全國(guó)青少年機(jī)器人等級(jí)考試二級(jí)課件

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

2、5稻草人11六足步行機(jī)器人06舂米機(jī)12實(shí)戰(zhàn)試題空白演示知識(shí)點(diǎn)竹蜻蜓為什么能上升？當(dāng)竹蜻蜓的旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上的升力，當(dāng)這個(gè)升力足夠大時(shí)，就會(huì)帶動(dòng)竹蜻蜓飛起來。01直升機(jī)模型搭建直流電機(jī)是應(yīng)用磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。直流電機(jī)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(gè)小小的試驗(yàn)：手持一張白紙的一端，由于重力的作用，白紙的另一端會(huì)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(huì)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(dòng)慢的大氣壓強(qiáng)較大，而流動(dòng)快的大氣壓強(qiáng)較小

3、，白紙上面的空氣被吹動(dòng)，流動(dòng)較快，壓強(qiáng)比白紙下面不動(dòng)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(gè)合力就是升力。根據(jù)供電方式不同分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。側(cè)面圖1側(cè)面圖2尾部俯視圖知識(shí)點(diǎn)摩擦力的定義：兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)他們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者具有相對(duì)移動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸面上會(huì)產(chǎn)生一直阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，這種力就叫做摩擦力。02后輪驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置之間，墊片的作用是什么？答：減少框架與轉(zhuǎn)動(dòng)裝置之間的滑動(dòng)摩擦力。摩擦力產(chǎn)生需要兩個(gè)條件：第一是至少需要兩個(gè)相互接觸的物體，第二是物體之間要發(fā)生相對(duì)的運(yùn)動(dòng)或者是相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。而摩擦力的方向是阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向，根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又分為靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力以及滾動(dòng)摩擦力。俯視圖側(cè)面一車尾側(cè)面二空白演示知識(shí)點(diǎn)尺蠖是前后有腳的毛毛蟲，只能朝一個(gè)方向行走，不能后退，想要去另一個(gè)方向只能轉(zhuǎn)頭。行動(dòng)時(shí)一屈一伸像個(gè)拱橋，無論收與放只朝著一個(gè)方向。03機(jī)械尺蠖模型搭建改裝任務(wù)Goodmaker創(chuàng)客工作室在機(jī)械上，有一種裝置可以實(shí)現(xiàn)像尺蠖

5、一樣只朝著一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，這種裝置叫棘輪機(jī)構(gòu)。棘輪機(jī)構(gòu)用來將連續(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)。典型的棘輪機(jī)構(gòu)由四部分組成，分別為棘輪、主動(dòng)棘爪、止回棘爪、主動(dòng)擺桿。改裝成電動(dòng)攪拌器。課后習(xí)題尺蠖的拼搭運(yùn)用了什么機(jī)械裝置？答：棘輪機(jī)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(jī)是開采石油的一種機(jī)器設(shè)備，俗稱“磕頭機(jī)”，石油開采時(shí)通過加壓的辦法是石油出井。04石油開采機(jī)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(jī)為游梁式抽油機(jī)，它是油田目前主要使用的抽油機(jī)類型之一，主要由驢頭游梁連桿曲柄機(jī)構(gòu)減速箱動(dòng)力設(shè)備和輔助裝備等四大部分組成。工作時(shí)，電

