樂高機(jī)器人課件

1、第二課 認(rèn)識(shí)樂高藍(lán)牙機(jī)器人系統(tǒng)_NXT 授課時(shí)間 參加教師 活動(dòng)目的：1、  認(rèn)識(shí)NXT主要配件，并將其與RCX核心配件作比較，學(xué)習(xí)和掌握新型樂高機(jī)器人；2、  搭建藍(lán)牙機(jī)器人；3、  知道NXT控制器各按鈕的作用，初步學(xué)會(huì)在NXT是編寫簡單程序，理解傳感器的功能活動(dòng)過程：一、      樂高機(jī)器人 MINDSTORMS NXT與RCX的比較1、處理器由8位升到32位丹麥樂高（LEGO）將于2006年9月上旬推出樂高公司和美國麻省理工學(xué)院共同開發(fā)的機(jī)器人組件新款“教育用LEGO Mindstorms NXT”。Mi

2、ndstorms是將配備微處理器的LEGO公司的塑料積木組裝起來，通過個(gè)人電腦制作的程序來控制的機(jī)器人。此前的RCX的微處理器為8位，而NXT配備32位處理器等，提高了性能。 表格1列出RCX和NXT的比較。圖1：安裝4個(gè)傳感器和3個(gè)伺服馬達(dá)的LEGO NXT圖4：LEGO NXT系統(tǒng)目前提供的4種傳感器全家福5、改進(jìn)了編程軟件NXT程序用軟件“ROBOLAB ver.2.9”，跟ROBOLAB原來的版本一樣，是基于NI LabVIEW開發(fā)的。該軟件不僅可以制作NXT用的程序，也可以完成RCX用的程序。此前要操作接近400個(gè)圖標(biāo)進(jìn)行編程，這次減少為約40個(gè)，從而使得編程更為簡單。OS為“Win

3、dows2000”以上和“Mac OS X”。圖5：樂高網(wǎng)站給出的ROBOLAB 2.9的樣圖，跟以前版本相比，變化較大二、  快速認(rèn)識(shí)NXT1、  按鈕NXT正面有四個(gè)按鈕，它們分別是開關(guān)、運(yùn)行；導(dǎo)航和返回。2、  NXT顯示器上各圖標(biāo)的意義最上一行，相當(dāng)于狀態(tài)欄，從左到右依次表示了：藍(lán)牙、USB、NXT控制器名、運(yùn)行狀態(tài)、電池電量以及聲音音量的情況。 狀態(tài)欄的下面是六個(gè)主控操作面板，相當(dāng)于主菜單，它們依次是：“My Files我的文件”、“Try me測(cè)試”、“Settings設(shè)置”、“Bluetooth藍(lán)牙”、“View查看”、“NXT Program NX

4、T程序”。三、  NXT Prpgram(NXT程序)不需要在電腦上，通過NXT就可以編寫簡單的控制程序。1、  進(jìn)入NXT Program 2、  屏幕顯示傳感器和馬達(dá)的連接方式；3、  確定后，進(jìn)入五步編程第一步主要是設(shè)置運(yùn)動(dòng)方式：前后、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等第二步主要是設(shè)置傳感器第三步 也是運(yùn)動(dòng)方式設(shè)置第四步 傳感器感應(yīng)設(shè)置第五步 設(shè)置停止或循環(huán)運(yùn)行四、  活動(dòng)研究任務(wù)1、  研究前進(jìn)5，前進(jìn)的時(shí)間是多少？前進(jìn)的距離是多少？前進(jìn)5，前進(jìn)的時(shí)間是 ；前進(jìn)的距離是 。你的機(jī)器人能走直嗎？你們是怎么讓它走直的？2、  前進(jìn)5，再

5、右轉(zhuǎn)2，看看你的機(jī)器人怎么運(yùn)動(dòng)？3、  組內(nèi)合作完成下列任務(wù)： 每組四個(gè)同學(xué)，分別位于四方形的四邊，要求用nxt編程，將機(jī)器人駛向自己的隊(duì)友。（1）       隊(duì)長將機(jī)器人駛向程序員；（2）       程序員讓機(jī)器人左轉(zhuǎn)駛向機(jī)械師（3）       機(jī)械師讓機(jī)器人按直線退到研究員（4）       研究員再讓機(jī)器人轉(zhuǎn)彎退回隊(duì)長。第三課 嘗試NX

