模块式奥运系列步行机器人.doc

机器人竞技场宝山区青少年机械奥运系列竞赛活动一、青少年机械奥运：“机械奥运”机器人项目集机械、声、光、电、信息技术于一体，具有广泛的知识涵盖面。它是将设计制作与操控竞技结合，趣味性、观赏性、科学性兼备，深受学生喜爱的综合性科技活动。是沪港澳三地青少年步行机器人竞赛交流项目。内容有机械篮球、足球、短跑等十几项竞赛。拥有广泛的群众基础。它更是培养青少年创新能力，团队精神，树立科学道德规范的理想活动载体。为了推动青少年“机械奥运”项目的发展，普及机器人科技知识，激发学生的科学兴趣，培养创新能力和正确的科学道德观。我们从课程建设的角度，初步构建了以问题化、信息化、模块化为主要特征的“机械奥运”活动项目课程化内容体系。开发了面向全体学生的课程化教材及系列化配套器材。目前上海市青少年“机械奥运”系列竞赛活动已形成了传统，目的是力求为青少年提供一个学习、实践、展示科学素养的大舞台。二、活动目的与理念：（一）“机械奥运”项目竞赛活动方案设计，要实现由单纯性技能操练项目向以培养创造能力为重点的转变。注重知识学习与活动实践相结合，注重学习过程的科学探究，更注重探究过程中的道德体验、感悟与内化，引导学生形成持久的创新动力和正确的科学态度。具体目标活动理念1、养成民主、合作的科学作风，自觉营造探究需求的和谐环境。2.、要求学生学以致用，不畏艰难，形成持久的创新动力和勇于探究的科学态度。3、学生在探索过程中形成自主创新意识，获得一种持续探索的动力。4、发展学生的个性。在具体的探究性活动中体验、领悟和升华知识，尊重科学。5、养成自觉规范的科学道德，在竞技活动中，尊重裁判，尊重同伴，尊重对手。1、教师由“教”转向“导”，成为学生的引导者、合作者、参与者。2、要以陶行知先生的“教学做合一”教育思想为指导。3、精心建构以设问思考、探究实践，活动竞技，联想创新等多种形式的活动场景。4、转变“以知识体系为中心的科学结论教育”为“以探究为中心的科学过程教育”。5、在具体的情景中进行的科学价值观教育，比单纯的思想政治课更加有效。（二）学生科学探究能力的培养，要求在“机械奥运”项目竞赛活动方案设计中有完整的知识体系。十几项器人竞技项目覆盖了从小学到高中的各年龄层学生。让每个青少年都有展示自己创造才能的机会。 具体目标活动理念1、观察与认知2、设问与思考3、设计与制作4、类比与联想5、实验与竞技6、交流与协作7、分析与决策8、创新与实践1满足各年龄层学生的探索需求，教材的编排设计与活动项目安排，知识和技能的学习前后连贯，相互衔接，循序渐进。2活动设计要满足学生的探究欲，引导青少年进入一个奇幻无穷的机器人世界，尽情探究科学的奥秘。3创造探究需求条件，奥运系列机器人教学器材，模块部件相互兼容，具有良好的通用性，互换性和探索性特点。4精心设立创新联想的场景，机械步行平台模块构建中多方案的类比分析和联想创新、机器人多功能综合集成联想创新法、模块部件功能的拓展联想创新等.5、以学生为主体，鼓励自主探索。6、培养科学民主，团结协作的精神。7、让学生通过生动具体的实践活动自己去发现知识，学生在切身体验的过程中，掌握科学方法，逐渐领悟科学探索的本质。8、实践是创新的源泉。（三）通过机器人竞技系列活动，逐渐在宝山区形成一支高素质的科技辅导员网络化队伍。措施： 举办科技教师继续教育240培训班。定期举行学科教研活动。具体要求：1、学习普及型机器人科技基础理论知识，逐渐形成区科技辅导员网络化队伍。2、区科技辅导员具备较强的动手实践能力，示范教学能力。3、能够设计学校科技活动方案，组织学生科技社团活动。4、能够辅导学生参与科技集训、竞赛活动。骨干学校确立自己的优势项目，形成科技品牌。三、活动方案的创新特色1、以自主开发的模块式步行机器人器材和课程化教材为基础，设计了系列化竞赛活动。注重创立探究需求的情景，形成了以学生为本，师生互动，民主和谐的“科学人文”环境。2、活动以步行机器人为主题，以知识学习和操控技能相结合为特点的区级综合性青少年竞赛活动，内容覆盖了从小学到高中的各年龄层学生。3、整个活动内涵丰富，努力营造充满高尚情趣和时代精神的场景，让学生有获得成功的情感需求，在这种集科学、艺术、竞技、娱乐为一体的探索活动过程中体验人生，陶冶情操，完善人格。4、活动过程也是逐渐形成我区科技辅导员网络化队伍的过程，师资培训属于活动的重要组成部分，要先于活动的开展，并成为常态化制度。5、活动过程中师生互动，教学相长。不断吸取创意灵感，为开拓新的活动项目积累资料。