W sezonie są wszędzie. Ten fajny tańczący szkielet w oknie. Nadmuchiwany bałwan, który kręci się, gdy przechodzisz obok. Prezent „Hyper Rocking Monster”, który wygląda absurdalnie, dopóki o trzeciej w nocy nie zacznie się trząść, ponieważ kot wskoczył na schody. Widziałeś je w centrum handlowym. Na pchlich targach. W tych wątpliwych reklamach telewizyjnych.
Magia nie kryje się w komorze baterii. Chodzi o to, jak zmusić je do ruchu.
Większość z tych noworocznych ofert specjalnych wykorzystuje jeden z trzech określonych czynników uruchamiających program. Odłóżmy przycisk na bok i przyjrzyjmy się technologii.
Większość figurek bożonarodzeniowych aktywowanych ruchem wykorzystuje czujniki dźwiękowe lub na podczerwień do wykrywania obecności.
Jeśli na niego krzykniesz, on się ruszy. Jeśli pomachasz ręką, zatańczy. Jeśli naciśniesz mały przełącznik na dole, zacznie działać. To wszystko. Trzy metody. Trzy sposoby na marnowanie prądu i straszenie sąsiadów.
Ale dlaczego niektóre modele reagują tylko na dźwięk, a inne są głuche na Twój głos, ale wrażliwe na ruch? Odpowiedź leży w rodzaju czujnika. Figurki aktywowane dźwiękiem wykorzystują obwód mikrofonu. Te, które wykrywają ruch, wykorzystują pasywny czujnik podczerwieni (PIR) lub proste czujniki zbliżeniowe. Wiedząc, jaki typ kupiłeś, unikniesz stania w salonie i wrzeszczenia na plastikowego renifera.
Mechanika ruchu
Magia zaczyna się w momencie włączenia przełącznika. Figurka nie tylko stoi w miejscu. Ona się porusza. W rytmie. Do utworu odtwarzanego z jej własnej bazy. Jednak nie wszystkie modele mają fabrycznie zainstalowaną muzykę. Niektóre wersje są mądrzejsze. Czekają na Twoją playlistę. Synchronizuje się z odtwarzaczem CD w sąsiednim pokoju lub radiem na kuchennym stole. To jest połączenie bezprzewodowe. Ogólny rytm.
Teraz otwieramy skorupę. Podnosimy pokrywkę. Zajrzyjmy do wnętrza mechanizmu. Co dokładnie sprawia, że to wszystko się dzieje? Głośniki? Silniki? Lekkie elementy?
Wewnątrz obudowy
„Niektóre modele faktycznie tańczą do muzyki z Twojego odtwarzacza CD lub radia”.
To nie tylko magia. To jest inżynieria. Musimy przyjrzeć się zębatkom. Więzy. Okablowanie. Jak dźwięk zamienia się w ruch? Jak oczy świecą w ciemności? Podnieśmy zasłonę.
Mechanika tańca
Zapomnij na chwilę o krzykliwym wyglądzie. Tak zwany „tańczący potwór” nie jest magią. To czysta, nieskażona mechaniczna elegancja. Usuń plastikowy korpus i powłokę z tkaniny, a znajdziesz zaskakująco złożony szkielet. Nie potrzebuje mikrokontrolera. Nie potrzebuje chipa. Tylko jeden silnik. I kilka biegów.
Synchronizuj z rytmem
Naciśnij przycisk na podstawie. Natychmiast zaczyna się piosenka „Monster Mash”. Zanim silnik się włączy, usłyszysz kilka uderzeń (Rysunek 2 ). Rzecz w tym, że silnik nie obraca się w sposób ciągły. Zmienia kierunek obrotu. Za każdym razem, gdy rytm spada, odwraca się. Obraca się do przodu, a potem do tyłu, idealnie dopasowując się do rytmu toru.
Zmniejszona prędkość dla precyzyjnego pomiaru czasu
Jak mały silnik nadąża za popową piosenką? Nie próbuje tego robić. On zwalnia. Wał silnika połączony jest z dużym kołem za pomocą prostego napędu z paskiem gumowym. Ta konstrukcja działa jak przekładnia redukcyjna. Wykorzystując duże koło, system przekształca szybkie obroty silnika o niskim momencie obrotowym w powolne, ale mocne obroty potrzebne do symulacji ruchów tanecznych. Czas tutaj nie jest cyfrowy. On jest fizyczny. Wszystko odbywa się poprzez przełożenie skrzyni biegów.
Mechanizm opiera się na prostym, ale efektywnym przekazie energii. Metalowy wał łączy duże koło napędzane paskiem (Rysunek 3 ) z kołem pomocniczym. Kiedy silnik obraca koło główne w przód i w tył, ten ruch oscylacyjny jest bezpośrednio przenoszony na drugie koło.
