资源简介

普 通 高 中 教 科 书
《通用技术》选择性必修2
机器人设计与制作
第二章　机器人的传动机械
第一节 机器人的机械部分
教学设计
教学背景
党的二十大明确指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势”。
机器人是20世纪人类的伟大发明，今天，它不仅能够代替人类登陆火星和潜入几千米以下的深海，还可以不知疲倦地工作在各种生产线上，并服务于我们的日常生活。
关于机器人，我国科学家认为机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。国际标准化组织认为工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。
教学目标：
知识与技能目标:
1.了解机器人的机械部分。
2.了解传动机械。
　　教学内容分析:
机器人是一种能够按照预先设计程序而自动执行工作的机械装置。当前机器人已经大规模地走进工业生产、军事、政府管理、商业应用等领域，它们可以帮助或代替人类完成不同的工作，在各个方面影响着人类的生活。通过本章的学习，让我们来初步了解和认识机器人吧。
机械部分是机器人重要的组成部分，它能通过传动装置，将动力装置产生的运动和力传递到执行装置的移动机构和手爪机构，实现行走和抓取。机器人中的传动装置是机械传动。在各种高新技术飞速发展的今天，我们的日常生活和工农业生产都离不开机械传动。
让我们通过本章的学习来了解和初步掌握机械传动的知识和应用吧。
学情分析:
　　生活在科技迅猛发展的21世纪，同学们有必要了解一些机器人的知识，因为未来的机器人将对我们的生活和工作产生巨大的影响。
　　自己动手制作机器人是让同学们了解机器人的最好手段。同学们一起进入机器人设计与制作的精彩世界吧。
教学重难点:
了解机器人的机械部分。
了解传动机械。
教学策略:
本节课教学主要由教师通过实物和多媒体手段设置学习情境，并加以引导，让学生在过程中发展学生核心素养、培养实践能力、提升创新意识、开阔认知视野；将自主学习、合作学习、探究学习等多种学习方式渗透进学生的学习和教师的教学当中；不断尝试现代教育技术和方法的运用。
教学准备:
展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。
　　教学过程:
　　情景倒入:
老师：本节课我们学习《通用技术》选择性必修2第二章机器人的传动机械第一节 机器人的机械部分。
情景
当大家看到前面一页那只灵巧的机械手抓住鸡蛋的时候，是否会思考，机械手是如何完成这个动作的呢？其实，这是在控制电路的控制下，以直流电机提供动力，通过带传动和齿轮传动，用特制的手指来实现抓住鸡蛋的动作。这里所涉及的直流电机、带传动和齿轮传动、特制的手指及起支撑作用的两块特定形状板就是机械手的机械部分。
一、机械部分的组成
任务
观察写字机器人（图2-1）（参见教材P8）机械部分的组成，讨论写字机器人是如何完成写字动作的。
从系统的角度来看，机器人的机械部分主要由动力装置、传动装置、执行装置和连接支撑装置组成。图2-1（参见教材P8）中的写字机器人的动力装置是电机，传动装置是齿轮、皮带和舵机，执行装置是笔，连接支撑装置是“整个机体”。
机器人小车如图2-2（参见教材P9）所示，请分析它移动的过程，了解其机械结构各部分的作用。
要求：
1．指出机器人小车中动力装置、传动装置、执行装置和连接支撑装置具体对应哪一部分？
2．根据机器人小车的移动工作过程，分析4个装置的作用。
二、传动机械
机器人中的传动装置是机械传动，它将动力装置产生的运动和力传递给执行装置。
在图2-2（参见教材P9）所示的机器人小车中，就是用齿轮传动将电机输出的运动和力传递给车轮。
图2-3（参见教材P9）是轮式机器人常用的传动装置，它使用的动力装置是直流电机。电机
产生的转速可达到5 000r/min以上，但转矩小，不适合车轮转动（执行装置）的要求。因此，通过由带传动和齿轮传动组成的系统将直流电机产生的旋转运动和力传递给车轮，使转速降低，转矩增大，这样车轮就能按照设计要求转动。
案例
机械传动不但可以传递运动和力，而且还可以改变运动的速度、方向和运动的形式，如使旋转运动变为直线运动等。
实践
观察自行车的传动装置。把你观察和分析的情况填写到表2-1中。
将自行车的车座、车把朝下倒置过来，用布垫在车座和车把的下面，以免自行车受损。
1．转动踏板，仔细观察自行车的传动结构，了解自行车有哪些传动机械类型。
2．分析自行车传动机械的零部件组成及其功能。
表2-1 自行车传动装置组成零部件及功能分析
自行车的传动类型 组成零部件 功能分析
交流
观察普通自行车和变速自行车(图2-4)（参见教材P 10）的区别，观察变速自行车变速时后齿轮的变化情况，并与同学进行交流分享。
知识链接
机械系统包括机身、臂部、手腕、末端操作器和行走机构等部分。
每一部分都有若干自由度，从而构成一个多自由度的机械系统。此外，有的机器人还具备行走机构。若机器人具备行走机构，则构成行走机器人；若机器人不具备行走及腰转机构，则构成单机器人臂。
末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是两手指或多手指的手爪，也可以是喷漆枪、焊枪等作业工具。工业机器人机械系统的作用相当于人的身体(如骨髓、手、臂和腿等)。
机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。
扩展资料：
机器人的机械系统的工作原理：
机器人系统实际上是一个典型的机电一体化系统，其工作原理是：控制系统发出动作指令，控制驾驶员动作，驾驶员驱动机械系统运动，使末端操作人员在空间达到一定位置，实现一定姿态，执行一定任务。
末端操作器在空间的实际位姿由感知系统反馈给控制系统，控制系统将实际姿态与目标姿态进行比较，发出下一个动作指令，循环执行直到任务完成。
机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交换系统、人机交换系统和控制系统。
机械结构传动，工业机器人的机械结构系统由机座、手臂、末端操作器三大部分组成，每一个大件都有若干个自由度的机械系统。若基座不具备行走机构，则构成行走机器人;若基座不具备行走及弯腰机构，则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是喷漆枪、焊具等作业工具。
课后作业
习 题
1．扳手是我们生活中常用的安装与拆卸工具，下图是一个活动扳手，请结合所学的知识，分析扳手上的螺纹螺栓的作用是什么？
2．请大家举一些能改变运动的速度、运动的方向或运动的形式的例子，并加以讨论。
板书设计
第二章　机器人的传动机械
第一节 机器人的机械部分
一、机械部分的组成
二、传动机械
教学反思
通用技术
选择性必修2
电子控制技术
普 通 高 中 教 科 书
主 编 刘琼发
副 主 编：李 榕 周卫星 朱美健 席春玲
本 册 主 编：李 榕
本册副主编：郑永驹 钟清华
编 写 人 编：
张百睿 李 榕 郑永驹 钟清华　周 嘉 龚泽祥 胡智豪
广东教育出版社
广东科技出版社

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