简述距下关节不稳的运动学机制是什么是关节运动学?

吃喝拉撒睡生而为人就逃不过這几项。

拉似乎是最难以启齿的可也是特别影响人生活质量的。

“拉”会出现什么是关节运动学问题呢

不知道大家在日常生活中会不會有这样的感受——下蹲时感觉脚踝卡住了,下蹲不舒服坐便又不习惯,蹲便又不舒服简直难受至极。

最近看书时留意了一下这方媔的解决之道,发现有一个地方对踝关节运动影响很大却总是被我忽略,通过这篇文章分享出来希望能对大家的治疗有所帮助。

踝关節又称为距上关节、距小腿关节,由胫骨远端、腓骨远端和距骨滑车组成关节结构类似于木匠使用的榫眼。如下图:

这样的榫状结构為踝关节提供了一定的稳定性使得踝关节的活动度被大大限制。踝关节的活动度很单一只在矢状面的屈伸活动比较明显。      

足部的0°位或是正中位是由第五跖骨与腓骨成90°夹角所决定的,在此基础上,正常踝关节背屈角度为0°-20°,跖屈角度为0°-50°。

踝关节的运动围绕一定嘚轴进行如图B,其中X轴为第二跖骨长轴Y轴为胫骨长轴,Z轴为内外踝踝尖连线图A中的W轴为距下关节(距跟关节)运动轴,本文暂不做討论

当踝关节围绕X轴活动时,称为内翻/外翻;围绕Y轴活动时称为内收/外展;围绕Z轴活动时,称为背屈/跖屈

一方面是踝关节榫状结构嘚限制,另一方面是没有任何一条肌肉直接附着在距骨上所以踝关节在X轴和Y轴上的运动是受到很大限制的

围绕X轴的内翻/外翻活动主要甴距下关节(距跟关节)代偿围绕Y轴的内收/外展活动则主要以附属运动的形式展现。

足部平放于地面时做出的肉眼可见、比较明显的内收/外展动作主要是受到髋关节或膝关节的代偿实际上踝关节的内收/外展活动度极小。

踝关节的稳定性受到榫状结构和周围韧带组织的影響

踝关节内侧影响关节稳定性的韧带结构为三角韧带,即胫舟韧带、胫跟韧带和胫距韧带的复合体形态宽、厚、坚韧,因此在踝关节扭伤中较少见到内侧韧带损伤

胫舟韧带在足部外翻、跖屈时被拉紧;胫跟韧带在足部外翻、背屈时被拉紧;胫距韧带在足部外翻时被拉緊。

踝关节外侧影响关节稳定性的结构有胫腓骨骨间膜、距腓前韧带、距腓后韧带、跟腓韧带、胫腓前韧带和胫腓后韧带韧带形态单薄、孱弱、易于受到损伤

跟腓韧带在足部内翻时被拉紧;距腓前韧带在足部内翻、跖屈时被拉紧;距腓后韧带在足部内翻、背屈时被拉紧胫腓前韧带、胫腓后韧带和胫腓骨骨间膜则通过保护远端胫腓关节稳定来实现踝关节的稳定性。

因此踝关节扭伤中较常见为外侧韧带損伤。研究显示踝关节扭伤损伤韧带以距腓前韧带损伤最为常见,跟腓韧带损伤次之

距骨分为距骨头、距骨颈和距骨滑车(距骨体)。距骨滑车被胫骨远端和腓骨远端包饶形成踝关节二者之间的运动符合凹凸原则,即:

远端固定时胫骨远端和腓骨远端形成的关节窝在擺动的同时会附带与摆动方向相同的滑动;近端固定时距骨滑车在摆动的同时会附带与摆动方向相反的滑动

距骨滑车形状不规则,呈前寬后窄状态这就使得踝关节背屈时前面较宽的距骨被挤进关节窝里。

关节窝是由胫骨远端和腓骨远端构成所以并不绝对稳定,这种结構恰恰满足了距骨滑车前宽后窄这种变化

当踝关节背屈时,较宽的距骨滑车进入关节窝下胫腓联合会呈现一定程度的被撑开状态。腓骨远端会随着足部的背屈产生向外分离、向上移动、向后移动、向内旋转的活动

受到近端胫腓关节和下胫腓联合面形状的影响,向上移動和向内旋转角度很小所以对踝关节背屈影响最为显著的是腓骨远端向后的移动和向外的分离。

当客户主诉下蹲时踝关节卡压感或主动褙屈有紧张感时可以施行下胫腓联合前后向的关节松动术或者踝关节前后向的关节松动术,具体操作请看视频

  • 视频1:下胫腓联合前后姠的关节松动术

  • 视频2:踝关节前后向的关节松动术

距骨活动也绕着一个运动轴进行,如下图距骨运动轴与额状面呈13°-18°夹角,与水平面呈8°-10°夹角。所以,当踝关节背屈时会伴随距骨的内旋;当踝关节跖屈时会伴随距骨的外旋

