Читать книгу Образовательная робототехника на базе Apitor SuperBot. Рабочая тетрадь ученика - Алексей Павлович Борисов - Страница 1

Содержание набора

Apitor

SuperBot

Набор Apitor SuperBot содержит разнообразные детали, которые совместимы с другими конструкторами.

Что же входит в конструктор?

Зубчатое колесо – Колесо, по периметру которого расположены зубья. Зубья одного колеса входят в зацепление с зубьями другого колеса и передают ему движение. Их часто называют шестернями.

Ремень – Замкнутая лента, надетая на два шкива, чтобы один из них мог вращать другой.

Шкив – Колесо с канавкой (канавками) на ободе. На шкивы надевают ремни, цепи или тросы.

Балка с шипами (модули, пин) – Деталь с крепёжными отверстиями или выступами, являющая основным несущим элементом большинства моделей.

Балка без шипов – Деталь с крепёжными отверстиями. Может иметь закругленную форму (в русскоязычной литературе – подъемник).

Пластина (plate). От кубика отличается тем, что в три раза тоньше.

Тайл (tile). Гладкая пластина. Без шипов.

Наклонный кубик. Детали, которые выглядят как пандус для крошечных машин. Они называются наклонными кубиками, поскольку одна или несколько их сторон расположены под углом к основанию.

Втулка – Деталь механизма, служащая опорой подвижных деталей.

Штифт – Соединительный элемент, позволяющий скреплять детали между собой. Устанавливается в смежные отверстия деталей.

Ось – Стержень или вал, проходящий через центр вращения колеса или кулачка. Ось передает силу через передающее устройство (трансмиссию) от двигателя к колесу машины.

Главным блоком управления является хаб со встроенными моторами.

К хабу подключаются датчики обнаружения, камера, датчики движения. Также на нем расположены цветные светодиодные индикаторы, которые можно запрограммировать.

Задание 1. Соотнесите детали конструктора, изображённые на рисунке, с видовой принадлежностью.

Вписать в таблицу номера деталей, принадлежащих тому или иному виду.

Балка

Платина

Подъемник

1

2

3

2

4

5

6

Задание 2. Соотнесите детали конструктора, изображённые на рисунке, с видовой принадлежностью.

Вписать в таблицу номера деталей, принадлежащих тому или иному виду.

Ось

Штифт

Втулка

1

2

3

2

4

5

6

Механика

Проект 1. Механика. Шестерёнки. Направление вращения

Цель:

1) познакомиться с понятиями: шестерёнка (зубчатое колесо), зацепление, передача;

2) выяснить, при каком количестве шестерёнок в передаче можно изменить направление вращения.

Задание 1

Достаньте из набора все шестерёнки (рисунок 1). Сколько их?

Рисунок 1 – Шестеренки набора Apitor SuperBot

            __________________

            __________________

Сколько зубьев у маленькой шестеренки ?

6

7

8

10

Сколько зубьев у большой шестеренки ?

18

20

22

24

Задание 2. Исследование зубчатой передачи

Если мы приставим к колесу другое колесо и начнём вращать первое колесо, то вращение перейдёт на второе колесо. То колесо, которое мы вращаем сами или вращает двигатель называется ведущее, а то колесо, которое вращается при соприкосновении с ведущим колесом называют ведомым колесом. Ведомых колёс может быть несколько.

Ведомое колесо Ведущее колесо

Давайте соберем первую модель для исследования зубчатой передачи.

1

2

4

3

5

Давайте запустим собранную модель. Для этого выбери любую инструкцию, например «Джип», и выбери «Управлять».

Чтобы запустить движение шестеренок, нажми, например, вправо на джойстике.

Какая шестеренка движется быстрее?

Почему ты так думаешь?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Давайте теперь поменяем местами большую и маленькую шестеренки.

Давайте запустим собранную модель. Для этого выбери любую инструкцию, например Джип, и выбери «Управлять».

Чтобы запустить движение шестеренок, нажмите, например, вправо на джойстике.

Какая шестеренка движется быстрее?

Почему ты так думаешь?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 3. Вращение трёх и более шестерёнок в ряд

Если добавляем третью шестерёнку, то она будет вращаться в обратную сторону со второй и в туже сторону, как и ведущая шестерёнка.

Давайте соберем такую модель.

1

2

3

4

3 2 1

Шестеренка 1 – ведущая, шестеренки 2 и 3 – ведомые

Первая маленькая шестеренка, которая подключена к двигателю – это:

Ведомое колесо

Ведущее колесо

Скорость у маленьких шестеренок будет:

У ведущей шестеренки больше

У ведомой шестеренки больше

Одинаковая

Как ты думаешь, почему так происходит?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

В какую сторону вращается ведомая маленькая шестеренка?

В ту же, что и ведущая

В противоположную от ведущей

Почему так происходит?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Давайте добавим в эту модель четвертую шестеренку.

1

2

3

В какую сторону будет движение добавленной шестеренки?

В ту же, что и большая ведомая шестеренка

В противоположную от большой ведомой шестеренки

Добавим пятую шестеренку. В какую сторону будет крутится последнее от мотора колесо?

1

2

В ту же сторону, что и ведущее колесо

В противоположную от ведущего колеса

Как ты думаешь, почему так происходит?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 3. Вращение ведущей и ведомых шестерёнок

К ведущей шестерёнке добавляется две или более ведомые шестерёнки таким образом, чтобы ведомые шестерёнки не соприкасались друг с другом. При этом все ведомые шестерёнки, подсоединённые к ведущей, будут вращаться в одну сторону.

