童年回憶重現！用雷射切割打造專屬夾娃娃機！Micro:Bit

夾娃娃機在台灣的歷史可以追溯到20世紀80年代末期，至今夾娃娃機在台灣，其受歡迎程度不斷攀升。常常看到一條街上，會有兩到三間並排的專門店家，裡面的機種更是琳瑯滿目。當時的台灣已進入快速發展的時期，夾娃娃機這種新型的電子遊戲機迅速流行。當時，夾娃娃機還比較簡單，只有一種夾子，但隨著科技的不斷進步，夾娃娃機操作方式、遊戲場所和設備等也不斷更新和改進，也有許多不少的遊戲愛好者，運用自己DIY的能力自製。本篇文章我們也將要把這個經典的遊戲機台，以雷射切割與微電腦控制做結合設計的介紹，並分享設計過程的一些思路與想法，可以讓之後有興趣打造自己的夾娃娃機的玩家有不同的啟發。

先說說台灣本島的狀況，台灣的機台型態非常多元，再加上早期博奕遊戲機台盛行，本土研發生產陣容堅強，常常外銷的到國外，自然國內的機台數量也自然驚人。

除了研發技術強大之外，傳統的玩法也慢慢滿足不了消費者，台主們都還會研發各種不同的彈跳玩法與機制，而且在YouTube上也能找到許多以夾娃娃機為主題的頻道，不過是娛樂或教學資源都相當豐富。

在這之前我們也簡單的了解一下夾娃娃機的歷史。不確定是不是世界第一台，但從Museum of the Game博物館的文獻中看到，Erie Digger是1924-1939年份最早的機種，最初是用來夾糖果贈品用。

我們可以從年當時的卡通影片Naughty But Mice 1939得知，夾娃娃機在那時候有多盛行。


當時看起來非常復古的文宣與影像。

各種不同的機型與樣式也慢慢的在進化中。

1934年的Panama Digger機種，開始有一些造型上的進化，例如二十世紀初，開鑿巴拿馬運河的主題。

當時沒有聲光效果的年代，這樣的印刷立體設計是非常大的突破。

玩具復古玩家所蒐藏Panama Digger遊玩片段，雖然沒有聲光效果，但有一種懷舊古樸的感覺。

接著我們開始著手要來打造一台夾娃娃機了，我們簡單的用搜索引擎來做一些現況調查，稍微整理後把它們分成三大型態方向。

第一種是目前最熱門的手工氣壓型，不管是搜尋引擎或者是YouTube上，搜尋DIY claw machine，第一頁一定有他的足跡，大多都是以無電力的裝置為主，例如氣壓、橡皮筋、彈簧、磁鐵等。

像有名的The Q所做的夾子，也是使用針管氣壓的方式，如果用得是氣壓，我們可以看到操作台上都會是氣壓推桿來控制。。

另一種就是一般機電型，大部分的原理與氣壓型相同，但是會用到電子零件，這些電子零件的輔助，可以讓控制過程更接近商用機台的感覺，但需要一定的電子零件應用知識，範例圖片是從instructables搜尋到的有興趣可以去看看。

大多不會運用到微電腦來控制，但只會用到簡單的IC晶片、感測器、繼電器等模組來控制。

第三種就是最接近商業機台的一種，微電腦型因為多了程式控制，它可以省下許多機構在設計上的時間與限制，在事後修改也比前兩者方便。如果有大型木工工具，所完成的作品外型與使用感覺根本就與商業用機台不相上下。這範例圖片也是從instructables搜尋到的有興趣可以去看看。

這是內部微電腦型的設計，只要透過麵包板接線，就可以控制多個零件來設定，微電腦電路板難易度也可以自己選擇，想要簡單一點，可以選擇現在入門最常看到micro:bit系列搭配擴充版來控制機電，進階一點就可以使用自由度高的Arduino系列。

