16跟着包老师学机器人零级第16课 小瓦力
02-课件：5-4 机器人动力学建模(牛顿-欧拉法)
连杆动力学方程（牛顿-欧拉递推方法）将机器人的连杆看成刚体，其质心加速度、总质量、角速度、角加速度、惯性张量与作用力矩满足如下关系：牛顿第二定律 （力平衡方程）()/ci i ci i ci d m dt m ==f v v欧拉方程 （力矩平衡方程）()()/c c c ci i i i i d dt ==+⨯i i i n I ωI ωωI ω连杆动力学方程（牛顿-欧拉递推方法）欧拉方程公式推导v 为质心移动速度（移动时与惯性力相关）坐标系旋转时，惯性张量不是常量()()/c cc ci i i i id dt ==+⨯i i i n I ωI ωωI ω ()() =[()] =[] =()c c c ci i i i c c i i i cc i i i c ci i i d d dt dtS ==+++⨯+⨯i i i i i i i i i n I ωI ωωI I ωωωI I ωωωI I ωωI ω ()()g d m dt =⋅+⨯⋅+N I ωωI ωρ×v力和力矩平衡方程i i+1i-1iP i+1i fi i n i i f i+1i n i+1连杆i 在运动情况下，作用在上面的合力为零，得力平衡方程式（暂时不考虑重力）：（将惯性力作为静力来考虑）111f f R f +++=-i i i i ci i i i力和力矩平衡方程作用在连杆i 上的合力矩等于零，得力矩平衡方程式：1111111i i i i i i i i i ci i i i ci ci i i i +++++++=--⨯-⨯n n R n r f P R f 将上式写成从末端连杆向内迭代的形式：111i i i i i i i ci+++=+f R f f 1111111i i i i i i i i i i i i ci ci ci i i i +++++++=++⨯+⨯n R n n r f P R f 利用这些公式可以从末端连杆n 开始，顺次向内递推直至到操作臂的基座。
青少年机器人等级考试一级实操案例大全
说明:青少年机器人等级考试得一级相对比较简单。
一般来说小学生经过半年至一年得乐高或者其她品牌机器人或者创客教育得培训，那么不用额外得等级考试培训,也就是可以通过考级得。
当然,如果额外经过等级考试得培训,那么通过一级完全就是稳稳得。
等级考试分为文化内容答题（电脑上答题)以及实际操作两部分。
下文即就是对实操部分得案例与说明。
实际操作制作作品不局限于下文中提到得案例,但就是道理与应用到得知识等同,总体说难度不高。
对于应用得器材器件,就是考生自己带到考场上得。
请注意提前购买好。
至于什么品牌,用哪种？这完全取决于自己得选择。
一二级考生通常会选择乐高，因为就是插拔式得,比较容易操作。
当然南方也有不少培训机构使用得式乐喜——简单得说就就是上螺丝得方式来紧固得,而不就是插拔得。
考级机构不强制考生应用哪种品牌得器材,您也会在下图中瞧到,同样得题目要求，举例了多种不同器材得搭建,当然实质都就是一样得。
以下就是一级得烤肉机
下图就是一级得履带车
一级时钟
一级起重机
一级跷跷板
一级秋千
一级手动风扇。
青少年机器人等级考试一级实操案例大全
说明：青少年机器人等级考试的一级相对比较简单。
一般来说小学生经过半年至一年的乐高或者其他品牌机器人或者创客教育的培训，那么不用额外的等级考试培训，也是可以通过考级的。
当然，如果额外经过等级考试的培训，那么通过一级完全是稳稳的。
等级考试分为文化内容答题（电脑上答题）以及实际操作两部分。
下文即是对实操部分的案例和说明。
实际操作制作作品不局限于下文中提到的案例，但是道理和应用到的知识等同，总体说难度不高。
对于应用的器材器件，是考生自己带到考场上的。
请注意提前购买好。
至于什么品牌，用哪种？这完全取决于自己的选择。
一二级考生通常会选择乐高，因为是插拔式的，比较容易操作。
