#7411 cn by Gigotoys

EXPERIMENTS 創新科技系列

# 7411

8+ 204 6 年齡

數量

模型

› › › 目錄& 安全資訊目錄 & 安全資訊 ................................................................................. 1 實驗包內的零件 ................................................................................ 2 組裝技巧及準備事項 ......................................................................... 3 機械手臂的使用 ................................................................................ 4

甚麼是機械手臂 ?.............................................................................. 5 360 度機械爪 .................................................................................... 6 連接及關節 ...................................................................................... 11 長筒型機械夾臂 .............................................................................. 12 力量及力距 ..................................................................................... 17 夾娃娃機 .......................................................................................... 18 氣壓 ................................................................................................... 25 模擬義肢手臂爪 ............................................................................... 26 機械骨骼 ........................................................................................... 30 機械骨骼手部 ................................................................................... 31 機械骨骼腳部 ................................................................................... 35 發行者資訊 ....................................................................................... 38

安全資訊警告！本產品不適用三歲以下的幼童。窒息的危險小零件可能被誤吞或吸入。窒息的危險長的細管可能纏繞住脖子。

打開左邊的洞口液壓缸的把手往上移動

AIR

請將實驗材料及組裝好的模型妥善收藏，不要讓幼小兒童拿取得到。

AIR AIR

開關推向右側

AIR

保留包裝及說明手冊，裡面有重要的產品資訊。

AIR AIR AIR R

AIR AIR AIR AIR

AIR

親愛的家長及大人們 :

AIR

在開始實驗前，請共同和您的孩子一起來詳讀和討論的模型安全組裝須知。檢查並確保該模型的正確組裝，並協同孩子來組裝模型。我們希望您和您的孩子將會在實驗過程中獲得豐富地樂趣！

小提示！

發現一個紅色以上的組裝說明，你會的橫條標示：的難易程度。 >>> 這表示組裝該模型

簡單

中等

困難

實驗包內的零件 1

48 49

50 51

您還需要: 剪刀, 直尺或是卷尺

清單 : 找零件 - 檢查 - 核對號碼 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

描述 B-短結合鍵 C-長結合鍵 C-軸扣鍵 C-凸輪連結鍵 C-軸固定鍵 C-長紙卡固定鍵 C-活動圓管蓋 C-2凸單孔轉向結合器 C-液壓缸L(把手) C-4凸2孔十字框 C-3孔長條側有孔 C-3孔長條 C-5孔長條側有孔 C-5孔長條 C-3孔1/4弧長條 C-3孔超長條 C-5孔超長條 C-5孔超長條底無孔 C-3孔圓角長條 C-7孔圓角長條 C-7孔圓角扁長條 C-5孔L型長條 C-9孔長條 C-9孔長條側有孔 C-11孔長條 C-15孔超長條 C-145度齒輪曲軸-A C-145度齒輪曲軸-B C-6孔爪形長條

數量

品號

25 26 13 2 7 16 3 5 1 1 4 1 1 4 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 3 5 2 2 4

