如果瞭解BEAM機器人的朋友，可能對這樣造型的機器人已經很熟悉了——三腳支架中的兩腳，加上連接電機的底部轉盤，總共三點支撐地面，曬會太陽充會電，電機驅動轉盤轉動再帶動機器人移動。 從以上插圖我們可以看到兩種不同的造型，不過原理都是基本一樣的，只不過結構上有一點區別（有一個帶了碰撞環，這個後面會具體説明）。
以下為效果視頻，前一段是在燈光（白熾燈）下進行測試的效果（包括帶碰撞環的效果），後面一段為在陽光下的效果。
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一、基本原理
1.1、驅動原理
1.2、機械結構
1.3、電路原理
二、準備工作
三、製作過程
3.1、電路焊接
3.2、三腳支架
3.3、電 路 板
3.4、電機支架
3.5、整機組裝
3.6、整機調試
四、效果展示
五、擴展完善 5.1、功能擴展
5.2、版本升級
六、常見問題
七、項目總結
一、基本原理
本項目的機器人的外形像一個人造衞星，是以太陽能電池作為電源，電機驅動底部的轉盤轉動，從而帶動整個機器人移動。由於以自身轉動的方式進行移動的，就像一個旋轉的陀螺，所以本項目機器人又可稱為“陀螺機器人”。
1、驅動原理
本項目的驅動原理也是比較簡單的，主要是電機帶動底部的轉盤轉動——機器人有一個三腳支架，同時只有相鄰的某兩腳支撐地面，再加上底部連接電機的轉盤，“兩腳＋轉盤”——三點支撐地面。電機帶動轉盤轉動，則其中一點轉動，另外兩點支撐，機器人就可以整體移動。
2、機械結構
本項目機器人有一個三腳支腳，主要有三種情況的結構，稍微通過調整就可以有不同的運行效果。
1、如果是三腳支架離地比較高（相對於轉盤），且底部用直徑比較小的轉盤，則三點平衡比較穩定，每完成一次充電週期後電機轉動只能帶動轉盤轉一點距離，一般只能是由一組相鄰的雙腳交換為下一組相鄰的雙腳支撐地面，每週期移動的距離比較小。
2、如果是三腳支架離地過高（相對於轉盤），則三點平衡相當穩定，雖然能夠帶動機器人移動，但是因為支架過高導致無法交換支撐地面的雙腳，就是説一直都是開始運動時默認支撐地面的雙腳着地。
3、如果是三腳支架離地比較低（相對於轉盤），以及底部用直徑比較大的轉盤，則三點平衡相對不夠穩定，每個充電週期後的運行可以接近平滑移動，也就是説每週期移動的距離相對會大一點。
作為擴展的結構功能，本項目的機器人還可以增加一個“碰撞環”：用PVC剪成細條做一個環，再用三根細條支架固定在周圍一圈。本機器人加了“碰撞環”後，如果在轉動移動的過程中，碰到障礙物後會有一個反彈轉向的效果，之後再繼續轉動移動（具體見：版本升級）。
3、電路原理
本項目機器人的控制電路和PVC2號機器人項目基本是一樣的——典型的脈動充放電電路。
但是兩者還是有一點區別：PVC2號項目的電解電容是一個4700uF，而本項目的電路採用的是三個2200uF的電解電容。 三個電解電容並聯在一起，其容值就是三個電解電容之和，這樣本項目採用的電解電容其實就是6600uF，比PVC2號的4700uF大一點。對於本脈動充放電電路來説，電解電容的容量越大，儲電量就會越大，但充電的時間也會越長，不過放電的時間也會越長，持續運動的時間也會越久。
當然，本項目之所以用三個電解電容並聯在一起代替原來的一個電解電容，主要還是因為機械結構的需要，即用三腳支架作為平衡支撐的結構。
基本原理如下：
1）太陽能電池板給電解電容充電，電解電容兩端的電壓不斷上升；
2）當電路電壓達到LED二極管的導通電壓（2V左右）時，LED二極管導通；
