《乐高EV3机器人搭建与编程》一1.3 LEGO单位

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《乐高EV3机器人搭建与编程》一1.3 LEGO单位

异步社区 2017-05-02 09:17:00 浏览2589
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本节书摘来异步社区《乐高EV3机器人搭建与编程》一书中的第1章,第1.3节,作者: 【美】Marziah Karch(卡奇)译者: 真帅 , 田远帆 , 蒋知睿 , 刘昊熠 , 何晓旭 责编: 陈冀康,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

1.3 LEGO单位

LEGO家族的零件有一种独特的测量方法。你需要注意零件标有长度,比如“3”。LEGO搭建手册一般会避免使用文字叙述,这种做法使得套装可以更加轻松地在国际范围内通用。但是,当你只看到尺寸标有“3”的图片时,就会无法做出选择,甚至感到沮丧。“3”究竟代表什么?

由于LEGO是一家丹麦企业,所以你可能会认为这里的单位是公制单位,但实际上不是这样的。图1.6展示了使用公制软尺来测量基本的轮轴(简称轴)。最右边轴的尺寸是3M。


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测量结果不太符合任何公制单位,所以长度为3M的轴不是3米、3厘米或3毫米长。事实上,它比2厘米长一点点。长度为3的轴和长度为3的梁一样长,如图1.7所示。


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LEGO单位使用自己的零件测量长度,不需要尺子。单位M是1个LEGO科技积木梁孔的尺寸。梁的测量使用同样的宽度和深度,沿着梁的孔的分布间隔也是相同的。尺寸为6M的梁上面就有6个孔。所有你想要测量的轴的大小都和梁的尺寸相同。然而,套装中的搭建手册在你搭建时仍然会展示1 : 1的图例。

接下来,让我们开始探索EV3套装中最常见的LEGO零件。

1.3.1 梁

梁和销是最常见的LEGO科技积木零件。作为刚刚讨论过的对象,梁是EV3零件中最基本的测量单位。图1.8展示了基本的长梁。 EV3家庭版有4根长度为15M的梁、 4根长度为13M的梁、 4根红色的长度为11M的梁以及8根长度为9M的梁。如果你对梁的尺寸有疑问,只需要数一数销孔的数量即可。


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梁的长度从15孔到3孔不等, EV3家庭版提供12个3孔梁、10个5孔梁和6个7孔梁。图1.9展示了一个3孔横梁。

你一定想把各种从长到短的梁分别安置到整理箱里,不过我找到了最重要的方法来把直梁和弯梁(备注:两种带角的梁)妥当地分开。稍后我会在下文讲解。


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1.3.2 带角度的梁

EV3里的梁不都是直的,还有带角度的。图1.10展示了这种像雪橇的梁,但是实际上它们被称为“双弯梁”。


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接下来你会发现,在每一个这种梁的末端都有一个十字形的孔,那是提供给各种十字轴的。我现在先不介绍“十字轴”,稍后我会详细地介绍它。就目前而言,我觉得最重要的是你要知道,可以用轴去连接这种梁以完成你的设计,当设计需要一定角度的时候,就可以利用这种梁解决问题。

EV3家庭版有12个这种特殊的梁臂,所以在你的设计中,一定会在大量使用它们的时候感到无比轻松。

EV3同样提供12个只有一个135度角的单弯曲横梁,如图1.11所示。如果我是你的话,我肯定会把单弯曲和双弯曲的横梁分开来放。这是因为这种带角度的梁臂往往会钩住其他的零件,如果这样的话,想把它们拿出来就会比较难。


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套装还提供4个略小的带135度角的梁臂,以及一大一小两种带90度角的梁臂各提供6个和8个,甚至还有4个T字形的梁臂(如图1.12所示)!这下你可是有足够强壮且形式多样的梁臂了,它们在拼一些胳膊、腿或者其他需要力量来支撑的结构时会很有帮助。


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1.3.3 框架梁

图1.13展示了一种其他类型的梁——长方形框架梁。它有两种类型:一种是长方形的,但长边的两端会延伸超过宽边的边缘,而另一种是标准的长方形。这种梁非常重要,因为它们使你可以不通过弯曲来搭建稳定的结构,而且改变了连接孔的角度,所以你可以使用这些梁(每种各有两个)在6个不同的面上连接别的梁。


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1.3.4 销

怎么连接所有的这些梁?当然是用销。销是多功能的连接器,因为它们圆的形状意味着移动。使用一个销来连接两根梁,然后梁可以通过销来绕某个轴旋转。将两个销插入两个不同的位置,就可以让两根梁保持稳定。

常见的黑色的销可以轻松地插入孔中,图1.14展示了这种黑色的销。 EV3套装包括了95个黑色的销。黑色的销从中间分开,在两边分别有一个梁的宽度,所以如果你使用一个黑色的销来将两根梁连接在一起,它们将会齐平,并且拥有轻微的间隙。因此,它们会在自由运动中产生一些摩擦,但关节仍然是可动的,只是不如灰色的销那么自如。

我建议把这种黑色的销单独放在一个地方,因为你会经常使用它们连接零件。如果刚开始时就单独放置,你就不用再考虑到哪里寻找它们了。


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除了这包黑色的销以外, EV3里还有一个包是用来装各种颜色的销的,包括绝缘的销,图1.15中展示的就是这些销。我们就先来说说这些比较特殊的销吧。第一种销是灰色的,也是单独的(看起来跟黑色的销比较相似),这种灰色的销连接梁臂不像黑色的销那么紧、那么牢固,它连接得比较灵活,所以一般被用在需要活动的连接处。