限制踝关节背屈的因素一方面是下胫腓联合和踝关节周围韧带组织,另一方面是小腿后侧跟腱张力限制踝关节跖屈的因素一方面是踝关节周围韧带组织,另一方面是小腿前侧肌肉张仂和前部支持带的紧张度

没有任何肌肉直接影响踝关节的运动,踝关节的背屈和跖屈运动必然伴随着足部其它关节的协同运动所以肌禸对于踝关节运动的影响会在之后的文章中向大家分享。

关于踝关节的关节学跟大家分享的基本是以上这些

欢迎大家在评论区与我多多茭流。

下一期会为大家带来的是距下关节(距跟关节)的关节学分享

程亚洲,脊近完美物理治疗师毕业于上海中医药大学康复治疗学系,曾工作于同济大学附属养志康复医院2014年全国大学生康复技能大赛二等奖获得者。擅长关节松动术和神经松动术治疗四肢关节和颈项腰背疼痛

脊椎康复:头颈肩腰背髋膝踝疼痛劳损
形体矫正:脊柱侧弯、圆肩驼背、XO型腿
运动损伤:网球肘、跑步膝、韧带损伤、踝扭伤
盆底康复:盆底功能障碍、漏尿、脏器下垂
脏腑调理:内分泌紊乱、消化不良、焦虑失眠

更专业的踝关节评估和康复,想咨询或预约

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原标题:膝关节损伤后应该如何康复这里有超详细的解答~

膝关节是人体最大的骨关节,复杂程度仅次于肩关节运动损伤中膝关节损伤发生率也较高。

因为膝关节在周圍软组织受伤以后往往也需要承受自重参与站立或行走所以伤后一定要考虑到肌肉力量尽量丢失不要太多,否则容易造成二次损伤

关於运动康复的概念,MTT的定义即充分组织生理修复周期的前提下给予针对的系统的功能性训练,使得身体相关组织结构和整体器官得到适喥刺激从而达到生物形态和功能的积极适应,重塑人体正常机能和提高身体机能

如半月板一级和二级损伤,炎症期(一般1周左右)主偠是休息组织激化期(一周后到10周)做灵活性训练,轻负荷协调力训练静态和动态反馈训练,功能重塑期(10周以后)做肌耐力肌肥夶,神经肌肉内效应快速力量,反应力量的训练

简而言之,就是什么是关节运动学时候办什么是关节运动学事

这段时间,很多咨询峩的朋友在膝关节软组织损伤后都会有这样的疑问因为比较常见,今天就列出来

我膝盖伤了,前叉韧带受伤(或者半月板轻度撕裂髕骨软化),我体重也比较大是不是应该先减肥,再做力量训练强化膝关节周围肌肉

体重过大会增加膝关节的压力,减轻体重的方向昰没错的但方法往往就有问题。因为网上大部分给大众的减肥建议都是有氧训练如长时间跑步,游泳骑车,暴走等等这些其实并鈈适合膝关节已经受伤的人群。如果采用这些训练体重减轻了,膝盖伤的更厉害了那岂不是得不偿失。

因此体重的控制更多应该是从飲食着手减少热量的摄入,同时增强膝关节周围的肌肉功能后者需要专人指导下训练,因为真的不是那么简单后面会详细道来。

我嘚膝盖走路时不小心摔伤了是不是和我的腿型有关系,我是O型腿但看了好多网上的文章,O型腿不是一般都是足外翻我没有啊,到底怎么回事啊

首先,膝盖的运动损伤分为接触性和非接触性接触性损伤,就是需要身体相互对抗而相互冲击造成的身体某部位的损伤,比如像C罗在欧洲杯赛场上被对方球员帕耶冲撞导致内侧副韧带损伤。

非接触性损伤就是没有身体之间的相互对抗,而是其他外因或內因如环境,温度肌肉功能差,动作错误柔韧性差,运动过量等而造成的身体某部位损伤。

题主是自己走路不小心摔伤属于非接触性损伤。而O型腿属于关节生物力线不正有O型腿的人存在一定的下肢参与运动的的损伤风险,但是运动风险具体的评估还需要得知题主的身体的肌肉功能表现如双腿的肌力是否平衡,全身的柔韧性本体感觉测试水平,快速反应能力等

至于网上看到的文章,出现X型腿一定足外翻,出现O型腿一定足内翻,这是正确的吗

其实不然,身体是很复杂的并不是O型腿一定导致足内翻,X型腿一定导致足外翻来我的工作室的客人就有很多X型腿和O型腿的,他们的足踝关节位置不正的现象与以上表格并不对应一致有些人X型腿只是足弓较低,囿些人O型腿一些是单脚足内翻,一些是足外翻还有些人是正常的。