Do drugiego koła przymocowany jest plastikowy uchwyt (Rysunek 4 ). Umieszczono go w długim rowku po wewnętrznej stronie tylnego panelu potwora. Konstrukcja ta zasadniczo działa jak mechanizm krzywkowy. Przednie i tylne panele podwozia są ze sobą skręcone i przymocowane do ramy głównej za pomocą dwóch metalowych kołków (Rysunek 5 ). Te kołki służą nie tylko do zapewnienia integralności strukturalnej; pozwalają na przesuwanie się całego ciała.
Kiedy plastikowy uchwyt porusza się z boku na bok w obrębie rowka, popycha korpus. Ta siła boczna jest przekształcana w widoczny ruch boczny. Potwór nie chodzi po prostu w miejscu. Wibruje. Kołki kierują ruchem, utrzymując panele w jednej linii i umożliwiając niezbędny ruch.
Ruch nie jest przypadkowy. Jest to bezpośrednia konwersja ruchu obrotowego na ruch liniowy.
Taka konstrukcja sprawia, że potwór wygląda jak żywy bez skomplikowanych komponentów elektronicznych. Ruch silnika w przód i w tył staje się tańcem na boki. To teatr mechaniczny. Ciało obraca się wokół tych kołków. Uchwyt wprawia akcję w ruch. Rezultatem jest stworzenie, które nie istnieje tylko w jednym miejscu. Porusza się.
Jest w tym rytm. Silnik nadaje tempo. Wał przekazuje energię. Pióro to zmienia. Kołki ograniczają trajektorię. Rezultatem jest specyficzny rodzaj animacji. Jest w tym fizyka. To nie magia. Są to po prostu koła zębate i sworznie pracujące szeregowo.
Potwór nie musi się odwracać, żeby wyglądać niebezpiecznie. Wystarczy, że się zachwieje. Ruch boczny powoduje napięcie. Oznacza wagę. Sugeruje to, że porusza się coś ciężkiego. Sercem tej iluzji jest plastikowy uchwyt umieszczony w rowku. Bez tego ciało pozostałoby nieruchome. Cała konstrukcja z nim reaguje.
To sprytne wykorzystanie prostych szczegółów. Brak serw. Żadnych skomplikowanych programów. Tylko rowek i szpilka. Potwór „oddycha” poruszając się na boki. Koło napędzane paskiem wyznacza rytm. Metalowy wał zapewnia, że nic nie zostanie utracone podczas konwersji. Ciało podąża za ruchem.
Co się stanie, gdy silnik zwolni? Rzucanie staje się powolne. Potwór zdaje się się wahać. Ruch nie zatrzymuje się nagle. To zanika. Kołki nadal łączą panele. Uchwyt pozostaje włączony. Iluzja trwa.
Projekt jest skuteczny. Wykorzystuje istniejący ruch koła napędzanego paskiem. Ona nie marnuje energii. Ona ją przekierowuje. Plastikowy uchwyt jest trwały. Metalowe kołki są trwałe. Panele nadwozia są sztywne. To wszystko działa razem.
Można prześledzić ścieżkę ruchu. Zacznij od silnika. Podążaj za paskiem. Obserwuj, jak koło się kręci. Widzisz połączenie wału. Znajdź długopis. Prześledź rowek. Podążaj za szpilkami. Zobacz ruch ciała. To cykl. Cykl. Mechaniczne bicie serca.
Potwór nie musi ryczeć, żeby robić wrażenie. Ruch mówi sam za siebie. To subtelne. To jest spójne. Wynika to z fizyki. Projekt jest elegancki w swojej prostocie. Nie komplikuje to animacji. Jest skupiona na jednej rzeczy. Ruch boczny.
I to wystarczy. Z boku na bok
Jak faktycznie poruszają się ramiona
To nie magia. Jest to pionowa wkładka z tworzywa sztucznego ukryta bezpośrednio pod stawem łokciowym. Przez otwór w górnej części tej wkładki przechodzi metalowy kołek, lekko nachylony w stronę obudowy. Gdy tułów potwora się porusza, wkładka przesuwa się w górę i w dół trzpienia. Prosta fizyka. Ten ruch ślizgowy powoduje, że przedramię gwałtownie unosi się lub opada. Żadnych przewodów. Brak serw. Tylko dźwignia.
System przekładni napędzający nogi
Zajrzyj do dolnej części przedniego i tylnego panelu obudowy. Zobaczysz uformowane plastikowe zęby przekładni. Włączają podobne koła zębate znajdujące się w górnej części każdej nogi. To połączenie jest szczelne.
