机械飞爪

【活动目标】

• 1、了解各种各样的机械臂。
• 2、能够使用齿轮传动搭建机械爪的动力系统，并且通过传动规律搭建出能够张合的机械爪。
• 3、在搭建机械飞爪的过程中，激发孩子的好奇心和动手能力。

【活动引入】

一、机械臂的故事

​ 在教育领域，中国之前是没有机器人学科的，小学生的课外活动都是学习琴棋书画。而从 2017 年起，国家开始推动编程教育、人工智能教育、机器人教育。2018 年高校开始增设机器人这样的综合性专业，短短三年之间百余所高校的相关专业获批。

​ 谨记总理重托，越疆科技投入大量资源，与国内外一流学府、权威教育专家联合开发，实现硬件、软件、教材 “三驾马车” 的并驾齐驱，将一系列产品与启蒙教育、职业应用教育、科学探索教育深度结合，目前全国有超过上千所学校都在使用越疆的产品。

​ 2020 年，越疆科技获批国家职业教育改革 “1+X” 证书，而在工业领域，越疆也正在颠覆人们的传统认知。

​ 过去在工厂里，我们会看到一台一台 “庞然大物”，因避免伤及工人被关在 “笼子” 里。而我们的机械臂因为被赋予了可感知的功能，能够在生产现场与工人实时互动，被叫作协作机器人。现在很多厂家都面临招工难，不仅因为工作内容相对枯燥，有的工作环境也会对人体健康造成一些损害，而在使用了我们的机器人之后，老板们说帮他们大幅度地降低了用工成本。

​ 本节课将深入了解机械飞爪的起源，以及机械飞爪在机器人领域的应用。让我们一起来学习吧！

二、机械飞爪的起源

​ 机械飞爪的起源可以追溯到 20 世纪初期。当时，美国的工程师和发明家 Charles Francis Jenkins 发明了一种名为 “Radio Rex” 的机器狗玩具，它可以使用无线电控制移动和抓取物品。这种机器狗玩具使用了一种机械飞爪装置，可以抓取和拾取物品。

​ 随着技术的不断进步，机械飞爪的设计也逐渐得到改进。20 世纪 50 年代，机械飞爪开始被应用于工业生产中，成为一种重要的机器人装置。机械飞爪可以在自动化生产线上完成抓取、搬运、装配等工作，大大提高了生产效率和生产质量。

​ 现代的机械飞爪已经成为了一种智能化的机器人装置，它可以使用传感器和智能算法来自动感知和抓取物品。机械飞爪的起源可以说是人类对于生产效率和质量的追求和技术的不断进步的产物，机械飞爪在机器人有哪些领域的应用呢？

三、机械飞爪在机器人领域的应用

​ 2019 年的今天我们发现身边各种各样的机器人是越来越多了，然而其实早在两千多年前我国就已 经出现了指南车，在我国三国时期诸葛亮制作的木牛流马都是属于机器人的鼻祖。

​ 在现代生活中，我们最早用到的就是工业机器人，而工业机器人与机械飞爪有着密不可分的联系。

​ 它可以在人类无法到达的工作环境（如有放射性的环境、深海空间、危险狭小的环境等）中工作，也可以替代工人进行枯燥乏味的重复性工作，大大提高了工业生产中的工作效率，这些都是以前的机器无法达到的。

​ 机械飞爪在机器人领域的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：

1. 工业自动化：机械飞爪被广泛应用于各种工业自动化生产线上，如汽车制造、电子产品组装、食品加工等。机械飞爪可以实现物体的抓取、放置和搬运等任务，能够提高生产效率和质量。
2. 仓储物流：机械飞爪也被应用于仓储物流领域，可以实现货物的自动化搬运和分类。例如，机械飞爪可以从货架上抓取物品，并将其放入指定位置或物流设备上。
3. 医疗保健：机械飞爪还被应用于医疗保健领域，如手术机器人中的夹持器就是一种机械飞爪。机械飞爪可以实现精细的手术操作，提高手术成功率和患者恢复速度。
4. 教育和娱乐：机械飞爪也被广泛应用于机器人教育和娱乐领域。例如，乐高机器人套件中常见的机械飞爪可以让孩子们学习机器人控制和编程。