四、实施活动的基础条件：1、宝山区校外教育基础雄厚，有专职机器人项目教师，积累了比较丰富的组织综合性大赛的经验。2、自主研发了模块式步行机器人系列科教器材和课程化教材。为普及型机器人活动深入发展打下了基础。3、宝山区有一支素质比较高的科技辅导员队伍，教学科研初具水平，活动的开展具备优越的师资条件。4、步行机器人竞技项目还是宝山区科技教育品牌项目，得到了区教育局的政策支持，拨给专项活动经费予以保障。对于活动的开展十分有利。5、我区基层学校设施完备，有些学校还拥有室内体育场馆，而且基层学校有专项科技活动经费，活动开展有保障。6、暑期社区青少年机器人活动频繁，社区组织开展此类活动意愿强烈。有力促进我区青少年机器人活动的发展。五、实施活动尚需注意的问题：宝山区是我市城乡结合的行政区，地域广大，乡镇学校多而分散，城乡学校在科技教育资源方面有一定差距。这需要区少科站在师资培训，活动指导，器材经费等方面有所倾斜。六、竞技活动内容与知识重点:另附模块式步行机器人课程化教材具体内容（分年级组）知识重点1、学习步行机器人基础理论知识2、短跑机器人机械原理，设计制作和竞技3、拔河机器人机械原理，设计制作和竞技4、足球机器人原理，设计制作和竞技5、篮球机器人原理，设计制作和竞技6、星球探索机器人原理，设计制作和竞技7、自主设计创意机器人的能力1、四连杆机构的知识，齿轮传动机构知识。2、四连杆机构在机械模块构建方案中的运用。3、重力、重心、作用力方向等机械力学知识。4、机械模块构建方案的多样性分析与优选。5、机械手机理研究与模块构建方案。6、机械手机模块构建方案的运用与技术创新。7、机械知识的综合运用与美学造型。七、活动参与对象和时间安排： 活动内容： 活动对象：1、短跑机器人机械原理，设计制作和竞技 小学三、四、五年级2、拔河机器人机械原理，设计制作和竞技 小学四年级初中一年级3、足球机器人原理，设计制作和竞技 初中一、二、年级4、篮球机器人原理，设计制作和竞技 高中一、二、年级5、星球探索机器人原理，设计制作和竞技 高中一、二、年级6、自主设计创意机器人的能力 初中、高中 7、宝山区科技教师继续教育240培训，学习内容模块式步行机器人基础理论知识， 宝山区科技教师模块式机器人系列制作实践活动。活动时间安排：（每年二月至六月）寒假期间 前期准备工作包括活动设想，项目设置，器材和教材准备。二月三月 组织动员，竞赛工作安排，器材发行，组织科技教师培训。三月四月 教材和规则，组织各校科技教师科教业务交流，各校学生培训。四月五月初 各校参赛项目报名，竞赛组织程序，竞赛道具和场地准备。五月中旬 （一天完成）组织宝山区青少年机械奥运系列竞赛机器人竞技场五月下旬 活动总结，网络媒体展示优秀作品实物和技术资料，教师教研交流。三月五月 学校学生利用班组、小队、科技社团、家庭或社区等各种形式进行探索活动。 二月六月底 教师培训 （注：教师培训双周三下午进行，持续一个学期。）自愿者服务队会务服务主办单位师资培训与竞赛组织八、竞赛活动组织机构与职责： 组织管理机制图示竞赛组委会仲裁委员会成绩统计组裁判组各校科技教师各校学生参赛队机器人竞技场宝山区青少年步行机器人系列竞赛承办单位后勤保障工作九、活动内容与阶段设置：“机器人竞技场”活动方案阶段设置与活动内容关系如图表所示：活动准备阶段活动主体阶段活动创意 器材开发 教材编写 项目设置师资培训 宣传动员 器材发行 进入课堂短跑机器人设计制作和竞技拔河机器人设计制作和竞技足球机器人设计制作和竞技篮球机器人设计制作和竞技星球探索设计制作和竞技自主设计创意机器人评比作品展示与评奖阶段竞赛成绩汇总与公示举行发奖仪式优秀作品展示竞 反技 映是 综重 合点 能环 力节十、活动过程：第一阶段：活动准备阶段前期准备：科研先行、资料收集、设备添置1、 开发成功模块式步行机器人科教器和课程化教材。（另附资料）2、 收集整理项目竞赛内容、形式、规则等资料。（参考了沪港澳青少年机械奥运竞赛组织经验）3、 打造竞赛道具，消耗用品，准备奖品等。4、 落实承办单位。具体落实：师资队伍建设，基层活动开展。 （重点实施）1、 利用网络媒体，下发文件进行广泛动员。2、 定期举行区科技教师项目教研活动，举办科技教师机器人项目培训班。3、 模块式步行机器人校本课程，活动器材进入课堂。4、 了解各校活动情况，参赛项目，参赛意愿，有何困难？有何需求？等信息反馈。5、 根据各校反馈情况，区少科站项目教师下基层学校进行专项指导和服务。