论文部分内容阅读
[摘 要]Makeblock是融合机械 、电子、软件三者相结合的创意实现平台。借助 Makeblock，你可以快速搭建高性能气动机器人。本文主要介绍了 Makeblock 的螺纹槽铝型材在机器人原型搭建中的应用。
[关键词]机器人 Makeblock
中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0186-02
一、Makeblock简介
Makeblock是一款专为Makeblock平台电子控制而开发的免费应用，同时您也可以用它来和Arduino平台的传感器和执行器进行数据交互，使用它来和您作品中的电子部分进行交互，控制您机器人的移动，操控机械臂，控制一个倒水机器人，发射小球的机器人，控制相扑机器人和别人对战，甚至控制一些家用和竞赛，教育的机器人。 Makeblock最初的逻辑理念就是打造金属材料的“乐高积木”，提供另外一个无需专业知识灵活搭建专业机器人的平台。深圳的一支创业队伍成立了Makeblock，组建机器人和实现创新的平台，给使用者做出了一套软件、电子和机械的解决办法。Makeblock 主要解决电子、软件和机械这三方面问题。
机械部分，机械构件采用的材料绝大部分是铝型材，这些构件包含动力构件、整体框架构件、传动构件和连接部位的构件。机械部分就像人的身躯，用这些机械构件基本上能够组建出各种类型的机器人或者其他机械构型。这些机械构件具有机械美感而且相当专业。主要使用刚度非常高的铝型材。
电子模块，基于应用范围非常广泛的开源硬件Arduino，设计开发的各种类型的传感器、控制器及电机驱动单元，采用的接口都是按照机械国际标准而来的，单元化程度非常高，这样用户操作起来非常容易方便，即使没有接触过这方面专业知识的用户也可以进行操作。主控板就像人的大脑，传感器就像人的各个感官。
软件部分，适用于平板电脑、手机等等各种类型的客户端的App用户可以进行图形化编程，C语言编程，手机端控制，实现各种互动，由于APP集成了很多入门案例，操作起来非常直观和容易，不需要学习相关的编程语言，也能够让用户搭建的作品动起来，来实现相应的功能，我们目前一款APP可以控制我们整个平台大部分套件，这样用户不需要针对不同套件下不同APP了。
云端平台部分，能够主动获取和保留使用者和网络相连接的传感器的信息，且使用者可以利用网络对执行器下达命令。使用者能够设置控制逻辑，基于传感器信息对执行器下达专门命令，就像IFTTT，区别在于这个平台更倾向于和真实存在的环境进行交换信息。
此外，Makeblock 这个平台是开源而且开放的，许多常用的电动机和标准的工业构件都可以安装在使用Makeblock搭建的产品里，使用乐高积木搭建成的产品也可以实现相应的控制，也可以把乐高积木里面的一些构件和 Makeblock 的构件混合起来共同搭建产品。
二、螺纹槽铝型材存在的必要性（见图1）
经调查结果显示，对于想学习机器人技术的学生或者机器人爱好者而言，他们最大的障碍来自机器人的机械结构方面，要搭建出自己头脑中所想的机器人，如果自己加工机械结构的话，需要各种材料各种专用的加工工具，并且手工加工的精度难以保证，所以自己加工机器人的机械结构对于很多人来说是不现实的。
机器人套件就是提供一些最基本的结构和模块，这些结构和模块之间可以方便组合以搭建出不同的机器人结构。现有的很多机器人套件的灵活性不够，只能搭建出一种或者有限的几种形状，基本上不能满足随创意或者设计不同而自由变换的要求。目前非常流行的乐高积木机器人套件虽然能搭建出灵活多变的结构形式，但是乐高积木的塑料材质以及积木之间的扣合连接方式决定了这样组装出的结构强度和稳固性都不高，在某些场合难以应用。
