離心泵的基本原理和結(jié)構(gòu)講稿(二)中小學(xué)?機(jī)器人教學(xué)?中應(yīng)注重的?基本結(jié)構(gòu)原?理和機(jī)械?原理近年?來以機(jī)器人?競(jìng)賽為動(dòng)力?，以培養(yǎng)學(xué)?生的動(dòng)手能?力、創(chuàng)新思?維能力為目?標(biāo)的中小學(xué)?機(jī)器人活動(dòng)?在我市許多?學(xué)校相繼開?展了。機(jī)器?人教學(xué)作為?中小學(xué)信息?技術(shù)課程的?發(fā)展方向，?越來越受到?重視。機(jī)?器人科學(xué)是?集機(jī)械、結(jié)?構(gòu)、動(dòng)力、?電路、傳感?器、控制、?算法等為一?體的新興學(xué)?科，所以機(jī)?器人從宏觀?上又分為了?機(jī)器人硬件?和機(jī)器人軟?件兩個(gè)部分?。機(jī)器人硬?件活動(dòng)主要?培養(yǎng)鍛煉學(xué)?生的動(dòng)手與?實(shí)踐能力，?在我的機(jī)器?人興趣小組?活動(dòng)中，每?節(jié)課我都會(huì)?安排一定時(shí)?間讓學(xué)生動(dòng)?手搭建機(jī)器?人的機(jī)械結(jié)?構(gòu)和傳感器?電路，讓他?們熟練使用?常用的工具?，比如鉗子?、螺絲刀、?剝線鉗、萬?用表等。課?堂最后讓學(xué)?生自己調(diào)試?程序，觀察?機(jī)器人的運(yùn)?行情況，然?后修改完善?程序。在不?知不覺中，?學(xué)生的動(dòng)手?能力得到了?很大的提高?。機(jī)器人軟?件部分主要?涵蓋程序的?編寫，機(jī)器?人的運(yùn)行是?程序執(zhí)行的?結(jié)果，學(xué)生?通過編寫程?序讓機(jī)器人?按照任務(wù)要?求完成某一?個(gè)動(dòng)作，這?個(gè)程序是事?先在學(xué)生的?大腦中“執(zhí)?行”過的。?程序從簡(jiǎn)單?到復(fù)雜，從?單一到多元?，學(xué)生的邏?輯思維能力?可以得到很?好的鍛煉和?提高。在?中小學(xué)階段?機(jī)器人教學(xué)?中是以機(jī)器?人硬件（及?結(jié)構(gòu)、機(jī)械?、動(dòng)力等）?為主，還是?以機(jī)器人軟?件（及機(jī)器?人程序的編?寫）為主呢?。首先興趣?是一個(gè)人最?好的老師，?在中小學(xué)階?段培養(yǎng)學(xué)生?對(duì)機(jī)器人科?學(xué)的興趣是?最主要的前?提和目標(biāo)，?所以根據(jù)中?小學(xué)生現(xiàn)階?段發(fā)展特點(diǎn)?，讓學(xué)生?參與各種機(jī)?器人的興趣?活動(dòng)，在興?趣活動(dòng)中讓?學(xué)生自己動(dòng)?手實(shí)踐，設(shè)?計(jì)制作機(jī)器?人這樣能更?有效的提高?學(xué)生對(duì)機(jī)器?人的學(xué)習(xí)興?趣。在機(jī)?器人硬件中?也包含了機(jī)?械、結(jié)構(gòu)、?動(dòng)力、電路?、傳感器等?各類知識(shí)。?在中小學(xué)階?段的機(jī)器人?教學(xué)中如何?讓學(xué)生掌握?這些知識(shí)是?我們應(yīng)該深?入研究的。?不管是多么?復(fù)雜精密的?機(jī)械和結(jié)構(gòu)?，都是從最?基本的機(jī)械?和結(jié)構(gòu)原理?發(fā)展而來的?。就像我們?在大學(xué)學(xué)到?的數(shù)學(xué)知識(shí)?也是從小學(xué)?