《乐高EV3机器人自造实战：从原理、组装、程序到控制全攻略》(李春雄，李硕安)【摘要 书评 试读】- 京东图书
乐高EV3机器人自造实战：从原理、组装、程序到控制全攻略
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乐高机器人
乐高建立了一套紧密联系玩家的“生态系统”，让更棒的机器人构想借外脑诞生。
以积木玩具闻名全球的乐高集团（Lego）现在正将的玩法推向新高度。随着新一代&乐高头脑风暴&（LEGO Mindstorms EV3，以下简称&EV3&）推出，用户对自己的机器人编辑指令更具扩展性。
EV3本质上是一个可遥控、可编程的积木。它由超过500个科技零件组成，装备了3个电机，4种传感器，其核心的智能模块采用了ARM9架构，内置编程和界面，并可通过蓝牙和Wifi与电脑连接进行复杂的编程作业。EV3极强的可操作性让机器人发烧友为之疯狂，在他们眼中，它从来就不只是一个玩具。
上世纪80年代，乐高集团的第三代掌门人克伊尔德&科尔克&克里斯蒂安森（Kjeld Kirk Kristiansen）找到麻省理工学院的西蒙&派珀特（Seymour Papert）教授，提出用软件控制乐高积木的想法。1998年，乐高推出第一款机器人，将传统的拼装玩具结合计算机程序，这让年轻玩家打造出自己的机器人成为可能。
通过研究昆虫的低空飞行模式，可以建造更先进的仿生机器人。2010年，瑞士苏黎世机器人和智能系统研究所的研究员昌西&格雷茨（Chauncey Graetzel）和他的团队，用乐高Mindstorms NXT机器人完成果蝇控制机器人的实验。他们建造了一个虚拟实境，用LED显示的视觉图像诱导果蝇的飞行方向，同时用一个视觉系统将他们的翅膀运动转换成命令形式，从而实现对机器人的操控。
乐高玩具研发通常从儿童心理学出发设计场景和形象，但机器人包含课程设计和编程软件，研发过程更为复杂。从第二代机器人NXT开始，乐高与美国国家仪器公司（National Instruments）共同成立了研发小组。由国家仪器公司提供LabVIEW开发平台技术，采用基于图标的编程方式，最大程度简化编程过程。&我们并不是让孩子学习文字编程，所以要把编程难度降低，让孩子的精力用来搭建机器人，创造他们想象的模型。&乐高教育中国区总经理陈志庆对记者说。
挑战并非都是技术问题。虽然乐高机器人的设计面向9岁至16岁的青少年，但是从第一代机器人开始，簇拥者中就不乏成年发烧友。教育工作者关注机器人诸如数据采集、基本编程等教育功能，而机器人发烧友则追求参数，期待看到酷模型。如何平衡教育用户和成年买家的需求？&我们从第二代的开始发布了两版机器人&玩具版针对成年买家，教育版针对教育用户。&陈志庆说。
事实上，乐高除了集团内部的Mindstorms研发团队，还借助了外脑的力量。
乐高邀请大量用户参与机器人的硬件和软件的设计中。EV3的测试研发征询了全球近800名教师，约200名学生以及众多教育专家和玩家的意见。&增加陀螺仪就是老师提出来的设想。&乐高教育中国区市场助理经理于琨告诉记者，&我们都想让机器人有更多仿人的功能。&EV3系列的&陀螺仪男孩&启动后，可以利用颜色传感器接受不同颜色发出的指令，马达和陀螺仪保持平衡，同时接收超声波绕开障碍物。一旦遇到问题或倒下之后，&陀螺仪男孩&就会自动关闭所有电机，屏幕上还会出现头昏脑胀的表情告诉用户自己遇上了麻烦。
乐高鼓励玩家组装和分享自己构想的机器人，甚至会把玩家的作品作为标准模型推广。EV3的模型设计就由乐高与&大师&共同开发。&我们在全球有50多位机器人&大师&，他们都有各自的职业和专长，共同点就是爱好机器人。&于琨说。&大师&会花大量的时间自己摸索研究，然后定期和乐高沟通交流。
工程师出身的中国玩家傅山，刚开始接触乐高机器人时，按照工业上的无人搬运车（Automated Guided Vehicle）原理，用乐高NXT机器人搭建了一台小车，从此他对机器人的热情一发不可收拾。后来他又仿照工业的机械手，用乐高的三个电机做了一个三轴机械手。他最得意的是做了一个能在两分钟内解魔方的机器人。&任何一个编程，包括工业上的，都是按照公式来解。魔方的解法也是一个公式。&傅山对记者说。他把解魔方的公式编成程序，装到乐高机器人的模块里去，然后用颜色传感器扫描魔方每个面的9个块，机器人就会按照扫描结果，套进公式运算。
