專題講座
「簡易機械人製作」教學實踐與探索
熊雪亭（北京八中、中學高階教師）
張軍（北京八中、特級教師）
課程簡介
「簡易機械人製作」教學實踐與探索
【課程簡介】
由於本模組屬於選修模組，很多學校都沒有開設，許多通用技術老師特別希望得到這方面的全方位的支援。簡易機械人教學實踐與探索課程考慮到了大部分通用技術老師的需求，解決了機械人定義不易講解並且學生不易理解的問題，同時結合北京八中的教學實踐重點介紹了本模組教學實施的相關經驗，使通用技術老師有了具體可落實的方案，有了「抓手」，由「做什麼」到知道「怎樣做」，給通用技術老師提供了有力的經驗層面的支援。本課程還根據課標對本模組的具體要求逐一地詳細地介紹了相關的知識點，進行了內容詳細解析，給通用技術老師提供了有力的技術層面的支援。
學習本課程後，會擬定簡易機械人模組的教學規劃，掌握本模組相應的知識點並能進行教學。
【學習要求】
1.希望老師們克服困難，做到按時，保質、保量的學習。
2.學習過程中努力分析、思考所學內容，結合教學實踐積極**相關話題。
3.結合本人教學實踐，按時完成相應的思考與活動內容。
4.作業的完成是在學習專家講座、互動對話、案例分析的基礎上，對所學內容的消化吸收，對所學知識與方法的反思與提公升。作業的完成要緊密結合自己的教學實踐，反映自己的真情實感、真知灼見，作業提倡原創。
一、機械人的定義
關於機械人的定義，目前存在多種說法。
江蘇教育出版社：國際標準化組織（ iso ）對於機械人的描述：
（ 1 ）機械人的動作具有類似於人或其他生物體的某些器官的功能；
（ 2 ）機械人具有通用性，工作種類多樣，動作程式靈活多變；
（ 3 ）機械人具有不同程度的智慧型性如記憶、感知、推理、決策、學習等；
（ 4 ）機械人具有獨立性，完整的機械人系統，在工作中可以不依賴於人的干預。
地質出版社：
機械人的定義：一般地說，我們可以將機械人定義為由程式控制，具有人或生物的某些功能，可以代替人進行工作的機器。
河南科學技術出版社：
我國科學家曾經對機械人下過這樣的定義：機械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慧型能力，如感知能力、規化能力、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。
比較通俗的說法是：機械人通常是指在計算機程式控制下，能完成某種特定任務的機械裝置。
二、簡易教育機械人
機械人種類很多 , 就其應用領域來說有工業機械人、軍用機械人、類人機械人、娛樂機械人等，今天我們所介紹的是其中的一支：教育機械人。教育機械人有簡單的，也有複雜的，這裡我們介紹是簡易教育機械人。
簡易機械人與一般機械人有著相同的基本組成和工作過程。簡易教育機械人結構簡單，製作容易，成本較低。
簡易機械人與一般機械人有著相同的基本組成和工作過程。簡易教育機械人結構簡單，製作容易，成本較低。因此，簡易教育機械人適合初學者學習，適合普及性教育。
現在學校中還存在著一種成本不低的主要用於比賽的機械人，那麼簡易機械人和比賽型機械人兩者之間有什麼區別呢？兩者之間的區別在於，**處理器的不同，介面不同。如果有模擬埠，證明機械人對周圍環境反應的靈敏度高，能把周圍環境的細節反應出來，如果只有數字介面，沒有模擬埠，反應比較粗，這種機械人被稱作簡易機械人，簡易機械人的處理器一般用微控制器。
三、課標對本模組的具體要求及主要內容
通過本模組的學習，學生應該知道微控制器和機械傳動的基本知識，能設計與製作由微控制器和傳動機械等組成的簡易自動控制機器或簡單的自動控制系統。
本模組由 3 個主題組成：微控制器及其控制程式、微控制器與控制電路、微控制器與傳動機械。簡易機械人是由軟體和硬體組成的，它的軟體是指控制程式這一方面；而它的硬體由兩大部分組成：
一部分是機械方面的裝置，一部分是從電子技術方面來考慮。
