机器人等级考试二级知识点串讲.ppt

机械及模型 二级 智能育人非凡未来 目录 第一章 二级标准第二章 机器人发展第三章 力第四章 棘轮机构第五章 曲柄机构第六章 皮带传动第七章 凸轮机构第八章 连杆机构第九章 间歇运动机构 智能育人非凡未来 第一章 二级标准 科目 机械结构搭建 机器人常用知识 形式 机械结构搭建采用实际操作的形式 机器人常用知识采用上机考试形式 一 实践部分1 熟练连接独立的电池盒 开关以及电机2 了解凸轮 滑杆 棘轮 曲柄 连杆等特殊结构3 掌握电机的应用 能够连接电机完成一定任务 完成旋转 往复 摇摆等动作 智能育人非凡未来 二 理论部分1 了解中国及世界机器人领域的重要历史事件2 了解机器人领域重要的科学家3 了解重要的机器人理论及相关人物4 掌握凸轮 滑杆 棘轮 曲柄 蜗轮蜗杆等特殊结构在生活中的应用5 掌握如何区分不同的曲柄连杆机构6 了解电机的工作原理7 了解摩擦力的产生条件和分类8 了解凸轮机构中从动件的运动轨迹 智能育人非凡未来 第二章 机器人发展 大千世界 万事万物都遵循着从无到有的 从低级到高级的发展规律 机器人也不例外 智能育人非凡未来 古代机器 机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事 然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史 人类希望制造一种像人一样的机器 以便代替人类完成各种工作 西周时期 中国的能工巧匠偃师用动物皮 木头 树脂制出了能歌善舞的伶人 这是中国最早记载的木头机器人雏形 公元前2世纪 亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人 自动机 它是以水 空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像 它可以自己开门 还可以借助蒸汽唱歌 智能育人非凡未来 汉代 大科学家张衡不仅发明了地动仪 而且发明了计里鼓车 计里鼓车每行一里 车上木人击木马车鼓一下 每行十里击钟一下 后汉三国时期 蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了 木牛流马 并用其运送军粮 支援前方战争 智能育人非凡未来 机器人领域重要的科学家 理论及相关人物 1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷尔 恰佩克在他的科幻小说 罗萨姆的万能机器人 中 根据Robota和Robotnik两个单词 创造出了 Robot 机器人这个词 从此之后机器人在历史舞台上拉开了序幕 1939年 美国西屋电气公司制造出家用机器人 它由电缆控制 可以行走 会说话 甚至可以抽烟 让人们对家用机器人更加憧憬 智能育人非凡未来 1942年 美国科幻巨匠阿西莫夫在的科幻小说中提出 机器人三大定律 1 机器人不应伤害人类 2 机器人应遵守人类的命令 与第一条违背的命令除外 3 机器人应能保护自己 与前两条条相抵触者除外 这是给机器人赋予的伦理性纲领 机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则 智能育人非凡未来 1948年诺伯特维纳出版 控制论 阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经 感觉机能的共同规律 率先提出以计算机为核心的自动化工厂 1954年美国人乔治德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人并注册了专利 这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作 1959年美国发明家约瑟夫 英格伯格和德沃尔制造出第一台工业机器人 随后 成立了世界上第一家机器人制造工厂 Unimation公司 约瑟夫英格伯格被称为 工业机器人之父 