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机械韵律、小球旅行记-科技馆展品学校社区科普设备规格、科学原理及展项描述

※功能概述：（展项描述）

机械韵律是由各种机械结构和电机组合而成的。我们通过转动手轮、利用电机控制各种机械结构,最终完成运送小球的任务。

1.小丑独轮车

组件1（小丑独轮车）

※外形尺寸（单位：m）：1.4×0.5×1.8

※操作说明：欣赏小球经过铃铛轨道时带来的铃声，然后转动手轮，观看小球进入车轮后的运动。

※功能概述：展品由操作手轮、铃铛轨道、直轨道、螺旋轨道、机架和透明防护板等构成。小球经过铃铛轨道、直轨道、螺旋轨道后落入独轮车车轮的孔槽，转动手轮，小球被车轮的孔槽传送到下一个轨道的入口。

※科学原理：小球经过铃铛轨道、直轨道、螺旋轨道后落入独轮车车轮的孔槽。转动手轮，链条驱动车轮转动，小球被车轮的孔槽传送到下一个轨道的入口。生活中，自行车是链条传动的一种典型应用案例。

※视频演示讲解：

00:22

2.台阶提升螺旋下降机构

组件2（台阶提升螺旋下降机构）

※外形尺寸（单位：m）：0.9×0.5×1.5

※操作说明：观察小球如何上台阶，并观看小球在螺旋轨道内的运动。

※功能概述：展品由凸轮驱动机构、台阶提升机构、上海惯量特制控制系统、机架和透明防护板等构成。当小球进入检测点时，控制系统驱动电机运转，凸轮机构带动台阶提升机构机构将小球提升到高处。

※科学原理：每个台阶底部均有一个凸轮，由于凸轮机构可实现上升-下降这一固有规律的运动，在电机的驱动下，转动的齿轮组带动凸轮组合运动，从而实现各级台阶此升彼降的复杂运动。小球也因此能够“拾级而上”，最终沿螺旋轨道盘旋而下。

※视频演示讲解：

00:29

3.机械手

组件3（机械手）

※外形尺寸（单位：m）：1.2×0.5×1.6

※操作说明：触摸显示屏，将屏幕中的小球拖动到“上”轨道或“下”轨道。使机械手抓取小球后将小球送入相应轨道。

※功能概述：展品由操作触摸屏、机械手装置、上海惯量特制控制系统、机架和透明防护板等构成。通过触摸屏，可以控制机械手抓取小球并搬运小球到下一级轨道。

※科学原理：机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，它可代替人的劳动以实现生产的机械化和自动化。

※视频演示讲解：

00:24

4.多连杆提升机构

组件4（多连杆提升机构）

※外形尺寸（单位：m）：1.2×0.5×1.5

※操作说明：小球进入轨道后，转动手轮驱动多连杆机构提升小球，使小球通过轨道进入平底锅。

※功能概述：展品由操作手轮、多连杆提升机构、平底锅装置、辅助轨道、、机架和透明防护板等构成。转动手轮，将小球从低处提升到高处，进入平底锅装置中。

※科学原理：连杆机构又称低副机构，指由若干有确定相对运动的构件用低副（转动副或移动副）联结组成的机构。连杆机构构件运动形式多样，可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动。

※视频演示讲解：

00:22

5.旋转机械手

组件5（旋转机械手）

※外形尺寸（单位：m）：0.9×0.5×1.5

※功能概述：展品由齿轮传动组、抓手装置、进球轨道、上海惯量特制步进电机驱动装置、接球斗、出球轨道、连接轨道、展台等构成。

旋转机械手机构由步进电机作为主动力来源，经齿轮减速后驱动机械臂整体做旋转运动，同时机械臂上的两个抓手也绕自身中心轴做旋转运动，抓手在特定的位置实现抓取和释放斯洛克球的动作。

当有斯洛克球经过轨道传递过来时，停球机构将小球停靠在轨道的入口处，每次只允许一个球进入被抓取区域；步进电机一直持续工作，只要有球过来，机械手直接将球传递到下一级。

※科学原理：这是一个由电机、齿轮系组成的旋转机械手，在电机的驱动下，小球在低端被接入，通过机械手旋转将球运向高端。旋转机械手的两个机械手中心对称，其在重复的旋转过程中能够保证每一次搬运动作的精准性。日常生活中，机械手被广泛应用于生产流水线、物流等，工作精准无误、不知疲倦，大大的节省了人力资源。

