《爬天都峰》教学设计

《爬天都峰》教学设计（精选9篇）

《爬天都峰》教学设计 篇1

一、教学目标

1.学习生字新词，有感情地分角色朗读课文。

2.理解课文内容，明白善于从别人身上汲取力量的道理。

3.养成不怕困难，奋发向上的品格。

二、教学重难点

【教学重点】

有感情地分角色朗读课文，理解课文内容。

【教学难点】

懂得善于从别人身上汲取能量的道理，养成不怕困难奋发向上的品格。

三、教学方法

朗读法、讲授法、小组讨论法

四、教学过程

(一)导入新课

多媒体出示天都峰的图片，教师对天都峰的相关知识进行介绍：

“天都峰是黄山“七十二峰”中最险峻的三大奇峰之一，海拔1840米，登山石阶大约有1.5公里长。天都峰最险处是鲫鱼背。它是一道长约十几米，宽不过1米的狭长光滑的石脊，石脊两旁是万丈深渊。”

由此引出本节课所学内容，并板书课题。

(二)整体感知

1.学生朗读课文，朗读的过程中注意字音，自学生字词，画出不理解的词语，用查字典和练习上下文的方法理解词语。教师对较难的词语如犹豫、奋力、居然、汲取等进行讲解。

2.说一说课文主要讲了一件什么事?

(三)深入研读

具体赏析文中语句：

1.学习第二自然段，说说课文中是怎么写天都峰的“高”和“陡”的?

2.学习课文第三、四、五自然段：划出老爷爷和“我”的对话。

出示对话：“小朋友，你也来爬天都峰?”“老爷爷，您也来爬天都峰?”思考：他们所说的话中都有一个“也”字，这个“也”是什么意思?他们互相怀疑了吗?表现了他们的什么精神?

3.学习课文六、七自然段，提问：“我”是怎么爬天都峰的?划出与动作相关的词语。(“攀着铁链上”、“手脚并用向上爬”。)

4.学习课文第八、九自然段。

(1)登上天都峰以后，“我”和老爷爷为什么要互相道谢?他们的对话中都有一个什么词?这“勇气”体现在哪里?

明确：体现在他们都敢爬天都峰。如果没有勇气，这一老一小怎么敢爬天都峰呢?

(2)你从他们的话中体会出什么?

明确：一个人只要有决心，有勇气，任何困难都可以克服。

5.学习课文第十自然段。

(1)爸爸为什么说这一老一小真有意思?

明确：因为这一老一小，虽然互不相识，但是都从别人身上汲取力量，互相鼓励，互相学习。

(2)你从爸爸的话中体会出什么?

明确：这句话告诉我们，在人与人相处中，要相互学习，相互鼓励，才能取得进步。

(四)拓展提高

学生分角色朗读课文，注意读出文中不同人物的语气，也可以加上表演。

(五)课后练习

在课下也把一件通过自己的努力而最终克服困难的事情写下来，下节课在课堂上进行交流。

五、板书设计

略

六、教学反思

这课的重点是“我”爬天都峰的过程，难点是读懂最后一段中爸爸的话：“你们这一老一小真有意思，都会从别人身上汲取力量!”

《爬天都峰》教学设计 篇2

自己有了孩子, 并且孩子到了摸爬学走的阶段, 我由此开始关注儿童运动类用品的设计。市面上较多的是孩子的助步工具, 再就是技能训练的工具, 如滑轮、自行车等。虽然年轻的爸爸妈妈们早已意识到孩子在成长的过程中需要助爬玩具, 但这类产品的市场却始终不见有大的发展。

一、爬行的重要性

婴幼儿的成长发育其实和人类进化的过程是一致的。婴儿爬行是一种全身性的运动, 不仅可以锻炼身体, 更有利于促进大脑指挥系统的发育, 还可以训练小脑的平衡与反应能力, 对孩子以后学习语言和阅读会有良好的作用。因此, 家长们千万不要忽视爬行的作用, 不要限制宝宝四处爬的自由。

在爬行之初, 宝贝们大多都是“倒爬”或“螃蟹爬 (往旁边爬) ”, 有的宝贝则是开足了马力, 四肢乱动, 但却停在原地不能前进, 动作很不协调。这样的“伪爬行”要持续几天至一两个星期。

之后宝贝终于能够小胳膊撑地, 借助腹部与手臂的力量, 往前匍匐了。但是, 这种将小肚皮紧紧贴在床面, 两条小腿拖在后面不起作用的爬更类似于士兵的匍匐前进, 还只是爬的雏形。这种貌似小飞机要起飞的爬行要进行一两个星期。研究表明, 腹部贴地爬行的婴儿不论其爬行经验的多少, 他们的表现和不会爬的婴儿相似, 其原因可能在于腹部贴地爬行的方式迫使婴儿的注意力主要集中在爬行动作本身, 婴儿难以借此运动方式感知、观察环境, 因此腹部贴地爬行给婴儿带来的经验是极有限的, 其对婴儿心理发展的作用也十分微弱。

随着动作的越来越娴熟, 小家伙开始“爬着玩”了, 即用手和脚撑地, 小屁股翘得高高地向前爬, 很像一只小熊在活动, 这就是“手脚爬行”。要知道, 从手膝爬行向手脚爬行这一阶段的动作比较难掌握, 四肢必须健壮、结实才能够支撑体重, 使膝盖离地。更重要的是孩子在这个阶段能体会到爬行的乐趣, 不仅仅是“为爬而爬”, 更多的是“为乐而爬”。由此, 爬行的重要性便开始体现了。

由于爬行消耗能量较大, 宝宝也开始吃得多、睡得好, 体重、身高开始增长了。宝宝在会爬后, 在父母的引导下获得的成功体验不断增多, 并且能够在爬行中获得成功、失败等多种体验。这些体验能够丰富宝宝的情感, 同时也在客观上增加了亲子情绪互动的机会。会爬的宝宝不断地用自己的身体探索着周围的世界, 许多举动都带有未知性, 宝宝的这些学习经验将化为好奇心, 使他们勇于探索, 并会逐步培养他们未来独立解决问题的能力。

二、市场调研情况分析

目前市场存在一个比较矛盾的现象。很多文献都显示, 各国众多心理学家都在不遗余力地做着各种实验进行比对, 目的就是为证实爬行对孩子的重要性, 比如迂回行为实验、深度知觉“视觉悬崖”实验等。结果都表明, 爬行等早期动作训练对婴幼儿的身心发展都有着至关重要的影响, 但专门针对婴幼儿爬行的产品却很少, 尤其是在国内。这就导致了产品市场虽然“繁花似锦”, 产品品质却良莠不齐的, 很多产品并没有达到辅助或帮助婴幼儿爬行的作用和要求。就这一情况, 我认为有以下三个原因:一、“重视”的口号只挂在嘴边, 目前市场并未真正关注孩子的坐立和行走问题。学坐之后, 婴儿就能独立观察周围事物, 哭闹也会随之减少, 给父母省了不少事;独立行走之后, 孩子更愿意自己探索周围新的环境空间。所以, 我相信所有父母都会认识到爬行时重要性。二、爬行虽然重要, 但也不难发现, 至少从同一个孩子身上你无法比对“爬”与“不爬”的区别, 这个潜在的重要性可能有时会被父母视作“0”来对待。三、婴幼儿的需求性表现不强烈。日本神户大学教授、精神科专家黑丸正太郎曾提出, 婴儿前2个月大部分时间是躺卧在睡眠世界里的, 处于“平面世界”, 从3个月后开始伸脖子四周张望, 才进入“立体世界”, 而孩子在有欲望或有需要实施爬行动作之前, 还没有足够的语言和行为能力来表达自己的需求, 所以我们也无法知道他们的想法, 我们更不能盲目设计。