Makeblock的螺纹槽铝型材，其截面有两个螺钉孔，两个螺钉孔中心有一个可以拧进固定螺钉的螺纹槽，在从截面延伸成长形型材的顶面和底面具有能容纳螺钉贯穿的通孔，所述通孔的纵向间距和横向间距与截面上两个螺钉孔间距一致。因为所有螺钉孔之间、通孔之间的间距都是一样的，可以以多种组合方式拼装在一起，可以搭配出结构坚固的机器人，设计的螺纹槽使得连接简单而且不需要另外配合螺母使用，Makeblock的螺纹槽设计已经申请了专利，如果市面上出现了有一模一样的非Makeblock产品的螺纹槽设计的机械零件，那就属于山寨了。
三、Makeblock双孔梁（见图2）
这个产品是Makeblock平台使用最频繁的产品，兼容所有Makeblock运动和结构部件。采用6061的铝型材，表面阳极氧化处理。铝型材的优点有很多，其中包括：铝型材和其他常用的金属材料相比，这种材料的密度小，质量比较轻；使用冷热两种工艺进行处理，具有相当好的耐腐蚀性；具有良好的可塑性能、铸造性能、延展性能；弹性系数比较小，在碰撞摩擦的过程中，不起火花等等。螺纹槽方便和灵活的连接部件；刚度和强度非常大，结构非常结实和稳定。螺纹槽连接，这是现阶段最先进的连接方式。现场施工安装、拆除相当快捷和方便。不仅具有较高的密封性能，且还节省时间和材料。在大口径连接这个角度具有相当好的优越性，螺纹连接又可以划分为外丝和内丝这两种连接方式。如果两者之间都采用的是双外丝，那么就需要一个双头双内丝的过渡件进行连接，反之若两者之间都采用双内丝，那么就需要一个双头双外丝的过渡构件进行连接，若两者正好一外丝一内丝，且螺纹也配套，那么直接就可以连接上了。
四、螺纹槽铝型材的应用——Makeblock Ultimate高级机器人（见图3）
Makeblock Ultimate高级机器人，包含丰富的机械零件和电子模块，10种搭建形态带来多样全新的体验。搭配图形化编程软件mBlock，自由操控Makeblock Ultimate高级机器人实现你的创意。（见图4） （1）螺纹槽在Ultimate套件里面还是起着关键应用，上面两个图片就是利用螺纹槽进行连接。左边图片是灵活固定机械零件的位置，右边图片是灵活固定电子模块位置。由于它具有强大的灵活性，在搭建Ultimate时，可以不受孔的限制来固定两个零件，不需要外接连接片连接。
（2）强大的“小零件库”
50+机械零件，8+电子模块，机械零件--高强度铝合金，超声波传感器--能够检测道路上的障碍距离，实现完美的自动躲避障碍物，巡线传感器--在自动巡线的模式下，可以自动沿着地面上的黑线行驶，灯带--酷炫灯光效果。
（3）强大机械手物及必“中”
独特的机械手设计，随心抓取各种物体。 机械手是一种用于再现人手功能的技术装置.有些资料把机械手也称作操作手或者机械臂。简单的说，机械手就是用机器代替人手，把工件从某个地方移到指定的工作位置，或按照工作要求来操纵工件进行加工。机械手的基本机构是具有非闭合运动链和多个自由度的空间机构，它由臂、关节和末端执行装置（工具等）构成。一般机械手主要包括手腕摆动、手腕回转、小臂摆动、大臂的上下前后摆动、腰部关节的回转这5个运动，手爪张合这个自由度只用于夹持东西，不算自由度。
（4）绚烂灯带
绚烂的灯光效果，让你的机器人酷炫行走在黑暗中。
（5）图形化编程
图形化编程软件mBlock基于Scrath2.0开发，简化的图形化编程界面，积木式拖拽指令，简化了编程的过程，降低了编程难度，保留了编程的乐趣，轻松编程遥控机器人。基于Arduino Uno开发的mBot主控板mCore，集合了多种电子模块，带色标的RJ25接口为连接更多模块提供了可能。mBot的车身除了兼容Makeblock平台上的零件外，还能兼容Lego零件、树莓派、标准的Arduino主板等。
参考文献
[1] 谷兰成，陈学同.我国铝型材的现状及未来[J].铝加工，2007，20（4）：16-20.
[2] 邹振楚.走向世界的中国铝工业[J].世界有色金属，2010，16（3）：15-18.
[3] 李趁前.机器人机械结构研究[D].哈尔滨工程大学，2012.
[4] 程大丹.机械手的设计及研究「D].太原理工大学，2011.
