1、01NXT控制器及其控制程序單元目標· 知道控制器NXT的特點及應用。 · 知道控制器NXT的基本組成及工作過程。 一個機器人之所以能有各種功能，就是因為它的高級的大腦，但它的大腦不象我們的大腦有細胞組成，它的大腦是這個世紀的決定性的發明微電子技術構成，就是我們看到的控制器，這里我們這個控制器稱為NXT。NXT看起來象個MP3一樣，里面是塊智能芯片。就是這快芯片，通過程序的運行，接受各種反饋信號，并控制各種輸出裝置。但它和我們通常說的單片機還是有區別的，單片機一般只能運行匯編語言，而NXT作為智能控制器，各種各樣的語言都可以對它進行控制，我們熟悉的C語言，VB.NET，就連

2、最新的微軟推出的MSRS都可以對它進行控制。所以，NXT不只是塊單片機，我們可以稱它為微電腦。它比單片機從功能等多方面都要更高一級。而軟件，作為“簡易機器人制作”這門課程，這里我們著重推薦的是NXT-G軟件。作為機器人的”五感“，它的各種條件的輸入設備，傳感器：機器人一詞，始源于捷克的一出舞臺劇，意思是奴隸，其實至今這個已經依然有著延續，就是產生生產力，產生動作行為。那么如何來產生動作行為呢？就是靠它的輸出設備，馬達或者燈。馬達的內部其實是一個發電機，并通過一系列的減速傳動，從而馬達可以形成更大的力。這個馬達的內部有有芯片，可以精確記錄圈數等一系列馬達參數，我們稱為“伺服電機”。大腦控制器NX

3、T通過導線連接輸出和輸入設備。這里的導線我們也可以理解為是神經，人也是大鬧通過神經連接五官和四肢的。在機器人領域，很多基本方式是和人體一樣的，比如，人體內也有反饋，機器人控制也有反饋等等。所以，機器人這門學科，有個學術名稱就是“人工智能”！關于NXT的更詳細的特性使用方法，這里不做進一步介紹，如果需要更好地了解，請參考NXT編程指南一書中的第一章，其中針對NXT的硬件特性做了非常詳細地說明。02控制器與控制電路陀螺發動機學習目標· 馬達控制 · 順序等待 要求· 設計一個陀螺的發動機。 · 發動機可以不用手碰就可以啟動陀螺。 · 讓陀螺在地面上

4、轉動的時間盡量長些。 制作把NXT 放在一旁，通過一跟長導線連接馬達。馬達通過齒輪的連接去驅動陀螺。用輪子，通過軸，作為一個陀螺，在軸上面連接蝸桿，讓馬達發動機去驅動它，可以轉動，傳遞給它能量，使它轉動起來。編程拖出一個馬達圖標，因為這個操作的過程需要給陀螺足夠的慣量，所以等待條件是不確定的，所以等待條件是無限的。注意能量要設置在最高處。注意在啟動陀螺的時候，這里非常強調手的姿勢，要在陀螺轉到最高速的時候，發動機向上提起，便可以讓陀螺不用手就能啟動起來。發動機連接更多齒輪，加速轉動（大齒輪帶小齒輪），陀螺就需要是一個加速，所以要是小齒輪，這里我們使用蝸桿（相當于1齒的齒輪），能夠讓它得到最高的

5、速度。思考能否驅動更多的陀螺呢？ 比一比，誰的轉動的時間更長！03控制器與控制電路魔術畫家學習目標· 馬達控制 要求· 設計一個可以轉動的畫盤。 · 使用一支筆，在畫盤上產生各種色彩。 制作筆是自己拿著，畫盤利用一張紙，利用馬達去轉動畫盤，筆在上面可以產生顏色。改變馬達的速度，留下的畫也不一樣，非常印象派！編程不同的馬達速度配合不同的時間，產生畫盤的不同轉動級別，不斷變換！注意可以通過齒輪的加速度來提高轉動速度。因為要放上畫盤（紙），所以需要一個結構能夠水平放置，然后通過一根軸去轉動畫盤。思考如何來形成一個樹立的畫盤？如何可以在豎立的畫盤上形成更多的顏色游戲？04

6、控制器與控制電路迷你高爾夫學習目標· 馬達控制 · 順序等待 要求· 設計一個在高爾夫運動員。 · 運動員手持高爾夫求桿，姿勢優美。 · 能夠擊球，打進球洞。 制作把NXT 放在一邊，通過導線連接馬達。把馬達和梁設計一個運動員，豎立地站立，馬達相當于一個運動員的身體。通過梁作為球桿，上面連接一個大塊的梁，能夠有足夠的面積去擊打球。使用套裝中的球作為高爾夫球，也可以使用其它的球作為球。編程簡單地使用馬達和時間等待。第一個馬達的馬力可以小些，如同運動員的準備揮桿的動作。等待時間作為動作的停留，第二個馬達圖標表示擊打球的動作，作為擊打球的動作，馬力需