Соберем такую модель.

1

2

3

4

5

6

7

Все ведомые шестеренки крутятся:

В одну сторону, в ту же, что и ведущее колесо

В одну сторону, в противоположную от ведущего колесо

В разные стороны

Почему так происходит?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Проект 2. Механика. Передачи. Изменение скорости.

Цель:

1) закрепить понятия: передача, зацепление;

2) познакомиться с понятиями: передаточное число, повышающая, понижающая передачи;

3) выяснить, каким образом с помощью передачи можно увеличить или уменьшить скорость вращения ведомого колеса.

Общие сведения.

Типы зубчатой передачи:

Повышающая передача: большое зубчатое колесо приводит в движение маленькое колесо, которое в результате вращается с большей частотой.

Понижающая передача: малое зубчатое колесо приводит в движение большое колесо, которое в результате вращается с меньшей частотой.

Задание 1.

Поставим эксперимент над моделью машинки, чтобы выяснить какая передача даст нам выигрыш в скорости и насколько. Для достоверности полученных данных проведем по три эксперимента.

Для проведения эксперимента заполним таблицу:

Соединение шестеренок

(ведущее + ведомое)

Эксперимент 1

Эксперимент 2

Эксперимент 3

+

Расстояние S1

+

Расстояние S2

+

Расстояние S3

Собери первый вариант модели с одинаковыми 24-зубыми шестернями:

2

1

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Проверь, чтобы у собранной модели свободно ходили колеса. Если колеса не ходят свободно, отодвинь их немного от модели.

Составь программу и измерь расстояние, которое проедет машина за время её выполнения (приблизительно за 1 секунду). Для этого зайди во вкладку «Код» и выбери кнопку «Создать»

Нажми на значок «Плюс» в левом нижнем углу экрана. В появившемся окошке набери представленный ниже код:

Команды «Мотор» и «Остановка двигателя» находятся во вкладке «Движение». Команда «Ждать» находится во вкладке «Контроль». Чтобы выставить время движения 1 секунду, необходимо в команде ждать поставить цифру 10. Чтобы запустить программу, необходимо нажать на кнопку с бегущим человечком справа в верхней части экрана.

Сохрани эту программу, она пригодится в дальнейшем, нажав на значек дискеты справа вверху экрана.

Поставь свою машину на старт и запусти программу. Когда программа закончит свою работу, и машина остановится, измерь расстояние, которое машина проехала с помощью линейки. Обозначь это расстояние S1 и запиши его. Проведи еще два таких же эксперимента.

Измени модель, заменив ведущее 24-зубое шестерню, на 8-зубое, немного модернизировав конструкцию. Как мы выяснили в прошлом уроке, если поставить в зацепление две одинаковых шестерни, то скорость от этого не изменится, но изменится направление вращения. Воспользуемся этим свойством.

1

2

3

4

5

6

Так как мы добавили шестерню, необходимо поменять программу. В команде «Мотор» сделай направление по часовой стрелке.

Снова запусти программу и измерь расстояние, пройденное моделью.

Запиши результат в S2. Проведи еще два таких же эксперимента.

Поменяй местами зубчатые колеса и повтори эксперимент.

Запиши пройденный путь в S3. Проведи еще два таких же эксперимента.

Сравни полученные результаты.

В каком эксперименте машина двигалась быстрее?

_______________________________________________________________

В каком медленнее?

_______________________________________________________________

Найди отношение:

S3 к S2 ________________________

S2 к S1 ________________________

Сравни полученные числа. Сделай вывод.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Сохрани результаты. Они нам понадобятся в следующем проекте.

А теперь вспомни, во сколько раз у 24-зубой шестерни больше зубьев, чем у 8-зубой?

_______________________________________

Полученное значение называется передаточным числом. По этому числу легко определить, какой выигрыш в скорости мы получим.

А теперь догадайся, в каком эксперименте мы использовали повышающую, а в каком понижающую передачу.

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 2 (творческое)

Используй детали набора, чтобы придать машине привлекательный вид.

Например, такой:

Организуй показательный забег своих автомобилей.

Проект 3. Механика. Ременная передача. Скорость

Цель:

1) закрепить понятия: повышающая и понижающая передача, цилиндрическая зубчатая передача, скорость движения;

2) познакомиться с понятиями: ременная передача, шкив, передаточное число ременной передачи;

3) выяснить, какая передача, цилиндрическая зубчатая, используемая в прошлом проекте, или ременная даст наибольший выигрыш в скорости.

Общие сведения:

Ременная передача, возможно, была одной из первых передач, которую применил человек. Менялся материал для изготовления ремня и шкивов, но неизменным оставалось передаточное отношение (число), определяемое как результат деления числа оборотов ведущего и ведомого вала (шкива). Точно также, как определяется передаточное число цилиндрической зубчатой передачи.

Как и в случае с простыми механизмами, нет точных сведений, когда они были изобретены. Известно, что уже в 1500 году до н.э. у ассирийцев были подъемные механизмы на основе канатов и блоков. Первые письменные описания устройства подъемного крана, использующего блоки, встречаются в трактате римского архитектора Витрувия, написанного в I веке до н.э.