如果在功能上要超越商用機台，目前大概只有Raspberry Pi了，因為micro:bit與Arduino只是一種微控制器板，而Raspberry Pi是一種單板電腦。Arduino的主要功能是控制物理設備，它通常使用簡單的腳位和控制電路。Raspberry Pi則可以執行完整的作業系統，並且可以通過USB、以太網等多種方式與其他設備進行通訊。能夠運行的程式也較多元，但價格Arduino價格相對較低，一般在10-50美元之間，而Raspberry Pi的價格則在25-50美元之間，且不含螢幕鍵盤滑鼠。但長期使用下來，商用的非常堅固耐操，要面對不同習慣的客人，一天可能上百次的操作或晃動拍打，商用買的就是一種堅固耐操。

這邊簡單的整理了三種類型的DIY夾娃娃機給大家參考，根據自己的需要，有個好的思考的方向。

一開始我們先來挑戰一般機電型，線路圖大概的配置是這樣，用了一些繼電器與可以反轉電流的電子零件。

第一部測試影片中，簡單的用鱷魚夾測試，的確可以利用商用的搖桿來控制。

後來發現，自身背景的關係，對我來說最難的可能是一般機電型，零件之間的關係跟電壓，搞得我很難控制，這邊大概1-2個禮拜，我就放棄了。直接升級為微電腦型，畢竟這台的目標我是以入門好學為主，所以我選擇了micro:bit來當我的控制板，然後再加裝了一片擴充板來控制TT馬達們。

這部測試影片中，用了micro:bit的角度感測來控制方向，未來可能可以用來設計一些好玩的機台運用，跟我們夾娃娃機比較沒關係。我個人是喜歡在過程中去發掘一些新的玩法，享受設計創造的過程。

影片中，這次改了用類比搖桿，我還為了類比搖桿的控制，特別拍了一支影片介紹“Micro:Bit類比搖桿控制”，之後想瞭解學習可以點連結看看。

後來發現我KEYES只有買到兩路的控制板，原本下爪的馬達想用的是伺服馬達，但力道好想不太夠，電力輸出也不太方便，所以最終使用了DFRobot的控制板，主要原因就是剛好我有買它四路的，這個品牌用的人好像也比較多一些，應用資源應該也比較好搜索。

因為不想用Micro:Bit本身的小按鈕，覺得有點憋屈，於是我將AB鈕接點焊上杜邦線，解放它的距離控制能力。

最終完成的版本不大，用一個ikea SAMLA 11公升的收納透明箱就可以裝起來了。

這次測試中整個流程算蠻流暢的，比較可惜的是怕因為程式難度太難，沒有特別去研究用一顆按鈕來控制，因為micro:bit的部分，我只想用積木建構程式就好，不去額外用必須要寫的語法，之後如果有機會換成Arduino來做，我覺得應該是沒有問題的。

尺寸出來之後，發現如果要用大搖桿，機台真的會有點大了，於是還是改了類比搖桿，再來是因為類比搖桿模組的線，很好接很單純，以入門來說，算比較友善。

最終的配置圖，給大家參考。

完成了XYZ的配置之後，再來就是爪子的部分了，一樣的我們先就現況有人設計過的爪子來找，兩爪的還原度比較差一點，我毅然決然的選擇是三爪。

發現很多開源的內容，不過好像都是3D列印的居多。

最終找到了makerbuying這裡，它有一個三爪的結構方案，如果喜歡3D列印版的，可以去支持他們一下，他們是有再販售的。

於是我重新設計了一個以雷射切割為主的方案，因為我希望是一台雷射切割機就能完成，不太想要用到太多機器。

影片中，測試效果不錯，夾力非常緊，畢竟是DIY自爽，夾力一定要最緊。

接著就是來設計3D外觀了，我所使用的是123D Design，我YT頻道上影片裡有一系列完整的教學，可以去看看。3D這部分最難的應該就是天車設計了，控制了整個XYZ與爪子，123D Design並沒有動作模擬，所以很多時候都是手動模擬位置，這是有點小辛苦的，入門的關係，我還是不想用需要付費的軟體，Blender3D 又太專業了，我想留到Arduino版再來試試，一切就是要一個入門的完整性。

