機(jī)器人研究的概況及對(duì)我國高中機(jī)器人教育的淺見

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1、簡(jiǎn)易機(jī)器人制作簡(jiǎn)易機(jī)器人制作華南師范大學(xué) 鄭永駒2008年8月Email: 手機(jī)：137980037521一、概述n1、機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用n2、機(jī)器人的定義n3、課標(biāo)有關(guān)本課程的大綱要求n4、廣東版教材的體系結(jié)構(gòu)21、機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用1954年，美國人（G.C.Devod）申請(qǐng)了工業(yè)機(jī)器人專利1958年，美國制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人半個(gè)世紀(jì)來，機(jī)器人技術(shù)得到高速發(fā)展，目前全世界機(jī)器人的保有量超過100萬臺(tái)，并以每年10萬臺(tái)的速度在增長。機(jī)器人以從單一的工業(yè)應(yīng)用發(fā)展到許多領(lǐng)域：如軍用、探險(xiǎn)、醫(yī)療、服務(wù)等3簡(jiǎn)易機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用n簡(jiǎn)易機(jī)器人結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。一般分為控制與機(jī)械兩大部分。機(jī)械包

2、括機(jī)體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等；控制包括單片機(jī)（或嵌入式）系統(tǒng)及其軟件、傳感器及其電路、控制驅(qū)動(dòng)電路等。4簡(jiǎn)易機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)框圖5對(duì)“簡(jiǎn)易”的理解與在現(xiàn)實(shí)生活各個(gè)領(lǐng)域服役的機(jī)器人比較，“簡(jiǎn)易機(jī)器人”有如下不同：“麻雀雖小，五臟俱全”。簡(jiǎn)易機(jī)器人滿足機(jī)器人的幾大基本特征，是專門為中學(xué)生科技制作度身定制的。比較項(xiàng)目簡(jiǎn)易機(jī)器人在役機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)合教具、玩具各類產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域體系結(jié)構(gòu)單片機(jī)最小系統(tǒng)分層遞階系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)控制系統(tǒng)單片機(jī)（8位）嵌入式、驅(qū)動(dòng)芯片、軟件開發(fā)資源豐富、單任務(wù)簡(jiǎn)單編程專用控制板或計(jì)算機(jī)（32位）、專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、軟件開發(fā)環(huán)境復(fù)雜和昂貴、多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)拼裝、模

3、型額定負(fù)載下滿足剛度和強(qiáng)度傳感器簡(jiǎn)單、廉價(jià)高質(zhì)量、高水平、高價(jià)格環(huán)境室內(nèi)、結(jié)構(gòu)環(huán)境室外、非結(jié)構(gòu)環(huán)境材料單一（ABS塑料）多種高強(qiáng)度、輕質(zhì)材料重量/尺度小大62、機(jī)器人的定義、機(jī)器人的定義 目前世界上有關(guān)機(jī)器人的定義沒有統(tǒng)一的答案。日本機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動(dòng)性、奴隸性等七個(gè)特征的柔性機(jī)器。法國機(jī)器人學(xué)是指設(shè)計(jì)能根據(jù)傳感器信息實(shí)現(xiàn)預(yù)先規(guī)劃好的作業(yè)系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)的使用方法為研究對(duì)象。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)。中國機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，它具備一些與人或生物相似的智能，如感知能力、規(guī)劃能力、

4、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種高度靈活的自動(dòng)化機(jī)器。73、課標(biāo)關(guān)于簡(jiǎn)易機(jī)器人制作的大綱要點(diǎn)n基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)平臺(tái)，將機(jī)械、電子和單片機(jī)的應(yīng)用有機(jī)組合起來。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該知道單片機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)的基本知識(shí)，能設(shè)計(jì)與制作由單片機(jī)和傳動(dòng)機(jī)械等組成的簡(jiǎn)易自動(dòng)控制機(jī)器或簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制系統(tǒng)。n課程由“單片機(jī)及其控制程序單片機(jī)及其控制程序”、“單片單片機(jī)與控制電路機(jī)與控制電路”、“單片機(jī)與傳動(dòng)機(jī)械單片機(jī)與傳動(dòng)機(jī)械”三個(gè)主題構(gòu)成。n給學(xué)生提供了運(yùn)用當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)思想方法進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作，以解決實(shí)際問題的機(jī)會(huì)。84、廣東版教材體系結(jié)構(gòu)n全書分為四章，第1、2、3章分別對(duì)應(yīng)于課標(biāo)的三個(gè)主題。第4章介紹應(yīng)