6、 组织学校报名参赛。机器人竞技场报名单学校： 组别： 日期： 姓名性别年级参赛项目指导老师 学校盖章：第二阶段：活动主体阶段机器人创意、设计、制作及竞技活动。竞赛项目一：机器人短跑 竞赛组别：小学三、四、五年级 1、活动形式：学校科技教师组织学生利用班组、小队、科技社团、家庭或社区等各种形式进行机器人科技探索活动。2、活动内容与时间安排：2.1机器人知识与制作的探索研究。（每周活动一次，活动时间段从三月五月中旬）2.2机器人短跑竞技比赛。（宝山区青少年“机器人竞技场”竞赛项目之一，计划利用五月科技周的一天,与其他各个竞赛项目一起集中举行）3、活动过程：3.1机器人知识与制作技能的探索研究:设立探求情景,要求学生在教师指导下,自主研制出竞赛机器人。给出三种机器人模块构建方案，制作和调试难度逐渐递进，机械知识相互衔接。学生通过多方案的制作实践，分析比较各方案优劣，就自然形成了探究学习的过程。名称：曲柄连杆式四足机器人 a.模块构设方案知识点： （1）四连杆机构。（2）齿轮传动机构。 （3）机器人肢端运动轨迹分析。 名称：曲柄滑槽式四足步行机器人 b.模块构设方案 知识点：（1）曲柄摇杆机构。 （2）曲柄滑槽机构。（3）机器人肢端运动轨迹分析。 名称：交叉连杆式四足步行机器人 c.模块构设方案知识点：（1）四连机杆机构中的双摇杆机构。（2）四连机杆机构的多种组合。（3）机器人肢端运动轨迹分析。 短跑机器人模块构建方案的探索：曲柄连杆短跑行机器人 曲柄滑槽式短跑机器人 交叉连杆式短跑机器人 讨论与思考：（1）四足步行机器人运用了那些“四连杆机构”？ （2）分析比较四足步行机器人前后足端运动轨迹和驱动方式（直接或间接传动）的区别。讨论与思考：（1）四足步行机器人有多种机械构成方案，想一想还有其他方案吗？（2）讨论我们周围有那些“四连杆机构”装置运用的实例？讨论与思考：（1）为什么“交叉连杆式四足机器人”步行机构步行效率更高，速度更快？ （2）你能否用学到的机械知识设计制作新的步行机器人作品？总结：（1）所谓“最佳方案”只是暂时的，随着探索实践的深入不断有新的发现，实现一种功能可以有多种设计方案，因此只有“更佳方案”，没有“最佳方案”。（2）科学探索永远要不满现状，让创造思想自由驰骋吧。3.2竞技比赛： 本比赛纯粹是速度的较量，比赛以最快完成2m短跑的机器人为胜。机器人短跑比赛规则机人器规格：（1） 机人器只可以单电机双电池运作。 （2） 机人器长度不能超越300mm、阔度不能超过150mm、高度不能超过180mm(长、阔、高尺寸不能互换)。总重量不能超越500g（包括电池）。（3） 机人器必须以步行方式完成比赛。（4） 在比赛时，机人器不可有任何装置改变机械原本之尺寸。比赛场地规格：（1） 比赛时采用水平短跑赛道板，跑道2000mm长，起跑区长400mm。 （2） 赛道上共有6条跑道，每条跑道阔150mm。 （3） 定时器会置于赛道板末。比赛规则：（1） 比赛以最短时间完成指定距离来决定胜负。 （2） 参赛者可选择待栏闸打开才启动/放下机械，或是先启动/放下机械人等待栏闸打开。（3） 参赛者不可再碰触已离开起跑区的机械，机人器若停止活动或在限时30秒内未能到达终点会当作仍未能完成比赛。 机器人短跑成绩单学校： 组别： 日期： 姓名参赛项目第一轮成绩第二轮成绩运动员签名 裁判员签名：竞赛项目二：机器人拔河 组别：小学四年级初中一年级1、活动形式、要求和时间：同前（略）2、活动过程：2.1机器人知识与制作技能的探索研究。知识点：（1）齿轮传动比与动力轴转速及动力输出力矩的关系。（2）机器人的重力、重心、足底接触面积和摩擦材料、作用力方向等机械力学知识。机械原理：步行机构（单侧步行足）由曲柄滑槽机构和两组曲柄摇杆机构共一个动力曲柄组成的复合机械装置。动力装置采用四级齿轮传动低转速方案。机械方案特点分析：机器人左右足底板相连，左右足同步迈进。中足与前后四足交错落地行走。这种方案使得机器人在拔河竞赛时，拉力方向始终在中轴线上，比较符合力学原理。而采用交错步的机器人会因重心左右摆动，拉力线也会随之漂移。另外脚板面积也不易做大。模块构建方案的探索：（1）指导学生以力学原理构建模型方案。讨论下列方案依据。机器人采用左右足底板相连，左右足同步迈足方案的依据。（2）机器人采用相对较短曲柄，小步幅组装，减速齿轮箱采用低转速（四级齿轮传动）高扭力方案的力学依据。（3）机器人足底板的制作：要求尺寸准确，胶皮粘合均匀平整。