[5] 薛渊，吕广明.机器人机构本体设计及运动学分析.机械设计与制造.2010，（5）： 131一133.
[关键词]机器人 Makeblock
中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0186-02
一、Makeblock简介
Makeblock是一款专为Makeblock平台电子控制而开发的免费应用，同时您也可以用它来和Arduino平台的传感器和执行器进行数据交互，使用它来和您作品中的电子部分进行交互，控制您机器人的移动，操控机械臂，控制一个倒水机器人，发射小球的机器人，控制相扑机器人和别人对战，甚至控制一些家用和竞赛，教育的机器人。 Makeblock最初的逻辑理念就是打造金属材料的“乐高积木”，提供另外一个无需专业知识灵活搭建专业机器人的平台。深圳的一支创业队伍成立了Makeblock，组建机器人和实现创新的平台，给使用者做出了一套软件、电子和机械的解决办法。Makeblock 主要解决电子、软件和机械这三方面问题。
机械部分，机械构件采用的材料绝大部分是铝型材，这些构件包含动力构件、整体框架构件、传动构件和连接部位的构件。机械部分就像人的身躯，用这些机械构件基本上能够组建出各种类型的机器人或者其他机械构型。这些机械构件具有机械美感而且相当专业。主要使用刚度非常高的铝型材。
电子模块，基于应用范围非常广泛的开源硬件Arduino，设计开发的各种类型的传感器、控制器及电机驱动单元，采用的接口都是按照机械国际标准而来的，单元化程度非常高，这样用户操作起来非常容易方便，即使没有接触过这方面专业知识的用户也可以进行操作。主控板就像人的大脑，传感器就像人的各个感官。
软件部分，适用于平板电脑、手机等等各种类型的客户端的App用户可以进行图形化编程，C语言编程，手机端控制，实现各种互动，由于APP集成了很多入门案例，操作起来非常直观和容易，不需要学习相关的编程语言，也能够让用户搭建的作品动起来，来实现相应的功能，我们目前一款APP可以控制我们整个平台大部分套件，这样用户不需要针对不同套件下不同APP了。
云端平台部分，能够主动获取和保留使用者和网络相连接的传感器的信息，且使用者可以利用网络对执行器下达命令。使用者能够设置控制逻辑，基于传感器信息对执行器下达专门命令，就像IFTTT，区别在于这个平台更倾向于和真实存在的环境进行交换信息。
此外，Makeblock 这个平台是开源而且开放的，许多常用的电动机和标准的工业构件都可以安装在使用Makeblock搭建的产品里，使用乐高积木搭建成的产品也可以实现相应的控制，也可以把乐高积木里面的一些构件和 Makeblock 的构件混合起来共同搭建产品。
二、螺纹槽铝型材存在的必要性（见图1）
经调查结果显示，对于想学习机器人技术的学生或者机器人爱好者而言，他们最大的障碍来自机器人的机械结构方面，要搭建出自己头脑中所想的机器人，如果自己加工机械结构的话，需要各种材料各种专用的加工工具，并且手工加工的精度难以保证，所以自己加工机器人的机械结构对于很多人来说是不现实的。
机器人套件就是提供一些最基本的结构和模块，这些结构和模块之间可以方便组合以搭建出不同的机器人结构。现有的很多机器人套件的灵活性不够，只能搭建出一种或者有限的几种形状，基本上不能满足随创意或者设计不同而自由变换的要求。目前非常流行的乐高积木机器人套件虽然能搭建出灵活多变的结构形式，但是乐高积木的塑料材质以及积木之间的扣合连接方式决定了这样组装出的结构强度和稳固性都不高，在某些场合难以应用。
Makeblock的螺纹槽铝型材，其截面有两个螺钉孔，两个螺钉孔中心有一个可以拧进固定螺钉的螺纹槽，在从截面延伸成长形型材的顶面和底面具有能容纳螺钉贯穿的通孔，所述通孔的纵向间距和横向间距与截面上两个螺钉孔间距一致。因为所有螺钉孔之间、通孔之间的间距都是一样的，可以以多种组合方式拼装在一起，可以搭配出结构坚固的机器人，设计的螺纹槽使得连接简单而且不需要另外配合螺母使用，Makeblock的螺纹槽设计已经申请了专利，如果市面上出现了有一模一样的非Makeblock产品的螺纹槽设计的机械零件，那就属于山寨了。
