一、基本原理
當(dāng)前機(jī)器螞蟻使用USB接口的電源給超級(jí)電容充電，然后超級(jí)電容放電驅(qū)動(dòng)振動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而振動(dòng)電機(jī)再帶動(dòng)機(jī)器人的肢體一起劇烈震動(dòng)，并由此產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。
1、驅(qū)動(dòng)原理
振動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)力可以是說就是振動(dòng)波，即通過振動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)整個(gè)機(jī)器人肢體產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人的重量較輕并且支撐不是很平穩(wěn)的時(shí)候，機(jī)器人就會(huì)發(fā)生位置的移動(dòng)。而通過調(diào)整機(jī)器人對(duì)于地面的支撐方式，就可以使得機(jī)器人因?yàn)檎駝?dòng)而產(chǎn)生的移動(dòng)是遵循一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的，比如可以讓機(jī)器人在振動(dòng)的過程中整體進(jìn)行曲線運(yùn)動(dòng)或者圓周運(yùn)動(dòng)。
振動(dòng)電機(jī)原理
振動(dòng)電機(jī)的軸上安裝有一個(gè)偏心錘，也被稱為振動(dòng)偏心輪、振動(dòng)擺錘或者振子，這是一種安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上但重心不是位于軸心而是遠(yuǎn)離軸心的金屬錘狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)偏心錘高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于錘體存在一定的質(zhì)量就會(huì)不斷交替循環(huán)的在軸心周圍產(chǎn)生一個(gè)離心的外力，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生忽上忽下、忽左忽右的擺動(dòng)，速度越快擺動(dòng)越明顯，從而也就產(chǎn)生了強(qiáng)烈的振動(dòng)。:在普通直流電機(jī)上安裝偏心錘，就變成了振動(dòng)電機(jī)，振動(dòng)電機(jī)最常見的應(yīng)用就是手機(jī)的震機(jī)功能。
在當(dāng)前項(xiàng)目中，由于外形結(jié)構(gòu)的需要，選用的是微型扁平振動(dòng)電機(jī)。
2、電路原理
本項(xiàng)目的電路原理主要就是：先使用USB接口的電源對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電，讓超級(jí)電容把電能存儲(chǔ)下來，然后超級(jí)電容再對(duì)振動(dòng)電機(jī)進(jìn)行放電，驅(qū)動(dòng)振動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)，最后由振動(dòng)帶動(dòng)機(jī)器螞蟻運(yùn)動(dòng)起來。
整個(gè)機(jī)器螞蟻的電路分為兩部分，一部分是USB充電轉(zhuǎn)接線，另一部分是主體電路。USB充電轉(zhuǎn)接線的電路非常簡(jiǎn)單，僅僅就是一根雙排導(dǎo)線（紅黑并線）兩側(cè)分別連接不同的接口插頭而已。
充電轉(zhuǎn)接線的實(shí)物連接圖
主體部分的電路原理圖以及實(shí)物連接圖
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二、器材準(zhǔn)備
序號(hào)
名稱
規(guī)格
數(shù)量
備注
1
PVC線槽
橫截面25*15mm，長(zhǎng)10cm
1段
肢體結(jié)構(gòu)
2
振動(dòng)電機(jī)
扁平振動(dòng)電機(jī)
1個(gè)
動(dòng)力
3
超級(jí)電容
扁平圓形1法拉、5.5V
1個(gè)
電源
4
DC電源插座
