樂高機器人教學案

2023年12月13日發(作者：春耕節)

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認識樂高藍牙機器人系統____N*T

參加教師

活動目的：

1、 認識N*T主要配件，并將其與RC*核心配件作比較，學習和掌握新型樂高機器人； 2、 搭建藍牙機器人；

3、 知道N*T控制器各按鈕的作用，初步學會在N*T是編寫簡單程序，理解傳感器的功能 活動過程：

一、 樂高機器人—— MINDSTORMS N*T與RC*的比較

1、處理器由8位升到32位

丹麥樂高〔LEGO〕將于2006年9月上旬推出樂高公司和美國麻省理工學院共同開發的機器人組件新款"教育用LEGO Mindstorms

N*T〞。Mindstorms是將配備微處理器的LEGO公司的塑料積木組裝起來，通過個人電腦制作的程序來控制的機器人。此前的RC*的微處理器為8位，而N*T配備32位處理器等，提高了性能。 表格1列出RC*和N*T的比較。

圖1：安裝4個傳感器和3個伺服馬達的LEGO N*T

圖4：LEGO N*T系統目前提供的4種傳感器全家福

5、改進了編程軟件

N*T程序用軟件"ROBOLAB ver.2.9〞，跟ROBOLAB原來的版本一樣，是基于NI LabVIEW開發的。該軟件不僅可以制作N*T用的程序，也可以完成RC*用的程序。此前要操作接近400個圖標進展編程，這次. z. -

減少為約40個，從而使得編程更為簡單。OS為"Windows2000〞以上和"Mac OS *〞。

圖5：樂高給出的ROBOLAB 2.9的樣圖，跟以前版本相比，變化較大

二、 快速認識N*T

1、 按鈕

N*T正面有四個按鈕，它們分別是開關、運行；導航和返回。

2、 N*T顯示器上各圖標的意義

最上一行，相當于狀態欄，從左到右依次表示了：藍牙、USB、N*T控制器名、運行狀態、電

池電量以及聲音音量的情況。

狀態欄的下面是六個主控操作面板，相當于主菜單，它們依次是："My

Files我的文件〞、"Try me測試〞、"Settings設置〞、"Bluetooth藍牙〞、"View查看〞、"N*T Program N*T程序〞。

三、 N*T Prpgram(N*T程序)

不需要在電腦上，通過N*T就可以編寫簡單的控制程序。

1、 進入N*T Program

2、 屏幕顯示傳感器和馬達的連接方式；

3、 確定后，進入五步編程

第一步主要是設置運動方式：前后、后退、左轉、右轉等

第二步主要是設置傳感器

第三步 也是運動方式設置

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第四步 傳感器感應設置

第五步 設置停頓或循環運行

四、 活動研究任務

1、 研究前進5，前進的時間是多少？前進的距離是多少？

前進5，前進的時間是

；前進的距離是 。

你的機器人能走直嗎？你們是怎么讓它走直的？

2、 前進5，再右轉2，看看你的機器人怎么運動？

3、 組合作完成以下任務：

每組四個同學，分別位于四方形的四邊，要求用n*t編程，將機器人駛向自己的隊友。

〔1〕 隊長將機器人駛向程序員；

〔2〕 程序員讓機器人左轉駛向機械師

〔3〕 機械師讓機器人按直線退到研究員

〔4〕 研究員再讓機器人轉彎退回隊長。

第三課 嘗試N*T編程

教學目的：

1、 了解N*T編程軟件界面；

2、 知通如何創立一個新文件；

3、 認識移動圖標，了解移動圖標的設置面板中各選項的意義 4、 會用它控制機器人的運動狀態〔前進、后退、轉彎運動〕；

5、 學會如何下載，并運行機器人。

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教學過程：

今天我們學習用電腦編寫第一個程序，控制機器人按我們的意愿運動。

一、 進入編程環境

1、 雙擊桌面圖標，進入N*T編程環境；

2、 一個出現以下程序進度條，調入程序；

二、 編寫程序

有FLASH步驟

按下例操作步驟編寫程序

三、下載程序

1、機器人與電腦的連接

用USB連線將機器人與電腦連接。 注意：下載程序時，N*T必須翻開。 三、 移動圖標參數設置面板

四、 運行機器人

按以下操作步驟運行機器人

演示編寫、下載、運行一個前進——左轉——再前進的程序

活動研究任務

1、 研究能量級為75%時機器人1秒鐘，前進的距離是多少？大約_________樂高單位

2、 能量級為100%時機器人1秒鐘，前進的距離是多少？大約_________樂高單位

2、 組合作完成以下任務：

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每組四個同學，分別位于四方形的四邊，要求用n*t編程，將機器人駛向自己的隊

