資源簡介

普 通 高 中 教 科 書
《通用技術》選擇性必修2
機器人設計與制作
第二章　機器人的傳動機械
第一節 機器人的機械部分
教學設計
教學背景
黨的二十大明確指出，“教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，開辟發展新領域新賽道，不斷塑造發展新動能新優勢”。
機器人是20世紀人類的偉大發明，今天，它不僅能夠代替人類登陸火星和潛入幾千米以下的深海，還可以不知疲倦地工作在各種生產線上，并服務于我們的日常生活。
關于機器人，我國科學家認為機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。國際標準化組織認為工業機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業的可編程操作機。
教學目標：
知識與技能目標:
1.了解機器人的機械部分。
2.了解傳動機械。
　　教學內容分析:
機器人是一種能夠按照預先設計程序而自動執行工作的機械裝置。當前機器人已經大規模地走進工業生產、軍事、政府管理、商業應用等領域，它們可以幫助或代替人類完成不同的工作，在各個方面影響著人類的生活。通過本章的學習，讓我們來初步了解和認識機器人吧。
機械部分是機器人重要的組成部分，它能通過傳動裝置，將動力裝置產生的運動和力傳遞到執行裝置的移動機構和手爪機構，實現行走和抓取。機器人中的傳動裝置是機械傳動。在各種高新技術飛速發展的今天，我們的日常生活和工農業生產都離不開機械傳動。
讓我們通過本章的學習來了解和初步掌握機械傳動的知識和應用吧。
學情分析:
　　生活在科技迅猛發展的21世紀，同學們有必要了解一些機器人的知識，因為未來的機器人將對我們的生活和工作產生巨大的影響。
　　自己動手制作機器人是讓同學們了解機器人的最好手段。同學們一起進入機器人設計與制作的精彩世界吧。
教學重難點:
了解機器人的機械部分。
了解傳動機械。
教學策略:
本節課教學主要由教師通過實物和多媒體手段設置學習情境，并加以引導，讓學生在過程中發展學生核心素養、培養實踐能力、提升創新意識、開闊認知視野；將自主學習、合作學習、探究學習等多種學習方式滲透進學生的學習和教師的教學當中；不斷嘗試現代教育技術和方法的運用。
教學準備:
展示用的圖片、其他技術產品、多媒體課件。
　　教學過程:
　　情景倒入:
老師：本節課我們學習《通用技術》選擇性必修2第二章機器人的傳動機械第一節 機器人的機械部分。
情景
當大家看到前面一頁那只靈巧的機械手抓住雞蛋的時候，是否會思考，機械手是如何完成這個動作的呢？其實，這是在控制電路的控制下，以直流電機提供動力，通過帶傳動和齒輪傳動，用特制的手指來實現抓住雞蛋的動作。這里所涉及的直流電機、帶傳動和齒輪傳動、特制的手指及起支撐作用的兩塊特定形狀板就是機械手的機械部分。
一、機械部分的組成
任務
觀察寫字機器人（圖2-1）（參見教材P8）機械部分的組成，討論寫字機器人是如何完成寫字動作的。
從系統的角度來看，機器人的機械部分主要由動力裝置、傳動裝置、執行裝置和連接支撐裝置組成。圖2-1（參見教材P8）中的寫字機器人的動力裝置是電機，傳動裝置是齒輪、皮帶和舵機，執行裝置是筆，連接支撐裝置是“整個機體”。
機器人小車如圖2-2（參見教材P9）所示，請分析它移動的過程，了解其機械結構各部分的作用。
要求：
1．指出機器人小車中動力裝置、傳動裝置、執行裝置和連接支撐裝置具體對應哪一部分？
2．根據機器人小車的移動工作過程，分析4個裝置的作用。
二、傳動機械
機器人中的傳動裝置是機械傳動，它將動力裝置產生的運動和力傳遞給執行裝置。
在圖2-2（參見教材P9）所示的機器人小車中，就是用齒輪傳動將電機輸出的運動和力傳遞給車輪。