1966年斯坦福大学人工智能研究中心发明了谢克机器人 ShakeTheRobot 它是第一台移动机器人 它被赋予了有限的观察和环境建模能力 控制它的计算机要填满整个房间 1969年日本的机器人专家森昌出了 恐怖谷理论 人形玩具或机器人的仿真度越高 超过95 人们越有好感 但当超过一个临界点时 这种好感度会突然降低 越像人越反感恐惧 直至谷底 称之为恐怖谷 正因为如此 许多机器人专家在制造机器人时 都尽量避免 机器人 外表太过人格化 以求避免跌入 恐怖谷陷阱 智能育人非凡未来 目前正在研究的 智能机器人 属于第几代机器人 A 第一代机器人 B 第二代机器人 C 第三代机器人 D 第四代机器人 答案 C机器人三定律由谁提出 A 美国科幻家艾萨克 阿西莫夫B 乔治 德沃尔C 意大利作家卡洛 洛伦齐尼D 捷克剧作家卡尔 恰佩克答案 A 智能育人非凡未来 1966年谢克机器人诞生 关于谢克机器人说法正确的是 A 第一台潜水机器人B 第一台飞行机器人C 第一台防水机器人D 第一台移动机器人答案 D根据史料记载 三国时期诸葛亮发明了一种用来运送军用物资的机器人 名为A 记里鼓车B 指南车C 木牛流马D 千里船答案 C 智能育人非凡未来 第三章 力 力的概念很抽象 我们一般根据力的作用效果来认识力 力的作用效果有 1 改变物体的运动状态 速度 2 改变物体的形状力的表示符号一般为F 力的单位是牛顿N 常见的力有重力 摩擦力 弹力等 智能育人非凡未来 力的三要素影响力的效果不同的三个重要因素 1 大小2 方向3 作用点力的示意图要标明大小 方向 作用点 a 与 b 力的作用效果和力的大小有关 a 与 c 力的作用效果和力的方向相关 a 与 d 力的作用效果和力的作用点相关 智能育人非凡未来 二力平衡 运动状态不发生改变 静止或者匀速直线平衡条件 作用点上各个力的矢量和为0 两个力大小相同 方向相反 同一个物体 同一直线 智能育人非凡未来 两个相互接触的物体 当它们发生相对运动或者具有相对运动趋势时 在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力 这种力叫做摩擦力 摩擦力的产生需要两个条件 第一是至少需要两个相互接触的物体 第二是物体之间要发生相对的运动或者是相对运动趋势 而摩擦力的方向是阻碍物体相对运动的方向 根据物体的运动状态又分为静摩擦力 滑动摩擦力以及滚动摩擦力 智能育人非凡未来 静摩擦力 当相互接触的物体之间没有相对的移动 只有相对运动趋势时 在接触面上产生的摩擦力称为静摩擦力 静摩擦力的大小是不能直接得到的 不过我们可以根据力的平衡来计算 静摩擦时 虽然有运动趋势 但没有运动 所以物体是相对静止的 静止的物体是受力平衡的 可以根据力的平衡条件求得静摩擦力 这需要知道物体上的其他力的大小和方向 而静摩擦力的方向是与其他作用在物体上力的总和的方向相反的 智能育人非凡未来 当物体上的外力过大 超过接触面能产生的最大静摩擦力时 两物体就会发生相对的滑动 此时摩擦力变为滑动摩擦力 最大静摩擦的大小要大于滑动摩擦力 滑动摩擦力 两个相互接触的物体 当它们发生相对运动时 在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力称为滑动摩擦力 滑动摩擦力的大小等于摩擦因数乘以压力 而摩擦因素与物体表面的粗糙程度有关 智能育人非凡未来 滚动摩擦力 当一物体在另一物体表面做无滑动的滚动或有滚动的趋势时 在接触面上产生的阻碍滚动的摩擦力称为滚动摩擦力 前面我们说到现在的轮胎上都是有花纹的 这些花纹主要是为了让轮胎增加与地面之间的摩擦 防止打滑 一般情况下 物体之间的滚动摩擦力远小于滑动摩擦力 只有滑动摩擦力的1 40到1 60 所以在地面滚动物体比推着物体滑动省力得多 智能育人非凡未来 重力是我们生活中无时无刻都存在的一种力 是由于地球的吸引而受到的力 表示符号 G重心 地球吸引物体的每一个部分 但是对于整个物体 重力作用的表现就好像它作用在物体的一个点上 这个点就是物体的重心 