乐高机器人设计技巧：创意小作品设计与搭建指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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码高机器人教育 著

图书标签:

• 乐高
• 机器人
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• 动手能力
• 电子积木
• 机器人制作

店铺： 万卷出版公司图书专营店

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115479471

商品编码：28259466810

包装：平装

开本：20

出版时间：2018-05-01

字数：184

内容介绍

本书介绍了23个乐高创意小作品，是一本纯结构设计的乐高图书，包括作品的多角度展示图、结构分解图以及搭建步骤图，并且配以简单的文字说明，扫码还能观看演示视频。读者可以从中学到更多、更巧妙的结构设计，从事机器人教育培训的老师也可以借鉴使用。

作者介绍

码高机器人教育 码高机器人致力于通过提供一站式的机器人教育解决方案，培养孩子的创造力和系统化解决问题能力。码高机器人提供覆盖6到18岁的机器人教育解决方案，一个机器人爱好者，在码高可以完成全部的机器人教育知识学习，熟练掌握机器人的设计、搭建和编程操控，全面提高自身的科学素养，为未来成为工程师和科学家打下坚实的基础。 作为一家具备一站式服务能力的机器人教育机构，我们已经打造了常规课程产品线和集训课程产品线。常规课程主要通过让孩子进行系统化的结合实践的理论学习，掌握扎实的机器人设计、搭建和操控知识，让学生成为一个机器人操控者。集训产品线则涵盖了国际比赛系列、国际认证系列、国内比赛系列、国内冬夏令营、主题集训等多种产品，通过集中性、团队化、国际化、高难度的训练，让学生从一个操控者变成杰出的机器人驾驭者，能够自己根据一个特定的主题规则，设计、搭建和操控自己的机器人，并进行出色的任务挑战，与国际和国内的机器人高手同场竞技，实现创造力和系统化解决问题能力的全面提升。

编辑推荐

乐高机器人启蒙书 经典乐高科技小作品搭建 高清全彩图片附演示视频二维码，适合各年龄段人士阅读

目录

01 V6发动机 6
02 发条车 12
03 打孔器 18
04 陀螺 24
05 定向输出装置 30
06 打蛋器 36
07 蝴蝶 42
08 攻城车 48
09 游标卡尺 54
10 割草机 60
11 摆钟 66
12 手指弩 72
13 秤 78
14 捕鼠器 84
15 安全门 90
16 雷达 96
17 无极变速箱 102
18 折叠桌椅 108
19 千斤顶 114
20 多米诺小车 120
21 病床 126
22 自行车 132
23 越野车 138

