一年級編程&機器人學習如何選擇(2)

機器人首推的是樂高,因為樂高發展的體系最完整,從業老師最多。對個人來講,切換機構的成本低,任何一個機構都有流動性,老師跳槽的概率很高。

樂高玩具對真實世界模擬程度非常高,一般選擇科技組積木學習。


科技組積木相比於磚塊積木來說,種類多了太多太多!它主要有下面幾類:梁、軸、銷、齒輪、輪轂。

梁(Beams)

下面這種有孔的長條形的零件就叫做:梁,英文叫beam。一般用來拼搭造型的框架。

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梁一般都是根據它上面孔的個數來區分的:

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軸(Axles)

下面這種零件叫做軸,英文是Axle:

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銷(Pins)

下面這種零件叫做銷,英文是Pin,銷子的作用是用於定位和緊固零部件,它可以將其他零件固定在一起。

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齒輪(Gears)

齒輪大家都見過,英文叫Gear,一般用於傳動。

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輪胎(Wheel and tire)

輪胎與我們現實生活中汽車上輪子類似,包括塑料的輪轂(Wheel)和橡膠的胎皮(Tire)。

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機器人的基礎結構

通過以上科技零件的組合,可以搭建出無數種變化的創意造型。而對於學習機器人來說,有一些基礎造型是必須掌握的,而這些造型正是由上述的幾種科技組積木所完成的。

1、結構穩定性

最常用的結構穩定性原則就是三角形的穩定性,這是拼搭各類造型的基礎。

通過積木的拼搭可以體驗三角形的穩定性,四邊形的不穩定性。

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(三角形的穩定性)

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(四邊形的不穩定性)

2、齒輪傳動

齒輪傳動是機械結構中最基礎的部分,它的知識點有:

兩個齒輪咬合在一起,一個齒輪可以帶動另一個齒輪的轉動,就叫做齒輪傳動。傳統的鐘表就是典型的齒輪傳動機構。

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將兩個齒輪咬合在一起,先動起來的齒輪叫主動輪(驅動輪),被帶動轉起來的齒輪叫做從動輪,而且它們的轉動方向是相反的,如果一個是順時針,則另一個必然是逆時針。

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就像下面這樣,左邊齒輪的轉動可以帶動右邊齒輪的轉動,它們的轉動方向是相反的:

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這兩個齒輪的齒數是一樣的,所以轉速也是一樣的。

下面這個齒輪傳動就用到了加速和減速的知識了,左邊的小齒輪是8顆齒,右邊的大齒輪是24顆齒,如果右邊齒輪是主動輪,帶動左邊齒輪轉動,那麼小齒輪和大齒輪轉速比就是

主動輪齒數 :從動輪齒數 = 24:8 = 3:1

也就是右邊的轉動1圈,左邊的轉3圈,所以它有個加速的過程。

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如果反過來,用左邊的小齒輪作為主動輪,那麼就是一個減速裝置。左邊的轉3圈,右邊的轉動1圈。

還有一種是垂直的傳動,通過錐齒輪(或冠齒輪)來改變運動的平面,這兩個齒輪轉動的平面是相互垂直的。

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在現實生活中,汽車的手動變速箱就是一個複雜的齒輪裝置:

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3、皮帶傳動

皮帶傳動和齒輪傳動有點類似,區別就是通過一條皮帶將兩個輪子連在一起,達到傳動的目的。

這是用樂高積木搭出來的皮帶傳動裝置:

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這是現實中的皮帶傳動裝置。

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4、槓桿

槓桿在現實生活中很常見,小朋友愛玩的蹺蹺板,天平秤,鉗子都是一種槓桿結構。

這是用積木搭出來一個天平,可以衡量兩邊物體的重量。

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5、曲柄結構


這是蒸汽火車上連桿結構:

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這是用樂高積木搭出來的曲柄滑塊結構:

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這樣孩子看問題的角度都會和一般人不一樣,他們能夠將一個複雜的結構簡化,看穿內部運行的機制!


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