3）三極管9015的基極從導通的LED二極管獲得足夠的導通電壓，則三極管9015導通；
4）三極管9015導通後，又使三極管9014的基極獲得足夠的導通電壓，則三極管9014導通；
5）三極管9014導通後，電機獲得電流開始轉動；
6）電機轉動，消耗電解電容中存儲的電能，電路電壓下降；
7）當電路電壓下降到低於LED二極管的導通電壓時，LED二極管截止；
8）雖然三極管9015的基極失去了來自LED的導通電壓，但是由於此時三極管9014已經導通，導通後的電流除了提供給電機轉動之外，還通過電阻分流了一部分重新回到三極管9015的基極（形成一個循環），即三極管的基極還是有足夠的導通電壓；
9）當電機繼續轉動消耗電解電容的電能時，電路電壓進一步下降，則即便三極管9014導通後迴流給三極管9015基極的電壓也無法保證三極管9015繼續導通（循環被破壞），則兩個三極管都截止，電機停止轉動；
10）電解電容重新充電，繼續重複上面的各環節。
簡單的説，即：太陽能電池對電解電容充電，當充電量達到由LED二極管設置的充電上限後，則電路開始瞬間放電提供給電機轉動；雖然電機轉動消耗電能使電壓下降至低於LED二極管的下限，但是由於電路存在一個導通循環的機制，仍然會繼續放電讓電機轉動，能夠儘可能的把電解電容中存儲的電能都消耗掉；消耗完電解電容中的電能後，重新由太陽能電池對其進行充電……如此循環往復。
也可以這樣理解：太陽能電池對電解電容進行緩慢充電（太陽能電池的電流比較小），充電達到上限後對電機進行瞬間放電（電機的電流比較大）；放電停止的下限比較低，可以比較徹底的把充電的電量消耗完。
在PVCRobot2號機器人的項目中已經對該電路原理進行了更詳細的分析，這裏不再重複。如果還有不清楚的，或者有興趣繼續瞭解的，可以點擊這裏：PVCRobot 2號 電路原理分析。
二、準備工作
本項目需要的器材主要包括：PVC線槽、小型電機（馬達）、太陽能電池、電阻、電解電容、二極管、三極管、螺絲/螺帽等。
以下列出本項目主要器材，其中的採購預算，由於有些器材採購時一般是批量的，而本項目中實際使用用不了那麼多（剩下的可以留在以後的其他項目上），所以另外加了一項成本折算。
主要的器材都可以從網上購買，我列出了一些淘寶上的網址，基本上我也是通過這個渠道進行採購的，供大家參考。
名稱
規格
數量
採購預算/成本折算
來源
用途
PVC線槽
2.5CM寬度1段
4元 / 0.5元
實體五金店
主要結構材料小電機
微型馬達1個
3元
淘寶：morehave
動力太陽能電池
1.5V2片
2.2元
淘寶：zhiqiang588
電源電阻
2.2K1個
8元 / 0.03元
淘寶：jxpjihao
電子元件電解電容
2200uf3個
0.6元
淘寶：東莞創博…
電子元件二極管
LED發光二極管（紅/黃/綠）1個
0.08元
淘寶：lc工作室
電子元件三極管
9014、9015各1個2個
4.5元 / 0.15元
淘寶：jxpjihao
電子元件 電路板
1塊
1.5元
淘寶：lm750811
齒輪組
大小兩個可選的底部轉盤1對
2元
淘寶：morehave
底部轉盤膠管
自行車氣門芯膠管1條
0.2元 / 0.02元
實體五金店
小轉盤“外胎”M1.2*5螺絲
直徑1.2mm，長5mm
1顆
4元 / 0.04元
淘寶：精隆五金…
固定PVC材料M2*6螺絲
直徑2mm，長6mm，平頭
1顆
2元 / 0.02元
淘寶：精隆五金…
固定PVC材料M1.2螺母
孔徑1.2mm1顆