在规则允许的范围，足底板的面积尽可能大。（4）机械组装：（略）（5）调试：（略）讨论与思考：（1）请学生运用初中物理学知识，研究拔河机器人的重量、脚底板面积、采用的材料和摩擦力的关系。（2）用力学知识，分析判断机器人配重是采用均衡分布，还是集中一点方案？如何确定配重物的位置？（3）尝试研究新的拔河机器人构建方案。2.2竞技比赛： 此项比赛主要测试各机器人之力度，机人器要以步行的方式移动，比赛是以最快将对方拉出指定范围者为胜。机人器拔河比赛规则机器人规格：（1） 机器人只可以单马达双电池运作。（2） 机器人长度不能超越300mm、阔度不能超过150mm、高度不能超过180mm、总重量不能超越500g（包括电池）。(长、阔、高尺寸不能互换)（3） 拔河采用长150mm的电线扣为联系两台机械之物件。（4） 机器人身体末端中央离地60mm-90mm处须装置一个直径10mm的金属羊眼圈，以便钩上拔河之电线扣。（5） 机器人必须以四足步行方式移动，每只脚掌面积不能超过25mm x 50mm步行时每只脚板均会离开地面。机器人不应有任何部分永久接触地面。（6） 机器人接触地面的部分不应有高度黏性(以不粘不起一张80g A4打印纸超过3秒为准)。比赛场地规格：本比赛采用拔河赛道板。拔河赛道板长1000mm 阔180mm 高180mm，于中线前后各有75mm阔之标记。比赛规则：（1） 比赛以一场分出胜负，比赛由裁判示意开始，当机器人将对方拉出每边65mm的比赛范围之外便告胜出。（2） 比赛限时为1分钟，若在时限内仍未能分出胜负，则以重量较轻者为胜。（3） 比赛开始时若机器人不能启动或中途停止活动，机器人就当作败论。机器人拔河成绩单学校： 组别： 日期： 姓名参赛项目第一轮成绩第二轮成绩运动员签名 裁判员签名：竞赛项目三：机器人足球 组别：初中一、二、三年级1、活动形式、要求和时间：同前（略）2、活动内容：（另附详细课程化教材）（1）按比赛规则制作一个足球机器人。（2）足球机器人模块构建方案的多样性选择。（3）研究足球机器人的重量、速度和力量的关系。（4）培养团队精神，参与竞技比赛。3、重点：（1）足球机器人的重量、速度和力量的搭配。（2）培养团队精神和意志品质。4、难点：足球机器人的操控技术和比赛战术配合。5、活动过程:5.1模块构建方案探索：这里提供两种模块集成方案作参考，要求学生研究出竞赛型足球机器人模型，其过程类似短跑机器人探索过程。足球机器人模块构建方案（一） 足球机器人模块构建方案（二） 5.2探索机器人球队的战术组合：因为目前机械奥运足球规定是三对三的比赛，分别有前锋、后卫和守门三种机器人。可以尝试高速机器人和中速机器人球员搭配，灵活型和力量型兼顾的阵型。比如前锋采用快速灵活型机器人球员，中后卫采用中速力量型机器人球员。（高、中、低速方案可以通过齿轮箱的齿轮传动组合来实现，祥见附件：步行机器人课程化教材）5.3训练方法：（1）射门练习，盘带练习。（2）模拟对抗比赛。教师要适时有意识的引导学生在具体的活动过程中体验团队精神，锻炼意志品质。5.4思考与实践：在实际创作和比赛活动中，学生有了亲历的体验。在此基础上请学生自己总结：（1）研究足球机器人的重量、速度和力量的关系。（2）总结机器人配重要点。（重心低且要居中、配重量适当）（3）根据自己在球队中的角色，修正机器人制作方案。（4）谈谈集体对抗性竞赛项目在比赛中，团队协作精神的重要性。5.5竞技比赛：本项目是以队制形式进行，每队有三台正选步行机械人，及一台后备机器人，期望学生制作出较灵巧的步行机器人，并在比赛中发挥合作精神。比赛以两队步行机器人进行对抗，在指定时间内用“脚”将足球踢入对方龙门，以入球多者为胜。机器人足球比赛规则机器人规格：（1） 参赛机器人的长度不可超过300mm、阔度不可超过200mm、高度不可超过240mm(长、阔、高尺寸不能互换)。总重量不能超越1.5kg（包括电池及接收器）。（2） 每队由三台步行机器人组成。a. 前锋机器人需于200mm旗杆贴上黄色半圆形旗仔，并只能于己方前半场活动，范围包括敌方禁区。b. 中场机器人需于200mm旗杆贴上红色三角形旗仔，除了不能进入双方的禁区，可于全场活动。c. 防守机器人需于200mm旗杆贴上蓝色长方形旗仔，并只能于己方后半场活动，范围包括己方禁区。（3） 机器人的前端必须有左右各一件挡板，挡板由齿轮箱前端向后倾斜30 - 45度，至遮蔽用作步行的前脚，防止机器人的前脚踢球，两件挡板前端的开口最大距离是30mm，所以踢球的脚或板不能大于30mm。