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探索LEGO Mindstorms EV3：機器人搭建與編程實用工具及技術

為了解決汽車螢幕主機推薦的問題，作者（韓）朴恩俊 這樣論述：

隨著科學技術的發展，特別是人工智慧與機器人的結合，機器人不再局限于工業應用和研究所內，日益受到大眾的關注。LEGOMindstorms（樂高機器人）是可程式設計主機、電動馬達、感測器、LEGOTechnic部分（齒輪、輪軸、橫樑、插銷）的統稱。許多語言都能對Mindstorms進行程式設計，包括Lego、Basic、Java的衍生版、Smalltalk和C語言。 EV3大的特點是無需使用電腦就可進行程式設計，它受到機器人愛好者的歡迎。本書詳細介紹了使用Mindstorms設備和LEGOTechnic進行機器人設計、構建和程式設計的基礎知識，為機器人愛好者和樂高愛好者提供全面、系統的實用指南。

Eun Jung(EJ)Park自2010年起在RoboFun公司從事樂高機器人和課程的開發工作。她設計的機器人被用於面向兒童和青少年的STEM(科學、技術、工程和數學)課程。她希望可以通過機器人學和程式設計幫助學生激發好奇心、拓寬思路並構築更大的夢想。紐約市各地的兒童和青少年課程均使用了她的樂高機器人專案及搭建指南。 EJ出生于韓國首爾，擁有超過12年的各類藝術學科的學習經驗，這為她投身互動式藝術奠定了基礎。之後EJ前往紐約大學攻讀互動電子媒體課程的碩士學位。在美國，她學習了物理計算、程式設計、機械工程以及其他各種技術上的知識。在紐約大學，她開始設計名為“自動機”的運

動機械模型，並在她的創作中探索齒輪、凸輪和滑輪等機械元素。 通過在互動電子媒體課程(ITP)中的學習以及對樂高的熱情，EJ成為Vision Education & Media／RoboFun公司中樂高機器人課程背後的創新力量。此時此刻，她可能就在紐約市的某個地方搭建著樂高機器人。你可以訪問www．eipark．com流覽她的作品。 推薦序 譯者序 前言 致謝 第1章 介紹LEGO Mindstorms EV31 1.1 瞭解 EV3 套裝：從你打開包裝的那一刻開始1 1.1.1 EV3電子部件2 1.1.2 EV3軟體4 1.1.3 搭建部件5 1.1.4 搭建指南和試

驗板8 1.2 比較EV3和NXT9 小結9 第2章 搭建自動駕駛汽車：入門車型10 2.1 從自動駕駛汽車開始10 2.1.1 你可以使用自動駕駛汽車做什麼10 2.1.2 組裝自動駕駛汽車12 2.2 瞭解EV3區塊介面21 2.2.1 使用區塊按鍵21 2.2.2 探索基礎介面22 2.2.3 操作自動駕駛汽車26 小結26 第3章 讓我們開始程式設計27 3.1 什麼是程式設計27 3.1.1 與機器人溝通27 3.1.2 瞭解程式設計語言28 3.1.3 預覽 EV3 軟體系統28 3.2 啟動EV3軟體29 3.2.1 你在螢幕上看到了什麼29 3.2.2 瞭解程式設計介面和圖

形化語言32 3.2.3 開始習慣介面34 3.3 將程式下載至機器人37 3.3.1 將EV3區塊連接至電腦37 3.3.2 在軟體中讀取EV3區塊39 小結41 第4章 探索動作模組第一部分：電機程式設計42 4.1 瞭解模組程式設計基礎42 4.1.1 規則1：使用開始模組42 4.1.2 規則2：尊重程式流程43 4.1.3 程式設計模組結構概覽44 4.2 開始認識電機的輸入值44 4.2.1 關閉、開啟及開啟指定秒數模式45 4.2.2 開啟指定度數和指定圈數模式46 4.2.3 電機功率輸入和電機方向48 4.3 使用大型電機模組和中型電機模組控制電機48 4.3.1 使用大型

