《人與機(jī)械》課件

1、人與機(jī)械【學(xué)習(xí)目標(biāo)】知識(shí)和技能1鞏固機(jī)械功的原理；2能熟練計(jì)算機(jī)械效率，并知道其代表的物理意義；3理解功率和機(jī)械效率是從不同方面反映機(jī)械性能的兩個(gè)物理量，它們之間無(wú)必然的聯(lián)系；4了解現(xiàn)代機(jī)械的發(fā)展水平。過(guò)程和方法注意初中舊知識(shí)的擴(kuò)展、遷移。通過(guò)舉例和分析來(lái)解決重點(diǎn)，突破難點(diǎn)。理解功率和機(jī)械效率的不同物理意義。情感態(tài)度與價(jià)值觀1通過(guò)對(duì)機(jī)械效率的學(xué)習(xí)，領(lǐng)悟到不論什么情況下提高機(jī)械效率都是十分重要的，它不僅有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還能提高人們的效率意識(shí)，而講究效率正是現(xiàn)代人必須具備的基本素質(zhì)之一。2樹立崇高的理想，大膽地發(fā)明、創(chuàng)造，以不斷改造人類自己的生存條件，最終達(dá)到人與自然的和諧發(fā)展?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】1能

2、熟練計(jì)算機(jī)械效率，并知道其代表的物理意義；2理解功率和機(jī)械效率是從不同方面反映機(jī)械性能的兩個(gè)物理量，它們之間無(wú)必然的聯(lián)系。【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】1理解功率和機(jī)械效率是從不同方面反映機(jī)械性能的兩個(gè)物理量，它們之間無(wú)必然的聯(lián)系；2辨證認(rèn)識(shí)智能化機(jī)械使用的利與弊。 前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了功率的概念，請(qǐng)同學(xué)們回顧一下引入功率這一概念的物理意義是什么？1、功率是描述做功快慢的物理量； 2、功率大就意味著單位時(shí)間內(nèi)做的功就越多； 3、 加大油門只能是實(shí)際功率未達(dá)到額定功率時(shí)可行，換功率更大的發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際中不切實(shí)可行，除非另行安裝發(fā)動(dòng)機(jī)備用， 結(jié)論:不可以隨意地增大自己功率 一、功率與機(jī)械效率 功率的大小是衡量一個(gè)機(jī)械做

3、功能力的重要物理量，功率越大說(shuō)明該機(jī)械單位時(shí)間內(nèi)做的功就越多， 那是不是功率越大的機(jī)械就越好呢？ 如何理解“機(jī)械效率”呢？請(qǐng)舉例說(shuō)明有用功、額外功和總功。 結(jié)合初中所學(xué)可能列舉的實(shí)例有： （1）利用滑輪組在豎直方向提高重物，克服重物的重力所做的功是有用功，即W有用=G物h；克服滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力做功、克服動(dòng)滑輪及繩子重力所做的功是額外功。（2）利用滑輪組在水平方向勻速移動(dòng)物體，克服物體所受阻力做的功是有用功，即W有用=f阻s；克服滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力做功是額外功。（3）利用滑輪組在斜面上移動(dòng)重物，克服重物的重力所做的功是有用功，即W有用=G物h；克服滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力做功、克服

4、動(dòng)滑輪及繩子重力所做的功是額外功。（4） 上述實(shí)例中，我們把重物提高到一定高度，或在水平、斜面上使重物移動(dòng)一定的距離，就是我們使用簡(jiǎn)單機(jī)械的目的，對(duì)使用機(jī)械是有利用價(jià)值的，所做的功是有用功； 而滑輪組克服滑輪與其轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力做功、提升重物過(guò)程中克服動(dòng)滑輪及繩子重力所做的功等是額外功； 作用在機(jī)械上的動(dòng)力對(duì)機(jī)械做的功就是總功，即W總=F動(dòng)s，或W總=W有用+W額外。 2.功率和機(jī)械效率的區(qū)別：功率是表示做功的快慢；機(jī)械效率是表示機(jī)械對(duì)總能量的利用率。它們之間沒(méi)有什么必然的聯(lián)系。機(jī)械效率是表示機(jī)械做功或利用機(jī)械實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的有效程度的物理量，機(jī)械效率越高，有用功所占的比例就越多，額外功所占的比

