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這是12號“索道游者”的吊繩攀爬機器人的改良版，其主要是模仿靈長類動物在吊繩攀爬時的運動方式，攀爬在樹枝上或者是吊在繩索上，是依靠雙手攀住樹枝或者繩索，然后通過雙臂交替向前抓握來實現(xiàn)移動的。本項目機器人的造型類似一只猴子，所以又稱為“機械猴”。

一、基本原理：

本項目的吊繩攀爬機器人，以減速電機為動力，通過一個特別的機械結構——連桿機構來實現(xiàn)在繩索上的攀爬運動。

1-運動方式：

本項目機器人在繩索上攀爬，主要依靠雙臂交替往前抓握住繩索?？催^《動物世界》就知道，猴子等靈長類動物在叢林間攀爬或者在樹枝上吊躍就是這種運動方式；另外體育課如果玩過單杠上抓杠前進也應該了解這種運動方式。

即：

1）由抓握住繩索的一只手臂把身體往前送；

2）接著由另一手臂再往前抓握新的一段繩索；

3）然后原來的手臂放棄抓握繩索，身體往前擺；

4）再由抓住繩索的手臂把身體往前送……

如此循環(huán)往復，實現(xiàn)在繩索上攀爬前進。下圖是本項目機器人的運動方式的圖解（以面向機器人前進的方向來區(qū)分左右）。

2-驅(qū)動機理

我們采用電機作為動力，為了實現(xiàn)繩索上的攀爬，需要把電機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)椴粩嗲昂髷[動的抓伸運動——這里我們借助一種稱之為“連桿機構”的機械結構來實現(xiàn)。

所謂“連桿機構”，就是將長度不等的幾個桿通過鉸鏈連接起來，并能靈活轉(zhuǎn)動，其可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為各種其他形式的運動。這里所說“鉸鏈”指什么呢，可以看看家里的房門，門板與門框之間是用合頁連接的，門是可以圍著門軸隨意轉(zhuǎn)動的，但是卻無法脫離門軸，這里的合頁就是一種鉸鏈結構，即：連接在一起，但又能靈活轉(zhuǎn)動。

“連桿機構”有很多種，本項目中用到的是“擺動曲柄滑塊機構”，即：一種能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為往復擺動運動的連桿機構，其主要結構是：擺桿一頭固定在一個旋轉(zhuǎn)輪盤的一側(cè)，擺桿作成帶有導向槽的結構并可以滑動。

下面為擺動曲柄滑塊機構的運動過程示意圖。

以下為兩種一樣的擺動曲柄滑塊機構連桿，前者采用了離心圓盤作為轉(zhuǎn)動結構，而后者則采用了曲柄作為轉(zhuǎn)動結構，兩者本質(zhì)是一樣。為了加工方便，一般多用后面一種”曲柄“結構。

為了使本項目機器人能夠吊掛在繩索上，機器人與繩索接合的部分設計成了一個吊鉤的形狀。

為了機器人能夠雙臂交替向前抓握繩索，則“擺動曲柄滑塊機構”的安裝也比較巧妙，我們用了左右兩套相同的連桿機構，且為同軸的方式安裝，但兩個連桿的鉸鏈結合部分的位置正好相反，即分別位于轉(zhuǎn)盤一條直徑線上的兩頭，也就是曲柄的位置正好相反，使得左右兩套連桿機構在同一時間上運動的狀態(tài)剛好相反，比如：一個位于最左邊的位置的時候另一個正好位于最右邊的位置，一個位于最高的位置的時候另一個正好位于最低的位置。

3-電路原理

本項電路原是比較簡單的，就是直接一組電池連接一個電機，中間通過一個撥動開關來控制電路的通斷。

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二、器材準備

電源部件：

減速箱部件：

主體結構部件：

三、制作過程

1-主體結構：

動力——

本項目結構平臺的動力部件是減速電機，并且整體規(guī)格尺寸是基于PVCBOT的A型減速箱來設計的，也就是說只要是采用PVCBOT的A型減速箱的減速電機就都能作為當前項目的動力部件（常見的有AN20、AK30減速電機）。