15元 / 0.15元
淘寶：微型螺絲…
固定PVC材料M2螺母
孔徑2mm1顆
2元 / 0.02元
淘寶：精隆五金…
固定PVC材料合計
49.08元 /10.31元
同時為了方便各位朋友，我也開通了PVCRobot系列機器人淘寶網店，希望能更好的為大家服務。 本項目套件的淘寶地址： （Ⅰ型） （Ⅱ/Ⅲ型）
三、製作過程
以下將按照製作的順序，全程介紹本項目機器人的製作過程。
3.1、電路焊接
本項目機器人的控制電路和PVCRobot 2號機器人項目是一樣的，雖然一個是單個的大電解電容，一個是三隻並聯在一起的小電解電容，但是電路板還是一樣的（電解電容可以外接）。
關於電路焊接的説明這不再重複，具體請參考這裏：PVCRobot 2號電路焊接。
這是“電路板正面佈局圖”（無焊點的一面，黑芯藍點為焊點，藍色帶代表焊點相連）：
這是“電路板底面佈局圖”（有焊點的一面，黑芯藍點為焊點，藍色帶代表焊點相連）：
選讀內容——搭焊：
作為嘗試或者説作為進階，也可以省去電路板，直接對電子元件的引腳進行搭焊。
因為要圍繞電機直接搭焊，為了防止電機的金屬外殼把電路給短路了，可以在外殼上包一圈透明膠布。
搭焊電路的效果比較有粗放的藝術質感，而且不同的人可能焊接佈局的方式不同，最終的效果也都不一樣，作為DIY來説會比較有個性。但直接搭焊對於焊接的技巧要求比較高，尤其是稍微複雜一點的電路不好把握好。正因為如此，在我們PVC教程中只是把搭焊作為一個附屬的“選修”內容。如果對搭焊效果有興趣的朋友，可以訪問我朋友的博客：
電路調試
特別注意，本項目的太陽能機器人一般只能在太陽下才能運行，而在普通燈光下由於亮度不足將無法正常運行。如果要在室內測試太陽能機器人，由於光線不足就需要藉助特別的燈光——可以選擇100瓦的白熾燈（在實體五金店中可以很容易買到燈泡和插座），以代替陽光。（注意：不能用一般日光燈或是節能燈，因為其亮度無法讓太陽能電池有足夠的輸出功率）。
3.2、三腳支架
用三隻電解電容做成三腳支架。
先把三隻電解電容按下圖佈局排好。
把三隻電解電容的電極並聯焊在一起。
3.3、電路板
電子電路是與前幾個項目一樣的太陽能脈動充放電控制電路，作為一個經典的電路基本上可以做成通用電路板，見下圖，其中LED發光二級管這次選擇黃色的。
對應到以下電路板底面圖中橙色圈所對應的焊點位置，把電機電極直接焊接在電路板上。
焊接好的電路板和電機。
3.4、電機支架
用剪刀把PVC材料剪裁併用尖嘴鉗折成一個電機的支架，如下圖所示。
3.5、整機組裝
開始整機組裝。 準備好所有的待組裝器件：太陽能電池板、太陽能電池板的支架、電機支架、電機以及電路板。
把電機、電機支架以及太陽能電池板用螺絲固定起來。
3.6、整機調試
完成整機組裝後，需要進行調試。 首先，測試電路是否正常工作，可以在100W白熾燈光下測試電路的充放電控制是否正常，電機是否能夠正常轉動（見視頻中在燈光下的效果）。
四、最終展示
最終效果展示。
五、擴展完善
5.1、功能擴展
除了調整三腳支架可以改變本機器人的最終運行效果外，還可以通過更換底部的轉盤改變運行效果，即可以把底部的小齒輪轉盤改為大齒輪轉盤。（具體可參見視頻中燈光下的大直徑轉盤部分的效果）。
5.2、版本升級
作為升級版本，本項目的機器人可以增加一個“碰撞環”：用PVC剪成細條做一個環，再用三根細條支架固定在周圍一圈。安裝了“碰撞環”之後，如果在轉動移動的過程中，碰到障礙物後會有一個反彈轉向的效果，之後再繼續轉動移動。
