全國青少年機器人等級考試二級課件

1、Speaker name and title here全國青少年機器人等級考試二級普惠課程樂高開源機器人普惠課程系列前言為了配合等級考試工作的開展，我們啟動了教學(xué)的普惠課程系列，該課程充分適應(yīng)我國中小學(xué)生的認(rèn)知心理和水平，以機器人相關(guān)的物理力學(xué)、機械原理、基礎(chǔ)電子知識為主要內(nèi)容，將孩子們引入一個妙趣橫生有充滿技術(shù)知識的機器人世界。本課程系列適用于全國青少年機器人技術(shù)等級考試（二級）。Goodmaker創(chuàng)客工作室空白演示Speaker name and title here目錄01直升機Goodmaker創(chuàng)客工作室07烏龜02后輪驅(qū)動車08挖掘機03機械尺蠖09旋轉(zhuǎn)杯子04石油開采機10縫紉機0

2、5稻草人11六足步行機器人06舂米機12實戰(zhàn)試題空白演示知識點竹蜻蜓為什么能上升？當(dāng)竹蜻蜓的旋翼轉(zhuǎn)動時，會產(chǎn)生一個向上的升力，當(dāng)這個升力足夠大時，就會帶動竹蜻蜓飛起來。01直升機模型搭建直流電機是應(yīng)用磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。直流電機的轉(zhuǎn)子和定子分別由繞組和永久磁鐵組成。Goodmaker創(chuàng)客工作室讓我們先來做一個小小的試驗：手持一張白紙的一端，由于重力的作用，白紙的另一端會自然垂下，現(xiàn)在我們將白紙拿到嘴前，沿著水平方向吹氣，看看會發(fā)生什么樣的情況。哈，白紙不但沒有被吹開，垂下的一端反而飄了起來，這是什么原因呢？流體力學(xué)的基本原理告訴我們，流動慢的大氣壓強較大，而流動快的大氣壓強較小

3、，白紙上面的空氣被吹動，流動較快，壓強比白紙下面不動的空氣小，因此將白紙托了起來。（伯努利原理）升力，就是向上的力。一般指在空氣中，向上的力大于向下的力，其合力可以使物體上升，這個合力就是升力。根據(jù)供電方式不同分為直流電機和交流電機。電機是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的轉(zhuǎn)動裝置。側(cè)面圖1側(cè)面圖2尾部俯視圖知識點摩擦力的定義：兩個相互接觸的物體，當(dāng)他們發(fā)生相對運動或者具有相對移動趨勢時，在接觸面上會產(chǎn)生一直阻礙相對運動的力，這種力就叫做摩擦力。02后輪驅(qū)動車模型搭建底部圖改裝任務(wù)嘗試給后驅(qū)車增加車廂和尾翼裝飾。Goodmaker創(chuàng)客工作室課后習(xí)題輪胎上都有花紋的原因是什么？答：讓輪胎增加與地面之間的摩擦，

4、防止打滑。在模型制作過程中使用到圓形的片狀的墊片，一般墊在框架與轉(zhuǎn)動裝置之間，墊片的作用是什么？答：減少框架與轉(zhuǎn)動裝置之間的滑動摩擦力。摩擦力產(chǎn)生需要兩個條件：第一是至少需要兩個相互接觸的物體，第二是物體之間要發(fā)生相對的運動或者是相對運動趨勢。而摩擦力的方向是阻礙物體相對運動的方向，根據(jù)物體的運動狀態(tài)又分為靜摩擦力、滑動摩擦力以及滾動摩擦力。俯視圖側(cè)面一車尾側(cè)面二空白演示知識點尺蠖是前后有腳的毛毛蟲，只能朝一個方向行走，不能后退，想要去另一個方向只能轉(zhuǎn)頭。行動時一屈一伸像個拱橋，無論收與放只朝著一個方向。03機械尺蠖模型搭建改裝任務(wù)Goodmaker創(chuàng)客工作室在機械上，有一種裝置可以實現(xiàn)像尺蠖

