教你學會樂高機器人4 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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洪文一，許耀銘 著

图书标签:

• 乐高机器人
• STEM教育
• 机器人编程
• 青少年科技
• 动手实践
• 乐高
• 教育
• 机器人
• 编程入门
• 创意设计

出版社： 旗林

ISBN：9789866655630

商品编码：16040261

出版时间：2009-12-01

页数：192

正文语种：繁體中文

内容简介

書中以科學為藍本，藉由動手實作來學習如何思考研究、程式編寫創造發明、溝通互動及實際操作等過程，來達到多元智能的發展。

本書藉著圖解易懂的方式，讓學習者可以快速的增強空間思辨及立體創意的能力，同時藉著系統化及模組化的組裝過程，直接訓練了學習者面對未來科技的系統化思維模式及模組化建構能力。

總體來說，將機械邏輯寓教於機器人創作遊戲是一個值得推薦的舉動，對於學生的想像力及邏輯推理的培養都將有很大的幫助，對於我們社會的未來主人翁面對世界的科技競爭也極具正面的意義。

多元智能的發展與全方位的學習，是二十一世紀競爭力的指標，讓我們給孩子一個不同的學習經驗，陪他們一起進入科學的殿堂，與世界同步，和科學共舞。

前言/序言

科技启蒙与编程思维的基石：深入探索机器人世界 本书旨在为广大的科技爱好者、教育工作者以及希望培养孩子未来技能的家长们，提供一套全面、系统且极具实践性的机器人技术入门指南。我们聚焦于当前最前沿的机器人教育理念和动手实践的乐趣，旨在帮助读者建立起坚实的科技基础，并激发他们探索复杂系统的无限热情。 本书内容深度涵盖了从基础机械结构搭建到复杂逻辑编程的完整路径，绝非仅仅停留在简单的模型组装层面。我们力求通过引人入胜的项目案例，将抽象的理论知识转化为触手可及的实践成果。 第一部分：理解机器的“骨骼”与“肌肉”——机械结构基础与动力系统解析 本部分是构建任何复杂机器人的基石。我们不会空泛地介绍“齿轮”或“梁”，而是深入探讨不同机械元件在实际应用中的性能考量和优化策略。 1. 结构件的精妙运用与承重力学： 我们将详细剖析各种梁（Beam）、销（Pin）、连接件（Connector）在构建框架时的受力分析。例如，如何设计一个能够承受自身重量并稳定移动的底盘？书中会提供具体的应力分布图示和结构加强的“秘籍”，区分承重型结构与轻量化结构的设计思路。我们会对比方形框架、三角形支撑和桁架结构在抗扭曲性和稳定性上的优劣，并指导读者如何根据任务需求（如负重搬运或高速移动）选择最佳的结构布局。 2. 动力传输的艺术：齿轮传动系统深度解析： 齿轮是机器人的“心脏”。本书将超越基础的“大齿轮带动小齿轮”的描述。我们会详细讲解齿轮比（Gear Ratio）的精确计算及其对扭矩（Torque）和速度（Speed）的决定性影响。 无级变速的可能性探索： 如何通过巧妙的组合（如复合齿轮组）实现近似无级变速的效果，以应对不同地形的阻力变化。 蜗轮蜗杆与差速器： 这两个高级机构在差速转向、精确对位中的关键作用将被单独成章剖析。读者将学会如何利用差速器实现“原地转向”或“平稳转弯”，而非简单的驱动轮独立控制。 摩擦与效率： 探讨润滑剂、轴承选择对系统效率的影响，优化传动链的损耗。 3. 执行器的选择与驱动原理： 电机是机器人的“肌肉”。我们专注于分析伺服电机（Servo Motor）与直流减速电机（DC Geared Motor）在应用场景中的适用性。 脉冲宽度调制（PWM）的精细控制： 详细说明如何通过精确调整PWM信号的占空比，实现对电机速度的线性、平滑控制，避免传统“启停式”控制带来的震动。 反馈机制的引入： 介绍编码器（Encoder）的基本工作原理，以及如何利用编码器数据实现开环与闭环控制的初步概念，确保机器人在负载变化时仍能保持设定的速度或位置。 第二部分：赋予“生命”——传感器的感知世界与数据处理 一个真正智能的机器人必须能够感知周围环境。本部分将带领读者超越简单的“避障”范畴，进入到环境数据的采集、过滤和决策制定的复杂领域。 1. 