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樂高and機器人——一個偉大的組合

 shelley_wang66 2016-09-06

歡迎來到機器人世界,。不久之前,您只能在不錯的科幻故事里找到機器人,,現(xiàn)在機器人已廣泛應用在多種重要工作中,,如探索外空行星,、調查深海火山,、進行汽車裝配以及完成手術,。您甚至可以在商店買個掃地機器人,,在您睡覺的時候讓它幫您掃地!

好奇號火星探測器

(美國國家航空航天局/噴氣推進實驗室-加州理工授權)


概要介紹

您可以用樂高MINDSTORMSEV3 套裝搭建自己的機器人,。實際上,,您可以搭建好多機器人,。下圖顯示了一個簡單的機器人,,可以用來偵查客廳。


客廳漫游者


EV3套裝非常好玩,。它不單單是一個玩具,,中學教師可以用它教授科學和工程知識。樂高集團有個叫做樂高教育的部門,,該部門專門為教師在教室里使用樂高產(chǎn)品提供各種資源,。

在諸如FIRST LEGO League (FLL)、世界機器人奧林匹克競賽和機器人青少年世界杯之類的教育競賽中,,世界各地的學生都會用MINDSTORMS套裝來搭建機器人解決比賽中的挑戰(zhàn)項目,。

EV3 套裝有兩個版本:家庭版和教育版。在商店里出售的樂高31313家庭版套裝是針對普通公眾的,,樂高教育出售的樂高45544教育版套裝是針對學校,、教育部門以及 FLL團隊的。這兩個版本中的樂高零件和傳感器稍有不同,。另外,,教育版在軟件上有一些額外的功能,可以使用EV3 進行科學實驗,。



31313家庭版



45544+45560教育版套裝


EV3是樂高MINDSTORMS的第三代產(chǎn)品,。前一版本NXT的許多零件也能用在EV3上。

樂高MINDSTORMS EV3套裝

EV3 套裝包括用來搭建機器人的樂高零件,、 EV3 程序塊,、 三個電機、 幾個傳感器和一份告訴您怎么下載EV3軟件的說明,。就像我們之前說過的,,不同的EV3版本包含不同的零件和傳感器。

搭建零件包括樂高科技系列中的齒輪,、軸,、銷和梁。


梁和銷


這些零件堅固又輕便,,互相連接就可以拼出復雜的可移動部件,,非常適合用于搭建機器人。您還可以用其他科技系列,、生化戰(zhàn)士系列和其他樂高玩具系列的零件來增強自己的機器人作品,。

EV3智能程序塊(一般簡稱為'EV3'或'程序塊') 是機器人的大腦,。事實上,EV3是一個可編程的小型計算機,,能讓作品動起來,。雖然沒有全尺寸的顯示器和鍵盤,它還是具有一個小屏幕和一組按鈕,,可以連接電機和傳感器,。您可以直接使用自帶的編程功能給EV3編寫程序,也可以用Windows 或 OS X 系統(tǒng)上EV3 軟件編寫程序,,然后下載到 EV3上,。程序運行的時候,EV3會根據(jù)程序中的指令從傳感器收集數(shù)據(jù),,或者控制電機轉動,。

使用EV3 電機,您可以把普通的樂高模型變成能移動的機器人,。您很容易就能用兩個大型電機拼出輪式或者履帶式機器人,,也可以用這些大型電機或者另一個稍小的電機拼裝出機械臂、起重機,、彈射器和其他什么東西,。很多機器人用兩個大型電機來實現(xiàn)移動,用第三個干些其他事情,,不過也有些機器人根本就不移動,,那三個電機是用來完成其他的功能的。

EV3傳感器可以讓機器人根據(jù)您的命令對所處的環(huán)境做出反應,。EV3傳感器包括超聲波,、紅外、觸動,、顏色,、陀螺儀傳感器和電機旋轉傳感器。旋轉傳感器內置于每個 EV3 電機中,;其他傳感器是獨立的,。


