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Laserblock丨讓機(jī)器人教育走向開(kāi)源、普惠（1） 本文作者：龍麗嫦、高偉光、梁志成 前言 自L(fǎng)aserblock誕生以來(lái)，受到創(chuàng)客教育圈實(shí)踐工作者和學(xué)生的廣泛喜愛(ài)。 什么是Laserblock？Laserblock可以做什么？為什么說(shuō)Laserblock的出現(xiàn)，讓我們告別了機(jī)器人教育材料匱乏的時(shí)代？ Laserblock原是一款開(kāi)源激光切割積木結(jié)構(gòu)件的名字，它最早出現(xiàn)于2018年1月，經(jīng)過(guò)逐步迭代、演化，Laserblock成為“樂(lè)造模塊”的開(kāi)源激光切割積木結(jié)構(gòu)件系列的代稱(chēng)。從本期開(kāi)始，我們將以連載的方式介紹Laserblock的前世今生，以及如何利用Laserblock進(jìn)行開(kāi)源教育機(jī)器人項(xiàng)目的搭建。 
△ 小槿測(cè)溫機(jī)器人 1、什么是Laserblock？ Laserblock，中文含義是激光切割塊，意指由激光切割而成的積木結(jié)構(gòu)件，它是由設(shè)計(jì)者用建模軟件繪制好結(jié)構(gòu)圖，然后用激光切割機(jī)切割而成的木制結(jié)構(gòu)件，制件的大小、圖形、顆塊數(shù)量由設(shè)計(jì)者在建模時(shí)確定。 Laserblock是中國(guó)電子學(xué)會(huì)現(xiàn)代教育技術(shù)分會(huì)創(chuàng)客教育專(zhuān)家組發(fā)起的一個(gè)自主設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)的品牌項(xiàng)目。 作為開(kāi)源硬件，Laserblock自誕生起，由最初的Laserblock@DF，發(fā)展到Laserblock@紅棉創(chuàng)客空間、Laserblock@家創(chuàng)等幾種樣式。 其共同特征有四個(gè)： ①由創(chuàng)客或創(chuàng)客教育實(shí)踐工作者設(shè)計(jì)且服務(wù)于創(chuàng)客教育； ②使用激光切割技術(shù)制作； ③積木件的制作材料是木板； ④設(shè)計(jì)圖紙開(kāi)源。 基于以上特征，Laserblock泛指創(chuàng)客教育激光切割件的開(kāi)源項(xiàng)目，在2019年8月由項(xiàng)目聯(lián)合發(fā)起人統(tǒng)稱(chēng)為“樂(lè)造模塊”項(xiàng)目。為方便從Laserblock的起源談起，文章沿用“樂(lè)造模塊”最早的名字Laserblock。 2、Laserblock的初心和夢(mèng)想 Laserblock誕生于2018年1月13日，第一款Laserblock的設(shè)計(jì)者是中國(guó)電子學(xué)會(huì)現(xiàn)代教育技術(shù)分會(huì)創(chuàng)客教育專(zhuān)家組委員吳俊杰老師，由耿林杰老師進(jìn)行設(shè)計(jì)，并由雷宇激光團(tuán)隊(duì)承制。用激光切割木板作為搭建機(jī)器人的結(jié)構(gòu)件是吳俊杰老師的創(chuàng)意。傳統(tǒng)機(jī)器人搭建構(gòu)件通常價(jià)格較貴且多樣性不足，這限制了機(jī)器人教育在中小學(xué)校的廣泛開(kāi)展。怎樣才能獲得價(jià)格便宜、設(shè)計(jì)多樣且技術(shù)開(kāi)源的機(jī)器人搭建構(gòu)件呢？于是結(jié)構(gòu)開(kāi)放、樣式多元、制件可重用、技術(shù)開(kāi)源等這幾個(gè)典型需求擺在了設(shè)計(jì)者的面前。 在創(chuàng)客教育工作中，我們鼓勵(lì)DIY制造文化，倡導(dǎo)多樣化、個(gè)性化和開(kāi)源分享。即使你不是機(jī)器人設(shè)計(jì)師，只要學(xué)?；騽?chuàng)客空間有一部激光切割機(jī)，你就可以通過(guò)激光切割技術(shù)獲得你需要的結(jié)構(gòu)件，這是多么幸福的一件事??！