你会看到10个红色的且一端稍长的销和4个米黄色的其中一端相当于两个梁长度的销。这些销对于加长距离和连接梁都非常有用。如果你不喜欢米黄色,还可以选用其他38个同样类型的蓝色的销。

图1.15中所示的并不都是严格意义上的销,盒子中还有28个蓝色的半长销和半轴以及12个红色的轴,这些都将在下文作介绍。

最后,图1.16所示的是双长度的销,它们中的一部分还有轮轴连接器和交叉块。这些零件的名字都类似于“模块连接器”和“交叉块”,这些交叉块都非常有助于结构之间连接的稳定。


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1.3.5 轴

图1.17展示了你能在EV3家庭版中找到的各种各样的轴。它能将零件连接起来,但它同销和横梁不一样,因为单个轴连接的两个零件是无法移动的。轴的重要特性包括它的长度和挡块的位置。


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如果轴没有挡块,那么连接起来的零件将有可能滑下来。这时你就需要用其他的零件来加固连接或者在末尾加上一个轴套。

提示

有时候较小的轴可能会卡在其他零件里,你可以使用另一根轴将它捅出来。当然,尺寸适合的螺丝刀也可以解决这个问题。

1.3.6 轴套

轴套是放在轴末尾的连接件,它被用来固定轴。你会有11个黄色的半轴套和9个红色的全轴套(如图1.18所示)。你可以使用半轴套从尾部固定轴,然后使用全轴套来固定或者将两个轴连接在一起。但为了更好地连接,你应该使用轮轴连器(简称轴连器)。


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1.3.7 轴连器

如图1.19所示,你可以用轴连器按照设想把两根轴连接在一起。如果你觉


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得一根轴不够长,那么你可以用轴连器把两根轴连接在一起当作一根长轴使用。你也可以用另一种轴连器,使两根轴形成一个45度角的弯曲,或者把销加在轴连器上用来连接横梁。这样的零件也被称为“角元件”。

除了销、梁、轴和轴套,工具箱中还有额外的部件来连接这些组件。图1.20展示了一个正交连接器。它使销与轴能够垂直连接。图1.21展示了轴套、梁和销的更多变化。


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1.3.8 球窝接头

如图1.22所示,球窝接头的作用是为了能够装入托座和自由旋转。你可以想象一下,它类似骨骼中连接肩膀或是臀部的关节部位,它们可以让胳膊和腿实现大范围的转动。再举一个例子,它就像拖车上用来拖动车辆的连接器。当你需要活动的带圆孔的横梁时,就可以使用球窝接头。 EV3套装中的球窝接头,一般都与销或轴连器配合使用。

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图1.22 球窝接头有两种,下半部分分别为销和轴
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图1.23展示了球窝接头能够与转向连杆连接。由于转向连杆在两端各有一个圆形的连接口,因此你能将球窝接头放在任意一端来接上拖车或其他组件。

1.3.9 齿轮

现在你已经在LEGO科技积木系列工具箱里看见了一些基础的连接器,再来看看这些能够给你的工程增加一些杠杆和动力的组件。

图1.24展示了能在LEGO EV3套装中找到的各式各样的齿轮,其中包括四点齿轮和拥有不同规格的锯齿的圆形齿轮。注意齿轮的中心,你可以将销或轴插在它们的中心来做成一个曲柄。


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如图1.25所示,你可以使用蜗杆传动另一个齿轮。这种蜗杆尤其对制作曲轴和升降装置有很大帮助,它也可以用来制作机械臂或桥梁。

图1.26展示了工具箱中的两个凸轮,你可以使用它们来使物体做活塞运动。

EV3套装中有各式各样的轮毂与轮胎,如图1.27所示。你可以根据需要选择是使用单独的轮毂还是和轮胎搭配使用。事实上,你也可以考虑用履带来替换轮胎,当然这取决于你想要做什么样的机器人。


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EV3套装中的履带(如图1.28所示)在零售的EV3家庭版中显得非常独特。而EV3教育版套装则采用了另外一种方式,它使用了一种十分坚硬的塑料的连锁相扣式的零件来替代家庭版中的橡胶履带。不可否认的是,教育版中的这种履带十分坚硬且可以随意改变大小。虽然你的家庭版套装中配有两个履带,但是它们也有一个缺陷,就是不能任意变大或变小以供交替使用。


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除了轮胎和履带,还有一个红色的皮筋。它放在一个白色的纸盒里,如图1.29所示。如果你是一位LEGO迷,就会发现它很像包装LEGO迷你人物使用的迷你披肩。盒子可以丢弃,但要把皮筋留下来。它在零件或齿轮之间像一个胎面或者可以作为绷紧装置使用。


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EV3家庭版套装中还配有跟球相关的一套装置,如图1.30所示。它们分别是3个红色的小球、一个球托以及一个球夹持器。这部分和球有关的装置是EV3家庭版套装中所特有的,而且这些零件与NXT robotics 套装的零件不太一样,它们有着细微的差别。


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这些小球实际上是用于发射或是进行打靶练习的。它们通常先被放置在球托中,然后进入到“发射器”,一个一个发射出去。举个例子,你可以看一看第4章中所提到的那个模型。

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