電機模組工作49 4.3.2 使用大型電機模組新建程式49 4.4 使用移動轉向模組控制兩個電機52 4.4.1 使用移動轉向模組工作52 4.4.2 使用移動轉向模組新建程式55 4.5 使用移動槽模組控制電機的功率等級59 4.5.1 使用移動槽模組工作59 4.5.2 使用移動槽模組新建程式59 小結60 第5章 探索動作模組第二部分：使用顯示、聲音和區塊狀態燈模組61 5.1 顯示模組61 5.1.1 顯示文本：文本—圖元和文本—網格模式63 5.1.2 繪製形狀：線、圓圈、矩形和點模式68 5.1.3 顯示圖像：圖像模式71 5.1.4 重置顯示：重置螢幕模式75 5.2 聲音模組

75 5.2.1 播放檔模式76 5.2.2 播放音調模式78 5.2.3 播放音符模式79 5.2.4 停止模式80 5.3 區塊狀態燈模組80 5.3.1 開啟模式80 5.3.2 關閉和重置模式81 小結81 第6章 探索流程模組82 6.1 開始模組82 6.1.1 開始程式82 6.1.2 展示代碼83 6.2 等待模組83 6.2.1 等待模組的比較模式84 6.2.2 等待模組的更改模式84 6.2.3 時間模式85 6.2.4 區塊按鈕模式86 6.3 迴圈模組88 6.3.1 無限制、計數和時間模式89 6.3.2 區塊按鈕模式90 6.4 迴圈中斷模組91 6.5 切換模

組92 6.5.1 切換模組中的比較模式93 6.5.2 切換模組中的測量模式95 6.5.3 使用來自資料線的值96 小結97 第7章 搭建間諜兔：一個可以對其周圍環境做出反應的機器人98 7.1 瞭解間諜兔98 7.1.1 間諜兔的性格99 7.1.2 組裝間諜兔99 7.2 測試間諜兔的移動組件115 小結116 第8章 感知環境：使用紅外線、觸動和顏色感測器117 8.1 瞭解感測器117 8.2 介紹EV3感測器118 8.3 使用紅外感測器和遠端紅外信標118 8.3.1 遠程紅外信標119 8.3.2 遠端模式120 8.3.3 信標模式122 8.3.4 近程模式124 8

.3.5 使用紅外感測器在埠查看中讀取數值127 8.3.6 使用紅外感測器和遠端紅外程式設計128 8.4 使用觸動感測器132 8.4.1 為間諜兔添加觸動感測器133 8.4.2 使用觸動感測器在埠查看中讀取數值135 8.4.3 使用觸動感測器程式設計135 8.5 使用顏色感測器138 8.5.1 顏色模式138 8.5.2 反射光強度模式140 8.5.3 環境光強度模式140 8.5.4 為間諜兔添加顏色感測器142 8.5.5 使用顏色感測器在埠查看中讀取數值144 8.5.6 使用顏色感測器程式設計144 小結146 第9章 使用計時器和電機旋轉感測器147 9.1 瞭解計

時器147 9.1.1 在程式設計模組中使用計時器148 9.1.2 使用計時器程式設計151 9.2 瞭解電機旋轉感測器153 9.2.1 在程式設計模組中使用電機旋轉感測器153 9.2.2 使用電機旋轉感測器程式設計156 小結159 第10章 搭建龜先生：海龜機器人160 10.1 瞭解龜先生160 10.1.1 龜先生的身體結構161 10.1.2 組裝龜先生162 10.2 測試龜先生的移動182 小結183 第11章 使用資料線程式設計並使用“我的模組”184 11.1 什麼是數據線 184 11.2 資料線是如何工作的 185 11.2.1 由資料線程式設計開始185 11

.2.2 使用模組輸入和輸出187 11.2.3 瞭解資料類型和資料線類型187 11.3 感測器模組和資料線 190 11.3.1 設置感測器模組191 11.3.2 練習1：耶！我發現了些什麼 192 11.3.3 練習2：你能聽到我嗎193 11.3.4 練習3：亮光喚醒龜先生194 11.4 介紹我的模組 195 11.4.1 使用我的模組創建器195 11.4.2 匯出和導入我的模組199 小結200 第12章 使用資料操作模組201 12.1 變數模組 201 12.1.1 什麼是變數202 12.1.2 設置變數模組202 12.2 常量模組 206 12.2.1 常量模組的多