5、例就越少，同學(xué)們能否找到提高機(jī)械效率的例子呢？（1）在建筑工地上把一車水泥運(yùn)到樓頂，采用吊車比工人用手搬運(yùn)省時(shí)、省力，提高工作效率。（2）用水泵抽水比人工提水灌溉農(nóng)田省時(shí)、省力，提高工作效率。（3）乘自動(dòng)扶梯或電梯上樓比直接走上樓更省時(shí)、更輕松。（4）3知識(shí)拓展毫無(wú)疑問(wèn)，智能化機(jī)械的使用給人類帶來(lái)了很多的便利，但如果不能合理地利用這些成就，也同樣會(huì)給人類帶來(lái)危害。 你能想象嗎？在醫(yī)院的手術(shù)臺(tái)前，機(jī)器人在為病人做開顱手術(shù)；在遠(yuǎn)離地球的月球表面，機(jī)器人在代替人類采集月球標(biāo)本；在未來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)上，可能有一種體積宛如昆蟲的武器，竟能使一座城市的電力全部癱瘓這些并非是科學(xué)幻想，而是正在或?qū)⒁蔀楝F(xiàn)實(shí)。機(jī)器人

6、是人類創(chuàng)造的一種機(jī)器，也是人類創(chuàng)造的一個(gè)偉大奇跡，機(jī)器人的出現(xiàn)滿足了人類的一種幻想。這就是說(shuō)，在某些方面，機(jī)器人具有超人的能力。那么，目前世界上機(jī)器人技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)什么樣的水平，又在哪些領(lǐng)域得到應(yīng)用？在機(jī)器人時(shí)代向我們走來(lái)的同時(shí)，讓我們走進(jìn)機(jī)器人，了解一下機(jī)器人的世界吧！被稱為人類生活和生產(chǎn)“最忠實(shí)的伴侶”的機(jī)器人，近幾年來(lái)取得飛速發(fā)展，引起世人的關(guān)注。 經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，機(jī)器人已初步形成了一個(gè)近百萬(wàn)人的“王國(guó)”，機(jī)器人發(fā)展迅速、種類繁多，國(guó)際上依據(jù)其技術(shù)特點(diǎn)和規(guī)模大小的不同，對(duì)它們進(jìn)行了分類。（1）順序型。很多固定作業(yè)的裝配機(jī)械手都屬于此類。（2）沿軌道作業(yè)型。這類機(jī)器人能執(zhí)行受控過(guò)程。

7、（3）遠(yuǎn)距離作業(yè)型。這類機(jī)器人可接受遙控，對(duì)操作者的行為反應(yīng)可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于核工業(yè)、真空、宇宙、海洋開發(fā)等應(yīng)用領(lǐng)域。（4）適應(yīng)型或者智能型。它們具有感知、適應(yīng)或?qū)W習(xí)功能。具體可分為工業(yè)機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、特種工作機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、體育機(jī)器人、講解機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)器人、“小人國(guó)”機(jī)器人等等，其中“特種機(jī)器人”又可分為太空機(jī)器人、核工業(yè)機(jī)器人、深海機(jī)器人以及救災(zāi)機(jī)器人等。 1990年在工業(yè)機(jī)器人國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大會(huì)上把機(jī)器人分為四類： 在這個(gè)機(jī)器人王國(guó)中，目前主要成員是工業(yè)機(jī)器人，它占總數(shù)的70以上，全球正在工作的工業(yè)機(jī)器人共有74萬(wàn)，我國(guó)有3000臺(tái)左右。這只新興工業(yè)大軍的形成，必將為

