气压机械手

管轶 毕业于上海师范大学，现任上海市嘉定区南苑中学物理教师，学校3D打印社团教师，i3DOne青少年三维创意社区创客导师。曾多次指导学生参与全国中小学生电脑制作比赛等活动。

教学背景

在物质文明过于充盈、生活节奏过于紧凑的今天，我们不禁会怀念“手工时代”带给我们的惬意、满足和快乐，憧憬一家人围坐包饺子、打毛线的和谐亲情，想念小时候一起玩泥巴的童年好友，或者和伴侣一起教孩子搭积木时的甜蜜时光。

当工作剥夺了和家人一起围坐看电视的快乐，当应酬打破了家里一日三餐的规律，人们更加渴望“和谐”家庭。但现在习惯了机械生产的我们却想不出自己动手可以做什么、怎么做。于是，DIY经济火热升温，并因此成为新的淘金地。对消费者来说，是将自己的创意变为现实，体验创造的快乐;对创业者来说，则是在尝试全新的创业方式。DIY提供给我们一个媒介，让我们在和父母、情侣、儿女DIY的时候感受“亲情”、感受“和谐”。

人类社会进入21世纪后，信息化浪潮席卷全球，以云计算、大数据、物联网、移动互联网以及3D打印等技术为代表的先进信息技术对社会经济发展产生了深刻影响，日益改变着我们的生活方式，并且已经影响了学校教育与人才培养方式。基础教育逐步信息化的发展趋势，反映了信息时代带来的变化与挑战。

利用3D打印技术，我们不用担心刻刀会割伤孩子，也不用担心木刺刺伤孩子，坐在电脑前就能轻轻松松地完成个人作品设计、制作，然后再搭建起来。在设计的过程中可以更加深入地了解个人作品的原理，在搭建的过程中也能了解自身设计层面的不足，二者相辅相成，促进原创设计更优化，提升自身设计水平。

教学目标

知识与技能 1.了解什么是液压传动。2.知道简单机械种类。

过程与方法 1.体验设计、制作（建模、创意搭建）机械手。2.在交流合作中提升发现问题、解决问题的能力和协作沟通能力。

情感态度与价值观 在设计、制作和分享的过程中，学会自主创新，能解决生活中的实际问题。

教学重点与难点

教学重点 了解液压传动。

教学难点 组装搭建机械手。

教学准备

针筒，导管，3DOne软件，3D打印机。

教学过程

一、课程导入

教师播放机械手视频。

师：机械是不是很帅？它的功能也很多，这节课我们来制作一个简单的机械手。

二、师生讨论，思考探究

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人手和机械手机器各自的优点。

机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等行业。

机械手的机械结构由气缸（针筒）、气爪和连接件组成，可按预定轨迹运动，实现对工件的抓取、搬运和卸载。气动部分的设计主要是选择合适的控制阀，设计合理的气动控制回路，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度并且改变运动方向，并按规定的程序工作。

气动技术，全称气压传动与控制技术，是以空气压缩机为动力源、以压缩空气为工作介质，进行能量传递和信息传递的工程技术。气动技术是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用。

三、教师介绍机械手历史

机械手配件最先从美国开始研制。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品，最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。

四、教师讲解气压机械手制作

1.选择基本实体六面体。（大小要与针筒差不多）

2.选择草图中通过点绘制曲线，选择基本实体圆柱体组合编辑减运算。（形状没有任何限制，只要镜像后可以合在一起即可）

3.选择基本实体六面体圆角、圆柱体，组合编辑减运算。（六面体的作用是夹住针筒的推杆处，可以通過针筒内气压的变化移动随之一起移动，从而实现操控夹子夹住物体或者放下物体。）

4.镜像。

5.电子模型样品。

五、组装搭建

最终成品效果。

六、作品展示环节

教师向学生展示，在教室中利用搭建好的机械手夹取物体，拉动和按下针筒，机械手也相应地张开与夹紧。

教学总结

课程的灵感来自于在教学过程中看到部分学生在竹刻、木刻过程中不小心割伤自己，这样的DIY让周边学生感到危险，学生自身也容易产生恐惧从而消极应对。有了3D打印技术，一切都变得不同。利用3D打印不仅能将危险降到最低，而且能锻炼学生的动手能力。除此之外，亲自参与设计，更能提升学生学习的兴趣。

本课程侧重于培养学生达到能将创意物化的教育目标，强调学生可以运用一定的操作技能解决生活中的问题，并通过设计、制作或装配等方式将一定的想法或创意付诸实践，增强实践创新意识和动手意识，提高创意实践能力。

通过课程设计增强学生综合运用所学知识的能力，提高分析和解决问题的能力。3D打印课程是在乐趣和知识相互结合的基础上，对学生所学知识内容的基本训练与应用。本课程设计的意义在于：

1.培养学生综合运用所学基础理论知识，结合设计与实验过程，在游戏中进一步巩固和拓展知识领域;

2.培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料的能力，能依据各种标准和工具书籍编写技术文件，提升计算、绘图等基本技能;

3.帮助学生树立正确的设计思想及将自己想法付诸实践的能力。