9-6822-简易机器人制作介绍

1、 前言简易机器人制作是通用技术中的一门选修模块，也是目前全国热烈普及的教学改革内容之一。其中单片机技术是计算机技术的一个分支，是简易机器人 的核心元件。日常生活中的 VCD 机、DVD 机、数字电视机、自动洗衣机、空调及其遥控器等设备都使用着各种各样的单片 机，同时，在工业控制、智能机器、智能、智能化仪表和 仪器等领域，它也得到了广泛地应用。这里基于乐高教育平台， 我们使用NXT 作为控制器，我们称为微电脑。其特性和功能远远超越一个简单的单片机。通过本模块的学习，学生应该知道单片机（NXT）和机械 传动的基本知识，能设计与制作由单片机（NXT）和传动机械 等组成的简易自动控制机器或简单的自动控

2、制系统。这本教材的活动中的器材组成以乐高 9797 为活动主要核心器材。 目录第一单元：NXT 控制器及其控制程序第二单元：NXT 控制器与控制电路第三单元：NXT 控制器与传动机械 第一单元：NXT 控制器及其控制程序单元目标： （1） 知道控制器 NXT 的特点及应用。 （2） 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.NXT 正面NXT就

3、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:光感触感声音传感器超声波传感器机器人一词,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

4、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

5、,请参考一书中的第一章,其中针对 NXT 的硬件特性做了非常详细地说明. 第二单元控制器与控制电路 陀螺发动机zz马达控制顺序等待要求:999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。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，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。 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。 在启动陀螺的时候，这里非常强调手的姿势，要在陀螺转

6、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。 能否驱动更多的陀螺呢？ 比一比，谁的时间转动得更长！ 魔术画家z马达控制要求:99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。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！ 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！可以通过齿轮的加速 度来提高转动速度。 因为要放上

7、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。 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？ 迷你高尔夫zz马达控制顺序等待要求:999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。 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。 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

8、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。 在设计运动员的时候， 充分地利用梁的连接功能。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。 智能 F1zz马达控制顺序等待要求:999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。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。 通过连串的马达指令来让 F1

9、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。 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。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。 自动警报器zzz超声波传感器, 声音控制 循环等待 要求:999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。 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。 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。使用连接器给超声播传感器

10、向一个好的角度，能够明显看到高处的人如何来显示今天走过这处门的人数呢？ 双杠体操zz马达控制顺序等待要求:999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。 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。 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。 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。 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！ 英尺挪动zzz马达控制棘轮

11、循环等待要求:999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的转动来产生移动。要能够有明显的“跨步”动作。 马达的转动，来驱动两条腿的“跨步”，这里的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。和过去常用的驱动的方式不一样。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！ 这里的橡胶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

12、动。有效防止打滑。 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？ 机器人手臂zzzz触动传感器, 马达控制 转动平台 循环等待 要求:999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。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。 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

13、才是进入另外一种状 态。 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。使用两个触感去控制手臂的运动，你会如何分配？ 机器蛇zzz超声波传感器连杆结构循环等待 要求:999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。 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。 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

14、下一个路人。 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。 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？ 第三单元NXT 控制器与传动机械 自动击球zzz超声波传感器, 马达控制 循环等待 要求:999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.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. 使用最简单的等待循环程序.每次等待球靠近的时候,马

15、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.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。 给机器人添加一个情报灯，作为球靠近时的报告信号。 自动击球 2zzz超声波传感器, 马达控制 多任务 要求:999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。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。 在上

16、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。 两个马达，马达连接，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。径，这样发现起来，正好。 的摩擦力才 给发射器增加一个开关，只有通过开关才能触发球射击！ 圣诞老人送礼物zzzz马达控制声音 多任务 光感 要求:999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。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

17、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。 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。 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。 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？ 割草机zzz触动传感器马达控制分支判断 要求:999设计一台手动割草机

18、。 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。 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。 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。 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。 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？ 遥控车zzz触动传感器多任务， 分支 要求:999设计一辆遥控车，利用

19、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。 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。 第一个任务，触感 1，控制一边的，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，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，那边的转动，就会形成转弯的运动，当都放开，小车后退。 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

20、握在手里的舒适度。 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！ 声控速度zzz声音传感器,马达控制分支嵌套 要求:999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。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。 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。 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。 如何可

21、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） 探索者zz超声波传感器,多任务 要求:999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.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。 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。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。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

22、避免？ 碰碰车zz触动传感器,等待循环 要求:999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。 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。 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。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。 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？ 沿轨迹走zz光电传感器,分支判断 要求:99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