動手動腦玩EV3

前言

有些老師、家長常會問我，在高中時期學習機器人有什麼用，如果我們沒有比賽所帶來的一些功利性的內容，機器人能帶給我們哪些收穫呢？

讓我們回憶一下20 年前，我們對電腦剛剛出現時的困惑就可以了解家長和教師的想法。我們可以將電腦與機器人作一個比較，機器人是電腦的延續，如果注意到電腦在我們生活中的作用，我們就會知道機器人將是未來生活中不可或缺的，甚至不久的將來它會替代家用電腦大部分功能。機器人是一個工具與電腦是一樣的。當電腦剛出現時我們認為電腦只是專家才會使用的工具，現在已經進入了各家各戶，我們大多數人現在每天離不開電腦，借助電腦可以上網聊天、瀏覽新聞、辦公，展示自己的創意作品。

機器人將是電腦的擴充和延續，今後它會替代家用電腦的大部分功能，如網路功能、通訊功能、多媒體功能等等，同時它具有更多的輸入、輸出方式，不僅可以接受鍵盤的指令，而且會聽、會看、會有觸覺，可以感受溫度的變化和周圍的物體，可以記錄周圍環境的變化，與電腦相比，互動效能可以大幅加強，因此對於機器人，我們可以按照個人的要求進行設定，這樣更有利於進一步的開發，在電腦上進行的工作可以在機器人上更方便的進行。

以往程式設計的學習是很枯燥的過程，而現在透過機器人專案，這一過程將變得很有趣味，在玩的過程中，就會掌握程式設計的方法。透過自學就可以完成大部分課程的學習，而無需他人進行監督與關注。

機器人同時是一個開放的實驗室，我們可以設計各種實驗以驗證各學科的知識。在動手活動中學習有關的知識，增強知識的直觀性和學生的感性認識。以往的實驗都是由教師設計，學生效仿，這只能驗證原理的正確性，而為什麼這樣做卻讓學生無法體會，而將工程、技術的概念引用教育中來，學生將學會要實現某一工作應該如何設計，應該考慮哪些因素的影響。讓他們的視野更為全面，學會進行決策與選擇。

正如我們電腦教學並不一定要培養學生學習這一專業，機器人課程也不是專業教育、菁英教育、而是要將這一優質教學資源分享給廣大的學生，不是以培養專業為目的，而是針對未來的教育，讓每一個學生玩過之後都會對科學產生興趣的過程。

既使我們不喜歡電腦，在工作、生活中也離不開電腦。在未來，機器人會同樣存在我們的生活中。機器人活動讓學生們更進一步地進行交流，開拓了視野，特別是一些國際性比賽的引進，讓學生更多了解了合作、交流、分享、創新的理念。

每年的科技創新作品很多都與機器人相關，如果離開了機器人（自動控制）技術，就很難有新的產品。

機器人活動是讓學生站在了巨人的肩上，不要將機器人活動侷限於比賽，我們會更了解機器人可以讓學生潛力獲得培養。從小學到大學，不同階段都可以使用樂高機器人進行比賽、學習和研究。使用這一工具，學生可以避免一些專業的困難，體驗到成功的快樂，因為簡單，學生不會操作失誤、不怕損壞裝置、而且安全可靠，教學內容的擴充性又極為廣泛，對學生潛能可以有深度的開

發，適合各年齡層的學生使用。

EV3 的出現讓設計更為簡捷，它有大量架設與程式的參考案例，適合學生自學，簡捷的模組設定可以準確地對機器人進行控制，同時提供了專案文件的功能，可以讓教師與學生分享教學中的經驗。這一切都可以讓學生更容易地掌握這一平台，並在這一基礎上啟發靈感、實現創新。

鄭劍春

前言

有些老師、家長常會問我，在高中時期學習機器人有什麼用，如果我們沒有比賽所帶來的一些功利性的內容，機器人能帶給我們哪些收穫呢？

讓我們回憶一下20 年前，我們對電腦剛剛出現時的困惑就可以了解家長和教師的想法。我們可以將電腦與機器人作一個比較，機器人是電腦的延續，如果注意到電腦在我們生活中的作用，我們就會知道機器人將是未來生活中不可或缺的，甚至不久的將來它會替代家用電腦大部分功能。機器人是一個工具與電腦是一樣的。當電腦剛出現時我們認為電腦只是專家才會使用的工具，現在已經進入了各家各戶，我們大多數人...