有了機(jī)器人結(jié)構(gòu)件，我們就可以盡情地搭建，反復(fù)探究、嘗試。如果結(jié)構(gòu)件不能滿(mǎn)足制作需求，我們還可以嘗試修改圖紙或者向機(jī)器人設(shè)計(jì)師反饋意見(jiàn)。通過(guò)激光切割技術(shù)，“我們徹底告別機(jī)器人物質(zhì)匱乏的年代”，吳俊杰老師如是說(shuō)。 3、Laserblock的樣式演化 目前Laserblock共有3個(gè)通用型樣式和若干個(gè)專(zhuān)用型樣式。通用型Laserblock樣式分別為 “Laserblock@DF”、“Laserblock@紅棉創(chuàng)客空間”和“Laserblock@掌控”。而專(zhuān)用型Laserblock有LaserBot（避障小車(chē)）、小衛(wèi)星、諸葛連弩、創(chuàng)立方等多個(gè)樣式。由于Laserblock基于CC BY開(kāi)源協(xié)議設(shè)計(jì)，因此還衍生出大量由創(chuàng)客教師設(shè)計(jì)的其他樣式。一般通過(guò)Laserblock的設(shè)計(jì)尺寸和功能來(lái)區(qū)別其為通用型還是專(zhuān)用型樣式。 （一）Laserblock通用型樣式 通用型樣式主要基于以下4個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。第一是以常用電子元器件的外形、尺寸作為安裝件進(jìn)行的設(shè)計(jì)；第二是根據(jù)常用的機(jī)械結(jié)構(gòu)件（連桿、齒輪、凸輪等）進(jìn)行的設(shè)計(jì)；第三是面向不同應(yīng)用場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行的設(shè)計(jì)；第四是節(jié)約資源，在有限的空間內(nèi)設(shè)計(jì)出更多的積木件。Laserblock通用型樣式的搭建模型成品開(kāi)放多元，不特定為某種結(jié)構(gòu)造型。Laserblock通用型樣式的基本技術(shù)參數(shù)如表1所示。 
△ 表 1 Laserblock 通用型樣式的基本參數(shù)和組件清單 1.Laserblock@DF V1.0 Laserblock@DF是第1款Laserblock項(xiàng)目的設(shè)計(jì)樣式。到目前為止，它只更新了1個(gè)版本，它對(duì)Laserblock項(xiàng)目的發(fā)展起到了投石問(wèn)路的作用。 ★ 開(kāi)源設(shè)計(jì)者：吳俊杰、耿林杰。 ★ 設(shè)計(jì)式樣：如表1、圖1所示，該樣式為單板設(shè)計(jì)，全框尺寸為195（mm）x270（mm）,組件包括多孔連桿、滑槽連桿、齒輪、單孔圓片和一些連接片，還有針對(duì)DF公司的電子件產(chǎn)品例如舵機(jī)等的尺寸設(shè)計(jì)的用于固定的安裝件，全板按比例繪制分布孔洞,孔洞直徑為3mm（孔洞為搭建連接時(shí)的螺絲位），孔距為15mm。在板子的右下角利用激光切割建模的描線(xiàn)工藝進(jìn)行開(kāi)源設(shè)計(jì)者的署名。 
△ 圖1 Laserblock@DF設(shè)計(jì)圖紙 ★ 功能實(shí)現(xiàn)：能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的機(jī)器人制作。 2.Laserblock@紅棉創(chuàng)客空間 V1.5 Laserblock@紅棉創(chuàng)客空間是目前Laserblock項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)樣式，目前為主要流通款。 ★ 開(kāi)源設(shè)計(jì)者：龍麗嫦、高偉光、吳俊杰、耿林杰。 ★ 設(shè)計(jì)式樣：如表1、圖2所示，整套設(shè)計(jì)為三塊板（I、II、III）。I板保留Laserblock@DF的樣式，包括有多孔連桿、滑槽連桿、齒輪、單孔圓片和一些連接片等組件，但安裝件部分的尺寸按紅棉創(chuàng)客空間采用的開(kāi)源分立元器件方案進(jìn)行繪制；II板包含有小號(hào)與中號(hào)齒輪、凸輪等傳動(dòng)部件；III板的傳動(dòng)部件是連桿，還有針對(duì)開(kāi)源分立器件標(biāo)準(zhǔn)尺寸的超聲波、顯示屏等電子器件的固定安裝件。全板按比例繪制分布孔洞，孔洞直徑為3mm，孔距為15mm。在板子的右下角利用激光切割建模的描線(xiàn)工藝進(jìn)行開(kāi)源設(shè)計(jì)者的署名。 