教育版套裝中的EV3和傳感器


家庭版套裝中有觸動傳感器、顏色傳感器,、紅外傳感器和遙控器,,教育版套裝中有兩個觸動傳感器、顏色傳感器,、超聲波傳感器和陀螺儀,。這就是說,您要么有個超聲波傳感器,要么有個紅外傳感器,,這兩個都可以用來測距,。因此,選用不同套裝的用戶可以將二者進行互換使用,。

家庭版套裝中特有的傳感器(紅外和信標)



樂高集團也生產(chǎn)溫度傳感器(單獨出售),。另外,其它公司也會生產(chǎn)其他 EV3傳感器,,如HiTechnic,、 Vernier、Dexter Industrie和 mindsensors.com的產(chǎn)品,,包括指南針傳感器,,加速度傳感器及氣壓傳感器,。

說到這里,,您可能已經(jīng)知道您需要什么樣類型的套裝了,即便所謂地買錯了套裝,,您大可不必懊惱,,最多,根據(jù)自己的需求,,再額外購買相應的傳感器就可以了,。


EV3編程環(huán)境

啟動MINDSTORMSEV3 軟件,首先出現(xiàn)的是“大廳”界面,。


家庭版大廳



教育版大廳


家庭和教育版本的大廳界面雖然有所不同,,但是用法類似。在大廳里,,您可以創(chuàng)建或打開一個項目,、訪問用戶指南和幫助文件,查看機器人的搭建步驟說明,。

看到這里,,不少人會發(fā)現(xiàn)家庭版、教育版的軟件好像不同,,其實深入對比,,不難發(fā)現(xiàn),教育版立足于教學(安裝時,,還可以根據(jù)用戶的身份選擇教師或者學生),,除了含有幾個項目外,還內置了一個視頻教程(Robot Educator),。



而家庭版以趣味性為主,,僅僅含有不同于教育版的其它幾個項目。


家庭版中的幾個項目


雖然如此,表面上看起來,,似乎教育版比家庭版更具有魅力,,但由于樂高本身的無窮的拓展性,眾多玩家和工程師們用這些基礎套裝做出了很多非常有趣的項目,,如官方提供了僅使用家庭版做出的額外12個有趣的搭建項目(http://www./zh-cn/mindstorms/build-a-robot)以及眾所周知的魔方機器人Mindcub3r(Mindcuber.com),。(PS: 筆者就是沖著魔方機器人開始了解并學習樂高機器人的。)


高級用戶的選擇

EV3官方提供給用戶的是圖形化軟件,,適合孩子們以及零起點的用戶,,如果您本身就是程序員,你肯定對這個官方提供的軟件不屑一顧,,當你知道Microsoft,、Google、NationalInstruments這樣的公司都為樂高提供專門的技術服務時,,您會怎么想,?相信不管您用什么類型的語言,以下都會有您的選擇,。

1
LeJos

http://www./

這個替代固件可以運行Java虛擬機,,你可以用Java編程語言來編寫程序。因此,,它具有高級的編程功能,,是提供給專業(yè)人士使用的。

LeJos項目大約開始于1999年,,擁有豐富的資源,,如它提供了示例代碼。正是因為這一點,,再加上它與樂高機器人的聯(lián)系如此緊密,,因此LeJos經(jīng)常被用來教工科學生學習編程。

2
RobotC


http://

RobotC用C語言編程環(huán)境替換固件,。這是一個非常不錯的高級語言,,適合教授那些年齡稍大、對于頭腦風暴很熟悉的孩子,。使用RobotC需要付費,,這使得一部分人放棄使用它,但它的目標是高中機器人競賽的高性能領域,,參與者需要一個完美,、先進的平臺,自然愿意支付費用得到它,。

Robotc的制作者很聰明地提供了VEX控制模塊和頭腦風暴的固件版本,,讓用戶可以獲得兩類教育機器人,。然而這套軟件僅適用于基于Windows的個人電腦,因此Mac和Linux用戶只能在模擬器中使用,。

