2.1 城市建设机器人（课件）-九年级信息技术下册同步精品课堂（川教2019版）

中物理 第二单元 探索未来城市中的机器人 川教版（2019） 信息技术（九年级下册） 第1节 城市建设机器人 学易同步精品课堂 1 课堂导入 1 课堂导入 同学们从这个视频短片中看到了什么？ 是不是看到有的机器人在生产流水线上进行标准装配，有的机器人在和游客进行互动，还有的像人类的手臂一样做着精细的操作呢？ 请你说一说，你还见过哪些机械自动化的案例？ 学习目标 1 1.了解机械臂的控制原理，能够构建一个简单的机械臂模型。 2.理解舵机的工作原理，能使用多个舵机协调地完成一组动作。 3.掌握信号输入器件控制机械臂的方法。 2 目录 一、项目分析，方案确定 二、系统搭建，功能实现 三、功能丰富与改进 项目分析，方案确定 一 一、项目分析，方案确定 项目分析，方案确定 一 1.需求分析 如果我们也想制作一个机械臂，以实现简单搬运的功能，将机械臂一侧的物体夹持住以后，把它移动到机械臂的另一侧，完成搬运功能。 项目分析，方案确定 一 2.技术选型 （1）机械臂结构 机械臂根据结构形式的不同分为：多关节机械臂、直角坐标系机械臂、极坐标机械臂、柱坐标机械臂等。 项目分析，方案确定 一 （2）驱动机构——舵机 舵机作为机械臂的驱动机构，是一种位置（角度）伺服的驱动器，用于需要角度不断变化并保持相应位置（角度）的控制系统。 项目分析，方案确定 一 舵机主要由外壳、电路板、马达、齿轮与位置检测器构成，转动的角度是通过调节PWM（脉冲宽度调节）信号控制的，其转角范围为0°~180°。因为要使用PWM信息控制转动角度，所以在接线时舵机的引脚只能接Arduino上带“~”标志的3、5、6、9、10、11号端口。 项目分析，方案确定 一 3.方案确定 按设计目标制作一个简易的三自由度机械臂，确定方案如下表： 三自由度机械臂设计方案 项目名称 三自由度机械臂 作品功能 设计并实现一个三自由度机械臂，完成简单的夹持任务。 材料清单 Arduino控制器、三自由度机械臂CAD设计图、亚克力板、9g舵机（四个）等。 实现过程 先搭建机械臂结构，将Arduino控制器与舵机连接，并逐一调试舵机的活动角度，根据活动角度和任务进行程序设计。并在实际任务中不断调试和优化参数。 系统搭建，功能实现 二 二、系统搭建，功能实现 系统搭建，功能实现 二 1.结构构建 机械臂的结构可以选用亚克力板为材料，借助CAD设计图和激光切割机制作。 系统搭建，功能实现 二 三自由度机械臂主要由机械爪、前摆臂、后摆臂和底部转盘构成，由四个舵机控制。夹持舵机控制机械爪的开合；左侧舵机控制前摆臂的摆动，主要影响机械爪的前后移动；右侧舵机控制后摆臂的摆动，主要影响机械爪的上下移动；底盘舵机控制底部转盘的转动，影响机械爪水平方向的转动。 2.系统接线 设计出电路接线图。将舵机与Arduino控制器连接好，并记好器件针脚对应表。 系统搭建，功能实现 二 连接端口对应表 功能舵机 模块端口 Arduino控制器端口 夹持舵机 VCC（红色） 5V GND（棕色） GND 控制口（橙色） 3 左侧舵机 VCC（红色） 5V GND（棕色） GND 控制口（橙色） 5 右侧舵机 VCC（红色） 5V GND（棕色） GND 控制口（橙色） 6 底盘舵机 VCC（红色） 5V GND（棕色） GND 控制口（橙色） 9 系统搭建，功能实现 二 3.程序编写与角度调试 在Mixly里面，舵机控制模块有两个控制参数，分别是转动的角度和延时时间。 控制引脚（应为PWD引脚） 舵机转动的角度 转动后延时的时间 系统搭建，功能实现 二 对机械臂各个“关节”转动的角度进行调试和校对。夹持动作闭合为80°、放开为160°，设计机械臂的夹持动作函数。 系统搭建，功能实现 二 实践与记录： 请将机械臂舵机转角的范围调试出来，并填写在下表中： 舵机转角范围记录表 舵机名称 最小角度 最大角度 舵机名称 最小角度 最大角度 夹持舵机 右侧舵机 左侧舵机 底盘舵机 系统搭建，功能实现 二 4.功能实现 根据下图任务模型，设计程序，完成搬运任务。 开始 结束 初始化，让夹钳向前居中，夹子张开 底盘舵机朝右侧转___度 前、后摆臂调整___度至物体被夹持高度 夹子夹持 底盘舵机朝左侧转___度 夹子张开 功能丰富与改进 三 三、功能丰富与改进 功能丰富与改进 三 1.使用电位器控制机械臂 电位器： 电位器是阻值随电刷滑动变化的电阻，通常由三个引脚、电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与电刷的位移量成一定关系的电阻值或电压。 功能丰富与改进 三 电位器的输入值可以作为舵机转动角度的依据，机械臂其余部件的控制方法与之类似。下图是选用一个电位器来控