高大上的机器人课应该这样上

 

　　指导老师：

 

　　武汉三牛中美中学 物理工程老师 Feynman-李寿实

 

　　实践材料：

 

　　Vex IQ零件，2x12直梁4根，2孔撑柱8根，1x1销钉若干，大中小齿轮各2个，橡胶轴若干

 

　　机器人进课堂已不是什么新鲜事，可机器人课究竟应该怎么上？按照图纸拼装出一个模型，在设定好的编程模块下输入数值，拿着手柄像打游戏一样遥控就行了吗？本期动手动脑，我们走进武汉三牛中美中学，跟着初三年级体验了一堂结合了物理课、工程制图课和3D打印课的机器人课程。

 

　　课程主要分为设计零件、搭建和编程3个环节。李老师首先向同学们引入齿轮的定义和分类，介绍齿轮组的性质。用SnapCAD软件，制作出一幅图像，让大家清晰地观察齿轮和齿轮组的空间结构。接着，李老师布置一个任务作为热身，给出两个齿轮组模型图，要求自行选择材料5分钟内搭建出来。随后，回顾初三物理课上讲解过的功率、扭矩、齿轮比等概念，计算模型的机械效益。这堂课的实践重点在于加入齿轮和齿轮组后的搭建，以及和电机配合制成底盘后，观察机器人整体的运动效率。

 

　　七名学生分为两组，分工合作。"将400多个部件搭建起来，需要的是极大的耐心和细致。"李老师介绍，学生要能熟练掌握三视图的概念，将平面化的图纸在脑袋里转化成准确的空间结构。在操作之前首先要理解，所有的部件是有序的组织在一起，有步骤以及先后的逻辑关系，将不同零件嵌套在一起的时候，如果次序错了，结构就会发生根本性的变化。

 

　　搭建过程也有很多小技巧，李老师说："销钉很容易插错接口，需要我们使用工具，例如一个直梁或者小起子利用杠杆将其翘出来；轴套是橡胶件，插入轴承前，拿手心轻轻握住，会热胀冷缩，接口会变宽，安装会容易一些；橡皮筋除了能紧固一些部件，还经常用来套在各种动力装置上，增加摩擦力。"

 

　　原型机搭建好后，就可以编程让机器人动起来了，这个过程也会运用到很多物理知识。使用原型机抓取和抬升物体的时候，要能感受其重心的位置和高度，如果整体重心超过了底盘，容易翻车。每个电机是有额定功率的，在完成任务前，计算好所有环节所需要的最大功率、扭矩，以及作用力都在允许范围内，才能实现工程目标。

 

　　李老师介绍，六月底这批学生将参加机器人比赛，正式的比赛是不会提供拼装零件的，需要自己设计并制作，比拼的是孩子们对于机器人的设计和搭建能力，能参与的学生并不多。