前言
Chapter 1樂高機器人的結構
1-1 控制器
1-2 電源部分
1-3 樂高機器人常用感測器
1-3-1 光電感測器
1-3-2 力感測器
1-3-3 聲音感測器
1-3-4 超音波感測器
1-3-5 紅外線感測器
1-3-6 位置和姿態感測器
1-3-7 陀螺儀
1-3-8 溫度感測器
1-3-9 EV3 按鈕
1-4 樂高機器人輸出裝置
1-4-1 驅動器
1-4-2 LCD 顯示幕
1-4-3 蜂鳴器
1-4-4 燈光
1-4-5 藍牙輸出
1-5 實作與思考
Chapter 2 樂高的基本元件
2-1 樂高元件的基本尺寸
2-2 元件和種類
2-3 樂高積木中的幾何關係
2-4 實作與思考2.3 感測器
Chapter 3 機器傳動方式
3-1 齒輪傳動
3-2 鏈傳動
3-3 滑輪和皮帶
3-4 蝸輪蝸桿
3-5 平面連桿傳動
3-6 差動機構
3-7 實作與思考
Chapter 4機器人的行走方式
4-1 四輪驅動裝置
4-2 萬向輪
4-3 機器人轉向方式
4-4 用腿行走
4-5 實作與思考
Chapter 5 機器人的穩定性
5-1 結構
5-2 重心
5-3 支撐多邊形
5-4 穩定性
5-5 實驗與思考
Chapter6 機器人的機種結構設計
6-1 平行四邊形結構
6-2 滑軌
6-3 平行四邊形交換升降
6-4 觸角和感測器的安裝
6-4-1 簡單的觸角
6-4-2 杠桿型觸角
6-4-3 夾子和爪
6-5 實作與思考
Chapter 7初識 EV3
7-1 安裝EV3 及程式設計環境介紹
7-1-1 安裝EV3
7-1-2 程式設計環境介紹
7-1-3 專案屬性視窗介紹 7-2 EV3 連接方式
7-2-1 USB 連接
7-2-2 藍牙連接
7-2-3 WIFI 連接
7-3 EV3 控制器
7-3-1 最近使用程式
7-3-2 檔案導覽
7-3-3 EV3 應用程式
7-4 設定
7-5 將兩台EV3 透過藍牙連接
7-6 EV3 輸出的應用
7-6-1 "Welcome EV3"
7-6-2 開口說話
7-6-3 行動起來
7-7 文件的建立與使用
7-8 實作與思考
Chapter 8 程式結構
8-1 等待模組的使用
8-2 獲得感測器檢測值的方法
8-3 循環結構
8-4 分支模組
8-5 多執行緒結構
8-6 終止結構
8-7 自訂模組
8-8 實作與思考
Chapter 9 感測器模組的應用
9-1 EV3 控制器按鈕
9-2 顏色感測器模組
9-3 陀螺儀感測器
9-4 紅外線感測器
9-5 角度感測器
9-6 溫度感測器
9-7 觸碰感測器
9-8 時脈感測器
9-9 超音波感測器
9-10 聲音感測器
9-11 感測器與程式結構
9-12 實作與思考
Chapter 10變數與函數運算
10-1 變數
10-1-1 新增一個變數
10-1-2 常數的應用
10-2 資料連線
10-3 運算模組
10-4 隨機模組
10-5 陣列模組
10-6 邏輯模組
10-7 近似模組
10-8 比較模組
10-9 範圍模組
10-10 文字模組
10-11 實作與思考
Chapter 11 EV3進階應用
11-1 檔案模組
11-2 測量模組
11-3 資訊模組
11-4 藍牙模組
11-5 喚醒模組
11-6 感測器原值模組
11-7 未校準馬達模組
11-8 反向馬達模組
11-9 程式結束模組
11-10 實驗與思考
Chapter 12 擴充閱讀
12-1 EV3 級連方式
12-2 模組動態連接方式
12-3 新增一個實驗
12-4 實驗記錄
12-5 分析工具
12-6 預測工具
12-7 資料表格
12-8 資料運算
12-9 圖表程式
12-10 實驗設計與開發
12-10-1 測量物體的運動速度
12-10-2 透過單擺測量重力加速度
12-10-3 聲音速度的測量
12-11 實作與思考
Appendix A 建造一個機器人

前言
Chapter 1樂高機器人的結構
1-1 控制器
1-2 電源部分
1-3 樂高機器人常用感測器
1-3-1 光電感測器
1-3-2 力感測器
1-3-3 聲音感測器
1-3-4 超音波感測器
1-3-5 紅外線感測器
1-3-6 位置和姿態感測器
1-3-7 陀螺儀
1-3-8 溫度感測器
1-3-9 EV3 按鈕
1-4 樂高機器人輸出裝置
1-4-1 驅動器
1-4-2 LCD 顯示幕
1-4-3 蜂鳴器
1-4-4 燈光
1-4-5 藍牙輸出
1-5 實作與思考
Chapter 2 樂高的基本元件
2-1 樂高元件的基本尺寸
2-2 元件和種類
2-3 樂高積木中的幾何關係
2-4 實作與思考2.3 感測器
Ch...