(见附图) （4） 比赛时机器人以大会认可的无线方式控制，如红外线操控板或无线操控器。（5） 机器人必须以摇摆方式(非旋转式)踢球。比赛场地规格：（1） 本比赛采用足球赛道板。（2） 比赛场地的样式会印于一张面积3658mm(12呎) 2438mm(8呎)的横额物料上，四周有高100mm之45度三角斜围板，龙门为915mm阔 x 200mm高 x 200mm深。比赛选用直径约60mm之橡皮球。比赛规则：（1） 机器人只可踢球，不能持球或推球。（2） 后备机器人连操控器需放在大会的指定地方，否则不能要求更换机器人。（3） 比赛分上、下半场，各场时限为2分钟。比赛首阶段以小组循环赛，胜方得三分，负方得零分，和局各可得一分。次阶段会以淘汰（4） 以掷毫方法决定开球队伍及场地，每队在上、下半场各有1次开球机会。双方先摆放前锋机器人，再于禁区内摆放防守机器人，由开球一方于中圈内先摆放中场机器人，最后由对方于中圈外摆放中场机器人。（5） 待裁判指示才可开球，而计时亦以此刻为开始时间。开球队伍须于5秒内开球，否则改由对方开球。其余机器人待开球后才能开动。（6） 将球踢入对方龙门便得1分，失分球队将再在中场开球，而定时器不会暂停，比赛完结时得分较高者便为胜方。（7） 时限过后仍未能分出胜负，于循环赛中会算作和局，于淘汰赛中会加时比赛，以实时死亡决胜负，各队只可派出一台机器人作赛，实时死亡的时限最多为2分钟。若仍未能分出胜负，双方轮流派出一台机器人射定点球，每方三台的机器人各射一球，并记录入球的时间，入球最多一方为胜，若入球数目相同时，以时间最短者为胜。若第一轮射定点球仍未能分出胜负则再射第二轮，直至分出胜负。（8） 定点球做法是将足球置于中圈，机器人于限时1分钟内不限次数射空门(即没有防手机器人)，直至射入。机器人不能进入禁区射球，但可从禁区取球。（9） 机器人因犯规被罚十二码球，足球会放于禁区顶之中央，射球的机器人先放于禁区之外，之后守方才将防守机器人垂直(最短的一边)放于龙门底边的中央，对方未触球前防守机器人不能开动，否则会被警告及重射定点球。（10） 比赛时双方若争持足球超越10秒，裁判可暂停比赛，将双方的机器人分开距离足球约300mm后再进行比赛。（11） 参赛队员应在指定位置操控机器人。比赛一开始，参赛队员再不能触碰机器人和球，直至将球踢入对方龙门或比赛完结为止。（12） 开球第一脚踢入龙门的入球作废。连对手机器人及球一起推入龙门的入球作废。（13） 比赛进行中，若需要维修或更换机器人要向球证提出，获得批准后方可进行，机器人需由球证取出及放回，定时器不会暂停，球赛仍继续进行。放回原位之机器人需得球证指示方可操控移动并继续比赛。（14） 所有判决最终由项目裁判团决定。足球竞赛场地图： 竞赛程序：分组抽签 第一轮 A队 第 第二轮 A队 第三轮A队B队 一 E队C队 E队 组并列第三名 亚军 冠军A队 F队 第 G队 G队 H队 二 H队H队I队组 参赛队队长签名： 裁判员签名： 竞赛项目四：机器人篮球比赛 组别：高中一、二、三年级1、活动形式、要求和时间：同前（略）2、活动内容：（另附详细课程化教材）（1）按比赛规则制作一个篮球机器人。（2）学习操控机器人的技术。（3）了解拾球机器人机械手原理。（4）培养沟通和协调能力，发扬团队精神。3、重点：（1）篮球机器人的步行平台模块构建方案依据。（2）拾球机械手制作与调试。（3）培养沟通和协调能力。4、难点：（1）拾球机械手制作与调试。（2）机器人操控技术，比赛战术配合。5、活动过程：5.1步行机构和拾球装置模块构建方案的探索：机器人步行平台模块集成方案有多种选择，方法如前几项。 5.2机器人球队的战术组合：（类似足球机器人）5.3训练方法：（1）传球和投篮练习。（2）模拟对抗比赛。让学生在实际的活动中体验沟通和协调的重要性。教师要适时有意识的引导学生。5.4思考与实践：（1）为什么上面所有机器人步行平台模块构建无一雷同？如何根据比赛项目确定步行平台模块构建方案？（2）改进投篮机器人模块构建方案。思路：a、降低重心。b、增大投篮器盛球篮面积，想一想这种设计有什么好处？ （3）所有机器人步行平台模块构建方案并无一定模式，请你自己探索。 （4）谈谈竞赛中战术策略与协同配合的关系。5.5竞技比赛：机器人篮球比赛是另一种队制形式比赛，模仿人类的篮球比赛，即有传球及射球等活动。每队由2台机器人组成，每台机器人需兼具拾球及投球的功能。比赛会用一个橙色乒乓球作为篮球。