Gyroman 4: Con quay hồi chuyển biết đi (Walking Gyroscope)

Đây là lần cải tiến thứ tư của món đồ chơi “đi bộ” cực kỳ thông minh do bạn tôi, John Jameson, nghĩ ra từ năm 1981. Cơ cấu này dùng truyền động cơ khí để ghép một con quay hồi chuyển (gyroscope) đang quay (làm từ 104 đồng xu penny!) với một cam đẩy một cặp chân lên xuống. Khi một chân hạ xuống, thân máy thật sự nhấc lên rồi bắt đầu precess theo chiều kim đồng hồ. Sau đó khi chân còn lại hạ xuống, thân lại nhấc lên lần nữa, nhưng lần này precess ngược chiều kim đồng hồ — và thế là nó đi bộ được!

Khác với các phiên bản trước của tôi dùng giảm tốc bằng dây đai o-ring, phiên bản này dùng bánh răng in (printed gears) nên hiệu suất cao hơn, chạy lâu hơn, và lắp ráp dễ hơn. Danh sách linh kiện và hướng dẫn lắp ráp nằm dưới video:

Danh sách linh kiện
Phần in 3D:
2 tấm hông (sides), 1 bánh đà (flywheel), 1 vòng giữ (retaining ring), 1 cụm bánh răng (cluster gear), 1 ống chặn (collar), 1 chi tiết lệch tâm (eccentric), 1 thanh liên kết (link), 4 thanh (bars), 2 chân (legs), 2 bàn chân (feet), 1 móc (hook), 1 vòng kéo (pull ring). In tất cả chi tiết theo đúng hướng như hình, không cần supports. Tôi dùng layer 0.2mm và 3 perimeters.

CẬP NHẬT: Tôi đã thêm một phiên bản bánh đà có ốc siết (set screw) để kẹp vào trục. Bạn có thể dùng thêm 1 con ốc 4-40 x 3/8" đầu dù (pan head) làm set screw. Lưu ý: bạn cần vặn cho con set screw “ăn ren” trước khi nhét các đồng xu vào, vì đầu ốc sẽ bị vướng chồng xu.

Phần mua ngoài:
10 - 623ZZ bearings (Amazon)
1 - thanh tròn đường kính 3mm, dài 63mm (Amazon)
1 - thanh tròn đường kính 3mm, dài 48mm (Amazon)
20 - ốc 4-40 x 3/8" đầu dù (hoặc M3 x 8mm)
1 - ốc 4-40 x 3/4" đầu dù (hoặc M3 x 20mm)
2 - long đền (washer) cho ốc 4-40, dày 0.03" (hoặc long đền M3)
1 mét dây câu Spectra (tải 30lb)
400mm sợi TPU filament 1.75mm (hoặc 2 dây thun)
104 - đồng xu US pennies
keo cyanoacrylate (superglue)

Lắp ráp

1. Xếp 13 đồng penny vào mỗi rãnh của bánh đà. Ép vòng giữ lên trên và cố định bằng vài giọt superglue.

2. Ép 1 bearing vào lỗ trung tâm và 1 bearing vào lỗ phía trên của mỗi tấm hông. Mối lắp nên khá khít.

3. Ép 2 bearing vào lỗ trung tâm của chi tiết lệch tâm. Bearing nên phẳng đều cả mặt trước lẫn mặt sau.

4. Ép 1 bearing vào mỗi bàn chân. Sau đó, luồn sợi TPU filament qua các rãnh như hình, cố định hai đầu bằng một giọt superglue. (Bạn cũng có thể dùng dây thun thay thế.)

5. Ép thanh 3mm dài hơn vào bánh đà sao cho nó nhô ra 5mm ở phía mặt phẳng. Cố định bằng vài giọt superglue. (Bạn có thể chà nhám nhẹ trục bằng giấy nhám/emery paper để keo bám tốt hơn.) Lưu ý: Tôi cũng đã thêm phiên bản bánh đà có lỗ set screw (dùng ốc 4-40 đầu dù) nên không cần keo.