△ 圖2 Laserblock@紅棉創(chuàng)客空間的設(shè)計(jì)圖紙 
△ 圖3 利用Laserblock@紅棉創(chuàng)客空間搭建的“智能車(chē)庫(kù)” ★ 功能實(shí)現(xiàn)：能夠完成不帶電、帶電無(wú)編程、帶電可編程等多樣化的藝術(shù)裝置、結(jié)構(gòu)裝置或機(jī)器人的搭建。 3.Laserblock@掌控板 V1.0 Laserblock@掌控板基于Laserblock@紅棉創(chuàng)客空間的設(shè)計(jì)樣式，針對(duì)掌控板和盛思公司的電子器件尺寸進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，目前該樣式也為主要流通款。 ★ 開(kāi)源設(shè)計(jì)者：高偉光。 ★ 設(shè)計(jì)式樣：如表1和圖4所示，三塊板（I、II、III）。I板、II板在Laserblock@紅棉創(chuàng)客空間的式樣設(shè)計(jì)中增加了適用于盛思公司的傳感器的M4孔洞。III板更新了掌控板安裝片和連接方式的設(shè)計(jì)，連接片可以同時(shí)以榫卯、螺絲固定。全板設(shè)計(jì)了M3(孔徑3mm)、M4孔洞（孔徑4mm），可以用于安裝開(kāi)源分立元器件和盛思公司的傳感器模塊。III板的外框邊沿加入了榫卯設(shè)計(jì)，用于立體搭建時(shí)板框之間的連接。在板子的右下角利用激光切割建模的描線(xiàn)工藝進(jìn)行開(kāi)源設(shè)計(jì)者的署名。 
△ 圖4 Laserblock@掌控板的設(shè)計(jì)圖紙 ★ 功能實(shí)現(xiàn)：能夠完成不帶電、帶電無(wú)編程、帶電可編程等多樣化的藝術(shù)裝置、結(jié)構(gòu)裝置、機(jī)器人的搭建。 （二）Laserblock專(zhuān)用型樣式 Laserblock專(zhuān)用型樣式通常是為實(shí)現(xiàn)某類(lèi)特定的功能或結(jié)構(gòu)造型而設(shè)計(jì)的，專(zhuān)用型樣式可以自定義全板尺寸、孔徑和孔距尺寸以及自定義結(jié)構(gòu)件組成。例如Laserblock@家庭創(chuàng)客空間孵化課程樣式和LaserBot樣式。以上兩款Laserblock專(zhuān)用型樣式的基本技術(shù)參數(shù)和組件如表2所示。 
△ 表 2 Laserblock 專(zhuān)用型樣式的基本參數(shù)和組件清單 1.Laserblock@家創(chuàng)V2.0 Laserblock@家創(chuàng)是為家庭創(chuàng)客空間孵化課程少兒搭建結(jié)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)的樣式，簡(jiǎn)稱(chēng)為“家創(chuàng)版”。 ★ 開(kāi)源設(shè)計(jì)者：吳俊杰、趙俊杰。 ★ 設(shè)計(jì)式樣：如表2和圖5所示。起初，家創(chuàng)版只用1塊木板，尺寸為206mmx282mm，比一般通用型樣式的尺寸還要大。為了方便攜帶與運(yùn)輸，V2.0版本更改為3塊木板的設(shè)計(jì)。家創(chuàng)版的組件包括多孔連桿、滑槽連桿、齒輪、單孔圓片和一些連接片,可以制作滑槽結(jié)構(gòu)、立面結(jié)構(gòu)、四邊形結(jié)構(gòu)、曲柄結(jié)構(gòu)及齒輪傳動(dòng)等。全板按標(biāo)準(zhǔn)樣式的規(guī)格繪制孔洞，孔徑3mm，孔距為15mm。 ★ 功能實(shí)現(xiàn)：可以用于搭建簡(jiǎn)單的、局部的結(jié)構(gòu)裝置，例如木偶的手部、烤肉架裝置、電風(fēng)扇轉(zhuǎn)葉裝置等。圖6為使用Laserblock@家創(chuàng)樣式搭建的木馬升降機(jī)。 