8、人類的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作出突出貢獻(xiàn)。 工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種自動(dòng)化的生產(chǎn)線上，它是機(jī)器人家族中最重要的成員。最初主要是為了解決工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化問(wèn)題，由機(jī)械手臂、控制裝置、機(jī)座、能源裝置和驅(qū)動(dòng)裝置等幾部分構(gòu)成。工業(yè)機(jī)器人大部分在汽車制造、電子、機(jī)械等行業(yè)從事焊接、油漆、裝配、包裝、零件加工、搬運(yùn)等專業(yè)性工作。 機(jī)器人是人類創(chuàng)造的一種特殊機(jī)器，在生產(chǎn)和生活等方面，特別是在危險(xiǎn)和極限環(huán)境作業(yè)中，有著廣泛的應(yīng)用前景。機(jī)器人正發(fā)展成為一個(gè)龐大的家族，代替人們從事各種各樣的工作。在法國(guó)希農(nóng)A2號(hào)核反應(yīng)堆的一個(gè)特別場(chǎng)地，聚集著各種負(fù)責(zé)核干預(yù)任務(wù)的機(jī)器人，一旦發(fā)生放射性物質(zhì)泄漏的嚴(yán)重事故，人們就可以借助它

9、們對(duì)事故進(jìn)行處理。這些機(jī)器人可以進(jìn)行認(rèn)知、提取和測(cè)量。2仿生機(jī)器人 3昆蟲機(jī)器人 美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出一種有趣的昆蟲機(jī)器人，它的特點(diǎn)在于能夠由感應(yīng)的信息直接導(dǎo)致類似人類條件反射活動(dòng)的反應(yīng)。 最先進(jìn)的步行智能機(jī)器人“埃爾瑪”，是一種形似蝗蟲的智能多腦機(jī)器人，每條腿上都有自己獨(dú)立的人造神經(jīng)系統(tǒng)，它的智力水平與昆蟲大致相當(dāng)，它是目前世界上步行智能機(jī)器人中最先進(jìn)的。4飛行機(jī)器人又名無(wú)人駕駛飛行器，這種機(jī)器人真正令世人刮目相看是在20世紀(jì)80年代中期，它用來(lái)巡查森林、防治火災(zāi)。5. 太空機(jī)器人 在人類建造大型的宇宙空間站的工作中，機(jī)器人是不可缺少的。它們由航天飛機(jī)送往與太空站相同的軌道上，宇航員可以在

10、太空站工作臺(tái)上操縱這些太空機(jī)器人。科學(xué)家把機(jī)器人送往太空，讓它們清掃太空垃圾，建造太空站以及修理人造衛(wèi)星。 日本研制的修理人造衛(wèi)星的高性能太空機(jī)器人，它適于在失重的條件下工作。 美國(guó)研制的新型星球探索機(jī)器人“亥伯龍”號(hào)，這種機(jī)器人最特別的功能，就是可以在發(fā)生故障和陷入困境的時(shí)候，智能化地自動(dòng)追蹤太陽(yáng)從而繼續(xù)獲得能量。聽(tīng)起來(lái)很像是中國(guó)古代的“夸父追日”的故事。6. 機(jī)器人醫(yī)生 麻醉，建立先進(jìn)的閉式體外循環(huán)，在胸部打兩個(gè)小孔，機(jī)械手伸了進(jìn)來(lái)，“握”住了進(jìn)入人體內(nèi)的小攝像頭。切口，開始做手術(shù)。這種名叫“利薩”的機(jī)械手為近30位病人做過(guò)手術(shù)，“利薩”在手術(shù)中負(fù)責(zé)“抓”著攝像頭，“聽(tīng)”著大夫發(fā)出的“上、

