风靡全球的机器人,要给孩子学吗?怎么学呢?

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因为带了几个小朋友组队参加美国机器人比赛的缘故,最近一段时间我都在研究机器人,非常对我这个理工男的胃口,关键是孩子们,无论男女,都是对机器人超级感兴趣的。那么机器人是个什么东西?现在超级火的机器人比赛又是什么?憨爸今天给您做个科普!

一、什么是机器人?

严格说来,机器人的分类实在太多太多,我大概将它们分为三种:

1. 非拼搭的机器人

这类机器人是一个完整的造型,不需要孩子拼搭,一般它们都会内置很多指令,小孩子可以指挥机器人做一些事情,比如前进、后退、发出声音等等。比较高级一点的就会需要孩子编程,然后将程序放入机器人中,那么就可以指挥机器人自动完成一些动作了。

比如Dash & Dot Wonder就是其中的代表,

这类机器人难度系数最低,适合学龄前的孩子玩。

2. 积木拼搭机器人

这类机器人是用积木拼搭的方式搭建的,都会配有一个Controller(控制器)和Motor(马达),有些还会配有Sensor(传感器)和Remote Control(遥控器),这样配合积木就能完成千奇百怪的造型。对孩子来说,就是搭积木 + 编程这么简单。

比如LEGO的机器人系列或者能力风暴机器人就是其中的代表,

(能力风暴机器人)

这类机器人难度比较高,适合小学到初中的孩子玩,当然有些设计比较简单的幼儿园也可以开始玩起来了,而设计复杂的就算大人也可以玩。

3. 偏工业化机器人

这类机器人完全是自己买材料组装,而且程序设计语言更加复杂,之前的机器人设计语言一般都是图形化的界面,而这种偏工业化的机器人都开始用Python、Java这类标准的程序设计语言。上周我参加硅谷当地一所高中机器人俱乐部的Demo秀,就看到那帮高中生们自己做的机器人,有些设备没有材料包,有些甚至要自己动手锯的。

(上周参加的高中机器人秀)

这类机器人难度最高,适合高中、大学的孩子玩,它里面掺杂着大量机械、编程方面的知识,非常非常不容易。

二、积木拼搭式机器人

我今天主要介绍一下积木拼搭式机器人,这也是目前小孩子玩的最多的一种机器人形式。在说到积木拼搭式机器人的时候,很多人都会想到乐高,确实乐高的积木拼搭机器人从积木、到电机、再到编程设计得都非常完善,但是积木拼搭机器人不仅仅是乐高一家,其中Abilix能力风暴、Make Block等等也都是其中的佼佼者。

那么机器人主要由哪些东西组成呢?主要有三块!

1. 身体

我们平时看的都是乐高式积木,但用在机器人身上,它们的积木和普通乐高式积木完全不同,一般分为3种:

(1)Beam(梁)

这种积木是中间有穿孔,机器人的框架绝大部分都是由这种积木所搭出来的。

(2)Axle(轴)

这种积木是用来串联其它各种梁的。

(3)Pin(栓)

如果两个梁想连接起来怎么办,就得需要这种积木的帮忙了,它能将两个梁合在一起,看起来就是一个整体。

这三者是主要部件,构成了机器人的身体,其余还有一些齿轮、轮子、连接器等等就不一一赘述了。

2. 关节和心脏

但是光靠身体没有用,机器人要动的话就需要关节和心脏。因此会专门有一个叫做Controller(控制器)和Motor(马达)的器件,前者是机器人的心脏,而后者就是机器人的关节,将心脏和关节连起来,这个机器人就能动了。

我用下面这张图给大家做个演示,这是能力风暴机器人的控制器 + 马达,马达上我又接了一个轮子。在控制器里我事先编好了程序,让马达可以转起来。因此当我在控制器里选择我编写的那个程序时,马达就会立刻旋转,同时带动轮子也跟着在转动。

(能力风暴的控制器+马达)

3. 编程是大脑

如何人为地控制机器人的动作呢,这就需要编程了,编程通常是在电脑或者手机上进行,都是图形化的界面,其实就是将一个个指令顺次排开,编好后再将程序导入Controller(控制器)中,这样控制器就能按照程序所指的指令动作依次执行了。就像我上面的那个例子,也是因为我程序设计得让马达转动,控制器才知道按照我的指令去工作,如果没有程序,控制器会毫无头绪很茫然的!

下面这张图就是孩子在为能力风暴机器人来编程,

三、机器人比赛是什么样子的?

机器人是有比赛的,而且每个比赛所指定的机器人都有所不同。现在有三类机器人赛事很火,一种是FLL(First LEGO League,First乐高联盟比赛)和WRO(World Robot Olympiad,世界机器人奥赛),这个比赛指定用LEGO EV3来进行;另外一种是WER(World Educational Robotics,世界教育机器人比赛),这个比赛指定用Abilix能力风暴来进行,这三种都是全球性的赛事,比赛的流程也都差不多。

我们用WER 2016年的赛事举例,比赛的时候会提供一张很大的地图,然后在地图上设置好若干个关卡,参赛学生的机器人必须自动走到关卡处并完成一些动作。

比如说有个关卡叫做“Catapult弹射器”,任务要求孩子制作的机器人能够触发这个弹射器设备并抛出橡皮圈。

然后裁判会根据孩子的完成情况来打分,如果橡皮圈围在右边的柱子上或挂在柱子上,那就得到满分10分,如果橡皮圈碰到了右边的圆盘但是没有围绕柱子上,那就得到8分,而如果橡胶环落盒内或在不碰到右边圆盘的情况下落在盒子上,那就只有6分了 …

这个视频就是2016年的WER赛事要求,

https://v.qq.com/x/page/m0516xypk8l.html

而真实比赛场景就是下面这张图这样,现场会有一张大地图,孩子将自己搭的机器人放上面在规定的时间内完成任务就好!最后评比总分最高者获胜!

机器人主要涉及机械和编程,其实3岁以后就可以学起来了,那时候主要是围绕机械入手,而一般到了6岁左右就可以玩简单的编程控制。机器人是未来科技的发展方向,所以无论男孩还是女孩,都很建议学一学的!

话说,你们家有准备给娃学机器人吗?

憨爸在美国

硅谷工程师爸爸,分享美式教育理念和资源,专注于英语、数学、科学启蒙,一定让你脑洞大开哟!

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