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案例一:简易四足机器人

案例简介

制作一个简易的四足机器人,通过基本的连杆机构,实现简易四足机器人的行走。

教学准备

名称图示
哪吒Pro AI机械动力套装

教学目标

完成简易四足机器人的搭建,掌握连杆机构的组装方法,能正确连接电机与超声波传感器,理解各部件的协作关系。

初步认识连杆机构的运动原理,了解超声波传感器的功能(如距离检测),学会通过电机控制机器人腿部的屈伸动作。

在调试机器人行走和传感器检测的过程中,培养动手实践能力、观察分析能力和问题解决能力(如调整连杆长度优化行走姿态)。

激发对仿生机器人的兴趣,感受机械结构与生物运动的关联,建立 “科技模仿自然” 的初步认知。

故事导入

“叮 ——” 微型传送舱的警报声惊醒了睡梦中的小工程师们。屏幕上突然弹出全息影像:机器人村庄的村长正焦急地跺脚,他脚下的金属地面布满裂纹。“帮帮我们!” 村长的声音带着电流杂音,“核心系统崩溃后,最基础的巡逻机器人都瘫了,森林里的齿轮野兽要闯进村子啦!”​ 孩子们跟着全息地图来到村口,只见四足机器人 “铁蛋” 趴在地上,四条腿的连杆全松了。“得先让铁蛋站起来!”

学习探究

四足机器人的腿部由几组连杆组成?调整连杆的长度或角度,会对机器人的行走姿态(如步幅大小、稳定性)产生什么影响?

超声波传感器在机器人上的作用是什么?如何通过传感器让机器人避开前方障碍物?尝试改变传感器的检测距离,观察机器人的反应。

电机的转速快慢会影响机器人的行走速度吗?如果机器人出现 “跛行”(某条腿不动),可能是哪些原因导致的?(从连杆连接、电机接线等角度分析)

对比四足机器人与现实中四足动物(如猫、狗)的行走方式,它们的腿部运动有哪些相似或不同之处?

搭建步骤

硬件连线

将智能电机连接到哪吒Pro扩展板的M2接口,超声波传感器连接到哪吒Pro扩展板的J1接口。

代码编程

进入“makecode.microbit.org”,点击新建项目

在弹出窗口输入项目名称并点击创建

点击代码抽屉中的扩展

在弹出界面输入nezha pro并点击搜索图标,在显示nezha pro软件库后点击。同样的方式加载PlanetX软件库。

示例程序

程序链接:https://makecode.microbit.org/_c6ge4pJFp3qo

你也可以通过以下网页直接下载程序。

下载程序

使用 USB 线连接 PC 和 micro:bit V2。

连接成功后,电脑上会识别出一个名为 MICROBIT 的盘符。

点击左下角的,选择Connect Device

点击

点击

在弹出窗口选择 BBC micro:bit CMSIS-DAP,然后选择连接,至此,我们的 micro:bit 就已经连接成功。

点击下载程序

案例演示

开启电源后,四足机器人向前行走,当遇到障碍物时自动后退。

扩展知识

  1. 仿生机器人的灵感来源:许多四足机器人(如波士顿动力的 Spot)都模仿了动物的骨骼和肌肉结构,连杆机构就相当于机器人的 “骨骼”,电机则类似 “肌肉”,帮助实现灵活运动。
  2. 超声波传感器的应用场景:除了机器人避障,超声波传感器还用于汽车倒车雷达、水位检测、工业测距等领域,核心原理是通过发射和接收超声波计算距离。
  3. 连杆机构的生活应用:生活中的剪刀、雨伞开合结构、折叠椅等,都用到了连杆机构,其核心是通过多根杆的转动或移动,实现特定的运动轨迹。