種模式207 12.2.2 動作中的常量模組207 12.3 陣列運算模組 208 12.3.1 附加模式 2 推薦序 我進入樂高機器人領域已經有25年。我最早的一些經驗來自Seymour Papert（麻省理工學院媒體實驗室）與同事們一起設計並應用于兒童課程。從那時起，我就有了不同尋常的機會來運營我自己的公司，以幫助兒童和教師富有創造性且有效地使用技術。 大約三年前，一位同事介紹我同EJ Park相識。在EJ走進門的那一刻，我就知道她很特別。我很快邀請她和我一起工作，並且在過去的幾年裡，她一直是我的樂高機器人項目設計師。EJ在工作上永遠追求完美。她不滿足於退而求其次。

最重要的是，她非常認真並專注於分享她在Mindstorms體系中令人難以置信的知識。這本書就像大餐一樣，它被精心烹飪，並將為讀者奉上想法、例子以及一步一步的指導。 當你聽到“樂高機器人”這個詞語時，你想到的是不是發明、創新，以及EV3平臺帶來的無限可能性，還有它在STEAM（科學、技術、工程、藝術和數學）和創客運動中的地位？還是認為“機器人學”就是指在你家客廳攤開的樂高Mindstorms套裝的600塊積木，你嘗試著激發孩子對機器人的興趣，儘管你不知道該怎麼做？無論你現在處於機器人旅程中的哪一段，你都很難找到一本比本書更好的指導書。EJ 是一位擁有多年經驗的小機器人發明者和樂高機器人專案設計

師，同時還是充滿熱情的創造者和創客。EJ 教授各個級別的機器人學課程，因此她瞭解初學者應該學習的技能以及可以令專家感到興奮的挑戰。 本書通過清晰、有條理的搭建步驟教授機器人學。本書包含五個專案，教讀者如何搭建機器人，如何編寫程式使機器人可以工作，以及如何在學習的同時收穫樂趣。 然而，機器人學不僅僅是根據既定的步驟製作可以移動的物體。就像EJ寫的一樣（我們在紐約市RoboFun教課也是如此），我們希望這個過程和這個產品是創新的，是受到其創造者的靈感和熱情所啟發的。 程式設計和搭建是十分強大的學習組合，其中會涉及計畫、計算、估算、使用變數、齒輪比以及許多試錯。程式設計和搭建可以幫助學生開發自

主學習的能力，這是一種經常被學校課程排除在外，但對於兒童是十分必要的智力開發工具。 正如你將通過本書學到的，這個多層次學習過程的最終結果是，當學生們推出自己的發明並看到一個機器人作品（他們的機器人作品）活靈活現時感到的巨大興奮和自豪。 Laura AllenRoboFun 創始人兼總裁譯 者 序從成為樂高機器人教師，到後來創辦紅心機器人俱樂部，我接觸過不少英文版的樂高機器人書籍。本書作者EJ Park擁有豐富的樂高機器人項目和課程設計的經驗，瞭解各個技術層次的讀者所需的技能和挑戰，因此本書非常清晰且有條理地介紹了LEGO Mindstorms EV3的硬體和軟體，並讓讀者在學習的同時收穫快

樂。 本書包括五個生動、有趣的專案模型，涵蓋了從基礎到高級的程式設計知識。初學者可以按照搭建指南的步驟進行搭建，有一定基礎的讀者可以從中學習到許多搭建的技巧並獲得新奇的想法。除了程式示例以外，我強烈建議大家完成“試一試”中的題目。EJ Park提供的練習都很有意思，可以幫助大家鞏固所學的知識，掌握解決問題的思路和程式設計的方法。“技巧”部分將教給大家很多程式設計的好習慣和小竅門，同樣希望讀者可以仔細研讀。尤其是，本書的最後一章介紹了作者本人的機器人設計思路和經驗，是非常寶貴的分享。 在翻譯本書時，考慮到大部分讀者習慣于使用中文版軟體，我對技術術語的翻譯均採用了中文版軟體中的詞彙。學習樂高機

器人，最重要的是動手和嘗試。在閱讀本書時，搭建及程式設計是必要的，請讀者按照書中專案、程式、變數、我的模組等名稱進行命名。書中程式由淺入深，前文使用的一些物件會在後面的章節再次使用。使用和書中同樣的名稱可以提高學習效率。 翻譯本書讓我受益匪淺。希望本書能讓更多的人瞭解樂高機器人，也像我一樣從本書中收穫知識和樂趣。特別感謝陳曾濤在翻譯過程中對我的耐心、鼓勵和建議。 辛悅

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