比赛只有一场，时限为6分钟，每个入球可得两分，比赛结束后以得分最高者为胜。机器人篮球比赛规则机器人规格：（1） 篮球机器人包括已伸展的拾球及投球装置计，其长度不能超越300mm、阔度不能超过200mm、高度不能超过240mm(长、阔、高尺寸不能互换)。总重量不能超越1.5kg（包括电池及接收器）。（2） 参赛机器人使用齿轮箱的数目不多于5个，须以步行方式移动。（3） 比赛时机器人可以大会指定的无线方式控制，如红外线操控板或多频道无线操控器，故机器人应预留空间装置红外线接收器或无线电接收器。比赛场地规格：（1） 比赛将用篮球赛道板，四周有457mm高的透明围板。直径180mm的篮框离地高度为240mm。比赛会以一个橙色乒乓球球作篮球。 比赛规则：（1） 每队可预备三台机器人，其中两台机器人用作出赛，第三台机械人作后备更换之用，比赛前须先交给器判保管。没后备机器人的队伍只能修理损坏之机器人。（2）开始比赛时，双方机器人要置于自己半场的中圈外，并面向攻方。裁判会于中圈的中心以上300mm放下一个篮球供双方争夺。（3）篮球机器人取得篮球后，须于5秒内抛出篮球，否则算作犯规(持球)，裁判会给予犯规者一次警告，并由对手于原地开球。若能投入对方的篮框内可得两分。比赛时限为6分钟，以得分最多者为胜。（4）比赛进行中，若需要维修或更换机器人要向第二球证提出，获得批准后方可进行，机器人需由球证取出及放回，定时器不会暂停，球赛仍继续进行。放回原位之机器人需得球证指示方可操控移动并继续比赛。（5）限时过后仍未能分出胜负，以实时死亡决胜负，不用对换场地，亦不能更换机器人。双方机器人要置于自己半场的中圈外，并面向攻方。裁判会于中圈的中心以上300mm放下一个篮球供双方争夺，以最先入球者为胜。实时死亡的时限最多为3分钟。若仍未能分出胜负，双方轮流派出一台机器人射定点球，每次时限为1分钟。每方二台的机器人各射一球，并记录入球的时间，入球最多者为胜，若入球数目相同时，以时间最短者为胜。若第一轮射定点球仍未能分出胜负则再射第二轮，直至分出胜负。若再和局则从抽签分胜负。（6）定点球不设防守机器人，做法是将篮球置于禁区顶之中央位置，机器人由中圈出发去拾球，若投球不入，机器人可在限时内捡回篮球再射，射球次数不限，但不能进入禁区射球。（7）入球后由失球一方于自己半场的底线开球。（8）双方机器人不能进入禁区超过5秒，否则会被裁判警告，并由对手于原地开球。（9）同一台机器人犯规两次会被罚球，由对手机器人于禁区外射球一次，射入罚球可得两分，失球一方于自己半场的底线开球。若罚球不入，比赛会随即继续进行。竞赛程序：分组抽签 （与机器人足球比赛程序相同）竞赛项目五、星球探索机器人 组别：高中一、二、三年级1、活动形式、要求和时间：同前（略）2、活动内容：（1）星球探索机器人模块构建方案。（2）按比赛规则制作一个星球探索机器人。（3）机械手抓斗的改进。3、重点：机械手的制作和改进。4、难点：机械手的制作和改进5、活动过程：在前面制作的基础上，要求学生自己独立完成作品。5.1步行平台和拾球装置模块构建方案的探索（1）演示连杆机械手步行机器人作品，并要求在篮球拾球机器人的基础上，制作星球探索机器人。 （2）星球探索机器人要在模拟的外星球环境中采集岩石标本，需要负重。请你思考，采用哪种机器人齿轮传动方案和模块构建案？提示：上述系列机器人布局方案无一雷同，底板没有前后正反之分，原则是布局配置尽量使机器人的重心均衡，这样机器人转向比较灵活机动。（3）研究连杆机械手步行机器人机械手机构原理与改进，提高采集标本效率。（4）要求每个人提出构思方案，并交流讨论，相互启发。（5）在以上研究基础上动手制作实践。（6）学习机器人的调试、检查与排除故障的技能。5.2训练内容（7）模拟采集火星岩石标本的操控练习。（8）组织对抗比赛。5.3机器人作品交流与总结。（10）讲评创意机器人，表彰创新精神。（11）总结和奖励：（略）5.4竞技比赛：希望学生于此项比赛中设计灵巧的手钳作探索星球，而非作星球开矿。机器人要拾取岩石样本（乒乓球）， 运送至指定的地点储存，拾取岩石时要选取有用之岩石（白色乒乓球），避免选取有害之岩石（橙色乒乓球）。星球探索比赛规则机器人规格：（1） 机器人以收起机械手计，其长度不能超越300mm、阔度不能超过200mm、高度不能超过240mm(长、阔、高尺寸不能互换)。总重量不能超越1kg。