有趣的機械動圖,一起看看,我們身邊就有很多應用的地方

伸出圓手

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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,在接觸幷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。

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花絮:也有DIY愛好者用氣球和注射器做出了簡化版的小圓手,在這裡可以看到DIY教程:

彈子鎖

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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:

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風扇轉頭

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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、齒輪齧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:

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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。

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曲柄搖桿示意圖

星型發動機

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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:

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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:

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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,這些複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。

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直列四缸發動機

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水平四缸發動機

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動力強勁的V6發動機


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