11、下、左、右移動(dòng)”的指令，用電腦進(jìn)行聲控，使他通過(guò)電腦顯示屏，看清楚手術(shù)的視野，以便操作。7. 替身機(jī)器人 極限作業(yè)中替身機(jī)器人可上太空可下深海。它可以代替人類從事許多人所不能及的工作，它除了能去人不能去的海底和太空外，如果在耳朵和眼睛上加上特殊的感測(cè)器，它還能看見(jiàn)人所不能看見(jiàn)的東西，聽(tīng)到人所無(wú)法聽(tīng)到的聲音。8. 微型機(jī)器人 機(jī)器人技術(shù)正在向微型化和超微型化方向發(fā)展，無(wú)數(shù)微型機(jī)器人將在廣闊的領(lǐng)域中工作。微型機(jī)器人又稱為“明天的機(jī)器人”，它同智能機(jī)器人一起成為科學(xué)家們追求的目標(biāo)。發(fā)展微型和超微型機(jī)器人的知道思想非常簡(jiǎn)單：某些工作若用一臺(tái)結(jié)構(gòu)龐大、價(jià)格昂貴的大型機(jī)器人去做，不如用成千上萬(wàn)個(gè)非常低廉、

12、細(xì)小而極簡(jiǎn)單的機(jī)器人去完成。機(jī)器人機(jī)器人技術(shù)正在向微型化和超微型化方向發(fā)展，無(wú)數(shù)微型機(jī)器人將在廣闊的領(lǐng)域中工作。超微型機(jī)器人是一種極度縮小了的機(jī)器人，它只有人的頭發(fā)絲那樣粗細(xì)，可以在人體血管中穿行，消除癌變或修復(fù)損傷的組織。 美國(guó)國(guó)家安全實(shí)驗(yàn)室制造出了有史以來(lái)世界上最小的機(jī)器人，這部機(jī)器人質(zhì)量不到1盎司，體積為四分之一立方英寸。它還擁有一個(gè)智慧的“大腦”8K ROM處理器，以及靈活的“腿”皮帶傳動(dòng)裝置。據(jù)悉袖珍機(jī)器人可以代替人去完成許多危險(xiǎn)的工作。9. 納米機(jī)器人 納米機(jī)器人是納米生物學(xué)中最具有誘惑力的內(nèi)容，第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體，這種納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，進(jìn)行

13、健康檢查和疾病治療。還可以用來(lái)進(jìn)行人體器官的修復(fù)工作、做整容手術(shù)、從基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安裝在基因中，使機(jī)體正常運(yùn)行。第二代納米機(jī)器人是直接把原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，第三代納米機(jī)器人將包含有納米計(jì)算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的裝置。這種納米機(jī)器人一旦問(wèn)世將徹底改變?nèi)祟惖膭趧?dòng)和生活方式。10. 消防機(jī)器人 消防機(jī)器人的發(fā)展受到各國(guó)重視，它可以在城市失火的時(shí)候排除險(xiǎn)情，小型的消防機(jī)器人移動(dòng)方便，利于迅速靠近起火點(diǎn)，噴水壓制火情?？傊?，智能機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展到了非常驚人的地步，相信，不久的將來(lái)會(huì)有更多的機(jī)器人活動(dòng)在我們的平常生活中。小結(jié)：一、功率與機(jī)械效率1

14、.機(jī)械效率的計(jì)算：= 2.功率和機(jī)械效率的區(qū)別：功率是表示做功的快慢；機(jī)械效率是表示機(jī)械對(duì)總能量的利用率。它們之間沒(méi)有什么必然的聯(lián)系。二、機(jī)械的使用 極大地豐富和改善了我們的生活，但要注意機(jī)械的合理使用，最終達(dá)到與大自然的和諧共處。1機(jī)器人簡(jiǎn)介 機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自60年代初問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)歷40余年的發(fā)展已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，走向成熟的工業(yè)機(jī)器人，各種用途的特種機(jī)器人的實(shí)用化，昭示著機(jī)器人技術(shù)燦爛的明天。 科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自

