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1、机械及模型 二级 1 智能育人非凡未来 目录 第一章 二级标准第二章 机器人发展第三章 力第四章 棘轮机构第五章 曲柄机构第六章 皮带传动第七章 凸轮机构第八章 连杆机构第九章 间歇运动机构 2 智能育人非凡未来 第一章 二级标准 科目 机械结构搭建 机器人常用知识 形式 机械结构搭建采用实际操作的形式 机器人常用知识采用上机考试形式 一 实践部分1 熟练连接独立的电池盒 开关以及电机2 了解凸轮 滑杆 棘轮 曲柄 连杆等特殊结构3 掌握电机的应用 能够连接电机完成一定任务 完成旋转 往复 摇摆等动作 3 智能育人非凡未来 二 理论部分1 了解中国及世界机器人领域的重要历史事件2 了解机器人领
2、域重要的科学家3 了解重要的机器人理论及相关人物4 掌握凸轮 滑杆 棘轮 曲柄 蜗轮蜗杆等特殊结构在生活中的应用5 掌握如何区分不同的曲柄连杆机构6 了解电机的工作原理7 了解摩擦力的产生条件和分类8 了解凸轮机构中从动件的运动轨迹 4 智能育人非凡未来 第二章 机器人发展 大千世界 万事万物都遵循着从无到有的 从低级到高级的发展规律 机器人也不例外 5 智能育人非凡未来 古代机器 机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事 然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史 人类希望制造一种像人一样的机器 以便代替人类完成各种工作 西周时期 中国的能工巧匠偃师用动物皮
3、木头 树脂制出了能歌善舞的伶人 这是中国最早记载的木头机器人雏形 公元前2世纪 亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人 自动机 它是以水 空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像 它可以自己开门 还可以借助蒸汽唱歌 6 智能育人非凡未来 汉代 大科学家张衡不仅发明了地动仪 而且发明了计里鼓车 计里鼓车每行一里 车上木人击木马车鼓一下 每行十里击钟一下 后汉三国时期 蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了 木牛流马 并用其运送军粮 支援前方战争 7 智能育人非凡未来 机器人领域重要的科学家 理论及相关人物 1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷尔 恰佩克在他的科幻小说 罗萨姆的万能机器人 中 根据Robota和Ro
4、botnik两个单词 创造出了 Robot 机器人这个词 从此之后机器人在历史舞台上拉开了序幕 1939年 美国西屋电气公司制造出家用机器人 它由电缆控制 可以行走 会说话 甚至可以抽烟 让人们对家用机器人更加憧憬 8 智能育人非凡未来 1942年 美国科幻巨匠阿西莫夫在的科幻小说中提出 机器人三大定律 1 机器人不应伤害人类 2 机器人应遵守人类的命令 与第一条违背的命令除外 3 机器人应能保护自己 与前两条条相抵触者除外 这是给机器人赋予的伦理性纲领 机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则 9 智能育人非凡未来 1948年诺伯特维纳出版 控制论 阐述了机器中的通信和控制机能与人的神
5、经 感觉机能的共同规律 率先提出以计算机为核心的自动化工厂 1954年美国人乔治德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人并注册了专利 这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作 1959年美国发明家约瑟夫 英格伯格和德沃尔制造出第一台工业机器人 随后 成立了世界上第一家机器人制造工厂 Unimation公司 约瑟夫英格伯格被称为 工业机器人之父 1966年斯坦福大学人工智能研究中心发明了谢克机器人 ShakeTheRobot 它是第一台移动机器人 它被赋予了有限的观察和环境建模能力 控制它的计算机要填满整个房间 1969年日本的机器人专家森昌出了 恐怖谷理论 人形玩具或机器人的仿真度越高 超过95