当然南方也有不少培训机构使用的式乐喜——简单的说就是上螺丝的方式来紧固的，而不是插拔的。
考级机构不强制考生应用哪种品牌的器材，你也会在下图中看到，同样的题目要求，举例了多种不同器材的搭建，当然实质都是一样的。
以下是一级的烤肉机
下图是一级的履带车
一级时钟
一级起重机
一级跷跷板
一级秋千
一级手动风扇。
乐高创意机器人教程(中级下册10~16岁)旋转窗户
狗和人都是恒温动 物。人的身体表面有汗腺， 温度高时，人可以通过出 汗降温，从而保持恒定的 体温。而狗的身体表面没 有汗腺，它的汗腺长在舌 头上。温度高时，为了维 持正常体温，狗就只能伸 出舌头来散发全身的热量。
惰轮是不做功的齿轮，它有一定的储能作用， 对系统稳定有很大帮助。惰轮在机械中使用非常普 遍，有助于连接远处的轴。第 3 ຫໍສະໝຸດ 页拼装步骤第 4 页
思考与进步
我们完成了旋转窗户的制作。转动摇柄，仔细观察，摇柄转动一圈，窗户 能否完全打开？
同样摇动摇柄，怎样能够使窗户转动得更快些？为什么？ 齿轮传动的速度取决于传动比。改变传动比，就能改变传动速度。增
大主动轮或者减小从动轮，都可以增大传动比。 第 5 页
惰轮的应用
惰轮的应用非常广泛，在机械手表、电机传动 系统、发动机中都有体现。
第 2 页
旋转窗户的制作
我们经常能见到旋转窗户，它是如何制作的呢？ 使用乐高零件，结合惰轮知识，制作一扇旋转窗户。思考惰轮在窗户开关 过程中的作用。
“头脑风暴”可编程机器人 乐高“头脑风暴”配备了一块“智能砖
头”（Intelligent Brick），可以用它为机器人 编辑各种指令。它将机器人玩具的玩法提升到 一个新高度。
第 1 课 旋 转 窗 户
主要内容 惰轮的概念及应用
知识探索
什么是惰轮？ 惰轮与普通齿轮有什么区别？ 惰轮有什么用处？
百达翡丽
百达翡丽是一家始 于 1839 年的瑞士著名钟 表品牌，是世界十大名表 之 首。 它 是 瑞 士 仅 存 的、 真正的独立制表商之一。 训练一名百达翡丽制表师 需要 10 年时间。
改进与创新
1. 将窗户的开合方式改造成百叶窗的开合方式。
2020机器人技术等级考试五级课程第一章04ESP32模拟读写 机器人包老师
E S P32开发板数字引脚有哪些工作模式？本章目录ESP32简介 ESP32开玩 数字读写 模拟读写 模拟输出电容触摸霍尔传感外部中断-按键计数 外部中断-入侵检测 串口打印模拟读写ESP32模拟信号读取函数也是analogread()函数，默认返回值为0~4095。
Arduino UNO模拟输出通过PWM实现，对应的函数是analogWrite()，该函数在ESP32 for Arduino当前版本没有提供。
ESP32芯片提供了3种模拟输出方式，不同方式对应不同的输出函数，这三类模拟输出方式分别为：⏹LEDC：基于PWM调制的16通道模拟输出⏹SigmaDelta ：基于SigmaDelta 调制的8通道模拟输出⏹DAC ：硬件（DAC）实现的2个通道的模拟输出模拟信号输入函数模拟信号输入函数ESP32的ADC模块的分辨率为12位，所以模拟输入函数的返回值在0~4095之间，由于ESP32的工作电压是3.3V，当模拟输入函数的返回值为4095时，对应的工作电压是3.3V，返回值为0时，对应的工作电压是0V。
ESP32的ADC模块返回值的线性度不是很好，此外当电压小于0.1V时，返回值均为0，电压大于3.2V 时，返回值均为4095。
模拟信号输入函数⏹analogRead()⏹analogSetWidth()analogRead()⏹功能：从指定引脚读取模拟信号，获取返回值。
⏹返回值：ADC的精度是12bit，默认范围0~4095之间，对应电压0~3.3V。
⏹ pin: 共15个模拟输入引脚：A0/A3/A4/A5/A6/A7/A10/A12~A19，分别对应引脚为：36/39/32/33/34/35/4/2/15/13/12/14/27/25/26。
当打开WiFI 功能时，建议仅使用A0/A3/A4/A5/A6/A7 6个引脚作为模拟输入使用。
