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01NXT控制器及其控制程序单元目标 知道控制器NXT的特点及应用。 知道控制器NXT的基本组成及工作过程。 一个机器人之所以能有各种功能，就是因为它的高级的大脑，但它的大脑不象我们的大脑有细胞组成，它的大脑是这个世纪的决定性的发明微电子技术构成，就是我们看到的控制器，这里我们这个控制器称为NXT。NXT看起来象个MP3一样，里面是块智能芯片。就是这快芯片，通过程序的运行，接受各种反馈信号，并控制各种输出装置。但它和我们通常说的单片机还是有区别的，单片机一般只能运行汇编语言，而NXT作为智能控制器，各种各样的语言都可以对它进行控制，我们熟悉的C语言，VB.NET，就连最新的微软推出的MSRS都可以对它进行控制。所以，NXT不只是块单片机，我们可以称它为微电脑。它比单片机从功能等多方面都要更高一级。而软件，作为“简易机器人制作”这门课程，这里我们着重推荐的是NXT-G软件。作为机器人的”五感“，它的各种条件的输入设备，传感器：机器人一词，始源于捷克的一出舞台剧，意思是奴隶，其实至今这个已经依然有着延续，就是产生生产力，产生动作行为。那么如何来产生动作行为呢？就是靠它的输出设备，马达或者灯。马达的内部其实是一个发电机，并通过一系列的减速传动，从而马达可以形成更大的力。这个马达的内部有有芯片，可以精确记录圈数等一系列马达参数，我们称为“伺服电机”。大脑控制器NXT通过导线连接输出和输入设备。这里的导线我们也可以理解为是神经，人也是大闹通过神经连接五官和四肢的。在机器人领域，很多基本方式是和人体一样的，比如，人体内也有反馈，机器人控制也有反馈等等。所以，机器人这门学科，有个学术名称就是“人工智能”！关于NXT的更详细的特性使用方法，这里不做进一步介绍，如果需要更好地了解，请参考NXT编程指南一书中的第一章，其中针对NXT的硬件特性做了非常详细地说明。02控制器与控制电路陀螺发动机学习目标 马达控制 顺序等待 要求 设计一个陀螺的发动机。 发动机可以不用手碰就可以启动陀螺。 让陀螺在地面上转动的时间尽量长些。 制作把NXT 放在一旁，通过一跟长导线连接马达。马达通过齿轮的连接去驱动陀螺。用轮子，通过轴，作为一个陀螺，在轴上面连接蜗杆，让马达发动机去驱动它，可以转动，传递给它能量，使它转动起来。编程拖出一个马达图标，因为这个操作的过程需要给陀螺足够的惯量，所以等待条件是不确定的，所以等待条件是无限的。注意能量要设置在最高处。注意在启动陀螺的时候，这里非常强调手的姿势，要在陀螺转到最高速的时候，发动机向上提起，便可以让陀螺不用手就能启动起来。发动机连接更多齿轮，加速转动（大齿轮带小齿轮），陀螺就需要是一个加速，所以要是小齿轮，这里我们使用蜗杆（相当于1齿的齿轮），能够让它得到最高的速度。思考能否驱动更多的陀螺呢？ 比一比，谁的转动的时间更长！03控制器与控制电路魔术画家学习目标 马达控制 要求 设计一个可以转动的画盘。 使用一支笔，在画盘上产生各种色彩。 制作笔是自己拿着，画盘利用一张纸，利用马达去转动画盘，笔在上面可以产生颜色。改变马达的速度，留下的画也不一样，非常印象派！编程不同的马达速度配合不同的时间，产生画盘的不同转动级别，不断变换！注意可以通过齿轮的加速度来提高转动速度。因为要放上画盘（纸），所以需要一个结构能够水平放置，然后通过一根轴去转动画盘。思考如何来形成一个树立的画盘？如何可以在竖立的画盘上形成更多的颜色游戏？04控制器与控制电路迷你高尔夫学习目标 马达控制 顺序等待 要求 设计一个在高尔夫运动员。 运动员手持高尔夫求杆，姿势优美。 能够击球，打进球洞。 制作把NXT 放在一边，通过导线连接马达。把马达和梁设计一个运动员，竖立地站立，马达相当于一个运动员的身体。