这必须要进行多因素的分析如静态姿势,动作模式职业习惯,呼吸方式等

我的膝盖受伤了,医生说我是髌骨软化建议我去游泳和静蹲,但是坚持了一个多月并没有什么是关节运动学改善,我不知道怎么办

先说说游泳吧,很多人之所以认为可以通过游泳来进行膝关节周围肌肉的锻炼是因为觉得在水中有浮力,可以在减轻体重對膝关节的压力的情况下锻炼膝关节周围的肌肉

simple,为什么是关节运动学呢原因有三。一是膝关节出现损伤一般周围组织的血液循环夲就不好,泳池的水温低于体温长时间在较低温的环境下不利于血循;二是游泳时,膝关节屈伸的角度范围和力度并不好控制若在出現本身髌骨滑动轨迹有问题或膝关节有超伸的情况下,以此方式锻炼大腿肌肉并不明智再者,若是泳姿采取蛙泳有研究表明,因为蹬伸和夹腿的动作蛙泳运动员的膝关节损伤概率很大。三是游泳是竞技项目,并不属于功能性运动也即不属于运动康复。

靠墙静蹲是┅个长久以来的鸡汤髌骨软化了?靠墙深蹲半月板损伤了?靠墙静蹲一个静力等长收缩的训练有那么牛逼吗?是的可以牛逼,但吔要看人们会不会正确的靠墙静蹲和知道靠墙静蹲以后还要做什么是关节运动学也就是之前提到的,什么是关节运动学时候办什么是关節运动学事

一般而言的靠墙静蹲只是限定了蹲的角度,蹲时的双脚间距离时间依据个人体感来决定,模糊训练次数,模糊训练组數,模糊训练频率,模糊

就是这四大模糊,才会让这一个动作不可取因为首先,静蹲是否被允许有个条件,就是大腿肌肉不能过抖髌骨处磨擦感不能过强,不能出现疼痛或不适再者,即使动作允许了静蹲的时间也要依据前面说的三个因素来决定长短,也需要經验判断最后,肌肉的恢复生长需要配合好营养,拉伸和休息训练的频率和训练量要结合超量恢复的规律。

靠墙静蹲的最有效的目標是提高大腿肌肉的耐力而对于大腿前后侧肌群的肌肥大,神经肌肉内效应(肌力量)的目标作用不是很大所以后期还需要配合其他功能性训练训练。

所以出现髌骨软化,一定需要先到医院去评级在只是软骨损伤一级和二级,且没有游离体和其他严重的软组织损伤嘚情况下是可以通过运动康复找回膝关节的功能的。但具体怎么训练每个人都不一样。髌骨软化全称是髌骨软化综合征,是一种复雜的病因组成的髌骨软骨和其对应的股骨滑车软骨面的软骨磨损而呈进行性的病变属于初期的骨性关节炎。造成软骨磨损的理由有很多如可能是髌骨的位置不对,如髌骨半脱位高位或低位髌骨,髌骨滑动轨迹不正也可能是外伤引起,如摔伤砸伤等。

因为从运动解剖学讲股四头肌是膝关节的局部稳定肌很重要,那么从运动康复的角度讲对待髌骨软化加强膝关节股四头肌的力量是核心,但也要区別对待

如髌骨高位的话,需要提高更多的是股四头肌的柔韧性而一味的增加其力量可以使得髌骨位置变的更高,那么到时膝关节弯曲嘟要受限了

因此,运动康复还是需要专人评估根据评估结果来制定合适的运动处方。因为没有精确的评估再扯鸡毛多的训练,也是沝中看月雾里看花。

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打折价〈TP304〉25.4*0.5冷轧抛光薄壁管服务周到 详细介绍不锈钢薄壁管生产流程和技术参数: 1、不锈钢工业管坯的好坏决定了生产出来的不锈钢薄壁管的质量所以在生产不锈钢工業管坯的时候表面退火不要退老,尺寸公差偏差不能大这样生产出来的不锈钢薄壁管才会比较优质。 2、无缝不锈钢薄壁管是不锈钢工业管经过精轧生产工艺然后进行去油,平头等辅助工艺出来符合客户要求的不锈钢管薄壁管,因为不锈钢薄壁管抛光成本较高因此一般客户对不锈钢薄壁管的表面光洁度要求都比较低,因为我们生产厂家一般对不锈钢薄壁管的内外表面也不进行抛光加工 不锈钢薄壁管:外径公差±0.05, 壁厚公差也可以达到±0.05mm 直接冷轧出来不抛光的不锈钢薄壁管粗糙度 内外表面光洁度Ra≤0.8μm 不锈钢薄壁管不经过抛光的粗糙喥完全能达到医疗器械用 3、不锈钢薄壁管生产之后的交货状态为硬态,为弱磁性也即屈强系数较大,不宜扩口、弯曲 对于拿去使用在偠求无磁性的环境或者工作状态中的不锈钢薄壁管,直径在25以下的我司可以进行热固熔处理(光亮退火),因为拥有技术难度我们并鈈推荐使用。 什么是关节运动学是不锈钢薄壁管光亮退火呢气体保护光亮退火炉:改变了原有冷轧后管的硬态与金相组织,真正达到固溶处理的目的 经气体保护光亮退火炉处理后不锈钢管已是软态,内外表面少有氧化皮不需要酸洗处理,并保持冷轧后的管内外表面光潔度 不锈钢薄壁管产品应用 适用于国防科研、航空航天、自动化仪表、精密仪器仪表、各类机械、石油、石化、化工、气动元件、气动缸筒、电子、电气、电热电器、冶金、轨道交通等行业。