5、用有關(guān)機(jī)器人教具平臺(tái)制作簡(jiǎn)易機(jī)器人的案例作為教學(xué)的參考。9二、教材涉及的知識(shí)與教法n1、簡(jiǎn)易機(jī)器人的控制核心：?jiǎn)纹瑱C(jī)的基本知識(shí)。n2、簡(jiǎn)易機(jī)器人的控制電路。n3、簡(jiǎn)易機(jī)器人的機(jī)械傳動(dòng)。n4、教具介紹。101、單片機(jī)基本知識(shí)內(nèi)容提要n（1）、課標(biāo)的要求n（2）、什么是單片機(jī)n（3）、單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用n（4）、單片機(jī)的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)n（5）、單片機(jī)的外引腳與最小應(yīng)用系統(tǒng)n（6）、單片機(jī)的軟件n（7）、設(shè)計(jì)與實(shí)踐11（1）課標(biāo)的要求1.1.知道單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用。（知道單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用。（知道單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用。（知道單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用。（第第1 1節(jié)節(jié)）2.2.知道單片機(jī)的基本組成及工作過程。（

6、知道單片機(jī)的基本組成及工作過程。（知道單片機(jī)的基本組成及工作過程。（知道單片機(jī)的基本組成及工作過程。（第第第第2 2節(jié)節(jié)節(jié)節(jié)）3.3.知道單片機(jī)集成電路引腳的功能（知道單片機(jī)集成電路引腳的功能（知道單片機(jī)集成電路引腳的功能（知道單片機(jī)集成電路引腳的功能（第第第第3 3節(jié)節(jié)節(jié)節(jié)）。）。）。）。4.4.了解一種單片機(jī)的編程語言，掌握一種單片了解一種單片機(jī)的編程語言，掌握一種單片了解一種單片機(jī)的編程語言，掌握一種單片了解一種單片機(jī)的編程語言，掌握一種單片機(jī)常用的編程指令。（機(jī)常用的編程指令。（機(jī)常用的編程指令。（機(jī)常用的編程指令。（第第第第4 4節(jié)節(jié)節(jié)節(jié)）5.5.學(xué)會(huì)用指令編制簡(jiǎn)單的控制程序，并能根

7、據(jù)學(xué)會(huì)用指令編制簡(jiǎn)單的控制程序，并能根據(jù)學(xué)會(huì)用指令編制簡(jiǎn)單的控制程序，并能根據(jù)學(xué)會(huì)用指令編制簡(jiǎn)單的控制程序，并能根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行修正。（試驗(yàn)進(jìn)行修正。（試驗(yàn)進(jìn)行修正。（試驗(yàn)進(jìn)行修正。（設(shè)計(jì)與實(shí)踐設(shè)計(jì)與實(shí)踐設(shè)計(jì)與實(shí)踐設(shè)計(jì)與實(shí)踐）6 6能操作單片機(jī)編程器將編寫的程序燒結(jié)固能操作單片機(jī)編程器將編寫的程序燒結(jié)固能操作單片機(jī)編程器將編寫的程序燒結(jié)固能操作單片機(jī)編程器將編寫的程序燒結(jié)固化。（化。（化。（化。（設(shè)計(jì)與實(shí)踐設(shè)計(jì)與實(shí)踐設(shè)計(jì)與實(shí)踐設(shè)計(jì)與實(shí)踐）1212（2）、什么是單片機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)全稱單片微型計(jì)算機(jī)(Single-Chip Microcomputer)，也稱微控制器（Micro-Controller）。它

8、是一片大規(guī)模的集成電路芯片。在這個(gè)芯片里集成了計(jì)算機(jī)的基本部件。包括中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM和ROM）、定時(shí)振蕩器（時(shí)鐘）和輸入輸出接口（I/O接口）等部件。一片芯片就相當(dāng)于一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，使用者只要將程序編寫固化到芯片內(nèi)，單片機(jī)一上電復(fù)位就能按程序執(zhí)行，完成我們事先預(yù)定的任務(wù)。13（3）單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用n用軟件取代硬件電路，實(shí)現(xiàn)微控技術(shù)。功能強(qiáng)、使用靈活、成本低。n體積小、功耗低，抗干擾能力強(qiáng)。n單片機(jī)的應(yīng)用已滲透到各個(gè)領(lǐng)域，如各種設(shè)備的自動(dòng)控制、智能儀器儀表、醫(yī)療器械、交通信號(hào)控制、汽車電子控制、導(dǎo)彈、導(dǎo)航、智能武器、軍用機(jī)器人等。據(jù)報(bào)道：20世紀(jì)90年代初期，美國家庭平均擁