机械之舞：未来主义机械装置的艺术与工程 本书旨在探索机械美学的深层潜力，专注于构建复杂、具有自主性或高度互动性的非乐高主题机械装置。 第一章：驱动原理与动力学基础 本章深入探讨传统机械设计中驱动力的来源与转化，为构建精密机械系统奠定理论基础。我们将超越基础齿轮传动，聚焦于新型驱动系统，例如液压与气动系统的集成应用，以及电磁驱动在微型机械中的潜力。 1.1 经典机械学回顾与超越： 杠杆原理的深化应用： 不仅是简单的力放大，而是探讨多级联动机构在实现复杂运动轨迹中的作用，例如凸轮机构的设计与优化，如何通过非线性运动曲线控制机械臂的精确抓取。 齿轮系的精细化设计： 重点介绍非标准齿轮（如行星齿轮、摆线齿轮）在提高传动效率和缩小体积方面的应用。我们将分析齿隙（Backlash）的量化控制，以及如何通过材料选择来减少摩擦损耗。 1.2 动力源的选择与优化： 非传统能源应用： 探讨如何利用重力势能、弹簧的蓄能特性，设计无需持续外部供电即可完成特定循环任务的装置。这包括发条机制的现代复兴及其在微型动力系统中的应用。 流体动力学基础： 详细解析小型气泵和微型液压泵的工作原理。着重于回路设计，例如如何使用单向阀和储能罐，实现平稳、可控的运动输出，而不是简单的“开/关”动作。 1.3 运动学的建模与仿真： 介绍使用专业机械设计软件（如SolidWorks Motion或类似的开源工具）对复杂连杆机构进行运动学分析的方法。如何计算关节处的瞬时速度和加速度，以避免结构疲劳和共振。 动力学约束的引入： 讨论在设计过程中如何考虑惯性矩和质量分布对系统稳定性的影响，特别是对于高速旋转或快速摆动的部件。 第二章：高级结构材料与制造工艺 本章将指导读者如何选择和处理非塑料类材料，以满足高强度、轻量化或特定功能（如导电性、耐高温性）的需求。 2.1 材料科学在机械结构中的应用： 金属合金的选择与加工： 铝合金（6061, 7075）的特性分析及其在框架搭建中的应用。不锈钢与钛合金在需要高耐腐蚀性和极高强度部位的应用场景。 复合材料的初步应用： 碳纤维板材和玻璃纤维增强环氧树脂的切割、层压与粘接技术。重点讨论如何处理边缘，以确保结构连接的精确性。 2.2 精密制造技术入门： CNC加工基础： 介绍三轴和四轴数控铣削的基本流程，如何将设计图纸转化为可执行的G代码。重点在于刀具路径的选择和进给速度的控制，以获得光滑的表面光洁度和精确的公差。 增材制造（金属3D打印）： 探讨选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）技术在制造复杂内部结构（如晶格结构）和一体化零件方面的优势。讨论打印件的后处理（如热等静压处理）对最终机械性能的影响。 2.3 表面处理与耐久性设计： 电镀（镀镍、镀铬）对金属部件的抗磨损性和外观的影响。 阳极氧化工艺在铝合金上的应用，不仅用于着色，更重要的是形成一层坚硬的保护氧化层。 第三章：自动化与嵌入式控制系统集成 本章聚焦于如何为机械装置赋予“智能”，使其能够感知环境并自主执行复杂序列动作。 3.1 微控制器与实时控制： ARM架构与实时操作系统（RTOS）： 介绍更高级别的微控制器（如STM32系列）在处理高频传感器数据和复杂算法时的优势。探讨使用FreeRTOS等轻量级RTOS来确保关键任务的执行时序。 通讯协议： 深入CAN总线和EtherCAT在分布式控制系统中的应用，它们如何保证多电机同步控制的精确性。 3.2 传感器融合与环境感知： 高级视觉系统： 不仅是简单的颜色识别，而是深度学习在边缘计算设备（如Nvidia Jetson Nano）上进行目标定位和姿态估计的应用。讲解如何设计配套的照明系统以适应不同的环境光线。 触觉反馈与力矩控制： 介绍高分辨率编码器（如绝对式编码器）和应变计的使用，如何实现机械臂末端的力反馈控制，而非仅仅是位置控制。 3.3 人机交互界面（HMI）设计： 触摸屏与嵌入式界面开发： 使用Qt或类似的跨平台框架开发直观的操作界面，实现参数的实时调整和状态的可视化监控。 远程诊断与维护： 基于MQTT或WebSocket协议设计远程监控模块，允许工程师从外部网络实时获取设备的运行日志和性能指标。 第四章：高级运动控制与路径规划 本章是构建复杂自主移动体或精密操作平台的核心。我们将着眼于非线性控制方法。 4.1 逆运动学与雅可比矩阵： 详细推导多自由度机械臂（例如SCARA或六轴工业臂）的解析和数值逆运动学解。重点分析在奇异点（Singularities）附近时，运动控制应如何调整以避免灾难性失败。 雅可比矩阵的应用： 如何利用雅可比矩阵来计算关节速度与末端执行器速度之间的关系，这是实现力控制和阻抗控制的基础。 4.2 自适应与鲁棒控制： PID控制的局限性与进阶： 介绍如何使用LQR（线性二次调节器）控制设计来优化系统的瞬态响应和稳态误差。 自适应控制策略： 当系统负载或摩擦力发生变化时，如何设计一个能够自动调整控制器参数的机制，确保性能不下降。 4.3 路径规划算法（超越A）： 采样法路径规划： 深入RRT（快速扩展随机树）及其变体（RRT）在非结构化、高障碍物环境下的应用。解释如何生成平滑、可执行的路径。 轨迹优化： 介绍时间最优控制（Time-Optimal Control）的概念，即如何在满足所有动力学约束的条件下，以最快速度完成任务，并讨论如何将其转化为可控的关节角度指令序列。 第五章：系统集成与鲁棒性测试 本章侧重于将前述的理论与实践组件整合为一个可靠、可重复工作的系统，并进行严格的验证。 5.1 电磁兼容性（EMC）设计： 高频信号线与电源线的布局规划，如何通过屏蔽罩和接地设计来避免电机驱动器产生的噪声干扰敏感传感器和微控制器。 电缆管理与应力释放：设计保护机制，确保在机械装置全行程运动中，电源线和数据线不会被过度拉伸或缠绕损坏。 5.2 热管理与寿命预测： 对高功率密度部件（如伺服电机驱动器和高频CPU）进行热仿真分析，设计被动或主动散热方案。 疲劳寿命分析： 基于所选材料和预期的操作循环次数，应用Basquin或Manson-Coffin关系式，对关键连接件的预期寿命进行初步估算。 5.3 综合调试与故障注入测试： 建立分阶段的集成测试流程，从静态功能测试到动态性能验证。 故障注入（Fault Injection）： 系统性地模拟传感器信号丢失、电机堵转或通信中断等情况，验证系统的故障安全模式（Fail-Safe Mode）是否能按设计启动，确保系统能安全地停止或进入待机状态。 本书适合于具备一定机械设计基础，希望将工程理论应用于复杂、高精度自主机械系统构建的工程师、高级技工及研究人员。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度远超我预期，它绝对不是给那些刚拆开第一盒乐高科技套装的新手准备的。这本书更像是一本高级技工的工具手册，充满了对细节的极致追求和对工程学原理的巧妙应用。我尤其欣赏其中对于“运动机制”的讲解部分。很多市面上的指南会教你如何制作一个简单的齿轮传动，但这本则深入探讨了非标准传动比的设计、如何减少机械摩擦损耗，以及如何利用巧妙的连杆结构实现复杂的多轴同步运动。书中对一些“隐藏技巧”的披露，比如如何利用轴的摩擦力来制作“阻尼”效果，或者如何通过调整连接件的松紧度来控制机械部件的自锁能力，这些都是我在多年搭建过程中从未接触过的“黑科技”。我立刻拿出了我那套闲置已久的“工程系列”，按照书中的建议对一个复杂的起重机模型进行了优化，仅仅是调整了几个关键点的轴承支撑，模型的负载能力和运行平稳性就提升了至少百分之三十。对于追求极致性能和机械精度的爱好者来说，这本书的价值简直是无法估量的。

