乐高EV3机器人自造实战：从原理、组装、程序到控制全攻略

乐高机器人是智能玩具。几年前刚开始听说乐高积木时，我只是片面地认为它是一种儿童拼接的积木玩具而已，特色不过是提供的积木基本组件的样式和颜色比较丰富罢了。等看到我孩子的几个同学在摆弄乐高智能机器人时，我的看法被颠覆了，原来有这么好玩的智能玩具，它不是积木拼接玩具，更不是没有智能的被动遥控玩具——更准确地说，乐高机器人可以让孩子们根据自己想象组装机器人，再根据自己的意愿进行编程，让乐高机器人具有自身的智能控制能力。让孩子从小学会动手能力和逻辑思维非常重要。我本人是学计算机科学专业背景出来的，也曾经在英特尔( Intel ) 公司工作长达16 年之多，对计算机和各种智能设备的软硬件应用和开发都很熟悉。因为自己从初中二年级就开始接触计算机程序设计，深知从小培养孩子动手能力和严谨的逻辑思维非常重要，越早越好，这种能力会影响人的一生。但是，一直困扰我的一个问题是：如何让孩子在玩乐中就培养动手能力和训练逻辑思维？现在的孩子即便是小学生，使用计算机和智能设备根本不是问题。但是如何让他们更早地学习计算机这类乐高EV3 机器人自造实战｜从原理、组装、程序到控制全攻略智能设备的基本概念和培养程序设计的逻辑思维呢？如果按传统的方式学习，他们需要先学习计算机基本理论，接着要了解电子电路、数字逻辑和微处理器，然后学习一种程序设计语言开始编写程序。这些东西对于他们来说不但深难懂，而且枯燥乏味。怎么办？乐高机器人给了我答案。乐高机器人不但是玩具还是智能可编程的机器人，和孩子一起学一起玩。拿到繁体版的这本书准备改编时，我就被本书的内容和结构吸引住了，因为它是一本图文并茂，结构清晰而且叙述简单明了的乐高机器人“宝典”，特别适合于没有任何计算机基础知识的孩子们，年龄可以是从小学生到高中生，甚至适合于童心未泯的大学生，只要你会玩积木而且对智能机器人感兴趣就可以轻松上手。当然一样适合像我这样的家长，因为我一直在想怎么教我的孩子，我可以教大学生计算机课程（以前当过大学老师），但是怎么教我的还是小学生的孩子提高动手能力和通过编程训练逻辑思维呢？现在有答案了：和孩子一起组装乐高机器人、再编程控制和测试它，1后“玩乐其中”。阅读本书的提示：1. 本书介绍的是乐高1新的第三代机器人(EV3)。电子电路部分包括 EV3 主机，大中型马达，各种传感器等；机械结构部分包括各种积木，几种规格的齿轮和滑轮，以及各种大小的轮胎和履带等。2. 本书逻辑上分成三个部分。一部分：第 1 章和第 2 章以图片为主介绍了乐高积木和机械组装及其动力原理。第二部分：第 3 章和第 4 章介绍了乐高机器人的 EV3 主机开发环境和 EV3-G积木程序开发环境。学习在 EV3-G 中以积木编程的方式来控制 EV3 乐高机器人进行各种动作，以可视直觉的方式让学生掌握编写程序的原理。同时图片在各个章节的介绍中细致到每一个重点。第三部分：第 5 ~ 11 章详细介绍了从简单到复杂，动手组装各种乐高机器人，再编写智能控制程序控制它和测试它们，让它们活灵活现地动起来。这些机器人，从乐高机器人基本车，带触碰传感器的碰碰车，带光线传感器的太阳能车和蟑螂车，声控机器人，用光线传感器来循迹的机器人，走迷宫的机器人，遥控履带型坦克车、遥控乐高赛车以及双马达打陀螺等一系列机器人几乎包罗万象。丰富的高清晰图片把每个步骤无一遗漏地展示给读者。

本书图文并茂地介绍了乐高 (Lego) *新的第三代机器人(EV3)的组装、编程控制、测试以及如何操控，是一本结构清晰而且叙述简单明了的乐高机器人“宝典”级教材。 全书共分三大部分。**部分以图片为主介绍了乐高积木和机械组装及其动力原理；第二部分以丰富的插图介绍了乐高机EV3 主机开发环境和 EV3-G 积木程序开发环境；第三部分详细介绍了从简单到复杂，动手组装各种乐高机器人，再编写智能控制程序控制它们和测试它们，让它们活灵活现地动起来。一系列机器人几乎包罗万象，丰富的高清晰图片把每个步骤无一遗漏地展示给读者。 本书特别适合于没有任何计算机基础知识的读者，年龄可以是从小学生到高中生，甚至适合于童心未泯的大学生，只要你会玩积木而且对智能机器人感兴趣就可以轻松上手。

01 乐高机器人
1-1 什么是机器人……………………………………………………………………… 2
1-2 机器人的运用…………………………………………………………………… 4
1-3 EV3 乐高机器人………………………………………………………………… 9
1-4 EV3 乐高机器人套件………………………………………………………… 10
1-5 积木与横杆…………………………………………………………………… 13
1-5-1 方块积木 (Brick) ………………………………………………………… 13
1-5-2 平板积木 (Plate) ………………………………………………………… 14
1-5-3 圆孔平板积木（Technic Plate）………………………………………… 16
