1、機械及模型（二級）,1,智能育人 非凡未來,目錄,第一章：二級標準 第二章：機器人發展 第三章：力 第四章：棘輪機構 第五章：曲柄機構 第六章：皮帶傳動 第七章：凸輪機構 第八章：連桿機構 第九章：間歇運動機構,2,智能育人 非凡未來,第一章：二級標準,科目：機械結構搭建、機器人常用知識。 形式：機械結構搭建采用實際操作的形式，機器人常用知識采用上機考試形式。 (一)實踐部分 1. 熟練連接獨立的電池盒、開關以及電機 2. 了解凸輪、滑桿、棘輪、曲柄、連桿等特殊結構 3. 掌握電機的應用，能夠連接電機完成一定任務，完成旋轉、往 復、搖擺等動作。,3,智能育人 非凡未來,(二)理論部分 1. 了

2、解中國及世界機器人領域的重要歷史事件 2. 了解機器人領域重要的科學家 3. 了解重要的機器人理論及相關人物 4. 掌握凸輪、滑桿、棘輪、曲柄、蝸輪蝸桿等特殊結構在生活中的應用 5. 掌握如何區分不同的曲柄連桿機構 6. 了解電機的工作原理 7. 了解摩擦力的產生條件和分類 8. 了解凸輪機構中從動件的運動軌跡,4,智能育人 非凡未來,第二章：機器人發展,大千世界，萬事萬物都遵循著從無到有的，從低級到高級的發展規律，機器人也不例外。,5,智能育人 非凡未來,古代機器。機器人一詞的出現和世界上第一臺工業機器人的問世都是近幾十年的事。然而人們對機器人的幻想與追求卻已有3000 多年的歷史。人類希望

3、制造一種像人一樣的機器，以便代替人類完成各種工作。 西周時期，中國的能工巧匠偃師用動物皮、木頭、樹脂制出了能歌善舞的伶人，這是中國最早記載的木頭機器人雛形。 公元前 2 世紀，亞歷山大時代的古希臘人發明了最原始的機器人自動機。它是以水、空氣和蒸汽壓力為動力的會動的雕像，它可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌。,6,智能育人 非凡未來,漢代，大科學家張衡不僅發明了地動儀，而且發明了計里鼓車。計里鼓車每行一里，車上木人擊木馬車鼓一下，每行十里擊鐘一下。后漢三國時期，蜀國丞相諸葛亮成功地創造出了“木牛流馬”，并用其運送軍糧，支援前方戰爭。,7,智能育人 非凡未來,機器人領域重要的科學家、理論及相關人物：

4、 1920 年，捷克斯洛伐克作家卡雷爾恰佩克在他的科幻小說羅薩姆的萬能機器人中，根據 Robota 和 Robotnik 兩個單詞，創造出了“Robot”機器人這個詞。從此之后機器人在歷史舞臺上拉開了序幕。 1939 年，美國西屋電氣公司制造出家用機器人，它由電纜控制，可以行走，會說話，甚至可以抽煙，讓人們對家用機器人更加憧憬。,8,智能育人 非凡未來,1942 年，美國科幻巨匠阿西莫夫在的科幻小說中提出“機器人三大定律”： 1.機器人不應傷害人類； 2.機器人應遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外； 3.機器人應能保護自己，與前兩條條相抵觸者除外。這是給機器人賦予的倫理性綱領。機器人學術界

5、一直將這三原則作為機器人開發的準則。,9,智能育人 非凡未來,1948 年 諾伯特維納出版控制論，闡述了機器中的通信和控制機能與人的神經、感覺機能的共同規律，率先提出以計算機為核心的自動化工廠。 1954 年 美國人 喬治德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機器人并注冊了專利。這種機械手能按照不同的程序從事不同的工作。 1959年 美國發明家約瑟夫英格伯格和德沃爾制造出第一臺工業機器人。隨后，成立了世界上第一家機器人制造工廠Unimation 公司。約瑟夫英格伯格被稱為“工業機器人之父”。 1966 年 斯坦福大學人工智能研究中心發明了謝克機器人（ShakeTheRobot） ，它是第一臺移動機器