7、要大些。作為擊打完球的動作是自由輕松地停下，所以需要選用COAST來使馬達停留下來。BRAKE是通過電流的控制停止馬達，COAST是通過關閉電流，緩慢地停留。注意在設計運動員的時候，充分地利用梁的連接功能。思考在連接一個光電傳感器，給運動員設計球洞，能夠識別是否進洞。05控制器與控制電路智能F1學習目標· 馬達控制 · 順序等待 要求· 設計輛F1賽車。 · 賽車可以無人駕駛，精確行駛完全程。 · 造型要象F1賽車，美觀，具有流線造型。 制作在教室空地上布置一個線路，讓F1 賽車能夠通過程序來跑完全程。F1 賽車的造型特點就是流行性。編程通過連

8、串的馬達指令來讓F1賽車進行移動，前進，左轉，右轉，當然重要的是給F1賽車的每一個運動圖標設置一個合適的等待參數。注意充分利用連接器來形成流線型的造型。甚至可以利用第三個馬達來增加一個剎車。思考結合各種傳感器，哪些可以利用到你的F1賽車上的？ 可以來場F1比賽。06控制器與控制電路自動警報器學習目標· 超聲波傳感器 · 聲音控制 · 循環等待 要求· 給門口設計一個警報器。 · 當有人走進夜晚的家里的時候，可以自動報警。 · 給報警器設計報警音樂。 制作簡單在NXT上安裝上一個超聲波傳感器，并且注意角度傾斜，能夠看到高處的人。編程等待

9、超聲波看到有人靠近（設置安全距離）之后，響起報警音樂。通過一連串的音符程序來設置音樂。注意使用連接器給超聲播傳感器向一個好的角度，能夠明顯看到高處的人。思考如何來顯示今天走過這處門的人數呢？07控制器與控制電路雙杠體操學習目標· 馬達控制 · 順序等待 要求· 設計一個在雙杠上表演體操的運動員。 · 機器人運動員可以在雙杠上表演腿部動作。 · 腿部動作要標準到位。 制作利用梁設計雙杠結構。利用NXT作為運動員身體，兩個馬達作為它的腿部。編程馬達作為腿部，馬達的轉動角度代表了腿部的表演，通過時間來控制馬達在空中某一個位置的停留。注意馬達的角度，作

10、為等待的條件。可以改變馬達的馬力來表現腿部表演的節奏。注意這里馬達類似于一個身體上的關鍵，馬達的轉動相當于關節的運動。思考如何來給運動員設計出全身的更加精彩的表演？比如，翻滾半周！08控制器與控制電路英尺挪動學習目標· 馬達控制 · 棘輪 · 循環等待 要求· 設計一個機器人可以象毛毛蟲一樣去挪動。 · 機器人的移動不能靠輪子的轉動來產生移動。 · 要能夠有明顯的“跨步”動作。 制作馬達的轉動，來驅動兩條腿的“跨步”，這里的輪子只是增加與地面接觸的摩擦力。這里的馬達更象關節的作用。和過去常用的驅動輪子的方式不一樣。編程這里兩個馬達如同

11、兩條腿一樣，先邁一條腿，轉動一個馬達，到一個角度，然后轉動另外一個馬達，相當于另外一條腿，然后再向反方向轉動同樣角度。循環，機器人就會象走路一樣，往前移動！注意這里的橡膠輪子相當于一個橡膠鞋底。所以要保證它不能自由移動，只能往我們需要前進的方向去移動。這里介紹一種方法，我們稱為棘輪，就是用一根梁來卡住一個齒輪，只讓齒輪向一個方向轉動。有效防止打滑。思考套裝有三個馬達，如果讓機器人挪動的關節更多些？需要如何改進設計和程序？09控制器與控制電路機器人手臂學習目標· 觸動傳感器 · 馬達控制 · 轉動平臺 · 循環等待 要求· 設計一個機器人手臂，可

12、以夾起球體。 · 手臂可以自由地轉動360度。 · 手臂的每一個動作都由觸動傳感器來觸發。 制作一個馬達負責轉動手臂的角度（帶動轉動平臺），一個馬達負責抬起手臂的高度，或者稱為手臂夾東西的角度，最后一個馬達負責夾起球體的動作。編程其實，機器手臂的控制非常簡單，雖然只有一個觸感，但是通過觸感依次控制每個馬達的正轉和反轉，連接在一起，就是整個手臂在三個自由度上的動作了。注意每個馬達都是無限等待條件，因為要等到下一次觸感被按下才是進入另外一種狀態。注意機器手臂的最關鍵的設計技巧是轉動平臺的應用，可以產生一個水平的轉動自由度，一個馬達專門驅動轉動平臺。手臂的其它部分都會位于轉動平臺

