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Laserblock开源的技术内涵与演化

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发表于 2020-5-19 17:04:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
Laserblock开源的技术内涵与演化

Laserblock丨让机器人教育走向开源、普惠(1)

本文作者:龙丽嫦、高伟光、梁志成

前言

      自Laserblock诞生以来,受到创客教育圈实践工作者和学生的广泛喜爱。

      什么是Laserblock?Laserblock可以做什么?为什么说Laserblock的出现,让我们告别了机器人教育材料匮乏的时代?

      Laserblock原是一款开源激光切割积木结构件的名字,它最早出现于2018年1月,经过逐步迭代、演化,Laserblock成为“乐造模块”的开源激光切割积木结构件系列的代称。从本期开始,我们将以连载的方式介绍Laserblock的前世今生,以及如何利用Laserblock进行开源教育机器人项目的搭建。

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△ 小槿测温机器人

1、什么是Laserblock?

      Laserblock,中文含义是激光切割块,意指由激光切割而成的积木结构件,它是由设计者用建模软件绘制好结构图,然后用激光切割机切割而成的木制结构件,制件的大小、图形、颗块数量由设计者在建模时确定。

      Laserblock是中国电子学会现代教育技术分会创客教育专家组发起的一个自主设计和运营的品牌项目。
作为开源硬件,Laserblock自诞生起,由最初的Laserblock@DF,发展到Laserblock@红棉创客空间、Laserblock@家创等几种样式。
      其共同特征有四个:
①由创客或创客教育实践工作者设计且服务于创客教育;
②使用激光切割技术制作;
③积木件的制作材料是木板;
④设计图纸开源。

      基于以上特征,Laserblock泛指创客教育激光切割件的开源项目,在2019年8月由项目联合发起人统称为“乐造模块”项目。为方便从Laserblock的起源谈起,文章沿用“乐造模块”最早的名字Laserblock。

2、Laserblock的初心和梦想

      Laserblock诞生于2018年1月13日,第一款Laserblock的设计者是中国电子学会现代教育技术分会创客教育专家组委员吴俊杰老师,由耿林杰老师进行设计,并由雷宇激光团队承制。用激光切割木板作为搭建机器人的结构件是吴俊杰老师的创意。传统机器人搭建构件通常价格较贵且多样性不足,这限制了机器人教育在中小学校的广泛开展。怎样才能获得价格便宜、设计多样且技术开源的机器人搭建构件呢?于是结构开放、样式多元、制件可重用、技术开源等这几个典型需求摆在了设计者的面前。

      在创客教育工作中,我们鼓励DIY制造文化,倡导多样化、个性化和开源分享。即使你不是机器人设计师,只要学校或创客空间有一部激光切割机,你就可以通过激光切割技术获得你需要的结构件,这是多么幸福的一件事啊!有了机器人结构件,我们就可以尽情地搭建,反复探究、尝试。如果结构件不能满足制作需求,我们还可以尝试修改图纸或者向机器人设计师反馈意见。通过激光切割技术,“我们彻底告别机器人物质匮乏的年代”,吴俊杰老师如是说。

3、Laserblock的样式演化

      目前Laserblock共有3个通用型样式和若干个专用型样式。通用型Laserblock样式分别为 “Laserblock@DF”、“Laserblock@红棉创客空间”和“Laserblock@掌控”。而专用型Laserblock有LaserBot(避障小车)、小卫星、诸葛连弩、创立方等多个样式。由于Laserblock基于CC BY开源协议设计,因此还衍生出大量由创客教师设计的其他样式。一般通过Laserblock的设计尺寸和功能来区别其为通用型还是专用型样式。

(一)Laserblock通用型样式

通用型样式主要基于以下4个方面进行设计。第一是以常用电子元器件的外形、尺寸作为安装件进行的设计;第二是根据常用的机械结构件(连杆、齿轮、凸轮等)进行的设计;第三是面向不同应用场景的结构框架进行的设计;第四是节约资源,在有限的空间内设计出更多的积木件。Laserblock通用型样式的搭建模型成品开放多元,不特定为某种结构造型。Laserblock通用型样式的基本技术参数如表1所示。

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△ 表 1  Laserblock 通用型样式的基本参数和组件清单

1.Laserblock@DF V1.0

Laserblock@DF是第1款Laserblock项目的设计样式。到目前为止,它只更新了1个版本,它对Laserblock项目的发展起到了投石问路的作用。

★ 开源设计者:吴俊杰、耿林杰。
★ 设计式样:如表1、图1所示,该样式为单板设计,全框尺寸为195(mm)x270(mm),组件包括多孔连杆、滑槽连杆、齿轮、单孔圆片和一些连接片,还有针对DF公司的电子件产品例如舵机等的尺寸设计的用于固定的安装件,全板按比例绘制分布孔洞,孔洞直径为3mm(孔洞为搭建连接时的螺丝位),孔距为15mm。在板子的右下角利用激光切割建模的描线工艺进行开源设计者的署名。

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△ 图1  Laserblock@DF设计图纸

★ 功能实现:能够实现简单的机器人制作。

2.Laserblock@红棉创客空间 V1.5

Laserblock@红棉创客空间是目前Laserblock项目的标准设计样式,目前为主要流通款。

★ 开源设计者:龙丽嫦、高伟光、吴俊杰、耿林杰。
★ 设计式样:如表1、图2所示,整套设计为三块板(I、II、III)。I板保留Laserblock@DF的样式,包括有多孔连杆、滑槽连杆、齿轮、单孔圆片和一些连接片等组件,但安装件部分的尺寸按红棉创客空间采用的开源分立元器件方案进行绘制;II板包含有小号与中号齿轮、凸轮等传动部件;III板的传动部件是连杆,还有针对开源分立器件标准尺寸的超声波、显示屏等电子器件的固定安装件。全板按比例绘制分布孔洞,孔洞直径为3mm,孔距为15mm。在板子的右下角利用激光切割建模的描线工艺进行开源设计者的署名。