6、人，它被賦予了有限的觀察和環境建模能力，控制它的計算機要填滿整個房間。 1969 年 日本的機器人專家森昌出了“恐怖谷理論” ：人形玩具或機器人的仿真度越高，超過 95%人們越有好感，但當超過一個臨界點時，這種好感度會突然降低，越像人越反感恐懼，直至谷底，稱之為恐怖谷。正因為如此，許多機器人專家在制造機器人時，都盡量避免“機器人”外表太過人格化，以求避免跌入“恐怖谷陷阱”,10,智能育人 非凡未來,目前正在研究的“智能機器人”屬于第幾代機器人？ A.第一代機器人。 B.第二代機器人。 C.第三代機器人。 D.第四代機器人。 答案:C 機器人三定律由誰提出？ A.美國科幻家艾薩克阿西莫夫 B.喬

7、治德沃爾 C.意大利作家卡洛洛倫齊尼 D.捷克劇作家卡爾恰佩克 答案:A,11,智能育人 非凡未來,1966年謝克機器人誕生，關于謝克機器人說法正確的是？ A.第一臺潛水機器人 B.第一臺飛行機器人 C.第一臺防水機器人 D.第一臺移動機器人 答案:D 根據史料記載，三國時期諸葛亮發明了一種用來運送軍用物資的機器人，名為 A.記里鼓車 B.指南車 C.木牛流馬 D.千里船 答案：C,12,智能育人 非凡未來,第三章：力,力的概念很抽象，我們一般根據力的作用效果來認識力。力的作用效果有： （1）改變物體的運動狀態（速度） （2 ）改變物體的形狀 力的表示符號一般為F，力的單位是牛頓N,常見的力有

8、重力，摩擦力，彈力等。,13,智能育人 非凡未來,力的三要素 影響力的效果不同的三個重要因素:1.大小 2.方向 3.作用點 力的示意圖要標明大小，方向，作用點。,（a）與（b）：力的作用效果和力的大小有關 （a）與（c）：力的作用效果和力的方向相關 （a）與（d）：力的作用效果和力的作用點相關,14,智能育人 非凡未來,二力平衡：運動狀態不發生改變。靜止或者勻速直線 平衡條件：作用點上各個力的矢量和為0。兩個力大小相同，方向相反，同一個物體，同一直線。,15,智能育人 非凡未來,兩個相互接觸的物體，當它們發生相對運動或者具有相對運動趨勢時，在接觸面上會產生一種阻礙相對運動的力，這種力叫做摩擦

9、力。摩擦力的產生需要兩個條件：第一是至少需要兩個相互接觸的物體，第二是物體之間要發生相對的運動或者是相對運動趨勢。而摩擦力的方向是阻礙物體相對運動的方向， 根據物體的運動狀態又分為靜摩擦力、滑動摩擦力以及滾動摩擦力。,16,智能育人 非凡未來,靜摩擦力：當相互接觸的物體之間沒有相對的移動，只有相對運動趨勢時，在接觸面上產生的摩擦力稱為靜摩擦力。 靜摩擦力的大小是不能直接得到的，不過我們可以根據力的平衡來計算。靜摩擦時，雖然有運動趨勢，但沒有運動，所以物體是相對靜止的，靜止的物體是受力平衡的，可以根據力的平衡條件求得靜摩擦力，這需要知道物體上的其他力的大小和方向。而靜摩擦力的方向是與其他作用在物

10、體上力的總和的方向相反的。,17,智能育人 非凡未來,當物體上的外力過大，超過接觸面能產生的最大靜摩擦力時，兩物體就會發生相對的滑動，此時摩擦力變為滑動摩擦力。,最大靜摩擦的大小要大于滑動摩擦力。 滑動摩擦力。兩個相互接觸的物體，當它們發生相對運動時，在接觸面上會產生一種阻礙相對運動的力稱為滑動摩擦力。滑動摩擦力的大小等于摩擦因數乘以壓力，而摩擦因素與物體表面的粗糙程度有關。,18,智能育人 非凡未來,滾動摩擦力：當一物體在另一物體表面做無滑動的滾動或有滾動的趨勢時，在接觸面上產生的阻礙滾動的摩擦力稱為滾動摩擦力。 前面我們說到現在的輪胎上都是有花紋的，這些花紋主要是為了讓輪胎增加與地面之間的