当然, 产品出现及存在的必要性是由市场本身来决定的。有研究表明, 婴幼儿早期动作行为的不协调主要是由于环境污染及剖宫产率居高不下而造成的, 现在这种现象愈演愈烈, 所以我相信, 爬行玩具市场会越来越大;此外可能很多家长错误地认为, 只有不会爬的孩子才需要此类产品, 自己的孩子爬行如此顺利, 购买爬行玩具岂不多此一举。殊不知孩子的个体差异也很大, 儿童的动作能力越早训练越有效果。苏联著名心理学家维果茨基就提出了“最近发展区”理论, 认为儿童有两种发展水平:一是儿童的现有水平, 二是即将达到的发展水平。这两种水平之间的差异, 就是“最近发展区”。“最近发展区”表现为:儿童尚不能独立完成任务, 但在成人的帮助下, 在集体活动中, 通过摹仿能够完成这些任务。这种借助成人帮助所能达到的解决问题的水平与独自解决问题所能达到的水平之间的差异, 实际上是两个邻近发展阶段间的过度状态。据调查表明, 只有10%的孩子能在成熟早期具备相应的动作能力, 如果能在这一阶段给予孩子适当的引导, 将极大地促进他们的发展, 成熟晚期训练的效果不大, 但又比不训练要好, 所以从这点来讲, 每个孩子都应该拥有一款自己的助爬产品。

三、现有爬行玩具的优缺点比对

笔者通过对现在玩具市场 (实体、网络) 的比对分析, 将助爬产品归纳总结为四种类型, 从形式、大小、使用环境以及优缺点等方面对其进行分析。

(一) “滚”类玩具

图1是淘宝网上最畅销的、得到专家认可最多的, 并且打着“专为宝宝运动爬行设计”口号的一款玩具。实物充气后大约为43cm×22cm, 色彩鲜艳, 图案清晰可爱, 滚筒里面有三个不同颜色的小球, 滚动时会发出叮叮当当的声音。滚筒两边是透明的, 中间部分也有三个不同形状的透明小窗口, 宝宝可以看见里面小球的运动情况, 小球会吸引宝宝不断地滚动它。这款玩具最大的卖点是“花样爬行”, 可以有多种玩法, 让孩子玩出不同的乐趣, 使用方式主要有家长辅助式、亲子互动式和设置障碍式。

优点:适合刚学会或准备学习爬行的孩子使用, 帮助他们支撑身体。

缺点:比较单一, 爬行需要大人的帮助或在亲子互动的情况下才能完成。

(二) 启发类玩具

图2这款毛毛虫尺寸为20cm×8cm×10cm, 主要是通过按压它的背部, 使小虫的身体变长, 松开后就能爬行了, 它同样有鲜艳的颜色和悦耳的声响, 模仿虫类爬行的特点。

图3这款爬行小螃蟹为24cm×16cm, 通过转换学习模式和爬行模式, 蟹钳开始左右运动, 小螃蟹开始爬行。

优点:有助于孩子了解爬行动作的要领。

缺点是:缺乏过程 (如何正确的趴下及用力) 引导, 不够具象, 造型特别是大小不足以引起孩子的模仿兴趣。

(三) 高仿类玩具

图4这款开心宝贝爬行娃娃, 为23cm×18cm×13cm, 它会模仿7个月大的小宝宝的爬行, 站着的时候小娃娃还会跳舞, 会叫mummy and daddy, 会唱英文歌, 两个小屁股一扭一扭的, 还会说I LOVE YOU!

图5这款发条爬行玩偶, 为7.5cm×5.5cm×8cm, 上好发条之后娃娃就会向前爬, 屁股一扭一扭的, 非常可爱。

优点:外型够具象, 动作也比较标准。

缺点:玩具太小, 不足以引起孩子的模仿兴趣。

(四) 探索类玩具

图6商品具体尺寸为215cm×100cm×103cm, 小朋友可以在隧道里爬行, 颜色鲜艳的小精灵可以让宝宝对颜色有很好的认识。

图7商品尺寸为102cm×34cm×47cm, 内部上方角落上还挂有简单玩具, 吸引孩子钻过隧道。

还有一种如图8所示简易的几何钻圈, 其为塑料制件, 约65cm×85cm, 因形状不一, 尺寸大小也不一样, 以几何形为主。

优点:可以多个小朋友一起玩耍, 促进小朋友之间的良好交流。

缺点:辅助性不大, 适合会爬的孩子使用, 对于还需启发的幼儿不够方便。

四、助爬玩具系统设计概念

综合以上调研结果可知, 幼儿爬行是一个系统性、连贯性的动作体系, 不仅包含若干个阶段, 而且每个阶段都有显著的特征, 外在影响因素多。因此, 要想设计好助爬玩具, 首先要把它当作一个产品系统来看待。设计的对象是幼儿而不是物, 此类产品作为实现爬行方式的手段, 它必须在一定的时空环境、文化氛围和特定的生活方式中, 在各种相互联系的要素的整体作用下, 才能实现其功能。所以, 我们不仅要设计好玩具, 还要设定好环境因素, 以达到功效最大化。

