这是一个简单的“陀螺机器人”——采用太阳能脉动充放电控制电路，电机驱动底部的转盘转动，从而带动整个机器人旋转。在安装升级组件——“碰撞环”之后，它转起来的样子会更像一个卫星，所以你也可以叫它“太阳能卫星机器人”。本项目介绍的是晒太阳的蚊子的第三个远房亲戚——太阳能卫星机器人，同样是采用太阳能脉动充放电控制电路，但是却是另外一种全新的运动方式——以陀螺旋转的方式移动，所以又称为太阳能陀螺机器人。
  
如果了解BEAM机器人的朋友，可能对这样造型的机器人已经很熟悉了——三脚支架中的两脚，加上连接电机的底部转盘，总共三点支撑地面，晒会太阳充会电，电机驱动转盘转动再带动机器人移动。
从以上插图我们可以看到两种不同的造型，不过原理都是基本一样的，只不过结构上有一点区别（有一个带了 碰撞环 ，这个后面会具体说明）。
以下为效果视频，前一段是在灯光（白炽灯）下进行测试的效果（包括带碰撞环的效果），后面一段为在阳光下的效果。

点击此处查看视频

双向电梯
1   基本原理
1.1   驱动原理
1.2   机械结构
1.3   电路原理
2   准备工作
3   制作过程
3.1   电路焊接
3.2   三脚支架
3.3   电路板
3.4   电机支架
3.5   整机组装
3.6   整机调试
3.7   最终展示
3.8   完善扩展
3.9   版本升级
4   项目总结


1   基本原理
本项目的机器人的外形像一个人造卫星，是以太阳能电池作为电源，电机驱动底部的转盘转动，从而带动整个机器人移动。由于是以自身转动的方式进行移动的，就像一个旋转的陀螺，所以本项目机器人又可称为“陀螺机器人”。
1.1   驱动原理
本项目的驱动原理也是比较简单的，主要是电机带动底部的转盘转动——机器人有一个三脚支架，同时只有相邻的某两脚支撑地面，再加上底部连接电机的转盘，“两脚＋转盘”——三点支撑地面。电机带动转盘转动，则其中一点转动，另外两点支撑，机器人就可以整体移动。



1.2   机械结构
本项目机器人有一个三脚支脚，主要有三种情况的结构，稍微通过调整就可以有不同的运行效果。
1、如果是三脚支架离地比较高（相对于转盘），且底部用直径比较小的转盘，则三点平衡比较稳定，每完成一次充电周期后电机转动只能带动转盘转一点距离，一般只能是由一组相邻的双脚交换为下一组相邻的双脚支撑地面，每周期移动的距离比较小。



2、如果是三脚支架离地过高（相对于转盘），则三点平衡相当稳定，虽然能够带动机器人移动，但是因为支架过高导致无法交换支撑地面的双脚，就是说一直都是开始运动时默认支撑地面的双脚着地。
  


3、如果是三脚支架离地比较低（相对于转盘），以及底部用直径比较大的转盘，则三点平衡相对不够稳定，每个充电周期后的运行可以接近平滑移动，也就是说每周期移动的距离相对会大一点。
  
作为扩展的结构功能，本项目的机器人还可以增加一个“碰撞环”：用PVC剪成细条做一个环，再用三根细条支架固定在周围一圈。本机器人加了“碰撞环”后，如果在转动移动的过程中，碰到障碍物后会有一个反弹转向的效果，之后再继续转动移动（具体见： 版本升级 ）。



1.3   电路原理
本项目机器人的控制电路和PVC-2号机器人项目基本是一样的——典型的脉动充放电电路。
但是两者还是有一点区别：PVC-2号项目的电解电容是一个4700uF，而本项目的电路采用的是三个2200uF的电解电容。
三个电解电容并联在一起，其容值就是三个电解电容之和，这样本项目采用的电解电容其实就是6600uF，比PVC-2号的4700uF大一点。对于本脉动充放电电路来说，电解电容的容量越大，储电量就会越大，但充电的时间也会越长，不过放电的时间也会越长，持续运动的时间也会越久。
当然，本项目之所以用三个电解电容并联在一起代替原来的一个电解电容，主要还是因为机械结构的需要，即用三脚支架作为平衡支撑的结构。



