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如果你是一位想要深入研究兒童機器人工具包的家長或老師,那麼一定不滿足於只得到一種簡單的解決方案。你可能不想要一個只有一個目的的簡單解決方案。因為我們不只是想讓孩子體驗到科學、技術、工程和數學的原理,還想要通過專門的工具包,讓孩子親手體驗從基礎知識實踐再到各種配件連接的動手能力鍛鍊,最後是通過軟體編程鍛鍊孩子的大腦,而所有這些內容都可以通過STEM工具包實現,這就是我們為什麼幫助大家推薦這份STEM編程機器人清單的原因。
我們在這份名單上列出的大多數機器人工具包都與STEM、Arduino和Blockly等術語相關。因此在我們開始之前,先來對這些術語進行解釋。
Arduino:是一種開源的硬體和軟體平臺,由讀取輸入並將數據轉換為輸出的主板組成。這些數據是通過Arduino程式語言和基於Arduino的軟體來管理,Arduino是為初學者而設計,但是對於高級用戶來說也具有一定的複雜性,這使得它在教育系統中成為一種被廣泛使用的平臺,,甚至連英特爾也加入了Arduino的潮流中。
Scratch:這是一種為8到16歲的孩子設計的程式語言。它與Arduino是不一樣,但仍然廣泛應用於學校領域,並且用於創建遊戲、編寫機器人程序、設計動畫等。孩子們通過Scratch不再需要從頭開始編寫代碼,而是將從動作到事件再到感知的各種命令塊拼湊在一起。Scratch可以直接下載並安裝到PC上,也可以通過Flash在線使用。
Blockly:另一種面向兒童的程式語言,它依賴於可以串聯在一起創建程序的代碼塊。它現在屬於谷歌通常是基於web的形式,並且目前已經有了針對安卓和iOS平臺的應用。與Scratch這樣能提供額外功能的平臺相比Blockly是一種比較簡單的程式語言。
STEM:這個縮寫分別代表科學、技術、工程和數學。這是一場由美國教育部支持的「運動」,旨在幫助老師和家長為學生們為未來的相關工作做好準備。它旨在鼓勵學生與真實的課程互動,並提供實驗學習活動,推動學生進行調查、理解和創建解決方案。
介紹完專業名詞,現在來看看機器人吧。
樂高Boost(160美元)
在過去近一個世紀的時間裡,樂高玩具一直都在提供一個簡單的願景:如果給孩子一個玩具,他們會玩得很開心;但如果給他們自己製造玩具的方法,他們會更有樂趣,並在這個過程中實現成長。而樂高Boost就是該公司進軍入門級機器人領域的眾多嘗試之一,其設計初衷就是為了讓全年齡段的孩子都能輕鬆上手。Boost工具包提供了847個零部件,可以用來製作和設計五種不同形式,包括吉他和傳統的人形機器人。
然而,完成機器人的搭建只是Boost帶來挑戰的一半。接下來另一半的挑戰是編程,但Boost可以讓編程變得非常簡單。通過應用(目前支持安卓和iOS兩大平臺),孩子們被引導通過一系列的關卡,每個關卡都要求孩子放置和移動積木,以便為自己搭建的機器人創建指令。而通過這種像遊戲一樣的組織過程,Boost可以讓孩子們的遊戲過程變得很有趣。最重要的是,這個系統不需要任何說明,這意味著即使是比較幼年的孩子也可以輕鬆裂解。
任天堂Labo(起售價33美元)
任天堂官方的Laob紙殼玩具可能不是設計最精緻的,但它提供了一系列非常簡單、易上手的DIY和編程練習,受到了孩子們的歡迎,哪怕遊戲本身並不那麼精彩。Labo系列目前提供兩套產品,其中包含的多樣化工具包括了五個項目,分別是鋼筋混凝土汽車、釣魚、搭建房屋、模擬摩託車以及模擬鋼琴。Labo機器人工具包可以為玩家提供額外製作背包的方法,而這個背包可以跟蹤玩家各種肢體的運動,然後可以用它來操縱融合到迷你遊戲中的機器人。
另外用Labo製作玩具娃娃也很容易,用戶只需要在他們的任天堂Switch上遵循指示即可完成。一旦你完成了之後,就可以在自己的Switch上玩那些相關的小遊戲。然而真正神奇的是,當你嘗試使用Labo的新玩法時,其本身並不是特別深奧,但它可以讓孩子們了解工程學基本概念。
Elegoo Uno Project智慧機器人汽車套件(70美元)
顧名思義,這款產品是基於Arduino平臺的開發的智慧機器人汽車。該套件包括24個不同的模塊,包括用在遙控器上的紅外接收器、通過智慧型手機或平板電腦連接的藍牙模塊、線路跟蹤和避障用的傳感器。考慮到是孩子使用,它採用了最小巧的設計,在構建過程中提高速度,減少錯誤。
據Elegoo介紹,這套工具包包括指令集和軟體,可以向孩子們展示如何加載程序,並命令機器人執行一系列的標準動作。同時該工具包還具備可擴展性,可以根據定製性添加更多的傳感器。而這些第三方傳感器必須通過3針XH2.54接口才能安裝。
Meccano-Erector Meccaspider機器人套件(售價65美元)
這款工具包專為10歲以上的兒童設計,包含291個部件,可以在一到三個小時內組裝成一臺超酷的機器人蜘蛛。該套件還包括兩個智能運動模塊、一個大腦中樞模塊和紅外傳感器模塊,用於檢測運動。它甚至還提供了內置的蓄水池來儲存清水,模擬蜘蛛發射 「毒液」來抵禦入侵。