质地均匀外形规则的物体的中心 很容易确定 重力的大小 G mg重力 质量 重力加速度g 9 8N Kg重力的方向 指向地心 竖直向下 智能育人非凡未来 电机是将电能转化为机械能的转动装置 根据供电方式不同可以分为直流电机和交流电机 使用直流电源供电的电动机就是直流电机 使用交流电源供电的电动机称为交流电机 智能育人非凡未来 轮子的作用是将滑动摩擦转变为滚动摩擦 从而减少摩擦力 使物体能够在其表面上移动较长距离 答案 正确分数 2题型 判断题在相同斜面上 有两个重量不相等的物体同时下滑A 重量大的物体向下的压力大B 重量小的物体向下的压力大C 重量大的物体滑行的距离近D 重量小的物体滑行的距离远答案 A题型 单选题已知物体静止在斜面上 请问物体受到哪些力A 自身的重力B 斜面对物体的支持力C 物体受到的摩擦力D 以上都是答案 D题型 单选题 智能育人非凡未来 前轮驱动优点 1 增加内部空间 前驱车没有传动轴 所以在空间的利用上有更多的余地 2 造价低 效率高 组件少而且集中 并且由于动力传递直接 减少了损耗 运转效率更高 3 减轻重量 前驱车的机械组件少而且简单 所以能减轻不少重量 前轮驱动缺点 1 操控性差 由于发动机和驱动系统等主要部件都集中在车辆前部 车辆后部配重较轻 后轮很容易失去抓地力 尤其是在湿滑的路面上 2 转向不足 由于前轮同时承担了转向和驱动的功能 因此先天具有转向不足的问题 高速过弯转向不足尤为明显 3 前桥负荷过大 影响舒适性 前驱车前轮既要负责驱动又要负责转向 并且由于车辆前部配重较大 前轮的磨损更严重 加速或制动时对前桥的负担过重 抬头和点头现象更明显 影响乘坐的舒适性 智能育人非凡未来 后轮驱动优点 1 操控性好 后轮负责驱动 令前轮可专注于转向工作 因此转向时的车辆反应更加敏捷 2 起步加速表现好 舒适度高 车辆汽车起步 加速或爬坡时重心后移 后轮作为驱动轮抓地力增强 有利于车辆起步 加速或爬坡 提供更好的行驶稳定性和舒适度 3 维修容易 简化了操纵机构的布局和转向机构的结构 便于车辆的保养和维修 缺点1 成本较高 空间利用不便 后驱车部件多 组装复杂 生产成本相对较高 2 牵引力不足 转向过度 后驱车在过弯时 由于减速重心前移 后轮抓地力减小 很容易导致转向过度 即一般所说的 甩尾 3 动力损耗较大 由于发动机产生的动力需要多经过传动轴这一步才能传递到驱动轮 因此对于动力的损耗必然较前驱车大 一般的使用表现是后驱车较前驱车更废油一些 智能育人非凡未来 第四章 棘轮机构 由棘轮和棘爪组成的一种单向间歇运动机构叫做棘轮机构 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 智能育人非凡未来 典型的棘轮机构由四部分组成 如图所示分别为 棘轮 主动棘爪 止回棘爪 主动摆杆 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 智能育人非凡未来 棘轮机构在生活中 工业机械中都有很多应用 比如 腰带 鱼线轮 棘轮扳手等 智能育人非凡未来 齿式棘轮机构 是棘轮带有轮齿的 棘爪可以插入棘轮的齿槽中 这种棘轮机构的优点是结构简单 制造方便 动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现 缺点是动程只能作有级调节 噪音 冲击和磨损较大 故不适用于高速场合 智能育人非凡未来 摩擦式棘轮机构 用偏心扇形楔块代替齿式棘轮机构中的棘爪 以无齿摩擦代替棘轮 这种棘轮机构中 棘轮没有轮齿 棘爪控制棘轮反转靠摩擦力 摩擦式棘轮机构的优点是传动平稳 无噪音 动程可无级调节 缺点是靠摩擦力传动 会出现打滑现象 虽然可起到安全保护作用 但是传动精度不高 只适用于低速轻载的场合 智能育人非凡未来 外啮合棘轮机构 这种棘轮机构中 棘轮和棘爪啮合在外侧 它的特点是加工 安装和维修方便 应用较广 智能育人非凡未来 内啮合棘轮机构 棘轮的轮齿在棘轮的内侧 棘爪与之啮合在整个结构的内侧 这种棘轮机构的特点是结构紧凑 外形尺寸小 