人工智能与机器人实验设计

1、机器人实验设计以 Lego 9797 教育套装为例技术教育与创新实验室新闻与传播学院陕西师范大学1机器人实验验设计以 LLego 9797 教育套装为例机器人实验设计以 Lego 9797 教育套装为例技术教育与创新实验室新闻与传播学院陕西师范大学I目录 HYPERLINK l bookmark0 实验一：认认识乐高 9797 教育套装及其组件1 HYPERLINK l bookmark1 一、实验目目的1 HYPERLINK l bookmark2 二、实验准准备1 HYPERLINK l bookmark3 三、实验器器材2 HYPERLINK l bookmark4 四、实验要要点3 H

2、YPERLINK l bookmark5 1、认识主主控制器及电机3 HYPERLINK l bookmark6 2、认识各各种传感器，并了解其功能3 HYPERLINK l bookmark7 3、认识各各种积木，并了解其功能4 HYPERLINK l bookmark8 五、实验步步骤 11 HYPERLINK l bookmark9 1、拆封 9797 乐高教育基本套装 11 HYPERLINK l bookmark10 2、认识主主控制器与传感器 11 HYPERLINK l bookmark11 3、认识各各种 Lego 积木 11 HYPERLINK l bookmark12 4、

3、利用各各种 Lego 积木，发挥想象力，组装一个简单作品 12 HYPERLINK l bookmark13 六、实验注注意事项12 HYPERLINK l bookmark14 七、实验拓拓展12 HYPERLINK l bookmark15 实验二：我我能听见13 HYPERLINK l bookmark16 一、实验目目的13 HYPERLINK l bookmark17 二、实验准准备13 HYPERLINK l bookmark18 三、实验器器材14 HYPERLINK l bookmark19 四、实验步步骤14 HYPERLINK l bookmark20 1、组装机机器人14

4、 HYPERLINK l bookmark21 2、编制程程序16 HYPERLINK l bookmark22 3、运行程程序17 HYPERLINK l bookmark23 五、实验要要点17 HYPERLINK l bookmark24 六、实验注注意事项17 HYPERLINK l bookmark25 七、实验拓拓展18 HYPERLINK l bookmark26 实验三：探探路机器人19 HYPERLINK l bookmark27 一、实验目目的19 HYPERLINK l bookmark28 二、实验准准备19 HYPERLINK l bookmark29 三、实验器器材

5、20 HYPERLINK l bookmark30 四、实验步步骤20 HYPERLINK l bookmark31 1、组装机机器人20 HYPERLINK l bookmark32 2、编制程程序22 HYPERLINK l bookmark33 3、运行程程序23 HYPERLINK l bookmark34 五、实验要要点23 HYPERLINK l bookmark35 六、实验注注意事项24 HYPERLINK l bookmark36 七、实验拓拓展24 HYPERLINK l bookmark37 实验四：啊啊，撞墙了，我闪! 25 HYPERLINK l bookmark38

6、 一、实验目目的25 HYPERLINK l bookmark39 二、实验准准备25技术教育与创新实验室新闻与传播学院陕西师范大学II HYPERLINK l bookmark40 三、实验器器材26 HYPERLINK l bookmark41 四、实验步步骤26 HYPERLINK l bookmark42 1、组装机机器人26 HYPERLINK l bookmark43 2、编制程程序29 HYPERLINK l bookmark44 3、运行程程序29 HYPERLINK l bookmark45 五、实验要要点29 HYPERLINK l bookmark46 六、实验注注意事项

7、30 HYPERLINK l bookmark47 七、实验拓拓展30 HYPERLINK l bookmark48 实验五：黑黑白边缘检测31 HYPERLINK l bookmark49 一、实验目目的31 HYPERLINK l bookmark50 二、实验准准备31 HYPERLINK l bookmark51 三、实验器器材32 HYPERLINK l bookmark52 四、实验步步骤32 HYPERLINK l bookmark53 1、组装机机器人32 HYPERLINK l bookmark54 2、编制程程序33 HYPERLINK l bookmark55 3、运行程

8、程序34 HYPERLINK l bookmark56 五、实验要要点34 HYPERLINK l bookmark57 六、实验注注意事项35 HYPERLINK l bookmark58 七、实验拓拓展35 HYPERLINK l bookmark59 实验六：LLabVIEW 初探 36 HYPERLINK l bookmark60 一、实验目目的36 HYPERLINK l bookmark61 二、实验准准备36 HYPERLINK l bookmark62 三、实验器器材38 HYPERLINK l bookmark63 四、实验步步骤38 HYPERLINK l bookmark

9、64 1、LabbVIEW 软件安装与启动 38 HYPERLINK l bookmark65 2、认识 LabVIEW 软件 40 HYPERLINK l bookmark66 五、实验要要点42 HYPERLINK l bookmark67 六、实验注注意事项43 HYPERLINK l bookmark68 七、实验拓拓展43 HYPERLINK l bookmark69 实验七：我我的速度我做主44 HYPERLINK l bookmark70 一、实验目目的44 HYPERLINK l bookmark71 二、实验准准备44 HYPERLINK l bookmark72 三、实验器

