機械臂舞動“人體杠桿”

【新聞背景】

2023年1 1月5-10日．第六屆中國國際進口博覽會（簡稱“進博會”）在上海舉行．在本屆“進博會”中．機器人格外引起人們的關注和青睞，比如，乒乓球教練機器人、“百變”機器人、能精準夾起直徑幾毫米的橡膠圈的手術機器人、能揮舞著機械臂上下翻飛的工業機器人、能通過扭動機械臂將酒穩穩倒入酒杯的服務機器人、能在狹窄空間抓取盲盒的協作機器人等．都給人們留下了極深的印象．圖1就是正在對車門進行檢測的具有柔性夾具系統的機器人．在展臺上，一個機器人用四個機械臂把汽車的一塊車門夾著，對面豎立的另一個機器人利用攝像頭對夾著的車門進行拍照．在拍照的瞬間就能對車門進行“體檢”，也就是對車門進行掃描，并生成許多數據．然后把掃描獲得的數據傳到后臺進行分析，判斷尺寸等是否符合設計標準．同時，該機器人能通過視覺傳感器識別零部件，精確抓取、組裝，還可以人機合一，實現多種功能妙用，這些都讓我們直觀地感受到了科技的力量.

【知識提煉】

1．杠桿其實就是一種理想的物理模型，在研究問題時．我們經常把生活中的一些物品抽象成杠桿進行研究，而每個杠桿一定包含支點、動力、阻力、動力臂和阻力臂這五個要素．對于杠桿、滑輪、斜面等結構比較簡單的工具．我們通常把它們稱為簡單機械．

2．根據杠桿的平衡條件“F1l1=F2l2”，我們可將杠桿分為省力杠桿、費力杠桿和等臂杠桿三種，對三種杠桿的判斷，可以通過比較動力和阻力的大小、比較動力臂和阻力臂的大小等方法進行區分．動力臂大于阻力臂的為省力杠桿，動力臂小于阻力臂的為費力杠桿，動力臂等于阻力臂的則為等臂杠桿．對于復雜的杠桿，可以量出力臂的大小（支點到力的作用線的距離），并將動力臂和阻力臂進行比較即可．值得注意的是．力臂不一定都在杠桿上，所以我們在比較力臂的大小時，不能簡單地比較杠桿的長度．

3．“小小彈簧秤稱大象”的省力杠桿一般是在阻力很大的情況下，為了省力而使用的，它的缺點是費距離，如瓶起子、核桃夾、鋼絲鉗、手推車等．費力杠桿一般是在阻力很小的情況下，為了省距離而使用的，它的缺點是費力，如船槳、鑷子、食品夾、拖把等．

4．各種機械臂就是模仿人的前臂工作的．這樣會使笨重的機械變得靈活、安全，如被譽為“太空巧手”的航天機械臂具有抓住、拉回、鎖死等功能．人體中的杠桿有很多，比如人的前臂可以看成以肘關節為支點的費力杠桿，當用手托起物體時，物體對手的壓力為阻力．而胳膊上的肱二頭肌對橈骨施加的拉力是動力．由于動力臂小于阻力臂，此時動力大于阻力，比較費力，但是它有省距離的優點，也就是肱二頭肌只要縮短一小段距離就可以使手移動一大段距離，這樣可以使手移動的范圍變大，方便取放物體．

【原創題目】

1．機器人的機械臂是仿照人的手臂設計的，在正常使用如下常用工具時．其原理與機械臂在杠桿類型中屬于同種的是（ ）．

A．開瓶蓋的瓶起子

B．剪鐵皮的剪刀

C．夾碎核桃的核桃夾

D．夾起食品的食品夾

2．人體中許多部位的動作都包含了杠桿運動，比如，人的點頭、抬頭、呼吸、跑步等都包含了杠桿運動，下列相關說法正確的（ ）．

A．用手托起物體時，人的前臂為省力杠桿，可以省距離

B．踮腳時，腳掌與地面接觸的地方是支點，是費力杠桿

C．做俯臥撐時．腳掌與地面接觸的地方是支點，是費力杠桿

D．彎腰提起重物時，正確的姿勢是盡量使重物離身體近一些

3．人的身體部位很多都是杠桿．比如人的前臂就是一個杠桿（如圖2），人利用這個杠桿提起物體時，以下相關說法正確的是（ ）．

A．肘關節處是支點．是省力杠桿

B．前臂是省力杠桿．阻力臂變大

C．前臂是費力杠桿．阻力臂變小

D．重物給前臂的力F2是動力

參考答案：

1．D 2．D 3．C