机械人的骨骼 - 机械装置
在 过去三期所讲解的各式马达,属于传动装置(Actuator),将电力转化为机械动能。但要机械人能执行工作,还需要不同类型的机械装置配合,才可以将马 达转化成的机械动能用作各种活动。以机械臂为例,内里有齿轮、轴承、链等机械零件,将能量传递到最前端的「手指」,机械臂才能够拿东西。若是以人的身躯为 比较对象,机械人的机械装置就好比人的骨骼系统,因此即使是最简单的机械人也不能缺少机械装置。
再多举一个实例。笔者在孩童时代,最容易接触到大量机械零件的情况便是玩遥控车。虽然遥控车称不上是机械人,但内里的机械设计还会应用在机械人身上,因此对遥控车多加了解对日期设计机械系统亦有帮助。
玩具机械臂
简 单来说,遥控车的无线电接收器由收到遥控器所发出的讯号开始,便将讯号传送到变速器(即早前介绍的伺服马达),决定车轮所需转速和方向,然后推动连系着变 速器的连杆。连接着连杆的中轴或皮带便因应连杆的活动模式,控制和改变运转中的车轮。每个车轮都有避震器,方便在崎岖不平的地方行走。
机械臂内有齿轮、链、连杆等
要懂得设计机械装置,就必须先了解机械装置的基本组件──机械零件的运作方式。以下图表列出部份常用的机械零件,有兴趣的读者可以多看有关机械设计的书籍,甚至钻研遥控车(或四驱车)的运作,自然可以对机械零件的应用得心应手。
各类机械人零件一览
零件 |
运作方式 |
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外形像一条圆形的长管道,借着自转运动来推动其他相连的机械。通常直接由引擎或马达连接到机械系统的其他部份。 |
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用来承托机器内转动的轴杆。另外亦可以加在轴杆上,避免轴杆因长期直接与其他零件磨擦而导致轴杆损耗,到了维修时只需更换轴承。 |
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由数支杆枝以不同形式组合和相连一起,藉以将运动方向及力量改变,以达到我们在设计上的要求。连杆多以改换运动的方式来分类。 |
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两个齿轮通过互相囓合,造成直接接触,达到能量传递的目的,能改变速度、驱动力和传动的方向。 |
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形状特殊的扁平轮子,透过旋转运动,将另一个凸轮转换成往复运动。 |
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与齿轮一起运用,利用皮带和摩擦力来传递能量,推动另一端的齿轮。但皮带跟齿轮接触时容易出现滑动,因此精确度较低。 |
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跟皮带一样常与齿轮一起运用。链上布满一个个有特定间距的孔,用来跟齿轮产生囓合作用,因而带动另一端的齿轮转动。由于不存在滑动效应,因此精确度较高。 |
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将金属物料造成螺旋形状,具伸缩性,可将相连结之机械部件的活动范围限制。 |
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使机械装置内运动中的机件停止或减速的装置,可视为吸收能量的装置。 |