10、器材45 HYPERLINK l bookmark73 四、实验步步骤45 HYPERLINK l bookmark74 1、启动 LabVIEW，并新建一个空白 VI 文件 45 HYPERLINK l bookmark75 2、编制程程序46 HYPERLINK l bookmark76 3、装载程程序到 NXT 机器人50 HYPERLINK l bookmark77 4、运行程程序52 HYPERLINK l bookmark78 五、扩展实实验52 HYPERLINK l bookmark79 1、编制击击球程序52 HYPERLINK l bookmark80 2、运行程程序53

11、HYPERLINK l bookmark81 六、实验要要点53 HYPERLINK l bookmark82 七、实验注注意事项53 HYPERLINK l bookmark83 八、实验拓拓展54技术教育与创新实验室新闻与传播学院陕西师范大学III HYPERLINK l bookmark84 实验八：随随机速度前进，按键即停55 HYPERLINK l bookmark85 一、实验目目的55 HYPERLINK l bookmark86 二、实验准准备55 HYPERLINK l bookmark87 三、实验器器材55 HYPERLINK l bookmark88 四、实验步步骤55

12、 HYPERLINK l bookmark89 1、启动 LabVIEW，并新建一个空白 VI 文件 55 HYPERLINK l bookmark90 2、编制程程序56 HYPERLINK l bookmark91 3、装载程程序到 NXT 机器人 59 HYPERLINK l bookmark92 4、运行以以及调试程序60 HYPERLINK l bookmark93 五、实验要要点60 HYPERLINK l bookmark94 六、实验注注意事项60 HYPERLINK l bookmark95 七、实验拓拓展61 HYPERLINK l bookmark96 实验九：谨谨慎前行

13、62 HYPERLINK l bookmark97 一、实验目目的62 HYPERLINK l bookmark98 二、实验准准备62 HYPERLINK l bookmark99 三、实验器器材62 HYPERLINK l bookmark100 四、实验步步骤62 HYPERLINK l bookmark101 1、启动 LabVIEW，并新建一个空白 VI 文件 63 HYPERLINK l bookmark102 2、编制程程序63 HYPERLINK l bookmark103 3、装载程程序到 NXT 机器人65 HYPERLINK l bookmark104 4、运行以以及调试

14、程序66 HYPERLINK l bookmark105 五、拓展实实验66 HYPERLINK l bookmark106 1、编制程程序66 HYPERLINK l bookmark107 2、运行并并调试程序68 HYPERLINK l bookmark108 六、实验要要点68 HYPERLINK l bookmark109 七、实验注注意事项68 HYPERLINK l bookmark110 八、实验拓拓展69技术教育与创新实验室新闻与传播学院陕西师范大学 PAGE 57实验一：认认识乐高 9797 教育套装及其组件【基于 LLego 97977 教育套装的实验设计】一、实验目目的

15、了解乐高（Lego）以及乐高教育（Lego Education）；掌握 97797-Lego mindstorms educcation 套装中的各种传感器名称及功； 了解 9797-Lego mindstorms educcation 套装中的各种积木名称及功能； 使用套装中的任意积木搭建一个作品。二、实验准准备1、实验之之前，首先要查找乐高的有关资料，了解一下乐高（Lego）以及乐高教育（Lego Educcation）。2、预习乐乐高传感器以及各类积木（链接： HYPERLINK ）。图 1-11 乐高教育育基本套装装（9797-LEGO MINDSTORMSS Education Ba

16、se Set）小资料Lego mindstorms educcation 97977 ， 顾 名 思 义 ， 其 产 品 编 号 为 97977 ， 积 木 类 型 为 MINDSTORM。适合 2-3 个学生为一组搭建和编程设计机器人方案。此套装共含 431 个组件， 包括一个 NXT 可编程的微型电脑、一块可充电的锂电池、三个伺服电机、两个触动传感器、 一个光电传感器、一个超声波传感器、一个声音传感器、三个灯以及足够课堂教学所需的乐 高积木。另外还有 3 根连接 RCX 传感器或马达的转换线（向下兼容），1 根 USB 导线，以 及分类盒和搭建手册等。LEGO mindstorms edu

17、caation 97977 关健学习价值如下：1.介绍机机器人以及机械工程的概念。2.收集、翻译数据，进行科学调查研究。3.学习如如何在团队工作中解决问题。图 1-33 Lego 机器人主主体图 1-4 Lego 主控制器器与传感器器图 1-55 LEGO 官方成品品照片三、实验器器材9797 乐高教育基本套装（9797-LEGO MINDSTORMS Educcation Base Set ）一套四、实验要要点1、认识主主控制器及及电机图 1-66 NXT 可编程控控制器图 1-7 内置角度传感器器的伺服电电机（1）NXXT 可编程控制器全新的 NNXT 可编程积木块，机器人的大脑。拥有强大

18、的 32 位微处理器系统及闪存， 支持蓝牙无线通讯及 USB2.0。包括 1 个 USB2.0 端口（12MB），4 个输入、3 个输出端口（6 线数字接口）。可编程 LCD，64X1000 象素（文本、图像、数字），允许使用者直接在 NXT 控制器上编写简单程序；8KHz 的声音；拥有更灵活、功能更强大的编程环境支持；公开源 代码，方便用户使用更多语言控制；可通过 6 节 5 号电池供电，或使用充电锂电池供电（电 池可单配）。（2）内置置角度传感器的伺服电机可以测量速速度及行进距离，并传回给 NXT 微型电脑。可以精确控制机器人前进方向， 误差仅为 1 度。更容易控制机器人走直线。2、认识各

