強迫症友好系列:哆啦A夢的小圓手怎麼抓東西?動圖幫你揭秘!

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大家有沒有想過這個問題,哆啦A夢的手那麼圓,但是卻能抓起很多東西,這是為什麼?

積聚了多年的疑慮,今天就為大家揭開!

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伸出圓手

原理:對於機器人而言,學會如何抓握是件很重要的事情。以往,很多機械手都是類似人手的結構,通過控制「手指」的彎曲來持物。這樣的設計看起來很「自然」,但控制起來卻相當複雜。而上圖中研究者們提供了另外一種更加簡單的解決思路。這個很有哆啦A夢風格的球形機械手看起來高大上,但材料卻很親民——它的握持部件其實就是一個填充了研磨咖啡粉的氣球。這個氣球的後方連接著氣泵,在接觸並包裹要抓起的物體之後,氣泵啟動產生負壓抽走空氣,使圓手前端的形狀「固定」下來,就可以抓起物體了。

圖片來自:technologyreview.com

彈子鎖

原理:彈子鎖是一種經典的鎖具,現在在市面上依然很常見。彈子鎖的鎖芯內平行排列有多個孔洞,每個孔洞內有彈簧、上彈子和下彈子。在未插入鑰匙時,由於彈簧的作用,鎖體被彈子卡住,使鎖芯不能任意旋轉。而插入鑰匙後,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到重合,這時候再通過鑰匙旋轉,就可以將鎖打開了。

花絮:因為結構簡單,這種鎖的防盜性能也比較堪憂。從下圖中可以看到,通過鐵絲鉤的撥動,就可以將彈子鎖撬開:

圖片來自:http://sploid.gizmodo.com/

為了提高安全系數,還是選用更加複雜的鎖具吧。

風扇轉頭

原理:很多風扇的「後腦勺」上都有這樣一個小機關,按下去就可以讓風扇轉頭,拔起來就可以固定風扇的方向。這實際上是蝸輪蝸桿傳動、齒輪嚙合傳動以及曲柄搖桿機構的共同作用。當按下控制軸之後,位於電機後方的渦輪與蝸桿接觸,在蝸桿的帶動下轉動:

蝸輪蝸桿傳動原理示意圖

而下方帶動電扇轉頭的部件則可以看成是一個曲柄搖桿機構。在蝸輪蝸桿傳動的帶動下,下方的齒輪隨之旋轉,而與之相連的搖桿又可以在它的帶動下在一定角度內進行擺動,由此達到讓風扇來回擺頭的目的。

曲柄搖桿示意圖

星型發動機

原理:在物理課本上,我們學到過最基本的活塞發動機,空氣和燃料的混合物進入氣缸並被點燃,推動活塞運動,而曲軸和連桿又會把活塞的直線運動變成圓周運動:

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動機。在星型發動機中飛輪產生的慣性聯結了多個曲柄滑塊機構,使整體結構運動平滑。

在渦輪發動機出現之前,很多飛機上採用的都是這樣的星型發動機:

圖片來自:wikipedia

花絮:當我們把活塞基本元件通過不同方式組合時,就產生了不同類型的往復式活塞內燃機結構,這些復合結構能提供更強的動力。除了星型發動機以外,也有直列、水平、V形等多種組合方式。

直列四缸發動機

水平四缸發動機

動力強勁的V6發動機。錄制者:SuchRandomVideos

手槍消音器

動圖來源:silencerco.com

原理:槍械的「消音器」通常是安裝在槍口的一個圓柱形金屬管,當子彈通過消音器內的通道時,快速膨脹的氣體沖進了一個個環繞子彈路徑排列的擴張室,聲波在擴張室中反射並相互干擾,再加上消聲器內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傳播的噪音衰減,從而達到消聲的目的。

花絮:在很多影視劇中,裝了消音器的手槍發出的聲音非常小,但現實中的消音器其實並沒有那麼驚人的效果。消音器確實能幫助保護使用者的聽力,但離做到神不知鬼不覺還有相當的距離。

防抖雲台

原理:機械防抖雲台,中文音譯叫斯坦尼康系統,它最早作為錄影機的穩定器被設計出來,只不過在上圖中人們又找到了它的新功能——放啤酒。系統通過陀螺儀、加速度計等傳感器來檢測物體在上下、左右、前後三個軸向上的角度和運動變化,處理器得到反饋後進行運動分解計算,為了保證物體的空間坐標不發生變化,三個關節部位的伺服電機會向著物體移動的反方向進行運轉,從而進行精確的運動糾正。

花絮:說到防抖系統,人們大概還會聯想到雞頭:

在鳥類中,類似的現象實際上很普遍,當身體移動時,它們通過頭頸部的補償運動來保持視覺的穩定。雞、鴿子等鳥類走路時「點頭」的現象其實也是為了讓頭部在大部分時候保持基本靜止。

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