2022-10-19 12:25:03 0
# 图片内容详细描述 这是一本中文技术书籍的跨页（第26-27页），主题为"第3章 弥次郎兵卫机器人的制作"。页面包含文字、示意图和电路图。 ## 左页（第26页）内容 ### 顶部示意图 **图3.3 单摆模型**，包含三个子图： - (a) 单摆：显示悬挂点O、摆线长度h、下方质量2m、重心G - (b) 双振子：显示顶点O、两侧摆线长x、距离d、下方两个质量m、重心G - (c) 实体单摆：显示悬挂点O、上方矩形块、下方圆形体（中心G） ### 正文文字（从上到下）： **第一段**（接续前页）： 积分布。图3.3(c)为实际单摆的例子，图3.3(c)中的重心G反映了摆臂部分的重量，位于重锤中心的上方。另外，由于分布质量绕单摆的重心G具有惯性力矩，为区别于图3.3(a)所示的理想单摆，这样的单摆称为实体单摆。 **3.2.2 具有回转轴刚体的运动** 图3.4所示中具有回转轴O且能绕回转轴自由转动的刚体（没有形变的物体）上作用着力F。设绕点O的刚体的转动惯量为I，角速度为ω，则有式(1)成立： $$I\frac{d\omega}{dt} = hF \quad (1)$$ 可见，角速度的变化率与力矩hF成正比，与转动惯量I成反比。就刚体而言，无论它具有什么样的形状，都可以归结到转动惯量I，并通过式(1)确定其运动规律。 式(1)同样适用于单摆，图3.4中的F相当于图3.2中的B。单摆很少用来构成机械结构，但具有回转轴的刚体构成机械结构的例子却非常普遍，因此记住式(1)没有坏处。 趣味机器人制作中很少有采用数学公式进行计算的例子，通常是边做边试。然而，事先掌握了理论知识，就不至于沦为俗话所说的"张冠李戴"。也就是说，在定性的层面上把握好问题的方向性。例如，在考虑给弥次郎兵卫加上一个周期被延长的推论时，就可以根据hF减少，I增加得出角速度ω变慢的结论，进而得到摆动 **图3.4** 具有回转轴的刚体（左侧图示：显示回转轴O、半径h、力F） ## 右页（第27页）内容 ### 3.3 工作原理 **3.3.1 从共振提取能量维持摆动** 孩子荡秋千的时候，需要父母从后面推动秋千使其荡起来，父母所施加的力总是沿着秋千荡离的方向。即使是每两个回合或三个回合轻轻推一下，只要时机合适，秋千就会荡得越来越高。 推动摆离的物体，即对物体做功同时物体获得能量；相反如果推动摆近的物体，虽然同样也对物体做功，但物体的能量减少。 在荡秋千的例子中，父母推秋千的时机恰当，意味着与秋千摆动的位相一致。当振动与物体的共振频率一致时，即使持续地给予较小的能量，根据共振原理，物体的振幅会越来越大。 **3.3.2 振动力** 就像秋千没有人推动自己也能荡起来一样，电动兵卫也能以自身的力量摆起来。秋千借助人体重心的移动来摆动，而电动兵卫则是通过搭载在本体上的电机空转摆动，其正是利用了以下力学性质。 设物体上搭载了能实现回转运动的回转体，当它回转时，物体被施加了与回转体旋转方向相反的力矩；反之，当旋转的回转体停止时，物体上则作用了与回转体旋转方向相同的力矩。这就是所谓的角运动量守恒法则的力学性质，详细资料请查阅基础物理或相关的力学书籍。 ### 3.4 电路 电动兵卫的电路图如图3.5所示。 **图3.5 电动兵卫的电路图** 电路图中包含的主要元件： - **电源**：3V电池 - **开关**：SW₁（电源开关） - **集成电路**：IC₁（74HC14）、IC₂（11EQ S10） - **电阻**：R₁=3.3M、R₂=10M、R₃=3.3M、R₄=4.7k、R₅=3.3M、R₆=10M、R₇=2.2k、R₈=10k、R₉=10Ω、R₁₀=100Ω - **电位器**：VR₁=1M、VR₂=1M - **电容**：C₁=0.47μ（标记为涤纶电容）、C₂=0.1μ、C₃=0.01μ、C₄=1000μ/6.3V、C₅=0.1μ - **二极管**：D₁ - **晶体管**：Tr₁（2SC1815）、Tr₂（2SB1151） - **LED**：LED₁（TLR102A） - **接线端子**：FA-130 - **连接标注**：「设定周期f₁」、「设定周期f₂」、与IC的14引脚连接、与IC的7引脚连接 ### 页眉 右侧页眉显示："第3章 弥次郎兵卫机器人的制作 27" ### 其他细节 - 左页底部可见读者手指 - 右下角有"cruboy"水印 - 页面有轻微反光