1-5-4 凸点横杆（Technic Brick）……………………………………………… 17
1-5-5 横杆 (Technic Beam or Technic Liftarm Thick)………………………… 18
1-5-6 框架 (Frame) ……………………………………………………………… 20
1-6 连接器 (Connector) …………………………………………………………… 21
1-6-1 十字轴 (Technic Axle) …………………………………………………… 21
1-6-2 套环 (Technic Bush) ……………………………………………………… 23
1-6-3 插销 (Bolt，Pin) ………………………………………………………… 23
1-6-4 各种连接器 (Connector) ………………………………………………… 25
02 乐高的动力机械原理与实践
2-1 动力机械的原理……………………………………………………………… 32
2-1-1 正齿轮…………………………………………………………………… 34
2-1-2 冠状齿轮………………………………………………………………… 37
2-1-3 伞（斜）状与双面斜齿轮……………………………………………… 39
2-1-4 蜗轮……………………………………………………………………… 40
2-1-5 齿条……………………………………………………………………… 42
2-2 动力机械传递动力的方式…………………………………………………… 43
2-2-1 利用“传动轴”来传递动力…………………………………………… 43
2-2-2 利用“皮带”来传递动力……………………………………………… 45
2-2-3 利用“链条”来传递动力……………………………………………… 47
2-2-4 利用“履带”来传递动力……………………………………………… 48
2-3 制作“打陀螺”结构………………………………………………………… 50
2-4 制作“前轮驱动车”结构…………………………………………………… 55
2-5 制作“四轮驱动车”结构…………………………………………………… 69
03 EV3 主机的程序开发环境
3-1 EV3 乐高机器人的程序设计流程…………………………………………… 85
3-2 组装一台乐高机器人………………………………………………………… 87
3-2-1 EV3 主机的电池………………………………………………………… 87
3-2-2 EV3 主机的硬件组件和功能菜单……………………………………… 89
3-2-3 EV3 主机加装传感器…………………………………………………… 93
3-2-4 EV3 主机加装伺服马达………………………………………………… 100
3-2-5 在EV3 主机上设置蓝牙连接…………………………………………… 101
3-2-6 在EV3 主机上设置相关参数和管理文件……………………………… 102
3-3 在 EV3 主机中编写简易的控制程序………………………………………… 104
3-3-1 编写第一个 EV3 主机程序……………………………………………… 105
3-3-2 保存／读取 EV3 主机程序……………………………………………… 112
04 EV3-G 积木程序的开发环境
4-1 什么是 EV3-G 积木程序……………………………………………………… 117
4-2 EV3-G 积木编程软件的获得和安装………………………………………… 118
4-2-1 EV3-G 积木编程软件的获得…………………………………………… 118
4-2-2 EV3-G 积木编程软件的安装…………………………………………… 119
4-3 EV3-G 积木编程软件的开发环境…………………………………………… 120
4-3-1 EV3 的常用工具栏……………………………………………………… 122
4-3-2 积木编程模块组件库…………………………………………………… 127
4-3-3 积木程序设计区………………………………………………………… 143
4-3-4 主机控制区……………………………………………………………… 144
4-4 编写第一个 EV3-G 积木程序………………………………………………… 148
05 基本车与碰碰车机器人
5-1 触碰传感器的认识…………………………………………………………… 153
5-2 双马达驱动机器人（基本车）………………………………………………… 156
5-2-1“组装”基本车…………………………………………………………… 157
5-2-2“编写程序”让基本车动起来…………………………………………… 163
5-3 碰碰车机器人 ( 触碰传感器) ………………………………………………… 172
