2014/1/27（一）投石車機器人

1.主題：投石車機器人

2.實做練習：設計投石裝置

3.實做練習：設計得分牆

4.實做練習：投石比賽

5.討論與回饋

今天的課程是投石車，上學期期末有一個題目是投球機，當時做的東西就很像投石機，我們來複習一下投石機的部分。

在http://bbs.tiexue.net/post_4964814_1.html
這個網站裡面有扭力投石機的介紹，可以參考看看。

投石機分為四種，第一種是使用弓弦彈射的力量來發射，例如彈弓。

 

下圖是大型十字弓，也同樣使用繩子及木頭本身的彈力來發射弓箭或破壞性的子彈。

第二種使用繩子本身的扭力，例如下圖，同樣是十字弓，但是彈射的力量使用左右兩邊繩子互絞所產生彈射的力量

  

 下面的圖則是投石機，也同樣使用繩子本身互絞產生的力量，將石頭彈射出去。

 

 

再來是人力拋石機，使用人力的方式將重物彈射出去。

 

最後是重力拋石機

上一學期的課程當中，我們曾經做過投籃機，這個投籃機使用馬達接上手臂，把球彈射出去，嚴格說起來他不屬於前面四種投石機的任何一種，因為他使用電力及馬達控制，如下圖。

今天，我們來製作投石機，老師想將動力回歸到古代人的思考上面，因此，NXT及馬達只能當作，而真正所想使用的動力是：橡皮筋，然後我們的目標是「扭力投石機」。

在一開始的時候，我們要先畫出設計圖，透過設計圖來設計東西。

 首先畫出一個湯匙，代表投石的手臂，這個手必要能夠放我們的武器：乒乓球。

 再來是，將湯匙固定在一個活動的十字軸當中。

 綁上代表火力的橡皮筋，一開始不要綁太緊，如果綁太緊，一不小心爆掉很麻煩，先隨便綁一下。

 再來是支架，如果湯匙彈射出去，要能接住湯匙，避免湯匙一直轉下去。

 再來是底座，有了底座還要加強穩定性。

最後是加上NXT馬達，馬達在這邊當開關使用。

 首先是乒乓球，直接拿四方形的結構積木來裝。

 裝上4個三層的藍色連接器。

 下面的湯匙結構，使用一個L型連接器來連接。

 組合完成變成這個樣子。

 下面我要接十字軸，因為我原本的結構棒是一字形，並沒有十字軸，為了增加穩定性，所以用黑色連接器和V型結構棒接在一起，這樣就會很穩。

 從正上方看，這樣接還有另一個好處，我連接十字軸的地方可以在往中間一點，這樣子還兼顧到平衡，不要太偏一邊。

 接上十字軸。

 左右兩邊找到H型的結構盤，兩個便可以讓拋射器的支架創建起來。

（這邊特別注意，整個組裝過程會反覆裝拆，所以每組裝一次，就要記憶一下是如何組裝起來，這樣拆裝的時候會比較快。）

 底座部分再使用4個L型連接器和一字形結構棒。

 裝上湯匙結構，長成這個樣子。

 側邊拍一張，並嘗試手動發射看看。

發現少了什麼！！！

少了套筒，這樣彈射會不穩定，加上套筒，每一次就會很穩定 。

 再來是，捕捉網的部分，當湯匙用力彈射出去的時候，一定要設計一個緩衝的裝置，這個裝置可以減緩彈射所造成的傷害。

 側邊看，發現結構很脆弱。

 後面加上結構棒，強化結構，這樣才穩。


實做練習一：請小朋友開始組裝基本彈射裝置的結構。

先不要考慮橡皮筋，先把結構裝起來。

 裝上一條橡皮筋來測試。

 測試碰看看，這時候先不考慮撞倒問題或是彈爆的問題。

 再來要拆整個結構，要裝上核心的彈射橡皮筋部分。

小心拆，並嘗試記得順序。

 放一條橡皮筋，並簡單的轉幾圈測試火力。

 還不錯，先以這個來測試。

注意，上面這張圖有一個問題，看看小朋友能不能發現，答案後面公布。

 看起來火力不錯，或許一條就夠了。

接下來再度將結構裝回，先裝底座，然後是上面的部分

 看起來很緊。

 側邊照。

 再度測試。


實做練習二：請小朋友開始將橡皮筋裝上，並嘗試測試彈射裝置的部分。

 發現問題了，好像沒什麼力量。

先不要看後面答案，嘗試回答看看，問題在哪裡？？？

 仔細看看，這張圖有什麼問題？？？




首先這條橡皮金好像很不均勻，中間很鬆，兩端很緊，如果再多轉幾圈可能會斷掉，中間卻仍然很鬆。

 先嘗試調整均勻度，現在很均勻了，不過火力好像不夠強。

然後還有一個問題是，底盤不夠穩 ，所以底座會動。

 先解決第二個問題，增加底座

 然後第三個問題就是，一條橡皮筋火力不夠，如果可以三條，火力應該會強很多 。

 因為前面已經看到了，所以這次捲橡皮筋要很小心，用力調整橡皮筋力量均勻度，如上圖，都一樣緊就差不多。

 第四個問題再來了，裝起來發現之後，另一方也要裝底盤，加強穩定。

前後都裝起來了，然後緩衝橡皮筋也裝好了，有了煞車和油門就可以嘗試玩看看。



實做練習三：嘗試修正問題，並繼續完成作品。












出現一個問題，球都會往下打。



這個問題在上學期組投籃球機的時候也出現，先不要看答案想一想。

想到答對你就不會忘掉，老師跟你講答案，過幾天就會忘掉！！！

答案在連接器的部分



用下圖來解釋，如果上面用三層連接器，投射的時候就會被限制只能打下方。

下面，修正後，就可以打出較完美的拋物線。

這個原則，請記住，下一次在組裝投石機的時候，就要應用這個原則來實做。

實做練習四：完成本作品。









如果有時間，請小朋友多加嘗試，如果再加一條橡皮筋會如何？

如果多轉一圈會如何？

請嘗試回答，如何取得橡皮筋轉圈數和條數的平衡，如果太多會怎麼樣？





本次課程時間有限，投石車系列只能先完成基本橡皮筋彈射的部分，還未能安裝馬達，下學期的課程，老師想將這個扭力投石裝置加上馬達，算是投石車系列第三次的課程。