视觉与距离的精确测量： 超声波与红外测距的局限性与校准： 不仅教如何连接传感器，更重要的是教会读者如何对环境因素（如环境光、目标材质）进行修正，以获得接近真实的距离数据。我们将提供实际的校准表格和修正算法的伪代码。 色彩识别与循迹的哲学： 探讨高反射率与低反射率材料对光线传感器反馈的影响。如何通过多点采样和阈值动态调整，实现对复杂地面图案（如非标准黑线）的稳定识别。 2. 惯性测量单元（IMU）的应用深度挖掘： 陀螺仪和加速度计是实现姿态稳定的关键。我们将深入讲解如何使用卡尔曼滤波（Kalman Filter）的基础思想（无需复杂的数学推导，侧重应用逻辑），来融合加速度计的短期准确性和陀螺仪的长期稳定性，从而获得机器人的准确俯仰角和侧倾角。这对于设计需要精确平衡或进行坡道攀爬的机器人至关重要。 3. 数据的数字化与预处理： 原始传感器数据往往是“嘈杂”的。本部分将引入数字信号处理的概念： 移动平均滤波（Moving Average Filter）： 如何通过计算连续数据的平均值来平滑波动，提升决策的稳定性。 异常值检测： 识别并剔除因环境瞬时干扰（如强光反射）导致的错误读数。 第三部分：机器人的“大脑”——结构化编程与逻辑思维的构建 本书的核心在于培养读者的编程逻辑能力，使其能够将现实世界的问题转化为可执行的程序指令。我们强调的是“结构化编程”和“模块化设计”，而非简单的指令堆砌。 1. 流程控制的艺术：状态机（State Machine）的构建： 对于任何执行多步骤任务的机器人（如“搜索-识别-抓取-放置”），传统的线性代码是难以维护的。我们将详细演示如何使用状态机模型来管理机器人的行为： 定义清晰的状态（States）： 例如“待命”、“巡航”、“避障中”、“任务完成”。 明确的转换条件（Transitions）： 什么样的传感器输入或时间计数器触发状态的切换。 模块化函数的封装： 确保每个状态下的代码都是独立、可测试的子程序。 2. 循环与决策树的优化： 如何设计高效的搜索算法？我们将比较广度优先搜索（BFS）与深度优先搜索（DFS）在有限空间内路径探索的效率差异。对于避障逻辑，我们将设计一个包含多重判断优先级的决策树，确保机器人能在紧急情况下迅速做出最安全的反应。 3. 任务分解与并行处理思维的萌芽： 教会读者如何将一个复杂的宏大目标（如“完成一次障碍越野赛”）分解成若干个可独立完成的微小任务（如“直线行驶0.5米”、“向左转90度”、“检查前路障碍”）。这种自上而下的设计方法是开发复杂自主系统的基础。 第四部分：实践进阶与故障排除的高级策略 理论最终要服务于实践。本部分专注于解决实际搭建和编程中经常遇到的“疑难杂症”，并将视野拓宽到系统集成和优化。 1. 电子元件的“电学常识”与电源管理： 电流与电压的匹配： 避免因电压不匹配烧毁驱动板或因电流不足导致电机无力。我们将提供一个简易的“功率预算表”模板。 抗干扰设计的实践： 探讨如何通过地线布局、电容滤波来减少电机启动或运行时产生的电磁干扰对控制芯片通信的影响。 2. 调试的系统性方法论： 当机器人行为异常时，如何高效定位问题？我们引入“排除法”和“隔离法”的调试策略： 分层测试： 先测试机械结构是否稳定，再测试单个电机驱动是否正常，最后集成传感器和程序逻辑。 日志记录的重要性： 强调在程序中加入详细的“诊断输出”功能，记录关键变量在特定时间点的值，以便事后回溯分析错误发生的原因。 3. 性能优化与系统扩展： 本书结尾部分将探讨如何提升机器人的响应速度和能耗效率。例如，通过使用更轻的材料、优化运动轨迹以减少不必要的加减速，以及如何在不增加硬件成本的前提下，通过更智能的软件算法提升系统的整体表现。 通过学习本书，读者将不仅掌握一套操作工具，更重要的是，将建立起一套完整的、面向工程实践的系统思维框架，为未来深入研究人工智能、自动化乃至更高级的机电一体化打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我之前一直以为，机器人这种东西，是属于科学家、工程师那种高高在上的领域，跟我这样的普通人是完全没有关系的。直到我偶然间翻开了《教你学会乐高机器人4》，我才意识到，原来，机器人离我们并没有那么遥远，甚至，它还能以一种如此有趣、如此富有启发性的方式呈现在我们面前。 这本书的魅力，首先体现在它那“零门槛”的起点。