analogSetWidth(bits);⏹功能：设置analogRead()函数的取样分辨率。
乐高创意机器人教程(中级上册10~16岁)变速箱
齿轮可以应用在一切要求实现变速的机械（设 备）中。
第 29 页
齿轮的传动比
齿轮可以传递运动与动力，但是如何知道传递 得有多快呢？这就需要用到齿轮的传动比。
两个齿轮工作时都在转动，但转动速度可能不 一样。这两个齿轮转动速度的比值称为传动比，也 叫速比。
第 34 页
小启发 机器人能不能画出
漂亮的图画？
上图是一款绘图仪， 它能够按照人的要求自动 绘制图形。
传动比的计算
传动比可以通பைடு நூலகம்齿轮数来计算。
你还可以给绘图仪 装 备 一 款 红 外 遥 控 器， 以便在远处控制其工作。
上图中有两个相互啮合的齿轮，每个齿轮都有 24 个齿。假如现在第一个齿轮带动第二个齿轮转 动，那么，两个齿轮的传动比就是 24÷24 = 1。
第 31 页
拼装步骤
第 32 页
思考与进步
我们完成了变速箱的制作。转动摇柄，仔细观察一下，哪个挡位速度快， 哪个挡位速度慢？
为什么两个挡位的输出速度不一样？速度差多少？ 合理设计齿轮组，可以获得合适的传动比，从而控制传输速度。通过
每一级传动比的大小，可以综合计算出齿轮组的传动比。 第 33 页
第 30 页
变速箱的制作
你听说过变速箱吗？知道变速箱一般用在什么地方吗？ 使用乐高零件制作一个变速箱。参照下面的材料图和步骤图搭建，也可以 自由发挥。
“头脑风暴”可编程机器人 乐高“头脑风暴”配备了一块“智能砖
头”（Intelligent Brick），可以用它来对机器 人编辑各种指令。它将机器人玩具的玩法提升 到一个新高度。
乐高创意机器人教程(中级上册10~16岁)机械与齿轮
第 28 页
第三代——EV3机器人 乐高超强Mindபைடு நூலகம்torm EV3智能机器人的最大
特点是无须使用计算机就可编程。EV3配备了一 块“智能砖头”，可以用它来对机器人编辑各种 指令。
第 25 页
拼装步骤
第 26 页
思考与进步
我们完成了旋转风车的制作。转动摇柄，仔细观察，摇柄转一圈，风车会 转几圈？
同样地摇动摇柄，怎样能够让风车转得更快一些？为什么？ 齿轮传动的速度取决于传动比。只要改变传动比，就能改变齿轮传动
2. 加速装置和减速装置分别如何用齿轮实现？为什么？
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齿轮
齿轮是轮缘上有齿、能连续啮合、传递运动和 动力的机械元件。
古代中国人也有以 水计时的工具——铜壶滴 漏 ；他们还用烧香计时， 将香横放，上面放置连有 钢珠的绳子，有报时功能。
单个齿轮是无法工作的，至少要有两个齿轮配 合才能工作。
多个齿轮之间如果不相互啮合，也是无法工作 的。因为它们之间是相互独立的，没有任何联系。
速度 ；增大主动轮或者减小从动轮，都可以增大传动比。 第 27 页
课后作业
1. 仔细观察下面两幅图。如果行驶在这些路上，需要使用加速装置 还是减速装置？为什么？把答案写在下面的横线上。
图1
图2
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乐高.动力机械课程案例小火车教案
课后反馈
言语性技能
言语性技能
智慧技能
认知策略
态度
动作
认知策略
学生情况
认知发展
基本科学概念（）
是否可以从具体事物中提出概念（）
是否可以进行抽象思维（）
情感和个性发展
道德感：言行是否符合社会道德（）
理智感：是否可以用科学的态度认识认知活动（）
美感：是否用美来评价客观事物（）
兴趣发展：学生的兴趣爱好（）
能力发展：学生在认知过程中的能力（）
教学管理中心教学教案
教材内容
课程板块
科学与设计
活动包
动力机械1
活动主题
小火车
学生年龄
6岁
活动零件
9797+Wedo
学生人数
内容联系