腿部——

剪裁一根長10.5cm、寬1cm的PVC長條。

如圖所示從PVC長條其中一端起，分別在2cm、4cm、6.5cm、8.5cm的位置畫好橫截線，并且把2cm、8.5cm兩處的橫截線中點作為打孔標記。

在上一步驟畫好的兩個打孔標記的位置，分別鉆出兩個直徑2mm的小孔。

用尖嘴鉗分別沿著PVC長條上4cm和6.5cm位置的橫截線，把長條彎折成如圖所示的凹形支架。

把凹形支架用502膠水固定在A型減速箱如圖所示的位置，即支架頂部搭在電機上，而支架兩端與減速箱兩側(cè)外殼的后端靠在一起。

這樣，減速箱外殼就相當于機器人的軀干，而支架兩端長出減速箱外殼的部分就作為機器人的腿部

注意：502膠水只需涂在凹形支架與減速箱外殼之間接觸的位置，千萬不要涂在靠近電機的位置，以避免把電機給粘壞了。

凹形支架粘貼到減速箱外殼上時，要求支架兩端上的小孔不能被減速箱外殼擋住。

因為502膠水干得非?？?，為了一擊即中保證粘貼位置的準確，建議：

1）先不要涂膠水，嘗試把凹形支架搭在目標的位置；

2）接著用鉛筆在減速箱外殼上做好固定位置的標記；

3）然后在凹形支架的其中一條腿內(nèi)側(cè)涂上膠水，對準減速箱外殼上做好的目標位置迅速靠近粘貼上去；

4）貼好了凹形支架的一條腿之后，再用前面同樣方法粘貼另一條腿。

把作為限位桿的長軸從凹形支架其中一條腿上的小孔穿進去，再從另一條腿穿出來。

限位桿從兩條腿左右兩側(cè)伸出的長度要一樣。

假如腿部上的兩個小孔鉆得比較大，容易使得限位桿安裝在上面比較松的話，這時候可以涂上一點502膠水把限位桿固定住。

背部——

剪裁一塊長9.5cm、寬1.5cm的PVC長條。

從長條一端開始，分別在1cm、3.5cm、6cm、8cm四個位置畫上橫截線，其中3.5cm處橫截線的中點位置畫上打孔標記。

在打孔位置鉆出一個直徑為2mm的小孔。

用尖嘴鉗沿著PVC長條上1cm、6cm、8cm三個位置的橫截線彎折，最后得到成如圖所示的形狀，作為背部支架。

準備把背部支架安裝到減速箱頂上。

對于背部支架上1cm位置處彎折得到的勾狀結構，在內(nèi)側(cè)涂上少量502膠水，然后勾住凹形支架的頂端，等待502膠水干掉。

背部支架跨過減速箱頂部，從前面勾住減速箱的底部，涂上少量502膠水讓背部支架與減速箱固定起來。

背部支架蓋在減速箱的頂部，起到一個支撐作用，同時也對減速箱里面的齒輪起到一個保護作用，避免從外部直接碰到齒輪而影響減速箱的工作。

傳動——

這里將用盤面上帶孔的大齒輪以及螺絲/螺母制作傳動用的曲柄結構。

把M2*10的螺絲從大齒輪盤面上的小孔穿過，其中要求是從齒輪中心軸孔突出一側(cè)的盤面穿入。

然后用給螺絲套上M2的螺母并擰緊。

提示：為了擰緊螺母，可以用尖嘴鉗把螺母一側(cè)夾緊不允許其轉(zhuǎn)動，再用螺絲刀扭動螺絲并最終擰緊它。

兩個大齒輪上都固定了M2*10的螺絲，以此作為曲柄。

用尖嘴鉗夾住減速箱上的長軸不允許其轉(zhuǎn)動，然后用手握住大齒輪，讓齒輪中心的軸孔對著長軸，把齒輪轉(zhuǎn)動著扭到長軸上。

大齒輪扭入長軸的深度是讓長軸剛好從齒輪盤面的另一側(cè)露出來一點。

注意：大齒輪上伸出螺絲的一側(cè)是朝著外側(cè)的。

兩個大齒輪分別安裝到長軸的兩端。

轉(zhuǎn)動大齒輪，調(diào)整它與長軸之間的相對位置，使得左右兩個大齒輪上的螺絲位置正好是對稱的，也就是：

假如左邊齒輪上的螺絲位于齒輪盤面的最高點，則右邊齒輪上的螺絲就應該位于齒輪盤面的最低點；假如左邊齒輪上的螺絲位于齒輪盤面的最低點，則右邊齒輪上的螺絲就應該位于齒輪盤面的最高點。