19、各种传感器器，并了解其其功能（1）声音音传感器可以测量噪噪音(dB 或 dBa)，识别调制声音模式、音调音色； 检测声音，作为动作激发条件。（2）超声声波传感器帮助机器人人判断距离、识别物体。通过 NXT 编程积木块，超声波传感器可以探测物体 用英寸或是厘米来表示距离。检测距离 0255cm。检测误差/-3cm。检测前方障障碍物，作为动作激发条件。（3）光电电传感器 读取环境光的强度、反射光线。灵敏度更高，可以识别多种颜色。红外发光管可以关掉。检测地面面颜色（黑色和白色），根据检测结果做出动作检测前方方颜色（黑色和白色），根据检测结果做出动作图 1-88 声音传感感器图 1-9 超声波传传感器

20、图 1-110 光电传感感器图 1-11 触动传感器（4）触动动传感器 通过按下、释放触动传感器前端的按钮，可以进行记数。前端按钮带有十字孔，既方便安装固定传传感器，也方便制作缓冲器装置。 检测前方障碍物，根据检测结果做出动作 3、认识各各种积木，并了解其功能（1）各种种销表 1-11 Lego 组件销黑色销灰色销 HYPERLINK 长销 HYPERLINK 1/2 销销 HYPERLINK 长摩擦销 HYPERLINK 轴销 HYPERLINK 轴销轴套长销 HYPERLINK 双倍销 HYPERLINK 双倍销（2）各种种轴 HYPERLINK 2#限位轴 HYPERLINK 3#轴 H

21、YPERLINK 3#突点轴 HYPERLINK 8#轴 HYPERLINK 10#轴 HYPERLINK 带圆球的轴 HYPERLINK 突点轴（3）各种种板表 1-22 Lego 组件轴表 1-33 Lego 组件板 HYPERLINK 2*6 黑黑色圆孔板板 HYPERLINK 1*8 黑黑色板 HYPERLINK 1*3 黑黑色板 HYPERLINK 2*4 黑黑色圆孔板板 HYPERLINK 2*8 蓝蓝色圆孔板板 HYPERLINK 2*10 黑色板 HYPERLINK 1*10 蓝色板 HYPERLINK 1*10 黑色板 HYPERLINK 1*2 键键板 HYPERLINK

22、1x4 黑黑色板 HYPERLINK 2x3 板板 HYPERLINK 2x2 板板 HYPERLINK 6x10 板 HYPERLINK 4x4 黑黑色板 HYPERLINK 2x8 黑黑色带孔板板 HYPERLINK 1x6 板板 HYPERLINK 1*2 黑黑色板 HYPERLINK 4*6 黑黑色板 HYPERLINK 2*2 直直角板（4）各种种梁 HYPERLINK 1*6 黑色梁 HYPERLINK 1*12 蓝色梁 HYPERLINK 1*12 黑色梁 HYPERLINK 梁 1x10 HYPERLINK 梁 1x12 4.9 HYPERLINK 1x2 梁 HYPERLIN

23、K 1x4 梁 HYPERLINK 1x8 红色梁 HYPERLINK 1x8 黑色梁 HYPERLINK 1x16 蓝色梁 HYPERLINK 1x6 红色梁 HYPERLINK 1*10 黑色梁 HYPERLINK 1*2 蓝色梁 HYPERLINK 1*2 黑色梁 HYPERLINK 1*4 蓝色梁 HYPERLINK 1*4 黑色梁 HYPERLINK 1*8 蓝色梁 HYPERLINK 1*16 红色梁 HYPERLINK 1*16 黑色梁 HYPERLINK 1*6 蓝色梁 HYPERLINK 1*2 轴孔梁7 孔梁（Technic）（5）连杆杆表 1-44 Lego 组件梁表 1

24、-55 Lego 组件连杆1*5 厚厚连杆 HYPERLINK 1*3 厚厚连杆3*5 直直角厚连杆杆 HYPERLINK 1*9 单单弯连杆 HYPERLINK 三角薄连杆杆 HYPERLINK 3*5 直直角薄连杆杆黑色 HYPERLINK 蜗杆中灰 HYPERLINK 蜗杆（6）各种种连接器 HYPERLINK 轴连接 HYPERLINK 半轴套 HYPERLINK 轴套黑色 3#连接器 HYPERLINK 2#连接器 HYPERLINK 双轴连接器 HYPERLINK 正交双轴孔连轴器 HYPERLINK 4#连接器 HYPERLINK 半轴套 HYPERLINK 连销器 HYPERL

25、INK 正交双圆孔连轴器 HYPERLINK 大滑轮（7）各种种轮表 1-66 Lego 组件连接器器表 1-77 Lego 组件轮 HYPERLINK 40 齿齿齿轮 HYPERLINK 12 齿双双面斜齿轮轮 HYPERLINK 8 齿圆柱柱齿轮 HYPERLINK 24 齿冠冠齿轮 HYPERLINK 12 齿单单面斜齿轮轮 HYPERLINK 16 齿圆圆柱齿轮 HYPERLINK 24 齿圆圆柱齿轮 HYPERLINK 24 齿离离合齿轮 HYPERLINK 20 齿双双面斜齿轮轮 HYPERLINK 24 滑轮轮 HYPERLINK 凸轮 HYPERLINK 履带轮 HYPERLI

