全國青少年機(jī)器人等級(jí)考試一二級(jí)內(nèi)容概述

...wd......wd......wd...全國青少年機(jī)器人等級(jí)考試一二級(jí)內(nèi)容概述TOC\o"1-3"\h\u16336一、力的認(rèn)知3290281.1力的介紹387501.2重力3169471.3摩擦力35521.4.慣性431918二、簡單機(jī)械5201252.1杠桿55692.2滑輪6249272.3功和功率613171三、特殊的構(gòu)造757153.1凸輪裝置7110813.1.1定義763533.1.2組成7234063.1.3分類81703.1.4運(yùn)動(dòng)規(guī)律15239773.1.5從動(dòng)件常見運(yùn)動(dòng)15257953.1.6.特點(diǎn)18104053.2曲柄18305013.3棘輪1931023.3.1定義1979243.3.2組成19142453.3.3工作原理19262793.3.4分類20267053.3.5作用2324213.4滑桿24320153.5連桿裝置24226四、機(jī)器人通識(shí)24282794.1機(jī)器人的開展24152914.2機(jī)器人現(xiàn)代開展26200514.3機(jī)器人基本組成27128174.4工業(yè)機(jī)器人特點(diǎn)27215534.5機(jī)器人相關(guān)電影28一、力的認(rèn)知1.1力的介紹符號(hào)：F單位：牛頓N力的效果：可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或改變物體的形態(tài)。力的三要素：大小、方向以及作用點(diǎn)1.2重力定義：重力是我們生活中無時(shí)無刻都存在的一種力，是由于地球的吸引而受到的力符號(hào)：G重心：地球吸引物體的每一個(gè)局部，但是對于整個(gè)物體，重力作用的表現(xiàn)就好似它作用在物體的一個(gè)點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)就是物體的重心。質(zhì)地均勻外形規(guī)則的物體的中心，很容易確定大?。篏=mg重力=質(zhì)量*重力加速度g=9.8N/Kg1.3摩擦力定義：兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)或者具有相對運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí)，在接觸面上會(huì)產(chǎn)生一種阻礙相對運(yùn)動(dòng)的力，這種力叫做摩擦力。影響因素：接觸面所受的壓力，接觸面的粗糙程度。方向：阻礙相對運(yùn)動(dòng)或者相對運(yùn)動(dòng)趨勢。

分類：靜摩擦，滑動(dòng)摩擦，滾動(dòng)摩擦三種摩擦力的區(qū)別靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力滾動(dòng)摩擦力力產(chǎn)生的條件1.兩物體進(jìn)展直接接觸、擠壓2.接觸面粗糙3.兩物體相對靜止4.有相對運(yùn)動(dòng)趨勢〔平行施力，但又沒有讓物體真正動(dòng)起來〕1.兩物體進(jìn)展直接接觸、擠壓2.產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)1.物體在平面上進(jìn)展?jié)L動(dòng)〔每個(gè)點(diǎn)都與平面接觸，本質(zhì)是靜摩擦，只因物體的幾何屬性是球體外表力的方向摩擦力總是相反于運(yùn)動(dòng)趨勢，可用平衡法來判斷?？梢允亲枇?，也可以是動(dòng)力?！沧呗肥抢渺o摩擦力〕摩擦力相反于運(yùn)動(dòng)趨勢摩擦力相反于運(yùn)動(dòng)趨勢力的大小利用受力平衡計(jì)算重力與外表的粗糙程度F=u·NF是摩擦力u是摩擦因素N是壓力滑動(dòng)摩擦力的1/60～1/401.4.慣性定義：物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，稱為慣性。慣性是物體的一種固有屬性二、簡單機(jī)械2.1杠桿定義：能繞某一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的桿杠桿原理公式是由阿基米德總結(jié)的。阿基米德曾經(jīng)說過，給我一個(gè)支點(diǎn)，我能翹起整個(gè)地球。利用的就是杠桿原理?！步Y(jié)合力的三要素?cái)U(kuò)展〕三要素：動(dòng)力點(diǎn)，支點(diǎn)，阻力點(diǎn)。L1L2平衡條件：阻力*阻力臂=動(dòng)力*動(dòng)力臂F1L1=F2LL1L2F1F2L1L2分類條件力矩活動(dòng)距離(紅線局部)生活實(shí)例省力杠桿L1<L2F1>F2費(fèi)距離瓶起子螺絲刀費(fèi)力杠桿L1>L2F1<F2省距離魚竿筷子等臂杠桿L1=L2F1=F2不費(fèi)不省蹺蹺板天平生活中的杠桿看需求，有時(shí)使用費(fèi)力杠桿，為了省距離。2.2滑輪定滑輪：軸的位置固定不變的滑輪動(dòng)滑輪：軸的位置隨著被拉物體一起運(yùn)動(dòng)的滑輪?；喎诸惲Υ笮》较蚓嚯x本質(zhì)定滑輪不變改變距離不變等臂杠桿動(dòng)滑輪力減小一半不變費(fèi)距離二倍省力杠桿滑輪組：由多個(gè)動(dòng)滑輪和定滑輪組成的機(jī)構(gòu)。2.3功和功率功的定義：一個(gè)力作用在物體上，物體在這個(gè)力的方向移動(dòng)了一段距離，這個(gè)力的作用就顯示出成效，力學(xué)里就說這個(gè)力做了功。功包含兩個(gè)必要因素：一個(gè)是作用在物體上的力，一個(gè)是物體在這個(gè)力的方向上移動(dòng)的距離。大?。汗?力*力的方向上移動(dòng)的距離W=Fs單位：焦耳符號(hào)：J1J=1N*m