手臂——

剪一段長14.5cm、寬1.5cm的PVC長條。

從長條其中一端起，分別在3cm、3.5cm、5cm、7cm、9.5cm、12cm、13cm等七個位置畫上橫截線。

同時，從一端邊緣開始到3cm處橫截線之間，在中心線左右各1.5mm的位置分別畫一條連接直線，即為邊緣到橫截線之間有一根寬度為3mm左右的開槽標記線。

另外，在7cm處橫截線的中點位置畫上打孔標記。

沿著前面的開槽標記用剪刀在長條上剪出一條長3cm、寬3mm的凹槽。

同時，在打孔標記的位置，鉆一個直徑為2mm的小孔。

用同樣的方法，制成兩根這樣形狀的PVC長條。

用尖嘴鉗沿著PVC長條上3.5cm、5cm、9.5cm、12cm、13cm等五個位置的橫截線彎折，最后得到成如圖所示的形狀，作為手臂。

兩根手臂都彎折成同樣的形狀。

用尖嘴鉗把兩根曲別針拉直。

把曲別針沿著手臂的彎折結構進行彎折，從手臂上小孔位置前面一點開始，到手臂前端結束，長出的曲別針部分用尖嘴鉗夾斷。

然后借助透明膠布把彎折好的曲別針捆綁固定在手臂的內(nèi)側(cè)，作為給手臂加固用的骨架。

如圖所示，把作為軀干的減速箱平放在桌面上。

把兩片紅色M3墊片分別套到兩個傳動大齒輪的螺桿上。

再在腿部的限位桿兩端各套入一個紅色M3墊片。

把手臂如圖所示安裝到減速箱上，其中傳動大齒輪上的螺桿從手臂上的小孔穿出，而腿部的限位桿套到手臂后端的凹槽中。

大齒輪上的螺桿從手臂穿出之后，再套上一個M3紅色墊片，然后在擰上一個M2螺母。

提示：這里不需要把螺母擰緊。

限位桿從手臂凹槽穿出之后，也再套上一個M3紅色墊片。

從限位桿外側(cè)套上一個塑料墊圈。

借助尖嘴鉗，把塑料墊圈往限位桿內(nèi)側(cè)壓進去。

讓塑料墊圈壓著M3墊片靠近腿部，但不會把手臂和腿部夾得過緊，而是留有一定的空隙。

把手臂上的M2螺母繼續(xù)往里擰，使得M3紅色墊片把手臂夾住，但不要夾得過緊，讓M墊片與手臂之間有一點空隙。

然后用熱熔膠把M2螺母與螺桿之間的部分粘起來。

兩只手臂都用前面所述的方法安裝到減速箱做成的軀干上。

接口——

這里我們采用PVCBOT里常用的的插頭作為可拔插的接口?！癙H”是一種連接器件，其PH插頭包括外殼和端子兩個部分，“2.0”代表引腳之間的間距為2mm。

把一根長導線剪成兩小根短的導線。

把兩根導線分別焊接到減速箱上電機的兩個電極上。

把兩根導線的另一端分別焊接到插座的兩根引腳上。

如圖所示，把PH插座放置到凹形支架與電機之間的空隙中。

然后涂上熱熔膠把PH插座固定起來。

最后完成電路接口的組裝。

頭部——

選用寬度為2.5cm左右的PVC線槽，分別剪下兩段都是長約2cm的線槽凹槽部分。

把其中一段線槽凹槽部分往一側(cè)壓，使得它往邊上傾斜。

在該段線槽凹槽部分的前端，用鉛筆畫上倒梯形的標記線。

然后用剪刀沿著倒梯形標記線剪裁，有倒梯形這一面作為機器人的正臉。

把兩塊線槽凹槽部分疊加在一起。

其中傾斜且有倒梯形的一塊為臉面部分，而另一塊為頭蓋部分。

臉面部分放置于頭蓋部分的內(nèi)側(cè)，其中臉面部分有倒梯形的一側(cè)與上面的頭蓋部分平齊，而臉面部分的另一端從頭蓋部分后端長出來一點，算是后腦勺。

臉面部分與頭蓋部分之間用502膠水固定在一起。

用鑷子夾住紅色的M3墊片，涂上502膠水后，粘貼在正臉在如圖所以的位置上，作為機器人的一對大眼睛。

完成機器人的頭部制作。

把做好的頭部安裝到減速箱做成的軀干上。

頭部結構上的臉面部分的前后端正好夾住背部支架的頂端。