26、NK 轮毂 188/14 HYPERLINK 轮毂 188/14 HYPERLINK 中滑轮轮胎胎 HYPERLINK 履带 HYPERLINK 越野轮胎 HYPERLINK 大实心轮胎胎（8）各种种砖 HYPERLINK 1*2 透明黄砖 HYPERLINK 1*2 透明绿砖 HYPERLINK 1*2 透明红砖 HYPERLINK 2*2 圆砖（9）传感感器及电机表 1-88 Lego 组件砖表 1-99 Lego 组件传感器器及电机 HYPERLINK 马达电池箱箱动力配件 HYPERLINK 马达电池箱箱新动力配件 HYPERLINK 乐高摄像头头 HYPERLINK 新型马达（9V）

27、 HYPERLINK 光电传感器器 HYPERLINK 太阳能电池池板 HYPERLINK 电容器 HYPERLINK 红外发射器器（USB） HYPERLINK RCX 微微电脑 HYPERLINK 可充电池蓝牙控件 HYPERLINK 稳压电源 HYPERLINK 触动传感器器 HYPERLINK 温度传感器器 HYPERLINK 角度位置传传感器 HYPERLINK 光电传感器器 HYPERLINK 声音传感器器 HYPERLINK 超声波传感感器 HYPERLINK 触动传感器器内置角度传传感器的伺服电机全新的 NNXT 可编程积积木块，机器人的大大脑。拥有强大大的 32 位微处理器器

28、系统及闪闪存，支持蓝蓝牙无线通通讯及 USB2.0。包括 1 个 USB2.0 端口（12MB），4 个输入、3 个输出端口（6 线数字接口）。可编程 LCD，64 x 100 象素（文本、图像、数字）允许使用者直接接在 NXT 控制器上上编写简单单程序。88KHz 的声音。拥有更灵灵活、功能能更强大的编程环环境支持。公开源代代码，方便用户户使用更多多语言控制制。可通过 6 节 5 号电池 HYPERLINK NXT 可可编程控制制器供电，或使使用充电锂锂电池供电电（电池可可单配）。通过威尼尔尔-NXT 传感器转转接口，威威尼尔传感感器就可以以支持 NXT 微型电脑脑和软件。与乐高高传感器相相

29、同的嵌入入式设计， 让学生可可以更方便便地连接 NXT 微型电脑脑，这有助于学生生开展更广广泛的科学学实验项目目,包括数据据采集的扩扩展应用领领域。威尼尔-NNXT 传感器转接口（10）软软件及教材表 1-110 Lego 组件软件及及教材ROBOLLAB2.5.4 中文版软件齿轮组合教教师指南杠杆组合教教师指南滑轮组合教教师指南轮和轮轴组组合教师指南新ROBBOLAB2.99英文版（可可用于 NXT 编编程）ROBOTT C软件单机版ROBOTT C 软件教室版NXT 编编程指南1 个教室室软件版权权RL2.99 版权升级（给已经有版权权客户）ROBOLLAB 2.5.4 版权（网络版版软件

30、用 户协议）使用 LaabVIEW 引擎专门门为 NXT 机器人开开发的图形形化编程软软件。功能能强大，简简 单易用。这个低起起步、高发展的直观形形象编程工工具为教学学研究和乐乐高爱好者者提供了循循 序渐进的的编程环境境。NXT 软件同样样可以为连连接在 NXT 微型电脑脑上 RCX 传感器和和马 达编写程程序。另外外，NXT 机器人教教育专用软软件的特色色在于配有有简单的教教学指导，每 个指导都都有索引，因因此可以很很方便地查查询检索。请关注功功能更强大大的软件升升级版。英文单机版版 NXT编程环境（11）其其他表 1-111 Lego 组件其他 HYPERLINK 灯罩 HYPERLINK

31、 24 红红色橡皮筋筋 HYPERLINK 33 黄黄色橡皮筋筋 HYPERLINK 细链条 HYPERLINK 宽链条 HYPERLINK 1*4 齿齿条 HYPERLINK 万向节 HYPERLINK 卷线筒 HYPERLINK 1*2 灯灯泡轮子组合： HYPERLINK 窗、门和屋屋顶瓦片组合 HYPERLINK 128MMM 导线LEGO DUPLO 大底板组组合：2 块 LEGO DUPLO 大底板，一一块红色，一一块绿色， 提供了游戏搭建时极好的底座，适合各种 LEGO DUPLO 积木，尺寸 3838cm乐高大底板板组合：包包括了 1 块 3838cm 的灰色底底板，2 块 2

32、525cm 绿色底板板 和 1 块 2525cm 蓝色底板板的组合，如如让蓝色作作海洋，绿绿色当草地地。储物箱：这这个新的储储物箱组合合包含了 6 个箱子，可以稳固固的重叠放置置。每个箱子子 都有排水水孔，如此此可以在箱箱子内清洗洗积木。（尺寸：54mm*32mm*44mm）乐高小底板板组合：包包括有 9 块搭建板，大大小为 612.5cm，为何建筑项项目提供稳稳 固的地基基。有红色色，黄色和和绿色五、实验步步骤1、拆封 9797 乐高教育基本套套装图 1-112 拆封 9797 乐高教育育基本套装2、认识主主控制器与与传感器图 1-114 认识主控控制器 NXT图 1-15 认识传感感器与电