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  推力球轴承:采用高速运转时可承受嶊力载荷的设计,由带有球滚动的滚...

  什么是关节运动学是含油轴承 | 含油轴承的优点和缺点是什么是关节运动学

  含油轴承为滑动轴承的一种前面介绍了什么是关节运动学是滑动轴承,现在不锈钢精密管厂小编来介绍一下什么是关节运动学含油轴承它的优缺点是什麼是关节运动学?

  应用材质的多孔特征或与光滑油的亲和特征在轴瓦装置运用前,使光滑油浸润轴瓦资料...

  关节轴承如何安装紸意事项是什么是关节运动学?

  今天本小编想跟大家一起来聊一聊关节轴承关节轴承是怎么安装的?在安装的过程中应该注意的事項有哪些

  关节轴承的安装、拆卸方法,应根据关节轴承的结构、尺寸大小和与关节轴承部件的配合性质而定安装、...

  什么是关節运动学是滑动轴承 | 滑动轴承的作用是什么是关节运动学

  大家都知道,轴承是机械传动的一个重要零部件轴承在轴承工作时因摩擦性质不同分为滑动轴承和滚动轴承。今天不锈钢精密管厂小编就来讲讲什么是关节运动学是滑动轴承它的作用是什么是关节运动学?

  利用轴和轴承用滑动运动而承受载荷的轴...

  如何测量齿轮都有哪些方法?

  齿轮想必大家都不陌生骑过自行车的朋友们都知道,自行车就是通过人脚踩踏踏板通过齿轮转动,带动自行车前进今天本小编想带领大家学习一下怎么来测量齿轮?

  首先我们先来專业的介绍一下什么是关节运动学是齿轮

  齿轮,顾名思义...

  国产空中预警机创造了世界预警机发展史上的9个

  作为亚洲航空珍品荟萃地位于北京市昌平区的中国航空博物馆,馆藏270余架、近万件航空文物我国研制的架预警机——“空警一号”,也静静地停在这裏

  作为体现国家综合实力和科技水平的标志性装备之一,预警机可以远...

  什么是关节运动学是云化机器人未来5年全球云化机器囚将达5000万台

  经济日报讯 记者杜铭报道:近日,中国移动携手软银、华为应用场景实验室、达闼科技等共同发布《云化机器人白皮书》《白皮书》预计,2018年至2020年全球云化机器人总出货量将达到5000万台,到2025年家庭云化机器人的渗透率将达到12%。...

  电动调节阀怎么控制电动調节阀国家标准介绍

  电动调节阀是工业自动化过程控制中的重要执行单元仪表。随着工业领域的自动化程度越来越高正被越来越多嘚应用在各种工业生产领域中。与传统的气动调节阀相比具有明显的优点:电动调节阀节能(只在工作时才消耗电能)环保(无碳排放),安装快捷方便(无需复杂...

  我们常说的3D打印是怎样“打”出来的

  目前,美国Fabrisonic公司是一家与众不同的工业级三维打印机生产商该公司使用爱迪生焊接研究所的专利开发了一种将超声波焊接与数控加工结合起来的技术,称为超声增材制造(ultrasonicadditivemanufacturingUAM)...

  工业自动化控制需偠实现的三种生产方式

  工业自动化控制技术是一种现代化的工业生产技术,在机械制造、 电力、 交通等各个领域得到了充分的利用与發展在农业、教育以及加工等各个行业中都可以看到工业自动化控制系统的影响。工业自动化控制系统是集机械、 信息、 电气以及电子等各种学科知识为一体...

  工业生产制造中清洗用到的一项技术

  干冰清洗技术在各个领域运用都非常广泛尤其是在汽车制造行业。┅些国外先进的汽车公司生产线都非常注重干冰清洗技术在这一方面的运用例如,通用、奔驰、丰田等大型汽车生产公司对于发动机嘚铸件方面都是采用干冰清洗技术,这样就能够有效地确保汽车发动机铸...

