産品特色
編輯推薦
樂高機器人是智能玩具。幾年前剛開始聽說樂高積木時,我隻是片麵地認為它是一種兒童拼接的積木玩具而已,特色不過是提供的積木基本組件的樣式和顔色比 較豐富罷瞭。等看到我孩子的幾個同學在擺弄樂高智能機器人時,我的看法被顛覆瞭,原來有這麼好玩的智能玩具,它不是積木拼接玩具,更不是沒有智能的被動遙控玩具——更準確地說,樂高機器人可以讓孩子們根據自己想象組裝機器人,再根據自己的意願進行編程,讓樂高機器人具有自身的智能控製能力。讓孩子從小學會動手能力和邏輯思維非常重要。我本人是學計算機科學專業背景齣來的,也曾經在英特爾( Intel ) 公司工作長達16 年之多,對計算機和各種智能設備的軟硬件應用和開發都很熟悉。因為自己從初中二年級就開始接觸計算機程序設計,深知從小培養孩子動手能力和嚴謹的邏輯思維非常重要,越早越好,這種能力會影響人的一生。但是,一直睏擾我的一個問題是:如何讓孩子在玩樂中就培養動手能力和訓練邏輯思維?現在的孩子即便是小學生,使用計算機和智能設備根本不是問題。但是如何讓他們更早地學習計算機這類樂高EV3 機器人自造實戰|從原理、組裝、程序到控製全攻略智能設備的基本概念和培養程序設計的邏輯思維呢?如果按傳統的方式學習,他們需要先學習計算機基本理論,接著要瞭解電子電路、數字邏輯和微處理器,然後學習一種程序設計語言開始編寫程序。這些東西對於他們來說不但深難懂,而且枯燥乏味。怎麼辦?樂高機器人給瞭我答案。樂高機器人不但是玩具還是智能可編程的機器人,和孩子一起學一起玩。拿到繁體版的這本書準備改編時,我就被本書的內容和結構吸引住瞭,因為它是一本圖文並茂,結構清晰而且敘述簡單明瞭的樂高機器人“寶典”,特彆適閤於沒有任何計算機基礎知識的孩子們,年齡可以是從小學生到高中生,甚至適閤於童心未泯的大學生,隻要你會玩積木而且對智能機器人感興趣就可以輕鬆上手。當然一樣適閤像我這樣的傢長,因為我一直在想怎麼教我的孩子,我可以教大學生計算機課程(以前當過大學老師),但是怎麼教我的還是小學生的孩子提高動手能力和通過編程訓練邏輯思維呢?現在有答案瞭:和孩子一起組裝樂高機器人、再編程控製和測試它,1後“玩樂其中”。 閱讀本書的提示: 1. 本書介紹的是樂高1新的第三代機器人(EV3)。電子電路部分包括 EV3 主機,大中型馬達,各種傳感器等;機械結構部分包括各種積木,幾種規格的齒輪和滑輪,以及各種大小的輪胎和履帶等。 2. 本書邏輯上分成三個部分。一部分:第 1 章和第 2 章以圖片為主介紹瞭樂高積木和機械組裝及其動力原理。 第二部分:第 3 章和第 4 章介紹瞭樂高機器人的 EV3 主機開發環境和 EV3-G積木程序開發環境。學習在 EV3-G 中以積木編程的方式來控製 EV3 樂高機器人進行各種動作,以可視直覺的方式讓學生掌握編寫程序的原理。同時圖片在各個章節的介紹中細緻到每一個重點。第三部分:第 5 ~ 11 章詳細介紹瞭從簡單到復雜,動手組裝各種樂高機器人,再編寫智能控製程序控製它和測試它們,讓它們活靈活現地動起來。這些機器人,從樂高機器人基本車,帶觸碰傳感器的碰碰車,帶光綫傳感器的太陽能車和蟑螂車,聲控機器人,用光綫傳感器來循跡的機器人,走迷宮的機器人,遙控履帶型坦剋車、遙控樂高賽車以及雙馬達打陀螺等一係列機器人幾乎包羅萬象。豐富的高清晰圖片把每個步驟無一遺漏地展示給讀者。
內容簡介
本書圖文並茂地介紹瞭樂高 (Lego) *新的第三代機器人(EV3)的組裝、編程控製、測試以及如何操控,是一本結構清晰而且敘述簡單明瞭的樂高機器人“寶典”級教材。 全書共分三大部分。**部分以圖片為主介紹瞭樂高積木和機械組裝及其動力原理;第二部分以豐富的插圖介紹瞭樂高機EV3 主機開發環境和 EV3-G 積木程序開發環境;第三部分詳細介紹瞭從簡單到復雜,動手組裝各種樂高機器人,再編寫智能控製程序控製它們和測試它們,讓它們活靈活現地動起來。一係列機器人幾乎包羅萬象,豐富的高清晰圖片把每個步驟無一遺漏地展示給讀者。 本書特彆適閤於沒有任何計算機基礎知識的讀者,年齡可以是從小學生到高中生,甚至適閤於童心未泯的大學生,隻要你會玩積木而且對智能機器人感興趣就可以輕鬆上手。
內頁插圖
目錄
01 樂高機器人
1-1 什麼是機器人……………………………………………………………………… 2
1-2 機器人的運用…………………………………………………………………… 4
1-3 EV3 樂高機器人………………………………………………………………… 9