参考文献

[1]曹洋.玩具造型设计[M].南京:南京师范大学出版社, 2009

[2][英]怀特, [葡]内维斯.设计师玩具[M].贺丽, 鄢格译.沈阳:辽宁科学技术出版社, 2010

《爬天都峰》教学设计 篇3

（第二课时）

学习目标

1．正确、流利、有感情地朗读课文，重点读好对话，读出不同人物的语气和心情。

2．了解课文的主要内容，体会“我”和老爷爷如何在相互鼓舞下，坚定信心战困难的过程。

3．懂得善于从别人身上汲取力量，培养学生从小不怕困难、奋发向上的品格。教学重、难点

1．通过对词句的理解，弄清“我”登天都峰后的思想变化。

2．读懂课文结尾的一句话。

课前准备

课件

教学过程

一、复习导入

1.同学们，今天我们继续学习第三课《爬天都峰》，现在，拿出你的本子，我们来听写一下本课中的字词，看看同学们掌握的怎么样？（出示课件1）

爬山峰顶似乎仰起脸奋力

辫子勇敢白发苍苍居然

（写完的同桌互相检查、订正）

2.谁来说说这篇课文主要写了一件什么事情。

生：课文主要写暑假，爸爸带我去爬天都峰。

师：爬上天都峰了吗，是怎样爬的？

生：写暑假里，爸爸带我爬天都峰，遇见一位老爷爷，我们互相鼓励，克服困难，终于一起爬上天都峰的事情。

真好，他用一句话就把时间，地点，人物以及事件都说清楚了，我们以后就要用这样的方法来概括课文的主要内容。

二、学习1-2自然段，初步感知天都峰的特点

同学们，你们去过天都峰吗？知道天都峰是什么样吗？老师这儿有一段视频，我们一起来看下：（播放视频课件1）

谁能说说你看到的天都峰是什么样的？（天都峰给你留下了怎样的印象？）生：天都峰顶特别高（高）

生：天都峰的山路很陡，要爬上去很不容易（板书“陡”）

师：我们课文中就有描写天都峰高和陡的句子，看看作者是怎样把这种感受写具体的？把相关的语句画出来（出示课件）

啊，峰顶这么高，在云彩上面哩！

师：是呀，天都峰高1829米，将近2000米，从山脚往上看，就像在云彩上面一样。

谁能用你的朗读来让我们感受到天都峰的“高”？

师：还从哪些地方看出他的高和陡？

再看看笔陡的石级，石级边上的铁链，似乎是从天上挂下来的，真叫人发颤！

师：你觉得这一句里面哪个词用的好？

生：我觉得一个“挂”字让我们看到了天都峰的“陡”好像是垂直的，没有一点坡度。

师：天都峰的坡度大多在70度左右，最险峻的地方能达到90度，所以作者说就像是从天上挂下来的一样。

生： 我觉得“似乎”用的好，如果没有这个词，句子就不够准确。师：看到这样高和陡的石级，他对自己说：“我爬得上去吗？”

说明作者心里对不禁产生了怎样的情绪：

三、通过两次对话来理解最后一句话的意思

师：小女孩最终爬上去了吗？怎么爬上去的？

请同学们看这一句话（出示课件）

爸爸听了，笑着说：“你们这一老一小真有意思，都会从别人身上汲取力量！” 师：一老一小指的是谁？（板书：老 小）

都会从别人身上汲取力量，也就是说小女孩从老爷爷身上汲取力量，老爷爷从小女孩身上汲取力量。

？从文中找一找有关的语句（出示课件）

忽然听到背后有人叫我：“小朋友，你也来爬天都峰？”

我回头一看，是一位白发苍苍的老爷爷，年纪比我爷爷年纪还大哩！我点点头，仰起脸，问“老爷爷，您也来爬天都峰？”

老爷爷也点点头，说：“对，咱们一起爬吧！”

再仔细读一读这几句话，具体的说说他们俩在说这些话的时候，心里面可能在想些什么？

生：老爷爷：那么小的小女孩也来爬那么高，那么险的天都峰，我也要和她一样，爬上去。

生：小女孩：白发苍苍的老爷爷都能爬天都峰，我也不怕困难，也要爬上去。是呀，他们看到对方的时候，都从对方身上汲取了力量。你觉得这种力量是什么?（板书：信心、勇气）。他们心里都暗暗的下定了决心，有了爬上去的勇气，让我们带着这样的感受，分角色把几句话再读一遍，找三位同学来读。从课文中找出我努力爬山的句子，说说我是怎样爬山的。（出示课件）

我奋力向峰顶爬去，一会攀着铁链上，一会儿手脚并用向上爬，像小猴子一个样„„

爬呀爬，我和老爷爷，还有爸爸，终于都爬上了天都峰顶。

师：你是从哪个词语体会到我爬山很努力？

生：我从“终于”这个词体会到他们爬到峰顶的高兴的心情！

师：同学们体会的都很好，短短的几句话就让我们看到了作者的爬山的过程，体会到了爬山的艰辛。这样好的句子我们要不要多读几遍？谁愿意读？读出我们爬山的不容易！你来读！不错，你也来试试！

四、拓展想象，练习说话

师：刚才有同学说这个省略号省略了我爬山的其它的方法，现在，谁能用上这个句式把我爬山的其它方法补充出来，我还有可能怎么爬？老爷爷呢，他又是怎样爬的？请同学们发挥想象，联系自己的生活实践，任选一个句式把它补充完整（出示课件）

我奋力向峰顶爬去，一会儿——------一会儿———————

老爷爷奋力向峰顶爬去，一会儿——------一会儿—————

五、创设情境，体会人物心理

师：现在我们历尽艰难，终于站到了天都峰顶峰顶，爸爸给我和老爷爷照了一张合影，留作纪念。现在，老师是一位记者，想采访一下这一老一小两位登山的勇士。谁愿意让老师采访？

师：老爷爷，祝贺您登上天都峰顶，刚才我看到有许多游人登到一半，又回去了，您这么大年纪是怎么登上这座又高又陡的天都峰的呢?

老爷爷：本来呀，我也没有信心登上天都峰，是这个小朋友的勇气鼓舞我，我才下定决心要爬天都峰的。没想到，真爬上来了！

师：小朋友，你这么小，怎么也敢来爬天都峰呀？

小朋友：“我是看这位白发苍苍的老爷爷也要爬天都峰，才有勇气向上爬的！我应该谢谢他！”

师 ：“你们这一老一小真有意思，都会从别人身上汲取力量！”

同学们：听，这一老一小正在山顶上道谢呢！让我们分角色把它读一读？（课件出示八九十自然段，分角色朗读）

。通过这样一件事，你有什么样的感受和体会？

1.当别人遇到困难时，大家应该互相鼓励

2.只要有信心，就一定能克服困难

3.克服困难，不仅要有别人的鼓励，还要有自己的努力

六、布置作业：

1、懂从别人身上汲取力量的孩子是最棒的，你从别人身上汲取过力量吗？请你模仿着爬天都峰这一课把你汲取力量的故事写下来，和大家一起分享。

爬天都峰教学设计 篇4

1.认识“陡、链”等6个生字。会写“爬、峰”等11个生字。能正确读写“峰顶、似乎、忽然”等12个词语。

2.正确、流利、有感情地朗读课文，重点读好对话，读出不一样人物的语气和情绪。

3.了解课文的主要资料，体会“我”和老爷爷如何在相互鼓舞下，坚定信心战胜困难的过程。

4.懂得善于从别人身上汲取力量，培养学生从小不怕困难、奋发向上的品格。

教学重、难点：

透过对词句的理解，弄清“我”登天都峰后的思想变化。

读懂课文结尾的一句话。

课前准备：

1.生字卡片。

2.教学挂图。

3.收集有关黄山天都峰的VCD、图片、文字介绍等。

教法设计：边读边想法。

教学时光：2课时

第二课时

教学目的：边读边想，说出“我”和老爷爷是怎样爬上天都峰的。学会批注。

教学过程：

一、美的引入

1。读课题，师引导：作者写爬天都峰，为什么要用“爬”而不用“登”字?