6、T編程教學(xué)目的：1、  了解NXT編程軟件界面；2、  知通如何創(chuàng)建一個(gè)新文件；3、  認(rèn)識(shí)移動(dòng)圖標(biāo)，了解移動(dòng)圖標(biāo)的設(shè)置面板中各選項(xiàng)的意義4、  會(huì)用它控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)）；5、  學(xué)會(huì)如何下載，并運(yùn)行機(jī)器人。教學(xué)過程：今天我們學(xué)習(xí)用電腦編寫第一個(gè)程序，控制機(jī)器人按我們的意愿運(yùn)動(dòng)。一、             進(jìn)入編程環(huán)境1、  雙擊桌面圖標(biāo)，進(jìn)入NXT編程環(huán)境；2、  一個(gè)出現(xiàn)下列

7、程序進(jìn)度條，調(diào)入程序；二、             編寫程序有FLASH步驟  按下例操作步驟編寫程序     三、下載程序 1、機(jī)器人與電腦的連接 用USB連線將機(jī)器人與電腦連接。注意：下載程序時(shí)，NXT必須打開。三、             移動(dòng)圖標(biāo)參數(shù)設(shè)置面板四、 

8、0;           運(yùn)行機(jī)器人按下列操作步驟運(yùn)行機(jī)器人演示編寫、下載、運(yùn)行一個(gè)前進(jìn)左轉(zhuǎn)再前進(jìn)的程序活動(dòng)研究任務(wù) 1、  研究能量級(jí)為75%時(shí)機(jī)器人1秒鐘，前進(jìn)的距離是多少？大約_樂高單位2、  能量級(jí)為100%時(shí)機(jī)器人1秒鐘，前進(jìn)的距離是多少？大約_樂高單位2、  組內(nèi)合作完成下列任務(wù)： 每組四個(gè)同學(xué)，分別位于四方形的四邊，要求用nxt編程，將機(jī)器人駛向自己的隊(duì)友。（1）       隊(duì)長將

9、機(jī)器人駛向程序員，前進(jìn)2秒鐘；（2）       程序員讓機(jī)器人前進(jìn)5秒，左轉(zhuǎn)駛，再前進(jìn)5秒，駛向機(jī)械師；（3）       機(jī)械師讓機(jī)器人按直線后退，到研究員，時(shí)間根據(jù)距離調(diào)整；（4）       研究員再讓機(jī)器人后退5秒，轉(zhuǎn)向，再直線回到隊(duì)長所在位置。 第四課 機(jī)器人的計(jì)步器教學(xué)目標(biāo)：1、  學(xué)習(xí)和理解馬達(dá)內(nèi)置角度傳感器2、  理解移動(dòng)模塊和馬達(dá)模塊的屬性面板3、  能準(zhǔn)確控制機(jī)器人

10、的運(yùn)動(dòng)距離和角度4、  通過活動(dòng)理解馬達(dá)內(nèi)置角度傳感器的應(yīng)用教學(xué)過程：一、你知道嗎？_NXT使用技巧1、  關(guān)閉藍(lán)牙功能，可以讓NXT更省電2、  刪除NXT中多余的程序，可節(jié)約空間。二、研究活動(dòng)用時(shí)間控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)比較：1秒鐘內(nèi)馬達(dá)能量為75%行駛的距離大約是 厘米；1秒鐘內(nèi)馬達(dá)能量為100%行駛的距離大約是 厘米；1秒鐘內(nèi)馬達(dá)能量為75%行駛的距離 （填<或>）馬達(dá)能量為100%行駛的距離；不同組的機(jī)器人1秒鐘內(nèi)馬達(dá)能量為100%行駛的距離相同嗎？ （填相同或不相同）。三、NXT馬達(dá)的內(nèi)置角度傳感器用時(shí)間控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)非常不準(zhǔn)確，當(dāng)電池能量足時(shí)

