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乐高机器人完全攻略(2)之玩转乐高机器人

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发表于 2012-11-19 22:44:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
    机器人是自动执行工作的机器装置,有控制中心——能接受人类的工作指令、存储程序、指挥机器人的动作,有各种各样的传感器——能够感知周围环境的变化,有运动部件(马达)——能够带动机械结构做出各种动作,也有其他的输出设备,如屏幕、喇叭和LED等,可以用来表达机器人的情感,还有组成机械结构的各种零件。乐高机器人虽然号称为玩具,但构成一个机器人的种种元素却一样也不少。
乐高机器人的硬件——控制单元与传感器介绍
      蓝牙机器人硬件是由NXT控制器、伺服电机、传感器等组成。NXT控制器就像人的大脑,伺服电机好比人的肌肉,提供动力,传感器就像人的五官,采集外界环境的数据,然后反馈回大脑进行处理。
      1NXT控制器介绍
LegoNXT.jpg
$ ?# G' O7 Y! u2 e2 K
      32位ARM7主处理器,主频:48MHZ ;8位AVR协处理器,主频:9MHZ;具有蓝牙无线通讯功能,4个输入端口,3个输出端口,100x64象素黑白显示屏,带扬声器,使用6节AA电池或锂电池板。
( D- ^) e2 N( s. C
2.NXT伺服电机
lego马达1.jpg lego马达2.jpg " b( ~, t& C$ `* J
      内置角度传感器可以测量速度和距离,每个电机内置一个角度传感器,使你能准确的控制电机转动控制精度,可以精确到1度。
3.NXT传感器
( T/ w# e9 p, B! f5 Q4 S
触动传感器——可以读取触动传感器的当前状态:开或者关
lego触动传感器.jpg
! ]2 N' K/ G: W  A
光电传感器——可以读取周围环境光的强度
lego光电传感器.jpg
% h* [4 b, c: S( b/ m0 J" \声音传感器——能测量普通声音(dB)和用A计权测量的分贝(dBA)# n  g+ `7 m* O7 ?  D
lego声音传感器.jpg # b' K5 d3 _! ?1 I; ~6 n
超声波传感器——能测量距离,范围在0-255cm之间,检测误差+/-3cm,检测角度150度能识别物体,通过检测距离能识别物体运动+ ~1 W6 e  Z- H: ~4 V& ?- v4 R
lego超声波传感器.jpg
  ]" G1 y0 i: M: }/ M$ J颜色传感器——能检测不同的颜色和测量环境光的强度' A: B7 A; ?! J  i- y
lego颜色传感器.jpg / o2 t) U! H6 ]. d7 t& d& J5 w
6 P2 j5 x8 X3 E! P. u+ j) v/ I
4.蓝牙通讯
      乐高NXT机器人具有蓝牙功能,能同时可以与3个带有蓝牙功能的设备通讯,如:另一部NXT控制器、手机、电脑等。连接传输速率每秒1MB字节,最少传输距离10米,通过增加发射功率可达到100米。

( p$ ~# r* R0 M) a% o3 b

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  • · 桃桃|主题: 1, 订阅: 0
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发表于 2012-12-13 14:49:02 | 显示全部楼层
学习
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 楼主| 发表于 2012-11-19 22:45:20 | 显示全部楼层
乐高机器人的硬件——第三方传感器
% y$ i7 a- O3 X- X7 O; r! u
如果你觉得乐高公司给机器人配备的传感器过于简单,不能玩的尽兴,还有其他一些公司也在生产制造能与乐高机器人配套使用的传感器,我们一般称之为第三方传感器。做的比较好的公司有三个——
Hitechnic公司
    该公司生产的传感器在外观上与乐高传感器非常接近,完全经过了乐高公司的认证,具有和乐高零件一致的安全性和可靠性,传感器上带有“LEGO”的标识。主要产品有:1 J/ H* d+ w, c6 p, c/ ~1 [
HT传感器1.jpg HT传感器2.jpg - d: H- e3 J- H' M- p3 n
陀螺仪传感器——包含一个单轴陀螺仪传感器,用于检测旋转,并返回一个值,代表每秒旋转数度。制作自平衡机器人时一定要用到这个传感器
加速度传感器——可以测量机器人在x、y、z轴方向上的加速度,测量范围是-2g到+2g
颜色传感器——HT生产的颜色传感器读取数字信号,虽然测量速度比乐高的颜色传感器要慢些,但检测颜色的精度很高
指南针传感器——这个传感器可以测量地球的磁场,帮助机器人找到正确的方向,测量精度可达到1°
红外传感器——包括红外搜索、红外接收和红外连接三种,可以让机器人寻找红外源,用乐高科技系列套装中的红外遥控器控制机器人

; e/ Q4 A5 V4 w1 @% Z3 |. t, U5 f3 P! ~! J( A4 o1 ~2 I
Mindstorms公司
该公司的产品从外形上看,似乎和乐高没有一点关系,但并不影响和乐高组件的可靠连接,下面介绍的几种传感器非常具有趣味性:

8 Q% I% ]* D& S9 z0 l
摄像头传感器——可以巡线,能追踪最多8个不同颜色的物体,镜头焦距可调。能与NXT控制器连接,也直接与电脑连接,将摄像头拍摄到的画面传送回电脑。
mindsensor传感器摄像头.jpg
2 c/ c. ]) R  G, @& H$ _; {5 I, y  H  R) d! _
      触摸屏传感器——与NXT控制器的输入端口连接后,NXT控制器就有了触摸屏功能$ y; [/ g" N5 c. N! J8 d
mindsensor传感器触摸屏.jpg
6 }6 u- H! {" l2 r% n% d$ \. n
* {4 G0 H: h$ ]' b/ b$ k( k      数字键盘——在NXT控制器上运行程序时,如果有输入数字进行选择的需要,有了这个传感器,一切都变得简单了( Y! m" g. i& B2 X( s/ I
mindsensor传感器数字键盘.png
" R: G; P% W& I3 i
, b7 }! S2 S8 z: r+ B. g- i    红外障碍物检测传感器——这个传感器具有双量程,能检测前左、正前、前右三个区域30厘米以内的障碍物就像给机器人装上了触角
" l! Q. {0 B* i* r mindsensor传感器红外障碍物检测.jpg ' v5 e  [: f  V9 x( j( @
3 ^2 M4 Y5 _2 E$ E
Dexter公司      该公司的产品在国内不如前两家第三方传感器那么多见,有几款产品加大了乐高机器人与其他电子控制产品的联系范围,使乐高机器人的可玩性大大提高:
- H( R  g5 G* x- N5 U8 q8 uNXTChuck传感器——使用这个传感器以后,你就可以用wii的手柄控制乐高机器人
& ?- `% x3 k5 O% W0 ^- e NXTChuck.JPG
* K& D. U0 Z+ _  p. s
- w2 c8 G3 f" b# E! kWIFI传感器——在乐高机器人上使用了它,可以通过wifi将机器人与笔记本、电脑、手机相连接,还可以连接到互联网上,通过互联网在世界上任何地方控制自己的机器人2 A' F# D0 r4 m% O) k
Wifi.png
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 楼主| 发表于 2012-11-19 22:54:16 | 显示全部楼层
乐高机器人的软件——编程语言介绍
2 I, r) k0 H7 Q% N3 w
    提起编程,真是“有人欢喜有人忧”。对于有编程基础、甚至从事软件工作的人来说,关心的是能否使用自己熟悉的编程语言给乐高机器人编程;而对于没有任何编程基础的人来说,关心的却是哪一种编程语言最简单易懂、可以很快掌握。    从这一角度看,我们不得不佩服乐高公司在开发机器人这一产品时的深思熟虑,在编程软件方面,乐高机器人完全可以满足上述两类人群的需求。
1、RoboLab  
Robolab是一种直观易学的图形化程序编辑环境,是乐高公司与美国国家仪器公司(NI)、美国塔夫斯大学(TUFTS)共同合作,在LabVIEW™基础上开发的机器人控制软件。编写程序就像设计流程图一样,简单易学,很快就可以上手。
robolab.png
+ L/ D5 P# Z- s' {8 M% D' b$ e
ROBOLAB的编程环境共分为3个级别:初学者级别(PilotLevel)、发明家级别(InventorLevel)、研究者级别(InvestigatorLevel),每个级别又分数个等级,由浅入深,共有13个等级,使用者可以根据年龄、水平来选择不同的编程等级。Robolab 2.5.4版本可对RCX进行编程,Robolab 2.9以上的版本可对NXT进行编程。但这个软件在2.9.4版本以后就不再更新了。
& {! D6 `, E0 c. g9 i
7 H+ T8 z& `) `& I' x/ D
2、NXT-G
NXT-G是由乐高公司和NI合作用LabVIEW为乐高机器人开发的图形化编程软件,简称G语言。最大的特色就是以图形化编程来组织程序,程序的展现出的形式就是具有逻辑结构的框图。因为其编程方法简单易学,又可以编出极其复杂的程序(乐高公司称c语言、Java语言编出的程序,NXT-G都可以编出),NXT-G语言已成为“TIOBE世界编程语言排行榜2011年榜单”的第15名。乐高公司为这种编程语言开发的软件称为“LEGO MINDSTROMS NXT 编程(programming)”
NXT-G.png
3 n  G+ |8 D- o- G5 M/ K3 c/ x5 L
编程软件分两种版本:玩具版本(8547 NXT零售版本附带)和教育版本 (需要9797 NXT 教育版本用户单独购买使用),它们的主要区别是玩具版只有英语,而教育版本可选择语言。
NXT-G编程语言的特殊之处在于其并非是提供给专业程序开发者的编程语言,不需要有任何编程基础,小学生也可以通过案例学习这种编程语言,通过简单地拖放功能控制模块,就可以编写出控制机器人运动的程序。
+ u+ m. `4 B! d) S3 c' W
      3Microsoft  Robotics  Studio  (MSRS)
这是微软开发的可在不同机器人上编程的软件平台。其中可以实现对NXT和RCX2.0的编程与开发。MSRS包括一个可视化编程环境, 能模拟机器人仿真运行。熟悉这个软件的人可以很快学会控制乐高机器人。
msrs.png
: V$ x, L, v2 i0 v, @ msrs-2.jpg
1 Q2 c' ]9 S2 |, i9 {' Y5 E/ o3 [* w- x& T& ?7 k' P
4、RobotC  
卡内基梅隆大学最新开发的一款基于标准C语言的编程环境,支持对NXT,RCX的编程。界面简单,易于操作,适用于熟悉C语言编程的机器人爱好者。
8 x; u: o1 M: W) X$ u/ ]
5、Bricx CommandCenter (BricxCC)
一款由个人开发的集成化开发环境(IDE)。通过使用NQC,NBC和NXC语言可以对NXT和RCX进行编程,因为该软件是免费开源的,是目前使用c语言的乐高爱好者最为常用的编程软件。
( F9 b4 W! h4 Q! _2 i- ]  y& A
6、LeJOS
由LeJOS Forums成員开发,是专为乐高机器人设计的JAVA程序语言,完全开源、免费。熟悉JAVA的使用者能快速上手。