讨论后使学生明白：因为天都峰高而陡，用“爬”更能准确反映出登山的费力、艰难。

二、美的发现

(一)自主学习(出示自学提示)

1。提示：在爬山之前，望着又高又陡的天都峰，“我”心里是怎样想的?

(1)默读课文;(2)圈点勾画相关的词语，想想从哪些词语、句子中看出“我”有害怕畏惧的心理;(3)做批注;

2。指名交流，出示并指导读好问句“我爬得上去吗?”、感叹句“真叫人发颤!”以及语气词“啊”“哩”等，读中体会“我”缺乏自信、畏惧退缩的心理。

结果“我”爬上峰顶了吗?自由读文。

生根据课文资料质疑

师筛选出问题：“我”看到了什么从而下定决心爬上峰顶呢?他们是怎样爬的，他们爬上去了吗?他们为什么能爬上去呢?

(二)小组合作学习

1。学生自学

2.小组读读议议，释疑。

a。“我”和老爷爷的第一次对话。他们所说的话中都带有一个“也”字，经过讨论，让学生体会到：天都峰这么高，又这么陡，你年纪这么小(这么大)怎样也来爬呀，表面上是双方都有怀疑，其实是对双方表示敬慕，说明这一老一小都有不怕困难，勇于攀登的精神。弄懂句意后，教师可再让学生讨论这两句对话就应用什么样的语气读出来，并指名做朗读练习。读出示第4段重点句，引导学生深入讨论交流，从中感受到“我”受老爷爷爬山鼓励而下定决心爬上峰顶的内心活动。

b。我们是怎样爬天都峰的?读句子找出重点词语加以体会。

自由读6、7自然段，画出描述爬山动作的词语。

学生读书圈划。

课文中用“奋力”“一会儿……一会儿”“手脚并用”“爬呀爬”“最后”等词语，既突出了爬天都峰的艰难，又表现了他们不怕困难的勇气。

引读第7段，从“最后”二字上体会爬得辛苦、上山后的喜悦。明白他俩始终相互鼓励，老爷爷也是受到“我”的勇气鼓励爬上峰顶的。指导朗读。

C。“我”和老爷爷的第二次对话。思考讨论：“我”和老爷爷为什么互相道谢?在讨论中应让学生注意到两个人的话中都有“勇气”一词。让学生认识到一个人只要有决心，有勇气，再大的困难也能够克服。

4。小组展示

三、美的升华

1。读爸爸的话，讨论：“汲取”是什么意思，“我”和老爷爷是怎样互相“汲取”力量的?

2.你从“爸爸”所说的话中懂得了什么道理?鼓励学生大胆发表自我的看法。联系生活实际谈自我的收获。

教师评点：在人与人相处中，要相互学习，相互鼓励，共同进步，不管多大的困难也能克服。

3。把你读了这一课的感受写一写。

板书设计：3、爬天都峰

(高)学生简笔画天都峰

(陡)

互相鼓励

《爬天都峰》教学实录 篇5

课文

暑假里，爸爸带我去黄山，爬山都峰。

我站在天都峰脚下抬头望：啊，峰顶这么高，在云彩上面哩！我爬得上去吗？再看看笔陡的石级，石级边上的铁链，似乎是从天上挂下来的，真叫人发颤！

忽然听到背后有人叫我：“小妹妹，你也来爬天都峰？”

我回头一看，是一位白发苍苍的老爷爷，年纪比我爷爷还大哩！我不再犹豫，点点头，仰起脸，问：“老爷爷，您也来爬天都峰？”

老爷爷也点点头：“对，咱们一起爬吧！”

我奋力向峰顶爬去，一会儿攀着铁链上，一会儿手脚并用向上爬，像小猴子一个样„„

爬呀爬，我和老爷爷，还有爸爸，终于都爬上了天都峰顶。

在鲫鱼背前，爸爸给我和老爷爷照了一张相，留作纪念。老爷爷拉拉我的小辫子，笑呵呵地说：“谢谢你啦，小妹妹。要不是你的勇气，鼓舞我，我还下不了决心哩！现在居然爬上来了！”

“不，老爷爷，我是看您也要爬天都峰，才有勇气向上爬的！我应该谢谢您！”

爸爸听了，笑着说：“你们这一老一小真有意思，都会从别人身上汲取力量！”