9、有64個(gè)單片機(jī)，到2000年該擁有量已增至226個(gè)。由此可見單片機(jī)的廣闊應(yīng)用前景。14（4）單片機(jī)內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)15（5）外引腳及最小應(yīng)用系統(tǒng)n以AT89C2051為例16引腳功能說明引腳號(hào)功能引腳號(hào)功能1(RST)復(fù)位輸入復(fù)位輸入 20(VCC)工作電源引腳2(P3.0)I/O口線口線P3.0 19(P1.7)I/O口線口線P1.73(P3.1)I/O口線口線P3.118(P1.6)I/O口線口線P1.64(XTAL2)外接晶振引腳外接晶振引腳217(P1.5)I/O口線口線P1.55(XTAL1)外接晶振引腳外接晶振引腳116(P1.4)I/O口線口線P1.46(P3.2)I/O口線口線P3

10、.215(P1.3)I/O口線口線P1.37(P3.3)I/O口線口線P3.314(P1.2)I/O口線口線P1.28(P3.4)I/O口線口線P3.413(P1.1)I/O口線口線P1.19(P3.5)I/O口線口線P3.512(P1.0)I/O口線口線P1.010(GND)接地引腳11(P3.7)I/O口線口線P3.717最小系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例18（6）單片機(jī)的軟件n機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言n機(jī)器語言是CPU能夠直接識(shí)別并執(zhí)行的最底層的語言，它由一些二進(jìn)制代碼組成。不同系列單片機(jī)其代碼意義不相同。n匯編語言是用一些助記符來代替機(jī)器語言中的指令代碼，它與機(jī)器指令一一對(duì)應(yīng)同時(shí)又便于人們學(xué)習(xí)和記憶

11、。n高級(jí)語言（如C語言、圖形化語言等）是按一定的語法規(guī)則組成的，它更加符合人們的語言習(xí)慣，程序的可讀性高，編程簡(jiǎn)單快捷并具有可移植性。n51系列單片機(jī)指令系統(tǒng)具有33種功能，7種尋址方式，共有111條基本指令。19亮點(diǎn)流動(dòng)程序分析亮點(diǎn)流動(dòng)程序分析 ORG 0000H START：MOV A，#11111110B;LOOP：MOV P1，A ACALL DELAY ；調(diào)延時(shí)子程序 RL A；A左移一位 SJMP LOOP；轉(zhuǎn)回LOOP處再將A送P1口DELAY:：MOV R7,#80H L1:：MOV R6,#0FFH L2:：NOP NOP NOP NOP DJNZ R6,L2 DJNZ R7

12、,L1 RET END20圖形化語言n基于流程圖的圖形化語言n基于LabView的圖形化語言21（7）設(shè)計(jì)與實(shí)踐n教材在第一章第3節(jié)安排了一個(gè)實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生制作一個(gè)單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)并編寫程序燒寫到單片機(jī)，最后運(yùn)行觀察結(jié)果并反復(fù)修改程序觀察結(jié)果。22232425262、簡(jiǎn)易機(jī)器人的控制電路內(nèi)容提要n（1）課標(biāo)的要求n（2）簡(jiǎn)易機(jī)器人常用傳感器。n（3）傳感器與單片機(jī)的接口電路n（4）繼電器與單片機(jī)的接口n（5）直流電動(dòng)機(jī)的控制27（1）課標(biāo)的要求n1.了解電子控制系統(tǒng)的基本組成了解電子控制系統(tǒng)的基本組成,知道單知道單片機(jī)是一種使用廣泛的控制電路。片機(jī)是一種使用廣泛的控制電路。n2.知道常見的