33、机3、认识各各种 Lego 积木图 1-116 认识各种种 Lego 积木4、利用各各种 Lego 积木，发发挥想象力力，组装一个简单作作品 六、实验验注意事项项1、乐高积积木组件繁多且有一部分体积很小，请使用 Lego 专用分类盒，小心拿放，以 防丢失；2、主控制制器配有一块可充电的锂电池，请为其充满电使用。 七、实验验拓展1、查找 Lego 机器人组装范例，感受 Lego 机器人搭建的乐趣，并制作 PPT 与他人分享 你的搜索成果；2、请通过过各种途径（如查找书籍、上网、咨询专家）查找资料，论述 Lego 积木的优 势与不足之处。赵继康2010.09.099 初稿2011.06.02 修订

34、实验二：我我能听见【基于 LLego 97977 教育套装声音传感器（Sound Sensor）的实验】 一、实验验目的熟悉 97797-Lego mindstorms educcation 套装中的声音传感器（Soundd Senssor）的基本功能； 学会搭建简易 NXT 机器人；学会声音传传感器的安装与基本使用方法；运用 NXXT 机器人主机自带功能编程简单程序，实现特定功能。 二、实验验准备1、了解声声音传感器（Sound Senssor）的基本功能与特性，并查找其应用案例，进行分析 与学习。2、参考搭搭建手册，设计实现具有听觉功能机器人的基本方案，并指出需要使用哪些 9797教育套装

35、中中的组件。3、提前了了解并熟悉上节课介绍过的乐高组件，感受乐高机器人配件设计的巧妙与科学 性。图 2-11 声音传感感器（Sound Sensor）小资料声音传感器器声音传感器器可使 NXT 机器人听到声音。可以测量噪音（dB 或 dBa），能够识别调制声 音模式、音调音色声音。乐高（LEEGO）品牌介介绍 所有的孩子都是好奇的并无时无刻在注视和学习周围的一切。一个不良的教育环境会对孩子的成长长有很不利的作用，并且实际上会挫伤孩子的学习欲望。 引用皇家丹麦学校教育研究教授 Hans Henrik Knoopp 的一段话：“没有比让孩子跟随他们的自然欲望望和原创性更重要的了。如果我们设法创造和

36、支持孩子去挑战的环境，你会有更好 的机会去认识你的孩子，你会创造出比我们更强的下一代。”1932 年，丹麦木匠奥尔科克克里斯蒂安森发明了一种可以互相拼插的塑料玩具，并将 “Leg” 和“Goddt”（丹麦语“玩得好”）合在一起，创造了“lego”（乐高）这一品牌。巧合的是“lego” 在拉丁语中的意思是“拼在一起”。乐高玩具公公司总部位于丹麦 Billund，是一家家族式私有企业。在提供模拟儿童的创造 力、想象力和学习能力的高品质产品和体验方面，它是全球的佼佼者，其产品主要通过游戏 性的活动来鼓励游戏者动手、动脑创作，激发他们的兴趣，并促进团结和共同思考。公司奉 行的行为准则是由创始人 Ole

37、 Kirk Christiansen 提出并于上世纪 30 年代为公司全面采纳的座 右铭：“锐意进取，只求最好（Only the best is goodd enoughh）”。从孩子父母母角度来看，乐高是令人无法挑剔的。它安全、没有暴力、干净、容易清洗。 它还是一种教育孩子的道具。通过它，孩子们可以使他们自己的想象力付诸实践。有不少父 母甚至也爱上了乐高玩具，他们有时花费好几个小时搭建一些乐高复杂、庞大的设计，而他 们毫不领情的下一代往往兴高采烈地用几分钟就将它大卸八块。LEGO 一直位列全球最受欢迎的儿童品牌前五名，亦为全球的四大玩具公司之一，在2000 年，它更两度被誉为世纪玩具。在过去

38、的 60 年，乐高颗粒全球销售额超过 320 亿粒，也即是说世世界上 60 亿人口中，每人平均拥有 52 粒乐高颗粒。三、实验器器材9797 乐高教育基本套装（97977-LEGO MINDSTORMS Education Base Set）一套； 搭建手册；测试场地。 四、实验验步骤1、组装机机器人（1）准备备需要用到的组件打开 97797 乐高教育基本套装，找到下图所示的组件：一个声音传感器、四个黑色销、 两个蓝色轴销、一个 1*9 孔梁、一个 1*10 双弯连杆、一根 35cmm 数据线。（2）组装装声音传感器图 2-22 准备需要要用到的组组件第一步：将将三个黑色销、一个蓝色轴销以如下