课堂实录

师：来，我们先来做个小游戏，说个绕口令。一棵柳树搂一搂，两棵柳树搂两搂，三棵„„来，谁先来试试。

几个学生读。

师：大家说了这么多，想不想听老师读一读。

老师一口气说到十二棵柳树。

全体鼓掌。

师：我说得不错嘛，对不对，同学们，老师也需要鼓励一下。

生：是。

师：好，开始上课。同学们，昨天我们初次见面，希望大家能从不同的途径收集黄山的资料，大家带来了吗？

师：给大家看一看。

生：我搜集的是文字资料。

师：给大家念一念。生念。

师：你带的什么资料？

生：照片。

师：这么美的资料如果不给大家展示真可惜，来，到这来。

投影出示照片。

师：能给大家介绍一下吗？

生介绍。

师：感谢您搜集的资料，大家想出这么多好办法，老师也搜集了一些资料，大家能不能给教师一个机会，让我也展示一下我收集的资料。

多媒体展示：黄山的资料。

师：今天我们学习一篇新的课文，讲的就是发生在天都峰上的一个故事。板书课题：爬天都峰

师：好，请大家齐读课题。先请同学们读读课文，注意读准字音，读通句子，开始读书。放开声音读书。读吧，自己读。

生自由读。

师：书读完了，接下来请同学们利用手里的卡片合作学习本课生字。各组小组长负起责任来。我们看看哪个小组最会利用生字卡片，学得最好。

小组学习生字。

师：有的同学已经进行了第二遍了，先停下来。我发现咱们八个组的小组长都非常负责任。我们来接读课文。

生读。

师：好，请坐，我发现同学们在读的（转载自本网http://，请保留此标记。）时候有这样一个字非常容易志错，现在谁来当小老师来带大家读。出示：攀

师：一起读。

生读攀

师：同学们，大家在较短的内容就能把课文读顺了，在读课文当中，哪些事给你留下深刻的印象

生：小朋友和老爷爷的对话。

师：这是你的读书感受。

生：第六自然段爬天峰。

师：你们都是这种感受吗？

生：是。

师：那有没有不懂的地方，可以提出来。

生：犹豫？

师：把话说完整。

生：犹豫是什么意思？

师：相信你在读书中能解决。

生：石级是什么意思？

师：谁能帮助他？

生：就是楼梯的样子一层一层的。

师：还有问题吗？

生：汲取什么意思？

师：这个问题有价值（师板书：汲取）我们一起来解决这些问题。那首先我们来看看大家都比较熟的天都峰。

出示：我站在天都峰„„ 师：老师教给你们一些读书方法，一边读一边想，把你想像的天都峰用最简洁的线条画出来。看谁画得最快，最好。

生画。

师：哪位同学愿意把你所画的天都峰展示给大家看。

展示同学作品。

师：你们觉得这位同学画出了天都峰什么特点？

生：天都峰的高。

师：来，你说。

生：画出天都的石级，铁链。

师：谁来补充？

生：就是画出了险。

师：为什么险？你自己来说说，想通过这幅图想体现天都峰什么特点？

生：体现天都峰的石级，铁链。

师：看来同学们只是看到了这段天都峰的石级，铁链，谁再来展示。

展示学生画的图片。

师：请大家看看这两幅图哪幅好，为什么？

生：第二幅图山很多，又画出了太阳，比较好。

生：第二幅图好，是因为他把第二自然段的云彩那句话画出来了。

师：说得非常好，这位同学注意到了天都峰非常高，在云彩上面呢，并把他的想象画出来了。天都峰这么高，这么险，那你们能把他读出来吗？自己来试，你的感受会更深。

生自由读。

师：谁愿意读？

生读。

师：读的这个地方多好了，这样读就把天都峰的高读了出来。谁能来读，读得比他更好。

生读。

师：哪位同学也能像刚才老师一样评价一下这位同学呀？

生：读得流利、响亮。

师：你来说说？

生：他读得很有感情。

师：哪里有感情？

生：他读得好的地方就是真叫人发颤的颤。

师：现在谁还想读，而且比前边两个同学读得都要好。好，你来读。生读。

师：谁来评？

生：和前边一样，颤读得有感情。

师：有没有听出不一样的呢？

生：他读出了害怕的感觉。

师：读得好，评得妙，那我们该怎么读这一段呢？来，放开声音，读读这一段。

生读。

师：现在我邀请我们班同学读这一段，可以站着读，坐着读，如果能加上动作表情更好

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生读。师：读得好。天都峰如此的高，如此的险，小姑娘站在天都峰的脚上她在想，我爬还是不爬，她犹豫了。

师板书：犹豫

师：正在这个时候又发生了什么事情？看看这三段话，告诉老师你最想用什么方法来学习呀！

生：分角色表演。

师：大家觉得这样可以吗？

生：可以。

师：那现在就请我们三人一组分头学习，马上开始吧！

投影出示这一段。

师：现在哪个小组愿意展示一下你们读的情况。你来。

生读。师：同学们他们读得怎么样啊？

生：读得比较流利有感情。

师：你的标准比较宽松。

生：我觉得读得不太好。

师：老师也觉得这组同学没有读出最高水平来。那怎样才能读出最好的感情呢！

出示：用标点符号提示句子语气。

师：读到人物语言时，心里就要想一想，他心里是怎么想的。

小组读。

师：首先我们来看这里，哪位同学代表你们小组说说。

生：老爷爷说：小朋友你也爬天都峰。老爷爷在想，小姑娘会不会也能跟他一起爬。师：他为什么会怀疑小朋友是来爬天都峰的呢？

生：因为前边课文讲了她犹豫。

师：是啊，前面讲了天都峰那么险，那我们究竟应该怎样读呢？

生读：小朋友，你也来爬天都峰。

师：谁能说说小朋友见到老爷爷会怎么想？

（转载自本网http://，请保留此标记。）生：那么老的老爷爷都来爬我也应该爬。

师：那这句应该怎么读呢？

生：老爷爷，你也来爬天都峰。

师：那老爷爷来爬天都峰又是怎么想的？

生：咱们一起爬吧。

师：对，为什么？因为他想这个老爷爷年纪已经很大了，还来爬天都峰，所以他想努力一起和老爷爷爬天都峰。那我们应该怎样读呢。

生读。

师：谁能再坚定些。

生读。

师：同学们理解了这三句话的语气，现在三个人再开始朗读。

生读。

师：现在哪个组的同学愿意展示给大家。来，你们三人来。

三人小组读。

师：小爷爷和作者已经从对方身上受到了鼓舞，他们向天都峰爬去。请大家一起读。

生读。

师：同学们这一老一小已经从对方身上受到了鼓舞，他们信心百倍，那你们把他们的勇气都读出来了吗？准备一下，我们再来读一下。

生读。

师：这一老一小经过努力终于爬上了天都峰，我们向他们祝贺，这节课开头我们提出了一个问题，现在大家明白了吗，汲取是什么意思？

生：汲取力量。

生：汲取爬天都峰的力量。

生：汲取了鼓舞。

师：受到了鼓舞，汲取战胜困难的力量。这一老一小靠自己的力量爬上了天都峰，同时，我们也通过读课文理解了我们不明白的内容。同学们请课下利用我们查到的资料出一期壁报，下节我们继续学习

《爬天都峰》教学设计 篇6

峻德矿井下煤炭运输咽喉要道为井下大倾角巷道运输, 原有的大倾角输送皮带机满足不了生产要求, 产生了大量的落地煤, 煤堆逐渐庞大, 会发生内燃等危险, 所以, 矿井迫切需要在原皮带机上方再设计1条皮带运输机, 以解决燃眉之急。

1 设计整体思路

YDB22-630×1200型爬坡皮带输送机的设计与设置是在现有的巷道里, 对原有的皮带机进行整体的改造, 降低其高度, 达到理想的空间后, 才能在改造后的皮带机之上进行铺设, 如图1所示。

2 结构特点

本设计所选用的是比较先进的DTL-630×1.4/22 k W型主动滚筒为油冷式电动滚筒, 代替目前广泛使用的电机型减速器滚筒, 它具有以下特点: (1) 结构简单紧凑, 占用空间面积小; (2) 密封良好, 适用于粉尘浓度大、潮湿泥泞的工作场所; (3) 使用维修方便, 操作安全可靠, 寿命长; (4) 能源消耗少, 且容易实现集中控制; (5) 油冷式电动滚筒满足各种逆止、制动、包胶等需求。

3 皮带输送机头部整体结构

皮带输送机头部整体结构框架是用16#槽钢焊接而成的, 框架高1.65 m, 宽1.90 m, 皮带机头部呈水平方向设置。由于皮带输送机中间部和尾部都设置在倾斜18°的机道中, 因皮带自重加上煤炭质量, 停机后会产生倒转、下滑现象。为避免下滑, 在电滚筒后方1.5 m处设置1个止退装置。

止退装置的设置:将约2 m长的一段皮带一头用槽钢固定在架体上, 另一头翻卷到电滚筒的底部和底皮带之间。这样有效防止下滑现象发生。并在头部和中间部的连接处设置1个φ200 mm的托辊, 作为转变处的一个支承点, 托起底皮带, 以减少返回辊的压力。

4 皮带机布置形式

因2部皮带机同设在一个狭窄的巷道里, 上下空间有限, 必须对原有的皮带输送机高度进行改造。2部皮带机在空间的设置、承载辊和返回辊在纵梁上设置的位置如图2所示。由图2分析可知, 中间部设置7副纵架, 共14节, 每节长6 m, 用12#槽钢制做, 每组均安装4个承载架, 每个承载架安装3个φ108×460 mm的承载辊, 下方均布2个φ108×1 400 mm的返回直辊。

