12.第十二章-机械尺蠖第章.pptx

第十二章 机械尺蠖 等级考试课程 学习目标 课程解析 情景再现 项目规划 总结拓展 设计制作 学习目标 学会使用连杆结构解决问题 01 02 03 04 学习锥形齿轮减速并改变旋转平面 利用杠杆结构来驱动毛毛虫身体蠕动的方式 学习棘轮对移动轮进行方向锁定 情景再现 大部分女学生们都对毛毛虫充满了恐惧。尽管和虫子相比，这些女孩算得上是庞然大物，但是每当看到它们时，庞然大物们却总是发出毛骨悚然的尖叫。 对于行动迟缓，没有翅膀的毛虫来说，生存就是一场战争。然而幸运的是，这些聪明的爬行动物精通伪装和防卫。研究发现，不同种类的毛虫都带有一对眼睛状的标记，且颜色和形状多种多样，有圆的也有狭长的瞳孔形。这些各式各样的图案表明毛虫们并没有刻意针对某种掠食者进行拟态伪装，以逃脱被捕食。那你有没有观察过毛毛虫是如何爬行的呢？本次课程就让我们走进仿生学的世界，来了解毛毛虫的运动方式吧~ 毛毛虫的身体特征给了仿生学家们极大的启示，着手创造一种毛毛虫机器人，不仅能够像活的毛毛虫一样灵巧，身体也能自由弯曲并且恢复原样，还可以沿路爬行。科学家们希望毛毛虫机器人可以在未来时代大放异彩，比如溜进核反应堆或雷区，获得危险地带的一手资料，甚至可以爬到太空检测板上对外部设备进行维修，人类将进入一个无孔不入的“毛毛虫”时代。 在机械上，也有一种装置可以实现这种毛毛虫只朝着一个方向的运动，这种装置叫做棘轮机构。请结合毛毛虫爬行方式提供的设计思路，设计出仿生运动机器人，实现蠕动爬行的展示。 项目规划 提出了仿生毛毛虫机器人的运动原理,设计了新型基于曲柄滑块机构的仿生毛毛虫机器人运动机构。其具有反应速度快、结构稳定的特点。 本次课程案例可以从以下（ 4个 ）阶段任务像学生们进行讲解： 第一步详细介绍以毛毛虫为例的仿生学特点； 第二步讲解以毛毛虫为例的软体移动原理； 第三步灵活运用棘轮结构，完善搭建的创意与造型； 第四步总结加延伸拓展思考，开动脑筋，增加游戏趣味性。 课程解析 蠕动原理： 毛毛虫的爬行行动在于其自由伸缩的身体和交替运动的多足之间的相互配合。因此仿生毛毛虫机器人的设计关键是模仿具有拉伸收缩功能的身体结构，通过连杆结构可实现类似蠕动功效。 机器人由前后两节组成，机器人的后车轮各安装了十字轴套，作用于轮胎的防滑与固定。 尺蠖行走的时候，身体像一个拱桥，所以尺蠖的身体框架我们需要制作前半身和后半身两部分，具体制作中要考虑电机的安装位置和棘爪的位置。 制作曲柄装置，连接身体框架的前半部分和后半部分。机械尺蠖是通过曲柄滑块机构将电机的运动传递出去的。 当机器人处于水平位置时，可简化为上图所示滑块机构。机器人前节即为滑块，当处于临界位置M点时，O1O2之间的距离增加，此事后节车轮由于棘轮作用固定，因此连杆会推动前节向前滑行；当运动至N点时，O1O2之间的距离会减小，此时车轮由于棘轮结构固定，因此连杆会拉动后节向前滑行，直至完成一个周期运动。因此机器人便像毛毛虫一样周而复始的向前伸缩滑行。 设计制作 建构（construct） 在圈梁周围插上8根两节销 叠加圈梁，内侧增添两节销 取出两根15孔直条洞梁 安装电机 在电机处增添两根黑两节销 连接一根五孔直条洞梁，并插入3M灰色十字轴及厚轴套 增添大齿轮（40齿），作为传动；在电机处增添8齿轴孔牙轮 搭建前半部分尺蠖结构，并用24齿齿轮与6M黑十字轴相连 用2头轴孔连接器连接一根灰5M十字轴 两根厚轴套固定 在红线圈出的位置穿插一根两节销 1轴栓转向连接器与3M十字轴与薄轴套相连 连接一个2头轴孔连接器 安装轮胎 用15孔直条洞梁搭建 尺蠖通过曲柄将电机的运动传递出去，在曲柄滑块机构中，曲柄和连杆间有相对运动 安装尺蠖的动力源——电池 搭建尺蠖的后半部分 制作曲柄装置，连接身体框架的前后半段，用9孔直条洞梁 安装尺蠖的动力源——电池 搭建尺蠖的后半部分 制作曲柄装置，连接身体框架的前后半段，用9孔直条洞梁 用6M黑十字轴与黑两节销连接 3孔拐直角5孔与24齿齿轮构建 建构机械尺蠖前部 加入三十字轴与1轴栓转向连接器构建完毕 加入轮胎，作品搭建完成 总结拓展 棘轮机构 棘轮机构用来将连续转动或往复运动转换成单向步进运动。典型的棘轮机构由四部分组成，分别为棘轮，主动棘爪，止回棘爪，主动摆杆，如下图所示。 主动件空套在与棘轮固连的从动轴上，并与主动棘爪用转动副相联。当主动件顺时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟着转过一定角度，此时，止回棘爪在棘轮的齿背上滑动。当主动件逆时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发生逆时针方向转动，而驱动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过，所以这时棘轮静止不动。因此，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮便作单向的间歇运动。 棘轮机构在生活和工业机械中都有很多应用。比如爸爸的腰带，用到的就是