13、傳感器及其作用。知道常見的傳感器及其作用。n3.了解繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并能了解繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并能掌握簡(jiǎn)單的使用方法。掌握簡(jiǎn)單的使用方法。n4.能用傳感器、單片機(jī)和繼電器等安裝能用傳感器、單片機(jī)和繼電器等安裝一個(gè)簡(jiǎn)單控制裝置，并進(jìn)行試驗(yàn)。一個(gè)簡(jiǎn)單控制裝置，并進(jìn)行試驗(yàn)。2829（2）簡(jiǎn)易機(jī)器人常用傳感器n人通過五官感知外部環(huán)境的各種信息并傳遞到大腦，大腦綜合分析判斷各種信息后輸出控制信號(hào)去控制肢體作出相應(yīng)的動(dòng)作和反應(yīng)。簡(jiǎn)易機(jī)器人的電子控制系統(tǒng)也與人類似，它通過各種傳感器感知外部信息后傳遞到單片機(jī)，單片機(jī)處理后輸出相應(yīng)控制信號(hào)去控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)作出反應(yīng)。30五官與傳感器感覺感覺器官

14、器官相關(guān)物理量相關(guān)物理量對(duì)應(yīng)傳感器對(duì)應(yīng)傳感器視覺視覺眼眼可視光可視光光敏電阻，光電池、光敏晶體管、光敏電阻，光電池、光敏晶體管、CCDCCD等。等。聽覺聽覺耳耳聲波、振動(dòng)聲波、振動(dòng)壓電轉(zhuǎn)換元件、麥克風(fēng)等壓電轉(zhuǎn)換元件、麥克風(fēng)等觸覺觸覺手指、手指、皮膚皮膚壓力壓力壓敏元件壓敏元件溫度溫度皮膚皮膚輻射、溫度輻射、溫度熱敏元件熱敏元件嗅覺嗅覺鼻鼻氣味氣味氣體傳感器氣體傳感器味覺味覺舌舌離子檢測(cè)器離子檢測(cè)器3131簡(jiǎn)易機(jī)器人常用傳感器n接觸開關(guān)n紅外光電傳感器n超聲波傳感器n位置位移傳感器n力覺傳感器n聽覺傳感器n視覺傳感器32開關(guān)n常用有按鍵開關(guān)、撥動(dòng)開關(guān)和接觸開關(guān)（微動(dòng)開關(guān)）等。n微動(dòng)開關(guān)往往用于碰

15、觸傳感，如防碰撞，限位等。n撥動(dòng)開關(guān)往往用于選擇輸入，地址編碼設(shè)定等。n按鍵開關(guān)用于復(fù)位，鍵盤等。33二、光電傳感器n光電傳感器有光敏電阻、光敏二（三）極管、光電池、光電倍增管等，還有CCD、CMOS等圖像傳感器。n 光敏電阻（也稱光導(dǎo)管）是一種價(jià)格低廉，光譜范圍廣，靈敏度高(暗電阻1100M、亮電阻1K以下）且使用方便的光敏器件。在簡(jiǎn)易機(jī)器人中常用于亮度變化檢測(cè)器件，由于阻值與光強(qiáng)是非線性的，一般不作為光強(qiáng)檢測(cè)器件。n光電池也稱太陽能電池，它直接將光能轉(zhuǎn)變成電能，也是一個(gè)光敏器件。它的短路電流與光照度在一定范圍內(nèi)成線性，常用于測(cè)量照度（光強(qiáng)）。342.1 紅外光電傳感器n由一只紅外發(fā)射管和一

16、只紅外光電二極管組成。由于其價(jià)格低、壽命長、使用方便等特點(diǎn)，此類傳感器目前應(yīng)用廣泛，如非接觸性開關(guān)、遙控、安防等。在簡(jiǎn)易機(jī)器人中往往用于巡線檢測(cè)。n紅外發(fā)光管的材料一般為砷化鉀半導(dǎo)體，發(fā)光波長范圍是0.761.5um(一般是930nm），管壓降為1.01.3V，工作電流2050mA。35光敏二極管特性n紅外光敏二極管在無光照時(shí)其反向電阻為無窮大，正向電阻大約為10K；有光照時(shí)，反向電阻隨光照強(qiáng)度增加而減小，阻值可達(dá)幾K或1K以下。n無反壓時(shí)，正向電壓與光照強(qiáng)度成比例，一般可達(dá)0.20.4V。n應(yīng)用電路：36三、超聲波傳感器n由發(fā)射和接受兩大部分組成，除了電路，主要器件是超聲換能器，其基本原理是