通过梁作为球杆，上面连接一个大块的梁，能够有足够的面积去击打球。使用套装中的球作为高尔夫球，也可以使用其它的球作为球。编程简单地使用马达和时间等待。第一个马达的马力可以小些，如同运动员的准备挥杆的动作。等待时间作为动作的停留，第二个马达图标表示击打球的动作，作为击打球的动作，马力需要大些。作为击打完球的动作是自由轻松地停下，所以需要选用COAST来使马达停留下来。BRAKE是通过电流的控制停止马达，COAST是通过关闭电流，缓慢地停留。注意在设计运动员的时候，充分地利用梁的连接功能。思考在连接一个光电传感器，给运动员设计球洞，能够识别是否进洞。05控制器与控制电路智能F1学习目标 马达控制 顺序等待 要求 设计辆F1赛车。 赛车可以无人驾驶，精确行驶完全程。 造型要象F1赛车，美观，具有流线造型。 制作在教室空地上布置一个线路，让F1 赛车能够通过程序来跑完全程。F1 赛车的造型特点就是流行性。编程通过连串的马达指令来让F1赛车进行移动，前进，左转，右转，当然重要的是给F1赛车的每一个运动图标设置一个合适的等待参数。注意充分利用连接器来形成流线型的造型。甚至可以利用第三个马达来增加一个刹车。思考结合各种传感器，哪些可以利用到你的F1赛车上的？ 可以来场F1比赛。06控制器与控制电路自动警报器学习目标 超声波传感器 声音控制 循环等待 要求 给门口设计一个警报器。 当有人走进夜晚的家里的时候，可以自动报警。 给报警器设计报警音乐。 制作简单在NXT上安装上一个超声波传感器，并且注意角度倾斜，能够看到高处的人。编程等待超声波看到有人靠近（设置安全距离）之后，响起报警音乐。通过一连串的音符程序来设置音乐。注意使用连接器给超声播传感器向一个好的角度，能够明显看到高处的人。思考如何来显示今天走过这处门的人数呢？07控制器与控制电路双杠体操学习目标 马达控制 顺序等待 要求 设计一个在双杠上表演体操的运动员。 机器人运动员可以在双杠上表演腿部动作。 腿部动作要标准到位。 制作利用梁设计双杠结构。利用NXT作为运动员身体，两个马达作为它的腿部。编程马达作为腿部，马达的转动角度代表了腿部的表演，通过时间来控制马达在空中某一个位置的停留。注意马达的角度，作为等待的条件。可以改变马达的马力来表现腿部表演的节奏。注意这里马达类似于一个身体上的关键，马达的转动相当于关节的运动。思考如何来给运动员设计出全身的更加精彩的表演？比如，翻滚半周！08控制器与控制电路英尺挪动学习目标 马达控制 棘轮 循环等待 要求 设计一个机器人可以象毛毛虫一样去挪动。 机器人的移动不能靠轮子的转动来产生移动。 要能够有明显的“跨步”动作。 制作马达的转动，来驱动两条腿的“跨步”，这里的轮子只是增加与地面接触的摩擦力。这里的马达更象关节的作用。和过去常用的驱动轮子的方式不一样。编程这里两个马达如同两条腿一样，先迈一条腿，转动一个马达，到一个角度，然后转动另外一个马达，相当于另外一条腿，然后再向反方向转动同样角度。循环，机器人就会象走路一样，往前移动！注意这里的橡胶轮子相当于一个橡胶鞋底。所以要保证它不能自由移动，只能往我们需要前进的方向去移动。这里介绍一种方法，我们称为棘轮，就是用一根梁来卡住一个齿轮，只让齿轮向一个方向转动。有效防止打滑。思考套装有三个马达，如果让机器人挪动的关节更多些？需要如何改进设计和程序？09控制器与控制电路机器人手臂学习目标 触动传感器 马达控制 转动平台 循环等待 要求 设计一个机器人手臂，可以夹起球体。 手臂可以自由地转动360度。 手臂的每一个动作都由触动传感器来触发。 制作一个马达负责转动手臂的角度（带动转动平台），一个马达负责抬起手臂的高度，或者称为手臂夹东西的角度，最后一个马达负责夹起球体的动作。编程其实，机器手臂的控制非常简单，虽然只有一个触感，但是通过触感依次控制每个马达的正转和反转，连接在一起，就是整个手臂在三个自由度上的动作了。