5-3-1 “组装”碰碰车机器人…………………………………………………… 173
5-3-2“编写程序”来玩碰碰车………………………………………………… 175
5-4 高级版的碰碰车机器人……………………………………………………… 180
5-4-1“组装”高级版的碰碰车………………………………………………… 180
5-4-2 “编写程序”来玩高级版的碰碰车……………………………………… 186
06 太阳能与蟑螂车以及声控车机器人
6-1 认识颜色传感器……………………………………………………………… 190
6-2 太阳能与蟑螂车机器人……………………………………………………… 194
6-2-1“组装”太阳能车机器人………………………………………………… 194
6-2-2 “编写程序”来玩太阳能车……………………………………………… 197
6-2-3 “编写程序”来玩蟑螂车………………………………………………… 199
6-3 认识声音传感器……………………………………………………………… 201
6-4 声控车机器人（声音传感器）………………………………………………… 204
6-4-1“组装”声控车机器人…………………………………………………… 204
6-4-2“编写程序”来玩声控车………………………………………………… 206
07 轨迹车机器人
7-1 循迹机器人的应用…………………………………………………………… 211
7-2 循迹机器人的控制方法……………………………………………………… 212
7-2-1 Z 字形循迹法…………………………………………………………… 213
7-2-2 三段循迹法……………………………………………………………… 214
7-2-3 比例控制法……………………………………………………………… 215
7-3 制作“单光感”循迹机器人………………………………………………… 216
7-3-1“组装”单光循迹机器人………………………………………………… 217
7-3-2“编写程序”来玩“单光感”轨迹机器人……………………………… 220
7-4 制作“双光感”循迹机器人………………………………………………… 223
7-4-1 组装单光感循迹机器人………………………………………………… 225
7-4-2 编写程序来玩“双光感”循迹车机器人 ……………………………… 229
08 走迷宫的机器人（超声波传感器）
8-1 认识超声波传感器 …………………………………………………………… 231
8-2 制作走迷宫的机器人 ………………………………………………………… 234
8-2-1 组装走迷宫的机器人 …………………………………………………… 234
8-2-2 编写程序来玩“走迷宫机器人” ………………………………………… 237
09 单马达驱动机器人
9-1 单马达驱动机器人介绍 ………………………………………………………… 240
9-2 组装单马达驱动机器人 ……………………………………………………… 240
9-3 “编写程序”来驱动“单马达”机器人 ……………………………………… 246
10 遥控履带型坦克车
10-1 履带型坦克车 ( 基本车 ) ……………………………………………………… 249
10-1-1 “ 组装”履带型坦克车（基本车） ……………………………………… 249
10-1-2 “ 编写程序”让履带型坦克车动起来 ………………………………… 262
10-2 履带型坦克车 ( 加触碰传感器 ) …………………………………………… 266
10-3 履带型坦克车 ( 加颜色传感器 ) …………………………………………… 269
10-4 履带型坦克车（加超声波传感器） ………………………………………… 272
10-5 履带型坦克车 ( 完整版 ) …………………………………………………… 276
10-6 遥控履带型坦克车 …………………………………………………………… 277
10-6-1 认识红外线传感器 ……………………………………………………… 278
10-6-2 组装“红外线传感器” ………………………………………………… 279
10-6-3 编写“遥控履带型坦克车”程序 ……………………………………… 280
11 遥控乐高赛车
11-1 组装乐高赛车 ………………………………………………………………… 282
11-2 组装红外线传感器 …………………………………………………………… 309
11-3 编写“遥控乐高赛车”程序 ………………………………………………… 312
12 双马达打陀螺机
12-1 双马达打陀螺机介绍 ………………………………………………………… 316
12-2 组装双马达打陀螺机 ………………………………………………………… 317
12-3 “编写程序”来自动打陀螺 ………………………………………………… 329