17、基于壓電效應(yīng)。發(fā)射與接受往往使用同一個(gè)探頭。n超聲波測(cè)距是通過發(fā)射聲波，接受反射回波并計(jì)算回波時(shí)間從而得出與反射物體的距離。R=VT/2n簡(jiǎn)易機(jī)器人往往應(yīng)用超聲波探測(cè)前方障礙物的距離，從而實(shí)現(xiàn)避障功能。37脈沖回波式檢測(cè)示意圖38超聲波測(cè)距的基本特性n測(cè)距精度：17cm/msn測(cè)距范圍：小于10米n超聲波不受被測(cè)物體的透明度、顏色、電導(dǎo)率的影響，但不適合測(cè)量海棉或棉織物等吸音材料。39四、位置傳感器n位置傳感器既可以用來檢測(cè)位移（角位移和線位移）也可用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)。在機(jī)器人中應(yīng)用較廣，如手、腳的移動(dòng)定位等檢測(cè)。404.1 電位器式位置傳感器n這是一種最簡(jiǎn)單的位置傳感器，有旋轉(zhuǎn)式的也有直線式。它們

18、擁有以下特點(diǎn)：n1、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度較高。n2、輸出信號(hào)范圍可以選擇。n3、輸入輸出特性可以是線性的也可以是其它函數(shù)關(guān)系。n4、具有斷電保持功能。n5、模擬電壓輸出，需接A/D轉(zhuǎn)換器。n6、屬于接觸式，觸點(diǎn)易磨損，壽命有限。n7、有一定的測(cè)量范圍，需加限位開關(guān)。414.2 光電式編碼器n光電式編碼器是一種非接觸的數(shù)字位置位移傳感器。它的基本原理是采用紅外發(fā)射接受管，檢測(cè)編碼盤的位置或移動(dòng)的方向、速度等。其優(yōu)缺點(diǎn)剛好與電位器式相反，它是數(shù)字信號(hào)輸出，接口方便；非接觸式壽命長；不需限位可以無限次旋轉(zhuǎn)等。n有絕對(duì)式和增量式兩種形式。42絕對(duì)式編碼器的碼盤示意圖434.2.2 增量式編碼器44

19、增量式編碼器的原理增量式光電編碼盤上只有A、B、C三條碼道，只需要三對(duì)紅外發(fā)射接受管。在A、B碼道上分別刻有等距離的黑白相間標(biāo)識(shí)（或透光縫隙）并相互錯(cuò)開半個(gè)縫寬（90度），C道只有一個(gè)黑點(diǎn)，每轉(zhuǎn)一圈出一個(gè)脈沖。應(yīng)用增量式編碼器可以得到運(yùn)動(dòng)的方向（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)）；運(yùn)動(dòng)的速度；位移等信息。4545五、力覺傳感器n有關(guān)力和壓力傳感器種類較多：例如n壓電晶體：受到擠壓會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)電壓（如電唱機(jī)）；n力敏電阻：一種聚合物厚膜器件，其阻值隨垂直施加在表面的力的增加而降低。n電阻應(yīng)變片：阻值與形變成正比。46六、聲音傳感器n一般采用話筒（麥克風(fēng)）作為聲音傳感器。有動(dòng)圈式和電容式兩種。在簡(jiǎn)易機(jī)器人中往往作為檢測(cè)聲

20、音的有無，聲音的大小等簡(jiǎn)單聲控功能。47（3）傳感器與單片機(jī)的接口電路n1、數(shù)字（開關(guān)）量傳感器（如接觸開關(guān)、光控開關(guān)、聲控開關(guān)等）可直接或稍加變換后接入單片機(jī)。n2、模擬量傳感器：一般須通過信號(hào)調(diào)理、A/D變換后輸入單片機(jī)。4849開關(guān)量控制整形電路50模擬接口電路51（4）繼電器與單片機(jī)接口52 固態(tài)繼電器n工作原理工作原理：使用可控硅（晶閘管）作為功率開關(guān)元件，光電耦合元件作為控制和隔離器件。n工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)：1、無觸點(diǎn)、壽命長。2、采用光耦隔離，抗干擾能力強(qiáng)。3、控制簡(jiǎn)單，可控功率大。4、適合交流控制應(yīng)用。53固態(tài)繼電器使用方法54（5）直流電動(dòng)機(jī)的控制n簡(jiǎn)易機(jī)器人一般采用小功率直

