最近在带一帮孩子准备美国的乐高机器人比赛，下面这个大木板和地图就是我们自己DIY的比赛场地。
而这个配件是我们创作闯关任务的配件之一。
很多孩子都在玩乐高，其实乐高玩到后面拼的就是机器人的设计能力：怎么设计机械臂让它动起来？怎么设计车轮让它转起来？怎么提高机器人的行动速度？……这些都是孩子需要考虑的问题。
这些问题看起来很复杂，其实说白了就是一些最基础的机械结构。而乐高教育的培训班、国际机器人竞赛、机器人等级考试等，训练儿童的都是这些基础结构。
但是这些基础机械结构很多人都不了解，正好我这段时间在准备机器人课程，今天就跟你们捋一捋，那些乐高兴趣班、机器人比赛都在学些什么？
Part.1 乐高积木的分类
乐高积木分为三类：
像下面这种积木就是砖块积木。
而下面这个起重机就包含了科技组积木，那个滑轮就属于科技组的范畴。
砖块积木属于乐高体系中的入门款，因为它上手非常简单，很多孩子入手的第一套积木大多都是砖块积木。
但是如果想进阶的话，就要进入下一阶段——科技组积木，科技组积木是乐高为机器人教学打造的专门积木颗粒，而我们所说的乐高兴趣班、机器人竞赛等等都是围绕科技组积木所打造的！
Part.2 科技组积木构成
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）。
Part.3 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：
GIF
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。
下面是用积木搭出来的一个杠杆结构。
这是用积木搭出来一个天平，可以衡量两边物体的重量。
这是现实生活中的天平：
5
曲柄结构
曲柄结构是常用的机械结构，在现实生活中有大量的应用。
（曲柄摇杆）
（曲柄滑块）
这是蒸汽火车上连杆结构：
这是用乐高积木搭出来的曲柄摇杆结构：
这是用乐高积木搭出来的曲柄滑块结构：
Part.4 憨爸的话
上面讲的这些基础结构就是机器人的核心，我们在生活、机器人竞赛中能看到很多这些结构的应用。
如果孩子掌握了这些结构，那么遇到生活中的问题，他们很快就能想到解决方法。
比如做一辆车，轮子转动的方向和马达的方向是完全不同的，一个垂直转动，一个水平转动。因此这时候我们就可以用冠齿轮来改变传动方向。
掌握这些结构原理，就能方便孩子在看问题时，举一反三！
比如说孩子掌握了四边形的不稳定性以及曲柄结构后，就会发现下面两个看起来完全不一样的造型。
实际上原理都是一样的，简化后都是下面的结构。
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！
最早我开始教憨憨机器人的时候，觉得好复杂啊，就这么几个零件怎么撘出这么高深的东西！可是等后来学习时间长了才发现，原来里面的核心结构就这么几个，掌握之后就能随意发挥创意了，并且参加机器人比赛。这就像一块入门转，把这块转头搭好了，后面的楼房就能越砌越高！
因此，学习乐高的精髓就在于，利用乐高积木这一载体，可以熟悉最基础的机械结构，是学习机器人的最好入门！
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