组装仿蛇机器人所需的工具清单

1.五金工具

在形形色色的工具中，五金工具是一个大类（见图4-1）。所谓五金工具是指由铁、钢、铝、铜等金属经过锻造、压延、切割等物理加工制造而成的各种金属工具的总称[131]。五金工具按照产品的用途来划分，可以分为工具五金、建筑五金、日用五金、锁具磨具、厨卫五金、家居五金以及五金零部件等几类。

图4-1　各种五金工具

五金工具包括各种手动工具、电动工具、气动工具、切割工具、汽保工具、农用工具、起重工具、测量工具、工具机械、切削工具、工夹具、刀具、模具、刃具、砂轮、钻头、抛光机、工具配件、量具刃具和磨具磨料等。但在仿蛇机器人的制作和组装过程中，常用的五金工具只有尖嘴钳、螺丝刀、电烙铁、美工刀等为数不多的几种，具体可见图4-2、图4-3、图4-4和图4-5。在全球销售的五金工具中，绝大部分是我国生产并出口的，中国已经成为世界主要的五金工具供应商。

人们在使用这些工具时一定要讲究方式方法，更要注意安全，防止造成伤害。

图4-2　尖嘴钳

图4-3　螺丝刀

图4-4　电烙铁

图4-5　美工刀

2.测量工具

在制作仿蛇机器人时，经常需要测量零件的尺寸，以便装配。这时就需要用到直尺或测量精度更高的游标卡尺和千分尺。

图4-6　钢直尺

（1）钢直尺。

钢直尺（见图4-6）常用于测量零件的长度尺寸，但其测量结果并不太准确，这是由于钢直尺的刻线间距为1 mm，而刻线本身的宽度就有0.1～0.2 mm，所以测量时读数误差较大，只能读出mm数，即它的最小读数值为1 mm，比1 mm还小的数值，只能凭肉眼估计而得[132]。

如果用钢直尺直接去测量零件的直径尺寸（轴径或孔径），则测量精度更差。其原因在于除了钢直尺本身的读数误差比较大以外，钢直尺也无法正好放在零件直径的正确位置。所以，零件直径尺寸的测量可以利用钢直尺和内外卡钳配合起来进行。

（2）游标卡尺。

①游标卡尺简介。

通常人们使用游标卡尺来测量零件的尺寸，它是一种可以测量零件长度、内外径、深度的量具[133]。游标卡尺由主尺和附在主尺上能沿主尺滑动的游标两部分构成。主尺一般以mm为单位，而游标上则有10、20或50个分格，根据分格的不同，游标卡尺可分为10分度游标卡尺、20分度游标卡尺和50分度游标卡尺等，游标为10分度的长9 mm，20分度的长19 mm，50分度的长49 mm。游标卡尺的主尺和游标上有两副活动量爪，分别是内测量爪和外测量爪，内测量爪通常用来测量零件的内径，外测量爪通常用来测量零件的长度和外径。图4-7所示为50分度游标卡尺。

图4-7　50分度游标卡尺

在形形色色的计量器具家族中，游标卡尺是一种被广泛使用的高精度测量工具，它是刻线直尺的延伸和拓展，最早起源于中国[134]。古代早期测量长度主要采用木杆或绳子进行，或用“迈步测量”和“布手测量”的方法，待有了长度的单位制以后，就出现了刻线直尺。这种刻线直尺在公元前3000年的古埃及、在公元前2000年的我国夏商时代都已有使用，当时主要是用象牙和玉石制成，直到青铜刻线直尺的出现。当时，这种“先进”的测量工具较多的应用于生产和天文测量中。

中国汉代科学技术十分发达，发明了大量在世界领先的仪器和器具，如浑天仪、地动仪、水排等，这些圆轴类零件的诞生，都昭示着刻线直尺在中国的诞生。在北京国家博物馆中珍藏的“新莽铜卡尺”，经过专家考证，它是全世界发现最早的卡尺，制造于公元9年，距今已有2000多年了。与我国相比，国外在卡尺领域的发明整整晚了1000多年，最早的是英国的“卡钳尺”，外形酷似游标卡尺，但是与新莽铜卡尺一样，也仅仅是一把刻线卡尺，精度较低，使用范围也较窄。

最具现代测量价值的游标卡尺一般认为是由法国人约尼尔·比尔发明的[135]。他是一名颇具名气的数学家，在他的数学专著《新四分圆的结构、利用及特性》中记述了游标卡尺的结构和原理，而他的名字Vernier变成了英文的游标一词沿用至今。但这把赫赫有名的游标卡尺没人见到过，因此有人质疑他是否制成了游标卡尺。19世纪中叶，美国机械工业快速发展，美国夏普机械有限公司创始人成功加工出了世界上第一批四把0～4英寸的游标卡尺，其精度达到了0.001 mm。

②游标卡尺的工作原理。

如前所述，游标卡尺由主尺和能在主尺上滑动的游标组成[136]。如果从背面去看，游标是一个整体。游标与主尺之间有一弹簧片（图4-8中未能画出），利用弹簧片的弹力使游标与主尺靠紧。游标上部有一个紧固螺钉，可将游标固定在主尺上的任意位置。主尺和游标都有量爪，主尺上的是固定量爪，游标上的是活动量爪，利用游标卡尺上方的内测量爪可以测量槽的宽度和管的内径，利用游标卡尺下方的外测量爪可以测量零件的厚度和管的外径[137]。深度尺与游标尺连在一起，从主尺后部伸出，可以测槽和筒的深度。(www.xing528.com)