73 4 4 -W 10 - C2S

70 61-W 10 - C1D

11 5 6 - W 1 0 - A1 D

70 2 6 - W 1 0 - J 3 S

3 6 2 0 - W 1 0 - A1 D

7061-W10-W2TR

74 0 9 -W 1 0 - F2 D

74 3 0 - W 1 0 - B 1 D

74 1 1 - W 1 0 - D 3 D

74 0 6 - W 1 0 - B 1 D

7 0 2 6 - W 1 0 -X 1 D

7026 -W 10 - Q2D

741 3 - W 1 0 - K 3 D

741 3 - W 1 0 - K 2 D

70 61-W 10 -V 1D

70 61-W 10 - R1D

7026 -W 10 - S 3 D

7026 -W 10 - S2D

74 0 4 - W 1 0 - C 1 D

74 0 4 -W 10 - C2D

7404 -W 10 - C3 D

74 0 6 -W 10 - B2D

74 07- W 1 0 - C 1 D

74 07-W 10 - C2D

74 1 3 - W 1 0 - P 1 D

74 1 3 - W 1 0 - H 1 D

74 1 1 - W 1 0 - C 1 D

74 1 1 - W 1 0 - C 2 D

74 1 1 - W 1 0 - G 1 D

號碼

描述 C-120度三向結合器 C-120度側蓋 C-5×5孔正方框 C-5X5孔渼正方框 C-5X10孔渼長方框 C-27mm馬達短軸 C-35mmⅡ軸 C-70mmⅡ軸 C-100mmⅡ軸 C-150mm I 軸 C-10T鍊輪 C-20T齒輪 C-40T齒輪 C-80T齒輪 C-渦桿 C-空氣壓縮瓶O形環 C-鎖管螺母S C-OD40mm吸盤 C-曲軸 C-20mm圓管 C-寶特瓶結合器 C-寶特瓶 C-1200mm細水管包 P-造型塑膠片 C -雙向止水閥 C-打氣筒座 C-液壓缸L(塑膠桿) B-扳手

數量 2 3 1 2 12 3 1 2 4 2 1 2 2 1 3 1 1 3 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1

品號 74 1 1 - W 1 0 - B 1 S 741 1 - W 1 0 - A1 S 7026 -W 10 -T2D 74 1 1 - W 1 0 - F 1 R 74 1 1 - W 1 0 - E 1 R 70 2 6 - W 1 0 - L1 D 7413 - W 1 0 - O 1 D 70 6 1 -W 1 0 - Q 1 D 7413 - W 1 0 - L 2 D 7026 -W 10 - P 1D 3569-W10-D2D 7026 -W10 - D2R 73 4 6 -W 10 - C 1S 7328-W10 - G2R 73 4 4 -W 10 - A1D R 1 2 -

0 5

1156 -W 10 - J1D R 1 2 - 2 5 7063-W10-B1S1 7400-W10- G2D 7389 -W10 -B2D 7 3 8 9 - W 1 1 - A1 B 1 1 5 5 - W 8 5 -1 2 0 K 4 1 # 7 4 1 1 1155-W85-I4DN 7389 -W85 -A1D 7411-W85 -A 70 6 1 - W 1 0 - B 1 Y

› › › 組裝技巧及準備事項 1

製作實驗的材料你利用這些材料測試你的機械手臂，試著將這些材料放置在每個機械手臂上。 4

剪下細水管的長度你需要先剪下 120 公分長度的細水管，在每個模型的組裝手冊中都有標示出特定的尺寸。你也可以在管子上註明長度，讓你易於辨識。

45 公分 × 2

操作打氣筒座的技巧操作模型時，你需要先在寶特瓶中打氣，先將開關閥轉到中間位置，把空氣打進寶特瓶裡，要打氣 30 - 40 下，在操作模型時，把開關轉到一側或另一側。有些模型先將打氣筒座及寶特瓶拆下來，然後再把它們重新組裝回去，會讓模型更容易操作些。打氣 30 下可以讓模型操作 10 至 15 次，打氣

30 公分 × 1

筒座內的碳棒至少可承受 4 公斤 (8.8 磅 ) 的彎力 (bending force)。

› › › 機械手臂的使用使用氣壓系統的規則說明在一步一步地按照說明書指示組裝模型之後 ( 從第 6 頁開始 )，請依循這些規則來操作模型中的氣壓系統，每個模型都有些微的差異。這些在每個模型中個別的差異說明會放在說明書中模型組裝步驟的最後面，可以參考 25 頁有一個如何使用氣壓系統的範例。