5、一樣只朝著一個方向的運動，這種裝置叫棘輪機構(gòu)。棘輪機構(gòu)用來將連續(xù)轉(zhuǎn)動或往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成單向步進運動。典型的棘輪機構(gòu)由四部分組成，分別為棘輪、主動棘爪、止回棘爪、主動擺桿。改裝成電動攪拌器。課后習(xí)題尺蠖的拼搭運用了什么機械裝置？答：棘輪機構(gòu)。側(cè)面圖正面圖背面圖俯視圖前后有腳的毛毛蟲學(xué)名叫什么？答：尺蠖。導(dǎo)入抽油機是開采石油的一種機器設(shè)備，俗稱“磕頭機”，石油開采時通過加壓的辦法是石油出井。04石油開采機模型搭建正面圖底部圖Goodmaker創(chuàng)客工作室我們常見的石油開采機為游梁式抽油機，它是油田目前主要使用的抽油機類型之一，主要由驢頭游梁連桿曲柄機構(gòu)減速箱動力設(shè)備和輔助裝備等四大部分組成。工作時，電

6、動機的轉(zhuǎn)動經(jīng)變速箱、曲柄連桿機構(gòu)變成驢頭的上下運動，驢頭經(jīng)光桿、抽油桿帶動井下抽油泵的柱塞作上下運動，從而不斷地把井中的原油抽出井筒。根據(jù)四個構(gòu)件的長度不同，可以分為以下幾種特殊的機構(gòu)：1、曲柄搖桿機構(gòu)（曲柄連桿機構(gòu)）：主動桿做勻速圓周運動帶動搖桿做往復(fù)擺動；反之搖桿作為主動件做往復(fù)擺動帶動曲柄做圓周運動；2、雙曲柄機構(gòu)：作用是將等速圓周運動化為變速圓周運動；3、雙搖桿機構(gòu)：主動桿和從動桿都做往復(fù)運動；4、滑桿機構(gòu)：滑桿機構(gòu)由滑塊、滑桿回轉(zhuǎn)體和機體組成，回轉(zhuǎn)體為主動件，做勻速圓周運動（等速回轉(zhuǎn)運動），滑塊從動，并帶動滑桿做往復(fù)直線運動或往復(fù)擺動。側(cè)面圖2背面圖側(cè)面圖1探索知識點1、曲柄搖桿機構(gòu)

7、（曲柄連桿機構(gòu)）2、雙曲柄機構(gòu)3、雙搖桿機構(gòu)4、滑桿機構(gòu)空白演示導(dǎo)入稻草人是農(nóng)人為守護田地，以防鳥雀糟蹋糧食一類的莊稼，而立于田邊用稻草做的人偶。因為用稻草做的故叫其“稻草人”。05稻草人模型搭建正面圖背面圖Goodmaker創(chuàng)客工作室雙螺母結(jié)構(gòu)有相對運動的零件安裝兩個螺母時有右圖兩種方法。不管是哪種結(jié)構(gòu)，都需要做到第一個螺母不擰到最緊，第二個螺母擰到最緊。要達到這個要求，雙螺母的安裝最少需要兩個扳手，或是扳手和鉗子的配合。將第一個螺母擰到合適位置后，使用扳手固定住，第二個螺母用扳手旋轉(zhuǎn)和第一個螺母固定到最緊，這個過程中扳手要固定住第一個螺母保持位置不變。稻草人的身體和曲柄連桿連接構(gòu)成完整的曲

8、柄連桿機構(gòu)，連接處需要使用雙螺母。俯視圖側(cè)面圖知識點皮帶傳動是兩個傳動輪之間有一定距離，能夠產(chǎn)生連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動，將力從一個傳動輪傳導(dǎo)到另外一個傳動輪的傳動裝置。導(dǎo)入舂米是把谷子放在舂米桶內(nèi)用舂米杵砸出殼的過程，舂出來的殼就是米糠，剩下的米粒就是我們吃的白米，舂米的工具有點像搗藥罐，有一個棒槌、一個盛器。用棒槌砸谷子，把米糠砸掉。為了更加省力，提高效率，人類發(fā)明了舂米機。06舂米機模型搭建Goodmaker創(chuàng)客工作室軸上的模板在做勻速圓周運動，而舂臼在作間歇性往復(fù)擺動運動，舂臼槌隨之上下擺動。這種由凸輪帶動從動件將勻速圓周運動轉(zhuǎn)換為間歇性往復(fù)擺動的機構(gòu)叫做凸輪機構(gòu)。課后習(xí)題舂米機使用的機械機構(gòu)？

