EV3机器人：神奇的机械手搭建方法与实践

时间：2023-10-15 理论教育版权反馈

【摘要】：机器人可以帮助人类做很多事情，生活中的一些事情也可以用机器人来解决，机器人帮助我们做事情需要有手，我们称之为机械手。机械手能模仿人手和手臂的某些动作功能，是按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。实践1.任务要求：制作一个“机械手”模型主体结构坚固、稳定。回顾开动脑筋，完成本课任务：观察你的机械手，手柄处连接方法有哪些妙处？机械手为什么会动？拓展如何实现机械手的半自动？

机器人可以帮助人类做很多事情，生活中的一些事情也可以用机器人来解决，机器人帮助我们做事情需要有手，我们称之为机械手。机械手能模仿人手和手臂的某些动作功能，是按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

知识

一、各式各样的机械手（图7-1）

图7-1 各式各样的机械手

二、连杆机构

机器人的动力主要来自于电机，电机的运动是圆周运动，很多时候机器人要做上下或左右的往复运动，这时我们就要利用连杆机构，它可以实现把圆周运动转变为上下或左右的往复运动，从而实现机械手的张合功能（图7-2）。

图7-2 曲柄摇杆机构

图7-2为曲柄摇杆机构，A和D是不动的固定构件，叫作机架，与固定点相连的AB和CD构件叫连架杆。AB连接杆做圆周运动，也称为曲柄。CD连杆会被带动做往复运动，称为摇杆。连接曲柄和摇杆的BC称为连杆，此连杆机构被称为曲柄摇杆机构（图7-3）。

图7-3 曲柄摇杆机构实物图

小知识

在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短的构件，最短构件与最长构件之和要小于或等于其他两个构件之和。

实践

1.任务要求：制作一个“机械手”模型

（1）主体结构坚固、稳定。

（2）模型设计合理、美观。

2.准备材料（图7-4）

图7-4 机械手零件图

3.动手搭建

图7-5

第一步：取5U梁1根，4×4单弯梁2根，用长连接销连接，如图7-5所示。

图7-6

第二步：取长连接销2根与4×4单弯梁连接，如图7-6所示。

图7-7

第三步：取4×4单弯梁2根，7U梁2根，与长连接销连接，如图7-7所示。

图7-8

第四步：取7U轴1根，从4×4单弯梁的最后一孔穿过，如图7-8所示。

图7-9

第五步：取15U梁2根，5U梁1根，3U梁1根，用2个短连接销连接，如图7-9所示。

图7-10

第六步：取7U轴1根，从15U梁的第一孔与7U梁的第5孔穿出，用2个半轴套固定，如图7-10所示。

图7-11

第七步：取7U轴从7U梁的第7孔穿出，并与2根11U梁的第1孔固定，如图7-11所示。

图7-12

第八步：取15U梁2根，用长连接销固定于5U梁第1孔的两侧，2根15U梁用连接销连接，如图7-12所示。

图7-13

第九步：取7U轴从15U梁的第1孔穿出，并与3×7双弯梁的第3孔固定，如图7-13所示。

图7-14

第十步：完成作品，如图7-14所示。

回顾

开动脑筋，完成本课任务：

（1）观察你的机械手，手柄处连接方法有哪些妙处？

（2）机械手为什么会动？

拓展

如何实现机械手的半自动？提示：橡胶带。动手改进试一试！

二、平行四边形结构

我们在数学学习中接触过平行四边形，平行四边形在生活中也是随处可见，通常把对边分别相等或对角分别相等的四边形称为平行四边形。

那么，当我们知道了平行四边形的四边长度就可以确定它的形状了吗？答案是：不能。当我们确定了四边边长时，若改变其夹角大小，就会形成无数个边长相同而夹角不同的平行四边形。例如：把两两相等的四根木条用可活动的铰钉钉成平行四边形木框，推动木条可以得出形状、大小各不相同的平行四边形，由此说明平行四边形具有不稳定性（图8-7）。(www.xing528.com)