格物致知 篇一：mBot教育机器人评测兼谈Makeblock系统

首次获得值得买的众测资格，欣喜异常，夜不能寐，准备多写点内容，从技术和经济，硬件和软件，儿童组装与家长辅导等方面评测其性价比，易用性等特点。分写作背景，技术性分析，经济性分析，软件资源试用，兼谈MakeBlock系统五个章节。仅对某一方面感兴趣的值友直接选择相应的章节即可。

一、写作背景

笔者曾晒过一些电动工具，其实并非收藏爱好者，主要是为业余爱好服务。平时对机电类玩具、动态模型非常感兴趣，能自己做就自己做，做不出的就买成品。下面是大疆四轴飞行器与机械恐龙Pleo的照片。

这两件产品都包含若干微处理器与较复杂的固件程序，Pleo还有自学习功能，自己编不出这么复杂的程序。但是基础原理与mBot并无二致，都是通过MCU检测传感器信号，通过一定算法控制电动机执行相应动作。由于轮式底盘远比飞行平台、多足底盘容易制作，因此智能小车项目就成为非常热门的单片机学习工具。笔者自己也曾做过小型和中型的智能车，在此想通过对比的方式对mBot进行评测。

二、技术性分析

先从包装开始吧。确认众测资格后，收到了“朕值到了”包裹。

打开先看到漂亮的包装盒与众测须知。

盒底有产品的结构分解图和功能介绍，便于选购时参考。

盒子上层放底盘、电机等机械零件，软泡沫防震包装。

盒子下层放主控板、遥控器等电子零件，比较贴心的是还提供了电机减速齿轮备件，从以前使用这种TT电机的经验看，推这种轻型小车负载较低，虽然减速组都是塑料齿轮，也并不容易损坏。

包装中没有电池，需自备CR2025纽扣电池给遥控器使用，4节5号电池（最好是充电的）给机器人供电。在交给小孩组装前，先做一个全面的零件对比分析。

钢尺上方是原装机mBot所带零件，下方是自己攒机需购买的“CPU，显卡”，下面用大比例照片逐一对照说明。

mBot的主控板称为mCore，是一块定制的Arduino Uno，整合了钢尺下方的单片机，电机驱动板，传感器扩展板，蓝牙模块，还包括了三色LED灯、蜂鸣器、红外发射接收管、按键等外设，并不是单纯为控制小车使用，有点像一块入门级学习板。由于板载模块占用了很多I/O接口，所以只留了4个外接传感器插口。

mCore的MCU与Uno完全相同，都是ATmega328，电机驱动是东芝的TB6612FNG，从其手册得知，是MOSFET结构的H桥电路，导通内阻很小，特别适合这种5V低压电机的驱动。笔者平时用的L298N驱动板压降损失较大，实测10V电源，PWM全开时电机端电压不足8V，为驱动12V电机，得准备15V电源。mCore整合版的零件选择还是很合适的。另外还有一块CH340集成电路，负责USB转串口，是很多兼容Arduino板常用型号。如果以前在计算机上用过，换mCore就不必再装驱动程序了。遥控器是红外方式，有5个功能键，方向键和数字键盘，控制小车进退、转向、调速，足够用了。循线传感器与常见的模块基本相同，超声波测距传感器有点特殊，后面再介绍吧。

mBot的行走机构中，车轮是两个塑料齿盘套上橡胶圈，比常见的模型车轮窄，接地面积小得多。这样设计的优点是当单侧车轮转向时，不转的一侧与地面摩擦力小，动力损失小。笔者用较宽的橡胶车轮时，如果一侧不转，摩擦力较大，妨碍正常转向，只好编程为一侧正传，另一侧反转，转弯动作很不流畅，与差速轴的方案差距较大。mBot轮体上还有很多开孔，方便改装为偏心轮，或带曲轴连杆转成往复运动，扩展机器人的功能。万向轮使用钢珠的方式不太理想，在木地板上使用噪音较大，而且驱动轮在前，拖带万向轮的倒三角布局更容易越障。笔者认为用钢尺下方的这种带滚珠轴承的脚轮更好用，安装位置还是能够解决的。mBot使用的TT电机与常见的小车方案完全相同，适合在低电压下工作。mBot使用PWM对电机调速，由于Arduino默认的PWM频率较低，在低速下线性不好，建议在0~255区间的上半段选取调速值。

常见小车配线方案多使用杜邦线插接，没有防呆设计。对于儿童使用，如果接错电源正负极会烧毁芯片。mBot的配线设计有自己的特色，使用电话上的6极RJ25接头连接电路，没有4极的RJ11和8极的RJ45头常用。体积相对较小，单向插口不会接反电源，儿童使用更加安全。一个传感器接一条线，整理起来方便些。在线路较复杂时，配线虽然很容易接通，但并不容易接好。笔者把一个Uno的20个I/O口全用满时的线路就是这么乱。