友。

〔1〕 隊長將機器人駛向程序員，前進2秒鐘；

〔2〕 程序員讓機器人前進5秒，左轉駛，再前進5秒，駛向機械師；

〔3〕 機械師讓機器人按直線后退，到研究員，時間根據距離調整；

〔4〕 研究員再讓機器人后退5秒，轉向，再直線回到隊長所在位置。

第四課 機器人的計步器

教學目標：

1、 學習和理解馬達置角度傳感器

2、 理解移動模塊和馬達模塊的屬性面板

3、 能準確控制機器人的運動距離和角度

4、 通過活動理解馬達置角度傳感器的應用

教學過程：

一、你知道嗎？__________N*T使用技巧

1、 關閉藍牙功能，可以讓N*T更省電

2、 刪除N*T中多余的程序，可節約空間。

二、研究活動——————用時間控制機器人的運動

比較：

1秒鐘馬達能量為75%行駛的距離大約是厘米；

1秒鐘馬達能量為100%行駛的距離大約是

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1秒鐘馬達能量為75%行駛的距離〔填<或>〕馬達能量為100%行駛的距離； 不同組的機器人1秒鐘馬達能量為100%行駛的距離一樣嗎？同〕。

三、N*T馬達的置角度傳感器

用時間控制機器人的運動非常不準確，當電池能量足時機器人跑得快，當電池能量

缺乏時，機器人跑得慢。為了解決這個問題，在N*T機器人的馬達中安裝了一個角度傳感

器，它可以記錄機器人行走的距離。馬達里的角度傳感器相當于機器人的計步器。

3、 機器人的計步器是怎么計算機器人行走的距離的呢？

第一：它可以記錄機器人輪子轉過的圈數，根據輪子的周長，就可以計算出機器

人行走的距離。

觀察學習環境中的常用面板中的向前驅動。

例如，我們機器人的輪子周長約為17厘米

機器人輪子轉1圈，前進的距離是

機器人輪子轉2圈，前進的距離是機器人輪子轉5圈，前進的距離是 厘米。機器人輪子轉10圈，前進的距離是 厘米。

第二：記錄機器人輪子轉過的角度，根據角度，計算出機器人行走的距離。

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我們知道，一個是360度，如果機器人的輪子轉過半周，則它轉過的角度就是180度，走過的距離就是輪子周長的一半，大約8.5厘米。

四、學習電機模塊

移動模塊雖然也能控制機器人做轉彎運動，但由于不能準確地控制單個馬達的能量級，因為機器人的轉彎運動很難準確控制。為此，我們可以使用電機模塊。

1、 電機模塊

位置、屬性

2、下面，我們用電機模塊控制機器人轉直角：

方法一：一個電機停，一個電機運動

方法二：一個電機快，一個電機慢

方法三：兩個電機向相反方向運動

五、挑戰任務

想方法讓你的機器人沿一塊地磚走50*50的正方形

第五課 機器人的眼睛

發表時間：2008-10-17 20:04:51 來源：龍小分校 編輯：龍小分校 點擊/評論：1944/0

教學目標

1、 認識樂高光電傳感器，知道光電傳感器的作用；

2、 初步理解光電傳感器的原理；

3、 會利用光電傳感器測試不同物體外表反射光的光值

4、 初步學會利用光電傳感器控制機器人啟動或停頓。

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教學過程

一、引入

想一想，我們人的眼睛都能看到和分辯什么？〔主要功能〕

第一， 我們能分辯物體的顏色

第二， 我們能分辨物體的形狀和大小

第三， 我們能分辯物體的遠近

機器人要能模擬人的眼睛的功能，也應該能做到分辯物體的顏色、形狀、大小和遠近。但機器人的的眼睛的功能沒有人眼功能這么強大的全面。因此，我們常常需要給機器人安裝多個眼睛。比方我們安裝一個或多個光電傳感器來分辨物體的顏色；安裝一個超聲波傳感器來判斷物體的距離；安裝一個火焰傳感器來識別火焰等。