三、特殊的構(gòu)造3.1凸輪裝置3.1.1定義凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪，從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成的\t"://baike.baidu/_blank"高副機(jī)構(gòu)注1：高副機(jī)構(gòu)〔簡稱高副〕：在機(jī)械工程中，指的是機(jī)構(gòu)的兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線的接觸而構(gòu)成的\t"://baike.baidu/_blank"運(yùn)動(dòng)副。例如\t"://baike.baidu/_blank"齒輪副和凸輪副注2：\t"://baike.baidu/_blank"低副機(jī)構(gòu)〔低副〕：通過面的接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副3.1.2組成凸輪：一個(gè)具有曲線輪廓或\t"://baike.baidu/_blank"凹槽的構(gòu)件一般為主動(dòng)件。等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)〔勻速圓周運(yùn)動(dòng)〕從動(dòng)件凸輪從動(dòng)件：傳遞動(dòng)力和實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的構(gòu)件，一般作連續(xù)或間歇性的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)。從動(dòng)件上升的最大距離叫做升程。 機(jī)架：框架構(gòu)造。3.1.3分類〔1〕按凸輪不同：盤形凸輪：最基本的形式，構(gòu)造簡單，應(yīng)用最為廣泛。移動(dòng)凸輪：凸輪相對機(jī)架做直線移動(dòng)。圓柱凸輪：屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)?！?〕按從動(dòng)件不同：a.形狀不同：尖頂從動(dòng)件：基本形式優(yōu)點(diǎn)：能與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。缺點(diǎn)：尖端處極易磨損，適用：傳力不大的低速機(jī)構(gòu)。滾子從動(dòng)件：優(yōu)點(diǎn)：凸輪與從動(dòng)件之間為滾動(dòng)摩擦，因此摩擦磨損較小，用于傳遞較大的動(dòng)力，應(yīng)用較廣。適用：中、低速機(jī)構(gòu)。平底從動(dòng)件：優(yōu)點(diǎn)：從動(dòng)件與凸輪之間易形成油膜，潤滑狀況好，受力平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高。缺點(diǎn):與之相配合的凸輪輪廓須全部外凸。適用：高速場合。b.根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式的不同：直動(dòng)從動(dòng)件：從動(dòng)件作往復(fù)移動(dòng)，其尖端的運(yùn)動(dòng)軌跡為一段直線。直動(dòng)從動(dòng)件又分為兩種。對心直動(dòng)從動(dòng)件：尖端或滾子中心的軌跡通過凸輪的軸心。偏置直動(dòng)從動(dòng)件：尖端或滾子中心的軌跡不通過凸輪的軸心。擺動(dòng)從動(dòng)件：從動(dòng)件作往復(fù)擺動(dòng)，其尖端的運(yùn)動(dòng)軌跡為一段圓弧?！?〕按高副接觸方式不同a、力鎖合：重力鎖合：依靠重力將從動(dòng)件恢復(fù)原來的狀態(tài)的鎖合方式。彈力鎖合:依靠彈力將從動(dòng)件恢復(fù)原來的狀態(tài)的鎖合方式。幾何鎖合1．槽凸輪機(jī)構(gòu)：槽兩側(cè)面的法向距離等于滾子直徑。2.主回凸輪機(jī)構(gòu)(共軛凸輪機(jī)構(gòu))：一個(gè)凸輪推動(dòng)從動(dòng)件完成正行程運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)凸輪推動(dòng)從動(dòng)件完成反行程的運(yùn)動(dòng)。3.等徑凸輪機(jī)構(gòu)：兩滾子中心間的距離始終保持不變。4.等寬凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪廓線上任意兩條平行切線間的距離都等于框架內(nèi)側(cè)的寬度。3.1.4運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.凸輪的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的快慢。2.凸輪的外廓形狀決定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。〔凸輪的外廓形狀取決于從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只要根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線就可以了?！?.只要做出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，就能使從?dòng)桿得到任意預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3.1.5從動(dòng)件常見運(yùn)動(dòng)(1)等速運(yùn)動(dòng)：特點(diǎn)：行程始末速度有突變，加速度理論上由零變?yōu)闊o窮大，從而使從動(dòng)件產(chǎn)生巨大的慣性力，機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖擊，存在剛性沖擊。適應(yīng)場合：低速輕載(2)等加等減速運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：行程始末和中點(diǎn)，加速度突變，存在柔性沖擊。適應(yīng)場合：用于中速輕載。(3)余弦加速運(yùn)動(dòng)〔簡諧運(yùn)動(dòng)〕特點(diǎn)：有柔性沖擊。適應(yīng)場合：用于中、低速輕載。當(dāng)從動(dòng)件作無停歇連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可用于高速。