將開關閥調到正中間的位置。

依據模型的需求，你會需要把開關閥往前推或往後壓下，來操控機械手臂。

再示範另一種情況，你需要把開關閥往前推或往後按下，來操控機械手臂的運作。

打氣 30 下，將寶特瓶中填滿空氣。

例如 : 當你把開關閥按下時，爪子就會合起來。

例如 : 當你把開關閥往前推開時，爪子就會打開來。

知識補給站

甚麼是機械手臂? 機械手臂是一種機械，它的外觀及功能多少都類似人類的手臂，但是機械手臂有更大的力氣、精確度、及速度、或是能夠執行一些對人類而言有危險性的工作，機械手臂是一種最常被使用在生產上的機器人。機械手臂融合了機械、電子、及電腦系統；在這件實驗包中著重在機械手臂上機械的設計，也就是著重在機械工程專業的部分。機械應用了物理原理及實驗的知識來建構出這些複雜的系統，實驗的知識則是簡單的資訊，來自於你觀察實驗的結果以及你觀察在周遭環境中所發生的現象。機械工程則注重在設計、建構及機械的操作。

確認需求及限制

甚麼是設計

們正在做的工程師通常用 " 設計 " 一詞來描述他是指從一個事情，設計是一連續性的步驟，經常是其中的過想法概念的形成，以及到產出成品或即實驗步驟程。工程設計的過程是可重複的，亦時候可以做是可以反覆操作數次並且在每次實驗結果出現。些修改，直到完成正確或是可接受的

改善設計

工程設計的流程

測試及評估原型

發展可能的解決方式

建構出原型

360 度機械爪

模型

實驗包內的零件 1

x25 x26 x13 x7

x12

x3 27

A 重複步驟 1 及 2 四次。

×4

x1 x1

×4

360 度機械爪

54 50

x2 42

3 4

10 3

3 6 0 度機械爪模型 1 11

15 17

E 19

F 21

22 23 24

360 度機械爪

模型

360 度機械爪

H I

m 70

I 34

J 8

3 6 0 度機械爪模型 1 35

100mm

360 度機械爪 44

模型 1

360 度機械爪如何操作 ?

Model-1

300 mm 細水管

連接上

將開關閥調到中間的位置。

45 打氣 30 下。

450 mm 細水管

連接上

當你把開關閥往後壓，夾子就會關上。

46 450 mm 細水管

連接上

旋轉把手來移動爪子。

模型 1

你能移動它嗎? 大顯身手放置一個圓筒狀的物體在 360 度機械爪前面，利用機械手臂從這一邊到另一邊移動這個圓筒，

完成當你把開關閥往前推開，爪子就會打開來。

用兩個不同的路徑，試試看多遠的距離是這個 360 度機械爪所到達不了的地方 ?

知識補給站

連接及關節在工程上，通常需要為結構或系統創做出簡化的模型，以便能夠更了解它們的物理特徵或是行為。製做一個簡化的機械手臂，可以更了解它在機械上是如何經由連接或是關節來運作。連接是機械手臂堅硬的結構部分，在這個實驗包中，這些包括骨架以及桿子的部分。關節是可以移動的部分，在這件實驗包中，像是：軸扣鍵、軸固定鍵、齒輪、液壓缸等皆是。關節讓連接可以用旋轉或是移轉 ( 指的是從這一點到另一點 ) 的方式來活動。

稱為運動鍵把連接及關節結合在一起被 ” (kinematic) (kinematic chain)，” 運動。在一個機一詞指的是 : 物體如何移動它與其它連械手臂，它的運動鍵受限於軸是由接的連接點 --- 就像是你的手了解一個機你的肩膀所控制一樣。為了你可以觀看械手臂是如何整體的移動，運作就可以在運動鍵上每個組成是如何瞭解了。

，被稱之為通常在機械手臂的末端 ector)，它與機械 ”末端感應器” ( end eff 環來設計。它被設計來與手臂其他的部分是分開特人類的手部，為執行些境中的物體互動，像是等等。夾取、旋轉、拿取材料定的任務，像是焊接、

在空間中的運動

不像人類的手臂，機械手臂可以在空間中用不同的方式更靈活的移動。機械手臂的運動可以被稱之為 ”自由度” ( degrees of freedom)，一個物體在空間裡的位置及方向可以有 x、y 及 z 三個運動向度，及三個以這些軸為中心環繞而旋轉的向度；對一個單獨的物體在空間裡最多會有六個自由度。