機器人眼睛功能比較單一，為實現不同的功能，需要安裝不同功能的眼睛。

二、初步認識傳感器

三、N*T藍牙機器人光電傳感器

光電傳感器是機器人的眼睛，它是主要元件是一個發光二極管和一個光敏管。我們看到光電傳感器有兩個燈，工作時，一個燈發紅光，一個燈不發光只接收反射回來的光線。當光電傳感器照到不同顏色的外表時，接收到的反射

光的強弱不同，控制器就可以據此判斷出物體外表的顏色。

N*T的光電傳感器工作時還可以關閉發光燈。

1、 N*T光電傳感器的安裝

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可參考學習面板中"檢測黑線〞的方法安裝

光電傳感器屬于信息輸入，因此它可以接在N*T的1、2、3、4輸入端的

任何一個輸入口中。通常我們插在3號端口。

2、 直接從N*T顯示屏上查看接收光的返回值

〔1〕 在主菜單中選擇View〔顯示〕

〔2〕 再選擇Reflected light (反射光)或Ambient light〔環境光〕

〔3〕 最后選擇Port〔端口〕號，如Port 3

〔4〕 讀出光的反射值。

3、 研究活動

分別測出距離樂高積木大約5毫米處，不同顏色的積木塊的反射光值和環境光

4、 從光電傳感器屬性面板中查看接收光的返回值

〔1〕 拖拉一個光電傳感器模塊到程序流程線上；

〔2〕 附屬性面板的反響控制箱中讀中接收光的返回值

5、 研究活動

分別測出距離樂高積木大約5毫米處，不同顏色的積木塊的反射光值和環境光

值

四、挑戰任務

1、下面的黑線表示車站，讓你的機器人直線前進，看到車站〔黑線〕后

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STOP！

分析：我們并不知道離黑線有多遠，所以用角度傳感器和時間都無法控制機器人行走的距離。因此，我們只能考慮利用光感，讓機器人一直前進，直到

它看到黑線，立即STOP。

程序：

課后記：

今天的教學很成功，通過幾周的訓練，同學們根本都適應了這樣的研究和挑戰模式。在兩種測光值的研究中，同學們的積極性很高，方法也比較得當。

在挑戰任務中，由于機器人看到黑線就停，效果明顯。因些同學們的研

究熱情也很高。

第六課 機器人的耳朵

發表時間：2008-11-12 14:01:05 來源：龍小分校 編輯：龍小分校 點擊/評論：1317/0 教學活動目的

1、 知道機器人的耳朵實際上是一個聲音傳感器。聲音傳感器，能夠使機器人象人一樣具有聽覺。

2、 會利用聲音傳感器控制〔啟動〕機器人運動或停頓；

3、 編寫程序讓機器人沿黑線行走

教學過程

一、引入

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光電傳感器使機器人有了視覺，能分辨物體的顏色，則，能不能讓機器人象人一樣有聽覺，能聽到環境的聲音呢？

當然可以，我們可以給機器人安裝一個聲音傳感器。

二、N*T聲音傳感器

聲音傳感器實際上就是一個類似話筒〔耳麥〕的設備，它能接收聲音信息。 聲音的大小常用音量表示，單位是分貝。一般的聲音傳感器只能感受到有無聲音和音量的大小，而不能分辨語義。比方，我們制作一個聲控機器人，要求它聽到聲音就開場前進?，F在，我們啟動機器人，當我們說"停〞它同樣開場前進。這對人來說是一件很有趣的事。

聲音傳感器能夠檢測到的聲壓大于90分貝。因為聲壓的等級非常復雜，所以在Mindstorms N*T上顯示的時比例(%).數字越小，聲音越小。例如： " 4-5% 大約是安靜的臥室

" 5-10% 從較遠距離聽人的談話

" 10-30% 較近距離的正常談話，或者正常音量下的聲音播放器 "