动力机械的课程包主要将带领学生进入奇妙的机械世界，在本个课程包中学生将学习到一些简单的机械结构，如齿轮，滑轮，杠杆，轮轴等知识，并且应用学习到的知识和实际生活中相联系，利用学习的机械结构，完成并创新作品，帮助人们让人们生活变得更加丰富多彩。
八、培养学生严谨认真的态度，在搭建时进行自检。
九、培养学生发现问题，善于观察，解决问题的能力。
1.连杆传动结构
2.如何进行搭建、遇到怎样的问题、怎样解决、如何将冠状齿轮和连杆传动系统应用到作品中
3.收集关于火车运动的信息，策划搭建方案。
4.端正学习态度、养成严谨认真的习惯
5.搭建一个小火车。
6.客观的比较、评价作品，使得自己的设计符合生活，更加人性化。
反思
在大部分同学都将小火车搭建完成后，可以让同学们思考为什么火车要用到连杆传动？
探索者机器人说明书(配套教材)
第一章探索者教学机器人简介探索者教学机器人是具有感知功能、判断决策功能和动作执行功能的智能型机器人，它的出现，不仅为中小学信息技术教育提供了新的教学载体，也为各级各类学校的理论和专业教学提供了一个开放式实验实习平台。
通过这个载体和平台，可以学习和了解机械、电子、电机、传感器、单片机、计算机软硬件、人工智能等多方面的知识，培养广大青少年的动手能力、创新能力和协作能力，并在参加各级各类比赛和完成各种应用实验项目的过程中提高学生的综合能力。
通过本章内容的学习，将对探索者教学机器人有一个基本的了解，掌握一些基本的操作方法。
1．1探索者教学机器人的基本结构探索者教学机器人由控制主板、液晶显示器、底盘、阁架、电机系统、电池以及各种传感器组成。
机器设计成圆盘形，层叠式。
由各个机械零部件和电子元器件组成的机电系统，采用开放式接口，交互式语言驱动，各部分可分解组合。
机械电子的开放式接口让使用者可在原有控制板的基础上扩展机械接口，安装多个直流电机和伺服电机。
通过EXPBUS总线扩展卡，还可方便地扩展控制板的功能，如增加超声测距卡、传感器扩展卡、电机扩展卡，I/0扩展卡及通用扩展卡等。
使机器人在原有的基础上，智能化程度更高，功能更强大。
下面通过探索者教学机器人图例(图1-1)，一一介绍机器人的各部分名称和作用。
1、底盘、阁架用于承载联结机器的各种机械及电子装置,用户可根据功能扩展的需要设置多层阁架，如图1-2所示。
2、控制主板探索者控制主板采用了基于MC68HC11的扩展系统结构，以较少的外围芯片获得了丰富的硬件功能，其编程采用目前国际上通行的交互式C语言（简称ROBOIC），是机器人发烧友不可多得的、性价比极好的控制主板。
探索者控制主板采用合理开放的布局设计，充分考虑了可拆装性、易操作性和美观性等方面的要求，为用户提供了极其方便的硬件操作空间和安全简易的扩展接口配置，其布局如图1-3所示。
（1）LCD插座：探索者配备了一个16x2的液晶显示模块，将其正确插入该插座，机器人在运行过程中可以显示2行16字符的文本信息，是探索者与操作者的交互界面之一；（2）伺服直流电机口3：探索者控制主板上扩展了四个直流伺服接口，编号为0～３，具备PWM （脉宽调制）功能，可以用于各种直流驱动装置，如直流马达、继电器等执行机构，旁边的红色和绿色用于指示方向；（3）伺服直流电机口2：同伺服直流电机口3；（4）伺服直流电机口1：同伺服直流电机口3；（5）伺服直流电机口0：同伺服直流电机口3；（6）移动轮电机1：探索者教学机器人左右各装备了一个直流驱动马达，分别对应于WHEEL0和WHEEL1两个五芯插座，是探索者的主要移动机构，安装时应注意左右对应关系；图1—1探索者教学机器人整机图从 动 轮电 