一個機械手臂的每個關節各有特定的自由度，不會超過

六個以上。例如，不是所有旋轉式機械手臂的關節都能旋轉 360 度。

在機械手臂末端所及的位置

工作領域 (workspace)，機

及空間被定義為

械手臂是無法超越他的工作領域去做撿取的動作！而工作領域的範圍則取決於自由度的大小，關節的限制，連結的長度，及物體的角度，決定機械手臂可以撿取到物品於否。

長筒型機械夾臂 ROBOTIC GRABBER

模型

2 長筒型機械夾臂

實驗包內的零件 1

x23 x26

x12

54 56

x1 x1

7 6

長筒型機械夾臂模型 2 10

×4

12 3

3 3

長筒型機械夾臂

ROBOTIC GRABBER

模型

2 長筒型機械夾臂 17

×2

長筒型機械夾臂模型 2 24

26 25

28 把細水管穿過手臂的中間。

連接上

300 mm 細水管 1

長筒型機械夾臂

模型

2 長筒型機械夾臂

29 把細水管穿過手臂的中間。

連接上

450 mm 細水管

把細水管穿過手臂的中間。

連接上

450 mm 細水管

完成 Model-2

模型 2

拿起一個瓶子

如何操作 ? 1

大顯身手伸長你的手臂，利用長筒型機械夾臂，試著去拿起一個裝水的水瓶。再試著用長筒型機械夾臂拿起一個裝水的水瓶並儘量的靠近你的身體。哪一種方式比較容易呢 ?

將開關閥調到中間的位置。 4

Done!

打氣 30 下。

當你把開關閥往前推開，夾子就會打開。 6

當你把開關閥往後壓，夾子就會關上。

知識補給站

力量及力距瞭解力量及力距是如何影響一個機械手臂，是在設計它時的一個關鍵點，因為在這些計算上的一個小錯誤都可能導致機械手臂失靈。

加速度為了要瞭解力量，你必

須先了解加速度。

加速度是物體改變時需

量方式，例如 : 一輛汽

要多少速度的測

車是速度加快，減慢速度或是改變方向。

力距

動，但也要看力量是施力量讓一個物體可以移。也能夠使一個物體旋轉力在物體的哪裡，力量會量力末端，你施加的例如，你施力在板手的個物體上面的力量多寡讓扳手轉動。施加在一的力距來決定。而力距才能讓它旋轉，是由它轉軸之間的距離，以及則決定於施力的點與旋，可以把它列成下列的這個力量有多大。因此公式 : 力距 = 力量 × 距離是在軸上面施力點的距你可以藉由增加力量或在實驗 2 裡伸長手臂使離來增強力距。你可以驗這個原理。用長筒型機械夾臂來體

力量

一種推力或是拉力量能簡單的被視為是量乘以它的加速力，力量等於物體的質式如下 : 度。這可簡化成一個公力量 = 質量 × 加速度或是關節都有重在機械手臂的每個連結量。一個機械手量，這是向下地球的力本身的重量，臂不僅是能夠要支撐它重量，一個機也要包含它能夠載重的稱為承載能力器人能夠乘載的力量就 (Carrying capacity)

手臂鬆垂當機械手臂太長

的現象，導致它

或是太重就會有

手臂鬆垂。這讓人

在伸長會有彎曲

不能接受，你會希望你的機械手臂是堅固及儘可能輕巧的，其實只要在組裝比較重的部分時盡可能地接近機械手臂的底部，這個問題是可以被解決的。

夾娃娃機 ROBOTIC CLAW

模型

實驗包內的零件 1

x23 x26 x11 x2 x4

x16

x2 33

x2 56

x2 38

x12 48

x3 34

x2 x2

3 夾娃娃機

x1 x1

夾娃娃機模型 3

F 洞口B

H I

夾娃娃機 18

模型 19

3 夾娃娃機

J ×3

26 3

把弧度大的那面朝外。 3

100mm

29 將渦桿往上面靠近。

如何解除液壓缸把手 :