（2） 参赛机器人不限使用齿轮箱的数目，但须以步行方式移动，每次拾取岩石的数量不限，但必须以机械手夹持或合拢的方式为原则，不能用铲泥的方式向上兜接或扫拨。（3） 比赛时机器人以有线控制盒手动控制。比赛场地规格：（1） 本比赛采用综合赛道板。（2） 比赛场区面积2438mm 1219mm，四周有高100mm之围板。（3） 岩石储存于赛板两端的基地容器，长300mm 阔300mm 高50mm。比赛规则：（1） 参赛机器人须于2分钟内检拾不同颜色的岩石样本（乒乓球），不同颜色的岩石代表不同的分数，以基地容器的岩石总分最高者为胜。在机器人身上的岩石不会被计算。若分数相同，以白色乒乓球最多者为胜。（2） 不同颜色的岩石所代表的分数如下：颜色乒乓球分数白+10橙-10（3） 参赛机器人不能损害或阻碍其它参赛机械，如有违反，裁判将发出警告；凡被罚2次警告，将取消其参赛资格及立即离场。（4） 在比赛进行中，机器人如有故障可向裁判要求实时离场作维修，维修后之机器人须由裁判放回原位继续比赛，该机器人不会获得额外之补时。竞赛项目六、自主设计创意机器人评比 组别：小学、初中、高中机器人造型设计比赛规则1、机器人造型设计比赛的目的：在于让学生尽量发挥创作意念，在比较宽松的规格下，机器人外型可更具创意及富有美感。2、参赛组别：（1） 小学组与中学组分组评比，每校最多可派两只步行机人器参赛。（2） 每个机器人要起一个名字。3、比赛规则：（1）参赛作品不得参与其它任何赛事。（2）曾参加上届比赛的机器人不得重复参加本年度相同的赛项。（3）机器人连背景装饰不得大于 425mm X 300mm X 230mm (长、阔、高的尺寸可以互换)。（4）机械人须完成基本步行动作并装饰美丽。（5）比赛当日参赛同学需向裁判作现场讲解或说明创作意念及特色。参赛同学可附交一张A4之作品简介（见附页一）格式须与附页相同，但说明内容不可含有任何与学校或作者姓名有关的文字及图像。4、评审准则：造型动感创意制作技巧材料运用总分25%25%25%25%100%各机械造型设计比赛胜出的队伍需留下作品供作展览之用。其它未有胜出的队伍需于决赛当日中午后取回参赛作品。机器人造型设计比赛作品简介参赛组别： 参赛编号：_注意：说明内容不可含有任何与学校或作者姓名有关的文字及图像。违规者可被取消比赛资格。作品说明：设计概念：材料运用：遇上的问题或困难：解决方法：机器人造型设计评比成绩单学校： 组别： 日期： 编号姓名参赛机器人名称成绩名次运动员签名 裁判员签名：第三阶段：活动总结，网络媒体展示优秀作品，教师教研交流。1、 机器人竞技活动优胜者发奖与表彰大会。并在综合评估的基础上，评选基层学校优秀活动组织奖，最佳科技辅导员奖。2、 资料汇总，收集与整理。以利活动的可持续发展。3、 组织教师专题教研交流活动，对于活动客观总结利弊得失，写出专题报告。4、 优秀作品实物图片和技术资料网络媒体展示。5、 参赛学校可以获取“机器人竞技场”竞赛录象和优秀作品技术资料光碟。附件：模块式步行机器人课程化教材模块式步行机器人一、机械奥运系列步行机器人基础知识（一）连杆机构的相关技术1、连杆机构：用销轴等零件将条形杆件活动连接所组成的机构称为连杆机构。其中作旋转运动的杆称为曲柄，而只能在一定范围内做往复摆动的杆称为摇杆。带动其他部件运动的零件叫做主动件。被其他部件带动最后实现运动的零件叫做从动件。2、直接传动：主动件与从动件之间通过直接接触来传递动力的机构称为直接传动机构。3、间接传动：主动件与从动件分离，主动件的运动通过中间件的传递带动从动件运动，这种运动形式叫做间接传动。4、四连杆机构：由四根杆件组成的机构称为四连杆机构。如图所示。曲柄（主动件），连杆（中间件），摇杆（从动件），机架（固连于静止坐标系的固定件）。5、奥运系列机器人步行机构设计常用的几种四连杆机构形式。（1）曲柄摇杆机构 如图所示，以短杆A为回转曲柄，杆B为连杆，而长杆C则成为往复摆动的摇杆，杆D就是机架。杆A和杆C都可以作为主动件或从动件。曲柄摇杆机构杆件之间的组合，机架的形状并无固定式样。如图所示。（2）双摇杆机构 如图所示，若以杆A为机架，杆C为连杆，那 么B、D两杆都可以作为摆杆使用。这种机构常应用于汽车前窗雨刷。如图所示。 （3）曲柄滑块机构 如图所示，曲柄、连杆和滑块组合成的机械装置能够将旋转运动变成直线运动，或将直线运动变成旋转运动。有些公交车上的气动门就用这种装置。（4）曲柄滑槽机构 如图所示，与曲柄滑块机构稍有不同，曲柄滑块机构是滑块在固定的滑槽内滑动，而曲柄滑槽机构是连杆上的滑槽在固定销上滑动。