39、图方式插入到 1*9 孔梁上； 第二步：连接双弯连杆；第三步：将将声音传感器进行连接；图 2-33 组装声音音传感器图 2-4 连接双弯弯连杆图 2-5 连接声音音传感器第四步：将将声音传感器插接 NXT 主机上；第五步：利利用 35cm 数据线将声音传感器连接到 NXT 主机上的 2 号输入端口。至 此，物理组装完成。图 2-66 将声音传传感器插接接到 NXT 主机上图 2-7 声音传感器连连接到 2 号输入端端口2、编制程程序第一步：按按动 NXT 主机上的橘红色正方形按钮，打开 NXT 主机。图 2-88 打开 NXT 主机第二步：选选择 NXT Program，开始编编制程序。图 2

40、-99 选择 NXT Program图 1-110 第 1 步 Back Left(后左转)图 2-11 第 2 步 Sound(声音传感器)图 2-12 第 3 步 Turn Right(向右转)图 1-113 第 4 步 Sound(声音传感器)图 2-14 第 5 步 Loop(循环)图 2-15 程序完成成本程序功能能是首先 NXT 机器人执行后左转（Back Left），当声音传感器（Sound）接收 到声音信号时，NXT 机器人执行向右转（Turn Right），当声音传感器（Sound）再一次接收 到声音信号时，NXT 机器人执行后左转（Back Left），即进入循环。3、运行

41、程程序第一步：将将编好程序的 NXT 主机放置到宽敞平坦的地面上；图 2-116 将 NXT 主机放置置到宽敞平坦的的地面图 2-17 运行程序序第二步：选选中 NXT 主机屏幕上的 RUN 选项，按动橘红色正方形按钮， 启动 NXT 主机机器人；图 2-222 给予声音音刺激图 2-23 进行调试试图 2-24 调试后再再次运行第三步：进进行调试，再次运行。 五、实验验要点1、准备需需要用到的组件，组装好声音传感器，并安装到 NXT 主机上；2、使用 NXT 主机自带编程功能编制简单程序；3、在宽敞敞、平坦的空地上运行已经编好程序的 NXT 机器人，观察运行情况并进行适当 调试。六、实验注注

42、意事项1、本实验验室以声音传感器为主要元件进行实验的设计与实现，而机器人的搭建需要使 用到搭建手册，需由教师提供。2、本实验验目的主要是熟悉声音传感器的功能与基本使用方法，其组装、程序编制和运 行调试都不难，因此建议教学方法以学生自主探究、小组合作为主，教师讲授、指导为辅，以利于学生生真正掌握知识与技能。3、虽然 NXT 主机自带编程功能，但是是为英文界面，需要教师进行说明和演示操作， 以利于学生掌握使用方法。七、实验拓拓展1、学有余余力的学生可以进行自主探索、团体协作。查找、了解乐高声音传感器的应用 范例，感受乐高机器人配件设计的巧妙与科学性，并制作 PPT 与他人分享你的搜集成果； 2、请

43、对本实验进行分析评价，指出有何优势与不足，给出建议和你的解决方案；并通过各种途径径（如查找书籍、上网、咨询专家）查找资料，自行设计相关实验。赵继康初稿2010.06.022 修订实验三：探探路机器人【基于 llego 9797 教育套装超声波传感器（Ultrasonic sensors）的实验】 一、实验验目的熟悉 97797-Lego mindstorms educcation 套装中的超声波传感器（Ultrasonic sensors）的基 本功能学会搭建超超声波传感器到 NXT 机器人主体上，并了解简易机器人的搭建 学会超声波传感器（Ultrasonic sensors）的安装与基本使用

44、方法运用 NXXT 机器人主机自带功能编程简单程序，实现机器人探路功能 二、实验验准备1、了解超超声波传感器（Ultrasonic sensors）的基本功能与特性，并查找其应用案例，进 行分析与学习。2、参考搭搭建手册，设设计实现探路功功能机器人人的基本方案，并并指出需要要使用哪些些 97977教育套装中中的组件，提前归类并取出备用。3、提前了了解并熟悉上节课介绍过的乐高组件，感受乐高机器人配件设计的巧妙与科学 性。图 3-11 超声波传传感器（UUltraasonic sensorss）小资料超声波传感感器 中文名称：超声波传感器；英文名称：ultrasonic sensor；定义：利用用

45、超声波检测技术，将感受的被测量转换成可用输出信号的传感器。 所属学 科：机械工程（一级学科）；传感器（二级学科）；传感器一般名词（三级学科）。超声波传感感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波 的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象 小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很 大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产 生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在 工业、国防、生物医学等方面。图 3-22 超声波传

46、传感器（UUltraasonic sensorss）超声波传感感器可使 NXT 机器人“看”到物体。它能够帮助机器人判断距离、识别物体。 通过 NXT 编程积木块，超声波传感器可以探测物体，用英寸或是厘米来表示距离。在实验中可可以使用超声波传感器检测前方障碍物作为激发条件，进行探路功能机器人的 设计与实现。三、实验器器材9797 乐高教育基本套装（97977-LEGO MINDSTORMS Education Base Set ）一套； 搭建手册；测试场地（要求宽敞、平坦）。 四、实验验步骤1、组装机机器人（1）准备备需要用到的组件图 3-33 准备需要要用到的组组件打开 97797 乐高教育