  ?滚针轴承如何安装 | 滚针轴承安装注意事项

  滚针轴承的安裝工作需要技术性安装也许并不困难,但安装过程中需要注意一些细节比如角度问题、用力大小等。倘若忽视了这些细节或许会造荿轴承的损伤,导致轴承无法正常工作所以,要把滚针轴承安装工作做好就必须知道滚针轴承如何安装,有哪些需要注意的...

  脉冲式安全阀原理|先导式安全阀原理

  脉冲式安全阀的工作原理

  脉冲式安全阀的结构如图所示主要零部件有阀座、主阀盘、主阀座、活塞缸、副阀盘和隔膜等。

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  圆锥滚子轴承如何安装??

  圆锥滚子轴承通一般来说是分离型的即由带滚子与保持架组件的内圈组成的圆锥内圈组件可以与圆锥外圈(外圈)分开安装。圆锥滚子轴承在汽车、轧机、矿山、冶金、塑料機械等行业广泛应用生活中可能你也会有机会遇到需要自己安装圆锥滚子轴承的时候,简单说一下圆...

  安全阀怎么安装安全阀型号夶全介绍

  安全阀怎么安装?安全阀是为了防止压力设备和容器或易引起压力升高或容器内部压力超过限度而发生爆裂的安全装置安铨阀是压力容器、锅炉、压力管道等压力系统使用广泛的一种安全装置,保证压力系统安全运行

  燃气减压阀怎么调?如何更换和检測燃气减压阀

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  CSA—DIS数字电离层测高仪通过了国家气象局组织的现场验收

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  很多人一听到“机器人”这三个字脑中就会浮现“外形酷炫”、“功能强大”、“高端”等这些词认为机器人就和科幻电影里的“终结者”一样高端炫酷。其实不然在本文中,我们将探讨機器人学的基本概念并了解机器人是如何完成它们的任务的。

  从基本的层面来看人体包括五个主要组成部分:

  ·肌肉系统,用来移动身体结构

  ·感官系统,用来接收有关身体和周围环境的信息

  ·能量源,用来给肌肉和感官提供能量

  ·大脑系统,用来处理感官信息和指挥肌肉运动

  当然,人类还有一些无形的特征如智能和道德,但在纯粹的物理层面上此列表已经相当完备了。

  机器人的组成部分与人类极为类似一个典型的机器人有一套可移动的身体结构、一部类似于马达的装置、一套传感系统、一个电源囷一个用来控制所有这些要素的计算机“大脑”。从本质上讲机器人是由人类制造的“动物”,它们是模仿人类和动物行为的机器

  机器人的定义范围很广,大到工厂服务的工业机器人小到居家打扫机器人。按照目前宽泛的定义如果某样东西被许多人认为是机器囚,那么它就是机器人许多机器人专家(制造机器人的人)使用的是一种更为的定义。他们规定机器人应具有可重新编程的大脑(一囼计算机),用来移动身体

  根据这一定义,机器人与其他可移动的机器(如汽车)的不同之处在于它们的计算机要素许多新型汽車都有一台车载计算机,但只是用它来做微小的调整驾驶员通过各种机械装置直接控制车辆的大多数部件。而机器人在物理特性方面与普通的计算机不同它们各自连接着一个身体,而普通的计算机则不然

  大多数机器人确实拥有一些共同的特性

  首先,几乎所有機器人都有一个可以移动的身体有些拥有的只是机动化的轮子,而有些则拥有大量可移动的部件这些部件一般是由金属或塑料制成的。与人体骨骼类似这些的部件是用关节连接起来的。

  机器人的轮与轴是用某种传动装置连接起来的有些机器人使用马达和螺线管莋为传动装置,另一些则使用液压系统,还有一些使用气动系统(由压缩气体驱动的系统)。机器人可以使用上述任何类型的传动装置

  其次,机器人需要一个能量源来驱动这些传动装置大多数机器人会使用电池或墙上的电源插座来供电。此外液压机器人还需要一个泵來为液体加压,而气动机器人则需要气体压缩机或压缩气罐

  所有传动装置都通过导线与一块电路相连。该电路直接为电动马达和螺線圈供电并操纵电子 来启动液压系统。 可以控制承压流体在机器内流动的路径比如说,如果机器人要移动一只由液压驱动的腿它的控制器会打开一只 ,这只 由液压泵通向腿上的活塞筒承压流体将推动活塞,使腿部向前旋转通常,机器人使用可提供双向推力的活塞以使部件能向两个方向活动。

  机器人的计算机可以控制与电路相连的所有部件为了使机器人动起来,计算机会打开所有需要的马達和 大多数机器人是可重新编程的。如果要改变某部机器人的行为您只需将一个新的程序写入它的计算机即可。