我完全是一个乐高机器人界的“小白”，对各种零件、各种编程概念都一无所知。但这本书，它就像一位极其耐心的老师，从最基础的螺丝、梁、轴开始讲起，然后逐步引入传感器、电机、控制器等核心部件。它的讲解方式非常讲究逻辑性，让你能够清晰地理解每一个部件的功能，以及它们是如何协同工作的。我特别喜欢它在介绍传感器时，会用一些生活中常见的例子，比如把颜色传感器比作我们的眼睛，把超声波传感器比作蝙蝠的声纳。这种贴近生活的比喻，让我能够迅速建立起对这些抽象概念的直观理解。 更让我觉得不可思议的是，这本书将“搭建”与“编程”这两大看似独立的环节，完美地融合在了一起。它不是让你先搭建好一个“空壳”，然后再去写一堆看不懂的代码。而是让你在搭建的过程中，就开始思考如何引入传感器、如何连接电机，并在搭建完成后，立刻就能用简单的程序来驱动你的作品。我跟着书中一个制作“寻迹小车”的项目，第一次体验到了这种“从无到有”的创造过程。看着那个用乐高积木搭建起来的小车，沿着黑色的轨迹线，稳定地向前行驶，那种满足感，真的无法用言语来形容。 而且，《教你学会乐高机器人4》这本书，它不仅仅是教会你“怎么做”，更重要的是，它在培养你的“解决问题的能力”。在搭建和编程的过程中，你难免会遇到各种各样的问题，比如传感器读数不准确，电机转速不协调，程序出现bug等等。这本书，它并没有回避这些问题，而是非常详细地教你如何一步步去分析原因，如何去调试，如何去修改。它会告诉你，失败并不可怕，关键在于从失败中学习。这种鼓励探索、不怕失败的精神，对于培养一个人的独立思考能力和创新能力，至关重要。 总而言之，《教你学会乐高机器人4》这本书，它不仅仅是一本教人如何搭建乐高机器人的教程，更是一本关于逻辑思维、工程原理和创造力启蒙的宝典。它让我意识到，原来科技学习可以如此有趣，如此充满乐趣。我强烈推荐给任何对机器人、对编程、对创造感兴趣的朋友们，相信我，你一定会从中受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书，真的像是打开了我新世界的大门。我一直觉得乐高就是小孩子玩的，最多也就是拼个城堡、汽车什么的，最多就是好玩。但看了《教你学会乐高机器人4》之后，我才意识到，乐高机器人这东西，完全不是我想象的那么简单。它里面涉及到的知识，简直让我这个成年人都觉得很有挑战性，而且更重要的是，它还能让你在玩中学，在学中玩，这简直太绝了。 我当初买这本书，其实也没报太大希望，就是想给家里的小朋友找点东西打发时间，顺便看看能不能稍微引导一下他对科技的兴趣。结果，我发现自己比他看得还入迷。这本书的写作风格非常独特，不是那种干巴巴的技术手册，而是更像一个经验丰富的老师，带着你一步步去探索。它不会上来就给你一堆复杂的术语，而是从最最基础的传感器原理讲起，比如光线传感器是怎么工作的，触碰传感器又是怎么感应的。这些看似微小的细节，在它这里被拆解得清清楚楚，而且还配上了非常形象的图示，让你一看就能明白。 我特别喜欢它在讲解搭建技巧的部分。很多时候，我们自己玩乐高，总会遇到一些怎么搭都“不稳”或者“不顺畅”的情况。这本书里，它会教你一些非常实用的搭建“套路”，比如如何用交叉梁来增加结构的稳定性，如何利用一些不起眼的连接件来达到意想不到的固定效果。我跟着它做了一个简单的“搬运小车”，以前我搭出来总是晃晃悠悠，这次按照书里的方法，它跑起来特别平稳，我都惊叹于这种细节的力量。它还教你如何考虑机器人的重心，如何让它不容易翻倒，这些都是我以前完全没想过的。 更让我觉得这本书“不一样”的地方在于，它不仅仅是告诉你“怎么做”，更告诉你“为什么这么做”。它会分析不同搭建方案的优缺点，让你理解为什么有些设计更有效率，为什么有些结构更坚固。比如，在讲解驱动系统的时候，它会对比不同齿轮组合对速度和力量的影响，让你明白“大齿轮带小齿轮”和“小齿轮带大齿轮”的区别到底有多大。这种“知其然，更知其所以然”的学习方式，让我觉得收获比单纯的模仿要大得多。 总的来说，《教你学会乐高机器人4》这本书，让我彻底改变了对乐高机器人的看法。它不只是给孩子们看的，对于任何想要了解机器人基础知识，或者想提升自己动手能力和解决问题能力的人来说，这本书都绝对是值得一读的。它把复杂的概念变得简单易懂，把枯燥的理论变得生动有趣，真是一本非常棒的书。