四、我校教學實踐
機械人是綜合技術的載體
教學實踐以製作為載體
將知識融入製作之中
做中學，學中做
由於機械人是綜合技術的載體。學生最感興趣的是製作出機械人成品。我們設計了多款不同層次的機械人，不同的機械人蘊含的知識各有側重。
學生通過製作出多個完成不同難度任務的機械人，很快就能看到自己的勞動成果，體驗成功的喜悅，從而增強學習信心。而相關的知識巧妙地融合在製作過程中。這樣學生親歷多款機械人製作全過程，在不斷體會技術帶來的樂趣的同時，培養綜合的視野及綜合應用知識和技術解決問題的能力。
由於許多學校沒有開設簡易機械人模組，許多老師們非常需要本模組的內容詳解，故特此在下面對於本模組的內容進行詳細解讀。
五、詳細介紹不同層次簡易機械人
（一）風車機械人
教學側重點：認識機械人各部件、知道機械人基本組成、親歷製作全過程。
第一步： 認識並組裝機械部件
第二步：認識並組裝電路部件
第三步：程式設計並**
製作過程概括為三個步驟、兩個結合：
（二）六腳蟲機械人
教學側重點：控制程式（偏硬）、學習傳動機械相關知識。
1 ． 控制程式（偏硬）
課標對第一主題微控制器及其控制程式的具體要求共有 6 點，現側重於前三點，主要講解微控制器的相關知識：
（ 1 ）知道微控制器的特點及應用。
（ 2 ）知道微控制器的基本組成及工作過程。
（ 3 ）知道微控制器積體電路引腳的功能。
內容如下：
（ 1 ） 微控制器內部主要結構圖
（ 2 ）微控制器的基本組成
微控制器由**處理器（ cpu ）、儲存器、輸入 / 輸出介面以及連線這三部分的匯流排組成。
（ 3 ）以 at89s52 為例
at89s52 微控制器屬於塑料雙列直插式封裝方式。它共有 40 個引腳。其中 2 個電源引腳、 2 個時鐘引腳、 32 個輸入輸出引腳、 1 個復位引腳和 3 個控制引腳。
（ 4 ）微控制器工作過程
微控制器執行一條完整的指令必須經過提取指令、分析指令和執行指令三個過程。
2 ． 微控制器與傳動機械
課標中對於傳動機械具體要求如下：
（ 1 ）知道一般機械的組成，了解常見的機械傳動的方式。
（ 2 ）了解常見齒輪傳動的特點、形式和應用，會計算簡單的齒輪傳動比。
（ 3 ）能按照裝配圖樣安裝簡單的齒輪裝置，並進行除錯。
（ 4 ）了解常見的連桿傳動機構的結構及其應用，能設計和製作簡單的連桿裝置。
（ 5 ）能設計乙個簡單的電動機械，並進行安裝和除錯。
（ 6 ）能設計和製作乙個由感測器、微控制器、繼電器、電動機和傳動機械等組成的簡易機械人或簡單的自動控制系統，並能通過試驗完成 2 ～ 3 個規定的動作。
「微控制器與傳動機械」主要是教給學生最基本的機械知識，並通過設計和製作簡易機械人，使學生對系統組成的認識由單一的硬體拓展到由軟體和硬體組成的控制系統，並通過軟體和硬體之間的聯絡和協調，更深一層次地讓學生運用系統思想方法和技術試驗去解決設計中的技術問題，並能親身感受先進技術方法的優越性，使學生在「技術與設計」中習得的知識、技能和方法得到再一次錘煉。
（ 1 ）機械一般由動力部分、傳動部分、執行部分和機體組成。
六腳蟲機械人機械部分：動力部分是電機、傳動部分是齒輪、執行部分是蟲腳、機體是蟲身。
（ 2 ）機械傳動的作用
傳動部分是機械中乙個重要組成部分。
傳動部分的作用是把動力部分產生的動力傳遞到執行部分。
（ 3 ）機械傳動的方式
帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動和平面連桿傳動。
帶傳動：帶傳動通常由主動輪、從動輪和張緊在兩輪上的環形帶組成。
鏈傳動：利用鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。
平面連桿傳動：所有構件間的相對運動均在平行平面內運動的連桿機構。