30-100% 人們的喊叫聲，或者大音量的音響

聲音傳感器的安裝

參見N*T常用面板中的"聲音控制〞。

探索活動

1、試試各種聲音效果，并記錄下N*T接收到的聲音大小值。

操作方法：

〔1〕 將聲音傳感器連接到N*T輸入端口2；

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〔2〕 在N*T顯示器上選擇 View 子菜單，選擇聲音傳感器的圖標和聲音傳感器連接到的接口；

〔3〕 向聲音傳感器說話，看看顯示屏的效果；

挑戰任務

制作一個聲控機器人，要求啟動后原地不動，聽到聲音后開場運動，再次聽到聲音后停頓運動。

分析：啟動機器人后，讓機器人進入等待狀態，當聲音值到達預設的閥值后，機器人前進，同時，再次監聽聲音，如果再次聽到聲音，則STOP！

聲音傳感器屬性設置

第七課 機器人的眼睛〔2〕

發表時間：2008-11-12 14:06:18 來源：龍小分校 編輯：龍小分校 點擊/評論：1279/0 教學目標

1、 認識樂高超聲波傳感器，知道超聲波傳感器的作用；

2、 初步理解超聲波傳感器的原理；

3、 初步學會利用超聲波傳感器控制機器人走迷宮。

教學過程

一、 引入

光電傳感器讓機器人能分辨物體的顏色，但它不能判斷物體的遠近，為了幫助機器人判斷物體的遠近，我們可以給機器人安裝一只超聲波傳感器。

二、 樂高超聲波傳感器

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樂高超聲波傳感器，有由一個超聲波發射器和一個超聲波接收器組成，通過檢測發射聲波〔類似于聲納〕和反響聲波延遲的的時間，測算障礙物離自己的距離。

〔1〕 屏幕顯示機器與最近物體的距離值，單位為厘米或英寸；

〔2〕 超聲波傳感器的檢測距離為0-250厘米；

〔3〕 超聲波傳感器通常接在輸入端口4；

三、 超聲波傳感器的安裝

參見超聲波測距

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研究任務

請你編寫一個程序，讓你的機器人向墻靠近，直到離墻20厘米處停頓。試一試，當你設置機器人停頓的觸發值為20厘米時，機器人停下時，距離墻的實際距離是多少？如果我們要機器人停下的位置距離墻剛好20厘米，程序中實際停頓的觸發值是多少？

挑戰任務

你能做一個簡單的迷宮機器人，讓它從以下列圖中的入口進，出口出嗎？

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第八課 能識別路線的機器人

發表時間：2008-11-12 14:18:40 來源：龍小分校 編輯：龍小分校 點擊/評論：1616/0 教學目標：

1、 光電傳感器的靈活應用

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2、 學習和理解循環和分支程序構造

教學過程：

一、師引導

我們的機器人已經具有類人的視覺功能，通過光電傳感器，可以識別顏色，通過超聲波傳感器感受物體的遠近。

今天我們通過一個實際任務來比一比，看誰的機器人最能干。

二、任務描述

讓機器人沿固定的黑跑道行走，看誰的機器人走完全長所用時間最短。

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三、任務分析

黑色跑道是單路線，沒有叉道，因此我們可以采用單光感走黑線。

單光感走黑線原理：在黑線上往白色區域走，在白色區域往黑線走。即走"之〞字形。

觀看"跟隨暗線〞視頻，理解單光感走黑線的原理。

四、程序分析

1、 分析

如果在黑線上： C走， B停 即右轉；

如果在白色區域： B走，C停 即左轉。

上述動作反復重復執行。

2、 循環程序

需要反復執行的一段程序我們可以放在一個循環中。

在生活中循環執行*一任務的例子很多，比方跑繩、拍皮球等。

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3、 條件分支程序

在這個任務中，我們要根據機器人所處位置決定機器人重復執行那一段程序，象這樣的程序叫條件分支程序。

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五、試運行

1、如果機器人認不了黑線，說明你的條件分支中黑白分界閥值設置不正確，應重新測定黑、白區域的光值，再取平均值。

2、如果機器人左右搖擺太大，說明你的機器人轉角弧度太大，可適當減小馬達的能量。

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研究任務

請你編寫一個程序，讓你的機器人向墻靠近，直到離墻20厘米處停頓。試一試，當你設置機器人停頓的觸發值為20厘米時，機器人停下時，距離墻的實際距離是多少？如果我們要機器人停下的位置距離墻剛好20厘米，程序中實際停頓的觸發值是多少？

