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1、机器人考级一级知识点汇总一级标准科目：机器人搭建、机器人常用知识形式：机器人搭建采用实际操作的形式，机器人常用知识采用上机考试形式器材.：结构件：能够满足考试要求的结构件均可考核内容：（一）实践1.基本结构认知2 .知道六种简单机械原理（杠杆，轮轴，滑轮，斜面，楔，螺旋）3 .齿轮和齿轮比4 .传动链5 .机器人常用底盘（二）知识1.了解主流的机器人影视作品及机器人形象2 .会分辨稳定结构和不稳定结构3 .会计算齿轮组的变速比例4 .能够区分省力杠杆和费力杠杆5 .能够区分那种滑轮会省力机器人常识机器人历史事件及重要理论古代机器。机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。
2、然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作。机器马车。西周时期，中国的能工巧匠偃师用动物皮、木头、树脂制出了能歌善舞的伶人，这是中国最早记载的木头机器人雏形。公元前2世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人自动机。它是以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像，它可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。汉代，大科学家张衡不仅发明了地动仪，而且发明了计里鼓车。计里鼓车每行一里，车上木人击木马车鼓一下，每行十里击钟一下。后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”，并用其运送军粮，支援前方战争。机器人的产生1920年，捷克
3、斯洛伐克作家卡雷尔恰佩克在他的科幻小说罗萨姆的万能机器人中，根据RObota和RobOtnik两个单词，创造出了“Robot”机器人这个词。从此之后机器人在历史舞台上拉开了序幕。1939年，美国西屋电气公司制造出家用机器人，它由电缆控制，可以行走，会说话，甚至可以抽烟，让人们对家用机器人更加憧憬。1942年，美国科幻巨匠阿西莫夫在的科幻小说中提出“机器人三大定律”：1 .机器人不应伤害人类;2 .机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；3 .机器人应能保护自己，与前两条条相抵触者除外。这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。主流机器人影视及形象电影
4、名称及机器人形象总结如下表序号电影/动画片名称机器人形象电影年份1终结者（第一部）T-8001984年2霹雳五号Number51986年3机械战警亚历克斯墨菲1987年4剪刀手爱德华爱德华1990年5机器管家安德鲁1999年6人工智能大卫2001年7I,Robot机械公敌尼桑2004年8机器人历险记罗德尼2005年9变形金刚（第一部）汽车人霸天虎2007年10钢铁侠托尼斯塔克2008年4月11机器人总动员瓦力2008年6月12铁臂阿童木阿童木2009年13铁甲钢拳亚当2011年14机器人启示录艾克斯201215环太平洋机甲猎人2013年16超能陆战队大白2014年17超能查派查派2015年机器
5、人定义及组成机器人定义机器人是自动控制机器RObot的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想模拟其他生物的机械。理想中的高仿真机器人是整合了控制论、机械、电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物，目前科学界正在向此方向研究开发。所以机器人是综合微电子技术，自动化控制技术，机械学，计算机等学科综合成果机器人系统基本结构：机械部分、传感部分、控制部分机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。机器人驱动机器人驱动方式：电力驱动液压驱动，气压驱动。电机是发电机和电动机的统称，电机通常分为直流电机和交流电机，交流电机分为异步电机和同步电机两类。人们对电机的要求事体积小