评分☆☆☆☆☆

读《教你学会乐高机器人4》的这几天，简直让我怀疑人生，怀疑我以前是不是活在一个信息隔绝的原始部落里。之前对乐高机器人完全是“只闻其名，不见其形”，感觉就是那些小朋友们玩的高级积木，搭建好之后就能动起来，神奇得很，但具体怎么实现，完全是黑箱操作。这本书，我必须说，它彻底颠覆了我的认知！ 我原本以为，像这种“教你学会”的书，大概率就是一堆枯燥的理论和晦涩的图解，看完估计脑袋瓜子都得炸了。结果，它完全不是！打开第一页，我就被那些清晰、生动，甚至带点幽默感的插图吸引住了。它不是一股脑地把所有东西都丢给你，而是循序渐进，从最基础的原理讲起，就像给一个完全不懂乐高机器人的新手，耐心地拆解每一个齿轮、每一个传感器的工作方式。我印象最深的是它讲到马达驱动的部分，我之前一直觉得就是“通电就转”，这本书里却详细讲解了不同类型马达的特点、如何通过齿轮组实现力量和速度的转换，甚至还提到了如何利用编码器进行精确控制。那一刻，我才真正明白，原来小小的乐高积木里，竟然蕴含着如此丰富的工程学知识。 更让我惊喜的是，这本书并没有止步于理论的讲解，而是花了大量的篇幅去展示如何将这些理论付诸实践。它设计的每一个小项目，都充满了趣味性和挑战性。我记得有一个章节是教如何搭建一个能够自动避障的机器人。我花了整整一个下午的时间，跟着书里的步骤一步步来。一开始，我总是在某个环节卡住，感觉自己笨手笨脚的，但书里提供的详细图示和步骤分解，让我能够冷静下来，一点点去找出问题所在。当我最终看到那个小小的机器人，在我的手中，真的能够灵活地拐弯，避开桌子腿时，那种成就感简直爆棚！这比我小时候搭完积木，只能看着它静止在那里，感觉好太多了。 而且，我特别欣赏这本书的“灵活度”。它不仅仅是提供“照搬照抄”的教程，更多的是在引导你思考。它会提出一些“如果……会怎么样？”的问题，鼓励读者去尝试修改设计，去探索不同的可能性。比如，在搭建一个抓取装置时，它会让你思考，如果想抓取更大更重的物体，应该如何调整齿轮比？如果想让抓取速度更快，又该如何优化结构？这种引导性的提问，让我感觉自己不是在被动地学习，而是在主动地创造。我现在已经开始尝试自己设计一些小功能了，虽然离大神还差得很远，但那种“我可以做到”的信心，正是这本书带给我的。 总而言之，《教你学会乐高机器人4》这本书，真的让我对乐高机器人产生了浓厚的兴趣，甚至可以说是“中毒”了。它不仅教会了我如何搭建，更教会了我如何思考，如何解决问题。我迫不及待地想把学到的东西应用到更多项目中，甚至开始幻想自己以后能设计出更复杂的机器人。这本书，绝对是我近年来阅读过的最实用、最有趣的一本技术类书籍，强烈推荐给所有对机器人、对创造感兴趣的朋友们！

