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當你走進工廠,或許會看到許多機器人在不停地工作,有的搬運物料,有的舉著焊槍做焊接作業(yè)一些機器人“大力士”一下可提起數(shù)噸重的物體,它們不知疲倦地為人類“辛勤”地勞動著。那么機器人的“力氣”究竟是從哪里來的呢?
機器人并不像人那樣靠肌肉的收縮和彈性產(chǎn)生力,當我們把機器人進行“解剖”以后,發(fā)現(xiàn)每個機器人都有外來的“動力來源和精密的傳動機構(gòu),通過它們產(chǎn)生力并傳遞力。這些機構(gòu)統(tǒng)稱為驅(qū)動機構(gòu)其中最關鍵的是動力的來源,叫做動力源。
一般來說機器人的動力源可以由外部供給,也可以通過內(nèi)部其他種類的能源經(jīng)過轉(zhuǎn)換而來。常見的驅(qū)動機構(gòu)有三種:一種是靠電動機進行驅(qū)動的,稱為電氣驅(qū)動,其電源通常來自外部。另一種是靠壓縮空氣進行驅(qū)動,稱為氣動式驅(qū)動,有的機器人依靠電力在內(nèi)部產(chǎn)生氣動力,也有的機器人靠外部設備提供氣動力。還有一種是利用高壓油作為工作介質(zhì),通過液壓，進行驅(qū)動,液壓裝置可以裝在機器人內(nèi)部,也可以裝在外部。有了這些動力,再經(jīng)過機構(gòu)的轉(zhuǎn)換,就能使機器人做各種運動,同時也產(chǎn)生了力,使機器人有力氣。
機器人“力氣”的大小可以根據(jù)機器人的用途進行專門設計和調(diào)節(jié)。例如,一些機器人固定地做某些重復性的工作,工程師就可以根據(jù)需要,設計動力和驅(qū)動裝置,并進行有效的控制。但也有些機器人工作狀況比較復雜,如既要抓石頭又要抓雞蛋,因此手爪用力必須是可調(diào)的。工程師就在機器人的手爪上安裝了許多測量力的傳感器,以測量和控制手爪上的力。
誕生于美國的第一臺機器人是液壓驅(qū)動機器人。一般來說,依靠液壓產(chǎn)生的動力可以非常大,有許多“大力士”機器人采用了液壓驅(qū)動的方式。但用電驅(qū)動的形式控制更成熟、更精確,因此許多有精密控制要求的機器人采用電驅(qū)動形式。但也有些機器人采用電液驅(qū)動,既可產(chǎn)生較大力又易于控制。例如,德國研制的用于飛機清洗的“清洗巨人”是全世界最大清洗機器人,它的手臂長度有33米,這個龐然大物的力氣主要就是靠液壓產(chǎn)生的,對它的精密控制是靠電液控制實現(xiàn)的。
對于機器人來說,除了“大腦”,手和腳對它也具有特別重要的意義。機器人的手必須能夠最大限度地模仿人的手指和手掌的功能,這樣,它才能代替人從事各種各樣的工作。
人的手指非常靈活,它可以向左右張開,又可以自由彎曲。指頭并攏并稍作彎曲,就可以捧起水來。手指張開一點,就能成為篩子;張得再大一點,就可以當梳子梳頭;完全張開,又可以當作盛東西的盤子。至于手指的抓取功能,那就更多了。例如,當拇指與其他手指相對時,可抓取相當大的物件;當拇指尖與其他某一指尖相對時,可以捏取很薄、很細小的物體等等。
機器人的手由臂梁、手臂、手腕和移動等部件組成。臂梁和手臂可以伸縮、俯仰和擺動。手腕用于抓取物件,并支持手指工作,這一部件直接關系到機器人手的靈活性。要使機器人靈活適用,就必須使它能在一定的空間范圍內(nèi)作自由運動。這種自由運動的程度叫做機器人的“自由度”。例如,機器人的手臂通過肩關節(jié)的作用,可以在前后左右的各個方向上任意動作,可以上下俯視、左右搖擺、轉(zhuǎn)動。機器人的這種本領就叫機器人的“自由度”。自由度越大,機器人的動作就越靈活,適應性就越強,用途也就越廣泛。
為了使機器人的手具有相當大的自由度,人們在機器人的手指部位裝上傳感器(傳遞感覺的儀器)。在傳感器的引導下,機器人的手不但十分靈活,而且能達到人們所要求的位置。
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