​ 生活中随着科技的进步，往往很多工作都别机器代替了，就比如机械飞爪，它代替了人类从事一些危险的工作。下面，让我们来看一看，什么是机械飞爪？

【活动准备】

乐高积木9686套装

​ 本次所用零件：

【活动过程】

步骤图

机械飞爪常由机械爪和传动臂组成，我们也按照这样的组成来制作机械飞爪。

1. 制作机械飞爪的机械爪。
2. 组装马达和电机，制作传动臂。
3. 完成后，就可以组合成机械飞爪了。

第一步

​ 将材料拼成一个能够活动的机器爪。

​ 使用的材料有：1* 6蓝色镶嵌梁2个、2* 6蓝色底片4个、4* 6蓝色角梁4个、灰色轴套3个、蜗轮1个、24齿轮2个、滑轮1个、黄色半轴套1个、4轴2个、10轴1个。

第二步

​ 将马达和电机组装在一起，供机械爪驱动。

​ 使用的材料有：红色套栓2个、电池盒1个、中型马达1个。

第三步

​ 将材料拼成一个支撑机械爪运转的传动臂，组合好后我们的机械飞爪完成啦！

​ 使用的材料有：黄色半轴套2个、1* 15白色的梁3个、5轴1个、蓝色长销2个、灰色轴套1个、4* 4橡胶圈1个、灰色光滑销4个。

【问题思考】

一. 提出问题

• 1、是什么控制机械爪开合？
• 2、搭建机械爪的动力系统需要注意什么？
• 3、机械爪为什么能把东西抓起来？

二. 问题回答

• 1、通过传动臂，驱动齿轮旋转，齿轮控制机械爪开合。
• 2、注意齿轮传动的个数，两个齿轮传动方向相反才能使机械爪开合。
• 3、由安置在机械爪尤其是“指尖”的驱动装置决定的。有足够的驱动力，才能促使机械爪保持强大的抓握力。

【科学知识】

机械爪开合

​ 机械爪的动力系统可以使用齿轮传动来实现。齿轮传动是一种常见的机械传动方式，通过齿轮的啮合来传递动力和转矩。在机械爪的动力系统中，需要使用不同大小的齿轮来实现不同的速度和转矩要求。

​ 具体来说，可以使用一个齿轮和一个连杆组成的摇杆机构，将齿轮的旋转转换成连杆的往复运动，从而实现机械爪的张合动作。当齿轮旋转时，齿轮上的啮合齿轮也会随之旋转，从而带动连杆的运动。连杆的运动可以通过机械连杆与机械爪的张合机构相连，实现机械爪的张合动作。

​ 通过传动臂驱动齿轮旋转，可以实现机械爪的开合控制。通过控制传动臂的转速和转向，可以实现机械爪的精准、稳定的开合动作。同时，通过合理的齿轮传动设计和机构组装，可以实现机械爪的高效、稳定和精准的张合动作。

​ 通常情况下，我们会采用两个齿轮传动的方式，使得一个齿轮的旋转方向与另一个齿轮的旋转方向相反。在这种情况下，两个齿轮的啮合可以实现机械爪的开合。另外，需要注意的是，如果需要实现机械爪的开合方向相反，可以通过在齿轮传动中加入一个方向反转的齿轮组来实现。这样，在传动中，齿轮的旋转方向就会反转，从而实现机械爪的开合方向相反。需要注意的是，在加入反转齿轮组时，需要确保齿轮传动的匹配和啮合正确，以免影响机械爪的稳定性和精度。

【举一反三】

• 1、在生活中，和机械飞爪很相似的有哪些？
• 2、我们还能利用机械飞爪来做什么呢？

【结束】