评分☆☆☆☆☆

我之前一直以为，乐高机器人这种东西，要么是给那些天赋异禀的小天才准备的，要么就是纯粹的玩具，玩玩就好。然而，当我拿起《教你学会乐高机器人4》这本书的时候，我才发现，我之前的想法是多么的狭隘。这本书，它不仅仅是关于乐高积木本身，更是一本关于逻辑思维、问题解决和创造力的入门指南。 刚开始阅读这本书，我最直接的感受就是它的“友好”。它没有使用那种让人望而生畏的专业术语，而是用一种非常平易近人的语言，娓娓道来。我特别欣赏它在介绍不同传感器时，会用一些生活中的例子来类比，比如把光线传感器比作我们的眼睛，把触碰传感器比作我们的手。这种接地气的讲解方式，让我一下子就能抓住核心概念，而不是被一堆技术名词吓倒。 这本书的结构设计也非常巧妙。它不像我以前看过的很多技术书籍那样，上来就讲一大堆理论。而是循序渐进，从最简单的搭建模块开始，一步步引导读者去理解更复杂的概念。我记得有一个章节是关于如何让机器人识别颜色，书中给出的例子是搭建一个能够根据不同颜色的积木进行分类的机器人。我按照书里的步骤，一步步去操作，从最初的传感器设置，到后来的程序编写，整个过程都充满了惊喜。当我看到机器人真的能够准确地识别出红、蓝、绿三种颜色，并把它们放到对应的区域时，那种兴奋劲儿，简直无法用言语形容。 而且，《教你学会乐高机器人4》这本书，最让我赞赏的一点是它对“调试”的重视。很多时候，我们搭建好一个模型，它并不能立刻按照我们的意愿工作。这时候，很多人就会感到沮丧。但这本书，它并没有回避这个问题，而是非常坦诚地告诉读者，调试是机器人项目中最重要也是最有趣的部分之一。它会教你如何系统地找出错误，如何一步步排除故障，甚至是如何利用一些小技巧来让调试过程更高效。我跟着它学会了如何用“打印”功能来查看程序运行过程中的数值，这对于我理解程序的逻辑非常有帮助。 我真心觉得，这本书不仅仅是在教人如何搭建乐高机器人，更是在培养一种“科学精神”。它鼓励你去探索，去尝试，去犯错，然后从错误中学习。它让你明白，科技的魅力不在于一蹴而就，而在于不断地尝试和改进。我现在的动手能力和逻辑思维能力，感觉都得到了显著的提升，这都是这本书带给我的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，在拿起《教你学会乐高机器人4》这本书之前，我对乐高机器人的一切，都停留在“小孩玩的玩具”这个非常浅显的认知层面。在我看来，那些花花绿绿的积木，最多就是能拼出一些简单的模型，再怎么折腾，也只是个静态的展示品。但这本书，它像一把钥匙，为我打开了一扇通往全新世界的大门，让我看到了乐高机器人背后蕴藏的无限可能。 这本书最让我印象深刻的是它那种“寓教于乐”的风格。它不像很多技术书籍那样，上来就抛出一堆枯燥的概念和公式，而是通过生动有趣的项目案例，让你在不知不觉中掌握核心知识。我记得其中有一个项目，是教如何制作一个能够自动跟随光线的机器人。这个项目听起来很简单，但实现起来却需要理解光线传感器的工作原理，以及如何用简单的编程逻辑来控制电机的转动。这本书详细地拆解了整个过程，从搭建机械结构，到编写基础的代码，每一步都清晰明了，而且还配有大量高质量的图片，让我能够轻松地跟着操作。 我非常喜欢书中关于“程序设计”的部分。虽然我以前接触过一些编程，但对于如何将编程应用到实际的机器人控制中，一直感到有些模糊。这本书用非常直观的方式，将抽象的编程语言转化为具体的机器人动作。它会教你如何使用“循环”、“判断”、“事件”等基本编程概念，并将它们应用到机器人的运动控制、传感器数据读取等方面。当我第一次成功地让我的机器人根据环境光线的变化，自动调整方向时，那种成就感，简直是无法言喻的。感觉自己就像一个真正的工程师，能够通过代码来“指挥”机器的行动。 而且，《教你学会乐高机器人4》这本书，它不仅仅是教你如何完成书中的项目，更重要的是，它在培养你的“创新思维”。它会鼓励你对书中的项目进行二次开发，去思考如何增加新的功能，如何优化现有的设计。比如，在制作完跟随光线的机器人后，它会引导你去思考，如果想让它在遇到障碍物时停止，应该如何修改程序？如果想让它在黑暗中发出声音，又该如何添加新的模块？这种开放式的学习方式，让我觉得这本书不仅仅是一本技术手册，更是一本激发创造力的“灵感宝库”。 总而言之，《教你学会乐高机器人4》这本书，绝对是我近年来阅读过的最令人惊喜的一本书。它不仅让我对乐高机器人有了全新的认识，更重要的是，它极大地提升了我对工程、编程和逻辑思维的兴趣。这本书，是送给所有渴望学习、渴望创造的朋友们的绝佳选择。