基本原理如下：
1）太阳能电池板给电解电容充电，电解电容两端的电压不断上升；
2）当电路电压达到LED二极管的导通电压（2V左右）时，LED二极管导通；
3）三极管9015的基极从导通的LED二极管获得足够的导通电压，则三极管9015导通；
4）三极管9015导通后，又使三极管9014的基极获得足够的导通电压，则三极管9014导通；
5）三极管9014导通后，电机获得电流开始转动；
6）电机转动，消耗电解电容中存储的电能，电路电压下降；
7）当电路电压下降到低于LED二极管的导通电压时，LED二极管截止；
8）虽然三极管9015的基极失去了来自LED的导通电压，但是由于此时三极管9014已经导通，导通后的电流除了提供给电机转动之外，还通过电阻分流了一部分重新回到三极管9015的基极（形成一个循环），即三极管的基极还是有足够的导通电压；
9）当电机继续转动消耗电解电容的电能时，电路电压进一步下降，则即便三极管9014导通后回流给三极管9015基极的电压也无法保证三极管9015继续导通（循环被破坏），则两个三极管都截止，电机停止转动；
10）电解电容重新充电，继续重复上面的各环节。
简单的说，即：太阳能电池对电解电容充电，当充电量达到由LED二极管设置的充电上限后，则电路开始瞬间放电提供给电机转动；虽然电机转动消耗电能使电压下降至低于LED二极管的下限，但是由于电路存在一个导通循环的机制，仍然会继续放电让电机转动，能够尽可能的把电解电容中存储的电能都消耗掉；消耗完电解电容中的电能后，重新由太阳能电池对其进行充电……如此循环往复。
也可以这样理解：太阳能电池对电解电容进行缓慢充电（太阳能电池的电流比较小），充电达到上限后对电机进行瞬间放电（电机的电流比较大）；放电停止的下限比较低，可以比较彻底的把充电的电量消耗完。
在PVC-Robot 2号机器人的项目中已经对该电路原理进行了更详细的分析，这里不再重复。如果还有不清楚的，或者有兴趣继续了解的，可以点击晒太阳的蚊子· 太阳能动力机器人 。


2   准备工作
本项目需要的器材主要包括：PVC线槽、小型电机（马达）、太阳能电池、电阻、电解电容、二极管、三极管、螺丝/螺帽等。
  
以下列出本项目主要器材，其中的采购预算，由于有些器材采购时一般是批量的，而本项目中实际使用用不了那么多（剩下的可以留在以后的其他项目上），所以另外加了一项成本折算。
主要的器材都可以从网上购买，我列出了一些淘宝上的网址，基本上我也是通过这个渠道进行采购的，供大家参考。
名称规格数量采购预算/成本折算来源用途
PVC线槽2.5CM宽度1段4元/0.5元实体五金店主要结构材料
小电机微型马达1个3元淘宝：morehave动力
太阳能电池1.5V2片2.2元淘宝：zhiqiang588电源
电阻2.2K1个8元/0.03元淘宝：jxpjihao电子元件
电解电容2200uf3个0.6元淘宝：东莞创博电子电子元件
二极管LED发光二极管（红/黄/绿）1个0.08元淘宝：lc工作室电子元件
三极管9014、9015各1个2个4.5元/0.15元淘宝：jxpjihao电子元件
电路板电路板/实验板/万用板/洞洞板1块1.5元淘宝：lm750811
齿轮组大小两个可选的底部转盘1对2元淘宝：morehave底部转盘
胶管自行车气门芯胶管1条0.2元/0.02元实体五金店小转盘“外胎”
M1.2*5螺丝直径1.2mm，长5mm1颗4元/0.04元淘宝：精隆五金制品有限公司固定PVC材料
M2*6螺丝直径2mm，长6mm，平头1颗2元/0.02元淘宝：精隆五金制品有限公司固定PVC材料
M1.2螺母孔径1.2mm1颗15元/0.15元淘宝：微型螺丝小王固定PVC材料
M2螺母孔径2mm 合计1颗2元/0.02元 49.08元/10.31元淘宝：精隆五金制品有限公司固定PVC材料



3   制作过程
以下将按照制作的顺序，全程介绍本项目机器人的制作过程。
3.1   电路焊接
本项目机器人的控制电路和PVC-2号机器人项目是一样的，虽然一个是单个的大电解电容，一个是三只并联在一起的小电解电容，但是电路板还是一样的（电解电容可以外接）。
关于电路焊接的说明这不再重复，具体请参考PVC-2号机器人项目晒太阳的蚊子· 太阳能动力机器人 。



这是“电路板正面布局图”（无焊点的一面，黑芯蓝点为焊点，蓝色带代表焊点相连）：



这是“电路板底面布局图”（有焊点的一面，黑芯蓝点为焊点，蓝色带代表焊点相连）：



选读内容——搭焊：
作为尝试或者说作为进阶，也可以省去电路板，直接对电子元件的引脚进行搭焊。
因为要围绕电机直接搭焊，为了防止电机的金属外壳把电路给短路了，可以在外壳上包一圈透明胶布。
  
直接把电子元件直接焊在电机的电极上。
  
焊接好的电路。
  
搭焊电路的效果比较有粗放的艺术质感，而且不同的人可能焊接布局的方式不同，最终的效果也都不一样，作为DIY来说会比较有个性。但直接搭焊对于焊接的技巧要求比较高，尤其是稍微复杂一点的电路不好把握好。正因为如此，在我们PVC教程中只是把搭焊作为一个附属的“选修”内容。

转自果壳网