9、答：凸輪機構(gòu)。知識點凸輪機構(gòu)是由凸輪、從動件和機架三個基本構(gòu)建組成的高副機構(gòu)。凸輪的優(yōu)點：要設(shè)計出適當(dāng)?shù)膱D論輪擴，就快要使從動件實現(xiàn)任意預(yù)定的運動規(guī)律；機構(gòu)簡單、緊湊并且設(shè)計方便；動作準(zhǔn)確可靠。凸輪的缺點：凸輪為高副接觸（點或者線接觸）壓強較大，任意磨損；凸輪輪廓加工困難，費用較高；行程不大；維修困難。正面圖背面圖底面圖側(cè)面圖1側(cè)面圖2導(dǎo)入根據(jù)烏龜?shù)呐佬蟹绞?，我們可以用凸輪機構(gòu)來做烏龜?shù)乃闹?，每一只腳是一個凸輪，地面作為從動件。根據(jù)上節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們應(yīng)該使用哪種凸輪結(jié)構(gòu)呢？07烏龜模型搭建正面圖Goodmaker創(chuàng)客工作室凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，它一般為主動件，作等速回轉(zhuǎn)運動。從動

10、件一般為長桿型，作為傳遞動力和實現(xiàn)預(yù)定的運動規(guī)律的構(gòu)件。從動件一般作連續(xù)或間歇性的往復(fù)直線運動或擺動，從動件直線運動或者擺動的最大距離叫做行程。凸輪從動件運動規(guī)律：凸輪機構(gòu)中，凸輪的轉(zhuǎn)速決定從動件運動的快慢。但是從動件的運動規(guī)律取決于凸輪的輪廓曲線。凸輪的輪廓曲線不同直接導(dǎo)致了和它接觸的從動件運動的改變。課后習(xí)題烏龜機器人使用了哪種機械機構(gòu)？答：凸輪機構(gòu)。側(cè)面圖俯視圖知識點探索從近幾年工程機械的發(fā)展來看，挖掘機的發(fā)展相對較快，已經(jīng)成為工程建設(shè)中最主要的機械之一。08挖掘機模型搭建正面圖Goodmaker創(chuàng)客工作室連桿機構(gòu)指由若干（兩個以上）有確定相對運動的構(gòu)建用低副聯(lián)接組成的機構(gòu)。平面連桿機構(gòu)

11、是所有構(gòu)建都在相互平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu)。下圖連桿機構(gòu)左側(cè)紅色長桿為主動桿，當(dāng)它繞一點擺動時，依次帶動后面長桿，最終帶動右側(cè)藍色長桿左右移動。課后習(xí)題挖掘機使用了哪些機械機構(gòu)？答：連桿機構(gòu)。側(cè)面圖1俯視圖底部圖知識點動臂鏟斗挖掘機主要由發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電器控制等部分組成。工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，由動臂、斗桿、鏟斗等三部分連接而成，在機械上被稱為連桿機構(gòu)。側(cè)面圖2背面圖導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)杯子是一種游樂設(shè)施。在乘坐旋轉(zhuǎn)咖啡杯時，一邊公轉(zhuǎn)、一邊自轉(zhuǎn)，游客的愉悅感油然而生。09旋轉(zhuǎn)杯子模型搭建正面圖Goodmaker創(chuàng)客工作室旋轉(zhuǎn)杯子的運動使用的是齒輪裝置，通過齒輪之間的嚙合將運