1-4 EV3 樂高機器人套件………………………………………………………… 10
1-5 積木與橫杆…………………………………………………………………… 13
1-5-1 方塊積木 (Brick) ………………………………………………………… 13
1-5-2 平闆積木 (Plate) ………………………………………………………… 14
1-5-3 圓孔平闆積木(Technic Plate)………………………………………… 16
1-5-4 凸點橫杆(Technic Brick)……………………………………………… 17
1-5-5 橫杆 (Technic Beam or Technic Liftarm Thick)………………………… 18
1-5-6 框架 (Frame) ……………………………………………………………… 20
1-6 連接器 (Connector) …………………………………………………………… 21
1-6-1 十字軸 (Technic Axle) …………………………………………………… 21
1-6-2 套環 (Technic Bush) ……………………………………………………… 23
1-6-3 插銷 (Bolt,Pin) ………………………………………………………… 23
1-6-4 各種連接器 (Connector) ………………………………………………… 25
02 樂高的動力機械原理與實踐
2-1 動力機械的原理……………………………………………………………… 32
2-1-1 正齒輪…………………………………………………………………… 34
2-1-2 冠狀齒輪………………………………………………………………… 37
2-1-3 傘(斜)狀與雙麵斜齒輪……………………………………………… 39
2-1-4 蝸輪……………………………………………………………………… 40
2-1-5 齒條……………………………………………………………………… 42
2-2 動力機械傳遞動力的方式…………………………………………………… 43
2-2-1 利用“傳動軸”來傳遞動力…………………………………………… 43
2-2-2 利用“皮帶”來傳遞動力……………………………………………… 45
2-2-3 利用“鏈條”來傳遞動力……………………………………………… 47
2-2-4 利用“履帶”來傳遞動力……………………………………………… 48
2-3 製作“打陀螺”結構………………………………………………………… 50
2-4 製作“前輪驅動車”結構…………………………………………………… 55
2-5 製作“四輪驅動車”結構…………………………………………………… 69
03 EV3 主機的程序開發環境
3-1 EV3 樂高機器人的程序設計流程…………………………………………… 85
3-2 組裝一颱樂高機器人………………………………………………………… 87
3-2-1 EV3 主機的電池………………………………………………………… 87
3-2-2 EV3 主機的硬件組件和功能菜單……………………………………… 89
3-2-3 EV3 主機加裝傳感器…………………………………………………… 93
3-2-4 EV3 主機加裝伺服馬達………………………………………………… 100
3-2-5 在EV3 主機上設置藍牙連接…………………………………………… 101
3-2-6 在EV3 主機上設置相關參數和管理文件……………………………… 102
3-3 在 EV3 主機中編寫簡易的控製程序………………………………………… 104
3-3-1 編寫第一個 EV3 主機程序……………………………………………… 105
3-3-2 保存/讀取 EV3 主機程序……………………………………………… 112
04 EV3-G 積木程序的開發環境
4-1 什麼是 EV3-G 積木程序……………………………………………………… 117
4-2 EV3-G 積木編程軟件的獲得和安裝………………………………………… 118
4-2-1 EV3-G 積木編程軟件的獲得…………………………………………… 118
4-2-2 EV3-G 積木編程軟件的安裝…………………………………………… 119
4-3 EV3-G 積木編程軟件的開發環境…………………………………………… 120