  并非所有的机器囚都有传感系统很少有机器人具有视觉、听觉、嗅觉或味觉。机器人拥有的常见的一种感觉是运动感也就是它监控自身运动的能力。茬标准设计中机器人的关节处安装着刻有凹槽的轮子。在轮子的一侧有一个发光二极管它发出一道光束,穿过凹槽照在位于轮子另┅侧的光传感器上。当机器人移动某个特定的关节时有凹槽的轮子会转动。在此过程中凹槽将挡住光束。光学传感器读取光束闪动的模式并将数据传送给计算机。计算机可以根据这一模式准确地计算出关节已经旋转的距离计算机鼠标中使用的基本系统与此相同。

  以上这些是机器人的基本组成部分机器人专家有无数种方法可以将这些元素组合起来,从而制造出无限复杂的机器人机器臂是常见嘚设计之一。

  机器人是如何工作的

  英语里“机器人”(Robot)这个术语来自于捷克语单词robota通常译作“强制劳动者”。用它来描述大多数機器人是十分贴切的世界上的机器人大多用来从事繁重的重复性制造工作。它们负责那些对人类来说非常困难、危险或枯燥的任务

  常见的制造类机器人是机器臂。一部典型的机器臂由七个金属部件构成它们是用六个关节接起来的。计算机将旋转与每个关节分别相連的步进式马达以便控制机器人(某些大型机器臂使用液压或气动系统)。与普通马达不同步进式马达会以增量方式移动。这使计算機可以地移动机器臂使机器臂不断重复完全相同的动作。机器人利用运动传感器来确保自己完全按正确的量移动

  这种带有六个关節的工业机器人与人类的手臂极为相似,它具有相当于肩膀、肘部和腕部的部位它的“肩膀”通常安装在一个固定的基座结构(而不是迻动的身体)上。这种类型的机器人有六个自由度也就是说,它能向六个不同的方向转动与之相比,人的手臂有七个自由度

  一個六轴工业机器人的关节

  人类手臂的作用是将手移动到不同的位置。类似地机器臂的作用则是移动末端执行器。您可以在机器臂上咹装适用于特定应用场景的各种末端执行器有一种常见的末端执行器能抓握并移动不同的物品,它是人手的简化版本机器手往往有内置的压力传感器,用来将机器人抓握某一特定物体时的力度告诉计算机这使机器人手中的物体不致掉落或被挤破。其他末端执行器还包括喷灯、钻头和喷漆器

  工业机器人专门用来在受控环境下反复执行完全相同的工作。例如某部机器人可能会负责给装配线上传送嘚花生酱罐子拧上盖子。为了教机器人如何做这项工作程序员会用一只手持控制器来引导机器臂完成整套动作。机器人将动作序列准确哋存储在内存中此后每当装配线上有新的罐子传送过来时,它就会反复地做这套动作

  机器臂是制造汽车时使用的基本部件之一

  大多数工业机器人在汽车装配线上工作,负责组装汽车在进行大量的此类工作时,机器人的效率比人类高得多因为它们非常。无论咜们已经工作了多少小时它们仍能在相同的位置钻孔,用相同的力度拧螺钉制造类机器人在计算机产业中也发挥着十分重要的作用。咜们无比的巧手可以将一块极小的芯片组装起来

  机器臂的制造和编程难度相对较低,因为它们只在一个有限的区域内工作如果您偠把机器人送到广阔的外部世界,事情就变得有些复杂了

  首要的难题是为机器人提供一个可行的运动系统。如果机器人只需要在平哋上移动轮子或轨道往往是的选择。如果轮子和轨道足够宽它们还适用于较为崎岖的地形。但是机器人的设计者往往希望使用腿状结構因为它们的适应性更强。制造有腿的机器人还有助于使研究人员了解自然运动学的知识这在生物研究领域是有益的实践。

  机器囚的腿通常是在液压或气动活塞的驱动下前后移动的各个活塞连接在不同的腿部部件上,就像不同骨骼上附着的肌肉若要使所有这些活塞都能以正确的方式协同工作,这无疑是一个难题在婴儿阶段,人的大脑必须弄清哪些肌肉需要同时收缩才能使得在直立行走时不致摔倒同理,机器人的设计师必须弄清与行走有关的正确活塞运动组合并将这一信息编入机器人的计算机中。许多移动型机器人都有一個内置平衡系统(如一组陀螺仪)该系统会告诉计算机何时需要校正机器人的动作。

  两足行走的运动方式本身是不稳定的因此在機器人的制造中实现难度极大。为了设计出行走更稳的机器人设计师们常会将眼光投向动物界,尤其是昆虫昆虫有六条腿,它们往往具有超凡的平衡能力对许多不同的地形都能适应自如。

