柔性氣動(dòng)多功能抓手機(jī)械原理

怎么樣將機(jī)器人抓手能設(shè)計(jì)的和人手一樣靈活、多功能,一直是科技界的難題。來自芝加哥大學(xué)、iRobot公司等的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),研發(fā)了一種柔性氣動(dòng)機(jī)器人抓手,極大的推動(dòng)了這項(xiàng)事業(yè)的進(jìn)步。

通過動(dòng)圖我們可以看到,這個(gè)抓手采用了彈性的包裹材料,里面內(nèi)置的盡然是普通的咖啡粉。抓取過程很有科技感,抓手和物體接觸后,產(chǎn)生了形變,通過氣泵產(chǎn)生負(fù)壓抽走空氣,使圓手前端的形狀“固定”下來,就可以抓起物體了。

彈子鎖是一種經(jīng)典的鎖具,現(xiàn)在在市面上依然很常見。彈子鎖的鎖芯內(nèi)平行排列有多個(gè)孔洞,每個(gè)孔洞內(nèi)有彈簧、上彈子和下彈子。在未插入鑰匙時(shí),由于彈簧的作用,鎖體被彈子卡住,使鎖芯不能任意旋轉(zhuǎn)。而插入鑰匙后,鑰匙上的“齒”與長短不一的下彈子長度相互適配,使上彈子和下彈子的接觸面與鎖芯和鎖體的接觸面達(dá)到重合,這時(shí)候再通過鑰匙旋轉(zhuǎn),就可以將鎖打開了。

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單,這種鎖的防盜性能也比較堪憂。從上圖中可以看到,通過鐵絲鉤的撥動(dòng),就可以將彈子鎖撬開。

風(fēng)扇轉(zhuǎn)頭機(jī)械原理(蝸輪蝸桿傳動(dòng))

很多風(fēng)扇的“后腦勺”上都有這樣一個(gè)小機(jī)關(guān),按下去就可以讓風(fēng)扇轉(zhuǎn)頭,拔起來就可以固定風(fēng)扇的方向。這實(shí)際上是蝸輪蝸桿傳動(dòng)、齒輪嚙合傳動(dòng)以及曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的共同作用。當(dāng)按下控制軸之后,位于電機(jī)后方的渦輪與蝸桿接觸,在蝸桿的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng):

蝸輪蝸桿傳動(dòng)原理示意圖

而下方帶動(dòng)電扇轉(zhuǎn)頭的部件則可以看成是一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。在蝸輪蝸桿傳動(dòng)的帶動(dòng)下,下方的齒輪隨之旋轉(zhuǎn),而與之相連的搖桿又可以在它的帶動(dòng)下在一定角度內(nèi)進(jìn)行擺動(dòng),由此達(dá)到讓風(fēng)扇來回?cái)[頭的目的。

曲柄搖桿示意圖

星型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械原理

在物理課本上,我們學(xué)到過最基本的活塞發(fā)動(dòng)機(jī),空氣和燃料的混合物進(jìn)入氣缸并被點(diǎn)燃,推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng),而曲軸和連桿又會(huì)把活塞的直線運(yùn)動(dòng)變成圓周運(yùn)動(dòng):

而如果把一組基本元件輻射狀組合起來,就得到了上面的星型發(fā)動(dòng)機(jī)。在星型發(fā)動(dòng)機(jī)中飛輪產(chǎn)生的慣性聯(lián)結(jié)了多個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu),使整體結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平滑。在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)之前,很多飛機(jī)上采用的都是這樣的星型發(fā)動(dòng)機(jī):

當(dāng)我們把活塞基本元件通過不同方式組合時(shí),就產(chǎn)生了不同類型的往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu),這些復(fù)合結(jié)構(gòu)能提供更強(qiáng)的動(dòng)力。除了星型發(fā)動(dòng)機(jī)以外,也有直列、水平、V形等多種組合方式。

動(dòng)力強(qiáng)勁的V6發(fā)動(dòng)機(jī)

槍械的“消音器”通常是安裝在槍口的一個(gè)圓柱形金屬管,當(dāng)子彈通過消音器內(nèi)的通道時(shí),快速膨脹的氣體沖進(jìn)了一個(gè)個(gè)環(huán)繞子彈路徑排列的擴(kuò)張室,聲波在擴(kuò)張室中反射并相互干擾,再加上消聲器內(nèi)壁上使用的吸聲材料能吸收噪音的能量,綜合作用下就使管內(nèi)傳播的噪音衰減,從而達(dá)到消聲的目的。

在很多影視劇中,裝了消音器的手槍發(fā)出的聲音非常小,但現(xiàn)實(shí)中的消音器其實(shí)并沒有那么驚人的效果。消音器確實(shí)能幫助保護(hù)使用者的聽力,但離做到神不知鬼不覺還有相當(dāng)?shù)木嚯x。

防抖云臺機(jī)械原理

機(jī)械防抖云臺,中文音譯叫斯坦尼康系統(tǒng),它最早作為攝像機(jī)的穩(wěn)定器被設(shè)計(jì)出來,只不過在上圖中人們又找到了它的新功能——放啤酒。系統(tǒng)通過陀螺儀、加速度計(jì)等傳感器來檢測物體在上下、左右、前后三個(gè)軸向上的角度和運(yùn)動(dòng)變化,處理器得到反饋后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分解計(jì)算,為了保證物體的空間坐標(biāo)不發(fā)生變化,三個(gè)關(guān)節(jié)部位的伺服電機(jī)會(huì)向著物體移動(dòng)的反方向進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn),從而進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)糾正。

說到防抖系統(tǒng),人們大概還會(huì)聯(lián)想到雞頭:

在鳥類中,類似的現(xiàn)象實(shí)際上很普遍,當(dāng)身體移動(dòng)時(shí),它們通過頭頸部的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)來保持視覺的穩(wěn)定。雞、鴿子等鳥類走路時(shí)“點(diǎn)頭”的現(xiàn)象其實(shí)也是為了讓頭部在大部分時(shí)候保持基本靜止。