圖2-3（參見教材P9）是輪式機器人常用的傳動裝置，它使用的動力裝置是直流電機。電機
產生的轉速可達到5 000r/min以上，但轉矩小，不適合車輪轉動（執行裝置）的要求。因此，通過由帶傳動和齒輪傳動組成的系統將直流電機產生的旋轉運動和力傳遞給車輪，使轉速降低，轉矩增大，這樣車輪就能按照設計要求轉動。
案例
機械傳動不但可以傳遞運動和力，而且還可以改變運動的速度、方向和運動的形式，如使旋轉運動變為直線運動等。
實踐
觀察自行車的傳動裝置。把你觀察和分析的情況填寫到表2-1中。
將自行車的車座、車把朝下倒置過來，用布墊在車座和車把的下面，以免自行車受損。
1．轉動踏板，仔細觀察自行車的傳動結構，了解自行車有哪些傳動機械類型。
2．分析自行車傳動機械的零部件組成及其功能。
表2-1 自行車傳動裝置組成零部件及功能分析
自行車的傳動類型 組成零部件 功能分析
交流
觀察普通自行車和變速自行車(圖2-4)（參見教材P 10）的區別，觀察變速自行車變速時后齒輪的變化情況，并與同學進行交流分享。
知識鏈接
機械系統包括機身、臂部、手腕、末端操作器和行走機構等部分。
每一部分都有若干自由度，從而構成一個多自由度的機械系統。此外，有的機器人還具備行走機構。若機器人具備行走機構，則構成行走機器人；若機器人不具備行走及腰轉機構，則構成單機器人臂。
末端操作器是直接裝在手腕上的一個重要部件，它可以是兩手指或多手指的手爪，也可以是噴漆槍、焊槍等作業工具。工業機器人機械系統的作用相當于人的身體(如骨髓、手、臂和腿等)。
機器人技術綜合了多學科的發展成果，代表了高技術的發展前沿，它在人類生活應用領域的不斷擴大正引起國際上重新認識機器人技術的作用和影響。
擴展資料：
機器人的機械系統的工作原理：
機器人系統實際上是一個典型的機電一體化系統，其工作原理是：控制系統發出動作指令，控制駕駛員動作，駕駛員驅動機械系統運動，使末端操作人員在空間達到一定位置，實現一定姿態，執行一定任務。
末端操作器在空間的實際位姿由感知系統反饋給控制系統，控制系統將實際姿態與目標姿態進行比較，發出下一個動作指令，循環執行直到任務完成。
機器人由三大部分六個子系統組成。三大部分是機械部分、傳感部分和控制部分。六個子系統是驅動系統、機械結構系統、感受系統、機器人一環境交換系統、人機交換系統和控制系統。
機械結構傳動，工業機器人的機械結構系統由機座、手臂、末端操作器三大部分組成，每一個大件都有若干個自由度的機械系統。若基座不具備行走機構，則構成行走機器人;若基座不具備行走及彎腰機構，則構成單機器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端操作器是直接裝在手腕上的一個重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是噴漆槍、焊具等作業工具。
課后作業
習 題
1．扳手是我們生活中常用的安裝與拆卸工具，下圖是一個活動扳手，請結合所學的知識，分析扳手上的螺紋螺栓的作用是什么？
2．請大家舉一些能改變運動的速度、運動的方向或運動的形式的例子，并加以討論。
板書設計
第二章　機器人的傳動機械
第一節 機器人的機械部分
一、機械部分的組成
二、傳動機械
教學反思
通用技術
選擇性必修2
電子控制技術
普 通 高 中 教 科 書
主 編 劉瓊發
副 主 編：李 榕 周衛星 朱美健 席春玲
本 冊 主 編：李 榕
本冊副主編：鄭永駒 鐘清華
編 寫 人 編：
張百睿 李 榕 鄭永駒 鐘清華　周 嘉 龔澤祥 胡智豪
廣東教育出版社
廣東科技出版社

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