3.5-1.1mm
1個(gè)
充電插座
5
DC電源插頭
3.5-1.1mm
1個(gè)
轉(zhuǎn)接插頭
6
USB插頭
USB-A插頭（公）
1個(gè)
轉(zhuǎn)接插頭
7
導(dǎo)線
紅黑并線，長(zhǎng)30cm
1根
電源導(dǎo)線
8
導(dǎo)線
電路導(dǎo)線（黑）
1根
電路連接
原材料圖示
三、制作過程
1、DC插頭
1-1：紅黑并線穿過外殼蓋。紅線接電源正極，黑線接電源負(fù)極，也就是紅線焊接到DC插頭的短引腳，黑線焊接到DC插頭的長(zhǎng)引腳。
制作圖
1-2：等DC插頭的引腳焊點(diǎn)都冷卻后，把紅黑兩根導(dǎo)線并在一起，并扣入長(zhǎng)引腳后端突出的金屬夾口內(nèi)，然后用尖嘴鉗把夾口夾扁，就把兩根導(dǎo)線固定在長(zhǎng)引腳后端上了。最后把DC插頭的外殼蓋擰上，就完成了DC插頭的連接。
提示
提示：這樣固定導(dǎo)線，就使得拉扯導(dǎo)線時(shí)，受力點(diǎn)不在導(dǎo)線的金屬焊接部分，而是在導(dǎo)線的塑料外皮上，避免導(dǎo)線直接被扯斷。
2、USB插頭
2-1：紅黑并線的另一端，要連接到USB插頭上。把紅黑并線的前端分成兩股導(dǎo)線，撥掉塑料絕緣膠皮，并上好焊錫。把USB插頭的外殼蓋拆開，把USB插頭分成三個(gè)部分：金屬插頭、外殼蓋子頂部、外殼蓋子底部。對(duì)于金屬插頭的四個(gè)電極，給其中兩側(cè)的兩個(gè)電極也上好焊錫。如圖所示，把金屬插頭部分放置于桌面上（引腳電極一面朝上），把黑色導(dǎo)線焊接到最左側(cè)的電極上，把紅色導(dǎo)線焊接到最右側(cè)的電極上。
制作圖
2-2：把金屬插頭裝入外殼蓋子底部，金屬插頭后端上的兩個(gè)小孔正好可以扣入外殼蓋子底部上的兩個(gè)塑料突起。然后再把外殼蓋子頂部也蓋上，讓蓋子上下兩個(gè)部分完整的扣在一起，這樣就完成了“USB轉(zhuǎn)DC”的充電轉(zhuǎn)接線。
制作圖
3、電路
在焊接電路之前，建議先看看前面的電路原理圖、實(shí)物連接圖，或是下面的焊接示意圖，先對(duì)整體電路有個(gè)概念，然后再按照后續(xù)的步驟指引一步步完全電路的焊接。
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3-1：用尖嘴鉗把超級(jí)電容的負(fù)極引腳往內(nèi)側(cè)彎折，并折回到靠近外殼，然后再把正極引腳往外側(cè)彎折。把超級(jí)電容的正極引腳與DC插座后端的引腳（引腳1）焊接在一起。
提示
提示：箭頭方向代表電流方向，即從電流是從正極流向負(fù)極的。對(duì)于扁平圓形的超級(jí)電容，一般在塑料外殼側(cè)邊上標(biāo)有一排箭頭，其中箭頭出發(fā)的一側(cè)是正極引腳（左圖中下方），而箭頭指向的一側(cè)是負(fù)極引腳（左圖中上方）。超級(jí)電容的負(fù)極引腳（右圖中上方往后彎折的引腳）千萬不能碰到DC插座的引腳。焊接的同時(shí)要求超級(jí)電容與DC插座對(duì)齊在一起。
3-2：剪一段長(zhǎng)2cm的導(dǎo)線，把導(dǎo)線兩端的絕緣塑料外皮去掉，并且上好錫。把導(dǎo)線的一端焊接在DC插座的前端引腳上（引腳2）。
制作圖
3-3：把導(dǎo)線的另一端焊接到超級(jí)電容的負(fù)極引腳上，然后把扁平振動(dòng)電機(jī)的兩根導(dǎo)線焊接到DC插座上，其中：振動(dòng)電機(jī)的藍(lán)色導(dǎo)線焊接到DC插座的中間引腳上（引腳3）；振動(dòng)電機(jī)的紅色導(dǎo)線焊接到DC插座的后端引腳上（引腳1）。
提示
提示：由于此前DC插座的后端引腳已經(jīng)和超級(jí)電容的引腳已經(jīng)焊接在一起，因而焊接當(dāng)前紅色導(dǎo)線時(shí)動(dòng)作要快，最好只是局部焊接而不要把原來的焊點(diǎn)整個(gè)熔化掉，否則DC插座與超級(jí)電容之間已經(jīng)對(duì)齊的位置會(huì)發(fā)生改變。
3-4：完成了整個(gè)電路的焊接之后，不要急著做其他結(jié)構(gòu)，而是要先測(cè)試電路：
1）把轉(zhuǎn)接線的USB插頭插到電腦USB口或者電源適配器的USB口；
2）把轉(zhuǎn)接線的DC插頭插到機(jī)器螞蟻的DC插座上，則開始充電。
由于是第一次測(cè)試，建議優(yōu)先選擇USB接口的電源適配器進(jìn)行測(cè)試。
