📐 Проектирование • ⚙️ Механика • 🧮 Расчеты • 🔧 Сборка
7 класс • Технология • 45 минут
📋 Цель: Спроектировать и собрать оптимальную конструкцию робота
🔄 Процесс разработки:
ТЗ → Анализ → Расчеты → Проект → Сборка → Тесты → Оптимизация
🏆 Критерии успеха:
Центр тяжести определяет все:
\[\text{Устойчивость} = \frac{\text{База опоры}}{\text{Высота ЦТ}} \times \text{Коэффициент формы}\]🎯 Золотые правила:
УСТОЙЧИВО: НЕУСТОЙЧИВО:
[ЦТ] [ЦТ]
┌─────┐ │
│ █ │ │
└─────┘ ─┴─
◄──────► ◄───►
широкая база узкая база
Принцип пустотелых конструкций:
\[\frac{\text{Прочность}}{\text{Вес}} = f(\text{геометрия сечения})\]📊 Сравнение профилей:
💡 Практические решения:
Расчет передаточного отношения:
\[i = \frac{Z_2}{Z_1} = \frac{n_1}{n_2} = \frac{M_2}{M_1}\]🎯 Выбор по задаче:
Скоростной робот (i < 1):
Силовой робот (i > 1):
Техтребования:
🔧 Ключевые решения:
Техтребования:
🔧 Ключевые решения:
Техтребования:
🔧 Ключевые решения:
👥 Команды по 2-3 человека
Этап 1: Анализ ТЗ и проектирование (15 мин)
• Изучение технического задания
• Расчет основных параметров
• Создание эскиза конструкции
• Распределение ролей в команде
Этап 2: Конструирование (25 мин)
• Сборка основания и рамы
• Установка ходовой части
• Монтаж приводов и датчиков
• Проверка механизмов
Этап 3: Испытания и оптимизация (10 мин)
• Тестирование по критериям ТЗ
• Измерение параметров
• Внесение улучшений
• Финальная проверка
Этап 4: Документирование (7 мин)
• Заполнение технической документации
• Фиксация результатов испытаний
• Подготовка к презентации
Этап 5: Презентация (10 мин)
• Демонстрация работы робота
• Объяснение конструкции
• Обоснование решений
Расчет центра тяжести: \[x_{ЦТ} = \frac{\sum m_i \cdot x_i}{\sum m_i}\]
Пример для платформы:
Компонент | Масса, г | X, см | m×x
Контроллер | 45 | 5 | 225
Батарея | 85 | 8 | 680
Моторы | 60 | 12 | 720
Корпус | 80 | 10 | 800
ИТОГО | 270 | - |2425
X_ЦТ = 2425/270 = 9.0 см
Проверка устойчивости:
🏔️ Тест на проходимость:
def test_obstacle_climbing():
obstacles = [1, 2, 3] # высота в см
results = []
for height in obstacles:
success = robot.climb(height)
results.append((height, success))
return results
⚖️ Тест на устойчивость: \[\alpha_{критич} = \arctan\left(\frac{L_{база}/2}{h_{ЦТ}}\right)\]
🏋️ Тест на прочность:
Матрица оценки эффективности:
| Критерий | Вес | Оценка 1-5 | Балл |
|---|---|---|---|
| Выполнение ТЗ | 30% | ||
| Вес конструкции | 20% | ||
| Устойчивость | 25% | ||
| Прочность | 15% | ||
| Инновации | 10% |
🎯 Формула интегральной оценки: \[Q = \sum w_i \times s_i\]
где w_i - весовой коэффициент, s_i - оценка по критерию
═══════════════════════════════════════
ТЕХНИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ РОБОТА
═══════════════════════════════════════
Команда: _____________________
Тип робота: __________________
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:
┌─────────────────────────────────────┐
│ Габариты (Д×Ш×В): _____ см │
│ Масса: _____ г │
│ Количество моторов: _____ шт │
│ Передаточное число: _____ │
│ Высота ЦТ: _____ см │
│ База опоры: _____ см │
└─────────────────────────────────────┘
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
┌─────────────────────────────────────┐
│ □ Препятствие 1 см │
│ □ Препятствие 2 см │
│ □ Препятствие 3 см │
│ □ Наклон 10° │
│ □ Наклон 20° │
│ □ Наклон 30° │
│ □ Нагрузка 100 г │
│ □ Нагрузка 200 г │
│ □ Нагрузка 300 г │
└─────────────────────────────────────┘
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА: ___/20 баллов
1. Техническое решение (45 сек):
2. Демонстрация (45 сек):
3. Результаты и выводы (30 сек):
🔧 Технические аспекты:
📊 Результаты:
P (Positive) - что получилось хорошо:
N (Negative) - какие трудности возникли:
I (Interesting) - что показалось интересным:
💡 Главный вывод урока:
📋 Исследовательское задание:
Выберите реального робота (промышленный, бытовой, исследовательский)
Проанализируйте его конструкцию:
Предложите улучшения:
🌟 Дополнительно: Создание 3D-модели оптимизированного узла в любом CAD-редакторе
✅ Навыки инженера-конструктора:
🔧 Понимание физики:
“Хорошая конструкция - это баланс противоречивых требований”
🎯 Универсальные законы:
🚀 Следующий уровень: Программирование роботов с учетом особенностей их конструкции
💡 Вы теперь настоящие инженеры-конструкторы!