6、，高速高精度。机器人的特点机器人能力的评价标准包括：1.智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；2 .机能，指变通性、通用性或空间占有性等；3 .物理能，指力、速度、可靠性、联用性和寿命等。4 .活动范围：机器人就是具有生物功能的实际空间运行工具，可以代替人类完成一些危险或难以进行的劳作、任务等。各类机器人特点工业机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或协助人类工作，所以工业机器人具有以下特点：1 .对工作环境有很强的适应能力，能够代替人类在有害场所从事危险工作2 .动作准确性高，可保证产品质量的稳定性。3 .能高强度在环境中从事单调简单的劳动4
7、.具有很广泛的通用性医用机器人具有特点：1 .不能发生错误动作2 .非专业人员也可以正确使用3 .对医生提供有效的帮助4 .可以直接与人接触二.基础结构认知每个物体都是由简单的图形构成的，也就是说物体的每个面都是由圆，三角形，四边形和多边形构成的。三角形有着稳固、坚定、耐压的特点。三角形框架、起重机、三角形吊臂、屋顶、钢架桥中都有三角形的身影。任取三角形两条边,在两条边角度不变的情况下，在两条边的非公共端点连接第三条边。因为第三条边不可伸缩或弯折所以两端点距离固定。按照相同的方式任取两条边都复合上述情况。所以三角形固定，具有稳定性。一个结构是否稳定，除了考虑结构外，还要考虑放置的位置和物体的重
8、心。总体来说符合以下原则1.与地面接触面积越大，物体越稳。2 .重心越低，物体越稳。3 .通过重心作竖直向下的直线与地面的交点，如果在接触面上,则物体较稳；如果在接触面外，物体不稳。三.力的基础认知力的效果力的概念很抽象，我们一般根据力的作用效果来认识力。力的作用效果有：改变物体的运动状态（速度）改变物体的形状力的表示符号一般为F,力的单位是牛顿N,常见的力有重力，摩擦力，弹力等。力的三要素影响力的效果不同的三个重要因素：L大小2.方向3.作用点如图所示，将一薄钢条的下端固定，分别用不同的力去推它，使其发生(a).(b)x(c).(d)各图中的形变，如果力的大小K=F3=F4F,那么，能说明力
9、的作用效果跟力的作用点有关的图是()A图()和(b)B-图(和(C)C.图(a)和(d)D.图(b)和(d)与(b):力的作用效果和力的大小有关与(O:力的作用效果和力的方向相关与(d):力的作用效果和力的作用点相关力的示意图：3N要标明大小，方向，作用点。二力平衡平衡：运动状态不发生改变。静止或者匀速直线平衡条件：两个力大小相同，方向相反，同一个物体，同一直线。相互抵消常见力的介绍(1)重力定义：重力是我们生活中无时无刻都存在的一种力，是由于地球的吸引而受到的力。表示符号：G重心：地球吸引物体的每一个部分，但是对于整个物体，重力作用的表现就好像它作用在物体的一个点上，这个点就是物体的重心。质
10、地均匀外形规则的物体的中心，很容易确定重力的大小：G=Ing重力二质量*重力加速度g=9.8NKg重力的方向：指向地心。竖直向下。摩擦力两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或者具有相对运动趋势时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫做摩擦力。摩擦力的产生需要两个条件：第一是至少需要两个相互接触的物体，第二是物体之间要发生相对的运动或者是相对运动趋势。而摩擦力的方向是阻碍物体相对运动的方向，根据物体的运动状态又分为静摩擦力、滑动摩擦力以及滚动摩擦力。分别介绍如下静摩擦力。当相互接触的物体之间没有相对的移动，只有相对运动趋势时，在接触面上产生的摩擦力称为静摩擦力。静摩擦力的大小是不能直
11、接得到的，不过我们可以根据力的平衡来计算。静摩擦时，虽然有运动趋势，但没有运动，所以物体是相对静止的，静止的物体是受力平衡的，可以根据力的平衡条件求得静摩擦力，这需要知道物体上的其他力的大小和方向。而静摩擦力的方向是与其他作用在物体上力的总和的方向相反的。当物体上的外力过大，超过接触面能产生的最大静摩擦力时，两物体就会发生相对的滑动，此时摩擦力变为滑动摩擦力。最大静摩擦的大小要大于滑动摩擦力。滑动摩擦力。两个相互接触的物体，当它们发生相对运动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力称为滑动摩擦力。滑动摩擦力的大小等于摩擦因数乘以压力，而摩擦因素与物体表面的粗糙程度有关。注意：压力是垂直于接触面