4-3-1 EV3 的常用工具欄……………………………………………………… 122
4-3-2 積木編程模塊組件庫…………………………………………………… 127
4-3-3 積木程序設計區………………………………………………………… 143
4-3-4 主機控製區……………………………………………………………… 144
4-4 編寫第一個 EV3-G 積木程序………………………………………………… 148
05 基本車與碰碰車機器人
5-1 觸碰傳感器的認識…………………………………………………………… 153
5-2 雙馬達驅動機器人(基本車)………………………………………………… 156
5-2-1“組裝”基本車…………………………………………………………… 157
5-2-2“編寫程序”讓基本車動起來…………………………………………… 163
5-3 碰碰車機器人 ( 觸碰傳感器) ………………………………………………… 172
5-3-1 “組裝”碰碰車機器人…………………………………………………… 173
5-3-2“編寫程序”來玩碰碰車………………………………………………… 175
5-4 高級版的碰碰車機器人……………………………………………………… 180
5-4-1“組裝”高級版的碰碰車………………………………………………… 180
5-4-2 “編寫程序”來玩高級版的碰碰車……………………………………… 186
06 太陽能與蟑螂車以及聲控車機器人
6-1 認識顔色傳感器……………………………………………………………… 190
6-2 太陽能與蟑螂車機器人……………………………………………………… 194
6-2-1“組裝”太陽能車機器人………………………………………………… 194
6-2-2 “編寫程序”來玩太陽能車……………………………………………… 197
6-2-3 “編寫程序”來玩蟑螂車………………………………………………… 199
6-3 認識聲音傳感器……………………………………………………………… 201
6-4 聲控車機器人(聲音傳感器)………………………………………………… 204
6-4-1“組裝”聲控車機器人…………………………………………………… 204
6-4-2“編寫程序”來玩聲控車………………………………………………… 206
07 軌跡車機器人
7-1 循跡機器人的應用…………………………………………………………… 211
7-2 循跡機器人的控製方法……………………………………………………… 212
7-2-1 Z 字形循跡法…………………………………………………………… 213
7-2-2 三段循跡法……………………………………………………………… 214
7-2-3 比例控製法……………………………………………………………… 215
7-3 製作“單光感”循跡機器人………………………………………………… 216
7-3-1“組裝”單光循跡機器人………………………………………………… 217
7-3-2“編寫程序”來玩“單光感”軌跡機器人……………………………… 220
7-4 製作“雙光感”循跡機器人………………………………………………… 223
7-4-1 組裝單光感循跡機器人………………………………………………… 225
7-4-2 編寫程序來玩“雙光感”循跡車機器人 ……………………………… 229
08 走迷宮的機器人(超聲波傳感器)
8-1 認識超聲波傳感器 …………………………………………………………… 231
8-2 製作走迷宮的機器人 ………………………………………………………… 234
8-2-1 組裝走迷宮的機器人 …………………………………………………… 234
8-2-2 編寫程序來玩“走迷宮機器人” ………………………………………… 237
09 單馬達驅動機器人
9-1 單馬達驅動機器人介紹 ………………………………………………………… 240
9-2 組裝單馬達驅動機器人 ……………………………………………………… 240
9-3 “編寫程序”來驅動“單馬達”機器人 ……………………………………… 246
10 遙控履帶型坦剋車
10-1 履帶型坦剋車 ( 基本車 ) ……………………………………………………… 249
10-1-1 “ 組裝”履帶型坦剋車(基本車) ……………………………………… 249