中间部:纵梁长度6 000 mm, 共14根

顶板到上皮带底中心扇形高度, 上皮带返回辊的底面到下皮带的中心扇形高度, 都在400 mm左右, 2部皮带机的空间位置如图3所示。

5 尾部结构组成

本皮带设计属于上下两层特殊构置, 设计皮带属于上层皮带, 尾部的静拉力及质量比较大。尾部设有φ500×1 400 mm尾辊1个, 它在尾架上, 可以前后移动, 起到整条皮带的涨紧作用, 并设有2个涨紧器来调整皮带的松紧度。固定尾辊轴承座用2块铁板进行上下加固。焊接尾架使用12#槽钢, 呈跑道形, 如图4所示。

6 结语

《爬天都峰》教学反思 篇7

总的来说，课堂上呈现出的总体情况是：发言的较少，课堂气氛略显生硬，安静，学生对问题主旨的领悟较慢。特别是在理解天都峰的高和陡上，有的学生理解得不透彻，读不出站在天都峰脚下那种惊讶之情，通过教师的指导稍好一点。

另外，本文的主旨是如何战胜困难，我忽略了学生实际生活，没有让学生结合自己生活经历来谈，因此主题的揭示就显得单薄、苍白。

在本课的教学中，我个人认为有几个环节处理得不错：生字的小组自学、攀峰情景的再现及朗读指导。我以自己的朗读带动起全班的气氛。在理解的基础上赛读、巩固得还不错。

《爬天都峰》教学反思 篇8

这是学生从低年级升入中年级，学习的第一组第3篇课文，通过本组教学，帮助学生尽快地适应中年级的语文学习，逐步完成由低年级向中年级教学的过渡。因此这一组教材是低年级和中年级两个年段语文教学的接口处，而这篇课文是第3篇精读课文，所以它在本单元是举足轻重的。本文表达上的一个明显特点是通过人物的对话反映人物思想感情的变化。对话语言朴实但内涵丰富。

学习这篇课文意在让学生从具体事例中懂得怎样从别人身上汲取力量，学会运用多读多想、边读边想的方法，读懂课文内容。在教学中，我明显感觉孩子们对课文非常感兴趣，于是，我就给孩子充分读的时间，引导孩子们在读中理解了课文，并且整节课轻松但效率极高。指导读六七自然段时，有个学生提出来个问题“为什么要用“爬”字呢？山上不是有台阶还有扶的铁链吗？”当时我就鼓励说：“她提的问题很有思考价值，她真动脑子！”然后我和学生一起讨论了一下，通过看天都峰的高等，学生知道因为山太高太陡，所以直起身子走可能走不动，大都是像猴子一样爬的，所以用爬山。

《爬天都峰》教学设计 篇9

移动机器人可以完成危险环境下的探查、侦察、巡逻、救灾和排爆等工作, 其应用前景越来越广泛。楼梯是移动机器人在工作中最常见、最难跨越的障碍之一, 所以攀爬楼梯是移动机器人适应非结构化环境所必备的功能之一。

国内外现有爬楼梯移动机器人按实现爬楼梯功能的原理主要分为轮式、腿式、履带式、复合式 (如轮腿式、关节履带式、轮履式) 等。轮式爬楼梯移动机器人具有结构简单、效率高、重量轻和易于控制的优点[1,2,3], 但其环境适应性较差, 很难适应楼梯这类特殊的结构化环境。腿式爬楼梯移动机器人具有较强的环境适应能力, 可通过调整腿部姿态来适应崎岖不平的地形[4,5,6,7], 但这种机器人结构复杂、移动速度慢、效率低, 难以实现稳定步态规划和稳定平衡的控制。履带式爬楼梯移动机器人具有良好的爬楼梯性能和一定的越障能力[8,9,10], 但其灵活机动性较差, 自身重量较大, 爬越楼梯的速度较慢。复合式爬楼梯移动机器人具有很强的地形适应能力和较好的机动性[11,12,13,14,15,16], 但其结构和控制系统一般较复杂, 需要进行复杂的轨迹规划和步态规划等。

针对上述问题, 为了同时实现机器人高速、高效和稳定的爬楼梯功能, 通过对不同类型爬楼梯移动机器人运动特性进行综合分析, 我们设计并实现了一种新型轮腿式爬楼梯移动机器人, 本文对该机器人进行了结构设计计算与分析, 并进行了实验研究。

1 轮腿式爬楼梯移动机器人的总体结构

所设计的轮腿式爬楼梯移动机器人采用对称结构, 由机身和4个结构尺寸完全相同的独立驱动单元构成, 如图1所示。

每个驱动单元的轮腿机构包括5个轮腿系杆和轮腿本体。图2a所示为轮腿系杆, 其前端固定有橡胶帽以增加摩擦力, 吸收机器人运动时产生的冲击和振动, 起到防滑减振效果, 并确保机器人在爬楼梯等越障过程中的运动稳定性。轮腿系杆底端设计有两个螺纹孔以便于安装到轮腿本体上。图2b所示为轮腿本体, 5个轮腿系杆沿轮腿本体的轮毂圆周均匀分布, 相互之间的夹角相等均为72°, 轮腿系杆通过2个螺栓固定在轮腿本体上, 调节轮腿系杆与轮腿本体的配合深度可以适应不同高度的楼梯、台阶。图2c为轮腿机构装配后的实物照片。

1.轮腿机构2.铰接机构3.直流伺服电机4.后机身5.电机控制卡6.前机身7.实时控制单元8.电池

机器人的每个独立驱动单元均采用体积小、输出转矩大的直流无刷伺服电机驱动。伺服电机的输出转矩经减速器传输至轮腿机构, 对其进行直接驱动。通过控制驱动电机的转速实现对机器人移动和转向的控制, 可以实现枢轴旋转和自旋旋转等转向动作[17]。机器人机身在机器人中部, 用于装载控制系统、电池及遥控通信设备等。前后机身通过铰接机构连接, 使前后机身和固定在机身上的4个独立运动单元沿连接轴轴线相对转动, 形成一个转动自由度, 如图3所示。这种结构保证了机器人爬楼梯或在崎岖不平的地形环境中运行时, 其4个轮腿机构均能与地面保持可靠接触, 提高了机器人越障能力和运行稳定性。

本文设计的机器人控制系统采用基于CAN总线的嵌入式实时控制系统, 具有实时性好、抗干扰能力强、成本低、可靠性高、开放性好的特点, 可以满足机器人的实时控制要求。控制系统由一个紧凑型嵌入式实时系统 (CompactRIO-9025) 和4个伺服从控制器 (EPOS2 70/10) 组成CAN网络, 如图4所示。机器人各轮腿机构驱动控制系统通过CAN总线与嵌入式系统传输数据, 给出每个驱动器的控制信号。每个驱动电机的控制均采用独立的PID闭环控制, 电机的电流、转速、位置等实时信号反馈到控制器上, 组成闭环控制系统。嵌入式实时系统通过IEEE 802.11b无线通信与上位机进行人机交互, 实现对机器人运动状态的实时监控。