12、的力，而不是垂直地面的力。滚动摩擦力。当一物体在另一物体表面做无滑动的滚动或有滚动的趋势时，在接触面上产生的阻碍滚动的摩擦力称为滚动摩擦力。前面我们说到现在的轮胎上都是有花纹的，这些花纹主要是为了让轮胎增加与地面之间的摩擦，防止打滑。一般情况下，物体之间的滚动摩擦力远小于滑动摩擦力，只有滑动摩擦力的1/40到l60o所以在地面滚动物体比推着物体滑动省力得多。四.简单机械斜面斜面，是指与水平方向有不为零的夹角的平面。斜面是一种简单机械，可用于克服垂直提升重物的困难，省力但是费距离。斜面的工作原理：斜面与平面的倾角越小，斜面较长，则省力越大，但费距离。斜面与平面的倾角越大，斜面较短，则省力越小，但
13、省距离。斜面在生活中有广泛的应用，如盘山公路、搬运滚筒、螺丝钉、斜面传送带等。楔形楔是斜面的应用，原指上厚下薄的小木撅，在结构中表示一头尖一头稍粗的物品。如下图所示。生活中的斧头,钉子都是楔形。都是斜面的应用，为了更加省力。螺旋螺旋是一种简单机械，是斜面的变形。第一个描述螺旋物的人是希腊科学家阿基米德。阿基米德螺旋是一个装在木制圆筒里的巨大螺旋状物，如图L5所示，它用来把水从一个水平面提升到另一个水平面，对田地进行灌溉。这个东西的真正发明者并非阿基米德本人，他只是描述了这种已经存在的东西。阿基米德螺旋可能是古代埃及的能工巧匠们设计并在尼罗河两岸的灌溉中使用的。图L5阿基米德螺旋杠杆古希腊科学家
14、阿基米德有这样一句流传很久的名言：“给我一个支点，我就能撬起整个地球！”这句话便是说杠杆原理。杠杆的定义是能绕某一固定点转动的杆，对于跷跷板来说，跷板这个杆能够绕支架上的点旋转，而扳手这个杆能够绕螺丝的中心轴旋转。在杠杆结构中，那个固定的点称为支点。支点两边力的关系是一边的重量X物体到支点的距离二另一边重量X另一边物体到支点的距离杠杆原理的五要素是动力：使杠杆转动的力叫做动力，施力的点叫动力作用点。动力臂：从支点到动力作用线的垂直距离叫做动力臂支点：杠杆绕着转动的固定点叫做支点阻力：阻碍杠杆转动的力叫做阻力，施力的点叫阻力作用点。阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离叫做阻力臂说明：通过力的作用
15、点沿力的方向的直线叫做力的作用线杠杆的分类生活中的杠杆按照施加动力的大小分为省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。三者具体的比较如下表所示分类条件力力运动距离省力杠杆LiFz费距离费力杠杆L1L2FiF2省距离等臂杠杆L1=L2F1=F2不费不省说明：省距离、费距离中的距离指的是力的作用点运动的距离,而不是力到支点的距离杠杆的应用我们在生活中应用杠杆原理的时候并不是都要使用省力杠杆，而是要看具体的情况，有些情况下是为了省力，而有些情况下是为了节省距离。为了省力，就应该用动力臂比阻力臂长的杠杆；如欲省距离，就应该用动力臂比阻力臂短的杠杆。在杠杆结构中要想省力，就必须多移动距离；要想少移动距离,就必须多费
16、些力。要想又省力而又少移动距离，是不可能实现的。下面我们就来列举一些生活中常见的杠杆结构，大家可以分析一下其中包含的杠杆五要素。费力杠杆：镶子、钓鱼竿、筷子等，费力杠杆的应用主要是为了省距离省力杠杆：榨汁器、胡桃钳，门把手，扳手，铁钳，指甲刀。省力杠杆的应用为了省力。等臂杠杆：天平，主要用于测量两侧物体质量。5.滑轮由可绕中心轴转动有沟槽的圆盘和跨过圆盘的柔索（绳、胶带、钢索、链条等）所组成的可以绕着中心轴旋转的简单机械叫做滑轮。滑轮是可以用来提升重物并能省力的简单机械，滑轮有动滑轮和定滑轮之分。定滑轮定滑轮是中心轴的位置固定不变的滑轮，定滑轮具有以下特点:1.改变力的方向。如图6.5所示，如