三、Makeblock双孔梁（见图2）
这个产品是Makeblock平台使用最频繁的产品，兼容所有Makeblock运动和结构部件。采用6061的铝型材，表面阳极氧化处理。铝型材的优点有很多，其中包括：铝型材和其他常用的金属材料相比，这种材料的密度小，质量比较轻；使用冷热两种工艺进行处理，具有相当好的耐腐蚀性；具有良好的可塑性能、铸造性能、延展性能；弹性系数比较小，在碰撞摩擦的过程中，不起火花等等。螺纹槽方便和灵活的连接部件；刚度和强度非常大，结构非常结实和稳定。螺纹槽连接，这是现阶段最先进的连接方式。现场施工安装、拆除相当快捷和方便。不仅具有较高的密封性能，且还节省时间和材料。在大口径连接这个角度具有相当好的优越性，螺纹连接又可以划分为外丝和内丝这两种连接方式。如果两者之间都采用的是双外丝，那么就需要一个双头双内丝的过渡件进行连接，反之若两者之间都采用双内丝，那么就需要一个双头双外丝的过渡构件进行连接，若两者正好一外丝一内丝，且螺纹也配套，那么直接就可以连接上了。
四、螺纹槽铝型材的应用——Makeblock Ultimate高级机器人（见图3）
Makeblock Ultimate高级机器人，包含丰富的机械零件和电子模块，10种搭建形态带来多样全新的体验。搭配图形化编程软件mBlock，自由操控Makeblock Ultimate高级机器人实现你的创意。（见图4） （1）螺纹槽在Ultimate套件里面还是起着关键应用，上面两个图片就是利用螺纹槽进行连接。左边图片是灵活固定机械零件的位置，右边图片是灵活固定电子模块位置。由于它具有强大的灵活性，在搭建Ultimate时，可以不受孔的限制来固定两个零件，不需要外接连接片连接。
（2）强大的“小零件库”
50+机械零件，8+电子模块，机械零件--高强度铝合金，超声波传感器--能够检测道路上的障碍距离，实现完美的自动躲避障碍物，巡线传感器--在自动巡线的模式下，可以自动沿着地面上的黑线行驶，灯带--酷炫灯光效果。
（3）强大机械手物及必“中”
独特的机械手设计，随心抓取各种物体。 机械手是一种用于再现人手功能的技术装置.有些资料把机械手也称作操作手或者机械臂。简单的说，机械手就是用机器代替人手，把工件从某个地方移到指定的工作位置，或按照工作要求来操纵工件进行加工。机械手的基本机构是具有非闭合运动链和多个自由度的空间机构，它由臂、关节和末端执行装置（工具等）构成。一般机械手主要包括手腕摆动、手腕回转、小臂摆动、大臂的上下前后摆动、腰部关节的回转这5个运动，手爪张合这个自由度只用于夹持东西，不算自由度。
（4）绚烂灯带
绚烂的灯光效果，让你的机器人酷炫行走在黑暗中。
（5）图形化编程
图形化编程软件mBlock基于Scrath2.0开发，简化的图形化编程界面，积木式拖拽指令，简化了编程的过程，降低了编程难度，保留了编程的乐趣，轻松编程遥控机器人。基于Arduino Uno开发的mBot主控板mCore，集合了多种电子模块，带色标的RJ25接口为连接更多模块提供了可能。mBot的车身除了兼容Makeblock平台上的零件外，还能兼容Lego零件、树莓派、标准的Arduino主板等。
参考文献
[1] 谷兰成，陈学同.我国铝型材的现状及未来[J].铝加工，2007，20（4）：16-20.
[2] 邹振楚.走向世界的中国铝工业[J].世界有色金属，2010，16（3）：15-18.
[3] 李趁前.机器人机械结构研究[D].哈尔滨工程大学，2012.
[4] 程大丹.机械手的设计及研究「D].太原理工大学，2011.
[5] 薛渊，吕广明.机器人机构本体设计及运动学分析.机械设计与制造.2010，（5）： 131一133.