挑戰任務

你能做一個簡單的迷宮機器人，讓它從以下列圖中的入口進，出口出嗎？

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第八課 能識別路線的機器人

發表時間：2008-11-12 14:18:40 來源：龍小分校 編輯：龍小分校 點擊/評論：1616/0 教學目標：

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1、 光電傳感器的靈活應用

2、 學習和理解循環和分支程序構造

教學過程：

一、師引導

我們的機器人已經具有類人的視覺功能，通過光電傳感器，可以識別顏色，通過超聲波傳感器感受物體的遠近。

今天我們通過一個實際任務來比一比，看誰的機器人最能干。

二、任務描述

讓機器人沿固定的黑跑道行走，看誰的機器人走完全長所用時間最短。

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三、任務分析

黑色跑道是單路線，沒有叉道，因此我們可以采用單光感走黑線。

單光感走黑線原理：在黑線上往白色區域走，在白色區域往黑線走。即走"之〞字形。

觀看"跟隨暗線〞視頻，理解單光感走黑線的原理。

四、程序分析

1、 分析

如果在黑線上： C走， B停 即右轉；

如果在白色區域： B走，C停 即左轉。

上述動作反復重復執行。

2、 循環程序

需要反復執行的一段程序我們可以放在一個循環中。

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在生活中循環執行*一任務的例子很多，比方跑繩、拍皮球等。

3、 條件分支程序

在這個任務中，我們要根據機器人所處位置決定機器人重復執行那一段程序，象這樣的程序叫條件分支程序。

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研究任務

請你編寫一個程序，讓你的機器人向墻靠近，直到離墻20厘米處停頓。試一試，當你設置機器人停頓的觸發值為20厘米時，機器人停下時，距離墻的實際距離是多少？如果我們要機器人停下的位置距離墻剛好20厘米，程序中實際停頓的觸發值是多少？

挑戰任務

你能做一個簡單的迷宮機器人，讓它從以下列圖中的入口進，出口出嗎？

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第八課 能識別路線的機器人

發表時間：2008-11-12 14:18:40 來源：龍小分校 編輯：龍小分校 點擊/評論：1616/0 教學目標：

1、 光電傳感器的靈活應用

2、 學習和理解循環和分支程序構造

教學過程：

一、師引導

我們的機器人已經具有類人的視覺功能，通過光電傳感器，可以識別顏. z. -

色，通過超聲波傳感器感受物體的遠近。

今天我們通過一個實際任務來比一比，看誰的機器人最能干。

二、任務描述

讓機器人沿固定的黑跑道行走，看誰的機器人走完全長所用時間最短。

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三、任務分析

黑色跑道是單路線，沒有叉道，因此我們可以采用單光感走黑線。

單光感走黑線原理：在黑線上往白色區域走，在白色區域往黑線走。即走"之〞字形。

觀看"跟隨暗線〞視頻，理解單光感走黑線的原理。

四、程序分析

1、 分析

如果在黑線上： C走， B停 即右轉；

如果在白色區域： B走，C停 即左轉。

上述動作反復重復執行。

2、 循環程序

需要反復執行的一段程序我們可以放在一個循環中。

在生活中循環執行*一任務的例子很多，比方跑繩、拍皮球等。

3、 條件分支程序

在這個任務中，我們要根據機器人所處位置決定機器人重復執行那一段程序，象這樣的程序叫條件分支程序。

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五、試運行

1、如果機器人認不了黑線，說明你的條件分支中黑白分界閥值設置不正確，應重新測定黑、白區域的光值，再取平均值。

2、如果機器人左右搖擺太大，說明你的機器人轉角弧度太大，可適當減小馬達的能量。

祝孩子們成功！

1、如果機器人認不了黑線，說明你的條件分支中黑白分界閥值設置不正確，應重新測定黑、白區域的光值，再取平均值。

2、如果機器人左右搖擺太大，說明你的機器人轉角弧度太大，可適當減小馬達的能量。

祝孩子們成功！

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