6、 人们越有好感 但当超过一个临界点时 这种好感度会突然降低 越像人越反感恐惧 直至谷底 称之为恐怖谷 正因为如此 许多机器人专家在制造机器人时 都尽量避免 机器人 外表太过人格化 以求避免跌入 恐怖谷陷阱 10 智能育人非凡未来 目前正在研究的 智能机器人 属于第几代机器人 A 第一代机器人 B 第二代机器人 C 第三代机器人 D 第四代机器人 答案 C机器人三定律由谁提出 A 美国科幻家艾萨克 阿西莫夫B 乔治 德沃尔C 意大利作家卡洛 洛伦齐尼D 捷克剧作家卡尔 恰佩克答案 A 11 智能育人非凡未来 1966年谢克机器人诞生 关于谢克机器人说法正确的是 A 第一台潜水机器人B 第一台飞行
7、机器人C 第一台防水机器人D 第一台移动机器人答案 D根据史料记载 三国时期诸葛亮发明了一种用来运送军用物资的机器人 名为A 记里鼓车B 指南车C 木牛流马D 千里船答案 C 12 智能育人非凡未来 第三章 力 力的概念很抽象 我们一般根据力的作用效果来认识力 力的作用效果有 1 改变物体的运动状态 速度 2 改变物体的形状力的表示符号一般为F 力的单位是牛顿N 常见的力有重力 摩擦力 弹力等 13 智能育人非凡未来 力的三要素影响力的效果不同的三个重要因素 1 大小2 方向3 作用点力的示意图要标明大小 方向 作用点 a 与 b 力的作用效果和力的大小有关 a 与 c 力的作用效果和力的方向
8、相关 a 与 d 力的作用效果和力的作用点相关 14 智能育人非凡未来 二力平衡 运动状态不发生改变 静止或者匀速直线平衡条件 作用点上各个力的矢量和为0 两个力大小相同 方向相反 同一个物体 同一直线 15 智能育人非凡未来 两个相互接触的物体 当它们发生相对运动或者具有相对运动趋势时 在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力 这种力叫做摩擦力 摩擦力的产生需要两个条件 第一是至少需要两个相互接触的物体 第二是物体之间要发生相对的运动或者是相对运动趋势 而摩擦力的方向是阻碍物体相对运动的方向 根据物体的运动状态又分为静摩擦力 滑动摩擦力以及滚动摩擦力 16 智能育人非凡未来 静摩擦力 当相互接触
9、的物体之间没有相对的移动 只有相对运动趋势时 在接触面上产生的摩擦力称为静摩擦力 静摩擦力的大小是不能直接得到的 不过我们可以根据力的平衡来计算 静摩擦时 虽然有运动趋势 但没有运动 所以物体是相对静止的 静止的物体是受力平衡的 可以根据力的平衡条件求得静摩擦力 这需要知道物体上的其他力的大小和方向 而静摩擦力的方向是与其他作用在物体上力的总和的方向相反的 17 智能育人非凡未来 当物体上的外力过大 超过接触面能产生的最大静摩擦力时 两物体就会发生相对的滑动 此时摩擦力变为滑动摩擦力 最大静摩擦的大小要大于滑动摩擦力 滑动摩擦力 两个相互接触的物体 当它们发生相对运动时 在接触面上会产生一种阻
10、碍相对运动的力称为滑动摩擦力 滑动摩擦力的大小等于摩擦因数乘以压力 而摩擦因素与物体表面的粗糙程度有关 18 智能育人非凡未来 滚动摩擦力 当一物体在另一物体表面做无滑动的滚动或有滚动的趋势时 在接触面上产生的阻碍滚动的摩擦力称为滚动摩擦力 前面我们说到现在的轮胎上都是有花纹的 这些花纹主要是为了让轮胎增加与地面之间的摩擦 防止打滑 一般情况下 物体之间的滚动摩擦力远小于滑动摩擦力 只有滑动摩擦力的1 40到1 60 所以在地面滚动物体比推着物体滑动省力得多 19 智能育人非凡未来 重力是我们生活中无时无刻都存在的一种力 是由于地球的吸引而受到的力 表示符号 G重心 地球吸引物体的每一个部分
11、但是对于整个物体 重力作用的表现就好像它作用在物体的一个点上 这个点就是物体的重心 质地均匀外形规则的物体的中心 很容易确定 重力的大小 G mg重力 质量 重力加速度g 9 8N Kg重力的方向 指向地心 竖直向下 20 智能育人非凡未来 电机是将电能转化为机械能的转动装置 根据供电方式不同可以分为直流电机和交流电机 使用直流电源供电的电动机就是直流电机 使用交流电源供电的电动机称为交流电机 21 智能育人非凡未来 轮子的作用是将滑动摩擦转变为滚动摩擦 从而减少摩擦力 使物体能够在其表面上移动较长距离 答案 正确分数 2题型 判断题在相同斜面上 有两个重量不相等的物体同时下滑A 重量大的物体