※视频演示讲解：

00:24

6.巨型转轮

组件6（巨型转轮）

※外形尺寸（单位：m）：1.4×0.5×1.8

※操作说明：转动手轮提升小球，并观察齿轮和槽轮的传动。

※功能概述：展品由操作手轮、巨型转轮装置、辅助轨道、机架和透明防护板等构成。转动手轮，驱动巨型转轮转动，实现小球的提升。

※科学原理：齿轮传动是靠主轮齿和从动轮齿的相互啮合来传递运动和动力的机构。槽轮机构是由槽轮和圆柱销组成的单向间隙运动机构，可以将主动件的连续运动转换成从动件的间隙运动。

※视频演示讲解：

00:21

7.二进制

组件7（二进制）

※外形尺寸（单位：m）：1.4×0.5×1.6

※操作说明：1）转动手轮驱动凸轮机构，使阀门开启、小球进入轨道。2）观察小球在二进制轨道内的分布规律，并比较二进制算法和十进制算法的差异。

※功能概述：展品由操作手轮、二进制演示组件、上海惯量特制控制系统、机架和透明防护板等构成。展示了二进制和十进制两种计数制的区别。

※科学原理：凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构，凸轮机构主要作用是让从动杆按照工作要求完成往复运动。二进制是计算机技术中广泛采用的一种计数制。它用0和1两个数码来表示数，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”，由18世纪德国数理哲学大师莱布尼兹发明。

※视频演示讲解：

00:33

8.齿轮提升机构

组件8（齿轮提升机构）

※外形尺寸（单位：m）：1.2×0.5×1.5

※操作说明：转动手轮，观看小球在轨道内的运动情况。

※功能概述：展品由操作手轮、齿轮传动机构、上海惯量特制同步带传动机构、辅助轨道、机架和透明防护板等构成。操作手轮，将小球提升到高处。

※科学原理：小球在轨道中的运动借助于齿轮的转动，而两组齿轮的同步转动则利用了同步带。齿轮是轮缘上有齿、能连续啮合传递运动和动力的机械元件。它在机械传动及整个机械领域中的应用及其广泛。同步带传动是通过传动带内表面上等距分布的横向齿和带轮上的相应齿槽的啮合来传递运动。它能保证准确的传动比，广泛应用于要求传动比准确的中、小功率传动中。

※视频演示讲解：

00:40

9.分色机构

组件9（分色机构）

※外形尺寸（单位：m）：1.2×0.5×1.5

※操作说明：观看和分析不同颜色小球的运动轨迹。

※功能概述：展品由上海惯量特制颜色传感器、分球轨道、控制系统、机架和透明防护板等构成。不同颜色的小球进入此装置，会被自动分拣，并通过不同的轨道传送到下一级轨道。

※科学原理：在分色机构的作用下，不同颜色的小球分别被送入指定轨道，体现了工业自动化中的一种分检原理。分色过程如下：

1、颜色传感器对入口处的小球颜色进行检测，将检测结果发送给分球组件的控制中心；

2、分球组件的控制中心向电机发出指令，电机驱动指定的球槽旋转到入口方向接入小球，并继续旋转将小球送入接收该种颜色小球的轨道内；

3、最终，红色球、黄色球、蓝色球分别通过不同的球槽被传送到相应的轨道内。

※视频演示讲解：

00:47

10.翻转链条提升机构

组件10（翻转链条提升机构）

※外形尺寸（单位：m）：1.2×0.5×1.8

※操作说明：观看小球在与翻转机构连接的轨道上的运动情况。继续转动手轮，观看小球在于链条连接的轨道上的运动情况。

※功能概述：展品由翻转机构、链条提升机构、上海惯量特制控制系统、操作手轮、机架和透明防护板等构成。操作手轮，将小球提升到高处。

※科学原理：翻转机构下方连接着由电机驱动的齿轮，齿轮的连续转动使翻转机构产生往复的摆动，从而帮助小球走完复杂的路线。链条机构下方连接的齿轮是由手轮驱动。转动手轮时，链条机构中具有特殊齿形的主动链轮的运动被传递到具有特殊齿形的从动链轮，使小球跟随链条上的链节上升。

※视频演示讲解：

00:32

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