17、果想让物体上升，那就要向下施力。图6.5定滑轮能改变力的方向定滑轮改变力的方向是可以根据实际情况来确定的，并不一定是反方向，如图6.6中展示的是两个不同的施力方向。这两个力的大小是一样的。图6.6施力的方向不同2 .不改变力的大小，不省力也不费力。3 .施力端运动距离和物体上升距离相同。定滑轮原理定滑轮实质上是一个等臂杠杆。如图6.7所示，定滑轮中心的轴就是这个等臂杠杆的支点，重物端的滑轮圆边上为阻力点，施力端的滑轮圆边为动力点。此时，无论什么方向拉动绳子阻力臂都与动力臂相当，都是滑轮的半径，所以定滑轮是等臂杠杆。定滑轮图6.7定滑轮的工作原理动滑轮中心轴的位置随着被拉物体一起运动的滑轮叫动滑
18、轮。动滑轮的特点是：1.不改变力的方向，如图6.8所示，想要让物体向上，就要向上拉倒物体，图中，动滑轮的F乙的方向向上，物体向上运动。而定滑轮的F甲的方向向下时，物体是向上运动的。/图6.8动滑轮和定滑轮的比较2 .改变力的大小，如上图竖直向上用力时，力的大小为重物的一半，所以省了一半力。3 .施力端上升距离为物体上升距离的二倍。动滑轮的原理：动滑轮的实质是一个省力杠杆，如图6.9所示，动滑轮的中心轴拉着重物的为阻力点，施力端的圆边为动力点，而支点为左侧圆的边界，此时动力臂的长度是圆的直径，而阻力臂的长度是圆的半径，所以动力臂是阻力臂的两倍，所以动滑轮省力，且动力是阻力（物体的重量）的一半。动
19、滑轮图6.9动滑轮的原理思考：动滑轮中，施力方向不是竖直向上的，而是斜向上的，力的大小是否也是物体重量的一半呢？滑轮组滑轮组是由多个动滑轮和定滑轮组成的机构。如图6.10中两个滑轮就是组合在一起的。图6.10滑轮组滑轮组的特点是：1.定滑轮可以改变力的方向，但不能省力地拉动物体。动滑轮不可以改变力的方向，但能省一半的力地拉动物体。滑轮组结合了定滑轮和动滑轮，这样既可以改变力的方向，又能很省力地拉动物体。2 .滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是总重的几分之一。绳子的自由端绕过动滑轮的算一段，而绕过定滑轮的就不算了。如图6.11所示，绳子的段数只计算绕过动滑轮的绳子，在图中左侧的滑轮组
20、中是4段绳子，所以F是物体总重量的四分之一。F9图6.11滑轮组的省力情况3 .使用滑轮组虽然省了力，但费了距离，施力端移动的距离会比重物移动的距离大很多。比如图6.11中最左边的滑轮组，虽然施力是物体重量的四分之一，但移动的距离也延长了四倍轮轴这种能绕共同轴线旋转的机械，叫做轮轴。在轮轴中外环叫轮,内环叫轴。轮轴两个环是同心圆。轮轴的实质实际是一个能够连续旋转的杠杆。这个杠杆的支点就在轴线上，轮轴在转动时轮与轴有相同的转速，动力点就是轮的外圆,而阻力点就是轴的外圆（阻力臂就是轴的半径），所以当动力作用在轮上，则轮轴为省力杠杆，轮和轴的半径相差越大则越省力，但越费距离。动力作用在轴上则轮轴为费
21、力杠杆，轮和轴的半径相差越大则费力，但越省距离。五.功与能量这里我们介绍一个功的概念。当一个力作用在物体上的时候，如果这个力让物体在这个力的方向上移动了一段距离，那么这个力的作用就显示出了成效，在力学里就说这个力做了功。功的大小是力乘以力的方向上移动的距离，单位是焦耳。因此功包含的两个必要因素就是：作用在物体上的力以及物体在这个力的方向上移动的距离。在了解了功的概念后，我们来看一下之前学过的杠杆和滑轮，这两个机械机构中，只要省力就会费距离，费力就会省距离，且力和距离的乘积是固定的。其实在力学中有一个重要的结论：任何机械都不省功。功率。功率就是单位时间内所做的功，通常用P表示。功率的单位是瓦特，
22、因为功的大小是力乘以距离，而距离又等于速度乘以时间，所以能量转化一切物质都具有能量，能量以多种不同的形式存在；按照物质的不同运动形式分类，能量可分为机械能、化学能、热能、电能、辐射能、核能、光能、潮汐能等。这些不同形式的能量之间可以通过物理效应或化学反应而相互转化。动能是物体在运动时具有的能。势能包括重力势能和弹性势能。重力势能是物体由于被举高而具有的能量。弹性势能是物体由于弹性形变而具有的能量。机械能是动能和势能的总和。当物体下落时，高度越小，那么它的重力势能就越来越小，但是物体的速度会越来越快，则动能就越来越大。如果不考虑空气阻力的话，机械能是不变的，重力势能减小的部分都变成了动能。在荡秋