12、向下的压力大B 重量小的物体向下的压力大C 重量大的物体滑行的距离近D 重量小的物体滑行的距离远答案 A题型 单选题已知物体静止在斜面上 请问物体受到哪些力A 自身的重力B 斜面对物体的支持力C 物体受到的摩擦力D 以上都是答案 D题型 单选题 22 智能育人非凡未来 前轮驱动优点 1 增加内部空间 前驱车没有传动轴 所以在空间的利用上有更多的余地 2 造价低 效率高 组件少而且集中 并且由于动力传递直接 减少了损耗 运转效率更高 3 减轻重量 前驱车的机械组件少而且简单 所以能减轻不少重量 前轮驱动缺点 1 操控性差 由于发动机和驱动系统等主要部件都集中在车辆前部 车辆后部配重较轻 后轮很容
13、易失去抓地力 尤其是在湿滑的路面上 2 转向不足 由于前轮同时承担了转向和驱动的功能 因此先天具有转向不足的问题 高速过弯转向不足尤为明显 3 前桥负荷过大 影响舒适性 前驱车前轮既要负责驱动又要负责转向 并且由于车辆前部配重较大 前轮的磨损更严重 加速或制动时对前桥的负担过重 抬头和点头现象更明显 影响乘坐的舒适性 23 智能育人非凡未来 后轮驱动优点 1 操控性好 后轮负责驱动 令前轮可专注于转向工作 因此转向时的车辆反应更加敏捷 2 起步加速表现好 舒适度高 车辆汽车起步 加速或爬坡时重心后移 后轮作为驱动轮抓地力增强 有利于车辆起步 加速或爬坡 提供更好的行驶稳定性和舒适度 3 维修容
14、易 简化了操纵机构的布局和转向机构的结构 便于车辆的保养和维修 缺点1 成本较高 空间利用不便 后驱车部件多 组装复杂 生产成本相对较高 2 牵引力不足 转向过度 后驱车在过弯时 由于减速重心前移 后轮抓地力减小 很容易导致转向过度 即一般所说的 甩尾 3 动力损耗较大 由于发动机产生的动力需要多经过传动轴这一步才能传递到驱动轮 因此对于动力的损耗必然较前驱车大 一般的使用表现是后驱车较前驱车更废油一些 24 智能育人非凡未来 第四章 棘轮机构 由棘轮和棘爪组成的一种单向间歇运动机构叫做棘轮机构 棘轮机构用来将连续转动或往复运动转换成单向步进运动 25 智能育人非凡未来 典型的棘轮机构由四部分
15、组成 如图所示分别为 棘轮 主动棘爪 止回棘爪 主动摆杆 主动件空套在与棘轮固连的从动轴上 并与主动棘爪用转动副相联 当主动件顺时针方向摆动时 驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中 使棘轮跟着转过一定角度 此时 止回棘爪在棘轮的齿背上滑动 当主动件逆时针方向转动时 止回棘爪阻止棘轮发生逆时针方向转动 而驱动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过 所以 这时棘轮静止不动 因此 当主动件作连续的往复摆动时 棘轮便作单向的间歇运动 26 智能育人非凡未来 棘轮机构在生活中 工业机械中都有很多应用 比如 腰带 鱼线轮 棘轮扳手等 27 智能育人非凡未来 齿式棘轮机构 是棘轮带有轮齿的 棘爪可以插入棘轮的齿槽中 这种棘轮机构
16、的优点是结构简单 制造方便 动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现 缺点是动程只能作有级调节 噪音 冲击和磨损较大 故不适用于高速场合 28 智能育人非凡未来 摩擦式棘轮机构 用偏心扇形楔块代替齿式棘轮机构中的棘爪 以无齿摩擦代替棘轮 这种棘轮机构中 棘轮没有轮齿 棘爪控制棘轮反转靠摩擦力 摩擦式棘轮机构的优点是传动平稳 无噪音 动程可无级调节 缺点是靠摩擦力传动 会出现打滑现象 虽然可起到安全保护作用 但是传动精度不高 只适用于低速轻载的场合 29 智能育人非凡未来 外啮合棘轮机构 这种棘轮机构中 棘轮和棘爪啮合在外侧 它的特点是加工 安装和维修方便 应用较广 30 智能育人非凡未来 内啮合棘轮机构 棘轮的轮齿在棘轮的内侧 棘爪与之啮合在整个结构的内侧 这种棘轮机构的特点是结构紧凑 外形尺寸小 31 智能育人非凡未来 单动式棘轮机构 当主动件按某一个方向摆动时 才能推动棘轮转动 双动式棘轮机构 在主动摇杆向两个方向往复摆动的过程中 分别带动两个棘爪 两次推动棘轮转动 双动式棘轮机构常用于载荷较大 棘轮尺寸受限 齿数较少 而主动摆杆的摆角小于棘轮齿距的场合 双向式棘轮机构在制作时必