21、流電動(dòng)機(jī)，其驅(qū)動(dòng)可用晶體三極管或繼電器。其控制有轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的控制。n轉(zhuǎn)向采用H橋電路。n轉(zhuǎn)速采用PWM技術(shù)。55轉(zhuǎn)向控制電路56轉(zhuǎn)速控制（PWM)原理57專用集成控制芯片58593、簡(jiǎn)易機(jī)器人的機(jī)械傳動(dòng)n（1）課標(biāo)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)n（2）齒輪傳動(dòng)n（3）帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)n（4）平面連桿與凸輪60課標(biāo)的要求（1）知道一般機(jī)械的組成，了解常見的機(jī)械傳動(dòng)的方式。）知道一般機(jī)械的組成，了解常見的機(jī)械傳動(dòng)的方式。例機(jī)械一般由動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分和機(jī)體組成。例常見的機(jī)械傳動(dòng)有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和平面連桿傳動(dòng)等。（2）了解常見齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)、形式和應(yīng)用，會(huì)計(jì)算簡(jiǎn)單的齒輪傳動(dòng)比。）了解常見齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)

22、、形式和應(yīng)用，會(huì)計(jì)算簡(jiǎn)單的齒輪傳動(dòng)比。例 常見的齒輪傳動(dòng)有圓柱齒輪傳動(dòng)、圓錐齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)和齒條傳動(dòng)等。例 蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、傳動(dòng)平穩(wěn)、能自鎖等特點(diǎn)。（3）能按照裝配圖樣安裝簡(jiǎn)單的齒輪裝置，并進(jìn)行調(diào)試。）能按照裝配圖樣安裝簡(jiǎn)單的齒輪裝置，并進(jìn)行調(diào)試。例裝配電動(dòng)玩具中的齒輪箱。（4）了解常見的連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，能設(shè)計(jì)和制作簡(jiǎn)單的連桿裝）了解常見的連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，能設(shè)計(jì)和制作簡(jiǎn)單的連桿裝置。置。例收縮門、支架式工具箱中的平行連桿機(jī)構(gòu)，縫紉機(jī)腳踏板的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。例以竹片和細(xì)竹管等為材料制作的可縮放毛巾架。（5）能設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)械，并進(jìn)行安裝和調(diào)試。）能設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)

23、單的電動(dòng)機(jī)械，并進(jìn)行安裝和調(diào)試。（6）能設(shè)計(jì)和制作一個(gè)由傳感器、單片機(jī)、繼電器、電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)械等組）能設(shè)計(jì)和制作一個(gè)由傳感器、單片機(jī)、繼電器、電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)械等組成的簡(jiǎn)易機(jī)器人或簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制系統(tǒng)，并能通過試驗(yàn)完成成的簡(jiǎn)易機(jī)器人或簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制系統(tǒng)，并能通過試驗(yàn)完成23個(gè)規(guī)定的動(dòng)個(gè)規(guī)定的動(dòng)作。作。61機(jī)械傳動(dòng)n傳動(dòng)是機(jī)械中的重要組成部分，運(yùn)動(dòng)的機(jī)械都離不開傳動(dòng)。同樣，機(jī)械傳動(dòng)也是簡(jiǎn)易機(jī)器人中的一項(xiàng)重要技術(shù)。n常用的機(jī)械傳動(dòng)有齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、平面連桿傳動(dòng)、凸輪連桿傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)等。62一、齒輪傳動(dòng)n齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：n1、適用的圓周速度和功率范圍較廣。n2、傳動(dòng)效率高；n

24、3、傳動(dòng)平穩(wěn)；n4、結(jié)構(gòu)緊湊壽命長工作可靠；n5、可實(shí)現(xiàn)任意兩軸之間的傳動(dòng)。n缺點(diǎn)：n1、制造和安裝精度要求較高，成本較高。n2、不適合較大距離的傳動(dòng)。n3、沒有過載保護(hù)作用。63二、齒輪傳動(dòng)的分類n根據(jù)齒輪兩軸的相對(duì)位置分類n1、兩軸平行的有：圓柱齒輪（直齒、斜齒、人字齒）n2、兩軸相交的有：圓錐齒輪（直齒、曲齒）n3、兩軸相錯(cuò)的有：螺旋齒輪n根據(jù)兩齒輪的嚙合方式分類n1、外嚙合齒輪傳動(dòng)n2、內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)n3、齒輪與齒條傳動(dòng)64齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算n傳動(dòng)比即兩運(yùn)動(dòng)齒輪角速度之比。n設(shè)一對(duì)齒輪其主動(dòng)輪的角速度為w1、齒數(shù)為z1；從動(dòng)輪的角速度為w2、齒數(shù)為z2，則傳動(dòng)比為：i12=w1/w2=z