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

7、（曲柄連桿機(jī)構(gòu)）2、雙曲柄機(jī)構(gòu)3、雙搖桿機(jī)構(gòu)4、滑桿機(jī)構(gòu)空白演示導(dǎo)入稻草人是農(nóng)人為守護(hù)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?yàn)橛玫静葑龅墓式衅洹暗静萑恕薄?5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(duì)運(yùn)動(dòng)的零件安裝兩個(gè)螺母時(shí)有右圖兩種方法。不管是哪種結(jié)構(gòu)，都需要做到第一個(gè)螺母不擰到最緊，第二個(gè)螺母擰到最緊。要達(dá)到這個(gè)要求，雙螺母的安裝最少需要兩個(gè)扳手，或是扳手和鉗子的配合。將第一個(gè)螺母擰到合適位置后，使用扳手固定住，第二個(gè)螺母用扳手旋轉(zhuǎn)和第一個(gè)螺母固定到最緊，這個(gè)過程中扳手要固定住第一個(gè)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(jī)構(gòu)，連接處需要使用雙螺母。俯視圖側(cè)面圖知識(shí)點(diǎn)皮帶傳動(dòng)是兩個(gè)傳動(dòng)輪之間有一定距離，能夠產(chǎn)生連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將力從一個(gè)傳動(dòng)輪傳導(dǎo)到另外一個(gè)傳動(dòng)輪的傳動(dòng)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(diǎn)像搗藥罐，有一個(gè)棒槌、一個(gè)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(jī)。06舂米機(jī)模型搭建Goodmaker創(chuàng)客工作室軸上的模板在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而舂臼在作間歇性往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，舂臼槌隨之上下擺動(dòng)。這種由凸輪帶動(dòng)從動(dòng)件將勻速圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇性往復(fù)擺動(dòng)的機(jī)構(gòu)叫做凸輪機(jī)構(gòu)。課后習(xí)題舂米機(jī)使用的機(jī)械機(jī)構(gòu)？

9、答：凸輪機(jī)構(gòu)。知識(shí)點(diǎn)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)建組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪的優(yōu)點(diǎn)：要設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)膱D論輪擴(kuò)，就快要使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊并且設(shè)計(jì)方便；動(dòng)作準(zhǔn)確可靠。凸輪的缺點(diǎn)：凸輪為高副接觸（點(diǎn)或者線接觸）壓強(qiáng)較大，任意磨損；凸輪輪廓加工困難，費(fèi)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(jī)構(gòu)來做烏龜?shù)乃闹?，每一只腳是一個(gè)凸輪，地面作為從動(dòng)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(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，它一般為主動(dòng)件，作等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。從動(dòng)

10、件一般為長(zhǎng)桿型，作為傳遞動(dòng)力和實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的構(gòu)件。從動(dòng)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)件直線運(yùn)動(dòng)或者擺動(dòng)的最大距離叫做行程。凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的快慢。但是從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)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(dòng)件運(yùn)動(dòng)的改變。課后習(xí)題烏龜機(jī)器人使用了哪種機(jī)械機(jī)構(gòu)？答：凸輪機(jī)構(gòu)。側(cè)面圖俯視圖知識(shí)點(diǎn)探索從近幾年工程機(jī)械的發(fā)展來看，挖掘機(jī)的發(fā)展相對(duì)較快，已經(jīng)成為工程建設(shè)中最主要的機(jī)械之一。08挖掘機(jī)模型搭建正面圖Goodmaker創(chuàng)客工作室連桿機(jī)構(gòu)指由若干（兩個(gè)以上）有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)建用低副聯(lián)接組成的機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)

11、是所有構(gòu)建都在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。下圖連桿機(jī)構(gòu)左側(cè)紅色長(zhǎng)桿為主動(dòng)桿，當(dāng)它繞一點(diǎn)擺動(dòng)時(shí)，依次帶動(dòng)后面長(zhǎng)桿，最終帶動(dòng)右側(cè)藍(lán)色長(zhǎng)桿左右移動(dòng)。課后習(xí)題挖掘機(jī)使用了哪些機(jī)械機(jī)構(gòu)？答：連桿機(jī)構(gòu)。側(cè)面圖1俯視圖底部圖知識(shí)點(diǎn)動(dòng)臂鏟斗挖掘機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、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(dòng)臂、斗桿、鏟斗等三部分連接而成，在機(jī)械上被稱為連桿機(jī)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(shí)，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(yùn)動(dòng)使用的是齒輪裝置，通過齒輪之間的嚙合將運(yùn)