(4)正弦加速運(yùn)動(dòng)〔擺線運(yùn)動(dòng)〕特點(diǎn)：無剛、柔性沖擊適用場合：用于高速。3.1.6.特點(diǎn)〔1〕優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便；可以實(shí)現(xiàn)任意預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；動(dòng)作準(zhǔn)確可靠?！?〕缺點(diǎn)：高副接觸〔點(diǎn)或線〕壓力較大，點(diǎn)、線接觸易磨損；維修困難；凸輪輪廓加工困難，費(fèi)用較高；行程較短3.2曲柄曲柄滑塊構(gòu)造2.曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成:機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組作用：將圓周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)擺動(dòng)，或者將往復(fù)擺動(dòng)變?yōu)閳A周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用：發(fā)動(dòng)機(jī)，自行車，飛剪。3.3棘輪3.3.1定義由棘輪和棘爪組成的一種單向\t"://baike.baidu/_blank"間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3.3.2組成棘輪擺桿止回棘爪：靜止可靠，防止棘輪反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)棘爪〔主動(dòng)棘爪〕：3.3.3工作原理主動(dòng)件空套在與棘輪固連的從動(dòng)軸上，并與驅(qū)動(dòng)棘爪用轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。當(dāng)主動(dòng)件順時(shí)針方向擺動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉(zhuǎn)過一定角度，此時(shí)，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動(dòng)。當(dāng)主動(dòng)件逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，止回棘爪阻止棘輪發(fā)生逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而驅(qū)動(dòng)棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過，所以，這時(shí)棘輪靜止不動(dòng)。因此，當(dāng)主動(dòng)件作連續(xù)的往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，3.3.4分類按構(gòu)造形式：齒式棘輪機(jī)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單，制造方便；動(dòng)與停的時(shí)間比可通過選擇適宜的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：動(dòng)程只能作有級(jí)調(diào)節(jié)；噪音、沖擊和磨損較大，故不宜用于高速。摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)：用偏心扇形楔塊代替齒式棘輪機(jī)構(gòu)中的棘爪，以無齒摩擦代替棘輪。特點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn)、無噪音；動(dòng)程可無級(jí)調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)：靠摩擦力傳動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，雖然可起到安全保護(hù)作用，但是傳動(dòng)精度不高。適用于低速輕載的場合。按嚙合方式外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：加工、安裝和維修方便，應(yīng)用較廣。內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是構(gòu)造緊湊，外形尺寸小。按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式。單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)：當(dāng)主動(dòng)件按某一個(gè)方向擺動(dòng)時(shí)，才能推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)。雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)：在主動(dòng)搖桿向兩個(gè)方向往復(fù)擺動(dòng)的過程中，分別帶動(dòng)兩個(gè)棘爪，兩次推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)。雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)常用于載荷較大，棘輪尺寸受限，齒數(shù)較少，而主動(dòng)擺桿的擺角小于棘輪齒距的場合。以上介紹的棘輪機(jī)構(gòu)，都只能按一個(gè)方向作單向間歇運(yùn)動(dòng)。雙向式棘輪機(jī)構(gòu)：可通過改變棘爪的擺動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)棘輪兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖示為兩種雙向式棘輪機(jī)構(gòu)的形式，雙向式棘輪機(jī)構(gòu)必須采用對稱齒形。