翹翹板測試
練習：翹翹板測試¶
目標： 演示重量分佈和扭矩如何影響機器人的穩定性。
所需材料：¶
- 組裝好的 B3D1 機器人（或如果未通電則僅使用底盤）。
- LEGO 重量（例如，磚塊、金屬硬幣或粘土）。
- 支點基座（例如，木塊、尺或 3D 打印的支點）。
- 尺子/測量帶。
逐步指導：¶
- 設置翹翹板 (10 分鐘)
- 將尺或平板放在支點上（例如，木塊）。
-
將機器人水平放置在板上。
-
基線平衡測試 (10 分鐘)
- 觀察機器人在未添加重量的情況下自然平衡的位置。
-
用貼紙或鉛筆標記重心 (CoG)。
-
重量調整實驗 (20 分鐘)
- 將 LEGO 重量附加到機器人的不同部位（前/後/側）。
-
測試每次修改如何改變 CoG：
- 例如：「在機器人的頭部添加 50 克 – 它會向前傾斜嗎？」
-
扭矩計算 (進階，10 分鐘)
- 使用公式：扭矩 = 重量 × 距離支點的距離。
- 比較不同重量放置的扭矩值。
示例場景¶
| 重量放置 | 對平衡的影響 | 扭矩計算 |
|---|---|---|
| 後腿 | 向後傾斜 | 50克 × 5厘米 = 250 g·cm |
| 前腿 | 向前傾斜 | 50克 × 8厘米 = 400 g·cm |
主要學習成果¶
- 平衡：了解重量分佈如何影響穩定性。
- 扭矩：學習如何力 × 距離產生旋轉效果。
- 設計洞察：優化有效載荷放置以適應現實世界的機器人。
年齡差異化¶
- 11–13 歲：專注於定性觀察（例如，「重的一側向下傾斜」）。
- 14–17 歲：計算扭矩並繪製結果圖（扭矩與距離）。
討論問題¶
- 「應該將重型傳感器放置在哪裡以保持機器人穩定？」
- 「為什麼建築起重機有平衡重？」
評估¶
- 提交一個顯示 CoG 變化的圖示並解釋發現。
擴展活動¶
- 設計一個 LEGO 「背包」，以保持機器人在斜坡上的平衡。