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△ 图2  Laserblock@红棉创客空间的设计图纸

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△ 图3 利用Laserblock@红棉创客空间搭建的“智能车库”

★ 功能实现:能够完成不带电、带电无编程、带电可编程等多样化的艺术装置、结构装置或机器人的搭建。

3.Laserblock@掌控板  V1.0

Laserblock@掌控板基于Laserblock@红棉创客空间的设计样式,针对掌控板和盛思公司的电子器件尺寸进行定制化设计,目前该样式也为主要流通款。

★ 开源设计者:高伟光。
★ 设计式样:如表1和图4所示,三块板(I、II、III)。I板、II板在Laserblock@红棉创客空间的式样设计中增加了适用于盛思公司的传感器的M4孔洞。III板更新了掌控板安装片和连接方式的设计,连接片可以同时以榫卯、螺丝固定。全板设计了M3(孔径3mm)、M4孔洞(孔径4mm),可以用于安装开源分立元器件和盛思公司的传感器模块。III板的外框边沿加入了榫卯设计,用于立体搭建时板框之间的连接。在板子的右下角利用激光切割建模的描线工艺进行开源设计者的署名。

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△ 图4  Laserblock@掌控板的设计图纸

★ 功能实现:能够完成不带电、带电无编程、带电可编程等多样化的艺术装置、结构装置、机器人的搭建。

(二)Laserblock专用型样式

       Laserblock专用型样式通常是为实现某类特定的功能或结构造型而设计的,专用型样式可以自定义全板尺寸、孔径和孔距尺寸以及自定义结构件组成。例如Laserblock@家庭创客空间孵化课程样式和LaserBot样式。以上两款Laserblock专用型样式的基本技术参数和组件如表2所示。

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△ 表 2 Laserblock 专用型样式的基本参数和组件清单

1.Laserblock@家创V2.0

Laserblock@家创是为家庭创客空间孵化课程少儿搭建结构件进行设计的样式,简称为“家创版”。

★ 开源设计者:吴俊杰、赵俊杰。
★ 设计式样:如表2和图5所示。起初,家创版只用1块木板,尺寸为206mmx282mm,比一般通用型样式的尺寸还要大。为了方便携带与运输,V2.0版本更改为3块木板的设计。家创版的组件包括多孔连杆、滑槽连杆、齿轮、单孔圆片和一些连接片,可以制作滑槽结构、立面结构、四边形结构、曲柄结构及齿轮传动等。全板按标准样式的规格绘制孔洞,孔径3mm,孔距为15mm。
★ 功能实现:可以用于搭建简单的、局部的结构装置,例如木偶的手部、烤肉架装置、电风扇转叶装置等。图6为使用Laserblock@家创样式搭建的木马升降机。

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△ 图5   Laserblock@家创的设计图纸

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△ 图6  利用Laserblock@家创搭建的木马升降机

2.LaserBot  V1.3

LaserBot是用于搭建壁障小车模型而设计的专用型样式。

★ 开源设计者:吴俊杰、马锋。
★ 设计式样:如表2和图7所示,该样式为单板设计,全板按比例绘制分布孔洞,孔径3mm,孔距为15mm。
★ 功能实现:主要用于搭建超声波避障小车,搭建成品如图8所示。

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△ 图7 LaserBot的设计图纸

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△ 图8   利用LaserBot搭建的避障小车

      Laserblock其他专用型样式还有Laserblock@泺喜、Laserblock@盛思、Laserblock@S4A、小卫星、诸葛连弩、创立方版等,有兴趣的朋友可在Laserblock项目开源社区中查找相关资料。

4.Laserblock项目遵循的开源协议

      Laserblock项目遵循知识共享署名 4.0 国际许可协议(CC BY 4.0),任何人都可以对开源分享的设计图纸进行生产、改进,但需在传播与修改时要保留原设计者的署名权。在Laserblock项目开源社区中除了Laserblock通用型样式的图纸开源分享外,还有其他创客教师自主设计的Laserblock专用型样式图纸。

5.Laserblock积木组件的命名

      Laserblock@红棉创客空间是Laserblock项目推广以来流行性程度最高的一款激光切割开源样式。为利于Laserblock项目的应用推广,我们以Laserblock@红棉创客空间样式为例,按“先机械连接组件,后电子安装件”的顺序,由大到小对组件进行编号和命名。如表3和图9所示。

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△ 表3  Laserblock@红棉创客空间的组件清单

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△ 图9 Laserblock@红棉创客空间的组件一览及编号

      Laserblock项目的开源、普惠,让更多教师、学生及其他爱好者成为学习者、使用者,体验到开源教育机器人的制作乐趣。那么如何利用上述结构件完成教育机器人的搭建呢?我们下期再进行详细介绍。

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(本文刊登于《无线电》2020年第五期)

——————————————  END  ——————————————
撰稿:龙丽嫦 高伟光 梁志成
审稿:龙丽嫦
排版:陈钰祺

附:
Laserblock@DF V1.0.lcp (217.22 KB, 下载次数: 8)
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