最后说到车架。mBot的车架材料是6000系列铝镁硅合金，强度不错，加工性能好。厚度约1.9毫米，开有各种安装孔、安装槽，还有一个9克舵机孔。部分孔内已攻丝，不用螺母安装更方便。这个车架的档次明显高于常见的有机玻璃底盘，既漂亮又结实。如果想自己做，至少需要铝板，切割工具等，而且很难弯折、钻孔到这种精度。

三、经济性分析

技术与经济都是影响购买行为的重要因素，笔者希望做一些探讨。由于各人的偏好不同，这也仅是一家之言，欢迎值友们百家争鸣。从硬件成本上看，用钢尺下方的材料做一个功能类似的智能小车，不超过200元。考虑到mBot金属车架，定制主板等溢价，250~300元也算是合理价格了，仅为其售价的一半。是否值得买呢？笔者认为根据其教育机器人的定位，还需要看软件和服务的价值。

淘宝上卖电子零件类商品，经常附带“商家不提供技术支持，请买家慎重选择”类似提示。也就是说自己攒计算机，就是纯硬件的价格。而买一台品牌机，还包括预装软件、售后服务等成本。DIY高手觉得花这些钱是浪费，但同时也有初学者希望获得这类服务，工作很忙的家长倾向花钱买时间的情况。举一个例子，笔者的孩子学做机器人，可以自己教，帮着做，不用花几百元买mBot；但是孩子学钢琴，自己不会，一节课二百多也得花。想必也有擅长乐器但不会编程的家长，想让孩子学机器人，买个mBot附带教学资料也是个入门的选择，如果报一个机器人课外兴趣班远比几百元贵。

综上，笔者认为教育机器人包含了若干教学服务的价值，下面尝试分析一下这些服务是否值另外一半售价。

四、软件资源试用

笔者把零件和说明书交给小孩，按照非常直观的安装顺序示意图，半个多小时就组装完毕。其螺丝的选用非常科学，经常需要调整的电路板、传感器固定螺丝都是内六角的，不容易拧花。如果教学使用，可以承受多次拆装。下图是装到一半时拍一张舵机安装孔位的照片，调整一下零件位置，可以把超声波测距探头装到舵机上，扩大探测范围，mBot看起来也更“聪明”。

完成全部安装后，小孩犹豫了一下两根电机线的插接顺序。笔者说那就通电试试吧，实际上对照说明书的电机左右标识也能正确接好。

我们用遥控器分别设置mBot手动遥控，自动循线走8字，自动避障模式探路，都很好玩。看来自带程序已经考虑了很多趣味性要求，特别是初次使用容易上手，更增加了小孩格物致知的兴趣。因为值友“迷茫吗”的详细评测已经晒了走8字等视频，完全相同的内容就不再占用值友时间了。我们测试的软件资源包括以下几项。

1、安卓版蓝牙遥控器。APP名称是mBot，功能与遥控器类似，方向控制图标像一个摇杆，更顺手一些。利用手机的传感器，增加了重力控制功能。还有一个冲刺按键，好像《速度与激情》中向气缸注入一氧化二氮那样高速冲5秒，小孩一起玩几辆车比赛就更有意思了。

2、IPad版MakeBlock HD。这个软件可以用蓝牙连接mBot，读取传感器状态与数据，控制电机、LED灯的工作状态。既可以用来循序渐进地教学，又可以用来分步调试程序，检测各模块是否正常工作。下图为笔者在IPad上设置三色LED灯色彩组合后，mBot的显示状态。

此外，还有比较详细的帮助说明，可以全面了解mBot系统，如下图。

3、IPad版mBlockly。这是一个类似Scratch的儿童图形编程软件，可以通过蓝牙连接控制mBot。由于小车会走，与PC端软件相比，拿着平板去追更方便。而且似乎不需要向mCore主板中写入程序，就直接在遥控车程序的手动状态下执行。自带有彩灯等演示程序。

我们看过Makeblock论坛后，发现有爱好者用mBot做了一个两轮平衡车。不用陀螺仪、步进电机，仅靠检测超声波探头到地面的距离就能保持平衡！我们也想学着试一下。笔者负责硬件改造，调整好零件位置，能够做到小车重心大致在车轴上方，略往前倾就向前倒，略往后倾就往后倒。如下图所示。

听笔者讲过惯性和加速度原理后，小孩根据在公共汽车上起步和刹车的感觉，“写”了这个程序。

本想录个视频，做成平衡车跑起来多拉风。然而，机器人完全立不住。 用手向前向后推mBot，确实能感到速度变化，但反应太慢了，甚至能看清光标在不同程序行之间来回跳。AVR单片机的速度不可能这样啊！笔者估计因为在遥控车程序的手动模式下有delay（）语句。另外，这个超声波探头只有3个电极，其中的sig信号端估计相当于echo，但是没有trigger端触发，很可能被设计成自动定时触发。只是周期偏长，可能在1秒以上，用来避障够用，保持平衡就慢点了。虽然试验不成功，但孩子从试错中学习，了解原理，也是很有收获的。

