最近在帶一幫孩子準備美國的樂高機器人比賽，下面這個大木板和地圖就是我們自己DIY的比賽場地。
而這個配件是我們創作闖關任務的配件之一。
很多孩子都在玩樂高，其實樂高玩到後面拼的就是機器人的設計能力：怎麼設計機械臂讓它動起來？怎麼設計車輪讓它轉起來？怎麼提高機器人的行動速度？……這些都是孩子需要考慮的問題。
這些問題看起來很複雜，其實說白了就是一些最基礎的機械結構。而樂高教育的培訓班、國際機器人競賽、機器人等級考試等，訓練兒童的都是這些基礎結構。
但是這些基礎機械結構很多人都不了解，正好我這段時間在準備機器人課程，今天就跟你們捋一捋，那些樂高興趣班、機器人比賽都在學些什麼？
Part.1 樂高積木的分類
樂高積木分為三類：
磚塊積木
科技組積木
馬達、傳感器、控制器
像下面這種積木就是磚塊積木。
而下面這個起重機就包含了科技組積木，那個滑輪就屬於科技組的範疇。
磚塊積木屬於樂高體系中的入門款，因為它上手非常簡單，很多孩子入手的第一套積木大多都是磚塊積木。
但是如果想進階的話，就要進入下一階段——科技組積木，科技組積木是樂高為機器人教學打造的專門積木顆粒，而我們所說的樂高興趣班、機器人競賽等等都是圍繞科技組積木所打造的！
Part.2 科技組積木構成
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。
梁一般都是根據它上面孔的個數來區分的：
軸（Axles）
下面這種零件叫做軸，英文是Axle：
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。
齒輪（Gears）
齒輪大家都見過，英文叫Gear，一般用於傳動。
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）。
Part.3 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。
（三角形的穩定性）
（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：
齒輪咬合傳動
齒輪轉動方向
齒輪加速和減速
垂直齒輪
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。
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。
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：
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。
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。
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：
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：
這是現實中的皮帶傳動裝置。
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。
下面是用積木搭出來的一個槓桿結構。
這是用積木搭出來一個天平，可以衡量兩邊物體的重量。
這是現實生活中的天平：
5 曲柄結構
曲柄結構是常用的機械結構，在現實生活中有大量的應用。
（曲柄搖杆）
（曲柄滑塊）
這是蒸汽火車上連杆結構：
這是用樂高積木搭出來的曲柄搖杆結構：
這是用樂高積木搭出來的曲柄滑塊結構：
Part.4 憨爸的話
上面講的這些基礎結構就是機器人的核心，我們在生活、機器人競賽中能看到很多這些結構的應用。
如果孩子掌握了這些結構，那麼遇到生活中的問題，他們很快就能想到解決方法。
比如做一輛車，輪子轉動的方向和馬達的方向是完全不同的，一個垂直轉動，一個水平轉動。因此這時候我們就可以用冠齒輪來改變傳動方向。
掌握這些結構原理，就能方便孩子在看問題時，舉一反三！
比如說孩子掌握了四邊形的不穩定性以及曲柄結構後，就會發現下面兩個看起來完全不一樣的造型。
實際上原理都是一樣的，簡化後都是下面的結構。
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！
最早我開始教憨憨機器人的時候，覺得好複雜啊，就這麼幾個零件怎麼撘出這麼高深的東西！可是等後來學習時間長了才發現，原來裡面的核心結構就這麼幾個，掌握之後就能隨意發揮創意了，並且參加機器人比賽。這就像一塊入門轉，把這塊轉頭搭好了，後面的樓房就能越砌越高！
因此，學習樂高的精髓就在於，利用樂高積木這一載體，可以熟悉最基礎的機械結構，是學習機器人的最好入門！
我們花了大半年的時間開發了一個小程序和一個課程。小程序是免費的，裡面放了大量的拼搭案例。課程收費的，會搭配積木教具。
下面這張圖就是我們的機器人拼搭教學小程序，裡面有很多拼搭案例，並且有案例的拼搭圖紙、零件清單、課堂練習等等。
我們的課程會結合我們的積木教具，講解機器人的各種基礎結構，分析背後的原理。
明天上午的推文，我會詳細介紹這個小程序和課程，明天見！
憨爸在美國
矽谷工程師爸爸，分享美式教育理念和資源，專注於英語、數學、科學啟蒙，一定讓你腦洞大開喲！
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微博：@憨爸在美國
文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-cn/kpxKZm4BMH2_cNUgVoJx.html