整個夾娃娃機的部分，中間外框與下半部底座相對簡單一點，最難就上面天車與軌道的組合了。影片中有更詳細的介紹四大模組結構，可以進行多人分工的工作坊或課程教學。

下半部底座模組與中間外框模組。

上半部天車、軌道與爪子。

天車設計也是簡單粗暴，沒有複雜的軌道結構，就是一台車在跑，然後輪胎也是現成的皮帶輪，它有一些凸出來的部分，需要修剪一下。

天車中間的光軸特別長，必須請廠商特別進貨，然後在一根一根裁切，因為如果兩邊輪胎不同步，很容易走歪。

安裝完的測試還蠻順的，不過上潤滑油很重要，畢竟是木頭的，沒辦法像光軸一樣。不過因為我們桌上型DIY的限制，移動空間並不大，這樣的空間是順順的跑是沒問題的。

確認線路都沒問題了，把他們都整線放好，最令人期待的一刻來了，完美運行，準備來收工。

外觀的部分我使用動物主題，因問我裡面的扭蛋想放動物公仔，當然你有甚麼自己喜歡的也可以自己來畫。

只要在模板裡面繪製，基本上組裝是不會有問題的可以客製化設計。

用A3的尺寸，需要九片木板，三片壓克力板。

切割的部分，每片零件都有標上編號，方便組裝過程對照，也不容易掉的到處都是，千萬不要一開始就把他們全部都拆下來。

最後完成後，一定要讓小朋友們來試試看。

總是無法控制小朋友異想天開的腦袋思路。

第一場我們很高興受到基隆市安樂自造教育及科技中心吳老師的邀請，來舉辦夾娃娃機工作坊，一開始先讓老師們認識結構與編號。

一開始是下半部底座的安裝，安裝過程中，可以用紙膠帶來固定角度，再來上膠會比較方便。

中間外框也很簡單，先用膠帶固定在上膠。

進入最難的上半部天車、軌道的環節，依然難不倒老師們。

準備開始接線路了，有提供清楚明瞭的配線圖表，基本上安裝也沒難度。

最難的地方就是幫Micro:Bit焊出四條睫毛杜邦線了，因為Micro:Bit上的P5(A鈕)跟P11(B鈕)DFRobot DFR0548並沒有提供，焊接過程要使用松香或助焊劑才會比較容易一點。

爪子的部分，要先套程式試試看，這裡每個人的角度數據都會不太一樣，先確定好在安裝到天車。

一切就緒後，準備組裝天車。

電線基本上都需要做麻花纏繞，過程中看老師們捲的很辛苦，之後來發明一個自動捲麻花的機器來輔助好了。

將全部的模組都裝上去了，開始寫入程式。

測試了差不多後，可以蓋上蓋子了，蓋子採用可拉伸的切割方式，可以達到節省材料與半透明觀察機構的效果。

最首先完成的是中心的小助教同學，看來平常都非常認真學習，現在的孩子真的是手做能力真是超強。

整個組裝起來，成就感十足。

我們來看看影片小助教把它運行起來的效果吧！

工作坊持續了兩天，十二小時的課程，終於結束了。

希望透過工作坊，可以讓這個在台灣風靡數載的遊戲機，能夠從更多的面向去學習。

學習內容包含了歷史背景、資料調查分析、2D雷切機構與向量繪圖、3D機構概念、程式邏輯運用、電子零件配置等多種知識，非常適合大朋友小朋友一同加入，希望可以透過這次案例，可以催生出更多不同的遊戲機來玩中學、學中玩，進而去促進求知的慾望，讓孩子在學習知識充滿在生活的每一刻。

工作坊的學習安排，我們有四種不同的時數可以選擇，可以依據時間地點經費做各種不同客製化的調整，每人材料費用最低從2000-4000不等，詳細內容問題或費用資訊，都可以來信做詢問 [email protected]。