11、摩擦，防止打滑。 一般情況下，物體之間的滾動摩擦力遠小于滑動摩擦力，只有滑動摩擦力的1/40到1/60。所以在地面滾動物體比推著物體滑動省力得多。,19,智能育人 非凡未來,重力是我們生活中無時無刻都存在的一種力，是由于地球的吸引而受到的力。表示符號：G 重心：地球吸引物體的每一個部分，但是對于整個物體，重力作用的表現就好像它作用在物體的一個點上，這個點就是物體的重心。質地均勻外形規則的物體的中心，很容易確定 。 重力的大小：G=mg 重力=質量*重力加速度 g=9.8N/Kg 重力的方向：指向地心。豎直向下。,20,智能育人 非凡未來,電機是將電能轉化為機械能的轉動裝置，根據供電方式不同可以

12、分為直流電機和交流電機，使用直流電源供電的電動機就是直流電機，使用交流電源供電的電動機稱為交流電機。,21,智能育人 非凡未來,輪子的作用是將滑動摩擦轉變為滾動摩擦，從而減少摩擦力，使物體能夠在其表面上移動較長距離。 答案:正確 分數:2 題型:判斷題 在相同斜面上，有兩個重量不相等的物體同時下滑 A. 重量大的物體向下的壓力大 B. 重量小的物體向下的壓力大 C. 重量大的物體滑行的距離近 D. 重量小的物體滑行的距離遠 答案：A 題型:單選題 已知物體靜止在斜面上，請問物體受到哪些力 A. 自身的重力 B. 斜面對物體的支持力 C. 物體受到的摩擦力 D. 以上都是 答案：D 題型:單選題

13、,22,智能育人 非凡未來,前輪驅動優點： 1、增加內部空間：前驅車沒有傳動軸，所以在空間的利用上有更多的余地。 2、造價低、效率高：組件少而且集中，并且由于動力傳遞直接，減少了損耗，運轉效率更高。 3、減輕重量：前驅車的機械組件少而且簡單，所以能減輕不少重量。 前輪驅動缺點： 1、操控性差：由于發動機和驅動系統等主要部件都集中在車輛前部，車輛后部配重較輕，后輪很容易失去抓地力，尤其是在濕滑的路面上。 2、轉向不足：由于前輪同時承擔了轉向和驅動的功能，因此先天具有轉向不足的問題，高速過彎轉向不足尤為明顯。 3、前橋負荷過大，影響舒適性：前驅車前輪既要負責驅動又要負責轉向，并且由于車輛前部配重較

14、大，前輪的磨損更嚴重，加速或制動時對前橋的負擔過重，抬頭和點頭現象更明顯，影響乘坐的舒適性。,23,智能育人 非凡未來,后輪驅動優點： 1、操控性好：后輪負責驅動，令前輪可專注于轉向工作，因此轉向時的車輛反應更加敏捷。 2、起步加速表現好，舒適度高：車輛汽車起步、加速或爬坡時重心后移，后輪作為驅動輪抓地力增強，有利于車輛起步、加速或爬坡，提供更好的行駛穩定性和舒適度。 3、維修容易：簡化了操縱機構的布局和轉向機構的結構，便于車輛的保養和維修。 缺點 1、成本較高，空間利用不便：后驅車部件多、組裝復雜，生產成本相對較高。 2、牽引力不足、轉向過度：后驅車在過彎時，由于減速重心前移，后輪抓地力減小

15、，很容易導致轉向過度，即一般所說的“甩尾”。 3、動力損耗較大：由于發動機產生的動力需要多經過傳動軸這一步才能傳遞到驅動輪，因此對于動力的損耗必然較前驅車大，一般的使用表現是后驅車較前驅車更廢油一些。,24,智能育人 非凡未來,第四章：棘輪機構,由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運動機構叫做棘輪機構。棘輪機構用來將連續轉動或往復運動轉換成單向步進運動。,25,智能育人 非凡未來,典型的棘輪機構由四部分組成，如圖所示分別為：棘輪，主動棘爪，止回棘爪，主動擺桿。主動件空套在與棘輪固連的從動軸上，并與主動棘爪用轉動副相聯。當主動件順時針方向擺動時，驅動棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉過一定角度，此時