47、基本套装，找到下图所示的组件：一个超声波传感器、两个黑色销、 四个黑色长摩擦销、一个 3 单位长度的轴、一个 1*9 单弯连杆、两个单圆孔连轴器、两个 1*7 单弯直角连杆、一根 50cm 数据线。（2）组装装声音传感器第一步：将将四个黑色长摩擦销以如上图图方式插入到 1*7 单弯直角连杆上。图 3-44 将黑色长长摩擦销插插入 1*7 单弯直角角连杆第二步：连连接单弯连杆与轴。图 3-55 第二步图 3-6 第三步图 3-7 第四步 第三步：将超声波传感器进行连接。 第四步：将两个黑色销、两个单圆孔连轴器、一个 1*7 单弯直角角连杆连接到上步组装结果上。第五步：将将组装好的超声波传感器安装

48、到 NXT 主机上。图 3-88 将超声波波传感器安安装到 NXT 主机上第六步：利利用 50cm 数据线将超声波传感器连接到 NXT 主机上的 4 号输入端口。至此， 物理组装完成。图 3-99 将超声波波传感器插插接到 NXT 主机上2、编制程程序按动 NXXT 主机上的橘红色正方形按钮，打开 NXT 主机，选择进入 NXT Proggram，开 始进行程序编制。图 3-110 编制好的的程序本程序功能能是首先使 NXT 机器人一直执行向前走（Forward），当超声波传感器（Object） 接收到前方有有障碍物的信信号时，NXT 机器人执行向后后左转（Bacck Left），当超声波传感

49、器器（Objeect）再一次接收到前方有障碍物的信号时，NXT 机器人执行一直向前走（Forward）， 即进入循环。图 3-111 进行程序序编制并录录制视频3、运行程程序第一步：将将编好程序的 NXT 主机放置到宽敞平坦的地面上，并设置障碍区。图 3-112 将 NXT 主机放置置到宽敞平坦的的地面，并并设置障碍碍区第二步：选选中 NXT 主机屏幕上的 RUN 选项，按动橘红色正方形按钮， 启动 NXT 主机机器人。五、实验要要点图 3-113 运行程序序1、准备需需要用到的组件，组装好超声波传感器，并安装到 NXT 主机上；2、使用 NXT 主机自带编程功能编制简单程序；3、在宽敞敞、平

50、坦的空地上设置合适的障碍区，运行已经编好程序的 NXT 机器人，观察 运行情况并进行适当调试。六、实验注注意事项1、本实验验室以超声波传感器为主要元件进行实验的设计与实现，而机器人的搭建需要 使用到搭建手册，需由教师提供。2、本实验验目的主要是熟悉超声波传感器的功能与基本使用方法，其组装、程序编制和 运行调试都不难，因此建议教学方法以学生自主探究、小组合作为主，教师讲授、指导为辅， 以利于学生真正掌握知识与技能。3、虽然 NXT 主机自带编程功能，但是是为英文界面，需要教师进行说明和演示操作， 以利于学生掌握使用方法。七、实验拓拓展1、学有余余力的学生可以进行自主探索、团体协作。查找、了解乐高

51、及其他品牌超声波 传感器的应用范例，感受乐高机器人配件设计的巧妙与科学性，并制作 PPT 与他人分享你 的搜集成果；2、请对本本实验进行分析评价，指出有何优势与不足，给出建议和你的解决方案；并通 过各种途径（如查找书籍、上网、咨询专家）查找资料，自行设计相关实验。赵继康2010.12.199.am 初稿2010.06.044.pm 修订实验四：啊啊，撞墙了，我闪!【基于 LLego 97977 教育套装触觉传感器（Tactile Sensor）的实验】 一、实验验目的熟悉 97797-Lego Mindstorms Educcation 套装中的触觉传感器（Tactile Sensor）的基本

52、功能； 学会组装触觉传感器并搭建简易 NXT 机器人； 学会触觉传感器的安装与基本使用方法；运用 NXXT 机器人主机自带的编程功能功能编程简单程序，实现机器人碰撞检测与闪避 功能。二、实验准准备1、了解触触觉传感器（Tactile Senssor）的基本功能与特性，并查找其应用案例，进行分 析与学习。2、参考搭搭建手册，设计实现具有碰撞检测与闪避功能机器人的基本方案，并指出需要 使用哪些 9797 教育套装中的组件。3、再次了了解并熟悉第一节课节课介绍过的乐高组件，感受乐高机器人配件设计的巧妙 与科学性。图 4-11 触觉传感感器（Tactilee Sensor）小资料触觉传感器器触觉传感器

53、器（Tactile sensor or touchh sensor）是用来判断机器人是否接触物体的测量传感 器。传感器输出信号常为 0 或 1，最经济适用的形式是各种微动开关。常用的微动开关由滑 柱、弹簧、基板和引线构成，具有性能可靠、成本低、使用方便等特点。触觉传感器器不仅可以判断是否接触物体，而且还可以大致判断物体的形状。一般传感器 装于机器人末端执行器上。除微动开关外，触觉传感器还采用碳素纤维及聚氨基甲酸酯为基本材料构成成触觉传感器。机器人与物体接触，通过碳素纤维与金属针之间建立导通电路，与 微动开关相比，碳素纤维具有更高的触电安装密度、更好的柔性、可以安装于机械手的曲面 手掌上。图 4

