乐高EV3机器人编程:初学者指南

乐高EV3机器人编程:初学者指南

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一、乐高分类

你玩过乐高积木吗?那你玩的是乐高得宝积木,还是乐高标准积木,还是乐高科技积木呢?也许有人说了,乐高就是乐高,不就是一些拼接积木嘛,怎么还有这么多分类呢?

其实,乐高LEGO是一个大家族,包括了一系列的产品,我们先来简单的了解一下不同产品的差别。

1、乐高得宝积木

乐高LEGO得宝积木是针对6岁以下难以将小零件正确地扣合和拼装的幼儿设计的。

得宝积木易于抓握和组装,你可以用LEGO标准搭建板来放置得宝建筑。但是,由于得宝积木的零件尺寸很大,因此它与其他LEGO零件不大兼容。

乐高得宝积木
乐高得宝积木

2、乐高标准积木

当孩子上小学后,得宝积木已经不能满足孩子的搭建要求了,这个时候可以给孩子选择乐高标准积木。我们说的乐高标准积木,其实就是大家最常见到的积木,一提到乐高就能想到的基本就是乐高标准积木。

乐高标准积木有各种各样的主题,可以搭建任何事物,比如,有我的世界、超级马里奥、蝙蝠侠、星球大战之类的各种主题。所有这些不同主题的 零件都是相互兼容的。

乐高标准积木
乐高标准积木

3、乐高科技积木

乐高科技积木是为10岁及以上年龄的孩子设计的,它通过销、齿轮、滑轮和梁来组装模型,强调运动和力学。

有些乐高科技积木零件使用了电机和遥控器,但基本不会使用任何标准零件,因为它要使用环环相扣的销和齿轮来实现更强大更复杂的搭建。

乐高科技积木
乐高科技积木

二、乐高EV3是什么?

在很久之前,乐高还只是靠单纯人力搭建和拼接的产品,也就是我们上面提到的得宝和标准积木,后来,出现了编程语言LOGO,一只可以在电脑上编程画图的小乌龟非常受孩子们的欢迎,乐高得到启动,研发了第一代可编程积木LegoRCX,之后又不断推新,发布了第二代可编程积木LegoNXT,之后又发布了我们本节课要将的第三代LEGO头脑风暴-EV3,目前已经发布了第四代教具-Spike。

EV3一共又两种套装,一种是家庭版,一种是教育版。这两个版本使用相同的主机和搭建技巧,只是在零件上略有不同。

了解熟悉准备搭建的硬件零件是硬件编程的第一步。接下来,我们一起来了解一下EV3家庭版都包括哪些零件吧。

乐高EV3家庭版
乐高EV3家庭版

1、EV3包装盒

不要小看这个外面的包装盒,更不要暴力撕烂它,这个盒子对EV3非常重要。因为这个盒子里面实际上是一个有测试路线的场地。你要沿着背面那条黑色的虚线小心地剪开盒子,即可生成测试场地,如下图。

EV3测试场地
EV3测试场地

把盒子展开之后,就可以看到盒子中的各种零件了,建议大家一定要提前准备好容器来放置这些零件。

EV3零件
EV3零件

2、EV3零件

接下来,我们一起来认识一下EV3套装中的各种零件。

(1)梁

梁是EV3零件中最基本的测量单位。 在乐高中有一种独特的测量单位M,这个M不是米,也不是分米,厘米或者毫米,而是1个乐高科技积木梁孔的尺寸。所以,尺寸是9M的梁上面就有9个孔,尺寸是11M的梁上面就有11个孔。

EV3积木梁
EV3积木梁

EV3中的梁不都是直的,还有一种带角度的梁。当搭建设计需要一定角度的时候,就可以利用这种带角度的梁来完成。

带角度的梁
带角度的梁

除了直梁、弯梁外,还有一种长方形框架梁。通过用这种框架梁搭建稳定的结构,且可以改变连接孔的角度,这样就可以在6个不同的面上连接别的梁。

EV3长方形框架梁
EV3长方形框架梁

(2)销

上面讲解了各种梁,那怎么连接这些梁呢?就是用销来连接的。销是一种多功能连接器,可以使用一个销来连接两根梁,然后梁可以通过销来绕着轴转动。当将两个销插入两个不同的位置时,两根梁就可以保持稳定。