11、機(jī)器人跑得快，當(dāng)電池能量不足時(shí)，機(jī)器人跑得慢。為了解決這個(gè)問題，在NXT機(jī)器人的馬達(dá)中安裝了一個(gè)角度傳感器，它可以記錄機(jī)器人行走的距離。馬達(dá)里的角度傳感器相當(dāng)于機(jī)器人的計(jì)步器。3、 機(jī)器人的計(jì)步器是怎么計(jì)算機(jī)器人行走的距離的呢？第一：它可以記錄機(jī)器人輪子轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，根據(jù)輪子的周長，就可以計(jì)算出機(jī)器人行走的距離。觀察學(xué)習(xí)環(huán)境中的常用面板中的向前驅(qū)動(dòng)。例如，我們機(jī)器人的輪子周長約為17厘米機(jī)器人輪子轉(zhuǎn)1圈，前進(jìn)的距離是 厘米。機(jī)器人輪子轉(zhuǎn)2圈，前進(jìn)的距離是 厘米。機(jī)器人輪子轉(zhuǎn)5圈，前進(jìn)的距離是 厘米。機(jī)器人輪子轉(zhuǎn)10圈，前進(jìn)的距離是 厘米。第二：記錄機(jī)器人輪子轉(zhuǎn)過的角度，根據(jù)角度，計(jì)算出機(jī)器人行走

12、的距離。我們知道，一個(gè)是360度，如果機(jī)器人的輪子轉(zhuǎn)過半周，那么它轉(zhuǎn)過的角度就是180度，走過的距離就是輪子周長的一半，大約8.5厘米。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的圈數(shù)輪子轉(zhuǎn)過的角度大約行走的距離實(shí)際行走的距離136017厘米半圈1808.5厘米1/4圈904.2厘米1/6圈60度3厘米四、學(xué)習(xí)電機(jī)模塊移動(dòng)模塊雖然也能控制機(jī)器人做轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)，但由于不能準(zhǔn)確地控制單個(gè)馬達(dá)的能量級(jí)，因?yàn)闄C(jī)器人的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)很難精確控制。為此，我們可以使用電機(jī)模塊。1、  電機(jī)模塊位置、屬性2、下面，我們用電機(jī)模塊控制機(jī)器人轉(zhuǎn)直角：方法一：一個(gè)電機(jī)停，一個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方法二：一個(gè)電機(jī)快，一個(gè)電機(jī)慢方法三：兩個(gè)電機(jī)向相反方向運(yùn)動(dòng)五、挑

13、戰(zhàn)任務(wù)想辦法讓你的機(jī)器人沿一塊地磚走50*50的正方形第五課 機(jī)器人的眼睛發(fā)表時(shí)間：2008-10-17 20:04:51 來源：龍小分校 編輯：龍小分校點(diǎn)擊/評(píng)論：1944/0教學(xué)目標(biāo)1、  認(rèn)識(shí)樂高光電傳感器，知道光電傳感器的作用；2、  初步理解光電傳感器的原理；3、  會(huì)利用光電傳感器測(cè)試不同物體表面反射光的光值4、  初步學(xué)會(huì)利用光電傳感器控制機(jī)器人啟動(dòng)或停止。教學(xué)過程一、引入想一想，我們?nèi)说难劬Χ寄芸吹胶头洲q什么？（主要功能）第一，   我們能分辯物體的顏色第二，   我們能分辨物體

14、的形狀和大小第三，   我們能分辯物體的遠(yuǎn)近機(jī)器人要能模擬人的眼睛的功能，也應(yīng)該能做到分辯物體的顏色、形狀、大小和遠(yuǎn)近。但機(jī)器人的的眼睛的功能沒有人眼功能這么強(qiáng)大的全面。因此，我們常常需要給機(jī)器人安裝多個(gè)眼睛。比如我們安裝一個(gè)或多個(gè)光電傳感器來分辨物體的顏色；安裝一個(gè)超聲波傳感器來判斷物體的距離；安裝一個(gè)火焰?zhèn)鞲衅鱽碜R(shí)別火焰等。機(jī)器人眼睛功能比較單一，為實(shí)現(xiàn)不同的功能，需要安裝不同功能的眼睛。二、初步認(rèn)識(shí)傳感器 傳感器的名稱傳感器功能光電傳感器RCX機(jī)器人讀取環(huán)境光或反射光線的強(qiáng)度，數(shù)值以0至100的百分?jǐn)?shù)的形式返回給機(jī)器人的控制器，光值越大，百分?jǐn)?shù)就越大。NXT藍(lán)牙機(jī)器人