3.3.5作用棘輪機(jī)構(gòu)將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成單向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。常應(yīng)用于千斤頂，腰帶，自行車當(dāng)中3.4滑桿運(yùn)動(dòng)方式為回轉(zhuǎn)體作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滑塊從動(dòng)，滑桿繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并始終保持與滑塊的共軸關(guān)系。應(yīng)用：古代花轎，縫紉機(jī)，3.5連桿裝置定義：由假設(shè)干有確定相對運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件用低副聯(lián)接組成的機(jī)構(gòu)。應(yīng)用：足式機(jī)器人等四、機(jī)器人通識(shí)4.1機(jī)器人的開展機(jī)器人〔Robot〕是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以承受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是不安全的工作。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用電腦改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。〞1.1910年\t"://baike.so/doc/_blank"捷克斯洛伐克\t"://baike.so/doc/_blank"卡雷爾·恰佩克科幻小說創(chuàng)造出“Robot〞這個(gè)詞。2.1911年美國\t"://baike.so/doc/_blank"西屋電氣公司家用機(jī)器人它由電纜控制，可以行走，會(huì)說77個(gè)字，甚至可以抽煙，不過離真正干家務(wù)活還差得遠(yuǎn)。但它讓人們對家用機(jī)器人的憧憬變得更加具體。3.1912年美國阿西莫夫科幻小說提出“機(jī)器人三定律〞。后來成為學(xué)術(shù)界默認(rèn)的研發(fā)原則。4.1954年美國\t"://baike.so/doc/_blank"喬治·德沃爾世界上第一臺(tái)可編程的機(jī)器人Unimate尤尼梅特〔即世界上第一臺(tái)真正的機(jī)器人〕5.1959年德沃爾和約瑟夫·\t"://baike.so/doc/_blank"英格伯格第一臺(tái)\t"://baike.so/doc/_blank"工業(yè)機(jī)器人世界上第一家機(jī)器人制造工廠——Unimation公司。由于英格伯格對工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和宣傳，他也被稱為“工業(yè)機(jī)器人之父〞。“\t"://baike.so/doc/_blank"機(jī)器人三原則〞：1.機(jī)器人不應(yīng)傷害人類；2.機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外；3.機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外。這是給機(jī)器人賦予的倫理性綱領(lǐng)。機(jī)器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人開發(fā)的準(zhǔn)則。6.1966年斯坦福大學(xué)人工智能研究中心謝克機(jī)器人〔ShakeTheRobot〕第一臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人它被賦予了有限的觀察和環(huán)境建模能力，控制它的計(jì)算機(jī)要填滿整個(gè)房間。7.1969年日本機(jī)器人專家森昌弘“恐懼谷理論〞：人形玩具或機(jī)器人的仿真度越高，超過95%人們越有好感，但當(dāng)超過一個(gè)\t"://baike.baidu/item/_blank"臨界點(diǎn)時(shí)，這種好感度會(huì)突然降低，越像人越反感恐懼，直至谷底，稱之為恐懼谷。也許正因?yàn)槿绱?，許多機(jī)器人專家在制造機(jī)器人時(shí)，都盡量防止“機(jī)器人〞外表太過人格化，以求防止跌入“恐懼谷陷阱〞。4.2機(jī)器人現(xiàn)代開展1.國際上的機(jī)器人足球比賽分為兩大系列\(zhòng)t"://baike.baidu/_blank"RoboCUP〔機(jī)器人世界杯〕和FIRA〔微型機(jī)器人世界杯足球比賽〕〔1〕機(jī)器人世界杯〔RoboCup〕1992年加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)教授AlanMackworth提出機(jī)器人進(jìn)展足球比賽〔提出概念〕1992年10月日本草擬了規(guī)則和足球機(jī)器人和模擬系統(tǒng)的開發(fā)原型?！苍汀?993年6月日本創(chuàng)辦機(jī)器人比賽命名RoboCupJ聯(lián)賽，隨后，更名機(jī)器人世界杯RoboCup?！矂?chuàng)辦〕1997年8月23-29日日本名古屋舉行比賽〔首屆比賽〕2008年6月中國蘇州第12屆機(jī)器人世界杯39個(gè)國家和地區(qū)，321支參賽隊(duì)，1400多名參賽者〔2〕微型機(jī)器人世界杯足球比賽〔FIRA〕1995年\t"://baike.baidu/_blank"韓國科學(xué)技術(shù)院\t"://baike.baidu/_blank"金鐘煥(Jong—HwanKim)教授提出1996年11月韓國首次舉辦了微型\t"://baike.baidu/_blank"機(jī)器人世界杯足球比賽(即FIRAMiroSot‘96)，以后每年舉辦一次機(jī)器人足球比賽。2.20世紀(jì)火星探測器1.2001年4月7日，美國發(fā)射〞\t"://baike.baidu/_blank"2001火星奧德賽號(hào)〞探測器2.2003年美國發(fā)射兩架火星探測車，2014年初成功登陸，分別是勇氣號(hào)(Spirit,MER