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案例三:简易机械狗

案例简介

制作一个简易机械狗,通过基本的齿轮传动,实现简单的机械狗。

教学准备

名称图示
哪吒Pro AI机械动力套装

教学目标

完成简易机械狗的搭建,掌握齿轮传动结构的组装方法。

理解齿轮传动的基本原理(如啮合、转速与扭矩的关系),认识不同齿数齿轮配合对机械狗运动速度的影响。

在调试齿轮咬合度和电机参数的过程中,培养动手操作能力和细节观察能力,学会通过优化齿轮配合解决运动卡顿问题。

激发对机械传动技术的兴趣,感受齿轮在机器人运动中的核心作用,建立 “技术服务功能” 的认知。

故事导入

刚让 upright 重新站直,牧场方向就传来一阵混乱的金属碰撞声。“不好!” 阿极的传感器突然亮起红光,“看管机械羊的‘旺财’出事了!”​ 众人赶到牧场,只见二十几只机械羊在围栏里横冲直撞,负责看管它们的机械狗旺财正歪歪扭扭地在原地打滑,齿轮组像卡住的链条一样无法转动。,齿轮咬合错位,它连迈步都做不到,羊群快要撞破围栏跑出去了!”​ 阿极蹲下身指着旺财的齿轮结构:“现在得把错位的齿轮重新对齐,让它们像咬东西一样紧紧啮合在一起。”

学习探究

机械狗的运动依赖哪几组齿轮配合?尝试更换不同齿数的齿轮(如大齿轮带动小齿轮、小齿轮带动大齿轮),机械狗的速度会发生什么变化?

齿轮之间的咬合松紧度对机械狗的运动有影响吗?如果齿轮咬合过松或过紧,会出现什么问题(如打滑、卡顿)?如何调整?

搭建步骤

硬件连线

将智能电机连接到哪吒Pro扩展板的M1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/_d2V4Wjh34du5

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,按下按键A,简易机械狗向前行走,按下按键B,简易机械狗停止行走。

扩展知识

  1. 齿轮的种类与应用:除了本案例中的齿轮,生活中还有圆锥齿轮(用于改变传动方向,如汽车转向系统)、蜗杆齿轮(用于减速,如卷扬机)等,不同齿轮适用于不同的传动需求。
  2. 齿轮传动的优点:齿轮传动具有传动效率高、动力传递稳定、寿命长的特点,广泛应用于自行车(链条 + 齿轮)、钟表、汽车发动机等设备中。
  3. 机械狗的发展:现代机械狗(如索尼 Aibo)不仅有齿轮传动的运动结构,还加入了传感器和 AI 算法,能感知环境、与人类互动,成为 “智能陪伴机器人”。