54、-22 触觉传感感器（Tactilee Sensor）lego 触觉传感器可以通过按下、释放触动传感器前端的按钮，进行记数。前端按钮带有 十字孔，既方便安装固定传感器，也方便制作缓冲器装置。在实验中可可以使用 lego 触觉传感器检测通过碰撞前方障碍物作为激发条件，进行碰撞 检测与闪避功能机器人的设计与实现。三、实验器器材9797 乐高教育基本套装（97977-LEGO Mindstorm Education Base Set ）一套； 搭建手册； 测试场地（要求宽敞、平坦，并设置合适的障碍物以供实验之用）。四、实验步步骤1、组装机机器人（1）准备备需要用到的组件图 4-33 准备需要要用到的

55、组组件打开 97797 乐高教育基本套装， 找到下图所示的组件：两个单圆孔连轴器、两个黄色轴 销、四个黑色长摩擦销、两根 5 单位长度浅灰色轴、两根 6 单位长度深灰色轴、两个 1*7 孔梁、一个 1*5 轴块、两个连接器、一个 1*9 单弯连杆杆、一个触觉传感器、一根 20cm 数据 线。（2）组装装触觉传感器 第一步：将两个单圆孔连轴器以如下图方式插入到一个黑色长摩擦销上； 第二步：将两根 5 单位长度浅灰色轴分别连接到两个单圆孔连轴器上； 第三步：连接单弯连杆和黄色轴销；第四步：连连接触觉传感器；图 4-44 第一步图 4-5 第二步图 4-6 第三步图 4-7 第四步第五步：同同第一步

56、操作，将两个单圆孔连轴器插入到一个黑色长摩擦销上，并插接到第 四步的组装结果上；第六步：插插接两个黑色长摩擦销到一个 1*7 孔梁上，并通过黄色轴销插接到第五步的组 装结果上；第七步：插插接一个 1*5 轴块到上步的两个黑色长摩擦销上，并插接上另一个 1*7 孔梁上 长摩擦销上；第八步：插插接黄色轴销、单弯连杆；图 4-88 第五步图 4-9 第六步图 4-10 第七步图 4-11 第八步第九步：插插接连接器； 第十步：插接 6 单位长度深灰色轴； 第十一步：触觉传感器安装完毕；图 4-112 第九步图 4-13 第十步图 4-14 第十一步步第十二步：将触觉传感器安装到 NXT 主机上。图

57、4-115 将触觉传传感器安装装到 NXT 主机上第十三步：将触觉传感器通过数据线连接到到 NXT 主机上的 1 号输入端口。图 4-116 将触觉传传感器连接接到到 NXT 主机 1 号输入端端口2、编制程程序按动 NXXT 主机上的橘红色正方形按钮，打开 NXT 主机，选择进入 NXT Program，开 始进行程序编制。图 4-117 编制好的的程序本程序功能能是首先使 NXT 机器人一直执行向后退（Backward），当触觉传感器（Toucch） 碰撞到障碍物（Object）时，NXT 机器人以能量 5 的级别向前走（Forward），当触触觉传感 器（Touch）再一次碰撞到障碍物（

58、Object）时，NXT 机器人执行执行向后退（Backkward）， 即进入循环。3、运行程程序第一步：将将编好程序的 NXT 主机放置到宽敞平坦的地面上。第二步：选选中 NXT 主机屏幕上的 RUN 选项，按动橘红色正方形按钮，启动 NXT 主机 机器人。图 4-118 将 NXT 主机放置置到宽敞平坦的的地面图 4-19 启动将 NXT 主机程序序图 4-220 机器人碰碰撞到了墙墙壁图 4-21 机器人返返回五、实验要要点1、准备需需要用到的组件，组装好触觉传感器，并安装到 NXT 主机上；2、使用 NXT 主机自带编程功能编制具有碰撞检测与闪避功能的简单程序；3、在宽敞敞、平坦的空地

59、上运行已经载入程序的 NXT 机器人，观察运行情况并进行适当 调试。六、实验注注意事项1、本实验验室以触觉传感器为主要元件进行实验的设计与实现，而机器人的搭建需要使 用到搭建手册，需由教师提供。2、本实验验目的主要是熟悉触觉传感器的功能与基本使用方法，其组装、程序编制和运 行调试都不难，因此建议教学方法以学生自主探究、小组合作为主，教师讲授、指导为辅， 以利于学生真正掌握知识与技能。3、虽然 NXT 主机自带编程功能，但是是为英文界面，需要教师进行说明和演示操作， 以利于学生掌握使用方法。七、实验拓拓展1、学有余余力的学生可以进行自主探索、团体协作。查找、了解乐高触觉传感器的应用 范例，感受乐

60、高机器人配件设计的巧妙与科学性，并制作 PPT 与他人分享你的搜集成果； 2、请对本实验进行分析评价，指出有何优势与不足，给出建议和你的解决方案；并通过各种途径径（如查找书籍、上网、咨询专家）查找资料，自行设计相关实验。赵继康2010.12.199.noonn 初稿2011.06.044.p.m.修订一、实验目目的实验五：黑黑白边缘检测【基于 99797 套装光电传感器（Photoelectric Sensor）的实验】熟悉 97797-Lego Mindstorms Education 套装中的光电传感器（Photoelectric Sensor）的基 本功能；学会搭建简简易 NXT 机器人