△ 圖5 Laserblock@家創(chuàng)的設(shè)計(jì)圖紙 
△ 圖6 利用Laserblock@家創(chuàng)搭建的木馬升降機(jī) 2.LaserBot V1.3 LaserBot是用于搭建壁障小車(chē)模型而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用型樣式。 ★ 開(kāi)源設(shè)計(jì)者：吳俊杰、馬鋒。 ★ 設(shè)計(jì)式樣：如表2和圖7所示，該樣式為單板設(shè)計(jì)，全板按比例繪制分布孔洞，孔徑3mm，孔距為15mm。 ★ 功能實(shí)現(xiàn)：主要用于搭建超聲波避障小車(chē)，搭建成品如圖8所示。 
△ 圖7 LaserBot的設(shè)計(jì)圖紙
△ 圖8 利用LaserBot搭建的避障小車(chē) Laserblock其他專(zhuān)用型樣式還有Laserblock@濼喜、Laserblock@盛思、Laserblock@S4A、小衛(wèi)星、諸葛連弩、創(chuàng)立方版等，有興趣的朋友可在Laserblock項(xiàng)目開(kāi)源社區(qū)中查找相關(guān)資料。 4.Laserblock項(xiàng)目遵循的開(kāi)源協(xié)議 Laserblock項(xiàng)目遵循知識(shí)共享署名 4.0 國(guó)際許可協(xié)議（CC BY 4.0），任何人都可以對(duì)開(kāi)源分享的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行生產(chǎn)、改進(jìn)，但需在傳播與修改時(shí)要保留原設(shè)計(jì)者的署名權(quán)。在Laserblock項(xiàng)目開(kāi)源社區(qū)中除了Laserblock通用型樣式的圖紙開(kāi)源分享外，還有其他創(chuàng)客教師自主設(shè)計(jì)的Laserblock專(zhuān)用型樣式圖紙。 5.Laserblock積木組件的命名 Laserblock@紅棉創(chuàng)客空間是Laserblock項(xiàng)目推廣以來(lái)流行性程度最高的一款激光切割開(kāi)源樣式。為利于Laserblock項(xiàng)目的應(yīng)用推廣，我們以L(fǎng)aserblock@紅棉創(chuàng)客空間樣式為例，按“先機(jī)械連接組件，后電子安裝件”的順序，由大到小對(duì)組件進(jìn)行編號(hào)和命名。如表3和圖9所示。
△ 表3 Laserblock@紅棉創(chuàng)客空間的組件清單
△ 圖9 Laserblock@紅棉創(chuàng)客空間的組件一覽及編號(hào) Laserblock項(xiàng)目的開(kāi)源、普惠，讓更多教師、學(xué)生及其他愛(ài)好者成為學(xué)習(xí)者、使用者，體驗(yàn)到開(kāi)源教育機(jī)器人的制作樂(lè)趣。那么如何利用上述結(jié)構(gòu)件完成教育機(jī)器人的搭建呢？我們下期再進(jìn)行詳細(xì)介紹。
（本文刊登于《無(wú)線(xiàn)電》2020年第五期） —————————————— END —————————————— 撰稿：龍麗嫦 高偉光 梁志成 審稿：龍麗嫦 排版：陳鈺祺 附：
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Laserblock@紅棉創(chuàng)客空間 V1.5.lcp
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Laserblock@掌控板.lcp
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Laserblock@LaserBot V1.3.lcp
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Laserblock@創(chuàng)立方1.0.lcp
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Laserblock@濼喜版.lcp
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