由于尝试不同程序后，初始程序始终没有被擦除，由此判断mBlockly应该是个遥控器手动功能的外壳，通过蓝牙实现联机程序调试。

4、PC版mBlock。这是一个可擦写mCore存储器的图形化编程工具，同时也是一个教学平台，能够演示一些程序的执行效果。笔者初步学习了一下，按照同时打开的Arduino窗口对照，大致明白mBot主程序块相当于调用相关库。setup（）项下内容放在重复执行外，loop（）项下内容放在重复执行内。虽然看起来拖动图块很容易，但具体功能选项很多，且需要一定基础。小孩操作了几次，也没怎么学会。要从编程基础学起，估计开一个学期的课程差不多。

虽然感觉软件的人机工程界面非常友好，但Arduino本身也是为非计算机专业用户设计的，并不难用。笔者体会如果编较长的程序，Arduino IDE平台下看起来需要输入的语句很多，但拷贝剪贴，调用子程序等方法也较为省事。而编短程序时，图形化工具比Arduino IDE优势不算明显。如果这个软件是为C51设计的，一个图块并不是仅对应一条语句，有很多后台适配工作，能发挥的作用就非常大了。对儿童来说，如果有兴趣学，远在没有图形用户界面的年代，用AppleII学BASIC也不算难。在Arduino平台下拖图块比敲字符不能说有质的提升。

但是如果直接用Arduino IDE编程，mCore主板的很多接口都已使用并定义，在没有说明文档的情况下，只能用程序对照的方法试，比较麻烦。图中可见有若干传感器、蜂鸣器、LED、开关、电机等使用了Uno的大部分I/O口，剩下的只有9~12四个数字口与A0~A3四个模拟口，扩展能力不足。最好加一个I/O接口对照表，说明哪些空余，哪些已用，分别对应什么输入输出设备，用Arduino IDE编程时可以直接参考。

综上所述，笔者认为mBot在教育教学方面是下了一些功夫的，但是还不完美。辅导资料，说明文档都不够系统。这个观点在众测临近截稿前得到了修正，值得买又寄送了厂商补发的《小创客玩转机器人》资料、中文说明书和锂电池，如下图所示。

这本书相当于mBot的详细教材，既包括安装设置说明，又通过14个教学程序由浅入深地设定学习目标，介绍电子模块和知识要点，提出编程思路，并有实例拓展启发孩子思考。配合mBot使用，就像一套单片机学习板和教材，只是更简单一些，适合儿童使用。在编程界面上，现在小学普遍重视英语教育，简单的英文命令行不会构成学习瓶颈，与将来对接还会容易些，难点在程序设计思路上。

通过孩子组装和学习的过程，笔者感觉mBot的机电部分难度设定偏低，编程部分难度设定偏高，并没有发挥出MakeBlock的精华优势——工程积木构造。

五、兼谈MakeBlock系统

从MakeBlock的网站上看到很多富有创意的产品，支持其架构的则是这种带螺槽，可任意定位的铝合金支撑梁系统，如下图（引自该公司网站）。

这套方案可以在业余条件下，使用强度高的铝合金完成精密构架设计与组装。对儿童来说，编程序偏于抽象，而装机械更加直观，符合这个年龄段的思维特点。例如，在mBOT中附带几根支撑梁，就可以改变传感器位置，让孩子试试改变循线探头与驱动轮的距离，怎样能提高循线精度？大家都了解，写一行程序动动键盘，做一个电路动动烙铁，相对机械加工的难度不可同日而语。而MakeBlock的方案正好解决了这个难题，与竞争品类形成了较大区别。最好在教育产品中多发挥这种优势，令人遗憾的是在mBot中还看不到这一点。

与MakeBlock类似的产品是德国Fischer technik公司的六向燕尾槽组装技术，也可以实现精密定位连接，如下图。

其市场定位与MakeBlock也差不多，用在教育、工业模型等方面，由于精度高，二者都属于工程积木产品。下图是Fischer technik积木搭建的立体仓库模型。

与类似产品对比，笔者感觉市场对MakeBlock的需求是这类能够充分发挥想象力的机械零件组合包，在合理的价格体系下是一片蓝海。而mBot进入的是竞争较为激烈的智能小车红海，功能近似的情况下会直接面临以价格为核心比选。如果为扩大教育市场份额，不如改用那个价格高一点（7百多）的履带底盘机器人，由于对精度要求高，这类产品即使在淘宝上也保持偏高的溢价水平。

最后，笔者认为教育产品价值最高的部分就是教学效果。如果通过组装、编程，能够让孩子了解、掌握一项技术，增加创造创新能力，这是无法用几百元售价衡量的。从附加价值上看，目前厂商提供的还是有所不足。建议聘请讲师，录制十几节针对儿童的Arduino编程课程；进一步丰富mBot的扩展玩法，做成光盘提供给消费者。虽然边际成本很低，却能大幅提升消费者的感知价值。