借助502膠水把頭部結構和背部支架粘貼到一起。

完成頭部的安裝。

腳掌——

快遞分揀機器人系統(tǒng)框圖

選取寬度為2.5cm左右的PVC線槽的凹槽部分，截取長2.5cm的一段。

在凹槽部分的背面，分別距離兩側(cè)邊緣0.5cm的位置，用鉛筆各畫一條與兩側(cè)邊緣平行的直線。

用剪刀沿著畫好的直線把凹槽的兩個側(cè)邊剪下來。

把原來凹槽側(cè)邊上的軌道剪掉，再如圖所示把底面?zhèn)冗吋糸_一個斜角，得到腳掌的結構。

把腳掌的結構用502膠水粘貼在凹形支架的腿部前端。

整個肢體結構就基本成型了。

軀干——

選用寬度為2.5cm左右的PVC線槽的槽蓋部分，截取長約3cm的一段。

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把槽蓋上的軌道槽的一側(cè)用美工刀傾斜著削去一段，得到一塊頗具立體感的胸板結構。

把胸板結構用502膠水粘貼在機器人的前胸部位。

至此，主體結構部分就算完成了。

2-電源：支架——

選用橫截面為25*15mm左右的PVC線槽的凹槽部分，截取1.5cm長的一段。

把上面得到的線槽凹槽的一個側(cè)邊剪掉，再把剩下的那個側(cè)邊上的軌道裁切掉，得到一根L形支架。

用鉛筆在L形支架底部如圖所示位置作好要鉆孔的標記。

其中大孔位于圖中左上角的位置，大孔的中心距離最近兩側(cè)邊緣都大約為6mm；小孔位于圖中右下角的位置，小孔的中心距離最近兩側(cè)邊緣都大約為4mm。

在L形支架的鉆孔標記的位置鉆好一大一小兩個孔，其中小孔的直徑2mm，大孔的直徑3mm。

要求L形支架上的大孔可以同時穿過電池盒的兩根導線。

用M2*6mm的平頭螺絲/螺母把L形支架固定在電池盒的正極一端。

M2*6mm的平頭螺絲可從電池盒正極的金屬電極上的孔穿出，然后再串上L形支架，最后扭上螺母并擰緊。

在此之后，平頭螺絲的螺帽部分將代替電池盒的金屬電極變?yōu)殡姵氐恼龢O接點。

開關——

把電池盒的兩根導線朝如圖所示的方向拉直，并且在負極導線稍微超過L形支架的位置把其剪斷。

把電池盒在上一步被剪短的黑色導線，以及黑色導線被剪斷得到的另一段，分別焊接到撥動開關的中間以及其中一個側(cè)邊的引腳上。

把撥動開關放置于L形支架的彎折角上，用熱熔膠固定好。

導線——

對于從電池盒上引出的紅色導線，以及撥動開關上連接的另一段黑色導線，把這兩根紅黑導線合成一股，在它們靠近電池盒的一端打一個結。

把紅黑導線一并從L形支架的大孔中穿出。

注意：從這里可以看到，紅黑導線打結的位置要控制好，使得打的結剛好卡在L形支架的大孔上，而導線從電池盒上引出到L形支架孔之間的部分恰到好處，既不會長出太多，也不至于拉扯導線時會牽扯到接點，也就是說打結的作用是保護導線的接點不會被扯斷。

把紅黑兩根導線從L形支架引出的部分合在一起拉直，并且把引出的一端剪成一樣的長度。

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接口——

這里我們選用的插頭作為可拔插的接口。

“PH”是一種連接器件，其PH插頭包括外殼和端子兩個部分，“2.0”代表引腳之間的間距為2mm。

把兩個端子從原來固其上的金屬條上拆下。

用烙鐵直接給端子凹槽中央上錫，然后把電纜導線焊接到凹槽中。注意凹槽中央兩側(cè)有各有一段突起的彎折片，在焊接好導線后用尖嘴鉗把兩側(cè)的彎折片按下凹槽內(nèi)側(cè)，讓其夾住導線的焊接點。

