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1、前 言目 录第一章 机器人世界 3 1.1 机器人的定义 3 1.2 机器人学科 4 1.3 机器人的学科 4第二章 教育机器人 6第三章 机器人的设计与制作 7 3.1 科学常识杠杆 7 3.1.1 基础知识 7 3.1.2 制作天平 8 3.2 科学常识齿轮12 3.2.1 基础知识 12 3.2.2 制作旋转木马 14 3.3 科学常识滑轮17 3.3.1 基础知识 17 3.3.2 制作起重机 18 3.4 科学常识直流电机25 3.4.1 基础知识 25 3.4.2 机器人设计与制作入门 27 3.4.3 设计与制作机器小车 34 3.5 科学常识伺服电机46 3.5.1 基础知识
2、46 3.5.2 设计与制作飞虫 47第一章 机器人世界1.1 机器人的定义辞典中所述，所谓的机器人是指“能够代替人类做事的自动装置或具有人类形态的机器”。生活中洗衣机、咖啡自动售货机、自动取款机等装置也可谓是机器人，因此，我们可将机器人简单定义如下：机器人是具有能够识别目标物体和使其运行的功能，并且按程序执行操作的自动机器。什么是机器人呢？机器人的基本特征：l 大脑：自动控制的程序l 身体：具有一定的结构形态l 动作：完成一定动作的能力机器人在我们生活中无处不在，并给我们的生活带来了极大的方便和乐趣。我们来认识一下这几个生活中的机器人。微波炉 自动取款机 红绿灯“机器人”名字的起源据说，“机
3、器人”这一单词来自捷克语中的“Robota”，即劳动的意思。“机器人”这一单词，最早出现在1920年捷克斯洛伐克作家恰佩克发表的科幻剧“Rossums Universal Robots（罗萨姆的万能机器人）”中，是小说中没有思想和情感的人造人中的主人公。它一出现就得到人们的普遍关注。现在“机器人”是帮助人们做事情，陪人们游戏或代替人们做危险工作的人物。但机器人初期出现在小说中时，却是反抗人类和给人们带来灾害的坏蛋。为了防止机器人伤害人类，美国的阿西莫夫在1940年的小说I，Robot（我，机器人）中提出了机器人三原则： 即1、机器人不得伤害人类，也不能看到人类受伤害而袖手旁观；2、机器人应服从
4、人的命令，但不得违反第一原则；3、机器人要保护自己，但不得违反第一、二原则。1.2 机器人学科机器人技术包括至少4门主要的学科分支：l 电气工程（电路和传感器）；l 机械工程及加工（齿轮、电动机和机身）；l 计算机科学（虚拟智能行为）；l 艺术（外观、风格和情趣）。1.3 机器人的结构机器人是如何构成的？机器人虽然是由多种配件构成的，但大致可分为4种。- 组织部：机器人的外型（身体，手，腿，脚，关节等）。- 传感器部：识别外部环境的部分（视觉传感器，声音传感器，嗅觉传感器，触觉传感器等）。- 控制部：判断识别到信息和抑制动作的部分（微型电脑）。- 驱动部：让机器人实际动作的部分（马达，液压装置
5、，空压装置等）。请思考：1、观察一下，我们周围生活中哪些是机器人？2、你心目中的机器人是什么样的？他们有哪几部分结构组成？第二章 教育机器人现在，机器人已经深入到人们的生活中。随着中国教育体制的不断改革，机器人教育将最终成为中国教育事业的主流！机器人教育旨在推进青少年的素质教育，培养学生综合能力，让学生体会学习的乐趣，享受成功的喜悦，激发求知欲望，以自信、乐观，勇于挑战的态度面对未来。1、获取新知识：机器人涉及机械结构、自动控制、信息技术学科等；2、提高动手能力：了解生活环境、提高想象力、创造力、分析解决问题能力；3、快乐教育：置身于充满趣味性、刺激性、挑战性的活动之中，激发学生学习、探索科技
6、的兴趣；4、勇于挑战：体验挑战极限、享受成功、提高自信；5、参与竞赛能力：互相合作 、共同挑战、培养团队合作精神，提高管理能力。教育机器人包括以下几个方面：l 机械结构l 电子电路l 信息技术l 电脑应用通过教育机器人的制作与设计，让学生在动手、动脑的过程中真正实现快乐教育！第三章 机器人的设计与制作在设计、制作机器人之前，先学习相关的结构常识。3.1 科学常识杠杆3.1.1 基础知识在力的作用下能绕固定点转动的硬棒叫做杠杆；杠杆绕着转动的固定点叫做支点；杠杆绕支点转动的力叫动力；阻碍杠杆绕支点转动的力叫阻力；从支点到动力作用线的距离叫动力臂；从支点到阻力作用线的距离叫阻力臂。杠杆平衡的条件：
