资源简介

(共26张PPT)
第7单元 第3课
系统设计方案需验证
（黔教版）六年级
下
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
能够认识到机械手臂验证环节中信息的真实性和准确性的重要性，不传播没有根据的关于机械手臂验证结果的信息。
利用数字化工具对机械手臂验证过程进行学习和探索，鼓励提出创新性的验证思路或者对现有验证流程进行简单改进识。
能够将机械手臂验证过程中的问题分解，可以简单量化某些验证指标，并用简单的计算思维方式解决。
能够认识到在机械手臂系统设计验证环节中，各类信息的重要性，并且学会主动收集和分析与机械手臂验证相关的信息。
02
新知导入
活动背景
在正式批量生产前，需要对系统设计方案进行验证，其目的是以较低的成本提前排除可能存在的缺陷，避免以后产生更大的损失。
有了计算机控制的参与，机械手臂会更强大。赶紧做出来，并分享给其他人吧！
别着急，我们还要对设计方案进行验证。确保没有问题后才能使用。
02
新知导入
03
新知讲解
一、验证环节不可少
实现了算法后，我们需要测试机械手臂是否满足我们需要的各项功能 (图 7-3-1)，从而验证设计方案是否合理。将你的测试过程填入表 7-3-1。
活动：验证机械手臂设计方案
03
新知讲解
序号 测试项 测试方法 测试结果
① 是能够识别目标物体否 放置多种物体在工作范围，看传感器反馈与动作反应 10个物体中识别出8个，成功率80%
② 抓取精度 预设坐标，重复抓取15次，测抓取位置与预设偏差 平均偏差±2mm内，最大±3mm
③ 运动灵活性 按预设复杂轨迹运动，检查关节转动情况 运动流畅，高速转向有小延迟
④ 负载能力 末端挂载重物至无法工作，记最大重量 达到设计要求的105%
表7-3-1 验证机械手臂设计方案
03
新知讲解
完成系统设计后，首先要进行功能验证，即验证其是否满足最初设计的功能；其次是性能验证，即验证其能否快速响应指令，是否具有一定的兼容性、容错性等;最后，还要进行安全性验证、外观验证、易用性验证等。
黑盒测试：把系统看作一个不能打开的黑盒子，在完全不考虑内部结构特性的情况下，从输人数据与输出数据的对应关系出发进行测试。
白盒测试：相对黑盒测试而言，打开盒子内部的结构，对系统运行的原理过程性细节做细致的检查。
拓展阅读
04
课堂练习
一、选择题
1、在实现算法后，对于机械手臂需要进行哪种验证来判断设计方案是否合理？( )
A. 只进行功能验证
B. 功能验证、性能验证、安全性验证、外观验证、易用性验证等
C. 只进行性能验证
2、性能验证主要包括哪些方面？( )
A.快速响应指令、兼容性、容错性
B.仅快速响应指令 C.仅兼容性
B
A
04
课堂练习
3、系统设计完成后，首先要进行的验证是。( )
A.安全性验证 B.功能验证 C.易用性验证
4、以下哪项不属于机械手臂验证环节的内容？( )
验证是否满足最初设计功能 B.验证能否进行复杂舞蹈动作
C.验证外观是否符合要求
二、判断题
1、实现算法后，只需要进行功能验证就可以确定机械手臂设计方案是否合理。（ ）
2、性能验证包含机械手臂对指令的快速响应情况。（ ）
3、易用性验证不属于机械手臂验证的内容。（ ）
B
X
B
X
√
04
课堂练习
三、操作题
请根据课文内容，设计一个简单的机械手臂功能验证方案（至少包含3个步骤）。
步骤一：确定机械手臂最初设计的功能，例如抓取特定形状和重量范围内的物体。
步骤二：准备测试物体，这些物体应符合之前确定的形状和重量范围。
步骤三：操作机械手臂抓取测试物体，观察是否能够成功抓取，若成功则在一定程度上说明满足最初设计的功能。
05
拓展延伸
测试方法的拓展
模拟特殊环境下的功能测试。如果机械手臂可能会在高温环境下工作，那么将其置于高温箱中（设定不同的高温值，如50℃、80℃等），测试其各项功能是否正常，这对于一些在工业熔炉附近或炎热地区户外工作的机械手臂设计非常重要。
05
拓展延伸
危险动作的模拟测试。除了常规的避免碰撞测试，还应模拟机械手臂在程序错误或受到电磁干扰时可能出现的危险动作，如突然的高速无规则摆动。通过在机械手臂周围设置多个高速摄像机和力传感器，准确记录在这些危险动作下的运动轨迹和可能产生的冲击力，评估对周围人员和设备的潜在危害。