池图1—2探索者教学机器人拓展图（7）移动轮电机0：同移动轮电机1；（8）电源插座：电池组上电源线连接在此处，连接时应注意电池极性；（9）充电插座：探索者配备的12伏500毫安充电器上的同轴插头插入此插座可以对连接在机器人上的8*1.2伏串联电池组进行充电；（10）充电指示：黄颜色的发光二极管，用于指示探索者是否处于正常充电状态，若快速充电跳线插座短路，则该指示灯不亮；（11）扩展电源插座：给探索者扩展的直流电机口0～3和驱动轮电机驱动口0～1提供附加的电源，电源极性请见板上的标注，附加电源的规格为5～7节1.5伏干电池或7～8节1.2伏串联充电电池，但一般要求等效电压等于或略高于连接于(8)的电池电压；（12）电源开关：用于打开和关闭探索者；（13）电源指示：绿颜色的发光二极管，用于指示探索者是否处于工作状态；（14）电压低指示：红颜色的发光二极管，灯亮时，表示电源电压太低；（15）功能按钮：该按钮占用通用数字输入口7，在用户程序中可以获得该按钮的状态，另外，该按钮与复位按钮联合使用可以使控制板进入特殊启动模式，从而能够进行操作系统的装入；（16）复位按钮：按下此按钮使控制板复位，当与功能按钮联合使用可以使控制板进入特殊启动模式，从而可以进行操作系统的装入，具体做法是先按下功能按钮并保持，然后按一下复位按钮;（17）通用数字口0-6、8-9：通用数字输入口，从左至右编号为0到6和8-9；（18）通用模拟口7-4：通用模拟输入口，从左至右编号为7到4；（19）通讯指示：黄颜色的发光二极管，灯闪烁时，表示控制板正与PC机进行通讯；图1-3探索者教学机器人控制主板布局及接口示意图（20）串行通讯插座：RS232串行通讯接口；（21）麦克风：用于采集声音信号，占用通用模拟接口2；（22）红外调节1：用于调节红外发射管1的发射强度；（23）红外发送1：红外发射管1插座，该插座具有电源极性，用户在拆装时需注意方向；（24）红外接收：红外接受头插座；（25）红外发送0：红外发射管0插座，该插座具有电源极性，用户在拆装时需注意方向；（26）红外调节0：用于调节红外发射管0的发射强度；（27）光敏传感器1：预设的光敏电阻插座1，与右边的光敏传感器对应，也可以作为通用模拟输入口使用，编号为1；（28）光敏传感器0：预设的光敏电阻插座0，与左边的光敏传感器对应，也可以作为通用模拟输入口使用，编号为0；（29）扩展接口：该扩展接口插座与LCD插座一起构成了探索者的扩展总线；（30）红外频率调节：用于调节红外振荡电路的频率，使其位于38KHz左右；（31）快速充电：若需对电池组进行快速充电，应将该跳线座短路；（32）蜂鸣器：可以在用户程序的控制下产生不同频率的声响。
科里奥利力演示
对运动速度的演示： 设定3个不同的高度，将小球分别放下，观察运动 轨迹以及落点。
科里奥利力演示
北京工业大学
孙傲 张俊杰 高占领科里奥利力来自 f 2mv w
科里奥利力方向判断： 用右手螺旋法则。将右手伸出，用除拇指 之外的四个指头指向相对非惯性系的线速 度方向，再将四指绕向角速度方向，此时， 拇指所指方向为科里奥利力方向。
影响科里奥利力的因素有： 圆盘转动的角速度，小球运动的速度。
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3、评价卡 对于搭建比较好的同学奖励一张巧手卡。 对于经常主动帮助别人的学生奖励一张雷锋卡。
4、奖励 一个学期下来，累计到最多卡的学生，给与适当的奖品奖励。
情景搭建
情景搭建
02 拼装介绍
搭建清单
03 反思活动
1.小瓦力在工地非常的勤劳，工人们都十分喜欢它，但是发现有时候人们睡觉的时候，它一 个在那里很寂寞，小朋友们，你们能再做一个机器人出来，陪陪小瓦力吗？
06 评 价
1、课堂： 找典型的学生，让他发表学习演讲，内容包括以下几个方面：
今天这节课使用了哪些主要零件，制作了哪些模型？ 在制作过程中遇到了哪些困难，我是怎么解决的？ 我制作的模型，有哪些部分做的很特别，与众不同？哪些部分做的不够好？ 我使用了哪些指令编写程序？实现了什么样的功能？ 我最大的收获是什么？
情景搭建
情景搭建
小瓦力
零件清单
01 导 入
1，科学家，发现在工地里面上班的叔叔太辛苦了，于是它们发明了一个机器人， 名字叫做小瓦力，它有防滑的履带，左手可以挖掘泥土，右手是电转，头顶还有 一个飞翔装置，非常强悍和可爱，现在我们科学家叔叔给了一张图纸我们，需要 我们把小瓦力搭建出来，你们能做到吗？