15、讀取環(huán)境光的強(qiáng)度、反射光線。靈敏度更高，可以識(shí)別多種顏色。紅外發(fā)光管可以關(guān)掉。數(shù)值以0至100的百分?jǐn)?shù)的形式返回給機(jī)器人的控制器，光值越大，百分?jǐn)?shù)就越大。超聲波傳感器幫助機(jī)器人判斷距離、識(shí)別物體。超聲波傳感器檢測(cè)距離為0255cm?；鹧?zhèn)鞲衅鳎ǚ菢犯弋a(chǎn)品） 火焰?zhèn)鞲衅魇菣C(jī)器人專門用來搜尋火源的傳感器?；鹧?zhèn)鞲衅骼眉t外線對(duì)對(duì)火焰非常敏感的特點(diǎn)，當(dāng)然火焰?zhèn)鞲衅饕部梢杂脕頇z測(cè)光線的亮度。三、NXT藍(lán)牙機(jī)器人光電傳感器 光敏管發(fā)光二極管           光電傳感器是機(jī)器人的眼睛，它是主要元件是一個(gè)

16、發(fā)光二極管和一個(gè)光敏管。我們看到光電傳感器有兩個(gè)燈，工作時(shí)，一個(gè)燈發(fā)紅光，一個(gè)燈不發(fā)光只接收反射回來的光線。當(dāng)光電傳感器照到不同顏色的表面時(shí)，接收到的反射光的強(qiáng)弱不同，控制器就可以據(jù)此判斷出物體表面的顏色。NXT的光電傳感器工作時(shí)還可以關(guān)閉發(fā)光燈。1、 NXT光電傳感器的安裝可參考學(xué)習(xí)面板中“檢測(cè)黑線”的方法安裝 光電傳感器屬于信息輸入，因此它可以接在NXT的1、2、3、4輸入端的任何一個(gè)輸入口中。通常我們插在3號(hào)端口。2、 直接從NXT顯示屏上查看接收光的返回值（1）       在主菜單中選擇View（顯示）（2） &#

17、160;     再選擇Reflected light (反射光)或Ambient light（環(huán)境光）（3）       最后選擇Port（端口）號(hào)，如Port 3（4）       讀出光的反射值。3、 研究活動(dòng)分別測(cè)出距離樂高積木大約5毫米處，不同顏色的積木塊的反射光值和環(huán)境光值項(xiàng)目紅色白色黃色藍(lán)色綠色黑色反射光727472544435環(huán)境光4040432623144、 從光電傳感器屬性面板中查看接收光的返回值（1） &

18、#160;     拖拉一個(gè)光電傳感器模塊到程序流程線上；（2）       從屬性面板的反饋控制箱中讀中接收光的返回值5、 研究活動(dòng)分別測(cè)出距離樂高積木大約5毫米處，不同顏色的積木塊的反射光值和環(huán)境光值項(xiàng)目紅色白色黃色藍(lán)色綠色黑色反射光737873504132環(huán)境光423835222416四、挑戰(zhàn)任務(wù)1、下面的黑線表示車站，讓你的機(jī)器人直線前進(jìn)，看到車站（黑線）后STOP！分析：我們并不知道離黑線有多遠(yuǎn)，所以用角度傳感器和時(shí)間都無法控制機(jī)器人行走的距離。因此，我們只能考慮利用光感，讓機(jī)器人一直

19、前進(jìn)，直到它看到黑線，立即STOP。程序：課后記：今天的教學(xué)很成功，通過幾周的訓(xùn)練，同學(xué)們基本都適應(yīng)了這樣的研究和挑戰(zhàn)模式。在兩種測(cè)光值的研究中，同學(xué)們的積極性很高，方法也比較得當(dāng)。在挑戰(zhàn)任務(wù)中，由于機(jī)器人看到黑線就停，效果明顯。因些同學(xué)們的研究熱情也很高。第六課 機(jī)器人的耳朵發(fā)表時(shí)間：2008-11-12 14:01:05 來源：龍小分校 編輯：龍小分校點(diǎn)擊/評(píng)論：1317/0教學(xué)活動(dòng)目的1、  知道機(jī)器人的耳朵實(shí)際上是一個(gè)聲音傳感器。聲音傳感器，能夠使機(jī)器人象人一樣具有聽覺。2、  會(huì)利用聲音傳感器控制（啟動(dòng)）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)或停止；3、  編寫

