机器人首推的是乐高,因为乐高发展的体系最完整,从业老师最多。对个人来讲,切换机构的成本低,任何一个机构都有流动性,老师跳槽的概率很高。
乐高玩具对真实世界模拟程度非常高,一般选择科技组积木学习。
科技组积木相比于砖块积木来说,种类多了太多太多!它主要有下面几类:梁、轴、销、齿轮、轮毂。
梁(Beams)
下面这种有孔的长条形的零件就叫做:梁,英文叫beam。一般用来拼搭造型的框架。
梁一般都是根据它上面孔的个数来区分的:
轴(Axles)
下面这种零件叫做轴,英文是Axle:
销(Pins)
下面这种零件叫做销,英文是Pin,销子的作用是用于定位和紧固零部件,它可以将其他零件固定在一起。
齿轮(Gears)
齿轮大家都见过,英文叫Gear,一般用于传动。
轮胎(Wheel and tire)
轮胎与我们现实生活中汽车上轮子类似,包括塑料的轮毂(Wheel)和橡胶的胎皮(Tire)。
机器人的基础结构
通过以上科技零件的组合,可以搭建出无数种变化的创意造型。而对于学习机器人来说,有一些基础造型是必须掌握的,而这些造型正是由上述的几种科技组积木所完成的。
1、结构稳定性
最常用的结构稳定性原则就是三角形的稳定性,这是拼搭各类造型的基础。
通过积木的拼搭可以体验三角形的稳定性,四边形的不稳定性。
(三角形的稳定性)
(四边形的不稳定性)
2、齿轮传动
齿轮传动是机械结构中最基础的部分,它的知识点有:
两个齿轮咬合在一起,一个齿轮可以带动另一个齿轮的转动,就叫做齿轮传动。传统的钟表就是典型的齿轮传动机构。
将两个齿轮咬合在一起,先动起来的齿轮叫主动轮(驱动轮),被带动转起来的齿轮叫做从动轮,而且它们的转动方向是相反的,如果一个是顺时针,则另一个必然是逆时针。
就像下面这样,左边齿轮的转动可以带动右边齿轮的转动,它们的转动方向是相反的:
这两个齿轮的齿数是一样的,所以转速也是一样的。
下面这个齿轮传动就用到了加速和减速的知识了,左边的小齿轮是8颗齿,右边的大齿轮是24颗齿,如果右边齿轮是主动轮,带动左边齿轮转动,那么小齿轮和大齿轮转速比就是
主动轮齿数 :从动轮齿数 = 24:8 = 3:1
也就是右边的转动1圈,左边的转3圈,所以它有个加速的过程。
如果反过来,用左边的小齿轮作为主动轮,那么就是一个减速装置。左边的转3圈,右边的转动1圈。
还有一种是垂直的传动,通过锥齿轮(或冠齿轮)来改变运动的平面,这两个齿轮转动的平面是相互垂直的。
在现实生活中,汽车的手动变速箱就是一个复杂的齿轮装置:
3、皮带传动
皮带传动和齿轮传动有点类似,区别就是通过一条皮带将两个轮子连在一起,达到传动的目的。
这是用乐高积木搭出来的皮带传动装置:
这是现实中的皮带传动装置。
4、杠杆
杠杆在现实生活中很常见,小朋友爱玩的跷跷板,天平秤,钳子都是一种杠杆结构。
这是用积木搭出来一个天平,可以衡量两边物体的重量。
5、曲柄结构
这是蒸汽火车上连杆结构:
这是用乐高积木搭出来的曲柄滑块结构:
这样孩子看问题的角度都会和一般人不一样,他们能够将一个复杂的结构简化,看穿内部运行的机制!