7、动力动力臂阻力阻力臂。很重的石块，推不动，用铁杆，下面垫块石块，用力翘，就能翘动石块。铁杆上有什么奥秘？ 这是杠杆原理起作用。杠杆原理就是平衡原理。平衡原理就是一边以杠杆长度起平衡作用，另一边以重量起平衡作用。使用杠杆时想省力，要使用动力臂比阻力臂长的杠杆；想省距离，要使用动力臂比阻力臂短的杠杆；等臂杠杆既不省力也不省距离。杠杆平衡在实际应用中非常广泛！3.1.2 制作天平 现在利用我们经常见到的天平，学习其中的原理。1、 准备下列物品：（五节模块2个，三节模块2个，两节模块5个，一节模块1个，两排七孔框架3个，两排九孔框架4个，长轴1根，中轴1根，短轴2根，轴套6个，普通车轮1个，圆形框架1
8、个，单排三孔框架1个，短螺栓4个，普通螺栓4个，螺母4个）2、用2个五节模块组装2个两排七孔框架。3、用4个短螺栓将4个两节模块组装到2号组装模型的两排七孔框架上。4、将1个两排九孔框架组装到3号组装模型的2个两节模块上，并将2个三节模块组装到两排九孔框架上。5、将1个圆形框架组装到4号组装模型的2个三节模块上。6、将1个一节模块组装到1个单排三孔框架上，并用1个短轴套将1根中轴组装到一节模块上。7、用4个普通螺栓组装3个两排九孔框架，并将1个两节模块组装到1个两排九孔框架上。8、用4个轴套和1根长轴将6号组装模型的单排三孔框架和7号组装模型的两节模块组装到5号组装模型的两排九孔框架上。9、用
9、1个短轴套将1个两排七孔框架组装到8号组装模型的长轴上，并将其另一端组装到2个两节模块上。10、将2根短轴组装到2个半边普通车轮上。11、将10号组装模型的2根短轴组装到9号组装模型的2个两排九孔框架上。自己动手：制作剪刀，了解杠杆在实际生活中的应用。请思考：1、观察一下，我们周围还有哪些物体是使用的杠杆原理？2、若此时杠杆平衡，两个物体的质量有何关系？3、若左边的物体向右移动，你有几种方法能使杠杆重新平衡？3.2 科学常识齿轮3.2.1 基础知识齿轮是一种边缘带有齿的轮子，是一种简易的机械装置。齿轮可以用来传递力，改变速度（加速或者减速），以及改变转动的方向。图a所示的传动类型能够改变运动的
10、形式，齿轮是旋转运动，下方的齿条则是直线运动；图b所示的传动类型能够改变旋转运动的速度；图c所示的传动类型不仅改变了运动的速度而且改变了旋转运动的轴线方向。 a b c传动类型示意图大齿轮与小齿轮齿数的比值称作齿数比；传递旋转运动的主动轮与从动轮的转速之比称作转速比；齿轮比=大齿轮的齿数/小齿轮的齿数；转速比=主动轮的齿数/从动轮的齿数；用齿数少的齿轮带动齿数多的齿轮旋转，可使转速下降，转距增大。齿轮组合的级数越多，转速越低，转距越大。齿轮的转速越快，输出的转动力就越小；而齿轮的转速越慢，输出的转动力就越大。如果需要获得与电机旋转方向相反的转动，则采用两个齿轮直接啮合的结构，采用这一方法，两齿
11、轮旋转方向就会相反。(图A) 图A 图B如果在两个齿轮间再加入一个齿轮，则原来两个齿轮的旋转方向就会相同（如图B）。上面所说的两种结构中，如两个齿轮的齿数一样，它们的转速就相同；如一个齿轮齿数为另一个的一半，则它的转速就为另一个的两倍。 加速装置：一个大的主动轮转动一圈可以驱动小的从动轮转动若干圈，这种装置叫做加速装置。加速装置增加了转动速度，但是会减小所传递的力。加速装置的制作（加速齿轮）：右图是加速结构的结构举例。转动大齿轮，小齿轮旋转速度比大齿轮旋转速度要快很多，但其力度只为大齿轮的1/3。（大齿轮齿数：30，小齿轮齿数：10） 减速齿轮：小的主动轮转动若干圈，大的从动轮只转动一圈，这种装置叫做减速装置。减速装置降低了速度，但是它增加了所传递的力。减速的制作（减速齿轮）：右图是减速结构的结构举例。转动大齿轮, 小齿轮旋转速度比大齿轮旋转速度要慢很多，但其力度只为大齿轮的3倍。（大齿轮齿数：30，小齿轮齿数：10） 惰轮系统惰轮的作用就是使与它相连的两个齿轮以相同的方向转动。30齿的主动轮和30齿的从动轮以相
