Question

智能机器人目前已能够为人类在很多方面进行高效率、高精准度的服务，如图甲所示为一种名为“小i”的图书搬运机器人，图乙为其工作过载报警、保护电路原理图，工作电压为48 V，R₀为电阻箱，R为压力传感器，其阻值随所受压力的变化如图丙所示，当通过触发器的电流超过0.5 A时就触发警报，同时电动机停止工作。已知该机器人的最大负重为20 kg，触发器的电阻忽略不计，g取10 N/kg。试问：

(1)读者与“小i”对话，咨询某图书所在的位置，“小i”需将读者的声音信号转化为电流信号，其原理是________。

(2)为保护“小i”，电阻箱R₀的阻值至少为______________。（g取10 N/kg）

(3)“小i”每天需将1 944 kg图书从借阅处分批搬回书架上，每次放回需将图书提高0.5 m，搬书时能量转化效率为90%，则完成每天搬书上架任务需要消耗的电能是______________。

(4)为了使“小i”更好地工作，设计人员计划降低机器人报警负重，应将电阻箱R₀的阻值______________调整，并简要说明理由______________。

Answer

电磁感应 81 Ω 1.08×104 J 应适当减小电阻箱R0的阻值 详见解析

【解析】

(1)[1]“小i”将读者的声音信号转化为电流信号，即将机械能转化为电能，其原理是电磁感应。

(2)[2]机器人受的最大压力

F＝G＝mg＝20 kg×10 N/kg＝200 N

由图丙可知，当F＝200 N时，压力传感器的阻值R＝15 Ω。由I＝得，电路总电阻

R总＝＝＝96 Ω

电阻箱R0接入的最小阻值

R0＝R总－R＝96 Ω－15 Ω＝81 Ω

(3)[3]机器人对书做的功

W＝Fs＝Gh＝m书gh＝1 944 kg×10 N/kg×0.5 m＝9.72×103 J

由η＝×100%得消耗的电能

W电＝＝1.08×104 J

(4)[4][5]由于电源电压和触发器停止工作的电流不变，根据R总＝可知，报警时电路总电阻不变，若降低报警负重，则报警时压力传感器R所受的压力变小，由图丙可知其阻值增大，所以根据串联电路电阻规律，应将电阻箱R0的阻值适当减小。