那些不細(xì)看不會懂的機(jī)械原理！

柔性氣動多功能抓手機(jī)械原理

怎么樣將機(jī)器人抓手能設(shè)計的和人手一樣靈活、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,研發(fā)了一種柔性氣動機(jī)器人抓手,極大的推動了這項事業(yè)的進(jìn)步。

通過動圖我們可以看到,這個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)平行排列有多個孔洞,每個孔洞內(nèi)有彈簧、上彈子和下彈子。在未插入鑰匙時,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,這時候再通過鑰匙旋轉(zhuǎn),就可以將鎖打開了。

因為結(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,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)

很多風(fēng)扇的“后腦勺”上都有這樣一個小機(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。這實際上是蝸輪蝸桿傳動、齒輪嚙合傳動以及曲柄搖桿機(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,在蝸桿的帶動下轉(zhuǎn)動:

蝸輪蝸桿傳動原理示意圖

而下方帶動電扇轉(zhuǎn)頭的部件則可以看成是一個曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。在蝸輪蝸桿傳動的帶動下,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下在一定角度內(nèi)進(jìn)行擺動,由此達(dá)到讓風(fēng)扇來回擺頭的目的。

曲柄搖桿示意圖

星型發(fā)動機(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)動機(jī),空氣和燃料的混合物進(jìn)入氣缸并被點燃,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(fā)動機(jī)。在星型發(fā)動機(jī)中飛輪產(chǎn)生的慣性聯(lián)結(jié)了多個曲柄滑塊機(jī)構(gòu),使整體結(jié)構(gòu)運動平滑。在渦輪發(fā)動機(jī)出現(xiàn)之前,很多飛機(jī)上采用的都是這樣的星型發(fā)動機(jī):

當(dāng)我們把活塞基本元件通過不同方式組合時,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)能提供更強的動力。除了星型發(fā)動機(jī)以外,也有直列、水平、V形等多種組合方式。

動力強勁的V6發(fā)動機(jī)

槍械的“消音器”通常是安裝在槍口的一個圓柱形金屬管,當(dāng)子彈通過消音器內(nèi)的通道時,快速膨脹的氣體沖進(jìn)了一個個環(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)實中的消音器其實并沒有那么驚人的效果。消音器確實能幫助保護(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、加速度計等傳感器來檢測物體在上下、左右、前后三個軸向上的角度和運動變化,處理器得到反饋后進(jìn)行運動分解計算,為了保證物體的空間坐標(biāo)不發(fā)生變化,三個關(guān)節(jié)部位的伺服電機(jī)會向著物體移動的反方向進(jìn)行運轉(zhuǎn),從而進(jìn)行精確的運動糾正。

說到防抖系統(tǒng),人們大概還會聯(lián)想到雞頭:

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