樂高相容模組 – 3 個 Lego STEAM 的好夥伴

樂高的模矩系統,是一個工業設計的典範,8mm(計入公差) 的基本單位就是樂高龐大零件庫的共通基本尺寸。所有零件單元遵循一個模矩就是建構積木世界的基礎。由於樂高的在積木世界裡無可取代的領導地位,也因為樂高積木基本單元零件的專利保護已經存在爭議(樂高基本積木塊的版權保護已到期),所以許多機器人學習套件都號稱能和樂高系統相容,甚至生產和樂高相似的積木零件。

澳洲精緻的程式機器人小車 Edison V2.0® 在車身有 Studs,車側有 Holes,都和 Lego 相容

早期出現的樂高相容產品,都只是組合的 Studs(凸起的顆粒) 或孔距和樂高一樣或是採 8mm 模矩的倍數(1/2倍、1倍、2倍……),產品的本身原則上還是自己的設計,譬如上圖的 Edison 系統。但最近許多機器人教育套件,乾脆連主體零件都樂高積木化,或許廠商都看準樂高基本積木塊已經失去專利權的保護,可以放心推出樂高相容模組。相容讓我們不要花太多時間在機械構造的 DIY 上,可以更有效率的運用這些機器人程式套件,專心在程式開發上,但也不樂見廠商因為「樂高障礙」而失去自己設計及創作新零件的企圖心。

樂高相容模組之一 – mBot

mBot 系列是相當早把相容高帶進產品設計的廠家,不考慮樂高相容,mBot 本身就有非常齊全的零件系統規劃。mBot 主體材質是鋁合金,成本高於塑膠,但因為設計時將組合用的孔洞相容於樂高的模矩,所以廠家也鼓勵把樂高零件拿來搭配著使用。

相容於樂高的 mBot,車身和零件的孔洞和樂高零件的孔洞模矩一致(圖片取自 mBot 官網)

mBot 系列是非常成功的程式開發套件,mBot 車身各部分預留的安裝孔完全符合樂高的模矩,輪子上面的預留孔也是樂高尺寸,感測模組要裝在車身上,當然也是 8mm 的倍數,所以在 mBot 的系統裡,可以在車身上安裝各種樂高結構桿件,再把感測器裝在樂高零件上,感測器就可以利用樂高零件之間的快裝和快拆系統,加速硬體的開發組裝。

mBot Official

樂高相容模組之二 – Robot:bit and KittenBot

只要不是抄襲樂高商品的主題和造型,相容這件事還是可以正面看待,相容的確帶給我們很多創作的便利,譬如下圖的「麥克納姆輪(Mecanum Wheel)」是樂高並未提供的零件,但這種可以橫向移動的輪子已經是目前機器人的標準配備,廠商刻意把輪軸的尺寸設定和樂高一樣,我們就可以把這輪子裝配在樂高馬達上,直接使用樂高零件庫裡的各式輪軸和齒輪。但下圖的紅色馬達是 KittenBot® 自家的產品。

樂高相容模組
相容於樂高的 KittenBot 馬達和 Robot:bit 的創客套件,麥克納姆輪也使用和樂高相容的輪軸系統

再看這台車的紅色馬達,也不是樂高原廠,是 KittenBot® 的創客套件,但設計的模矩也和樂高相容,很容易就靠著現有的樂高組件組成車身(甚至比樂高馬達容易安裝)。最後看看車子上方的主控制板,是可以支援四個 DC 馬達或是雙步進馬達和八個伺服機的 Robot:bit® 控制板,控制板的四個角預留固定孔,孔距(72mm)也是配合樂高的8mm 模矩,雖然控制板的長邊尺寸和科技系列不搭,對於有強迫症的人,一定無法接受控制板的中心線無法對齊車身的中心線,但利用適當的零件,就可把 Robot:bit 控制板的中心調整到車子的中心線上(有關雙數孔距和單數孔距的介紹請參考另一篇文章)。

Robot:bit® 控制板的尺寸(圖片取自 Robot:bit 官網)
Lego 相容 – KittenBot 馬達 and Robot:bit 控制板,10 個 Studs 寬的控制板藉著適當零件調整至對稱位置

上圖是一個簡易的雙輪機器人,使用相容樂高的 Robot:bit 控制板 和 KittenBot 馬達,組裝非常容易,裝上 18650 電池,插入 micro:bit 主控板,就完成一個可程式控制的開發平台,更詳細介紹可參考:樂高相容程式控制模組 – KittenBot & Robot:bit

Robo:bit and KittenBot

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