氣壓機(jī)械手

管軼 畢業(yè)于上海師范大學(xué)，現(xiàn)任上海市嘉定區(qū)南苑中學(xué)物理教師，學(xué)校3D打印社團(tuán)教師，i3DOne青少年三維創(chuàng)意社區(qū)創(chuàng)客導(dǎo)師。曾多次指導(dǎo)學(xué)生參與全國(guó)中小學(xué)生電腦制作比賽等活動(dòng)。

教學(xué)背景

在物質(zhì)文明過于充盈、生活節(jié)奏過于緊湊的今天，我們不禁會(huì)懷念“手工時(shí)代”帶給我們的愜意、滿足和快樂，憧憬一家人圍坐包餃子、打毛線的和諧親情，想念小時(shí)候一起玩泥巴的童年好友，或者和伴侶一起教孩子搭積木時(shí)的甜蜜時(shí)光。

當(dāng)工作剝奪了和家人一起圍坐看電視的快樂，當(dāng)應(yīng)酬打破了家里一日三餐的規(guī)律，人們更加渴望“和諧”家庭。但現(xiàn)在習(xí)慣了機(jī)械生產(chǎn)的我們卻想不出自己動(dòng)手可以做什么、怎么做。于是，DIY經(jīng)濟(jì)火熱升溫，并因此成為新的淘金地。對(duì)消費(fèi)者來說，是將自己的創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，體驗(yàn)創(chuàng)造的快樂;對(duì)創(chuàng)業(yè)者來說，則是在嘗試全新的創(chuàng)業(yè)方式。DIY提供給我們一個(gè)媒介，讓我們?cè)诤透改浮⑶閭H、兒女DIY的時(shí)候感受“親情”、感受“和諧”。

人類社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)后，信息化浪潮席卷全球，以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及3D打印等技術(shù)為代表的先進(jìn)信息技術(shù)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了深刻影響，日益改變著我們的生活方式，并且已經(jīng)影響了學(xué)校教育與人才培養(yǎng)方式。基礎(chǔ)教育逐步信息化的發(fā)展趨勢(shì)，反映了信息時(shí)代帶來的變化與挑戰(zhàn)。

利用3D打印技術(shù)，我們不用擔(dān)心刻刀會(huì)割傷孩子，也不用擔(dān)心木刺刺傷孩子，坐在電腦前就能輕輕松松地完成個(gè)人作品設(shè)計(jì)、制作，然后再搭建起來。在設(shè)計(jì)的過程中可以更加深入地了解個(gè)人作品的原理，在搭建的過程中也能了解自身設(shè)計(jì)層面的不足，二者相輔相成，促進(jìn)原創(chuàng)設(shè)計(jì)更優(yōu)化，提升自身設(shè)計(jì)水平。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能 1.了解什么是液壓傳動(dòng)。2.知道簡(jiǎn)單機(jī)械種類。

過程與方法 1.體驗(yàn)設(shè)計(jì)、制作（建模、創(chuàng)意搭建）機(jī)械手。2.在交流合作中提升發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力和協(xié)作溝通能力。

情感態(tài)度與價(jià)值觀 在設(shè)計(jì)、制作和分享的過程中，學(xué)會(huì)自主創(chuàng)新，能解決生活中的實(shí)際問題。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 了解液壓傳動(dòng)。

教學(xué)難點(diǎn) 組裝搭建機(jī)械手。

教學(xué)準(zhǔn)備

針筒，導(dǎo)管，3DOne軟件，3D打印機(jī)。

教學(xué)過程

一、課程導(dǎo)入

教師播放機(jī)械手視頻。

師：機(jī)械是不是很帥？它的功能也很多，這節(jié)課我們來制作一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械手。

二、師生討論，思考探究

機(jī)械手是一種能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，構(gòu)造和性能上兼有人手和機(jī)械手機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)。

機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等行業(yè)。

機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)由氣缸（針筒）、氣爪和連接件組成，可按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的抓取、搬運(yùn)和卸載。氣動(dòng)部分的設(shè)計(jì)主要是選擇合適的控制閥，設(shè)計(jì)合理的氣動(dòng)控制回路，通過控制和調(diào)節(jié)各個(gè)氣缸壓縮空氣的壓力、流量和方向來使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得必要的力、動(dòng)作速度并且改變運(yùn)動(dòng)方向，并按規(guī)定的程序工作。

氣動(dòng)技術(shù)，全稱氣壓傳動(dòng)與控制技術(shù)，是以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源、以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量傳遞和信息傳遞的工程技術(shù)。氣動(dòng)技術(shù)是生產(chǎn)過程自動(dòng)化和機(jī)械化的最有效手段之一，具有高速高效、清潔安全、低成本、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于輕工機(jī)械領(lǐng)域中，在食品包裝及生產(chǎn)過程中也正在發(fā)揮越來越重要的作用。

三、教師介紹機(jī)械手歷史

機(jī)械手配件最先從美國(guó)開始研制。1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品，最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國(guó)AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。

四、教師講解氣壓機(jī)械手制作

1.選擇基本實(shí)體六面體。（大小要與針筒差不多）

2.選擇草圖中通過點(diǎn)繪制曲線，選擇基本實(shí)體圓柱體組合編輯減運(yùn)算。（形狀沒有任何限制，只要鏡像后可以合在一起即可）

3.選擇基本實(shí)體六面體圓角、圓柱體，組合編輯減運(yùn)算。（六面體的作用是夾住針筒的推桿處，可以通過針筒內(nèi)氣壓的變化移動(dòng)隨之一起移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)操控夾子夾住物體或者放下物體。）

4.鏡像。

5.電子模型樣品。

五、組裝搭建

最終成品效果。

六、作品展示環(huán)節(jié)

教師向?qū)W生展示，在教室中利用搭建好的機(jī)械手夾取物體，拉動(dòng)和按下針筒，機(jī)械手也相應(yīng)地張開與夾緊。

教學(xué)總結(jié)

課程的靈感來自于在教學(xué)過程中看到部分學(xué)生在竹刻、木刻過程中不小心割傷自己，這樣的DIY讓周邊學(xué)生感到危險(xiǎn)，學(xué)生自身也容易產(chǎn)生恐懼從而消極應(yīng)對(duì)。有了3D打印技術(shù)，一切都變得不同。利用3D打印不僅能將危險(xiǎn)降到最低，而且能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。除此之外，親自參與設(shè)計(jì)，更能提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

本課程側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生達(dá)到能將創(chuàng)意物化的教育目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生可以運(yùn)用一定的操作技能解決生活中的問題，并通過設(shè)計(jì)、制作或裝配等方式將一定的想法或創(chuàng)意付諸實(shí)踐，增強(qiáng)實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手意識(shí)，提高創(chuàng)意實(shí)踐能力。

通過課程設(shè)計(jì)增強(qiáng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，提高分析和解決問題的能力。3D打印課程是在樂趣和知識(shí)相互結(jié)合的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)內(nèi)容的基本訓(xùn)練與應(yīng)用。本課程設(shè)計(jì)的意義在于：

1.培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)，結(jié)合設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)過程，在游戲中進(jìn)一步鞏固和拓展知識(shí)領(lǐng)域;

2.培養(yǎng)學(xué)生搜集、閱讀和綜合分析參考資料的能力，能依據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書籍編寫技術(shù)文件，提升計(jì)算、繪圖等基本技能;

3.幫助學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想及將自己想法付諸實(shí)踐的能力。