23、千时，从最低点到最高点的过程中，速度越来越小，而高度越来越大，这时动能转化为重力势能；到达最高点时，速度为零,动能为零，全部动能转化为重力势能。从最高点下降到最低点的过程中，速度越来越大，而高度越来越小，这时重力势能转化为动能，到达最低点时，速度最大，动能最大，重力势能最小。荡秋千时的能量变化如下所示。高度：最低点最高点最低点速度：速度最大速度为零速度最大能量：动能最大势能最大动能最大能量守恒能量不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总和保持不变。六.常用传动装置1.齿轮啮合齿轮啮合方式齿轮啮合方式常用两种：
24、平行啮合，垂直啮合齿轮传动的方向（垂直啮合不在同一平面，不考虑方向）（I）两齿轮平行啮合：两个齿轮转动的方向相反；当大齿轮作为主动轮，顺时针转动时，小齿轮作逆时针转动。（2）若多个齿轮啮合：接近的两个齿轮转动方向相反；而中间隔了一个齿轮的1号和3号转动方向相同。减速装置多个齿轮传动的速度比在多个齿轮组成的齿轮组中，计算传动速度比大致分为以下两种情况（1）齿轮并排依次啮合（各齿轮都不在同一轴上）根据两个齿轮啮合的速度比，如图7.4所示，大齿轮与小齿轮半径比为3:1,那么1号齿轮和2号齿轮的速度比为1:3,2号齿轮和3号齿轮的速度比为3:1,所以1号齿轮与3号齿轮的速度比为1:1。说明：计算并排依
25、次啮合的齿轮间输出的齿轮速度，可以越过中间所有的传动过程，直接比较主动轮和输出轮的半径比或齿轮比。（2）多重加速（减速）齿轮装置（有同轴带动的齿轮）这种情况如图7.5所示。两段加速齿轮装置图7.5有同轴带动的齿轮组根据两个齿轮啮合的速度比，与把手同轴的大齿轮带动小齿轮,大齿轮与小齿轮半径比为3:1,那么大齿轮与小齿轮的速度比为1:3。而同一轴上的齿轮的转动速度相同(即角速度相同)，中间轴上的大齿轮带动小齿轮，速度比为1:3。所以，主动轮与输出轮的速度比为l:9o多重加速装置最终速度比不能按照主动轮和输出轮的半径或齿轮比直接计算。需要一步步计算，按照倍数乘积得出最后的速度。齿轮传动的优点：(1)
26、可以准确无误的传递动力：齿轮传动时，是通过轮齿啮合，主动轮转动一个轮齿，从动轮跟着转动一个轮齿，这样的传递方式保证了运动的准确性。(2)齿轮传动力大：齿轮传动通过轮齿与轮齿之间的啮合，传动力大于皮带等装置。(3)结构紧凑，适用于近距离传动，不能直接啮合时，可以通过多个齿轮传动。齿轮传动缺点：（1）噪音大：齿轮传动力大，所以产生的噪音较大（2）易损坏：变速时，由于传动力大，齿轮的轮齿容易断裂。2.皮带传动皮带传动连接方式（1）平行传动。皮带直接绕过两个传动轮，这种传动方式也称作开口传动。如下图14.7所示，传动时两个滑轮转动方向相同。当小滑轮作为主动轮顺时针转动时，大滑轮也顺时针转动。图14.7
27、皮带平行传动（2）交叉传动。皮带反方向180度绕过两传动轮，如下图12.8所示，这种传动方式叫交叉传动。交叉传动时，两个滑轮的转动方向相反，当小滑轮顺时针转动时，则大滑轮逆时针转动。图14.8皮带交叉传动皮带装置的优点：（1）可实现远距离传动：皮带是有一定的长度的，这样就可以只利用两个滑轮和一根皮带将力传递到较远距离。（2）在突然施加外力或者突然变速时，可以保护机械，不会损坏零件。（3）噪音小：相对于齿轮啮合，皮带传动的噪音较小。皮带装置的缺点：（1）在传递动力过程中，会有时间上的延缓：皮带有弹性，在主动轮从静止到转动的一刻，皮带被拉动伸长，从动轮并没有马上运动，会有一瞬间的延缓。（2）不能准
28、确无误的传动：前面章节我们讲过减速和加速装置，在传动时，齿轮速度和齿轮半径成反比，可以得到准确的数值，比如半径为3:1的齿轮，大齿轮为主动轮时，为加速装置，大齿轮速度与小齿轮速度比应该为1:3,小齿轮速度为大齿轮的三倍。而皮带由于弹力和打滑的问题，在传动时，不能准确无误的传递运动与力，同样的大滑轮为主动轮的加速装置，小滑轮的速度没有达到大滑轮的三倍,（2）在传动时，能量损失比较大：和第二条同理。（3）皮带容易破损。3.传动链传动链通常用于低速度大负荷的经济型动力传动装置，主要有滚子链和齿形链等种类。传动链具有如下的特点：（1）传动链传动时要求必须在同一平面连接，否则传动链两侧受力不均而容易断裂。（2）传动链传动时，两个齿轮转动的方向相同，属于同向传动。这种传动方式不像齿轮啮合的传动方式那样可以改变运动的方向。（3）在突然变速时，传动链的反应较慢，容易断裂。（4）传动链每一节都可以拆卸，所以传动的距离可以自由调节。可以准确无误的传递动力，传动时主动轮转动一格，从动轮转动一格。（6）传动链装置的速度和力的计算均与齿轮啮合传动相同。
