机器人的动力从何而来，其手臂如何实现灵活地运动

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当你走进工厂,或许会看到许多机器人在不停地工作,有的搬运物料,有的举着焊枪做焊接作业一些机器人“大力士”一下可提起数吨重的物体,它们不知疲倦地为人类“辛勤”地劳动着。那么机器人的“力气”究竟是从哪里来的呢?

机器人并不像人那样靠肌肉的收缩和弹性产生力,当我们把机器人进行“解剖”以后,发现每个机器人都有外来的“动力来源和精密的传动机构,通过它们产生力并传递力。这些机构统称为驱动机构其中最关键的是动力的来源,叫做动力源。

一般来说机器人的动力源可以由外部供给,也可以通过内部其他种类的能源经过转换而来。常见的驱动机构有三种:一种是靠电动机进行驱动的,称为电气驱动,其电源通常来自外部。另一种是靠压缩空气进行驱动,称为气动式驱动,有的机器人依靠电力在内部产生气动力,也有的机器人靠外部设备提供气动力。还有一种是利用高压油作为工作介质,通过液压，进行驱动,液压装置可以装在机器人内部,也可以装在外部。有了这些动力,再经过机构的转换,就能使机器人做各种运动,同时也产生了力,使机器人有力气。

机器人“力气”的大小可以根据机器人的用途进行专门设计和调节。例如,一些机器人固定地做某些重复性的工作,工程师就可以根据需要,设计动力和驱动装置,并进行有效的控制。但也有些机器人工作状况比较复杂,如既要抓石头又要抓鸡蛋,因此手爪用力必须是可调的。工程师就在机器人的手爪上安装了许多测量力的传感器,以测量和控制手爪上的力。

诞生于美国的第一台机器人是液压驱动机器人。一般来说,依靠液压产生的动力可以非常大,有许多“大力士”机器人采用了液压驱动的方式。但用电驱动的形式控制更成熟、更精确,因此许多有精密控制要求的机器人采用电驱动形式。但也有些机器人采用电液驱动,既可产生较大力又易于控制。例如,德国研制的用于飞机清洗的“清洗巨人”是全世界最大清洗机器人,它的手臂长度有33米,这个庞然大物的力气主要就是靠液压产生的,对它的精密控制是靠电液控制实现的。

对于机器人来说,除了“大脑”,手和脚对它也具有特别重要的意义。机器人的手必须能够最大限度地模仿人的手指和手掌的功能,这样,它才能代替人从事各种各样的工作。

人的手指非常灵活,它可以向左右张开,又可以自由弯曲。指头并拢并稍作弯曲,就可以捧起水来。手指张开一点,就能成为筛子;张得再大一点,就可以当梳子梳头;完全张开,又可以当作盛东西的盘子。至于手指的抓取功能,那就更多了。例如,当拇指与其他手指相对时,可抓取相当大的物件;当拇指尖与其他某一指尖相对时,可以捏取很薄、很细小的物体等等。

机器人的手由臂梁、手臂、手腕和移动等部件组成。臂梁和手臂可以伸缩、俯仰和摆动。手腕用于抓取物件,并支持手指工作,这一部件直接关系到机器人手的灵活性。要使机器人灵活适用,就必须使它能在一定的空间范围内作自由运动。这种自由运动的程度叫做机器人的“自由度”。例如,机器人的手臂通过肩关节的作用,可以在前后左右的各个方向上任意动作,可以上下俯视、左右摇摆、转动。机器人的这种本领就叫机器人的“自由度”。自由度越大,机器人的动作就越灵活,适应性就越强,用途也就越广泛。

为了使机器人的手具有相当大的自由度,人们在机器人的手指部位装上传感器(传递感觉的仪器)。在传感器的引导下,机器人的手不但十分灵活,而且能达到人们所要求的位置。
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