12、動傳遞出去。那么游樂場的旋轉(zhuǎn)杯子如何實現(xiàn)同時公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的呢？公轉(zhuǎn)是一件物體以另外一件物體為中心所作的循環(huán)運動。公轉(zhuǎn)所沿著的軌道可以為圓、橢圓、雙曲線或拋物線，公轉(zhuǎn)方向為自西向東。課后習(xí)題旋轉(zhuǎn)杯子運用了哪種傳動裝置？答：皮帶傳動。側(cè)面圖俯視圖知識點自轉(zhuǎn)是物件自行旋轉(zhuǎn)的運動，物件會沿著一條穿越身件本身的軸進行旋轉(zhuǎn)，這條軸被稱為自轉(zhuǎn)軸。旋轉(zhuǎn)杯子實現(xiàn)公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)的主要因素是行星齒輪：行星齒輪除了能夠像定軸齒輪（位置不變的齒輪）那樣圍繞自己的轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動之外，它們的轉(zhuǎn)動軸還隨著支架（稱為行星架）繞其他齒輪的軸轉(zhuǎn)動。繞自己軸線的轉(zhuǎn)動稱為自轉(zhuǎn)，繞其他齒輪軸線的1轉(zhuǎn)動稱為公轉(zhuǎn)，就像太陽系中的行星那樣，因此得名。旋轉(zhuǎn)

13、杯子使用了什么天文知識？答：行星的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)。導(dǎo)入腳踏式縫紉機，下面通過腳的踩動，帶動與其連接的滑輪轉(zhuǎn)動，滑輪通過皮帶裝置帶動上方的滑輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了遠距離傳遞動力；而滑輪的轉(zhuǎn)動通過縫紉的主體部分，最終轉(zhuǎn)換為針頭的上下穿梭。10縫紉機模型搭建正面圖Goodmaker創(chuàng)客工作室電動式縫紉機，直接將電機軸上帶動的滑輪轉(zhuǎn)動，通過皮帶傳遞出去，最終轉(zhuǎn)化為針頭的上下穿梭。曲柄搖桿機構(gòu)（曲柄連桿機構(gòu)）：主動桿做勻速圓周運動帶動搖桿做往復(fù)擺動；反之搖桿作為主動件做往復(fù)擺動帶動曲柄做圓周運動課后習(xí)題電動縫紉機使用了哪些機械機構(gòu)？答：曲柄連桿機構(gòu)、傳動鏈裝置、滑桿機構(gòu)。俯視圖知識點在腳踏式縫紉機的踏板處使用的機械

14、結(jié)構(gòu)為曲柄（搖桿）連桿機構(gòu)。通過腳步用力，使踏板作擺動，帶動滑輪作圓周運動。在這里，踏板是搖桿并作為主動件，滑輪是曲柄作為從動件。 凸輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)等這些機構(gòu)可以將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為從動件間歇性或者周期性的運動，像這樣的機構(gòu)統(tǒng)稱為間歇運動機構(gòu)。導(dǎo)入六足機器人又叫蜘蛛機器人，借鑒了自然界中六足綱昆蟲的三角步態(tài)。11六足步行機器人Goodmaker創(chuàng)客工作室差速運動控制（如何轉(zhuǎn)彎）六足機器人的轉(zhuǎn)向原理為差速轉(zhuǎn)向。當(dāng)一個機器人中兩側(cè)電機的轉(zhuǎn)動速度不同時，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的功能，這就是差速轉(zhuǎn)向。差速轉(zhuǎn)向是指兩側(cè)速度不同，有速度差而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向的方式。六足機器人前進，兩邊電機以同樣速度向前轉(zhuǎn)動時，六足機器人會向前。如下圖（a）。當(dāng)左側(cè)電機向前速度100，右側(cè)電機向前速度200時，六足機器人會向左轉(zhuǎn)，并且是以便前行一邊左轉(zhuǎn)。如下圖（b）。當(dāng)左邊電機的速度被設(shè)置為0時，電機會停止轉(zhuǎn)動，同時將右邊電機的速度設(shè)置為200，電機的方向會向前轉(zhuǎn)動，這時六足機器人會向左轉(zhuǎn)。如下圖（c）。知識點三角步態(tài)是什么樣子呢？六足昆蟲行走時，將三對足分成兩組，每組三只足，以三角形支架結(jié)構(gòu)交替前進（如下圖）。分組情況為：左側(cè)的前后足及右側(cè)中