Każda stopa ma również metalowy kołek przechodzący przez nią w miejscu wejścia stopy do buta. Ten sworzeń umożliwia obrót nogi z boku na bok. Magia dzieje się w interakcji pomiędzy ruchem ciała i tymi zębatkami. Kiedy nadwozie porusza się w lewo lub w prawo, włączają się koła zębate. Nogi poruszają się w przeciwnym kierunku. To jest ruch przeciwny. Pchasz w jedną stronę, a twoje nogi machają w drugą. Tak działa cykl chodu.
Mrugające oczy i mózg potwora
Ruch nie jest jedyną rzeczą, która powoduje ten efekt. Za złowieszczy wzrok potwora odpowiadają dwie zielone diody elektroluminescencyjne (LED). (Rysunek 9 ) Te światła nie są statyczne. Podłączane są bezpośrednio do płytki drukowanej ukrytej w podstawie, która pełni rolę centralnego węzła dystrybucji energii.
Sekret tkwi w wyczuciu czasu. Do diod wysyłane są impulsy prądu, które włączają je na ułamek sekundy. Rezultatem jest migotanie zsynchronizowane z bitem. Jeśli muzyka przyspiesza, oczy zaczynają się szybko poruszać. Jeśli tempo zwalnia, blask jest opóźniony. Stwarza to niesamowite wrażenie, jakby żywa istota patrzyła na ciebie.
PCB i sterowanie silnikiem
Jeśli przyjrzysz się uważnie podstawie (Rysunek 10 ), zobaczysz płytkę drukowaną (Rysunek 11 ), która łączy wszystkie komponenty. To nie jest tylko skrzynka przyłączeniowa. Zawiera maleńki układ scalony (IC), który służy jako prawdziwy „mózg” zabawki.
Zadanie tego chipa jest specyficzne: przechowuje dane utworu muzycznego. Ale nie tylko generuje dźwięk. Synchronizuje obroty silnika z torem. Osiąga się to poprzez zmianę kierunku prądu. W pewnym momencie prąd popycha silnik w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Następnym razem zmieni kierunek, powodując obrót w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Ten ruch tam i z powrotem tworzy chaotyczny, taneczny efekt.
Układ scalony nie tylko odtwarza muzykę; fizycznie dyktuje ruchy potwora, zmieniając kierunek obrotów silnika w rytm muzyki.
Bez tego chipa miałby tylko brzęczący silnik i żarówkę. To układ scalony, który zamienia hałaśliwe pudełko w rytmicznego wykonawcę. Mechanizm jest w zasadzie prosty. To po prostu prąd zmieniający kierunek. Ale w połączeniu z mruganiem oczami wystarczy, żeby się skrzywić.
Prawie widać obracające się tryby. Chip oblicza bit. Silnik jest posłuszny. Oczy błyskają. To zamknięty cykl logiki i światła. I to działa za każdym razem.
Pięć par przewodów łączy płytę główną z komponentami zewnętrznymi. Jest to prosta uprząż, ale każda para pełni określoną funkcję.
Linia energetyczna
Najpierw jest źródło zasilania. Prosta para czerwonych i czarnych przewodów idzie do komory baterii. Wewnątrz znajdziesz cztery baterie AA. To stąd pochodzi energia.
Mechanizm spustowy
Poniżej znajduje się sekwencja uruchamiania. Dwa żółte przewody łączą mały przycisk na górnej powierzchni podstawy z płytką drukowaną. Klikając na niego, zamykasz obwód. Jest to sygnał dla płytki do rozpoczęcia wykonywania sekwencji.
Ruchome części
Para przewodów do silnika jest również czerwona i czarna. Spełnia zadanie czysto funkcjonalne: dostarcza prąd do pracy silnika. Nie ma tutaj skomplikowanych sygnałów, jest po prostu czysta moc.
Oświetlenie głowy
Aby uzyskać efekt wizualny, spójrz na parę przewodów diod elektroluminescencyjnych (LED). Jeden pomarańczowy i jeden czerwony przewód służą do zasilania diod LED ukrytych w głowie potwora. Tak się świeci.
Wyjście audio
I na koniec komponent dźwięku. Para białych przewodów przesyła sygnał do głośnika. To jest ostatnie ogniwo w łańcuchu.
(Rysunek 12 )
To właśnie w tym maleńkim głośniku ukrytym w podstawie dzieje się prawdziwa magia. Odbiera sygnał audio z wewnętrznego chipa i przetwarza go na dźwięk. Bez tego tańczący potwór jest tylko cichą plastikową figurką.
Jeśli chcesz głębiej zagłębić się w mechanikę tych animowanych zabawek, na następnej stronie znajduje się opis techniczny.