表1所示为本文设计的轮腿式爬楼梯移动机器人的基本技术参数。通过对楼梯台阶高度和宽度的统计分析, 本文所设计的机器人长度为580mm, 宽度为465mm, 轮腿长度可调节范围为180~220mm。根据设计目标, 计算机器人行驶、转向、爬越楼梯时所需功率、转速等参数, 选取Maxon EC45盘式无刷直流伺服电机作为驱动电机。考虑机器人的整体质量、电机的额定电压和功率等因素, 经过计算, 选择VFEB-2401-21型锂电池作为机器人的电源。

2 机器人轮腿机构系杆数的确定

轮腿机构是轮腿式移动机器人能否顺利、高效、稳定、精确地完成爬楼梯等越障任务的关键, 对轮腿式移动机器人的工作能力有着决定性影响。轮腿机构的系杆数决定了机器人的越障能力、机器人驱动力及机器人质心的波动, 它对机器人的运行性能至关重要。

2.1 轮腿机构系杆数对机器人越障能力的影响

如图5a所示, 标准轮式机构可爬越障碍的高度h0受限于轮式机构的半径r, h0≤r。对于轮腿式移动机构, 其系杆数对其越障能力存在确定的影响关系。

图5b~图5d分别为系杆数3、5、6的轮腿机构越障示意图。假设它们均处于越障极限状态的初始位置, 轮腿旋转方向均为顺时针, 每一个轮腿系杆之间以夹角i均匀分布在轮毂圆周上, 轮腿机构半径为轮毂轴心到轮腿系杆顶端的距离r, 接触支撑面的轮腿系杆与轮轴中心到支撑面垂线的夹角为θi。受到摩擦力和驱动力的限制, 轮腿机构可以翻越障碍的极限高度与其几何尺寸有关, 它可翻越的障碍高度为hi (i=1, 2, 3, …) , 即

图5b~图5d中, θ3=30°, Ф3=120°;θ5=18°, Ф5=72°;θ6=0°, Ф6=60°。由式 (1) 计算可得:h3=1.732r, h5=1.539r, h6=1.500r。同样地, 也可以计算系杆数为2、4、8、12的轮腿机构所能翻越障碍的高度分别为h2=2r, h4=1.414r, h8=1.38r, h12=1.258r。

由上述计算结果可知:轮腿式移动机构的越障能力优于标准轮式移动机构, 且其越障能力的变化趋势随着系杆数的增大而逐渐降低。

2.2 轮腿机构系杆数对机器人驱动力的影响

不同的轮腿系杆数对机器人越障时所需的驱动力要求是不一样的。为方便说明, 本文以系杆数为5的轮腿机构为例来进行驱动力分析。假定轮腿机构所受驱动转矩为M, 轮腿机构与接触面之间的摩擦因数为μ, 机器人在越障时的受力情况如图6所示。设G1为机器人对该驱动机构所作用的重力, N1、N2为台阶面对轮腿机构的支撑力, Ft为轮腿机构越障所需的驱动力, 它是电机驱动机器人后作用于轮腿机构的水平分力, F1、F2为台阶面对轮腿机构的摩擦力, σ为接触台阶面的系杆和水平面之间的夹角。

在轮腿机构爬越障碍的瞬时, 有N1=0, 由此时轮腿机构在x和y两个方向上的受力平衡分析, 有

式 (2) 、式 (3) 中, F2=μN2, 0≤σ≤90°, 由几何关系得

由式 (2) 、式 (3) 可解得

由式 (5) 、式 (6) 知, 当时h5达到最大, 此时机器人所需的驱动力为

同样由式 (2) ~式 (6) 也可计算出系杆数为2、3、4、6、8、12的轮腿式机器人在攀爬极限高度时所需驱动力大小分别为

由以上分析可知:在摩擦因数和机器人重力一定的情况下, 轮腿式移动机构所需驱动力与系杆数和所爬越障碍的高度有关。随着系杆数的增加, 机器人攀爬极限高度所需的驱动力减小。

2.3 轮腿机构系杆数对机器人移动中质心波动的影响

标准轮式机器人在平地上行走时其质心不存在上下波动的现象, 而轮腿式机器人的质心会随着轮腿机构的转动产生周期性的上下波动。为方便说明, 以系杆数为5的轮腿机构为例分析其质心波动情况。当机器人单个轮腿系杆垂直接触地面时其质心处在最高位置, 此时质心高为轮腿机构的半径r, 如图7a所示。当两轮腿系杆同时接触地面时, 机器人质心处在最低位置, 其高度为hmin, 如图7b所示。由几何关系可得

则质心波动幅度为

由式 (7) 、式 (8) 可计算出系杆数为2、3、4、5、6、8、12的轮腿式机器人质心波动幅度分别为Δh2=1.000r, Δh3=0.500r, Δh4=0.293r, Δh5=0.191r, Δh6=0.134r, Δh8=0.076r, Δh12=0.034r。

分析上述计算结果可知:轮腿式机器人在行走时, 其质心波动幅度随着系杆数的增加而减小。

综合上述三个方面的分析结果, 不同系杆数的轮腿式机器人的越障能力、所需驱动力大小以及在移动过程中质心波动状况如图8所示 (图8摩擦因数按μ=0.1绘制) 。对于本文设计的爬楼梯移动机器人, 越障能力是其设计的重要技术指标, 由图8可知:轮腿机构系杆数为2、3、5的机器人的越障能力明显优于其他系杆数的机器人。在这3种系杆数的轮腿机构中, 系杆数为2、3的机器人所需驱动力较大, 且机器人移动时的质心波动幅度较大。综合以上三方面的因素, 本文确定机器人的轮腿机构系杆数为5。

3 机器人稳定性分析

移动机器人在非结构化环境和楼梯等结构化环境下, 由于受力不平衡将会发生倾翻从而导致驱动系统失去牵引、失控等问题, 因此移动机器人的倾翻稳定性即是否具有足够的抗倾翻能力非常重要, 也是评价机器人越障性能的重要指标。

本文对轮腿式移动机器人越障稳定性采用静态分析方法, 即只分析机器人重力与支撑力对其倾翻失稳的影响[18]。在静态条件下, 若机器人以任意方位角置于楼梯上, 随着楼梯坡度角的增大, 机器人重心线与楼梯坡面的交点将沿楼梯梯度线向下移动, 当该交点越过倾翻轴时, 机器人会在倾翻力矩作用下倾翻失稳。本文设计的机器人在爬楼梯时, 存在绕机器人边线倾翻和角点倾翻的情况, 可通过建立稳定锥[19]的方法对边线倾翻、角点倾翻的静态倾翻稳定性进行综合分析。稳定锥判定方法即是以受力锥作为机器人稳定性判定的基础, 根据机器人发生倾翻失稳时所需的最小势能来判断其可能的倾翻方向。