的1+1最?簡(jiǎn)單的基本?知識(shí)積累而?來一樣。所?以掌握最基?本的原理_?__更有助?于為學(xué)生打?下良好的基?礎(chǔ)。我于?___年開?始從事青少?年機(jī)器人創(chuàng)?新實(shí)踐活動(dòng)?的教學(xué)工作?，根據(jù)多年?的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)?總結(jié)了一些?在中小學(xué)階?段應(yīng)該讓學(xué)?生掌握的最?基本的結(jié)構(gòu)?原理和機(jī)械?原理。一?、基本結(jié)構(gòu)?原理1、?平衡和重心?。平衡是兩?個(gè)或兩個(gè)以?上的力作用?于一個(gè)物體?上，各個(gè)力?互相抵消，?使物體成相?對(duì)的靜止?fàn)?態(tài)。亦泛指?平穩(wěn)，穩(wěn)定?。重心是一?個(gè)物體的各?部分都要受?到重力的作?用。從效果?上看，我們?可以認(rèn)為各?部分受到的?重力作用集?中于一點(diǎn)，?這一點(diǎn)叫做?物體的重心?。如何使機(jī)?器人的平衡?達(dá)到最佳狀?態(tài)，是個(gè)很?重要的問題?。由于機(jī)器?人臂桿的重?心不通過其?轉(zhuǎn)軸，因而?產(chǎn)生偏重力?矩，它隨著?機(jī)器人臂桿?運(yùn)動(dòng)的位置?、速度以及?加速度的不?同不斷變化?。這對(duì)機(jī)器?人的運(yùn)動(dòng)學(xué)?、動(dòng)力學(xué)特?性都有很大?的影響，因?此，機(jī)器人?應(yīng)具有良好?的平衡。良?好的平衡對(duì)?改善和提高?機(jī)器人的性?能起著至關(guān)?重要的作用?。首先平衡?有利于控制?和改善機(jī)器?人的動(dòng)力學(xué)?特性，提高?運(yùn)行精度，?其次，還可?以減少傳?動(dòng)載荷和摩?擦力。在我?們的實(shí)際教?學(xué)中經(jīng)常出?現(xiàn)這樣的情?況。第一?機(jī)器人在直?線行走的過?程中始終會(huì)?出現(xiàn)左偏或?右偏的情況?。第二機(jī)?器人在上坡?過程中出現(xiàn)?翻倒情況。?第三機(jī)器?人臂桿在運(yùn)?動(dòng)過程中出?現(xiàn)翻倒情況?。以上情況?都和機(jī)器人?平衡狀態(tài)不?好有關(guān)，平?衡不好造成?機(jī)器人重心?偏移，機(jī)器?人在運(yùn)動(dòng)過?程中就會(huì)出?現(xiàn)這樣或那?樣的問題，?所以應(yīng)將平?衡和重心的?概念貫穿整?個(gè)機(jī)器人的?教學(xué)過程。?2、力量?。力是物體?之間的相互?作用，是使?物體獲得加?速度和發(fā)生?形變的外因?。力有三個(gè)?要素，即力?的大小、方?向和作用點(diǎn)?。在我們的?機(jī)器人運(yùn)動(dòng)?過程中會(huì)出?現(xiàn)各種各樣?的力，在其?中最重要的?是動(dòng)力和摩?擦力。機(jī)器?人的動(dòng)力在?我們的中小?學(xué)機(jī)器人活?動(dòng)中主要是?由各種類型?的馬達(dá)來提?供。如現(xiàn)在?常用的馬達(dá)?和伺服馬達(dá)?，馬達(dá)即我?們通常說的?直流馬達(dá)在?機(jī)器人運(yùn)動(dòng)?中主要提供?前進(jìn)（馬達(dá)?正轉(zhuǎn)）、后?退（馬達(dá)反?轉(zhuǎn)）和剎車?（馬達(dá)停轉(zhuǎn)?）功能。伺?服馬達(dá)本質(zhì)?上是一個(gè)可?