图4-8　游标卡尺的使用

主尺和游标尺上面都有刻度。以准确到0.1 mm的游标卡尺为例，主尺上的最小分度是1 mm，游标尺上有10个小的等分刻度，总长9 mm，每一分度为0.9mm，比主尺上的最小分度相差0.1 mm。量爪并拢时主尺和游标的零刻度线对齐，它们的第一条刻度线相差0.1mm，第二条刻度线相差0.2 mm，……，第10条刻度线相差1 mm，即游标的第10条刻度线恰好与主尺的9 mm刻度线对齐。

当量爪间所量物体的线度为0.1 mm时，游标尺向右应移动0.1 mm。这时它的第一条刻度线恰好与主尺的1 mm刻度线对齐。同样当游标的第五条刻度线跟主尺的5 mm刻度线对齐时，说明两量爪之间有0.5 mm的宽度，依此类推。

在测量大于1 mm的长度时，整的mm数要从游标“0”线与尺身相对的刻度线读出。

③游标卡尺的使用方法。

用软布将游标卡尺的量爪擦拭干净，使其并拢，查看游标和主尺的零刻度线是否对齐。如果对齐就可以进行测量；如果没有对齐则要记取零误差。游标的零刻度线在主尺零刻度线右侧的叫正零误差，在主尺零刻度线左侧的叫负零误差（这种规定方法与数轴的规定一致，原点以右为正，原点以左为负）。

测量时，右手拿住主尺，大拇指移动游标，左手拿待测外径（或内径）的物体，使待测物位于外测量爪之间，当与量爪紧紧相贴时，即可读数，如图4-9所示。当测量零件的外尺寸时，卡尺两测量面的连线应垂直于被测量表面，不能歪斜。测量时，可以轻轻摇动卡尺，放正垂直位置，如图4-9左图所示。否则，量爪若在图4-9右图所示的错误位置上，就将使测量结果比实际尺寸要小；先把卡尺的活动量爪张开，使量爪能自由地卡进工件，把零件贴靠在固定量爪上，然后移动尺框，用轻微的压力使活动量爪接触零件。如卡尺带有微动装置，此时可拧紧微动装置上的固定螺钉，再转动调节螺母，使量爪接触零件并读取尺寸。决不可把卡尺的两个量爪调节到接近甚至小于所测尺寸，把卡尺强制地卡到零件上去。这样做会使量爪变形，或使测量面过早磨损，使卡尺失去应有的精度。

图4-9　正确使用游标卡尺

④游标卡尺的正确读数。

在用游标卡尺测量并读数时，首先以游标零刻度线为准在主尺上读取mm整数，即以mm为单位的整数部分，然后再看游标上第几条刻度线与主尺的刻度线对齐，如第6条刻度线与主尺刻度线对齐，则小数部分即为0.6 mm（若没有正好对齐的线，则取最接近对齐的线进行读数）。如有零误差，则一律用上述结果减去零误差（零误差为负，相当于加上相同大小的零误差），读数结果为：

L=整数部分+小数部分-零误差

判断游标上哪条刻度线与主尺刻度线对准可用下述方法：选定相邻的三条线，如左侧的线在主尺对应线之右，右侧的线在主尺对应线之左，中间那条线便可以认为是对准了。

L=对准前刻度+游标上第n条刻度线与主尺的刻度线对齐×（乘以）分度值

如果需测量几次取平均值，不需每次都减去零误差，只要从最后结果减去零误差即可。

下面以图4-10所示0.02游标卡尺的某一状态为例进行说明。

图4-10　游标卡尺的正确读法

a.在主尺上读出游标零刻度线以左的刻度，该值就是最后读数的整数部分。图示为33 mm。

b.游标上一定有一条与主尺的刻线对齐，在游标上读出该刻线距游标的零刻度线以左的刻度的格数，乘上该游标卡尺的精度0.02 mm，就得到最后读数的小数部分。或者直接在游标上读出该刻线的读数，图示为0.24 mm。

c.将所得到的整数和小数部分相加，就得到总尺寸为33.24 mm。

⑤游标卡尺的保管事项。

a.游标卡尺使用完毕，要用棉纱擦拭干净。长期不用时应将它擦上黄油或机油，两量爪合拢并拧紧紧固螺钉，放入卡尺盒内盖好。

b.游标卡尺是比较精密的测量工具，要轻拿轻放，不得碰撞或跌落地下。使用时不要用来测量粗糙的物体，以免损坏量爪，避免与刃具放在一起，以免刃具划伤游标卡尺的表面，不使用时应置于干燥中性的地方，远离酸碱性物质，防止锈蚀。

c.测量前应把卡尺擦拭干净，检查卡尺的两个测量面和测量刃口是否平直无损，把两个量爪紧密贴合时，应无明显的间隙，同时游标和主尺的零位刻线要相互对准。这个过程称为校对游标卡尺的零位。

d.移动尺框时，活动要自如，不应有过松或过紧现象，更不能有晃动现象。用固定螺钉固定尺框时，卡尺的读数不应有所改变。在移动尺框时，不要忘记松开固定螺钉，亦不宜过松以免掉落。

e.用游标卡尺测量零件时，不允许过分地施加压力，所用压力应使两个量爪刚好接触零件表面。如果测量压力过大，不但会使量爪弯曲或磨损，且量爪在压力作用下产生弹性变形，使测量得到的尺寸不准确（外尺寸小于实际尺寸，内尺寸大于实际尺寸）。

f.在游标卡尺上读数时，应水平拿着卡尺，朝着亮光的方向，使人的视线尽可能和卡尺的刻线表面垂直，以免由于视线歪斜造成读数误差。

g.为了获得正确的测量结果，可以多测量几次。即在零件的同一截面上的不同方向进行测量。对于较长零件，则应当在全长的各个部位进行测量，以获得一个比较正确的测量结果。