3
Monobrick


http://www./software/ev3firmware/

這是一個EV3程序塊的替代固件,,Monobrick使用了Mono,這是一個致力于開創(chuàng).NET在Linux上使用的開源工程,。你可以使用C#,、F#和IronPython進行編程,它與其它的替代固件不同,,你可以使用SD卡立刻啟動Monobrick,。編譯器可用于Windows、Mac和Linux,。

4
ev3dev


http://

許多可替代操作系統(tǒng)和固件替換都是用一個新的系統(tǒng)來擦除程序塊并替換它的軟件,。ev3dev采取了不同的策略。你將軟件放在SD卡上,,并在程序塊的ARM9處理器上運行DebianLinux操作系統(tǒng),。使用開源的操作系統(tǒng)Linux,頭腦風暴黑客們可以訪問各種各樣的腳本語言,、硬件選項等等,。

5
LabVIEW

http://sine./nips/cds/view/p/lang/zhs/nid/212785

NI美商國家儀器(Nasdaq:NATI)LabVIEW系統(tǒng)設計軟件也可用來透過LabVIEW LEGOMINDSTORMS Module提供支持EV3,,可幫助學生,、工程師、愛好者設計程序,,以便銜接并控制EV3積木,。LabVIEW具有直覺式的圖形化程序設計功能,還可連接數(shù)千種傳感器,、裝置和系統(tǒng),,無論使用者的經(jīng)驗為何,都可以立即開始設計復雜,、強大的機器人專案,,所以此平臺堪稱科學、技術,、工程,、數(shù)學(STEM)教育的理想平臺。


官方EV3-G軟件關于界面


此外,,EV3官方產(chǎn)品一直均采用軟件NI建置,,并且以LabVIEW為基礎。塔夫斯大學的ChrisRogers教授與樂高集團及NI攜手合作,,開發(fā)出ROBOLAB(樂高機器人的第一代產(chǎn)品RCX的官方編程工具),,之后這種語言成為NXT-G(第二代官方編程工具)和LabVIEWfor LEGO MINDSTORMS的基礎。Rogers補充道,“我把LabVIEWfor LEGO MINDSTORMS Module用來啟發(fā)機器人課程的學生,,藉此讓他們探索樂高世界,,他們可以迅速累積成就感,接著進入更進階的領域,,例如 Linux 微處理器,、FPGA,甚至是機器人操作系統(tǒng),。我們和中學生合作,,協(xié)助他們開發(fā)復雜的程序碼,比如說PID控制器,,以及如何運用不同架構以培養(yǎng)平行概念,。”


附: EV3技術參數(shù)


處理器:ARM 9處理器 300MHz 基于Linux操作系統(tǒng),。

輸入端口:4個輸入端口,,1000/s的采樣率。

輸出端口:4個

存儲:內置16MB的ROM和64MB的RAM,。支持最高32GBmini SD卡拓展

按鍵:可發(fā)出三種顏色的六個按鈕,。并且通過顏色表明活動狀態(tài)。

屏幕:分辨率178*128像素,,能更好的查看詳細圖形和傳感器數(shù)據(jù),。

拓展:通過EV3左側的標準USB(EV3有兩個USB一個是mini USB用于程序下載,一個標準USB用于拓展)可連接外部Wi-Fi,、藍牙適配器等外置設備,。

通訊:可使用USB2.0、Wi-Fi通訊,、藍牙,;

電池:可使用六節(jié)AA電池,或者原裝2050毫安時的鋰電池,。


更多關于EV3介紹,,請見官網(wǎng)介紹:http://www./zh-cn/mindstorms

或中文樂高論壇:http://bbs.

聲明:部分內容節(jié)選自以下以及未來即將出版愛上樂高系列書籍。

歡迎購買由中文樂高論壇翻譯團隊為大家奉獻的,,由人民郵電出版社即將出版的愛上樂高系列叢書之編程系列:


《樂高機器人EV3程序設計藝術》 

 http://item.jd.com/10343177073.html



《樂高機器人EV3創(chuàng)意實驗室》

http://item.jd.com/10348385072.html

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