25、2/z1n傳動(dòng)比反映速度之比，也反映轉(zhuǎn)矩之比。傳動(dòng)比大于1，是減速傳動(dòng)，傳動(dòng)力矩增加。反之是加速運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)力矩減少。65蝸桿蝸輪傳動(dòng)n用來傳遞空間互相垂直而不相交的兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。n特點(diǎn)n1、傳動(dòng)比大，傳動(dòng)力矩大。n2、結(jié)構(gòu)緊湊。傳動(dòng)平穩(wěn)。n3、有自鎖性能。66齒輪系n為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)，往往會(huì)使用多個(gè)或多種齒輪組成一個(gè)系統(tǒng)。n齒輪系分為定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系和復(fù)合輪系三大類。n定軸輪系的傳動(dòng)比是指首輪（一般是主動(dòng)輪）與末輪的角速度之比。其計(jì)算方法是將逐級(jí)的傳動(dòng)比相乘。即：n定軸輪系的傳動(dòng)比所有從動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積/所有主動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積67定軸輪系圖例68例：定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算

26、如圖已知：z1=10,z2=20,z3=80.z310,z4=40,z410,z5=30。求傳動(dòng)比i15。i15=(z2/z1)(z3/z2)(z4/z3)(z5/z4)=-9669帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)n帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)都是利用中間撓性件（帶或鏈）把主動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給從動(dòng)軸的。這兩種傳動(dòng)形式適用于兩軸中心距較大的傳動(dòng)。n帶傳動(dòng)的組成及其分類：n由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和張緊在兩輪上的帶組成?？總鲃?dòng)帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞動(dòng)力。n按傳動(dòng)帶截面形狀分為：平形帶、V形帶和圓形帶。70帶傳動(dòng)的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：n1、適用于兩軸中心距較大的傳動(dòng)。n2、帶具有良好的彈性，可以緩和載荷的沖擊和振動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)。n3、過載時(shí)，

27、帶在輪面上打滑，可防止損壞其它部件。n4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工維護(hù)方便，成本低。n缺點(diǎn)：n不能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較低。n帶傳動(dòng)多用于兩軸傳動(dòng)比無嚴(yán)格要求、中心距較大的機(jī)械中。71鏈傳動(dòng)n與帶傳動(dòng)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：n1、能傳遞較大的圓周力，無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比。n2、鏈條張緊力小，作用在軸上的壓力也較小。n3、傳動(dòng)效率較高。n缺點(diǎn)：n1、只能用于兩根平行軸間傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力。n2、無過載保護(hù)作用。n3、工作噪音大，需要潤滑。72平面連桿與凸輪機(jī)構(gòu)n連桿機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)構(gòu)。下圖是常見的幾種連桿機(jī)構(gòu)。它們的共同特點(diǎn)是：其原動(dòng)件1的運(yùn)動(dòng)都要經(jīng)過一個(gè)不直接與機(jī)架相連的中間構(gòu)件2才能傳動(dòng)從動(dòng)件3。中間構(gòu)件2稱為連桿，這些機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機(jī)構(gòu)。73連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特點(diǎn)n1、連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副一般都是低副，可承受較大的載荷。n2、當(dāng)原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變，可用改變各構(gòu)件的相對(duì)長度來使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。n3、可以很方便地達(dá)到增力、擴(kuò)大行程、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)等功能。n4、不易于實(shí)現(xiàn)精確的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，不適合高速傳動(dòng)的場(chǎng)合。74凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)n結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。n易于磨損，適用于傳動(dòng)力不大、低速的場(chǎng)合。75內(nèi)容簡(jiǎn)介n1、使用平臺(tái)式簡(jiǎn)易機(jī)器人制作自動(dòng)尋光機(jī)器人案例。n2、用拼裝式簡(jiǎn)易機(jī)器人制作滅火機(jī)器人案例。76