安全防护装置的有效性测试。如果机械手臂配备了光幕传感器等安全防护装置，测试其在不同光照条件、灰尘环境下的有效性。例如，在强光直射和有灰尘覆盖光幕传感器表面的情况下，机械手臂是否能及时检测到有物体进入危险区域并停止动作。
测试方法的拓展
05
拓展延伸
其他产品的验证流程
汽车制造：汽车在设计完成后，需要进行多轮的验证。除了类似机械手臂的功能（如行驶、转向、制动等基本功能）、性能（加速性能、油耗等）验证外，还需要进行大量的耐久性验证，例如在不同路况下进行长达数万公里的行驶测试，模拟极端天气条件下汽车的运行情况等。
05
拓展延伸
其他产品的验证流程
电子产品：如智能手机，在设计完成后要进行硬件功能验证（如摄像头像素、屏幕触摸灵敏度等），性能验证（运行速度、电池续航能力等），同时还要进行兼容性验证，确保与不同的软件、网络等能正常配合，而且要进行大量的用户体验测试来验证其易用性。
05
拓展延伸
验证标准的制定
国际上有许多标准组织制定机械产品的验证标准，如ISO（国际标准化组织）。这些标准详细规定了验证的方法、指标和合格标准等。例如，对于机械手臂的负载能力验证，ISO标准会规定使用什么样的测试设备、如何施加负载以及负载的极限数值等。
05
拓展延伸
新兴技术对验证的影响
随着人工智能技术在机械手臂中的应用，验证过程变得更加复杂。例如，当机械手臂具有视觉识别功能时，在验证其功能时不仅要考虑能否识别物体，还要考虑识别的准确率、在不同光线条件下的识别能力等。同时，人工智能算法的不断更新也会影响机械手臂的性能验证，需要不断调整验证指标和方法。
3D打印技术制造的机械手臂部件，其材料特性和传统制造方法有所不同，这就需要在验证过程中对部件的强度、耐用性等方面采用新的测试方法和标准。
05
拓展延伸
验证技术的发展
虚拟验证技术的兴起，利用计算机模拟可以在机械手臂实际制造之前对其进行部分功能和性能的验证。例如，通过建立机械手臂的虚拟模型，模拟其运动过程，可以提前发现可能存在的干涉问题（机械部件之间在运动时是否会相互碰撞），大大提高了设计效率，减少了实际验证的成本和时间。
05
拓展延伸
跨学科知识在验证中的体现
物理学在验证中的应用
在机械手臂的性能验证中，力学原理起着关键作用。例如，根据牛顿第二定律（F = ma），在验证机械手臂的加速性能时，可以通过测量施加的力和机械手臂的质量来计算预期的加速度，并与实际测试结果进行对比。同时，在验证机械手臂的负载能力时，也需要运用静力学原理来分析机械手臂结构在承受负载时的应力分布情况。
05
拓展延伸
跨学科知识在验证中的体现
数学在验证中的应用
统计学在验证数据处理中非常重要。当进行多次验证测试（如多次测量机械手臂的响应时间）时，需要运用统计学方法来分析数据的可靠性。例如，计算平均值、标准差等统计量，通过这些数据来判断机械手臂的性能是否稳定，是否符合设计要求。同时，在进行验证方案设计时，可能会用到数学建模的方法，将机械手臂的运行过程用数学模型表示，以便更好地进行分析和验证。
06
课堂总结
1
引入新知内容
系统设计方案需验证
2
验证机械手臂
3
完成课题练习
4
进行相关知识拓展
1
2
3
4
07
板书设计
系统设计方案需验证
1、进行新知引入
2、验证机械手臂
3、完成课堂练习
4、进行知识拓展
课后作业。
1、机械手臂的拓展思考。
08
课后作业
1、在当今科技不断发展的背景下，如果机械手臂要应用于太空探索任务，你认为在验证环节还需要增加哪些特殊的验证内容？请简要说明你的理由，字数不少于150字。
在机械手臂应用于太空探索任务时，验证环节需增加特殊内容。首先是太空环境适应性验证，包括真空环境下关节润滑、密封性能及极端温度变化时功能的测试，因为太空的真空和极端温度会影响机械手臂的正常工作。
08
课后作业
其次是辐射耐受性验证，由于太空高能粒子辐射会干扰电子元件，要测试电子控制系统和传感器的耐受性并采取防护措施。最后是微流星体和太空垃圾撞击耐受性验证，需验证机械手臂结构强度和防护能力，以确保其在遭受撞击后仍能正常工作。
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