13、之上。這里可以體現出NXT馬達的強大扭力。思考使用兩個觸感去控制手臂的運動，你會如何分配？10控制器與控制電路機器蛇學習目標· 超聲波傳感器 · 連桿結構 · 循環等待 要求· 設計一條機器蛇，造型要象蛇一樣盤在地上。 · 每當人接近的時候，設會去咬他的腳。 · 能夠反復執行。 制作在蛇頭上裝上超聲波傳感器，造型也象眼睛蛇一樣。利用梁，形成一個盤旋的姿勢。可以利用各種零件來裝飾蛇的造型，讓它象蛇。編程眼睛（超聲波傳感器）看到有人走近，馬達轉動，伸頭，咬了1 秒之后，頭縮回，然后等待下一個路人。注意利用四邊形可以改變形狀的特點來讓蛇伸頭

14、，并可以自由地回收！四邊形可以改變形狀的特性我們可以靈活地使用在各種機構中。思考如何可以讓蛇除了頭伸縮外，它的整個身體也可以伸縮，機構如何實現？如何改進程序？11NXT控制器與傳動機械自動擊球1學習目標· 超聲波傳感器 · 馬達控制 · 循環等待 要求· 利用超聲波傳感器設計一個可以自動擊球的裝置。 · 一看到球靠近，就把球給擊打出去。 · 不斷地工作，每當球靠近就如此反應。 制作在馬達上連接梁作為擊打的動作機構，然后在旁邊安裝上超聲波傳感器，用來識別球是否靠近。注意，擊打球的那根梁的高度要接近球的中位線。編程使用最簡單的等待循環程序

15、。每次等待球靠近的時候，馬達擊打，把球給擊遠，然后轉回去初始角度。注意這里的馬達的等待條件都是角度DEGREES。注意為了準確地編程， 需要將通過NXT的VIWE功能去觀察到一個合理的距離值。梁直接連接在馬達上。思考給機器人添加一個情報燈，作為球靠近時的報告信號。12NXT控制器與傳動機械自動擊球2學習目標· 超聲波傳感器 · 馬達控制 · 多任務 要求· 利用超聲波傳感器設計一個可以自動擊球的裝置。 · 一看到球靠近，就把球給擊打出去。 · 機器人自動發球，球一旦上軌道之后會自動地被發射出去。 制作在上一個活動自動擊球的基礎上，再兩

16、個馬達，并且兩個馬達形成一個發射器。通過兩根長導線連接。發射器與擊球器之間有一定的距離。通過張紙，方便球滑行到傳感器前。編程在上一個程序的基礎上，再拖一行程序，表示這個程序是同時在控制兩個任務的執行，我們稱為多任務程序。注意兩個馬達，馬達連接輪子，增加摩擦力，同時在兩個馬達之間形成一個軌道，可以順利地發球，并通過下一面張紙把球送到超聲波傳感器前。這里要注意的是，要保證兩個輪子之間的距離，正好是一個球的直徑，這樣發現起來，輪子的摩擦力才正好。思考給發射器增加一個開關，只有通過開關才能觸發球射擊！13NXT控制器與傳動機械圣誕老人送禮物學習目標· 馬達控制 · 聲音 ·

17、; 多任務 · 光感 要求· 設計一個圣誕老人，騎著送禮物的鹿車。 · 圣誕老人和鹿的整體造型要像。 · 會在天黑的時候，開始出去送禮物，并響起圣誕歌。 制作這里有三部分需要去搭建，可以以團隊分工的形式，第一部分是鹿，第二部分是圣誕老人，第三部分是車。這里充分利用NXT的結構特點和馬達的結構特點去設計鹿和圣誕老人。如搭建卡所示，圣誕老人和盧是利用馬達設計而成。嘸鹿頭是光電傳感器。編程兩個任務同事執行，一個是放音樂，一個是鹿和圣誕老人一起運動，鹿是跑，圣誕老人是揮鞭，其實就是同時去控制B和C馬達。當然前提是等待光值小于了，才轉動，并且注意馬達以90度（DE

18、GREE）為等待條件。另外一個任務就是編輯音樂了。注意充分利用馬達的特殊造型來設計鹿和圣誕老人。選擇或者自己搭建各種有趣的零件來作為圣誕禮物。思考圣誕老人是我們期待的，每當我們唱圣誕歌越響的時候，圣誕老人就越來得越快，如何實現？14NXT控制器與傳動機械割草機學習目標· 觸動傳感器 · 馬達控制 · 分支判斷 要求· 設計一臺手動割草機。 · 機器人有開關來控制割草機工作與否。 · 能夠順利地把很多草給割下來。 制作首先底盤是一個小車的樣子，前面還要有導輪，以方便轉彎，后面有手柄可以推，接近手柄高處有開關，控制割草機的前進和割草的動作