12、動(dòng)傳遞出去。那么游樂場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)杯子如何實(shí)現(xiàn)同時(shí)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(yùn)動(dòng)。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?yàn)樽晕飨驏|。課后習(xí)題旋轉(zhuǎn)杯子運(yùn)用了哪種傳動(dòng)裝置？答：皮帶傳動(dòng)。側(cè)面圖俯視圖知識(shí)點(diǎn)自轉(zhuǎn)是物件自行旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，物件會(huì)沿著一條穿越身件本身的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這條軸被稱為自轉(zhuǎn)軸。旋轉(zhuǎn)杯子實(shí)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(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)之外，它們的轉(zhuǎn)動(dòng)軸還隨著支架（稱為行星架）繞其他齒輪的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。繞自己軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為自轉(zhuǎn)，繞其他齒輪軸線的1轉(zhuǎn)動(dòng)稱為公轉(zhuǎn)，就像太陽(yáng)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(shí)？答：行星的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)。導(dǎo)入腳踏式縫紉機(jī)，下面通過腳的踩動(dòng)，帶動(dòng)與其連接的滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，滑輪通過皮帶裝置帶動(dòng)上方的滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離傳遞動(dòng)力；而滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)模型搭建正面圖Goodmaker創(chuàng)客工作室電動(dòng)式縫紉機(jī)，直接將電機(jī)軸上帶動(dòng)的滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jī)構(gòu)（曲柄連桿機(jī)構(gòu)）：主動(dòng)桿做勻速圓周運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)搖桿做往復(fù)擺動(dòng)；反之搖桿作為主動(dòng)件做往復(fù)擺動(dòng)帶動(dòng)曲柄做圓周運(yùn)動(dòng)課后習(xí)題電動(dòng)縫紉機(jī)使用了哪些機(jī)械機(jī)構(gòu)？答：曲柄連桿機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)鏈裝置、滑桿機(jī)構(gòu)。俯視圖知識(shí)點(diǎn)在腳踏式縫紉機(jī)的踏板處使用的機(jī)械

14、結(jié)構(gòu)為曲柄（搖桿）連桿機(jī)構(gòu)。通過腳步用力，使踏板作擺動(dòng)，帶動(dòng)滑輪作圓周運(yùn)動(dòng)。在這里，踏板是搖桿并作為主動(dòng)件，滑輪是曲柄作為從動(dòng)件。 凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等這些機(jī)構(gòu)可以將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為從動(dòng)件間歇性或者周期性的運(yùn)動(dòng)，像這樣的機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。導(dǎo)入六足機(jī)器人又叫蜘蛛機(jī)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(jī)器人Goodmaker創(chuàng)客工作室差速運(yùn)動(dòng)控制（如何轉(zhuǎn)彎）六足機(jī)器人的轉(zhuǎn)向原理為差速轉(zhuǎn)向。當(dāng)一個(gè)機(jī)器人中兩側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度不同時(shí)，可實(shí)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(jī)器人前進(jìn)，兩邊電機(jī)以同樣速度向前轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，六足機(jī)器人會(huì)向前。如下圖（a）。當(dāng)左側(cè)電機(jī)向前速度100，右側(cè)電機(jī)向前速度200時(shí)，六足機(jī)器人會(huì)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(jī)的速度被設(shè)置為0時(shí)，電機(jī)會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將右邊電機(jī)的速度設(shè)置為200，電機(jī)的方向會(huì)向前轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)六足機(jī)器人會(huì)向左轉(zhuǎn)。如下圖（c）。知識(shí)點(diǎn)三角步態(tài)是什么樣子呢？六足昆蟲行走時(shí)，將三對(duì)足分成兩組，每組三只足，以三角形支架結(jié)構(gòu)交替前進(jìn)（如下圖）。分組情況為：左側(cè)的前后足及右側(cè)中