10-1-2 “ 編寫程序”讓履帶型坦剋車動起來 ………………………………… 262
10-2 履帶型坦剋車 ( 加觸碰傳感器 ) …………………………………………… 266
10-3 履帶型坦剋車 ( 加顔色傳感器 ) …………………………………………… 269
10-4 履帶型坦剋車(加超聲波傳感器) ………………………………………… 272
10-5 履帶型坦剋車 ( 完整版 ) …………………………………………………… 276
10-6 遙控履帶型坦剋車 …………………………………………………………… 277
10-6-1 認識紅外綫傳感器 ……………………………………………………… 278
10-6-2 組裝“紅外綫傳感器” ………………………………………………… 279
10-6-3 編寫“遙控履帶型坦剋車”程序 ……………………………………… 280
11 遙控樂高賽車
11-1 組裝樂高賽車 ………………………………………………………………… 282
11-2 組裝紅外綫傳感器 …………………………………………………………… 309
11-3 編寫“遙控樂高賽車”程序 ………………………………………………… 312
12 雙馬達打陀螺機
12-1 雙馬達打陀螺機介紹 ………………………………………………………… 316
12-2 組裝雙馬達打陀螺機 ………………………………………………………… 317
12-3 “編寫程序”來自動打陀螺 ………………………………………………… 329
前言/序言
樂高EV3機器人自造實戰:開啓你的創造之旅 在這個充滿無限可能的時代,科技不再是遙不可及的象牙塔,而是觸手可及的創造工具。樂高EV3機器人,便是開啓這場創造之旅的鑰匙,它集科學、技術、工程、藝術和數學(STEAM)於一體,讓每一個年齡段的愛好者都能在玩樂中學習,在實踐中成長。本書《樂高EV3機器人自造實戰:從原理、組裝、程序到控製全攻略》正是為每一個渴望親手打造屬於自己獨特機器人的你量身打造的終極指南。 不僅僅是拼搭:深入理解EV3的核心奧秘 本書並非僅僅停留在機械拼搭的層麵,我們更注重帶你深入理解樂高EV3的核心運作原理。從EV3智能磚塊的強大處理能力、傳感器捕捉的豐富信息,到執行器執行的精確指令,我們將一層層剝開EV3的神秘麵紗。 智能磚塊的智慧: 我們將詳細解析EV3智能磚塊的硬件構成,包括處理器、內存、通信模塊(藍牙、Wi-Fi)以及供電係統。你將瞭解到它是如何作為機器人的“大腦”,接收傳感器數據,運行程序,並最終控製機器人的行為。我們將深入淺齣地介紹其內部的操作係統,以及如何通過不同的接口連接各種模塊。 感官世界的奧秘: 機器人與世界的互動離不開傳感器。本書將詳盡介紹EV3提供的各類傳感器,包括: 顔色傳感器: 不僅能識彆顔色,更能探測光綫強度。我們將講解其工作原理,以及如何利用它實現循跡、避障、識彆顔色標記等功能。 超聲波傳感器: 測量距離,是實現避障、測量物體距離的利器。我們將揭示其聲波探測原理,並展示如何通過它構建一個能夠自主導航的機器人。 陀螺儀傳感器: 測量角度和鏇轉速度,是實現平衡、轉嚮、精準定位的關鍵。你將學習如何利用它實現復雜的運動控製。 觸摸傳感器: 簡單的碰撞檢測,卻能實現復雜的交互。我們將演示如何用它來觸發事件,實現人機互動。 紅外綫傳感器: 配閤紅外綫遙控器,實現遠程控製。 通過對這些傳感器的深入理解,你將能為你的機器人賦予“感知”世界的能力,讓它能夠對周圍環境做齣智能響應。 力量的傳遞:執行器的工作原理: 機器人之所以能夠行動,離不開執行器。本書將詳細介紹EV3中的各類馬達: 大型馬達: 提供強大的扭矩,適閤驅動車輪、手臂等需要較大力量的部件。我們將講解其內部齒輪傳動結構,以及如何精確控製其轉速和方嚮。 中型馬達: 更加靈活,適閤實現精細的動作,如抓取、升降等。 伺服馬達(部分套裝): 允許進行角度控製,實現更精準的定位。 你將學習到如何優化馬達的安裝角度、齒輪比,以達到最佳的運動效果,讓你的機器人行動自如。 從藍圖到實體:精妙的組裝技巧 本書不僅僅停留在理論層麵,更將帶領你一步步完成機器人的組裝。我們提供多種經典的機器人模型,從基礎的循跡小車,到更復雜的機械臂,再到能夠參與各種挑戰賽的機器人。 模塊化設計理念: 樂高EV3的核心優勢在於其模塊化設計。我們將詳細講解各種連接件、齒輪、梁、軸等基本組件的特性和用途,以及它們如何巧妙地組閤在一起,形成穩固而靈活的結構。 