6. Ép thanh 3mm ngắn hơn vào collar sao cho nó nhô ra 4mm ở một đầu.

7. Đặt một long đền lên đầu ngắn của trục bánh đà, rồi đưa đầu đó vào bearing trung tâm của một tấm hông. Đưa đầu ngắn của trục collar vào bearing phía trên.

8. Thả cụm bánh răng (cluster gear) vào trục phía trên như hình.

9. Thả chi tiết lệch tâm (eccentric) vào trục trung tâm như hình. Sau đó thêm long đền thứ hai vào trục (không hiển thị trong hình).

10. Trượt tấm hông còn lại vào hai trục. Bắt chặt hai tấm hông với 1 con ốc mỗi bên và 2 con ốc ở các lỗ khoét bậc (counter-bored) phía dưới.

11. Lắp 2 chân và 4 thanh thành cấu hình hình bình hành (parallelogram) như hình. 8 con ốc giữ chân cần hơi lỏng một chút để mọi thứ có thể xoay/pivot. Bắt ốc từ mặt dưới đi xuyên qua bearing ở bàn chân để cố định bàn chân vào chân.

12. Cố định cụm hình bình hành vào thân bằng 4 con ốc (2 trước, 2 sau) tại cặp lỗ nằm dưới bánh đà. Đồng thời lắp chi tiết link nhô lên từ phần chân như hình. (Chưa lắp con ốc bên hông phía trên vội.) Tương tự, các con ốc này cũng nên hơi lỏng để toàn bộ cụm chân có thể pivot.

13. Tới phần hơi “căng” nè. Trượt 1 bearing vào rãnh của eccentric, rồi nghiêng thân sang một bên để nó rơi vào rãnh bị che bên trong tấm hông. Sau đó trượt bearing cuối cùng vào rãnh eccentric và canh vị trí sao cho thẳng hàng với bearing đầu tiên.

14. Luồn con ốc dài hơn vào lỗ phía trên sao cho nó đi xuyên qua cả hai bearing. Vặn ốc vào tới khi vừa chạm đáy rãnh eccentric, rồi nới ra khoảng vài vòng. Trong lúc hoạt động, đầu ốc không được cạ vào đáy rãnh.

15. Ép cái móc nhỏ vào đầu dài của trục bánh đà như trong ảnh phía trên và cố định bằng một giọt superglue. (Tương tự, chà nhám nhẹ trục bằng emery paper có thể giúp keo bám tốt hơn.)

16. Tạo một vòng thắt kiểu overhand loop ở mỗi đầu dây câu Spectra. Luồn một đầu qua lỗ nhỏ trên vòng kéo (pull ring). Đừng bỏ qua vòng kéo — dây Spectra rất mảnh và sẽ cứa tay nếu bạn kéo trực tiếp!

Cách dùng
Móc đầu tự do của dây kéo (pull-cord) vào cái móc nhỏ ở đầu trục bánh đà. Xoay bánh đà để quấn dây lên phần trục nhô ra. Đừng quấn dây lên trục quá sát tới mức chạm vào bearing. Nắm thân ngang qua hai phần phình ở hai bên, giữ thân thẳng đứng, rồi kéo thật mạnh vòng kéo. Bạn sẽ muốn bánh đà quay rất nhanh — tới khoảng 2000–2500 RPM. Đặt Gyroman xuống sàn (nó rất “khoái” đi tuột khỏi bàn) theo phương thẳng đứng, đừng để bị nghiêng trong lúc đặt. Rồi nhìn nó chạy thôi!

Tinh chỉnh (Modifications)
Tôi có kèm file STEP cho bánh đà và vòng giữ để ai muốn chỉnh cho loại xu khác ngoài US pennies. Nghe nói xu Euro 2 cent cũng dùng được — chỉ cần xếp 12 đồng mỗi chồng thay vì 13, vì xu Euro dày hơn một chút.