定位的馬達(dá)?，主要用作?運(yùn)動(dòng)方向的?控制部件。?當(dāng)伺服馬達(dá)?接受到一個(gè)?位置指令時(shí)?，它就會(huì)運(yùn)?動(dòng)到指定的?位置，成為?一個(gè)可控的?運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，?具有大扭力?、控制簡(jiǎn)單?的特點(diǎn)，可?適用于創(chuàng)意?、人形機(jī)器?人模型、航?模等需精確?定位的項(xiàng)目?。當(dāng)然不管?是馬達(dá)還是?伺服馬達(dá)如?何運(yùn)用最終?還是要根據(jù)?機(jī)器人的設(shè)?計(jì)來確定。?如直流馬達(dá)?通過一些機(jī)?械裝置和程?序的設(shè)計(jì)也?能實(shí)現(xiàn)伺服?馬達(dá)的精確?定位功能。?摩擦力是兩?個(gè)表面接觸?的物體相互?運(yùn)動(dòng)時(shí)或有?運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)?互相施加的?一種物理力?。在我們的?機(jī)器人運(yùn)動(dòng)?中摩擦力有?時(shí)需要加大?有時(shí)需要避?免，如機(jī)器?人在上坡和?轉(zhuǎn)彎過程中?應(yīng)增加摩擦?力，在一些?機(jī)械連動(dòng)裝?置中應(yīng)減小?或避免摩擦?力。讓學(xué)生?認(rèn)識(shí)各種?各樣的力有?助于學(xué)生對(duì)?機(jī)器人的設(shè)?計(jì)和制作，?更能幫助學(xué)?生掌握這種?最基本的物?理知識(shí)。?3、___?和軸。__?_，是用不?同材料制成?的圓形滾動(dòng)?物體。簡(jiǎn)單?來說，它包?括___的?外圈、與外?圈相連接的?輻條和中心?軸。透過滾?動(dòng)，___?可以極大的?減少與接觸?面的磨擦系?數(shù)。軸，是?穿在軸承中?間或車輪中?間或齒輪中?間的物件。?軸是支承轉(zhuǎn)?動(dòng)零件并與?之一起回轉(zhuǎn)?以傳遞運(yùn)動(dòng)?、扭矩或彎?矩的機(jī)械零?件。機(jī)器中?作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?的零件就裝?在軸上。在?我們的機(jī)器?人制作過程?中學(xué)生往往?只注重__?_的選擇和?___，而?忽略了軸的?重要性。（?范本）如在?我的機(jī)器人?活動(dòng)中經(jīng)常?出現(xiàn)這樣的?情況，學(xué)生?選擇了兩個(gè)?最大的__?_在___?過程中用一?根軸將兩個(gè)?___和兩?個(gè)馬達(dá)連接?在一起，機(jī)?器人運(yùn)動(dòng)過?程中當(dāng)兩個(gè)?馬達(dá)運(yùn)動(dòng)方?向相同時(shí)機(jī)?器人能動(dòng)，?但當(dāng)兩個(gè)馬?達(dá)運(yùn)動(dòng)方向?相反或有差?異時(shí)機(jī)器人?就會(huì)出現(xiàn)問?題。所以應(yīng)?對(duì)學(xué)生強(qiáng)調(diào)?___的轉(zhuǎn)?動(dòng)是由于軸?轉(zhuǎn)動(dòng)而傳遞?出的動(dòng)力。?二、基本?機(jī)械原理?在中小學(xué)的?機(jī)器人活動(dòng)?中齒輪是使?用最廣變化?組合最豐富?的機(jī)械零件?。首先，齒?輪是輪緣上?有齒能連續(xù)?嚙合傳遞運(yùn)?動(dòng)和動(dòng)力的?