注意每个马达都是无限等待条件，因为要等到下一次触感被按下才是进入另外一种状态。注意机器手臂的最关键的设计技巧是转动平台的应用，可以产生一个水平的转动自由度，一个马达专门驱动转动平台。手臂的其它部分都会位于转动平台之上。这里可以体现出NXT马达的强大扭力。思考使用两个触感去控制手臂的运动，你会如何分配？10控制器与控制电路机器蛇学习目标 超声波传感器 连杆结构 循环等待 要求 设计一条机器蛇，造型要象蛇一样盘在地上。 每当人接近的时候，设会去咬他的脚。 能够反复执行。 制作在蛇头上装上超声波传感器，造型也象眼睛蛇一样。利用梁，形成一个盘旋的姿势。可以利用各种零件来装饰蛇的造型，让它象蛇。编程眼睛（超声波传感器）看到有人走近，马达转动，伸头，咬了1 秒之后，头缩回，然后等待下一个路人。注意利用四边形可以改变形状的特点来让蛇伸头，并可以自由地回收！四边形可以改变形状的特性我们可以灵活地使用在各种机构中。思考如何可以让蛇除了头伸缩外，它的整个身体也可以伸缩，机构如何实现？如何改进程序？11NXT控制器与传动机械自动击球1学习目标 超声波传感器 马达控制 循环等待 要求 利用超声波传感器设计一个可以自动击球的装置。 一看到球靠近，就把球给击打出去。 不断地工作，每当球靠近就如此反应。 制作在马达上连接梁作为击打的动作机构，然后在旁边安装上超声波传感器，用来识别球是否靠近。注意，击打球的那根梁的高度要接近球的中位线。编程使用最简单的等待循环程序。每次等待球靠近的时候，马达击打，把球给击远，然后转回去初始角度。注意这里的马达的等待条件都是角度DEGREES。注意为了准确地编程， 需要将通过NXT的VIWE功能去观察到一个合理的距离值。梁直接连接在马达上。思考给机器人添加一个情报灯，作为球靠近时的报告信号。12NXT控制器与传动机械自动击球2学习目标 超声波传感器 马达控制 多任务 要求 利用超声波传感器设计一个可以自动击球的装置。 一看到球靠近，就把球给击打出去。 机器人自动发球，球一旦上轨道之后会自动地被发射出去。 制作在上一个活动自动击球的基础上，再两个马达，并且两个马达形成一个发射器。通过两根长导线连接。发射器与击球器之间有一定的距离。通过张纸，方便球滑行到传感器前。编程在上一个程序的基础上，再拖一行程序，表示这个程序是同时在控制两个任务的执行，我们称为多任务程序。注意两个马达，马达连接轮子，增加摩擦力，同时在两个马达之间形成一个轨道，可以顺利地发球，并通过下一面张纸把球送到超声波传感器前。这里要注意的是，要保证两个轮子之间的距离，正好是一个球的直径，这样发现起来，轮子的摩擦力才正好。思考给发射器增加一个开关，只有通过开关才能触发球射击！13NXT控制器与传动机械圣诞老人送礼物学习目标 马达控制 声音 多任务 光感 要求 设计一个圣诞老人，骑着送礼物的鹿车。 圣诞老人和鹿的整体造型要像。 会在天黑的时候，开始出去送礼物，并响起圣诞歌。 制作这里有三部分需要去搭建，可以以团队分工的形式，第一部分是鹿，第二部分是圣诞老人，第三部分是车。这里充分利用NXT的结构特点和马达的结构特点去设计鹿和圣诞老人。如搭建卡所示，圣诞老人和卢是利用马达设计而成。呒鹿头是光电传感器。编程两个任务同事执行，一个是放音乐，一个是鹿和圣诞老人一起运动，鹿是跑，圣诞老人是挥鞭，其实就是同时去控制B和C马达。当然前提是等待光值小于了，才转动，并且注意马达以90度（DEGREE）为等待条件。另外一个任务就是编辑音乐了。注意充分利用马达的特殊造型来设计鹿和圣诞老人。选择或者自己搭建各种有趣的零件来作为圣诞礼物。思考圣诞老人是我们期待的，每当我们唱圣诞歌越响的时候，圣诞老人就越来得越快，如何实现？14NXT控制器与传动机械割草机学习目标 触动传感器 马达控制 分支判断 要求 设计一台手动割草机。 机器人有开关来控制割草机工作与否。 能够顺利地把很多草给割下来。 