15、動(dòng)化機(jī)器”。機(jī)器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了高技術(shù)的發(fā)展前沿，它在人類生活應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大正引起國(guó)際上重新認(rèn)識(shí)機(jī)器人技術(shù)的作用和影響。 隨著人們對(duì)機(jī)器人技術(shù)智能化本質(zhì)認(rèn)識(shí)的加深，機(jī)器人技術(shù)開始源源不斷地向人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域滲透。結(jié)合這些領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)，人們發(fā)展了各式各樣的具有感知、決策、行動(dòng)和交互能力的特種機(jī)器人和各種智能機(jī)器，如移動(dòng)機(jī)器人、微機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、空中空間機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人等。對(duì)不同任務(wù)和特殊環(huán)境的適應(yīng)性，也是機(jī)器人與一般自動(dòng)化裝備的重要區(qū)別。這些機(jī)器人從外觀上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了最初仿人型機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人所具有的形狀，更加符合各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的特殊

16、要求，其功能和智能程度也大大增強(qiáng)，從而為機(jī)器人技術(shù)開辟出更加廣闊的發(fā)展空間。2機(jī)器人的發(fā)展 機(jī)器人的歷史并不算長(zhǎng)，1959年美國(guó)英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人的歷史才真正開始。英格伯格在大學(xué)攻讀伺服理論，這是一種研究運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)如何才能更好地跟蹤控制信號(hào)的理論。德沃爾曾于1946年發(fā)明了一種系統(tǒng)，可以“重演”所記錄的機(jī)器的運(yùn)動(dòng)。1954年，德沃爾又獲得可編程機(jī)械手臂專利，這種機(jī)械手臂按程序進(jìn)行工作，可以根據(jù)不同的工作需要編制不同的程序，因此具有通用性和靈活性，英格伯格和德沃爾都在研究機(jī)器人，認(rèn)為汽車工業(yè)最適合于用機(jī)器人干活，因?yàn)槭怯弥匦蜋C(jī)器進(jìn)行工作，生產(chǎn)過(guò)程較為固定。1959

17、年，英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。它成為世界上第一臺(tái)真正的實(shí)用工業(yè)機(jī)器人。此后英格伯格和德沃爾成立了“尤尼梅遜”公司，興辦了世界上第一家機(jī)器人制造工廠。第一批工業(yè)機(jī)器人被稱為“尤尼梅特”，意思是“萬(wàn)能自動(dòng)”。他們因此被稱為機(jī)器人之父。1962年美國(guó)機(jī)械與鑄造公司也制造出工業(yè)機(jī)器人，稱為“沃爾薩特蘭”，意思是“萬(wàn)能搬動(dòng)”?！坝饶崦诽亍焙汀拔譅査_特蘭”就成為世界上最早的、至今仍在使用的工業(yè)機(jī)器人。 近百年來(lái)發(fā)展起來(lái)的機(jī)器人，大致經(jīng)歷了三個(gè)成長(zhǎng)階段，也即三個(gè)時(shí)代。第一代為簡(jiǎn)單個(gè)體機(jī)器人，第二代為群體勞動(dòng)機(jī)器人，第三代為類似人類的智能機(jī)器人，它未來(lái)的發(fā)展方向是有知覺(jué)、有思維、能與人對(duì)話。第一代機(jī)器人屬于示教再現(xiàn)型，第二代則具備了感覺(jué)能力，第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，它不僅有感覺(jué)能力，而且還具有獨(dú)立判斷和行動(dòng)的能力，并具有記憶、推理和決策的能力，因而能夠完成更加復(fù)雜的動(dòng)作。中央電腦控制手臂和行走裝置，使機(jī)器人的手完成作業(yè)，腳完成移動(dòng)，機(jī)器人能夠用自然語(yǔ)言與人對(duì)話。 智能機(jī)器人在發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)自我診斷裝置能自我診斷出故障部位，并能自我修復(fù)。今天，智能機(jī)器人的應(yīng)用范圍大大地?cái)U(kuò)