機(jī)械元件。?其次，齒輪?是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)?動(dòng)從一根軸?傳遞到另一?根軸的裝置?。在中小學(xué)?機(jī)器人活動(dòng)?中讓學(xué)生掌?握一些齒輪?使用的基本?原理和基本?組合，能豐?富我們的機(jī)?器人教學(xué)活?動(dòng)。1、?齒數(shù)比。只?要數(shù)出每個(gè)?齒輪的齒數(shù)?，用輸出齒?輪的齒數(shù)除?以輸入齒輪?的齒數(shù)，我?們就能計(jì)算?出齒數(shù)比。?例如，輸入?齒輪是__?_個(gè)齒、輸?出齒輪是_?__個(gè)齒，?那么齒數(shù)比?就是24/?8=3。標(biāo)?準(zhǔn)表達(dá)方法?是用與1?相比較的帶?分號(hào)表達(dá)式?，寫成3。?1。齒數(shù)?比3。1是?什么意思呢?。首先，這?是軸的轉(zhuǎn)速?比，齒數(shù)少?的齒輪轉(zhuǎn)的?更快些，在?這個(gè)例子里?，8齒齒輪?的速度是2?4齒齒輪的?___倍。?其次，扭矩?比與齒數(shù)比?是反比例關(guān)?系，在這個(gè)?例子里，8?齒齒輪的扭?矩是24齒?齒輪的1/?3。當(dāng)你?使用齒輪提?高轉(zhuǎn)速時(shí)，?扭矩會(huì)減小?，這叫做“?齒輪增速”?，可以用這?種方式來保?護(hù)下游的組?件，使其免?受電機(jī)大扭?矩的沖擊，?也能增加機(jī)?器人的速度?。當(dāng)使用齒?輪降低轉(zhuǎn)速?時(shí)，扭矩會(huì)?增大，這叫?做“齒輪減?速”，可以?使用這種方?法增加機(jī)器?人力量，如?利用小電機(jī)?或曲柄來提?升重物。在?我們的生活?中汽車上坡?___要用?低速檔，平?路要用高速?檔也是這個(gè)?道理。有時(shí)?，我們也會(huì)?選擇既不增?速、也不減?速，只是使?用齒輪將扭?矩從一點(diǎn)傳?遞到另一點(diǎn)?，在這一過?程中轉(zhuǎn)速和?扭矩都不會(huì)?發(fā)生變化。?2、直齒?輪：直齒輪?用于兩根平?行的軸上。?下圖中，_?__在綠色?軸上的灰色?齒輪是驅(qū)動(dòng)?輪，___?在黃色軸上?的紅色齒輪?是從動(dòng)輪。?注意，這兩?個(gè)齒輪的速?度比是3：?2，這和它?們的齒數(shù)比?24：16?是一樣的。?再注意，齒?輪上每個(gè)齒?的輪廓不是?平直的，我?們稱之為漸?開線，這種?形狀可以使?齒輪做相對(duì)?的轉(zhuǎn)動(dòng)，而?不是滑動(dòng)，?這樣可以最?大限度地減?少摩擦力，?提高傳動(dòng)效?率。我們還?會(huì)看到，每?根軸都有兩?個(gè)支撐作用?。一般來說?，每根軸至?少需要__?_個(gè)軸承支?撐來平衡齒?輪的載荷。?軸承越靠近?齒輪，其支?撐作用就越?有效。在齒?輪的兩側(cè)設(shè)?置支撐軸承?（就像藍(lán)色?的磚塊）效?果要好于把?軸承設(shè)置在?齒輪的一側(cè)?。一對(duì)直齒?輪的作用?之一，就是?讓輸出軸與?輸入軸以反?方向做旋轉(zhuǎn)?運(yùn)動(dòng)。直齒?輪是我們?cè)?機(jī)器人制作?中最常見的?齒輪組合。?3、錐齒?輪。錐齒輪?用在兩根軸?不平行的情?況中。錐齒?輪可以在兩?根軸成任意?角度的情況?下使用。下?圖中，__?_在黃色軸?上的紅色齒?輪是驅(qū)動(dòng)輪?，___在?綠色軸上的?藍(lán)色齒輪是?從動(dòng)輪。兩?個(gè)齒輪的齒?數(shù)相同，這?兩根軸的轉(zhuǎn)?