乐高简易教材

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、智能武器、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反面

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,https://www.sodocs.net/doc/497947162.html,,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

z马达控制

z顺序等待

要求:

9设计一个陀螺的发动机。

9发动机可以不用手碰就可以启动陀螺。

9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。

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:

9设计一个可以转动的画盘。

9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！

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？

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。

迷你高尔夫

z马达控制

z顺序等待

要求:

9设计一个在高尔夫运动员。

9运动员手持高尔夫求杆，姿势优美。

9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F1

z马达控制

z顺序等待

要求:

9设计辆F1赛车。

9赛车可以无人驾驶，精确行驶完全程。

9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

z超声波传感器,

z声音控制

z循环等待

要求:

9给门口设计一个警报器。

9当有人走进夜晚的家里的时候，可以自动报警。

9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

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

z马达控制

z顺序等待

要求:

9设计一个在双杠上表演体操的运动员。

9机器人运动员可以在双杠上表演腿部动作。

9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。

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！

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。

乐高创意搭建

乐高创意搭建 ----科学课拓展项目系列一：乐高初体验 利用乐高积木把孩子们感兴趣的游乐场、医院、消防局、公园等生活设施搭建出来，让孩子们了解我们社会不同机构的功能，以及与我们生活的关系，从而增加 孩子们的社会知识，激发对不同 工作岗位工作人员的尊重，以及 热爱。 系列二：工程百科 积木可以有更多的组合方式，通过孩子们喜欢的飞 机、工程车、船舶等，让孩子们了解这些交通工具的 基本机械结构和功能特点，并且让孩子们学会使用工 具去创造搭建。同时，激发孩子们对未来工程的创造 设想，发展他们的 创造和设计能力。

系列三：生活与科技 孩子们将了解到简单的机械结构及原理，掌 握初步的机械知识，知道杠杆、齿轮、滑 轮，了解一些常见的机械装置是怎么运作 的，增强孩子们的逻辑思维能力和理解力， 在设计和搭建的过程中增强了孩子的动 手能力和想象力。同时，通过介绍、描 述自己设计的作品，发展了语言表达能 力。 系列四：We Do机器人初体验（1.5小时×24课） 感受神奇的乐高简单机器人，认识乐高各 组件的种类与作用，学习乐高WeDo机 器人结构中的多种几何关系并简单了解电 脑编程和传感器。参照图纸完成机器人， 让孩子从此爱上乐高机器人，为接下来的 学习做好充足的准备。

系列五：设计与结构（1.5小时×48课） 运用各种乐高零部件创造出属于自己的 机械结构，并在搭建的过程中学会杠 杆、齿轮、滑轮等各种机械物理结构， 利用马达及电池组让结构拥有不断的动 力。让孩子们感受到机械在我们的日常 生活中无处不在。 系列六：气动结构（1.5小时×24课） 更高级的机械原理结构，增加 气动套件，让机械结构获得更 强大的动力，掌握气缸、气泵 等更多内部机械结构，使作品 更趋精细化和自动化。