评分☆☆☆☆☆

这套书完全是为我这种“永远停留在入门阶段”的乐高爱好者准备的！我之前买过几本介绍乐高基础搭建技巧的指南，那些书往往会花大量篇幅讲解齿轮的咬合原理、轴和孔的配合，这些知识点虽然重要，但对于已经掌握了基本操作，渴望迈向“自由设计”的人来说，阅读起来就有些枯燥了。而这本，它给我的感觉就像是终于有位资深设计师愿意坐下来，手把手教我如何将那些冷冰冰的零件，转化为充满生命力的“创意作品”。它没有过多纠结于理论的堆砌，而是直接进入了实战演练的阶段。比如，书中有一章专门讲解如何设计出具有动态平衡的步行结构，它不是简单地给出最终模型图，而是拆解了不同关节角度对稳定性的影响，配上了非常清晰的透视图和不同受力点的模拟分析。我尝试着按照书中的思路，去改造我那台已经搭建很久、总是摇摇晃晃的机械臂，结果发现，仅仅通过调整一个连接件的角度和增加一个小型配重，整个结构的稳定性就有了质的飞跃。这种“学以致用，即刻见效”的成就感，是那些纯理论书籍无法给予的。它让我深刻理解到，设计不仅仅是“拼起来”，更是一种平衡和权衡的艺术。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书的排版和逻辑构建是我近期阅读过的技术类书籍中最令人愉悦的。它没有采用那种死板的、按部就班的教程模式，而是设计了一系列富有挑战性的“设计项目”，并将每个项目所需的关键技巧穿插其中进行讲解。这使得阅读过程充满了探索的乐趣，而不是被动接受知识。比如，在讲解“微型机械人偶”的关节设计时，它先提出一个目标——如何设计一个能做出“握手”动作的人偶，然后才逐步引导读者去思考需要哪种球形关节、如何控制旋转范围，以及如何隐藏传动机构。这种以“解决实际问题”为导向的学习路径，极大地增强了我的参与感。我感觉自己不像是在看书，更像是在参与一个由专业导师监督的创意工作室项目。对于那些已经厌倦了标准化的乐高搭建流程，渴望在自己的创作中加入更多原创和个性化元素的读者而言，这本书提供了一种非常有效且充满激情的学习方法论。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书的感受，是那种豁然开朗的惊喜，仿佛一直困在迷宫里的人突然被指引到了正确的出口。我一直很羡慕那些能搭建出结构复杂、造型独特的 MOC (My Own Creation) 的玩家，总觉得自己的想法被乐高零件的“局限性”所束缚。这本书的独特之处在于，它跳脱了传统的“说明书式”引导，而是完全围绕着“如何激发你的创造力”来展开。它提供了一整套系统的设计思维框架，比如如何从自然界的事物中提取设计灵感，如何利用模块化思维来分解复杂项目，甚至是如何通过色彩搭配和光影效果来提升作品的视觉冲击力。印象最深的是关于“微缩景观”的设计章节，作者没有直接展示一个宏大的场景，而是分解了如何利用最小的零件组合来模拟出纹理、层次和远近感。我立刻尝试着搭建了一个基于书中理念的小型“废弃工厂”场景，虽然最终成品和作者的精致度还有差距，但那种“原来可以这样思考”的感觉，让我对未来的创作充满了信心。它真正教会我的不是“怎么搭”，而是“如何思考如何搭”。

评分☆☆☆☆☆

对于一个热衷于故事叙述和场景搭建的玩家来说，我通常更关注“外观造型”和“叙事性”。因此，我之前挑选设计书籍时，常常会忽略那些看起来偏向“机械工程”的书籍，总觉得那些内容与我的兴趣点相去甚远。然而，这本书彻底颠覆了我的看法。它用一种非常艺术化的方式，将“结构设计”与“视觉表现”完美地结合了起来。它展示了如何通过精确的结构设计来支撑起那些看似不可能实现的、富有戏剧张力的造型。例如，书中对“悬臂结构”和“反重力效果”的解析，不仅提供了力学上的解决方案，更展示了如何利用这些结构来实现一种凌驾于物理之上的视觉冲击力。我尝试搭建了一个“漂浮的岛屿”场景，过去我总是用透明零件来模拟漂浮感，但这本书指导我利用巧妙的内部支撑框架，使得外部看起来完全没有可见的支撑点，整个作品的沉浸感瞬间提升了好几个档次。这本书成功地让我认识到，最坚固的结构，往往也是最具有表现力的艺术载体。