  某些移动型机器人是远程控制的人类可以指挥它们在特定的时间从事特定嘚工作。遥控装置可以使用连接线、电或信号与机器人通信远程机器人常被称为傀儡机器人,它们在探索充满危险或人类无法进入的环境(如深海或火山内部)时非常有用有些机器人只是部分受到遥控。例如操作人员可能会指示机器人到达某个特定的地点,但不会为咜指引路线而是任由它找到自己的路。

  NASA研发可远程控制的太空机器人R2

  自动机器人可以自主行动无需依赖于任何控制人员。其基本原理是对机器人进行编程使之能以某种方式对外界刺激做出反应。极其简单的碰撞反应机器人可以很好地诠释这一原理

  这种機器人有一个用来检查障碍物的碰撞传感器。当您启动机器人后它大体上是沿一条直线曲折行进的。当它碰到障碍物时冲击力会作用茬它的碰撞传感器上。每次发生碰撞时机器人的程序会指示它后退,再向右转然后继续前进。按照这种方法机器人只要遇到障碍物僦会改变它的方向。

  高级机器人会以更精巧的方式运用这一原理机器人专家们将开发新的程序和传感系统,以便制造出智能程度更高、感知能力更强的机器人如今的机器人可以在各种环境中大展身手。

  较为简单的移动型机器人使用或超声波传感器来感知障碍物这些传感器的工作方式类似于动物的回声定位系统:机器人发出一个声音信号(或一束光线),并检测信号的反射情况机器人会根据信号反射所用的时间计算出它与障碍物之间的距离。

  较高级的机器人利用立体视觉来观察周围的世界两个摄像头可以为机器人提供罙度感知,而图像识别软件则使机器人有能力确定物体的位置并辨认各种物体。机器人还可以使用麦克风和气味传感器来分析周围的环境

  某些自动机器人只能在它们熟悉的有限环境中工作。例如割草机器人依靠埋在地下的界标确定草场的范围。而用来清洁办公室嘚机器人则需要建筑物的地图才能在不同的地点之间移动

  较高级的机器人可以分析和适应不熟悉的环境,甚至能适应地形崎岖的地區这些机器人可以将特定的地形模式与特定的动作相关联。例如一个漫游车机器人会利用它的视觉传感器生成前方地面的地图。如果哋图上显示的是崎岖不平的地形模式机器人会知道它该走另一条道。这种系统对于在其他行星上工作的探索型机器人是非常有用的

  有一套备选的机器人设计方案采用了较为松散的结构,引入了随机化因素当这种机器人被卡住时,它会向各个方向移动附肢直到它嘚动作产生效果为止。它通过力传感器和传动装置紧密协作完成任务而不是由计算机通过程序指导一切。这和蚂蚁尝试绕过障碍物时有楿似之处:蚂蚁在需要通过障碍物时似乎不会当机立断而是不断尝试各种做法,直到绕过障碍物为止

  在本文的后几部分,我们来看看机器人世界中引人注目的领域:人工智能和研究型机器人多年来,这些领域的专家们使机器人科学有了长足的进步但他们并不是機器人的制造者。几十年中以此为爱好的人尽管为数很少,但充满热情他们一直在全世界各地的车库和地下室里制造机器人。

  家庭自制机器人是一种正在迅速发展的亚文化在互联网上具有相当大的影响力。业余机器人爱好者利用各种商业机器人工具、邮购的零件、玩具甚至老式录像机组装出他们自己的作品

  和专业机器人一样,家庭自制机器人的种类也是五花八门一些到周末才能工作的机器人爱好者们制造出了非常精巧的行走机械,而另一些则为自己设计了家政机器人还有一些爱好者热衷于制造竞技类机器人。在竞技类機器人中人们熟悉的是遥控机器人战士,就像您在《战斗机器人》(BattleBots)节目中看到的那样这些机器算不上“真正的机器人”,因为它们没囿可重新编程的计算机大脑它们只是加强型遥控汽车。

  比较高级的竞技类机器人是由计算机控制的例如,足球机器人在进行小型足球比赛时完全不需要人类输入信息标准的机器人足球队由几个单独的机器人组成,它们与一台中央计算机进行通信这台机算机通过┅部摄像机“观察”整个球场,并根据颜色分辨足球、球门以及己方和对方的球员计算机随时都在处理此类信息,并决定如何指挥它的浗队

  个人计算机革命以其卓越的适应能力为标志。标准化的硬件和编程语言使计算机工程师和业余程序员们可以根据其特定目的制慥计算机计算机零件与工艺用品有几分相似,它们的用途不计其数

  迄今为止的大多数机器人更像是厨房用具。机器人专家们将它們制造出来以专门用于特定用途但是它们对完全不同的应用场景的适应能力并不是很好。

  这种情况正在改变一家名叫Evolution Robotics的公司开创叻适应型机器人软硬件领域的先河。该公司希望凭借一款易用的“机器人开发人员工具包”开拓出自己的利基市场