齒輪傳動：齒輪傳動是利用齒輪間的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。
在這，我們重點學習齒輪傳動和平面連桿傳動。
a ：常見齒輪傳動形式：圓柱齒輪傳動、圓錐齒輪傳動、齒輪齒條傳動、蝸桿傳動。
圓柱齒輪傳動：改變轉速與轉動方向。
圓錐齒輪傳動：改變轉軸朝向。
齒輪齒條傳動：將旋轉運動轉換為直線運動。
蝸桿傳動：由蝸桿與蝸輪互相嚙合組成的交錯軸間的齒輪傳動。傳動比大，傳動平穩。
b ：常見平面連桿傳動形式
曲柄搖桿：把曲柄的圓周運動轉變為搖桿的往復擺動。
平行連桿：乙個曲柄帶動另乙個曲柄做角速度相同的旋轉運動。
曲柄滑塊：把曲柄的轉動轉變為滑塊的直線往復運動。
3 ． 六腳蟲機械人與機械傳動：
六腳蟲所用的變速箱採用的是齒輪傳動。
六腳蟲的腳採用的是平面連桿傳動中的曲柄搖桿傳動。
學生動手實踐：
第一：計算齒輪傳動比：齒輪轉動中主動輪與從動輪的角速度**速）之比叫做傳動比。
第二：齒輪變速箱的安裝：認識齒輪變速箱各部件的名稱。區分圓柱齒輪與冠狀齒輪、組合齒輪變速箱、對比不同片數齒輪變速箱的差異
（三）尋跡機械人
尋跡機械人，也叫循跡機械人，或稱為走黑線機械人。它是通過光電感測器識別地面上的軌跡，隨時調整自己的運動方向以使自己始終沿著軌跡行走。
教學側重點：控制電路、控制程式（偏軟）。
1 ． 微控制器與控制電路
a ：課標對於此主題的具體要求如下：
（ 1 ）了解電子控制系統的基本組成，知道微控制器是一種使用廣泛的控制電路。
（ 2 ）知道常見的感測器及其作用。
（ 3 ）了解繼電器的結構和工作原理，並能掌握簡單的使用方法。
（ 4 ）能用感測器、微控制器和繼電器等安裝乙個簡單控制裝置，並進行試驗。
電子控制系統：電路元件相當於人的大腦和各種神經。由電路元件相互連線，組成電子控制系統。
電子控制系統的基本組成：（重點介紹輸入與輸出部分）
第一：輸入部分：通常由各種感測器組成。
感測器：感測器是能把各種非電訊號轉化成電訊號的器件或裝置。在電子控制系統中，感測器相當於人的感覺器官。
第二：控制部分：一般由微處理器或具有控制功能的電子電路組成。微控制器就是一種廣泛使用的控制電路。
第三：輸出部分：一般由電磁繼電器、揚聲器、燈等多種執行器件組成。
電磁繼電器：繼電器是具有隔離功能的自動開關元件 。繼電器是用較小電流去控制較大電流的一種「自動開關」。
繼電器的作用： 通過「以低控高」、「以小控大」，從而達到控制、保護、傳遞和轉換資訊等作用。
繼電器主要引數 ：額定工作電壓是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓，也就是控制電路的控制電壓。 觸點負荷是指繼電器允許載入的電壓和電流。
它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小。例：會識讀繼電器的引數：
如下圖繼電器額定電壓為 3v ；觸點負荷為： ac250v 3a 、 dc30v 3a 。
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專案開發報告 開拓者 隊 專案概況 本專案是在參加2012年國培清華大學模具製造及技術班中產生。非常榮幸能參加這一期的培訓，為了鍛鍊我們的能力，驗證我們的學習成果，我們參與了清華大學基礎工業訓練中心首屆工程創新能力大賽，設計開發防爆排雷機械人。在這一過程中，我們團結一致，自主創新，互幫互助，在團隊合...
機械人整理
機械人定義 由各種外部感測器引導的，帶有乙個或多個末端執行器，通過可程式設計運動，在其工作空間內對真實物體進行操作的，軟體可控制的機械裝置。機械人由三大部分組成。機械部分 用於實現各種動作 感測部分 用於感知內部和外部的資訊 控制部分 控制機械人完成各種動作 機械結構系統由機身 手臂 末端執行器三大...