筋从投石机前端底部穿过,并挂上单向绞盘轴上的小齿轮,此时,用绞盘将弹射杆拉至接近水平的位置,并在勺子里置入石弹。再来依图3所示那样,将水平的弹射杆下押,经卡锁机构能自动上锁而卡住不动,并适度转动绞盘上紧橡皮筋,此时,投石机完成待命投射状态。最后,只等指挥官一声发射号令,炮手立马拉动火绳,使卡锁后缩就卡不住弹射杆,进而弹力拉动弹射杆往前抛射,石弹也顺势射出,完成一次射击任务,就如同图4所示那样。

经试一试操作发射投石机,可以发现,所配置的单向自动卡锁机构,确实能达到现代术语所谓的快速装填所需要的独特特性。这套独特的单向自动卡锁机构,在机构里头有个易拉罐拉环与中齿轮做成的卡销,当弹射杆下押滑入到单向自动卡锁机构里的卡销之后,弹射杆就能稳当的被凸出的易拉罐拉环卡住动弹不得,就好像被上了锁似的,这卡销上锁过程序是自动完成的,背后就是利用橡皮筋的谈力顶着卡销中齿轮的轮轴,使得弹射杆滑日入卡锁机构时,卡锁后缩之后又回复原来位置,进而单向卡住弹射杆。当要发射时,拉动软铁丝做成的火绳,能使卡锁后缩,这样就卡不住弹射杆了,进而橡皮筋弹力拉动弹射杆往前抛射,石弹也顺势射出,完成一次射击任务。

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