27m

m B 1. 將把手推進液壓缸內。

將爪子的尖端朝向中線對齊。

2. 利用扳手將液壓缸把手的頸口轉開。

B 3. 利用板手輕輕的將液壓缸的把手撬開。

4. 將液壓缸的把手從液壓缸取下。

夾娃娃機模型 3 30

27m

將爪子的尖端朝向中線對齊。

小提示！旋轉軸以便調整爪子的上下。

A B

D 35

0 15 21

夾娃娃機

模型

3 夾娃娃機

底部圖

100

側面圖

m 100m

41 3

40 3 3

夾娃娃機模型 3

100m

44 45

夾娃娃機

模型

3 夾娃娃機

49 連接上

300 mm 細水管

51 450 mm 細水管

連接上

450 mm 細水管

連接上

完成

Model-3

模型 3

氣壓的力量

如何操作 ? 1

大顯身手不需要像平常在寶特瓶裡打氣 30 下，這裡只需要 15 下即可，然後試著去夾起其中的一個圓筒。分別以打氣 30 下及 40

將開關閥調到中間的位置。 5

打氣 30 下。 6

上面的把手控制上面的連接。 7

下重複做這個實驗，比較看看每次這個夾娃娃機的速度及

下面的把手控制下面的連接。 9

當你將開關閥往上推，夾子就會打開。 10

力量有沒有差別。當你將開關閥往下壓，夾子就會合起來。

知識補給站

氣壓在一個機械中，負責移動或是控制一個機械裝置的稱為促動器 (actuators)。在這機械手臂的產品中利用機械的部分 ( 齒輪及軸 ) 來移動機械手臂及利用液壓缸來打開或是夾住夾子。細水管、液壓缸、打氣筒、及寶特瓶組合在一起，就稱之為氣壓系統。

AIR AIR

將開關移至中間的位置 ( 關閉 )

空氣是一種氣體，包含許多的小分子不斷地朝著各種方向移動。當這些小分子撞擊到一個物體時，它們又會再彈回去。氣壓就是測量這些氣體的分子在這個範圍裡的撞擊有多堅硬及頻率大小。在物理上，氣壓是一種在一個區塊的力量，它的單位名稱為每平方英吋磅力 (psi)，帕斯卡 (Pascal，壓力的單位 )，或巴 (Bar)。

打氣

AIR

A AIR

AIR AIR

把氣體從空氣裡打進當你使用打氣筒打氣時，你瓶裡已經有更多空氣分寶特瓶裡。因為現在的寶特裡的壓力增加。子充塞在裡面，導致寶特瓶放會讓氣體的氣壓從寶特瓶釋 2 當開關打開時，就進入寶特瓶裡。寶特瓶出來；加壓的氣體經由細管缸的把手朝上。裡的壓力增加，就會讓液壓釋位置時，氣體會從寶特瓶中 3 當開關推到第三個。放出來，液壓缸的把手往下 1