/ L& o/ l8 z4 Z, r4 {
2 U: R6 _) g. k5 p5 x3 ^2 H* h
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 楼主| 发表于 2012-11-19 22:58:42 | 显示全部楼层
乐高机器人的结构件——乐高积木零件介绍+ ~8 P3 ~4 K1 ~
了解了乐高机器人的硬件和软件,制作机器人当然要有组成机械结构的各种零件。乐高公司出品的每个机器人套装都提供有搭建图和完成这些搭建图的零件。按照搭建图就可以制作出机器人来,但如果你想发挥自己的创意,只拥有机器人套装中的零件还是不够的。
    制作乐高机器人机械结构的主要零件如下图。
3 C8 W: }9 @3 @5 A; Y: f
机械结构零件.jpg
5 L, o0 K/ {  c8 O$ K
      乐高的零件虽是塑料制品,但制作精良,精度极高,耐用性也很强。据乐高公司的资料显示乐高零件如果使用得当寿命可达80年。乐高零件的的注塑模具全部在德国制造,零件的尺寸误差小于0.01mm。如此高的制作质量绝非国内的仿制品可比。
      喜爱乐高机器人的朋友可以关注下乐高的科技系列玩具套装,科技套装玩具被玩家们称作“可以摆着客厅里教具”。适当收集些科技套装的玩具,不仅可以在搭建过程中学习机械结构知识,为机器人积攒零件,科技套装中丰富的零件颜色也会为你的机器人增色不少。
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 楼主| 发表于 2012-11-19 23:00:24 | 显示全部楼层
乐高机器人的相关网站——在哪儿学习乐高机械人的相关知识
9 [& k$ E9 c# O+ E! C" E' m# S
一个国外的网站,给出了大量的搭建和编程示例,很适合初入门的新手。虽说是英文页面,但大都是看图说话的例子,英语较弱的人也不会感到困难。
乐高公司的机器人官方主页
乐高公司与塔夫斯大学合作的网站,可以从中学习robolab
提供Lejos程序下载和各种JAVA资源
NBC、NXC的专业网站,提供Bricx Command Center的下载
RobotC的官方网站,只提供试用程序的下载,最近有了中文的页面
乐高积木零件查询网站,输入套装的编号就能看到零件清单
Hitecnic产品的官方网站,有Hitecnic传感器的详细介绍和模块下载
       Mindsensor产品的官方网站,有Mindsensor传感器的详细介绍和模块下载% E9 f: x* \3 K- m2 V0 e
* `0 t5 _4 g, z7 S+ _, P7 t

' d5 N6 D8 X) M5 f( T5 R乐高机器人完全攻略(1)之认识乐高机器人
: [" W: l* P5 P( U( h乐高机器人完全攻略(3)之购买乐高机器人
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发表于 2012-11-20 09:15:37 | 显示全部楼层
太棒了,太全面了。收藏。
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发表于 2012-11-21 21:38:39 | 显示全部楼层
有可下载的资源吗?
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发表于 2012-12-2 15:39:42 | 显示全部楼层
学习中,谢谢
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发表于 2012-12-19 21:04:13 | 显示全部楼层
不错,学习了好多知识,谢谢楼主。
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发表于 2013-2-19 08:46:15 | 显示全部楼层
谢谢唐兄。很全面
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发表于 2013-3-21 22:48:38 | 显示全部楼层
补充:Python编程6 u, ]8 ]3 l5 E3 h0 {" J+ R
- k) s7 f$ M3 E" r( r1 C$ {! _& z
http://home.comcast.net/~dplau/nxt_python/
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发表于 2013-4-2 09:49:00 | 显示全部楼层
糖老大辛苦啦 最爱科普帖 哈哈
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发表于 2013-6-5 16:44:08 | 显示全部楼层
超棒,最近想入手一套8547给孩子
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发表于 2013-7-9 03:14:33 | 显示全部楼层
wow~这么多原件和传感器 看的眼花缭乱 真是有些复杂  信息量有点多 慢慢消化
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