在編程端,它內置物理按鍵激活預設模式,包括五種基本模式、兩種守衛模式和一種遊戲模式。孩子們可以通過板載按鈕,或使用安卓和iOS應用來定製相關功能。這個工具包屬於STEM類型,具有中等的複雜度。
Tenergy Odev Tomo(售價100美元)
這是來自Tenergy的另一個工具包:包括一個2合1轉換器,而該產品專為8歲及以上兒童設計,包括超聲波傳感器、跟蹤傳感器、主控制箱和更多部件,所有部件都用顏色進行編碼,並有清晰的標籤區分。該工具包可以創建一個兩輪或三輪機器人,同時可以自由漫步,跟蹤玩家創建的特定線條,或者通過Tenergy提供的免費ODEV Explorer應用進行控制。
如果要手動為機器人編程,則需要安卓或iOS平臺的免費Odev Blockly應用配合。孩子為機器人創建的任何內容都可以上傳並與其他所有者分享。Tomo的大腦有足夠的埠來連接第三方模塊擴展功能。
RoboLink Rokit Smart(售價120美元)
這是一款面向Arduino學習者的以STEM為核心的工具包,可以構建11種不同形式的可編程機器人,包括螃蟹、拍手的猴子、海盜船、大猩猩等。它由通過在線教程提供支持,介紹了如何使用每種不同設計來構建機器人,如何使用Arduino軟體進行編程基礎,以及如何使用工具包為「機器相撲」一對一比賽構建機器人。
Robolink公司表示,每個設計都有一個特定的目的:有的可以拍攝橡皮筋,有的可以檢測邊緣,一個可以跟蹤線條等。同時電池不包括在套件中,但包括了電路板,馬達和基本的框架,就可以讓孩子們動手創建機器人。目前Robolink已經在聖地牙哥的兒童機器人學習中心投放了這款工具包。
Ubtech Jimu機器人DIY Buzzbot&Muttbot機器人套件(42美元)
孩子可以使用此工具包創建BuzzBot或另外的MuttBot系列(但不能同時創建兩者)。但是工具包提供了足夠的271塊組件來構建任何想要創建的任何東西,包括一個「大腦」、六個伺服器和一個電池。如果需要的話,還可以花40美元購買兩個額外的伺服器分別為兩個套件使用,或者花50美元購買一個非機器動物伴侶。
動圖7
一旦孩子們造好了機器人,就可以記錄下不同的姿勢,然後通過PRP系統把它們一串串地播放出來。另外孩子還可以通過應用使用基於塊的編碼將命令塊串在一起。該應用程式甚至提供了如何將兩個機器人組裝在一起的手把手指導。
Mmakeblock DIY Ultimate機器人套件(350美元)
這是Makeblock公司的旗艦機器人工具包,包裝了6061個帶有螺紋槽設計的陽極氧化鋁機械部件。該工具包包括10種不同設計的說明,如機器人坦克、機器人調酒師和自動平衡機器人。這些設計由基於arduino的MegaPi主板支持,該主板能夠同時處理10個伺服或8個直流電機。該套件也兼容樹莓派。
在編程方面,孩子們使用的是該公司基於Scratch 2.0的mBlock軟體,適用於個人電腦和行動裝置。這個工具支持拖放環境操作,孩子們可以將代碼塊串在一起。高級用戶可以通過詩美拍板、Node JS或Arduino IDE使用Python。部件列表包括一個藍牙模塊,因此您可以通過任何基於藍牙的PC或行動裝置編程和控制創建。
樂高Mindstorms EV3 31313(345美元)
該工具包基於樂高打造,可以看成是一款可編程的EV3「積木」,除了大腦,還有四個傳感器,少量的發動機以及更多的部分組成。EV3還內置顯示器,可以顯示無線連接、電池電量、機器人當前的狀態等。總體來說,它可以構建出17種不同的機器人設計,比如滑行蛇、行走恐龍、蠍子和人形機器人。
默認情況下,每種設計都有自己獨特的特性和編程行為。他們也可以使用包含的遙控器進行操控。用戶可以使用LEGO Mindstorms Ev3軟體為他們的作品編寫程序,並使用USB電纜、藍牙或Wi-Fi將他們的命令下載到機器人上。該軟體提供了五個編程「任務」,讓孩子們開始使用串在一起的基於圖標的編程模塊,而且樂高還為行動裝置提供了專門的編程應用。
Lewansoul Xarm機器人套件(199美元)
如果你的孩子還沒有準備好投入時間和金錢在一個完整的機器人身上,那麼不妨看看這個來自於LewanSoul的機器手臂。它擁有金屬結構和高質量的伺服系統,而且不其它機械手臂更先進。
它提供了所有建造需要建造的東西,並在盒子裡使用機械手臂。程序集可能很複雜,因此需要在家長或老師的幫助下完成過程,同時LewanSoul在其網站上還提供了視頻進行幫助。一旦完成,這個機器手臂就能教孩子們如何使用6軸機器人。同時它還可以兼容Arduino接口,並為高級編程提供進一步的潛力。
4M Tin Can機器人(10美元)
工程學是孩子們學習的一項重要技能,同時學習如何保護環境也是如此。這款4米長的易拉罐機器人可以同時做到這兩件事,讓孩子使用一個用過的希臘管,把它改造成可愛的機器人。這個工具包組裝起來很簡單,也很容易上手,但同時也保證了靈活性,可以讓孩子有機會在機器人形態上自行定製。
這款機器人看起來有一雙傻傻的大眼睛和彈性的手臂,不僅可以讓孩子知道易拉罐可以重複利用,而且也是目前市面上最便宜的教學機器人套件之一。