智能育人非凡未来 单动式棘轮机构 当主动件按某一个方向摆动时 才能推动棘轮转动 双动式棘轮机构 在主动摇杆向两个方向往复摆动的过程中 分别带动两个棘爪 两次推动棘轮转动 双动式棘轮机构常用于载荷较大 棘轮尺寸受限 齿数较少 而主动摆杆的摆角小于棘轮齿距的场合 双向式棘轮机构在制作时必须要采用对称齿形 才能实现双向运动 智能育人非凡未来 钓鱼的时候 有时鱼线轮在收回鱼线时 即使松开摇把 鱼线也不会被拉出 主要因为A 鱼线被卡死了 不能动B 因为水里的鱼也不动C 鱼线太粗 阻力太大D 鱼线轮上有棘轮 阻止了一个方向的转动答案 D下列哪些应用到棘轮机构 A 缝纫机B 千斤顶C 自行车D 六角车床答案 B C题型 多选题 智能育人非凡未来 机构的主要用途有 A 间歇送进B 制动C 超越棘轮D 抛物答案 A B C题型 多选题棘轮机构按结构形式分类可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构 答案 正确题型 判断题 智能育人非凡未来 第五章 曲柄机构 曲柄滑块机构是用曲柄和滑块来实现圆周运动和直线移动相互转换的平面连杆机构 当曲柄为主动件 滑块作为输出件时 曲柄滑块机构的作用是将匀速圆周运动 等速回转运动 转化为直线往复运动 当滑块作为主动件 曲柄作为输出件时 机构的作用是将直线往复运动转化为圆周运动 智能育人非凡未来 曲柄摇杆机构具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构 曲柄做匀速圆周运动 摇杆做往复摆动或直线往复运动 当曲柄为主动件时 曲柄摇杆机构将圆周回转运动变为往复摆动 当摇杆为主动件时 曲柄连杆机构将往复摆动变为圆周回转运动 智能育人非凡未来 平面连杆机构中最短杆与最长杆长度之和 其余两杆长度之和 取最短杆的临杆为机架 最短杆作主动杆 构成曲柄摇杆机构 如下图所示 主动杆 黄色 作匀速圆周运动带动摇杆 蓝色 作往复摆动 或者反过来 摇杆 蓝色 作为主动件作往复摆动带动曲柄 黄色 作圆周运动 智能育人非凡未来 双曲柄机构 平面连杆机构中最短杆与最长杆长度之和 其余两杆长度之和 如下图所示 取最短杆AD为机架时 主动杆AB作匀速圆周运动 从动杆CD作变速圆周运动 构成双曲柄机构 此类双曲柄机构的作用为将等速圆周运动转化为变速圆周运动 常用在惯性筛中 利用从动杆CD的变速将沙子等流体筛出去 智能育人非凡未来 反向双曲柄机构 在双曲柄机构你中 连杆与机架的长度相等 两个曲柄的长度相等且转向相反 称反平行四边形机构 反向双曲柄机构特点是当主动曲柄 红色 作匀速圆周运动时 从动曲柄 蓝色 作匀速圆周运动 但方向与主动曲柄相反 智能育人非凡未来 双摇杆机构 四杆机构中两连架杆均为摇杆 称为双摇杆机构 如图所示 双摇杆机构中两摇杆中任何一杆作为主动件 另一个杆作为从动杆 主动杆和从动杆都作往复摆动 智能育人非凡未来 自行车没有曲柄结构 答案 错误题型 判断题曲柄摇杆机构能使整周回转运动变为往复摆动 但不能把往复摆动变为整周回转运动 答案 错误题型 判断题对于汽车的曲柄连杆机构描述正确的是A 由曲柄直接带动活塞运动B 由曲柄带动连杆 连杆带动活塞运动C 由活塞带动连杆转动D 以上都不对答案 B 智能育人非凡未来 第六章 皮带传动 皮带传动亦称 带传动 机械传动的一种 由一根或几根皮带紧套在两个轮子 称为 皮带轮 上组成 两轮分别装在主动轴和从动轴上 利用皮带与两轮间的摩擦 以传递运动和动力 智能育人非凡未来 皮带传动连接方式 1 平行传动 皮带直接绕过两个传动轮 这种传动方式也称作开口传动 2 交叉传动 皮带反方向180度绕过两传动轮 这种传动方式叫交叉传动 交叉传动时 两个滑轮的转动方向相反 3 半交叉传动 皮带交叉90o绕过两传动轮 穿过两个传动轮的轴位置异面垂直 这种传动方式叫半交叉传动 两个滑轮不在同一平面上 所以不讨论转动方向 智能育人非凡未来 智能育人非凡未来 下列关于传动方式正确的是 A 齿轮传动的精密度高于皮带传动B 皮带传动的噪音大C 