AIR

AIR AIR AIR

打開左邊的洞口

高氣壓

甚麼是氣壓

在寶特瓶中儲存氣體

低氣壓

液壓缸的把手往上移動

AIR

AIR AIR

AIR

開關推向右側

AIR

AIR AIR AIR AIR AIR AIR AIR AIR

AIR

打開右邊的洞口

液壓缸的把手往下移動

AIR

R AIR

AIR

開關推向左側

AIR

AIR AIR AIR

AIR

因為那通常比氣壓系統更便宜，在行動上也更快速及更精準。然而，氣壓的促動器更有力及在應用上有它的優點，電

AIR

大部分的機械手臂是使用電動的馬達，

AIR

子的火星塞有可能會起火。

模擬義肢手臂爪

模型

實驗包內的零件 1

x20 x15 x1

x2 x2

x2 42

4 模擬義肢手臂爪

54 52

56 55

x1 x1

4 3

7 5

模擬義肢手臂爪模型 4 10

13 14

17 18 19

100

22 21

×4 3

洞口B

模擬義肢手臂爪 23

模型

4 模擬義肢手臂爪

將五孔長條調整成像黃色框內的角度。

當液壓缸完全被拉開時，兩個夾子就該合起來。

連接液壓缸到 5 孔長條。

連接上

300 mm 細水管

模擬義肢手臂爪模型 4 28

連接上

450 mm 細水管

連接上

450 mm 細水管

完成 Model-6

模型 4

派上用場

如何操作 ? 1

大顯身手如果你穿一件尺寸較大的毛衣或是長袖的外衣，你可以將機器手臂放進你的袖子裡面，所以，你會只有一隻手臂在袖子的外面。在袖子的裡面操作開關，試

將開關閥調到中間的位置。

打氣 30 下。

著去夾取各種的物品，你能夾住那些東西又有哪些東西夾不起來呢？當你把開關閥往後壓，夾子就會關上。

上面的把手控制上面的連接。

知識補給站

機械骨骼你已經學習到的機械手臂也能夠應用到機械骨骼上，機械骨骼是可穿戴行動式的機械，使用來增加肢體的力量及耐力。機械骨骼能夠使用在醫學領域上用來增進人們的生活品質或是讓工作可以更便利及更安全。它們也可應用在工業上或商業上 --- 任何需要力氣完成的工作都可以更省力。但是，目前確實可派得上用場的機械骨骼仍存在著許多的挑戰有待克服。

促進器正如組成機械骨骼所需的材

機械骨骼腳能夠幫你舉起更重的物品。

材料組成機械骨骼的材料需要在力量、重量，及成本之間做一個衡量，這些材料必須要夠堅固足以承擔重量不至於會掉落或是很容易就碎裂，也必須要輕巧能減少機械骨骼在移動時的重量。無論如何，使用質量輕及堅硬的材料，像是 : 鈦金屬或是碳纖維，可能成本較昂貴也需要更複雜的結構以及製造方式。

料一樣，促進器也必須質量輕及強勁有力，並且能夠靈敏的控制行動。你已經在機械手臂中看到並不是那麼容易在機械手臂夾爪閉合時就能抓取住物品。克服這個問

機械骨骼幫助這個女孩移動她的腿部。

題的方法之一就是使用氣壓式的人工義肢，氣壓式的人工義肢可以在氣囊中打入空氣，讓義肢可以壓縮變短，或是讓義肢可以放鬆變長，模擬出像真正肌肉的動作。一個男孩正在使用機器人的裝置來做走路治療。

電力另外一個挑戰是目前足夠提供外骨骼支撐超過數小時的能源設施還很少。非可充電式的電池可以提供更長的使用時間，但會有運輸，儲存，及替換的問題。另一方面，可充電式電池也需要有一套可充電的系統。大多數現階段的外骨骼原型都附帶有一個單獨的電力系統，能夠在有限的範圍內提供電源，像是家裡或是工廠。然而，如果這個外骨骼超出這個供電的範圍，就會無法正常的運作了。

機械骨骼手部

機械骨骼手部模型 5 實驗包內的零件 1

x18 x24 x1

x10

54 51

x1 x1

機械骨骼手部

模型

5 機械骨骼手部

14 12 13 15

18 17

150mm

機械骨骼手部模型 5 19

連接上

450 mm 細水管

連接上

300 mm 細水管

450 mm 細水管

連接上

×2

B A

C B

洞口B

×2

機械骨骼手部

模型

5 機械骨骼手部

×2 28 29

32 將軸穿過齒輪的中間及長方框的洞口。

完成如何操作： 1.把開關閥調整到中間的位置。 2.打氣30下。 3.當你把開關轉到左邊或是右邊，手臂就會移動。

機械骨骼腳部

機械骨骼腳部模型 6 實驗包內的零件 1

x8 x20 24

x10

x2 42

x7 51

54 52

x1 x1

3 5

8 7

模型 10

6 機械骨骼腳部

×2

洞口B

×2

機械骨骼腳部模型 6

450 mm 細水管

連接上

300 mm 細水管 450 mm 細水管連接上

連接上

如何操作： 1.把開關閥調整到中間的位置。

完成

2.打氣30下。

3.當你把開關轉到左邊或是右邊，手臂就會移動。

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