（5）平行四连杆机构 机器人的多关节机械臂常使用平行四连杆机构，可保持臂端部的方向始终不变。如图所示。（二） 齿轮传动机构1、减速器：减速器就是使末级动力输出轴转速降低的传动机构，齿轮传动机构是其中的一种。减速器也是力（或力矩）放大器。减速器电机的输出功率为转速与转矩之积。功率一定时，转速N降低，则输出转矩增加。其关系式如下：P=（kgf cm）N/97.5W其中P为电机输出功率W，（kgf cm）为转矩，N为转速（r/min）。2、单级齿轮传动：主动轮和被动轮的齿数分别为Z1和Z2时，那么当主动轮的转速为N1时，被动轮转速N2可以下面的数学式表达。N2= N1 Z1/Z23、多级齿轮传动：当电机转速为N1，末级齿轮动力输出轴转速N0的计算公式如下。两级齿轮传动 N0= N1 Z1Z3/Z2Z4 （高速） 三级级齿轮传动 N0= N1 Z1Z3Z5/Z2Z4Z6 （中速）四级级级齿轮传动 N0= N1 Z1Z3Z5Z7/Z2Z4Z6Z8 （低速）这三种齿轮传动减速比分别是高速、中速、低速方案。在机械奥运系列比赛中适用于不同项目的机器人。二、机械奥运短跑竞速机器人系列1、活动的指导思想-创立探究需求的情景活动的设计要满足青少年的探究欲，要创立一种可让学生产生联想的情景空间，让创造思想自由驰骋。比如,系列短跑机器人作品多方案的比较、机械原理、制作和调试的难度逐渐递增，学生在实践中不断试验、改进和选择方案的过程，就是一种探究性情景自然形成的过程。通过系列作品的制作研究，学生体验到了科学探索的乐趣，有了亲历的创造体验，创新思维的萌芽就会逐渐发展，根植于学生的脑海。就会明白科学探索永无止境，方案没有最佳，只有更佳的道理，逐步培养起孜孜以求的探索精神，获得持续一生的科学创新动力。2、四足步行机器人简介： 这类步行机械模仿了四足类走兽步行方式设计而成。因为四足步行机器人机械传动部件相对较少，结构简洁。机械传动效率高，所以常用以做竞速比赛。下面三种方案的制作和调试难度逐渐递进，机械知识相互衔接。学生通过多方案的制作实践，分析比较各方案的优劣，就自然形成了探究学习的过程。短跑机器人活动方案（一）名称：曲柄连杆式四足步行机器人适合对象：1016岁。活动形式：制作与竞技活动可在学校班级、科技兴趣小组、课外教育机构社区中展开。知识点：（1）四连杆机构。（2）齿轮传动机构。机械原理：步行机构（单侧步行足）用两组四连杆机构共用一个动力曲柄的复合机械装置。动力装置采用两级齿轮传动高转速方案活动内容：1、学习四连杆机构在四足机器人模型步行机构设计中的运用。2、学习制作四足步行机器人，曲柄摇杆机构和齿轮传动机构是如何组成“复合机械”的？3、连杆式四足步行机械机构原理。 4、探索组装方案，调试出机器人最佳步行效率，参与短跑竞速比赛。重点：四连杆机构在四足步行机器人模型上的运用。难点：机器人组装方案的选择与调试。工具：小锤、电烙铁、剪刀、平板挫、十字小锣丝刀。材料：步行足、步行足螺销支架、动力曲柄、滑槽螺丝销支架、连杆、连接套、足套、底板、 电线、齿轮箱和螺丝销等构成。曲柄连杆式四足步行机器人活动过程：1、曲柄连杆式步行机器人方案实物演示与介绍。 2、曲柄连杆式机器人步行机构机械原理：步行机构（单侧步行足）运用了两组四连杆机构共用一个动力曲柄的复合机械装置。动力装置采用两级齿轮传动高转速方案。 3、机器人肢端运动轨迹分析：步行机械前足上端孔与短连杆端部孔A用螺销连接，短连杆另一端B与支架孔用螺销连接。在动力曲柄驱动下短连杆以孔B为圆心，另一孔A作垂直于地面的上下弧线运动。以孔A为圆心前足端作平行于地面的往复弧线运动。两者运动轨迹的复合，带动前足端部抬起、跨步后蹬,成一个复杂弧线运动轨迹。同样动力曲柄通过连杆将动力传递给后足，后足端轨迹作往复弧线运动。左右曲柄相对位置180度，机械模型实现了四足交替行走。4、组装方案的选择：指导学生通过实验确定最佳方案。（1）齿轮传动采用中速，配以长曲柄方案（用离六边形轴孔较远的螺孔）其特点是机器人步幅大，步频低。（2）齿轮传动采用高速，配以短曲柄方案（用离六边形轴孔较近的孔）其特点是机器人步幅小，步频高。（3）通过实践体验和比较“曲柄连杆式四足步行机器人”各方案优劣。各模块部件安装螺孔的选择和不同方案的配合也要经过实验确定。 5、制作和调试要点：（1）除齿轮箱和底板要紧固连接外，其他模块都是活动连接，各部件既要活动灵活，模块间隙又要尽可能小。（2）所有两个以上的相连模块，必有一个模块上的孔较