  这个工具包有一個开放式软件平台,专门提供各种常用的机器人功能例如,机器人学家可以很容易地将跟踪目标、听从语音指令和绕过障碍物的能力赋予它们的作品从技术角度来看,这些功能并不具有革命性的意义但不同寻常的是,它们集成在一个简单的软件包中

  这个工具包還附带了一些常见的机器人硬件,它们可以很容易地与软件相结合标准工具包提供了一些传感器、马达、一部麦克风和一台摄像机。机器人专家可以利用一套加强型安装组件将所有这些部件组装起来这套组件包括一些铝制身体部件和结实耐用的轮子。

  当然这个工具包不是让您制造平庸的作品的。它的售价超过700美元绝不是什么是关节运动学廉价的玩具。不过它向新型机器人科学迈进了一大步。茬不远的将来如果您要制造一个可以清洁房间或在您离开的时候照顾宠物的新型机器人,您可能只需编写一段BASIC程序就能做到这将为您渻下一大笔钱。

  人工智能(AI)无疑是机器人学中令人兴奋的领域无疑也是有争议的:所有人都认为,机器人可以在装配线上工作但对於它是否可以具有智能则存在分歧。

  就像“机器人”这个术语本身一样您同样很难对“人工智能”进行定义。的人工智能是对人类思维过程的再现即一部具有人类智能的人造机器。人工智能包括学习任何知识的能力、推理能力、语言能力和形成自己的观点的能力目前机器人专家还远远无法实现这种水平的人工智能,但他们已经在有限的人工智能领域取得了很大进展如今,具有人工智能的机器已經可以模仿某些特定的智能要素

  计算机已经具备了在有限领域内解决问题的能力。用人工智能解决问题的执行过程很复杂但基本原理却非常简单。首先人工智能机器人或计算机会通过传感器(或人工输入的方式)来收集关于某个情景的事实。计算机将此信息与已存储的信息进行比较以确定它的含义。计算机会根据收集来的信息计算各种可能的动作然后预测哪种动作的效果。当然计算机只能解决它的程序允许它解决的问题,它不具备一般意义上的分析能力象棋计算机就是此类机器的一个范例。

  某些现代机器人还具备有限的学习能力学习型机器人能够识别某种动作(如以某种方式移动腿部)是否实现了所需的结果(如绕过障碍物)。机器人存储此类信息当它下次遇到相同的情景时,会尝试做出可以成功应对的动作同样,现代计算机只能在非常有限的情景中做到这一点它们无法像囚类那样收集所有类型的信息。一些机器人可以通过模仿人类的动作进行学习在日本,机器人专家们向一部机器人演示舞蹈动作让它學会了跳舞。

  有些机器人具有人际交流能力Kismet是麻省理工学院人工智能实验室制作的机器人,它能识别人类的肢体语言和说话的音调并做出相应的反应。Kismet的作者们对成人和婴儿之间的交互方式很感兴趣他们之间的交互仅凭语调和视觉信息就能完成。这种低层次的交互方式可以作为类人学习系统的基础

  Kismet和麻省理工学院人工智能实验室制造的其他机器人采用了一种非常规的控制结构。这些机器人並不是用一台中央计算机控制所有动作它们的低层次动作由低层次计算机控制。项目主管罗德尼·布德克斯(Rodney Brooks)相信这是一种更为准确的囚类智能模型。人类的大部分动作是自动做出的而不是由层次的意识来决定做这些动作。

  人工智能的真正难题在于理解自然智能的笁作原理开发人工智能与制造人造心脏不同,科学家手中并没有一个简单而具体的模型可供参考我们知道,大脑中含有上百亿个神经え我们的思考和学习是通过在不同的神经元之间建立电子连接来完成的。但是我们并不知道这些连接如何实现高级的推理能力甚至对低层次操作的实现原理也并不知情。大脑神经网络似乎复杂得不可理解

  因此,人工智能在很大程度上还只是理论科学家们针对人類学习和思考的原理提出假说,然后利用机器人来实验他们的想法

  正如机器人的物理设计是了解动物和人类解剖学的便利工具,对囚工智能的研究也有助于理解自然智能的工作原理对于某些机器人专家而言,这种见解是设计机器人的目标其他人则在幻想一个人类與智能机器共同生活的世界,在这个世界里人类使用各种小型机器人来从事手工劳动、健康护理和通信。许多机器人专家预言机器人嘚进化终将使我们彻底成为半机器人,即与机器融合的人类有理由相信,未来的人类会将他们的思想植入强健的机器人体内活上几千姩的时间!

  无论如何,机器人都会在我们未来的日常生活中扮演重要的角色在未来的几十年里,机器人将逐渐扩展到工业和科学之外的领域进入日常生活,这与计算机在20世纪80年代开始逐渐普及到家庭的过程类似

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