16、，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動。當主動件逆時針方向轉動時，止回棘爪阻止棘輪發生逆時針方向轉動，而驅動棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過，所以，這時棘輪靜止不動。因此，當主動件作連續的往復擺動時，棘輪便作單向的間歇運動。,26,智能育人 非凡未來,棘輪機構在生活中，工業機械中都有很多應用，比如：腰帶，魚線輪，棘輪扳手等。,27,智能育人 非凡未來,齒式棘輪機構：是棘輪帶有輪齒的，棘爪可以插入棘輪的齒槽中，這種棘輪機構的優點是結構簡單，制造方便，動與停的時間比可通過選擇合適的驅動機構實現。缺點是動程只能作有級調節；噪音、沖擊和磨損較大，故不適用于高速場合。,28,智能育人 非凡未來,摩擦式棘輪機構：用偏心扇

17、形楔塊代替齒式棘輪機構中的棘爪，以無齒摩擦代替棘輪。這種棘輪機構中，棘輪沒有輪齒，棘爪控制棘輪反轉靠摩擦力。摩擦式棘輪機構的優點是傳動平穩、無噪音；動程可無級調節。 缺點是靠摩擦力傳動，會出現打滑現象，雖然可起到安全保護作用，但是傳動精度不高，只適用于低速輕載的場合。,29,智能育人 非凡未來,外嚙合棘輪機構：這種棘輪機構中，棘輪和棘爪嚙合在外側，它的特點是加工、安裝和維修方便，應用較廣。,30,智能育人 非凡未來,內嚙合棘輪機構：棘輪的輪齒在棘輪的內側，棘爪與之嚙合在整個結構的內側。這種棘輪機構的特點是結構緊湊，外形尺寸小。,31,智能育人 非凡未來,單動式棘輪機構：當主動件按某一個方向擺動

18、時，才能推動棘輪轉動。 雙動式棘輪機構：在主動搖桿向兩個方向往復擺動的過程中，分別帶動兩個棘爪，兩次推動棘輪轉動。 雙動式棘輪機構常用于載荷較大，棘輪尺寸受限，齒數較少，而主動擺桿的擺角小于棘輪齒距的場合。雙向式棘輪機構在制作時必須要采用對稱齒形，才能實現雙向運動。,32,智能育人 非凡未來,釣魚的時候，有時魚線輪在收回魚線時，即使松開搖把，魚線也不會被拉出，主要因為 A.魚線被卡死了，不能動 B.因為水里的魚也不動 C.魚線太粗，阻力太大 D.魚線輪上有棘輪，阻止了一個方向的轉動 答案：D 下列哪些應用到棘輪機構？ A.縫紉機 B.千斤頂 C.自行車 D.六角車床 答案:B|C 題型:多選題

19、,33,智能育人 非凡未來,機構的主要用途有？ A.間歇送進 B.制動 C.超越棘輪 D.拋物 答案:A|B|C 題型:多選題 棘輪機構按結構形式分類可分為齒式棘輪機構和摩擦式棘輪機構。 答案:正確 題型:判斷題,34,智能育人 非凡未來,第五章：曲柄機構,曲柄滑塊機構是用曲柄和滑塊來實現圓周運動和直線移動相互轉換的平面連桿機構。當曲柄為主動件，滑塊作為輸出件時，曲柄滑塊機構的作用是將勻速圓周運動（等速回轉運動）轉化為直線往復運動；當滑塊作為主動件，曲柄作為輸出件時，機構的作用是將直線往復運動轉化為圓周運動。,35,智能育人 非凡未來,曲柄搖桿機構具有一個曲柄和一個搖桿的鉸鏈四桿機構稱為曲柄搖

