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案例四:引体向上机器人

案例简介

设计一款引体向上机器人,模拟引体向上动作。

教学准备

名称图示
哪吒Pro运动套装

教学目标

熟悉涡轮蜗杆的特性及搭建方式

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引体向上机器人。在这个项目中,我们将学习到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,你就能创造出一个引体向上机器人。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

涡轮蜗杆的特性是什么?

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上面的按键即可让引体向上机器人开始运动。

总结分享

扩展知识

蜗轮蜗杆结构的基本特性 单方向传动(自锁性)

核心特点:蜗杆可以驱动蜗轮,但蜗轮无法反向驱动蜗杆(自锁性),适合需要防止逆转的场景(如起重机、升降机)。

原理:蜗杆的螺旋导程角小于摩擦角时,反向传动被摩擦力锁死。

例外:多头蜗杆或导程角较大的蜗杆可能失去自锁性。

高减速比与低效率

传动比公式:若蜗杆为单头(1个螺旋齿),传动比 = 蜗轮齿数 : 1。例如,乐高蜗轮(24齿)的传动比为 24:1。

效率低:因蜗杆与蜗轮间存在滑动摩擦,能量损耗较大(效率通常低于50%)。

空间交错轴传动

蜗杆与蜗轮的轴线呈90°交错,结构紧凑,适合垂直方向动力传递(如风扇、旋转塔模型)。

传动平稳性

蜗杆与蜗轮啮合为线接触,振动和噪音较小。

引体向上的相关知识

项目简介 引体向上是一项以自身重量为阻力,通过双手握杠、拉引身体向上至下颌过杠的上肢力量训练运动。其核心是依靠背阔肌、肱二头肌、前臂肌群及核心肌群的协同发力,将身体垂直拉起。该动作起源于体操训练和军事体能测试,是衡量上肢 pulling 力量(拉类力量)的经典项目,广泛应用于健身、体育考核及竞技体育训练中。引体向上对提升背部宽度、手臂力量、核心稳定性及整体爆发力具有显著效果,是自重训练体系中的黄金动作。

健身原理与益处

  • 核心肌群激活
    • 主要肌群:背阔肌(决定背部宽度)、大圆肌、菱形肌;
    • 协同肌群:肱二头肌、肱桡肌、前臂屈肌(握力支撑);
    • 稳定肌群:核心(腹横肌、竖脊肌)维持躯干中立位,避免腰部代偿。
  • 功能性提升
    • 改善圆肩、驼背等不良体态,强化肩袖肌群稳定性;
    • 提升日常动作能力(如提拉、攀爬),增强握力和上肢协调性。
  • 激素分泌促进
    • 大肌群复合动作刺激睾酮和生长激素分泌,提升全身代谢率和肌肉合成效率。

*基础训练方法 动作规范

  • 起始姿势:双手握杠略宽于肩,身体自然下垂,肩胛骨下沉后缩,核心收紧。
  • 拉引阶段:吸气,背阔肌发力带动身体向上,肘部贴近躯干,至下颌超过杠面;
  • 下放阶段:呼气,控制速度缓慢下放至完全伸展,避免惯性摆动。