20、程序讓機(jī)器人沿黑線行走教學(xué)過程一、引入光電傳感器使機(jī)器人有了視覺，能分辨物體的顏色，那么，能不能讓機(jī)器人象人一樣有聽覺，能聽到環(huán)境的聲音呢？當(dāng)然可以，我們可以給機(jī)器人安裝一個(gè)聲音傳感器。二、NXT聲音傳感器聲音傳感器實(shí)際上就是一個(gè)類似話筒（耳麥）的設(shè)備，它能接收聲音信息。聲音的大小常用音量表示，單位是分貝。一般的聲音傳感器只能感受到有無聲音和音量的大小，而不能分辨語義。比如，我們制作一個(gè)聲控機(jī)器人，要求它聽到聲音就開始前進(jìn)?，F(xiàn)在，我們啟動(dòng)機(jī)器人，當(dāng)我們說“?！彼瑯娱_始前進(jìn)。這對(duì)人來說是一件很有趣的事。聲音傳感器能夠檢測(cè)到的聲壓大于90分貝。因?yàn)槁晧旱牡燃?jí)非常復(fù)雜，所以在Mindstorms

21、NXT上顯示的時(shí)比例(%).數(shù)字越小，聲音越小。例如：? 4-5% 大約是安靜的臥室? 5-10% 從較遠(yuǎn)距離聽人的談話? 10-30% 較近距離的正常談話，或者正常音量下的聲音播放器? 30-100% 人們的喊叫聲，或者大音量的音響聲音傳感器的安裝參見NXT常用面板中的“聲音控制”。探索活動(dòng)1、試試各種聲音效果，并記錄下NXT接收到的聲音大小值。 操作方法：（1）       將聲音傳感器連接到NXT輸入端口2；（2）       在NXT顯示器上選擇 View

22、子菜單，選擇聲音傳感器的圖標(biāo)和聲音傳感器連接到的接口；（3）       向聲音傳感器說話，看看顯示屏的效果；聲音源一個(gè)同學(xué)正常對(duì)著聲音傳感器說話四個(gè)同學(xué)正常對(duì)著聲音傳感器說話你們認(rèn)為比較安靜的環(huán)境你們認(rèn)為比較吵鬧的環(huán)境聲音傳感器接收到的聲音值挑戰(zhàn)任務(wù)制作一個(gè)聲控機(jī)器人，要求啟動(dòng)后原地不動(dòng)，聽到聲音后開始運(yùn)動(dòng)，再次聽到聲音后停止運(yùn)動(dòng)。分析：啟動(dòng)機(jī)器人后，讓機(jī)器人進(jìn)入等待狀態(tài)，當(dāng)聲音值達(dá)到預(yù)設(shè)的閥值后，機(jī)器人前進(jìn)，同時(shí)，再次監(jiān)聽聲音，如果再次聽到聲音，則STOP！聲音傳感器屬性設(shè)置第七課 機(jī)器人的眼睛（2）發(fā)表時(shí)間：2008-11-12

23、 14:06:18 來源：龍小分校 編輯：龍小分校點(diǎn)擊/評(píng)論：1279/0教學(xué)目標(biāo)1、  認(rèn)識(shí)樂高超聲波傳感器，知道超聲波傳感器的作用；2、  初步理解超聲波傳感器的原理；3、  初步學(xué)會(huì)利用超聲波傳感器控制機(jī)器人走迷宮。教學(xué)過程一、             引入光電傳感器讓機(jī)器人能分辨物體的顏色，但它不能判斷物體的遠(yuǎn)近，為了幫助機(jī)器人判斷物體的遠(yuǎn)近，我們可以給機(jī)器人安裝一只超聲波傳感器。二、   

24、;          樂高超聲波傳感器樂高超聲波傳感器，有由一個(gè)超聲波發(fā)射器和一個(gè)超聲波接收器組成，通過檢測(cè)發(fā)射聲波（類似于聲納）和反饋聲波延遲的的時(shí)間，測(cè)算障礙物離自己的距離。（1）       屏幕顯示機(jī)器與最近物體的距離值，單位為厘米或英寸；（2）       超聲波傳感器的檢測(cè)距離為0-250厘米；（3）       超聲波傳感器通常接在輸入端口4；三、             超聲波傳感器的安裝參見超聲波測(cè)距研究任務(wù)請(qǐng)你編寫一個(gè)程序，讓你的機(jī)器人向墻靠