4. 机械手臂是机器人技术领域中的自动化机械装置,能够接受指令,完成抓取、伸缩、旋转和升降等动作.某实验小组制作了如图甲所示的机械手臂模型,并安装在一辆小车上,其结构简图如图乙所示:工作时安装在小车上的底座可以在水平面内自由旋转,立柱和横臂可以在竖直面内自由旋转,手爪可以抓取不同方向、不同高度的物体.

(1)如图丙所示为手爪的示意图,拉动上方的细线,弯曲件$AOBC$可绕$O$点转动,弯曲件$AOBC$此时为杠杆,同时拉动两根细线手爪就可夹住物体,利用$C$点产生的力将物体举高.
(2)如图丁所示,电控组件的质量为$500g$,忽略小车、底座、立柱、横臂和手爪的重力,相关参数如图所示(单位:$cm$),当机械手臂立柱竖直、横臂水平没有抓取物块时,为防止小车轮子脱离地面,所加配重至少为N.当此机械手臂抓取正前方一个质量为$200g$的金属块,将其举高$20cm$时,对金属块做功为J,在加上最小配重后,在立柱竖直、横臂最终水平状态下,为防止在抓取过程中小车轮子脱离地面,抓取物体的最大重力为N.在不增加器材的情况下,要想横臂最终保持水平位置并增加抓取物体的最大重力,可行的方法是.($g$取$10N/kg$)

4.(1)费力 摩擦 (2)1.25 0.4 4.6875 将竖直的立柱向左侧转动

【分析】
本题需分模块分析：(1) 手爪的杠杆类型判断依据动力臂与阻力臂的大小关系，手爪夹持物体依靠摩擦力；(2) 利用杠杆平衡条件解决配重、最大抓取重力问题，功的计算用$W=Gh$，最后根据杠杆平衡条件确定增大最大重力的可行方法。
【解析】
(1) 手爪绕$O$点转动，细线拉力为动力，动力臂小于$C$点阻力的力臂，因此属于费力杠杆；手爪夹住物体时，$C$点产生摩擦力，使物体被举高。
(2) ① 电控组件的重力：$G_{电}=m_{电}g=0.5kg×10N/kg=5N$。以立柱支点为转轴，根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，平衡时$G_{电}×L_{电}=G_{配}×L_{配}$，由图知$L_{电}=5cm$，$L_{配}=20cm$，代入得$5N×5cm=G_{配}×20cm$，解得$G_{配}=1.25N$。
② 对金属块做功：$W=G_{物}h=m_{物}gh=0.2kg×10N/kg×0.2m=0.4J$。
③ 当抓取物体时，为防止小车轮子脱离地面，以立柱支点为转轴，力矩平衡关系为$G_{配}×L_{配}=G_{电}×L_{电}+G_{最大}×L_{物}$，其中$L_{物}=25cm$，代入数值：$1.25N×20cm=5N×5cm + G_{最大}×25cm$，解得$G_{最大}=4.6875N$。
④ 根据杠杆平衡条件，要增大抓取物体的最大重力，需减小物体的力臂，可行方法是将竖直的立柱向左侧转动。
【答案】
(1) 费力；摩擦
(2) $1.25$；$0.4$；$4.6875$；将竖直的立柱向左侧转动
【知识点】
杠杆平衡条件；功的计算；摩擦力
【点评】
本题结合机械手臂模型，考查物理知识在实际装置中的应用，需正确分析力矩平衡关系，难度适中，注重理论联系实际。
【难度系数】
0.4