制作首先底盘是一个小车的样子，前面还要有导轮，以方便转弯，后面有手柄可以推，接近手柄高处有开关，控制割草机的前进和割草的动作。编程割草机虽然有前进和割草两个任务，但这两个任务都是同时执行的，所以两个任务都是同时存在或者同时不存在。所以，可以使用一个开关来同时控制这三个马达的运动。注意割草的机构一般就是马达的转动，可以在割草机的底部，设计一个割草的装置。让一个马达转动即可，通过马达连接的刀片来完成割草动作。思考如何可以通过两个触感来实现小车运动和割草任务的分割？15NXT控制器与传动机械遥控车学习目标 触动传感器 多任务 分支 要求 设计一辆遥控车，利用触感作遥控器。 通过遥控器的控制来驾驶汽车行驶。 汽车可以前进，后退，左转，右转。 制作使用两个触感作为遥控器，所以首先要设计一辆小车，两个马达，可以完成前进，后退，左转，右转的行驶任务。然后使用长导线连接遥控器。编程第一个任务，触感1，控制一边的轮子，马达A，当触感1被按下，马达A转动，当触感松开，马达A停止转动。这个多任务程序的结果就是一个触感开关控制一边的轮子，所以造成的结果就是当两个开关都同时被按下后，小车就前进，当被按下一个，那边的轮子转动，就会形成转弯的运动，当都放开，小车后退。注意特别是男生，很喜欢打游戏，使用乐高积木，设计出更加时尚的游戏手柄。游戏手柄这个结构最重要的就是自己握在手里的舒适度。思考有了手柄来控制小车的运动，再添加一个声音，来控制小车前进的马力，会更好玩！16NXT控制器与传动机械声控速度学习目标 声音传感器 马达控制 分支嵌套 要求 设计一个机器人，可以四处移动。 机器人移动的马力根据声音的大小来改变。 马力的改变可以根据声音的大小划分为三个层次。 制作机器人有两部分组成，一个可以移动的地盘，在上面加上一个声音传感器，当然声音传感器要尽量高些，接近你的嘴巴。编程声音大于80 的时候，机器人前进马力是100。声音大于50，小于80 的时候，机器人前进马力是50，当小于50的时候，马达马力只为0。注意尽量把声音传感竖得高些，接近生源。可以灵活地使用梁来完成这个任务。思考如何可以实现让机器人更细化马力的分配？能否实现更多的层次分配？（更多的分支嵌套）17NXT控制器与传动机械探索者学习目标 超声波传感器 多任务 要求 设计一个探索者机器人。 可以利用超声波传感器来识别障碍物。 机器人可以自动躲避开障碍物。 制作一个可以移动的底盘，在前面加上触感，在上面装上超声波传感器，并且同意一个马达去转动它，非常形象生动的一个探索者机器人。编程看到障碍物之后后退下，转动一个角度，再反复判断，如果没有障碍物，继续前进。探索者的头一直在转动正转一个角度，再反转回来。注意探索者的超声波头要竖立得高些，但不要过去向前。底盘是一个可以移动的机器人小车。思考是否发现机器人在探索的过程中经常卡住？如果多了一个触感，如何改进程序，可以避免？18NXT控制器与传动机械碰碰车学习目标 触动传感器 等待循环 要求 设计一两碰碰车。 碰碰车有保险缸，可以保住机器人有地避开障碍物。 设计机器人程序，走出迷宫。 制作一个可以移动的底盘，在前面加上触感觉，并利用梁形成一个类似“保险缸”的结构。它的作用是增加触感的受作用力面。编程等到触感被按下，说明碰到障碍物，后退一圈，转个角度，如故没碰到，继续前进。注意保险缸的作用就是把触感的接触范围扩大，触感上只有一个接触点，所以需要通过一种机构把它给扩大范围，只要有个地方碰了，触感就知道。思考如果增加一个触感，两个触感，可以如何来编程序，让机器人躲开障碍物或者走出迷宫的速度更快些？19NXT控制器与传动机械沿轨迹走学习目标 光电传感器 分支判断 要求 利用光电传感器去让机器人沿着一根黑线行驶。 沿线行驶的速度尽量快些！ 制作在地板上利用胶带贴一个大的，可以弯曲的圆圈，尽量找一个黑色的胶带，在一个白色的地面上，把胶带固定。机器人