链传动中采用的传动链不可拆卸D 在稻草人模型中主要采用了链传动答案 A皮带传动通过交叉传动来改变轮的旋转方向 答案 正确分数 2 智能育人非凡未来 第七章 凸轮机构 凸轮机构是由凸轮 从动件和机架三个基本构件组成的高副机构 高副机构是指在机械工程中机构的两构件通过点或线的接触而构成的运动副 低副机构是指机械工程中机构的两构件通过面的接触而构成的运动副 智能育人非凡未来 凸轮机构在应用时衍生各种各样的状态 凸轮机构可以根据不同的方式分类 分别介绍如下 1 按照凸轮形状不同分类 可以分为盘形凸轮 移动凸轮和圆柱凸轮三种 盘形凸轮中凸轮形状像盘子一样的凸轮机构 是凸轮机构中最基本的形式 盘形凸轮结构简单 应用最为广泛 凸轮一般作匀速圆周运动 等速回转运动 移动凸轮中凸轮形状可能是个 山 形或者具有其他曲线的结构 凸轮相对机架做直线移动 圆柱凸轮中凸轮形状为圆柱形 这种凸轮机构属于空间凸轮机构 凸轮绕自己中心轴作圆周转动 智能育人非凡未来 智能育人非凡未来 按从动件形状不同可以将凸轮机构分为尖顶从动件 滚子从动件和平底从动件 尖顶从动件是最基本从动件的形式 从动件与凸轮接触的部分为尖顶形状 尖顶从动件能够与任意复杂的能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触 从而使从动件实现任意的运动规律 但尖端处摩擦较大 极易磨损 所以尖顶从动件只能用在传力不大的低速机构 智能育人非凡未来 滚子从动件是将从动件与凸轮接触的顶端变为滚轮 将滑动摩擦变为滚动摩擦 如下图所示 依次为滚子从动件盘形凸轮 滚子从动件移动凸轮 滚子从动件圆柱凸轮 滚子从动件的优点是凸轮与从动件之间为滚动摩擦 因此摩擦磨损较小 所以滚子从动件适用于传力较大的中 高速机构 应用十分广范 智能育人非凡未来 平底从动件将从动件与凸轮接触的顶端做成一个平底 从动件与凸轮之间易形成油膜 润滑状况好 受力平稳 传动效率高 但从动件做成平底后与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸 所以一般只与盘形凸轮搭配 平底从动件适用在高速 传动力大的机构 智能育人非凡未来 根据运动形式的不同可以将凸轮机构分为直动从动件和摆动从动件 直动从动件是指从动件作往复移动 其尖顶的运动轨迹为一段直线 直动从动件有两种形式 一种是对心直动从动件 一种是偏置直动从动件 对心直动从动件就是尖顶或者滚子或者平底的中心的轨迹通过凸轮的轴心 偏置直动从动件尖端或滚子中心的轨迹不通过凸轮的轴心 智能育人非凡未来 摆动从动件是指从动件作往复摆动 其尖端的运动轨迹为一段圆弧 分别为摆动平底从动件 摆动尖顶从动件和摆动滚子从动件 智能育人非凡未来 按高副接触方式不同分类可以分为力锁合和几何锁合 力锁合就是利用重力 弹力或者其他外力使凸轮和从动件始终保持接触 从而达到传动效果 力锁合一般有重力锁合 弹力锁合 如下图所示为弹力锁合 当凸轮转动将从动件推上去之后 弹力又将从动件压下来 智能育人非凡未来 几何锁合是利用特殊几何形状和尺寸使凸轮和从动件始终保持接触保证传动效果 几何锁合有以下几种形式 1 槽凸轮机构 利用凹槽的形状使得凸轮和从动件始终保持接触 2 主回凸轮机构 共轭凸轮机构 一个凸轮推动从动件完成正行程运动 另一个凸轮推动从动件完成反行程的运动 智能育人非凡未来 等径凸轮机构 两滚子中心间的距离始终保持不变 等宽凸轮机构 凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度 智能育人非凡未来 下列哪个用到凸轮结构 A 发动机 B 跷跷板 C 显示器 D 拉杆箱 答案 A凸轮转速的高低 决定了 运动的快慢A 从动杆B 轮子C 链条D 以上都没有影响答案 A 智能育人非凡未来 第八章 连杆机构 连杆机构指由若干 两个以上 有确定相对运动的构件用低副联接组成的机构 连杆机构若是从简单说行理解就是几根长杆连接在一起 由主动杆依次带动 最终带动输出杆的运动 智能育人非凡未来 平面连杆机构是所有构件都在相互平