案例二:划船机器人

案例简介

设计一款划船机器人，了解蜗轮蜗杆的特性及搭建方式。

教学准备

名称	图示
哪吒Pro运动套装

教学目标

了解涡轮蜗杆的特性。

培养动手能力和解决问题的能力。

激发对工程和机器人技术的兴趣。

课程引入

欢迎小朋友们加入我们的STEAM奇妙旅程！今天，我们将一起探索如何制作一个无需编程的划船机器人，这个项目的核心在于利用蜗轮蜗杆结构的巧妙应用。在这个项目中，我们将学习到基本的机械设计原理，了解如何通过简单的机械传动来控制机器人的运动。不需要复杂的编程知识，只需动手组装和调整，你就能创造出一个划船机器人。让我们一起开启这段激动人心的STEAM学习之旅，激发你的创造力和解决问题的能力！

学习探究

蜗轮蜗杆的特点是什么？

蜗轮蜗杆结构的效率如何？

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

案例演示

按下哪吒Pro上面的按键即可让划船机器人向前划动。

总结分享

扩展知识

蜗轮蜗杆的工作原理

蜗轮蜗杆的工作原理涉及到两个主要部件：蜗杆和蜗轮。以下是它们如何相互作用以及实现运动转换的详细解释：

蜗杆（Screw）：

蜗杆是一个具有螺旋形状的杆，其表面有连续的螺纹，类似于螺丝钉。

蜗杆的螺纹可以是单头（一个螺旋）或多头（多个螺旋）。

蜗轮（Worm Gear）：

蜗轮是一个齿轮，其齿形与蜗杆的螺纹相匹配，通常具有较多的齿以增加接触面积和提高传动效率。

蜗轮的齿通常设计成与蜗杆的螺旋线相切，以确保平稳的啮合。

啮合过程：

当蜗杆旋转时，其螺纹推动蜗轮的齿，使蜗轮绕其轴线旋转。

由于蜗轮的齿与蜗杆的螺纹精确啮合，蜗杆的旋转运动被转换为蜗轮的旋转运动。

运动转换：

蜗轮蜗杆机构可以将蜗杆的旋转运动转换为蜗轮的旋转运动。

这种转换通常伴随着速度的降低和扭矩的增加，这是因为蜗轮的齿数多于蜗杆的头数，从而实现了减速和增矩。

自锁特性：

蜗轮蜗杆机构的一个显著特性是自锁，即在没有外部动力的情况下，蜗轮不能反向驱动蜗杆。

这种特性是由于蜗杆和蜗轮之间的摩擦力和齿形设计，使得蜗轮可以被蜗杆锁定在位。

效率和应用：

蜗轮蜗杆机构的效率受到多种因素的影响，包括齿形的精确度、材料的选择和润滑条件。

由于其自锁特性和能够提供高扭矩，蜗轮蜗杆机构常用于需要精确控制和大减速比的应用，如升降机、输送系统和机器人关节。

划船运动的相关知识

项目分类

赛艇：是一种由一名或多名桨手坐在舟艇上，背向舟艇前进方向，通过桨和桨架简单杠杆作用进行划水，使舟艇前进的水上运动。赛艇按乘坐人数、有无舵手以及使用单桨还是双桨划分项目。奥运会赛艇比赛项目有单人双桨、双人双桨、四人双桨、八人单桨有舵手等。

皮划艇：分为皮艇和划艇。皮艇是运动员坐在艇内，用一支两端都有桨叶的桨左右交替划水；划艇则是运动员单膝跪在艇内，用单叶桨在艇的一侧划水。皮划艇有静水项目和激流回旋项目，奥运会设有多个相关小项。

比赛规则

赛艇：在比赛中，赛道一般为 2000 米长的直线，由若干条航道组成。比赛开始后，各艇在自己的航道内划行，以艇首到达终点的先后顺序决定名次。

皮划艇：

静水项目：与赛艇类似，在规定距离的直道上进行比赛，以到达终点的时间来判定名次。

激流回旋项目：运动员需要在湍急的水流中，按照规定的顺序通过一系列的水门，水门由两根悬垂的门杆和一条连接门杆的门线组成，包括顺水门、逆水门和障碍门。运动员的成绩由通过水门的情况和所用时间决定，罚分较少且用时短者获胜。

训练方法

力量训练：划船需要强大的上肢、核心和下肢力量。常见的力量训练包括俯卧撑、仰卧起坐、深蹲、硬拉等，以增强手臂、腹部、臀部和腿部的肌肉力量。同时，也会使用一些专门的划船器械，如室内划船机，进行针对性的力量训练。

有氧训练：通过长时间的慢跑、游泳、骑自行车等有氧运动，提高心肺功能，增强耐力，以保证在划船比赛中能够持续输出能量。

技术训练：包括划桨的动作规范、节奏把握、身体与桨的协调配合等。运动员会在教练的指导下，进行分解动作练习和完整动作的反复训练，以提高划水效率。例如，赛艇运动员要注重桨叶入水、划水、出水和回桨的动作连贯性和准确性；皮划艇运动员则要掌握好桨的划水角度和力度变化。

重要赛事

奥运会：赛艇和皮划艇都是奥运会的正式比赛项目，吸引了世界各国顶尖的运动员参赛，是该项目最高水平的国际赛事之一。

世界赛艇锦标赛：每年举办一次，是赛艇项目最重要的国际赛事之一，为各国赛艇运动员提供了展示实力和交流的平台。

世界皮划艇锦标赛：包括静水和激流回旋项目，是皮划艇领域的重要国际赛事，每两年举办一届，对推动皮划艇运动的发展具有重要作用。

装备介绍

赛艇：主要包括赛艇艇身、桨、桨架、脚蹬等。赛艇艇身一般用轻质且坚固的材料制成，如碳纤维等，以减少阻力和重量。桨是运动员划水的工具，有不同的长度和形状，以适应不同的运动员和比赛项目。

皮划艇：皮艇由艇体、桨和舵等部分组成。艇体通常采用塑料、玻璃钢等材料制作。划艇则没有舵，运动员通过桨的划水动作来控制方向。此外，运动员还需穿着救生衣等安全装备。

对身体的益处

全身锻炼：划船运动几乎可以调动全身的肌肉群，包括上肢的肩部、手臂、背部肌肉，以及下肢的腿部、臀部肌肉，同时还能锻炼到核心肌群，有助于增强肌肉力量和耐力，塑造良好的身体线条。

心肺功能提升：在划船过程中，需要不断地进行有节奏的呼吸，这有助于提高心肺功能，增强心脏的泵血能力和肺部的气体交换能力，降低心血管疾病的风险。

关节灵活性改善：划船动作较为柔和，对关节的冲击较小，同时还能通过关节的屈伸运动，增加关节的灵活性和活动范围，有助于预防和缓解一些关节疾病。

心理健康促进：在水上划船可以享受大自然的美景和宁静，减轻压力和焦虑，放松身心，提高心理健康水平，增强自信心和专注力。