充電大約十多秒鐘后，把充電轉(zhuǎn)接線的DC插頭拔下，則振動(dòng)電機(jī)應(yīng)該強(qiáng)烈的振動(dòng)起來。如果振動(dòng)電機(jī)不會(huì)振動(dòng)，則：
1）請(qǐng)檢查電路連接是否正確，或者是否存在虛焊或接觸不良的地方。
2）假如電路連接沒有問題，則有可能是超級(jí)電容或者振動(dòng)電機(jī)損壞了。
如果振動(dòng)電機(jī)能夠振動(dòng)起來，說明機(jī)器人的電路是正常的，則可以繼續(xù)后面的制作。
?4、軀體
4-1：剪裁一塊長(zhǎng)3.5cm、寬0.8cm左右的PVC長(zhǎng)條。距離PVC長(zhǎng)條一端邊緣分別1.5cm、2cm的位置畫一根橫截線。然后在兩根橫截線的中點(diǎn)位置上各鉆一個(gè)直徑2mm的小孔。把PVC長(zhǎng)條的中間部分剪細(xì)一點(diǎn)（大約寬0.5cm），作為機(jī)器人的軀體。
制作圖
4-2：扁平振動(dòng)電機(jī)底面一般會(huì)貼有一張用雙面膠粘住的不是太牢固的絕緣紙，這里要把它撕下來，以便后續(xù)用膠水固定振動(dòng)電機(jī)時(shí)，可以讓膠水更直接接觸振動(dòng)電機(jī)本身，這樣才會(huì)更牢固一些。把DC插座底面的兩根引腳（腳1和腳2）連同它們上面的焊點(diǎn)一起，插入軀體上面的兩個(gè)小孔中，同時(shí)DC插座的另一個(gè)引腳（腳3）正好搭在軀體的側(cè)面。
提示
提示：假如引腳上的焊點(diǎn)太大無法插入小孔，則建議重新調(diào)整焊點(diǎn)的大小，或者是再擴(kuò)大軀體上的小孔。同時(shí)把振動(dòng)電機(jī)的紅藍(lán)兩根導(dǎo)線分別整理到軀體兩側(cè)。此時(shí)把扁平振動(dòng)電機(jī)挨著DC插座，用熱熔膠同時(shí)涂在振動(dòng)電機(jī)底面和前端軀體之間，把它們粘貼在一起。
4-3：扁平振動(dòng)電機(jī)應(yīng)該靠著DC插座，位于軀體前端的中心位置上。把DC插頭插到DC插座上，然后讓DC插座對(duì)齊軀體，在DC插座與軀體之間的兩側(cè)縫隙上，滴入熱熔膠，讓DC插座固定在軀體上。
提示
提示：之所以固定DC插座的時(shí)候，要同時(shí)插著DC插頭，主要是確保DC插座最終的位置應(yīng)該高出扁平振動(dòng)電機(jī)一定的高度，使得DC插頭插到DC插座上時(shí)不會(huì)被振動(dòng)電機(jī)給擋住。
4-4：軀體后端與超級(jí)電容之間也涂上熱熔膠，把它們固定在一起。在超級(jí)電容與DC插座后端之間的縫隙上，也滴入熱熔膠。于是把各個(gè)電子器件之間都用軀體結(jié)構(gòu)固定在一起，這樣就完成了軀體部分的制作。
制作圖
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5、腿部
5-1:剪裁一塊長(zhǎng)4.5cm、寬1.5cm左右的PVC方塊。在距離PVC方塊一側(cè)邊緣2cm和2.5cm的位置，各畫一根橫截線,然后把兩根橫截線三等分，再把各自的兩個(gè)等分點(diǎn)向兩側(cè)延伸直線。在兩側(cè)距離邊緣各1cm的位置，再分別畫一根橫截線，在中間兩條橫截線與PVC方塊的上下側(cè)邊之間畫四根斜線，具體位置見制作圖紅色標(biāo)記線。
制作圖
5-2：如圖所示：1）對(duì)于PVC方塊左右兩端的各三段等分線段，在每根線段中間再畫一個(gè)中點(diǎn)；2）PVC方塊兩側(cè)的兩根橫截線，與三根縱向的等分線之間各有4個(gè)交點(diǎn)；3）把這些中點(diǎn)，分別與它最近的兩個(gè)交點(diǎn)用直線相連。這樣就在PVC方塊兩側(cè)各得到一排等腰三角形（圖中紅線標(biāo)記）。
5-3：從PVC方塊兩側(cè)，沿著縱向的三根等分線剪進(jìn)去，一直剪到中間的兩根橫截線位置，得到一個(gè)六條腿形狀的結(jié)構(gòu)。用尖嘴鉗沿著標(biāo)記線把六條腿結(jié)構(gòu)彎折成立體狀。其中四周的四條腿，要沿著此前畫的斜角線分別往外側(cè)彎折；而中間的左右兩條腿，沿著中間的橫截線向內(nèi)側(cè)彎折。
制作圖
5-4：沿著此前畫的等腰三角形標(biāo)記線，把六條腿前端剪尖。每條腿上的等腰三角形標(biāo)記線，還剩下橫向的一根，把每條腿都沿著各自這根線再往內(nèi)側(cè)彎折一點(diǎn)角度，就相當(dāng)于每條腿上多了一個(gè)關(guān)節(jié)，同時(shí)也使得每條腿前端的腳尖盡量垂直地面。