19、。編程割草機雖然有前進和割草兩個任務，但這兩個任務都是同時執行的，所以兩個任務都是同時存在或者同時不存在。所以，可以使用一個開關來同時控制這三個馬達的運動。注意割草的機構一般就是馬達的轉動，可以在割草機的底部，設計一個割草的裝置。讓一個馬達轉動即可，通過馬達連接的刀片來完成割草動作。思考如何可以通過兩個觸感來實現小車運動和割草任務的分割？15NXT控制器與傳動機械遙控車學習目標· 觸動傳感器 · 多任務 · 分支 要求· 設計一輛遙控車，利用觸感作遙控器。 · 通過遙控器的控制來駕駛汽車行駛。 · 汽車可以前進，后退，左轉，右轉。 制

20、作使用兩個觸感作為遙控器，所以首先要設計一輛小車，兩個馬達，可以完成前進，后退，左轉，右轉的行駛任務。然后使用長導線連接遙控器。編程第一個任務，觸感1，控制一邊的輪子，馬達A，當觸感1被按下，馬達A轉動，當觸感松開，馬達A停止轉動。這個多任務程序的結果就是一個觸感開關控制一邊的輪子，所以造成的結果就是當兩個開關都同時被按下后，小車就前進，當被按下一個，那邊的輪子轉動，就會形成轉彎的運動，當都放開，小車后退。注意特別是男生，很喜歡打游戲，使用樂高積木，設計出更加時尚的游戲手柄。游戲手柄這個結構最重要的就是自己握在手里的舒適度。思考有了手柄來控制小車的運動，再添加一個聲音，來控制小車前進的馬力，會

21、更好玩！16NXT控制器與傳動機械聲控速度學習目標· 聲音傳感器 · 馬達控制 · 分支嵌套 要求· 設計一個機器人，可以四處移動。 · 機器人移動的馬力根據聲音的大小來改變。 · 馬力的改變可以根據聲音的大小劃分為三個層次。 制作機器人有兩部分組成，一個可以移動的地盤，在上面加上一個聲音傳感器，當然聲音傳感器要盡量高些，接近你的嘴巴。編程聲音大于80 的時候，機器人前進馬力是100。聲音大于50，小于80 的時候，機器人前進馬力是50，當小于50的時候，馬達馬力只為0。注意盡量把聲音傳感豎得高些，接近生源。可以靈活地使用梁來完成這個

22、任務。思考如何可以實現讓機器人更細化馬力的分配？能否實現更多的層次分配？（更多的分支嵌套）17NXT控制器與傳動機械探索者學習目標· 超聲波傳感器 · 多任務 要求· 設計一個探索者機器人。 · 可以利用超聲波傳感器來識別障礙物。 · 機器人可以自動躲避開障礙物。 制作一個可以移動的底盤，在前面加上觸感，在上面裝上超聲波傳感器，并且同意一個馬達去轉動它，非常形象生動的一個探索者機器人。編程看到障礙物之后后退下，轉動一個角度，再反復判斷，如果沒有障礙物，繼續前進。探索者的頭一直在轉動正轉一個角度，再反轉回來。注意探索者的超聲波頭要豎立得高些，但不

23、要過去向前。底盤是一個可以移動的機器人小車。思考是否發現機器人在探索的過程中經常卡住？如果多了一個觸感，如何改進程序，可以避免？18NXT控制器與傳動機械碰碰車學習目標· 觸動傳感器 · 等待循環 要求· 設計一兩碰碰車。 · 碰碰車有保險缸，可以保住機器人有地避開障礙物。 · 設計機器人程序，走出迷宮。 制作一個可以移動的底盤，在前面加上觸感覺，并利用梁形成一個類似“保險缸”的結構。它的作用是增加觸感的受作用力面。編程等到觸感被按下，說明碰到障礙物，后退一圈，轉個角度，如故沒碰到，繼續前進。注意保險缸的作用就是把觸感的接觸范圍擴大，觸感上只有一個接觸點，所以需要通過一種機構把它給擴大范圍，只要有個地方碰了，觸感就知道。思考如果增加一個觸感，兩個觸感，可以如何來編程序，讓機器人躲開障礙物或者走出迷宮的速度更快些？19NXT控制器與傳動機械沿軌跡走學習目標· 光電傳感器 · 分支判斷 要求· 利用光電傳感器去讓機器人沿著一根黑線行駛。 · 沿線行駛的速度盡量快些！ 制作在地板上利用膠帶貼一個大的，可以彎曲的圓圈，盡量找一個黑色的膠帶，在一個白色的地面上，