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深究 Robot

機械人的五官

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何 謂傳感器呢?以人類來比喻機械人的話,傳感器正是人類的五官。過去數十年機械人技術進步神速,有自主性、具備簡單思考能力的機械人陸續出現。雖然如此,但 這些機械人若要懂得自己決定執行何種任務,和如何執行任務,那還須先對自己的處境完全了解才行,這正是自動控制的概念(詳情可參閱第88期《今日校 園》)。而傳感器在自動控制系統是不可或缺的一部份,因此近年傳感器的重要性日漸提高。部份工程學院更將機械人感測技術列作獨立學科。

 

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機械人的骨骼 - 機械裝置

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在 過去三期所講解的各式馬達,屬於傳動裝置(Actuator),將電力轉化為機械動能。但要機械人能執行工作,還需要不同類型的機械裝置配合,才可以將馬 達轉化成的機械動能用作各種活動。以機械臂為例,內裡有齒輪、軸承、鏈等機械零件,將能量傳遞到最前端的「手指」,機械臂才能夠拿東西。若是以人的身軀為 比較對象,機械人的機械裝置就好比人的骨骼系統,因此即使是最簡單的機械人也不能缺少機械裝置。

 

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馬達的運作原理

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今期筆者會先介紹傳動裝置。首先是傳統的驅動器──馬達(Motor)。 馬達,一般人俗稱「摩打」,它可說是無處不在。由家裡的洗衣機、電風扇、冷氣機,到代步用的巴士、鐵路、飛機,無一不使用馬達。機械人方面更是不可或缺的一環,因為現時絕大部份電動機械人,不論是利用肢體來走路,或是利用車輪、履帶來行走,都要依靠馬達才能活動。馬達面世至今已有一百多年,已發展出不同種類以配合各式各樣的用途。不過筆者首先要介紹的是最基本的DC馬達(DC Motor)。

 

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用於機械人的馬達

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上期說過,機械人的運動必須依指令工作,所以馬達的設計必須容許隨意轉動和停止。步進馬達(Step motor)和伺服馬達(Servo motor,或稱為伺服電機),便是為解決馬達的定位及速度控制問題而設。

 

 

 

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DC 馬達的運作理論

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讀者們對上期筆者的問題有沒有頭緒呢?但無論結果如何,都看看以下有關DC馬達的理論介紹吧。

雖然不同生產商的DC馬達都有少許不同的地方,但大部份DC馬達都由以下基本部份組成:

 

 

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