在爬楼梯过程中, 机器人的前后两组轮腿机构在楼梯台阶面上的支撑点形成的平面为一个斜坡面, 为了便于分析, 将楼梯面简化为斜坡面来分析机器人重力与支撑力对其倾翻失稳的影响, 如图9所示。图9中, P1、P2、P3、P4为机器人各轮腿与地面的接触点;W为机器人的质心;SW为质心W在斜坡面上的投影;T为点SW到直线P1P2的垂足;P为倾翻轴线P1P2上的任意一点。机器人与斜坡面的4个支撑点依次连接形成四边形作为稳定锥底面, 质心作为稳定锥的顶点, 构成受力锥。机器人以任意方位角δ置于斜坡上, 其产生倾翻失稳的倾翻轴可能为P1P2、P2P3、P3P4、P4P1, 倾翻点可能为P1、P2、P3、P4。下面以倾翻轴P1P2为例分析机器人整体倾翻失稳情况。当斜坡梯度线平行于SWP时, 随着坡度逐渐增大, 机器人重心线与斜坡的交点SW沿着SWP方向朝倾翻轴P1P2逐渐移动, 当此交点SW落在P1P2上时, 机器人处于临界失稳状态, 此时斜坡坡度角α就是机器人以方位角δ置于斜坡上时的失稳坡度角, α=∠PWSW。当机器人在斜坡上的方位角δ改变时, 机器人绕倾翻轴P1P2的倾翻失稳坡度角也将改变, 因此存在一个绕倾翻轴P1P2倾翻失稳的最小失稳坡度角。因为SWT⊥P1P2, 所以SWT是SW点到倾翻轴P1P2的最短距离, 当方位角δ=0时, 斜坡梯度线平行于SWT, ∠TWSW为机器人绕倾翻轴P1P2倾翻失稳的最小失稳坡度角, 且有

同理可分析机器人绕其他倾翻轴的倾翻稳定性。当斜坡梯度线的方向分别平行于SWP1、SWP2、SWP3、SWP4时, 机器人将发生纵向和横向失稳, 即此时机器人将分别绕倾翻点P1、P2、P3、P4发生倾翻失稳。

以上分析讨论给出了移动机器人的倾翻失稳判据:当斜坡坡度角大于机器人绕各倾翻轴和倾翻点倾翻的最小失稳坡度角时, 机器人将在斜坡上发生失稳倾翻。最小失稳坡度角越大, 在各种运动状态下轮腿式移动机器人的稳定性越好。由式 (9) 可知:当WSW减小或者SWT增大时, 即机器人重心前移或者降低, 倾翻失稳角的极限值会增大, 即机器人的抗倾翻性能将提高。

4 机器人转向性能分析

由图1, 本文设计的轮腿式机器人为差速转向系统, 其转向原理是通过控制左右两侧驱动机构产生速度差来实现转向, 这样设计可简化移动机构, 提高机构的可靠性, 但同侧驱动机构转动方向和转速必须一致以避免发生拖滑现象[20]。

如图10所示, 设机器人向右转向, 机器人运行速度为v0, vi为第i个轮腿机构的纵向速度, i=1, 2, 3, 4, vij为第i个轮腿机构的实际运行速度, vic为第i个轮腿机构的侧向速度, θi为vi与vij的夹角, O1为机器人几何中心, O2为转向中心, ω为机器人对转向中心O2的角速度, R为转向半径, D为轮腿机构到机器人轴线的距离, Lm为前轮轴到机器人几何中心的距离。因为同侧驱动机构的转向和转速相同, 故取前面两驱动轮腿机构1、2进行分析, 有

由式 (10) ~式 (14) 可解得机器人的转向半径为

由式 (15) 可知:当v1=v2时, 机器人直线前进;当v1与v2方向相同大小不等时, 两侧轮腿机构同向差速, 可以使机器人绕不同的半径R≠0转向;当v1≠0且v2=0时, 机器人绕半径R=D转向即枢轴旋转;当v1与v2方向相反时, R的数值较小, 可以实现小半径转向;当v1=-v2时, R=0, 可以实现原地零半径转向即自旋旋转。

5 实验研究

本文设计的轮腿式移动机器人的实物照片见图11, 根据倾翻稳定性分析, 将机身上所搭载的设备安放在机身前端。实验结果表明:机器人在平坦地面上行走的最大速度为2.2km/h, 爬楼梯时, 轮腿机构转过一周能够攀爬五个楼梯的台阶, 机器人越障的最大高度为310mm, 楼梯的最大坡度角为45°。

5.1 平地行走实验

图12为机器人在平地行走时的一个加速、匀速及减速周期中各驱动电机的速度跟踪曲线, 可以看出:机器人实现了对指令速度的快速响应, 具有较好的跟踪精度;但由于驱动单元传动件的惯性力矩和各轮腿机构负载差异等方面的原因, 4个轮腿机构出现了轻微的不同步现象。

5.2 转向实验

图13为机器人在平地上连续实现3种不同转向半径时各驱动电机的速度跟踪曲线, 转向半径1为1.5m, 转向半径2和转向半径3分别为零半径左右转向。从图13可看出:有半径转向比零半径转向速度响应更快, 电机运行平稳, 零半径转向的速度波动较小, 实现了平稳的转向。

5.3 越障性能实验

在平坦地面上放置高度分别为120mm和220mm的障碍, 让驱动电机为M2、M4的左侧轮腿机构依次攀爬通过, 各驱动电机的速度跟踪曲线如图14所示。从图中可看出:随着障碍高度的增大, 机器人通过时电机转动不平稳性明显加大。由于轮腿式移动机器人前后机身由铰接机构连接, 有一个相对转动自由度, 所以在机身前左侧轮腿机构登上障碍后, 随着机器人的运动, 前机身逐渐倾斜, 达到最大倾斜角25°后, 倾斜角又逐渐减小至零, 此后, 后驱动机构继续重复上述过程。实验结果表明:本文设计的具有铰接机构的机器人, 其单侧轮腿机构均可以顺利通过障碍。

5.4 爬楼梯性能实验

本实验中所用楼梯为自行设计的步长为250mm、步高为160mm、坡度角为32°的木质楼梯, 如图15所示。机器人在上下楼梯过程中对指令速度进行跟踪, 各驱动电机的速度跟踪曲线如图16和图17所示。从图中可看出:在机器人上下楼梯的过程中, 随着指令速度的不断增大, 只要对机器人的位置进行左右微小调整, 即可以保证机器人快速、安全地攀爬楼梯。另外, 由于所攀爬楼梯的坡度角小于机器人的倾翻失稳角, 所以机器人在上下楼梯过程中未发生倾翻。

6 结论

本文设计并实现了一种能适应非结构化复杂三维环境的轮腿式爬楼梯移动机器人, 对其进行了结构设计计算、控制系统设计、倾翻稳定性及转向性能分析等, 进行了平地快速行走、转向、越障、爬楼梯等实验。实验结果表明:嵌入式实时控制系统能满足机器人对无线操控的要求, 所设计的机器人具有质量小、结构紧凑、转向灵活、越障能力强等特点, 可以快速稳定地攀爬楼梯, 且不需要对其进行步态规划, 达到了预期的设计目标。