今天分享給大家幾個平衡界的翹楚,首先第一位出場的是雞頭,對,你沒看錯就是我們家養的雞的頭,看下面這張圖你就明白了:
第二位選手是陀螺儀:
壓軸出場的這位,相信很多人都看過這張圖片:
那麼,究竟哪位的平衡能力更好呢?小編分别介紹下它們的工作原理,各位金粉來評判一下!
雞頭防抖
其實雞頭有一種特殊的功能,
就是防抖。
其獨一無二的穩定性讓各種高科技産品都甘拜下風。
在鳥類中,
頭部“防抖”是普遍存在的現象。
當動物個體處于某種視覺環境中時,
它們往往都會本能地将自己的視野中心鎖定在某個點,
或某一個物體上。
以雞為例,
它會在運動時保持頭部的穩定,
以便能讓自己的視野穩定,看清東西,
也就是人們常說的雞頭防抖原理。
這一原理也被普遍應用于攝像機的防抖功能中。
陀螺儀
陀螺儀是用高速回轉體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置。利用其他原理制成的角運動檢測裝置起同樣功能的也稱陀螺儀。
陀螺儀構造
在一定的初始條件和一定的外在力矩作用下,陀螺會在不停自轉的同時,還繞着另一個固定的轉軸不停地旋轉,這就是陀螺的旋進(precession),又稱為回轉效應(gyroscopic effect)。陀螺旋進是日常生活中常見的現象,許多人小時候都玩過的陀螺就是一例。
人們利用陀螺的力學性質所制成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀(gyroscope),它在科學、技術、軍事等各個領域有着廣泛的應用。比如:回轉羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉、陀螺的章動、地球在太陽(月球)引力矩作用下的旋進(歲差)等。
而在我們日常生活中應用最廣泛的,就是手機裡的陀螺儀:
首先就是遊戲控制。相比傳統重力感應器隻能感應左右兩個維度的(多軸的重力感應是可以檢測到物體豎直方向的轉動,但角度難判斷)變化,陀螺儀通過對偏轉、傾斜等動作角速度的測量,可以實現用手控制遊戲主角的視野和方向。比如在飛行遊戲中,手機即可作為方向盤控制飛機,隻需變換不同角度傾斜手機,飛機就會相應做出上下左右前後的聯動。類似的遊戲主要以競速和模拟駕駛類居多。
其次,可以幫助手機攝像頭防抖。在我們按下快門時,陀螺儀測量出手機翻轉的角度,将手抖産生的偏差反饋給圖像處理器,用計算出的結果控制補償鏡片組,對鏡頭的抖動方向以及位移作出補償,實現更清晰的拍照效果。
再者,是能輔助GPS進行慣性導航。特别是在沒有GPS信号的隧道、橋梁或高樓附近,陀螺儀會測量運動的方向和速度,将速度乘以時間獲得運動的距離,實現精确定位導航,并能修正導航線路。這也是目前導航儀和汽車上的标配了。
最後,還可協助用戶界面實現動作感應。這也是最常見的功能,比如iOS的動态壁紙,之所以能随着手機角度調整發生偏移,就是靠陀螺儀檢測完成的。另外,有些手機還能通過前後傾斜手機實現通訊錄的上下滾動,左右傾斜手機實現浏覽頁面的左右移動或者放大縮小,都是相同的原理。
通過雞頭防抖,工程師們卻從中找到了提升防抖穩定器的靈感。結合陀螺儀、加速度計等傳感器來檢測物體在上下、左右、前後三個軸向上的角度和運動變化,處理器得到反饋後進行運動分解計算,為了保證物體的空間坐标不發生變化,三個關節部位的伺服電機會向着物體移動的反方向進行運轉,從而進行精确的運動糾正。由此,最早作為攝像機的穩定器被設計出來的機械防抖雲台誕生!效果如下圖:
壓軸出場的是,可以随意翻轉,實現高難度自我平衡的正方體機器人Cubli。
Cubli高度自我平衡機器人
一般來說,正方體被創造出來并不是用來像球狀體那樣被滾動和随意翻轉的。但據The Verge報道,瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH)動态系統與控制研究小組創造出一個可以随意翻轉,實現高難度自我平衡的正方體機器人Cubli。
該機器人的邊長大概6英寸(約15厘米),它可以通過不斷翻轉自己走動;還可以單邊、單點站立平衡在平面以及斜面上。
雖然這是一個可以移動的立方體,但Cubli依然需要依靠一系列的轉輪才可以完成那些高難度的平衡動作。該機器人有三個内置的轉輪,它們沿着不同的軸調整轉速和角動量,從而産生足夠的動力來保持立方體的平衡。研究人員說,Cubli的系統裡的轉輪技術類似于人造衛星在空間站保持平衡。
其中,關鍵零部件是反應輪,它的作用是由電動馬達連接的飛輪,根據不同的旋轉速度向着慣性的反方向轉動,對,你沒看錯,就是不倒翁的功能——懸停。就是往哪裡倒,就往哪裡轉。
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