結構力學與穩定性: 機器人能否穩定運行,很大程度上取決於其結構。本書將為你提供關於如何加固連接、優化重心、設計傳動係統等方麵的實用建議,確保你的機器人能夠承受各種環境下的挑戰。 循序漸進的搭建流程: 針對不同的機器人模型,我們將提供清晰、圖文並茂的搭建步驟。無論你是初學者還是有一定經驗的玩傢,都能輕鬆跟隨。我們將強調在搭建過程中注意細節,理解每個連接和結構所起到的作用。 創意無限的變形與升級: 在掌握瞭基礎模型的搭建後,本書將鼓勵你發揮創意,對現有模型進行改造和升級。你將學習如何根據自己的需求,調整機器人結構,增加功能,例如: 改進車輪係統: 嘗試不同的車輪組閤,以應對不同的地形。 設計更靈活的機械臂: 增加更多的自由度,實現更復雜的抓取動作。 集成更多傳感器: 讓機器人擁有更全麵的感知能力。 優化重心和穩定性: 提升機器人在高速運動或崎嶇路麵上的錶現。 代碼的魔法:程序設計與邏輯構建 硬件的強大需要軟件的支撐。本書將帶你走進EV3的編程世界,從零開始掌握機器人的程序設計。 圖形化編程的魅力: 對於初學者,我們將重點介紹EV3配套的圖形化編程軟件。這種拖拽式的編程方式,將復雜的代碼指令轉化為直觀的圖標,讓編程變得輕鬆有趣。你將學習到如何使用: 動作模塊: 控製馬達的啓動、停止、轉嚮、速度等。 流程控製模塊: 實現順序執行、循環、條件判斷等邏輯。 傳感器模塊: 讀取傳感器數據,並根據數據做齣響應。 數據操作模塊: 存儲、處理和顯示數據。 通信模塊: 實現與其他設備的通信。 通過這些模塊的組閤,你將能夠為你的機器人編寫齣各式各樣的行為程序。 進階編程技巧: 隨著你對編程的深入,本書還將介紹更高級的編程概念,幫助你編寫齣更智能、更復雜的程序。例如: 變量與函數: 提高代碼的復用性和可讀性。 狀態機: 構建更復雜的機器人行為模式。 PID控製: 實現更精確的運動控製,例如精準的循跡和平衡。 多綫程編程(如果軟件支持): 實現同時執行多個任務。 項目驅動的學習: 我們將提供一係列具有挑戰性的編程項目,讓你在實踐中掌握編程技巧。例如: 自動尋寶機器人: 利用傳感器找到隱藏的“寶藏”。 迷宮探索者: 讓機器人自主找到走齣迷宮的路徑。 遙控賽車: 通過藍牙或Wi-Fi遠程控製機器人。 智能分類機器人: 根據顔色或大小對物品進行分類。 調試與優化: 編寫程序並非一蹴而就,調試和優化是必不可少的環節。本書將為你提供實用的調試技巧,幫助你快速定位和解決程序中的錯誤,並不斷優化程序的效率和性能。 控製的藝術:人機交互與遠程操控 本書將不僅僅滿足於讓機器人自主運行,更將引導你探索機器人與人類的互動,以及實現遠程控製的樂趣。 用戶界麵的設計: 學習如何利用EV3軟件的屏幕和按鍵,為你的機器人設計直觀的用戶界麵,讓使用者能夠方便地進行設置和操作。 藍牙與Wi-Fi通信: 掌握如何利用EV3的通信模塊,實現與電腦、平闆電腦、手機等設備的無綫連接。你將學會編寫程序,通過這些設備發送指令,接收傳感器數據,實現真正的遠程操控。 定製遙控器: 探索如何使用第三方應用或自行編寫程序,為你的機器人創建一個專屬的遙控器,實現更個性化的控製體驗。 語音控製與圖像識彆(如果硬件支持或配閤外部設備): 展望更高級的控製方式,例如嘗試通過語音指令控製機器人,或者利用攝像頭進行簡單的圖像識彆,實現更智能的交互。 超越比賽:創新與應用 本書的最終目標是激發你的創新潛能,讓你將所學知識應用於更廣泛的領域。 解決實際問題: 思考如何利用EV3機器人來解決生活中的實際問題,例如設計一個自動澆花機器人,或者一個簡單的分揀裝置。 參與機器人挑戰賽: 為你提供參加各類機器人比賽的思路和準備建議,讓你有機會與其他愛好者交流學習,體驗競技的樂趣。 STEAM教育的實踐: 如果你是一名教育工作者或傢長,本書將為你提供豐富的教學資源和方法,幫助你在STEAM教育領域開展相關的教學活動。 未來的展望: 探討機器人技術未來的發展趨勢,以及EV3作為STEAM教育工具的重要意義,鼓勵你保持學習的熱情,不斷探索。 《樂高EV3機器人自造實戰:從原理、組裝、程序到控製全攻略》是一本集知識性、實踐性和趣味性於一體的綜閤性指南。它將帶你穿越機械的嚴謹、代碼的邏輯、以及控製的藝術,最終點燃你內心的創造火花。無論你是初入機器人世界的學生,還是渴望拓展技能的愛好者,亦或是尋求創新教育方式的教師,這本書都將是你不可或缺的夥伴。準備好,讓我們一起,用樂高EV3,建造屬於你的未來!