以下為一個升級版本的光能陀螺，帶“碰撞環”，並且結構部分重新作了設計，定名為“PVCRobot 5號Ⅱ型”。具體運行效果可以見上面視頻中碰撞環的部分。
下面簡略的介紹一下製作過程。
材料準備和第一個版本是類似的，電路板也是直接焊接在電機電極上的，不過三個電解電容可以選擇形狀上稍微細長的類型，且引腳不需要很長的那種。
用剪刀和尖嘴鉗把PVC材料加工成如下圖所示的尺寸和形狀，下圖從上到下分別是電機支架、太陽能電池板底板／支架。注意電機支架做成邊長為15mm左右的等邊三角形。
把太陽能電池板的底板和支架用M2*6的螺絲/螺母固定好來。
用PVC裁成細長條，其中一端折一個彎（用於直接插入三角形電機支架的三角空隙中），並且在30mm左右的長度再扭一個彎。
三根長條如下圖所示彎成互相連接的圓弧，接合部用透明膠布固定。
連接好電路的電線。
完成後的效果。
碰撞環也可以用細一點的金屬絲來做，重量更輕、彈性更好，以下是用單芯銅芯膠皮電線做的碰撞環（也可以考慮用網線內芯的銅線）。為便於區分定名為“PVCRobot 5號Ⅲ型”。 用PVC做環的支架，把銅芯電線用502膠水粘貼在支架上。
光能陀螺家族（依次為Ⅱ型、原型、Ⅲ型）。
特別推薦：如果對於全金屬版本的陀螺機器人感興趣的，可以訪問我朋友的博客：微型機器人系列太陽能陀螺
六、常見問題
正常情況下，在陽光下測試，電機會有節奏的轉一陣、停一陣，注意觀察還會發現在電機開始轉動的瞬間LED會有一點微光閃動。
針對應用當前的太陽能脈動充放電控制電路製作太陽能動力機器人，以下列出可能存在的問題以及解決的方法：
1、電機轉一下就停止，電路不再觸發。
1）電機內阻太大：如果是小電流的電機，因為內阻比較大，電解電容充電分壓在LED兩側的電壓較低不足以讓LED導通，解決的辦法是可以嘗試在電機兩端並聯一個幾十歐姆的電阻。 2）如果是在強烈陽光下存在這個問題，則是太陽能電池板的電壓太高以及電機功率較小的原因：太陽能電池板電壓高，而電機功率小而消耗的電流也小，電機放電的速度趕不上太陽能充電的速度，導致三級管一旦導通後就無法截止，解決的辦法是可以嘗試在NPN三級管基極與PNP三極管集電極之間連接一個1k左右的電阻，使三級管導通的條件提高；另外也可以類似第一種情況在電機兩端並聯一個幾十歐姆的電阻，也就是説可以加大放電時的電流，加速放電。
2、電機一直轉動，沒有節奏性的轉／停。
1）太陽能電池板的電壓太高：嘗試多串聯一個LED以提高電路充電閾值上限（採用本教程對應淘寶店提供的套件一般不存在該問題）。
3、電機不轉，LED也不亮。 1）太陽能電池板的電壓太低：至少要求太陽能電池板額定最高電壓能夠達到3V（採用本教程對應淘寶店提供的套件一般不存在該問題）； 2）光線不足：需要在足夠的陽光下或者白熾燈下進行測試； 3）電路錯誤：檢查電路焊接是否正確。 4、LED常亮，電路不觸發。 1）電路錯誤：檢查電路焊接是否正確。 5、電機嘶嘶響，但是不轉。 1）儲能電解電容容量過大：嘗試減小儲能電解電容的容量，根據經驗一般耐壓高、體積大的電解電容用在這個機器人電路上效果最好（採用本教程對應淘寶店提供的套件一般不存在該問題）。
七、項目總結
本項目是一個以簡單電子元件電路為控制基礎的智能機器人。對於剛入門的朋友，可以通過這個項目：
1、加深脈動充放電控制電路在太陽能驅動應用方面的理解；
2、瞭解電容並聯的應用；
3、瞭解太陽能陀螺結構的原理以及應用；
4、初步瞭解電子元件的搭焊。
本項目的機械結構也比較特殊，建議有條件的朋友可以試試手作為一次實踐經歷。
本項目套件的淘寶地址： （Ⅰ型） （Ⅱ/Ⅲ型）