乐高EV3的销
乐高EV3的销

(3)轴轴套、轴连器

轴:可以将两个零件连接起来。轴基本分两种,一种是有挡块的轴,一种是没有挡块的轴。如果是没有挡块的轴,那连接零件后,零件就容易掉下来,这个时候就用到了轴套。

EV3的轴
EV3的轴

轴套:是放在轴尾端的连接件,用来固定轴。轴套基本又分为两种,一种是半轴套,一种是全轴套。可以使用半轴套从尾部固定轴,然后再使用全轴套来固定或者将两个轴连接在一起。但为了更好地连接,可以使用轮轴连器(简称轴连器)。

黄色半轴套,灰色全轴套
黄色半轴套,灰色全轴套

轴连器:可以把两根轴连在一起。当一根轴长度不够时,就可以用轴连器把两根轴连在一起。还有一种轴连器,可以让两根轴以一定的角度连在一起。

乐高EV3的轴连器
乐高EV3的轴连器

(4)球窝接头

球窝接头的作用是为了能够装入托座和自由旋转。类似于我们的骨骼连接作用,可以实现更大范围的活动。当我们需要可以活动的圆孔横梁时,就可以使用球窝接头。球窝接头分为两种,一种是球窝连轴,一种是球窝连销。

乐高EV3的球窝接头
乐高EV3的球窝接头

(5)齿轮

齿轮可以让你的项目增加杠杆和动力作用。EV3套装中又各种齿轮,有四点齿轮、锯齿的圆形齿轮等。如果将销或者轴插到齿轮的中心就可以做成一个曲柄。

乐高的齿轮
乐高的齿轮

(6)其余零件

除上述零件外,EV3套装中还有很多其他的零件,比如轴插槽、多种类型的轮子、橡胶履带、发射器、小球,还有一起装饰用的翼型零件、像宝剑一样的零件、长钉指针之类的零件。

3、主控器和电机

上面,我们认识了很多组装零件,但是这些零件只能组装,还不能让组装好的机器人动起来。接下来,我们就来认识一些可以让机器人活起来的部件。

(1)EV3智能砖

想让机器人动起来,那就需要有指挥它运动的大脑,这个大脑就是EV3智能砖。智能砖不仅可以为其他零件供电,它内含运算元件,所以还可以通过编程程序让机器人实现想要的项目效果。

EV3智能砖
EV3智能砖

从上图可以看出,它的一端有4个水晶头插口,在另一端还有A~D的4个水晶头插口。这些插口就是用来连接传感器和电机的地方,通过智能砖为电机和传感器供电。在它的底部和侧面,有一些可以插销子的小孔,这是用来连接套装中的梁臂的。

可以看到,侧面还有USB接口和SD卡卡槽,当V3自身存储空间不足时,就可以把SD卡插到EV3里面充当一个快速存储器,用于存储机器人程序或是一些数据和资料。而USB插口则可以把EV3和电脑连接在一起,并从电脑的编程软件中向机器人导入程序。

(2)伺服电机

伺服电机可以用来驱动轮子、梁等大型部件。它上面的红色轮子旋转做圆周运动,用来连接销或者轴。

乐高EV3伺服电机
乐高EV3伺服电机

(3)传感器

传感器本身是分为很多种类的,比如有触动传感器,颜色传感器、温度传感器、红外传感器、遥控传感器等等。

触动传感器:当传感器末端红色触角被按下,传感器可以将数据传输到中央处理器。可以用于检测机器车辆是否发生碰撞,或者充当开关,控制机器人开启或停止,帮机器人改变方向,还可以重置程序等。

EV3触动传感器
EV3触动传感器

颜色传感器:可以检测光,识别不同的颜色,区分明暗的变化。还可以用来让机器人沿着一条线前进。

红外传感器和遥控传感器:可以作为几乎所有汽车或者坦克机器人的遥控装置。红外传感器还可以检测机器人前方是否有障碍物。

好啦,本节课对EV3家庭版套装的讲解就到这里了,如果你已经准备好了这个套装,开始搭建你的作品吧!

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