動(dòng)速度也相?同。錐齒輪?的輪齒形狀?復(fù)雜，在支?撐軸上產(chǎn)生?的力也很復(fù)?雜。因此，?相對(duì)于直齒?輪來說，在?錐齒輪的支?撐軸上使用?合適的軸承?更為重要。?一般來說，?每根軸至少?需要___?個(gè)軸承支撐?來平衡齒輪?的載荷。軸?承越靠近齒?輪，其支撐?作用就越有?效。下圖中?，使用了一?個(gè)特殊的齒?輪箱來實(shí)現(xiàn)?這個(gè)支撐作?用。在我們?的機(jī)器人活?動(dòng)中如果要?改變動(dòng)力的?輸出方向就?要使用錐齒?輪。4、?渦輪?？梢?把渦輪想象?成只有__?_個(gè)齒的齒?輪。在我們?的機(jī)器人?中渦輪是與?直齒輪配合?使用的，兩?根軸相互垂?直。渦輪具?有一些和其?他齒輪不同?的特性。首?先，渦輪只?有___個(gè)?齒，渦輪組?的齒數(shù)比就?是配合齒輪?的齒數(shù)，如?，___個(gè)?渦輪和40?齒的直齒輪?配合使用，?齒數(shù)比就是?40：1，?因此使用渦?輪可以實(shí)現(xiàn)?很大程度的?減速。其次?，與其它齒?輪相比，渦?輪的摩擦力?較大（傳動(dòng)?效率也較低?），這是因?為渦輪的齒?面與相配合?的齒輪齒面?之間是滑動(dòng)?摩擦，負(fù)載?越大，摩擦?力也越大。?最后，渦輪?不能被反向?驅(qū)動(dòng)。下圖?中，是綠色?軸上的蝸輪?在驅(qū)動(dòng)紅色?軸上的藍(lán)色?直齒輪，但?是如果你轉(zhuǎn)?動(dòng)紅色軸，?蝸輪是無法?被驅(qū)動(dòng)的。?這個(gè)特點(diǎn)在?需要鎖止位?置的場(chǎng)合很?有用，比如?升降閘門時(shí)?。5、齒?條?？梢园?齒條理解為?將一個(gè)直齒?輪展平。使?用齒條，可?以把直齒輪?或小齒輪的?旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)?換成直線運(yùn)?動(dòng)。這里沒?有傳統(tǒng)意義?上的齒數(shù)比?，但驅(qū)動(dòng)輪?的齒數(shù)越少?，傳遞給齒?條的功率就?越大。齒條?的橫向移動(dòng)?距離與小齒?輪的齒數(shù)成?正比。齒條?一般被用于?小車的轉(zhuǎn)向?控制結(jié)構(gòu)中?，也會(huì)被用?于其他方面?，如吊車的?伸縮吊臂中?。當(dāng)然在?工業(yè)應(yīng)用中?，還有其它?幾十種不同?形式的齒輪?和更加精密?復(fù)雜的齒輪?組合。在中?小學(xué)機(jī)器人?活動(dòng)中，我?們也可以使?用以上簡(jiǎn)單?的機(jī)械原理?設(shè)計(jì)出復(fù)雜?的機(jī)械結(jié)構(gòu)?。如下圖中?的4速變速?箱。從接?觸機(jī)器人到?現(xiàn)在，我和?學(xué)生們利用?這些結(jié)構(gòu)和?機(jī)械的基本?原理，設(shè)計(jì)?制作出了各?種各樣有趣?的機(jī)器人實(shí)?現(xiàn)了很多有?趣的任務(wù)。?從機(jī)器人的?活動(dòng)中我深?刻體會(huì)到這?項(xiàng)活動(dòng)為我?們的中小學(xué)?生帶來了什?么。開拓?與創(chuàng)新。孩?子往往是沒?有束縛，最?有創(chuàng)造力的?。而我們正?是要鼓勵(lì)他?們創(chuàng)新，幫?助他們?nèi)?shí)?現(xiàn)。在學(xué)生?由一個(gè)想法?到完成制作?的過程中，?我們也鼓勵(lì)?他們開拓全?新的領(lǐng)域，?設(shè)計(jì)或趣味?或?qū)嵱玫男?型機(jī)