20、桿機構。，曲柄做勻速圓周運動，搖桿做往復擺動或直線往復運動。當曲柄為主動件時，曲柄搖桿機構將圓周回轉運動變為往復擺動； 當搖桿為主動件時，曲柄連桿機構將往復擺動變為圓周回轉運動。,36,智能育人 非凡未來,平面連桿機構中最短桿與最長桿長度之和 = 其余兩桿長度之和，取最短桿的臨桿為機架，最短桿作主動桿，構成曲柄搖桿機構：如下圖所示，主動桿（黃色）作勻速圓周運動帶動搖桿（藍色）作往復擺動。或者反過來，搖桿（藍色）作為主動件作往復擺動帶動曲柄（黃色）作圓周運動。,37,智能育人 非凡未來,雙曲柄機構：平面連桿機構中最短桿與最長桿長度之和 = 其余兩桿長度之和，如下圖所示，取最短桿AD為機架時，主動

21、桿AB作勻速圓周運動，從動桿CD作變速圓周運動，構成雙曲柄機構。此類雙曲柄機構的作用為將等速圓周運動轉化為變速圓周運動。常用在慣性篩中，利用從動桿CD的變速將沙子等流體篩出去。,38,智能育人 非凡未來,反向雙曲柄機構：在雙曲柄機構你中，連桿與機架的長度相等，兩個曲柄的長度相等且轉向相反，稱反平行四邊形機構。 反向雙曲柄機構特點是當主動曲柄（紅色）作勻速圓周運動時，從動曲柄（藍色）作勻速圓周運動，但方向與主動曲柄相反,39,智能育人 非凡未來,雙搖桿機構：四桿機構中兩連架桿均為搖桿，稱為雙搖桿機構。如圖所示， 雙搖桿機構中兩搖桿中任何一桿作為主動件，另一個桿作為從動桿，主動桿和從動桿都作往復擺

22、動。,40,智能育人 非凡未來,自行車沒有曲柄結構。 答案:錯誤 題型:判斷題 曲柄搖桿機構能使整周回轉運動變為往復擺動，但不能把往復擺動變為整周回轉運動。 答案:錯誤 題型:判斷題 對于汽車的曲柄連桿機構描述正確的是 A.由曲柄直接帶動活塞運動 B.由曲柄帶動連桿，連桿帶動活塞運動 C.由活塞帶動連桿轉動 D.以上都不對 答案：B,41,智能育人 非凡未來,第六章：皮帶傳動,皮帶傳動亦稱“帶傳動”。機械傳動的一種。由一根或幾根皮帶緊套在兩個輪子(稱為“皮帶輪”)上組成。兩輪分別裝在主動軸和從動軸上。利用皮帶與兩輪間的摩擦，以傳遞運動和動力。,42,智能育人 非凡未來,皮帶傳動連接方式 （1）

23、平行傳動：皮帶直接繞過兩個傳動輪，這種傳動方式也稱作開口傳動。 （2） 交叉傳動：皮帶反方向180度繞過兩傳動輪，這種傳動方式叫交叉傳動。交叉傳動時，兩個滑輪的轉動方向相反。 （3）半交叉傳動：皮帶交叉90o繞過兩傳動輪，穿過兩個傳動輪的軸位置異面垂直，這種傳動方式叫半交叉傳動。兩個滑輪不在同一平面上，所以不討論轉動方向。,43,智能育人 非凡未來,44,智能育人 非凡未來,下列關于傳動方式正確的是（） A.齒輪傳動的精密度高于皮帶傳動 B.皮帶傳動的噪音大 C.鏈傳動中采用的傳動鏈不可拆卸 D.在稻草人模型中主要采用了鏈傳動 答案:A 皮帶傳動通過交叉傳動來改變輪的旋轉方向。 答案：正確 分

24、數：2,45,智能育人 非凡未來,第七章：凸輪機構,凸輪機構是由凸輪，從動件和機架三個基本構件組成的高副機構 。 高副機構是指在機械工程中機構的兩構件通過點或線的接觸而構成的運動副。低副機構是指機械工程中機構的兩構件通過面的接觸而構成的運動副。,46,智能育人 非凡未來,凸輪機構在應用時衍生各種各樣的狀態。凸輪機構可以根據不同的方式分類，分別介紹如下： （1）按照凸輪形狀不同分類，可以分為盤形凸輪，移動凸輪和圓柱凸輪三種： 盤形凸輪中凸輪形狀像盤子一樣的凸輪機構，是凸輪機構中最基本的形式。盤形凸輪結構簡單，應用最為廣泛，凸輪一般作勻速圓周運動（等速回轉運動）。 移動凸輪中凸輪形狀可能是個“山”