端子兩側(cè)有突起彎折片的一側(cè)是端子的尾部，而呈管狀通道的一側(cè)則是端子的頭部，導線是從端子的尾部穿入到中部。

再用尖嘴鉗把端子后部兩側(cè)的突起也向內(nèi)按下，夾住電纜的導線膠皮部分，這樣相當于同時也讓導線外皮也受力避免拉扯導致的導線斷路。

把連接好導線的端子如圖所示插入到PH的塑料插頭中，如下圖所示放置端子的插入方向。

注意：盡量用尖嘴鉗把端子中部和尾部兩側(cè)突起的彎折圍著導線夾好，讓端子整體呈圓管狀，以便端子可以順利插入到PH插頭中。

最后端子頭部頂上有一個小突起可以卡住插頭前端槽口上的卡片，讓端子不至于會脫落。

注意：假如需要把端子退出插頭，則需要先把插頭頂部槽口里的卡片頂開，松開端子頭部頂端的小突起，然后才能把端子從插頭上卸下來。

完成的電源模塊

3-總裝：

LT-12結構平臺的背部，有一個安裝孔，DC-7A電源模塊可以直接安裝固定在吊繩攀爬結構平臺的背上。

如圖所示，把DC-7A電源模塊放置于LT-12結構平臺的背部。

用M2*6的螺絲從DC-7A電源模塊的電池盒底面的小孔穿入，然后再穿過LT-12結構平臺的背部上的小孔并從下面穿出，再用尖嘴鉗夾住M2螺母送到內(nèi)側(cè)的螺絲前端，用螺絲刀把螺絲扭入螺母上并擰緊。

這樣就把整個電源模塊固定到結構平臺的背部。

提示：DC-7A電源模塊有開關的一側(cè)朝下。

把DC-7A電源模塊的PH插頭插入LT-12結構平臺的PH插座上。

完成整個吊繩攀爬機器人的制作。

四-調(diào)試完善：

給電池盒裝上電池，打開點源開關。減速電機通電后，機器人的手臂會交替擺動。

這個時候要調(diào)整手臂的彎折角度，使得整個手臂擺動過程中，兩只手臂不會碰到一起。

正常情況下，機器人的兩個手臂應該是向前交替擺動的。這個時候機器人把機器人吊掛在繩子上，則機器人會向前方攀爬。

假如發(fā)現(xiàn)機器人的手臂擺動的方向相反了，在繩子上攀爬是倒退著的，則說明電機連接的電源極性反了，可以把焊接在電機兩個電極上的導線調(diào)換過來重新焊接。

把機器人的手臂勾在一根繩子上，讓整個機器人吊掛起來。由于受到重力的作用手臂會被拉伸，所以此前調(diào)整好的手臂彎折角度可能需要修正。

打開電源開關，觀察機器人手臂的擺動情況，必要時需要進一步調(diào)整手臂的彎折角度，使得手臂在向前擺動的過程中，即不會碰到一起往前攀爬，并且也能夠勾住繩子不至于掉下來。

提示：一般而言，假如手臂勾不住繩子，可以把手臂最前端的一段彎折程度調(diào)大一些，不過也不能太大，否則又容易兩個手臂卡在一起。

具體調(diào)整的經(jīng)驗，需要大家在實際過程中摸索和積累。

五-成品展示：

最終制作完成的吊繩攀爬結構平臺。

分揀機器人的發(fā)展現(xiàn)狀

六-關于比賽：

本項目適用于中小學或團體單位科技活動比賽。具體比賽形式可以參考如下：

1、作品制作

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參賽選手使用大賽指定的器材完成參賽機器人的制作，并且在不改變機器人基本結構和功能的基礎上，可以對于機器人的外形進行進一步的裝飾和美化，整體外形除了可以參照官方的標準造型，還可以自由發(fā)揮設計新的造型。

參賽選手需自行準備工具和器材，事先做好作品然后于比賽當日把作品帶到比賽現(xiàn)場。

2、外觀評比

參賽選手提供做好的參賽作品供評委就外形、工藝、制作水平等方面進行評分，評分完成后，進入下一環(huán)節(jié)的比賽。

3、競速比賽

參賽選手使用主辦方統(tǒng)一發(fā)放的電池調(diào)試好參賽機器人。調(diào)試完畢后，參賽選手將參賽機器人放置于1米長的水平掛繩上爬行，裁判記錄機器人爬行1米距離的時間。每個參賽選手有兩輪機會，取最優(yōu)成績作為最終成績，如果兩輪均沒完成行程，則該環(huán)節(jié)比賽記0分處理。

假如機器人中途發(fā)生異常而停止運動或從空中跌落，允許參賽選手人工調(diào)整后從原地開始繼續(xù)比賽，但過程中計時不停止，并且每人工調(diào)整一次最終成績增加10秒（每次調(diào)整時間不能超過1分鐘，并且每輪最多允許三次人工調(diào)整）。

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