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作者:鄭智銘(2001-12-05),推薦:徐業良(2001-12-06)
附註:本文為九十學年度元智大學機械系大三機械設計課程實作計畫。

機械設計實作計畫-幼兒玩具電路設計與製作

1. 電子元件與感測元件的應用

日常生活中我們可以看到許多電子元件與感測元件應用的例子:光敏電阻與小夜燈結合便是在夜晚能自動明亮的夜燈,紅外線人體感測器與馬達正反轉電路結合後便是電動門,與沖水機構結合便是便斗的自動沖水系統,電子元件的使用是機械自動化與邏輯運算的基礎,與各式的感測元件結合後更能附加對環境或人為引導的感知能力,甚至模擬生物的感官知覺等功能,以現在很受歡迎的電子寵物狗AIBO為例,在圖1AIBO解剖示意圖中,我們可以看到AIBO眼睛是小型CCD攝影機,頭部裝置壓力Sensor感覺飼主的撫摸,耳朵中的聲音感測器可以判別聲音方向,先進的紅外線感測器測量與物體的距離,角度感測器控制關節與纜線機構控制AIBO表達出各種動作並保持平衡。一支活生生的寵物狗AIBO是電子元件、感測器與傳動系統、運動機構整合的結晶。

利用電子元件單元中所獲得的電子元件與感測器知識,我們也可以試著結合電子元件與感測元件,為玩具賦予可以感受環境或接受人為引導的各式智慧,圖289年度機械設計實作計畫機械設計助教群所製作的光控機器人,操縱者可以光源照射前方三個光敏電阻控制車子左、右轉與直行,圖3為其中一組光控裝置內部的電路圖,以光敏電阻控制兩組繼電器所連接的轉向與直行馬達,製作三組相同的光控制器便可同時控制機器人左轉、右轉與直行。

1. AIBO解剖圖

2. 光控機器人實體照片

3. 光控制器電路圖

2. 幼兒玩具電路設計與製作

常見的幼兒玩具藉著電子元件與機構結合的有趣動作吸引兒童的注意力,我們可以試著加入感測元件製作更多樣甚至可以有簡單互動功能的智慧玩具。

(1)   觀察你身邊常用的設備或物件,有哪些設備或物件使用了感測器?其使用了哪種類型的感測器?經由這些感測器的訊號輸入,有哪些機構或事件作動或發生?

(2)   試著以“說故事”的方式敘述你們所設計的幼兒玩具動作過程,以文字與圖片說明幼兒玩具需要接受哪些感測器或人為的導引訊號?這些訊號如何引發運動機構與傳動系統的動作?

(3)   你所設計的幼兒玩具電路運用了哪些課程中所學習的電路?你是如何組合出所需要的功能?以文字與圖片詳細介紹你們所設計完成的幼兒玩具電路。

(4)   經過電子與感測元件課程中對各式電子與感測元件的介紹,以及電動門電路實作練習中所得到的經驗,同學們可以實際至電子材料行採買所需要規格的各式電子與感測元件,以麵包板完成所設計的電路,同學們可以記錄下過程中你們所獲得的經驗與遭遇到的挫折與大家分享。