案例三:跳绳机器人

案例简介

设计一款跳绳机器人，模拟跳绳动作，了解齿轮传动的特性及搭建方式。

教学准备

名称	图示
哪吒Pro运动套装

教学目标

了解齿轮传动的特性及搭建方式

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跳绳机器人，这个项目的核心在于利用齿轮传动结构的巧妙应用。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，你就能创造出一个跳绳机器人。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

齿轮传动的特点是什么？

齿轮传动的搭建方式。

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上面的按键即可让跳舞机器人开始运动。

总结分享

扩展知识

传动比与速度关系

传动比公式：主动轮齿数 : 从动轮齿数。例如，24齿齿轮带动8齿齿轮时，从动轮转速为主动轮的3倍。

动力与扭矩转换

小齿轮驱动大齿轮时，速度降低但扭矩增加（适用于需要更大力量的场景）

大齿轮驱动小齿轮时，速度增加但扭矩降低（适用于需要更快速度的场景）

跳绳的相关知识

项目简介 跳绳是一项以单绳或多绳为工具，通过手脚协调配合完成跳跃动作的全身性运动。其历史悠久，起源于中国，早期作为民间游戏和健身方式存在，如今发展为竞技体育、大众健身和儿童体能训练的重要项目。跳绳通过重复跳跃动作，结合速度、耐力、协调性和爆发力，能有效提升身体素质，同时具有器材简单、场地灵活、老少皆宜的特点。

分类与形式

1. 按跳绳人数分类

   • 单人跳绳：最常见形式，一人一绳独立完成跳跃，可细分为正跳、反跳、单脚跳、交叉跳等。
   • 双人跳绳：两人共用一绳，一人摇绳两人同步跳跃，或一人摇绳一人跳（俗称“带跳”）。
   • 团体跳绳：多人参与，通常由2-4人摇大绳，其余人依次或同时跳入绳中，考验团队协作能力。

2. 按运动目标分类

   • 竞速跳绳：以最短时间完成固定次数跳跃（如30秒、1分钟竞速），追求高频率和稳定性。
   • 花样跳绳：结合舞蹈、体操动作，融入双摇（一跳两摇）、三摇、编花、抛接绳等技巧，强调观赏性和创意。
   • 耐力跳绳：长时间持续跳跃（如30分钟以上），注重体能储备和节奏控制。

健身原理与益处

• 心肺功能提升：跳绳时心率快速升高，能增强心肌收缩力和肺部通气量，改善心血管健康。
• 全身肌肉锻炼：下肢（小腿、大腿、臀部）负责跳跃发力，核心肌群维持身体平衡，上肢参与摇绳协调，实现多肌群联动。
• 协调性与反应力：手、脚、眼需同步配合，长期练习可提升身体协调性和神经反应速度。
• 高效燃脂：单位时间内热量消耗高（约10-15千卡/分钟），优于慢跑、快走等运动，适合减脂塑形。
• 便捷性：无需特殊场地，随时可进行，适合碎片化时间锻炼。

基础训练方法

1. 握绳与摇绳技巧

   • 握绳：双手握柄，间距略窄于肩，手腕发力摇绳，避免手臂大幅摆动以减少体能消耗。
   • 摇绳节奏：初学者从慢速开始，保持匀速，熟练后可尝试加速或变换节奏。

2. 跳跃姿势

   • 落地：前脚掌轻触地面，膝盖微屈缓冲，避免脚跟直接撞击导致膝盖受伤。
   • 高度：跳跃高度以绳子刚好通过脚底为宜（约2-5厘米），过高会增加体力消耗。

3. 基础训练计划

   • 初学者：每次5-10分钟，分2-3组，重点练习连续单跳和节奏控制。
   • 进阶者：加入间歇训练（如30秒快速跳+30秒休息）、单脚交替跳、双摇等技巧，逐步提升强度。

常见技巧与花样动作

• 单摇：最基础动作，一跳一摇，适合热身和耐力训练。
• 双摇：一跳两摇，需快速摇绳和爆发力，是竞速跳绳的核心技巧。
• 编花跳：双手在胸前交叉摇绳，绳子通过脚下时打开，形成“8”字花样，考验手部协调性。
• 交互绳：两人摇绳方向相反，跳绳者在中间完成复杂跳跃动作，常见于团体表演。
• 抛接绳：跳跃时将绳子抛向空中，再接住继续摇绳，增加动作观赏性。

重要赛事与组织

• 世界跳绳锦标赛：由世界跳绳联盟（World Jump Rope Federation, WJRF）主办，每两年一届，涵盖竞速、花样、团体等多个项目，是全球最高水平的跳绳赛事。
• 全国跳绳比赛：在中国，由国家体育总局社会体育指导中心主办，推动跳绳运动的普及与竞技水平提升。
• 商业赛事与表演：各类跳绳挑战赛、亲子跳绳活动、电视节目表演（如跳绳世界纪录挑战），促进跳绳的大众化和娱乐化。

装备选择与注意事项

1. 跳绳选择

   • 材质：竞速跳绳多为钢丝绳（轻便、速度快），花样跳绳可选棉绳或塑料绳（易控制、适合表演）。
   • 长度：单脚踩绳中点，双手握柄拉直至腋下，长度为宜；过长需剪短，避免缠绕。
   • 握柄：选择防滑、轻便的材质（如橡胶、塑料），长时间握持不磨手。

2. 场地与服装

   • 场地：选择平整、防滑地面（如塑胶跑道、木地板），避免在硬地（水泥地）长时间跳跃，减少关节损伤。
   • 服装：穿轻便运动鞋（需缓冲性能好）和透气衣物，避免宽松衣物缠绕绳子。

3. 安全注意事项

   • 热身：跳绳前进行5-10分钟热身（如高抬腿、弓步压腿），活动手腕、脚踝和膝关节。
   • 强度控制：初学者循序渐进，避免突然高强度跳跃导致肌肉酸痛或拉伤。
   • 结束拉伸：跳绳后拉伸小腿、大腿和肩背肌肉，保持肌肉弹性。
   • 特殊人群：膝盖/脚踝受伤者、心血管疾病患者需咨询医生，避免过量运动。

世界纪录与挑战

• 竞速跳绳：30秒单摇世界纪录为228次（中国选手岑小林，2021年），1分钟世界纪录为314次（日本选手Sorato Anraku，2023年）。
• 耐力跳绳：24小时连续跳跃纪录为140,000次以上，需极高体能和意志品质。
• 花样跳绳：通过组合高难度动作（如三摇、空中转体）挑战技巧极限，常见于国际赛事和表演。