力学实践2002年薷24卷飞轮的妙用贾书惠f清华大学l程学系．北京100084)摘要在物体内部安装飞轮，通过驱l劬E轮所拱褂的反力矩可以控制物体的方位，这原理不仪用丁航天器的姿态控制，而且可用于增加机器人、走钢照杂技演员的稳定性，甚至用柬衷演魔术．关键词反作用飞轮，航天器姿态控制，走钢丝杂技1一个力学“小魔术”根重为P的均质杆简支于J4，B支座上，l上座为解决这一问题，先看一道理论力学习题．在AB杆的中点处通过电机G安装一E轮D(图2)，屯机与飞轮的重量为．给电机通电使飞轮有顺时针向的角加速度s，则由动静法nT得支座B的反力为如：(P+Ⅳ)J(1)当E轮的角加速度足够太时，可使支座B的反为零，即E：下P+W．FB：0(2)‘过时，即使撤去支座B，AB杆仍能维持水甲如果用十不透明的罩子将飞轮与电机罩住，则系统能在定的时间内维持在图3所示状态不仅如此，如果加大电流使飞轮加速，AB杆还能绕‘4点逆时针转动m】翘起j真可算是力学“小魔术”了奉文干200108-08收到图3为什么口杆能维持水平f不掉下?从上面的推导可知，是E轮的惯性力矩JD抵ffj了重力矩(P+W)t／Z．然l酊，众所周知，惯性力是在将动力学问题转化为静力学问题时虚拟的，科实际的动力学问题而吉随性力并不存在那么如何解释这种现象呢?如粜考虑整体，则应注意到我们已将图1所示的}!II『体变为个系统，而对系统言，我们只能应用动量矩定理=n与刚体定轴转动微分方程式不同，由上式得不到任何关于AB杆运动的信息，只能得到系统对A点动量矩不断增加的结论，而它的表现正是飞轮顺时针向的加速转动维普资讯http://www.cqvip.com第L期书惠乜轮的妙用732早期的步行机器人人们很早就希望研制m仿人双足步行机器八，以便在不平的路面上移动．人在步行前进时，步志有两个扣：(双足)支撑相与(足)摆动相在摆动lf日，人体以--着地，重心在基底之外，人体宵删向倾谢的趋势．因此必须选择合理的步态与进谜度，才能使人体在前进运动中保持侧向稳定．早期的积足步行机器人前进速度很慢，行进时，必须先将身体重心侧向右移垒右脚上才能抬起左脚，当左脚前进步萍地后，再将身体重心倒向左移左脚上，再措起有脚；In】在前进时，机器人的重心是左右摇摆的这就不仪要在踝f或嗪．髋)关节处安装侧向转动装置，而且行走速度也要大受影哺．如果采用前面小魔术的技术，问题就简单多了．为保持取足步行机器人的侧向稳定性只需在体内安装一个用电机驱动的轮，其转动轴措前进方向(图4)当抬起右脚时，电机驱动匕轮获得向右的角加...