25、形或者具有其他曲線的結構，凸輪相對機架做直線移動。 圓柱凸輪中凸輪形狀為圓柱形，這種凸輪機構屬于空間凸輪機構，凸輪繞自己中心軸作圓周轉動。,47,智能育人 非凡未來,48,智能育人 非凡未來,按從動件形狀不同可以將凸輪機構分為尖頂從動件，滾子從動件和平底從動件。 尖頂從動件是最基本從動件的形式，從動件與凸輪接觸的部分為尖頂形狀。 尖頂從動件能夠與任意復雜的能與任意復雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動件實現任意的運動規律。但尖端處摩擦較大，極易磨損，所以尖頂從動件只能用在傳力不大的低速機構。,49,智能育人 非凡未來,滾子從動件是將從動件與凸輪接觸的頂端變為滾輪，將滑動摩擦變為滾動摩擦，如下圖所示

26、，依次為滾子從動件盤形凸輪，滾子從動件移動凸輪，滾子從動件圓柱凸輪。滾子從動件的優點是凸輪與從動件之間為滾動摩擦，因此摩擦磨損較小，所以滾子從動件適用于傳力較大的中，高速機構，應用十分廣范。,50,智能育人 非凡未來,平底從動件將從動件與凸輪接觸的頂端做成一個平底，從動件與凸輪之間易形成油膜，潤滑狀況好，受力平穩，傳動效率高。但從動件做成平底后與之相配合的凸輪輪廓須全部外凸，所以一般只與盤形凸輪搭配。平底從動件適用在高速，傳動力大的機構。,51,智能育人 非凡未來,根據運動形式的不同可以將凸輪機構分為直動從動件和擺動從動件。 直動從動件是指從動件作往復移動，其尖頂的運動軌跡為一段直線。直動從動

27、件有兩種形式，一種是對心直動從動件，一種是偏置直動從動件。對心直動從動件就是尖頂或者滾子或者平底的中心的軌跡通過凸輪的軸心，偏置直動從動件尖端或滾子中心的軌跡不通過凸輪的軸心。,52,智能育人 非凡未來,擺動從動件是指從動件作往復擺動，其尖端的運動軌跡為一段圓弧，分別為擺動平底從動件，擺動尖頂從動件和擺動滾子從動件,53,智能育人 非凡未來,按高副接觸方式不同分類可以分為力鎖合和幾何鎖合。 力鎖合就是利用重力，彈力或者其他外力使凸輪和從動件始終保持接觸，從而達到傳動效果。力鎖合一般有重力鎖合，彈力鎖合。如下圖所示為彈力鎖合，當凸輪轉動將從動件推上去之后，彈力又將從動件壓下來。,54,智能育人

28、非凡未來,幾何鎖合是利用特殊幾何形狀和尺寸使凸輪和從動件始終保持接觸保證傳動效果。幾何鎖合有以下幾種形式： （1）槽凸輪機構，利用凹槽的形狀使得凸輪和從動件始終保持接觸。 （2）主回凸輪機構(共軛凸輪機構)，一個凸輪推動從動件完成正行程運動，另一個凸輪推動從動件完成反行程的運動。,55,智能育人 非凡未來,等徑凸輪機構，兩滾子中心間的距離始終保持不變。 等寬凸輪機構，凸輪廓線上任意兩條平行切線間的距離都等于框架內側的寬度。,56,智能育人 非凡未來,下列哪個用到凸輪結構？ A. 發動機。 B. 蹺蹺板。 C. 顯示器。 D. 拉桿箱。 答案:A 凸輪轉速的高低，決定了（）運動的快慢 A. 從動桿 B. 輪子 C. 鏈條 D. 以上都沒有影響 答案:A,57,智能育人 非凡未來,第八章：連桿機構,連桿機構指由若干（兩個以上）有確定相對運動的構件用低副聯接組成的機構。 連桿機構若是從簡單說行理解就是幾根長桿連接在一起，由主動桿依次帶動，最終帶動輸出桿的運動。,58,智能育人 非凡未來,平面連桿機構是所有構件都在相互平行的平面內運動的機構稱為平面機構。 平面