制作圖
5-5：剪裁一根長(zhǎng)3.5cm、寬0.5cm的PVC長(zhǎng)條。在PVC長(zhǎng)條上距離一側(cè)邊緣1cm和2.5cm的位置，各畫一根橫截線。這樣就得到一個(gè)六足底座。把PVC長(zhǎng)條用熱熔膠固定在六足底座內(nèi)側(cè)，要求六足底座正好位于PVC長(zhǎng)條上兩根橫截線之間的位置。把振動(dòng)電機(jī)的紅藍(lán)兩根導(dǎo)線從軀體兩側(cè)別起來挨著軀體。然后準(zhǔn)備把六足底座固定到軀體上。
制作圖
5-6：六足底座上的PVC長(zhǎng)條前端的內(nèi)側(cè)，與軀體底面前端（振動(dòng)電機(jī)一側(cè)）之間，涂上熱熔膠固定在一起。六足底座上的PVC長(zhǎng)條后端的內(nèi)側(cè)，與軀體底面后端（超級(jí)電容一側(cè)）之間，也涂上熱熔膠固定在一起。于是就把六足底座安裝到了軀體上，這樣就完成了主要的結(jié)構(gòu)制作。
制作圖
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6、觸角
這里要給機(jī)器螞蟻加上一對(duì)觸角。用剪刀沿著PVC線槽邊緣剪寬1mm左右的細(xì)條。剪兩段長(zhǎng)2cm的細(xì)條，然后從中間對(duì)半彎折成差不多直角，得到兩根觸角。（提示：剪PVC細(xì)條時(shí)，一般得到的細(xì)條會(huì)自然卷起來，這里需要先捋直后才使用。）
在觸角前端蘸一點(diǎn)熔化了的熱熔膠，然后迅速粘貼到扁平振動(dòng)電機(jī)前端固定起來，也就是頭部的上方，并排成如圖所示的形狀。這里僅用熱熔膠固定觸角可能不夠牢固，可以再用PVC細(xì)條蘸一點(diǎn)502膠水，然后涂在觸角上的熱熔膠周圍進(jìn)行加固。注意：這里502膠水一定要借助小細(xì)條蘸一點(diǎn)涂著用，千萬不要直接拿著502膠水的瓶口直接滴上去，否則過量的502膠水會(huì)很容易滲入振動(dòng)電機(jī)內(nèi)部把電機(jī)直接報(bào)廢了。
螞蟻的觸角可以靈活的轉(zhuǎn)到不同角度，因而這里的觸角除了排成上一步那樣的形狀之外，也可以排著當(dāng)前這樣的形狀，制作時(shí)可以根據(jù)自己的喜好進(jìn)行選擇，只是注意觸角不要影響插入DC插頭即可。裝上觸角之后，這只螞蟻就逼真多了。
四、調(diào)試完善
接下來進(jìn)行的是完整機(jī)器人的電路調(diào)試，需要先用蓄能充電轉(zhuǎn)接線給機(jī)器螞蟻充電。給機(jī)器螞蟻充電大約十多秒鐘后，就可以拔掉DC插頭，則振動(dòng)電機(jī)就會(huì)強(qiáng)烈振動(dòng)起來，這個(gè)時(shí)候把機(jī)器人放置于平整的硬質(zhì)表面上，它就會(huì)振動(dòng)著運(yùn)動(dòng)起來。完成對(duì)電路方面的調(diào)試后，還需要對(duì)結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行調(diào)試，以便完善振動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，尤其是模仿螞蟻覓食當(dāng)中那種左右搖擺、走走停停的狀態(tài)。要達(dá)到這種效果，需要不斷的嘗試，耐心的調(diào)整，主要包括：
改變兩條前腿向前傾斜的程度，可以嘗試兩條前腿適當(dāng)并攏，或者稍微離地；
改變兩條后腿向后傾斜的程度，并且適當(dāng)往兩邊伸展；
中間兩條腿向兩側(cè)彎折的角度要適中，與前后腿一起配合保持整體的身體平衡。
常見問題
假如充電后電機(jī)不會(huì)振動(dòng)，則要對(duì)電路重新進(jìn)行檢查。由于此前電路制作步驟已經(jīng)對(duì)電路進(jìn)行過一輪測(cè)試，當(dāng)時(shí)電路部分應(yīng)該是制作成功了的，而這個(gè)時(shí)候如果發(fā)現(xiàn)電路不能正常工作的話，那么很可能是在后續(xù)制作的過程中，又把電路的一些連接給破壞了，最常見的就是：
某根導(dǎo)線斷開了，比如DC插座與超級(jí)電容間的黑色導(dǎo)線，或者是扁平振動(dòng)電機(jī)的紅藍(lán)兩根導(dǎo)線；
超級(jí)電容負(fù)極引腳（身體上方一側(cè)）與 DC插座后端的引腳之間離得不是很遠(yuǎn)，容易碰到一起發(fā)生短路。