乐高让所有人都能接触到它的机器人软件。玩家们可以发挥想象，任意对软件进行了修改和扩展。传统的机器人多采用螺栓连接方式，组装过程复杂，同时都是单板机控制，编程语言复杂，这使机器人的扩展性成为一个大问题。&懂得工业自动化的人们都容易接受乐高的方式，因为它的变化多样。&傅山说。对于成年发烧友来说，乐高机器人的创造空间很大。
对乐高教育而言，教学也不仅是硬件和演示，还包含。在欧美国家，乐高机器人融入教学已成为一种普遍现象。以美国麻省理工学院为例，80%的一年级学生使用乐高机器人作为教学工具。2000年，乐高教育机器人第一次走进了中国学生的课堂。目前北京、上海、西安等地高校开始引进乐高机器人作为工程类学科入门课的辅助工具。&作为一门课程，乐高会设计一套搭建手册，老师可以参照它按步骤教学，也可以随时调整进度。&陈志庆说。为了保持产品的持续性和扩展性，乐高提供了包括可再生能源套装在内的额外配件。
事实上，乐高教育直到2011年才在中国建立自己的团队。在此之前，中国教育部和乐高在2010年签署了&技术教育创新人才培养计划&。从2010年到2014年在全国共同选择400所高中、初中和小学开展创新教育合作。现在，已经有两万多所中小学使用乐高教育课程，每隔一两年会有4000多所学校续订产品。
中国学生可参与到乐高的机器人大赛中，除了通过学校，乐高教育活动中心的会员也有资格报名。目前，乐高活动中心在中国有49所。于琨介绍，一位10岁左右的孩子拼搭一个简单的机器人只需要20分钟。而且不按照手册也能安装，只是要对乐高积木的玩法比较熟悉。其它复杂的模型，比如流水生产线可能至少需要五六个小时，拼接完后有编程和调试。
乐高不断向玩家发起挑战，促进了他们之间的相互学习。比如，乐高成立的机器人狂热爱好者社区，定期发布课题，吸引用户参与其中。活动不仅给了爱好者展示技能的机会，也促进了玩家之间的相互学习和自我提高。
最后，想象一下乐高打造的这个包括用户在内的&生态系统&的价值和威力。人们通过密切的互相学习掌握新能力，连接在一起的人越多，互动的潜力就越大，创新的速度就越快。从而也帮助乐高从玩家那里汲取灵感，生产出更好的机器人。
本文经许可，转载自《环球企业家》。
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热门排行榜说说乐高机器人的那些事儿说说乐高机器人的那些事儿百米智能百家号自从看了杨澜访谈录《人工智能真的来了》之后，我家娃儿成了机器人迷，加之前段时间热播的格斗机器人《铁甲熊心》更是助推了他的热情，经常要求我们给他做一个格斗机器人。我们暂时还没有做格斗机器人的条件，但顶不住娃的热情，于是采取了一个折中的方法，给娃儿入了一个乐高机器人，条件是一年不允许吃零食，没想到娃真的做到了。在给娃买乐高，研究乐高的同时也学到了很多的关于乐高的知识。#乐高mindstorms#整理出来分享给大家，希望对大家有用。目前市场上乐高机器人主要有两大类，一类是BOOST系列，一类是Mindstorms系列。Boost系列是2017年上市的，和Mindstorms一样，可以搭建五个模型，与Mindstorms不同的是他没有可编程程序块，必需要手机或是PAD控制，体验不太好，因为手机一旦关闭，机器人的系统也关闭了，如果再次玩就需要重新启动机器，很麻烦，不过价格要比Mindstorms便宜一半。Boost是一个新生儿，他的玩法，还有功能是需要更多的探索，所以就不重点介绍了，也没有什么可以说的。重点说一下Mindstorms系列，Mindstorms主要分两类，一类是家庭版（31313），一类是教育版（45544），也就是乐高机器人比赛常用的版本。乐高机器人自1998年推出到现在大概经历了20年的时间，一共推出了3代产品。第一代乐高机器人：他的全称是Robotics Invention System (RIS)，主控模块是RCX1.0，在2000年前后，先后更新了RCX的1.5和2.0版本。RCX做为乐高机器人第一代产品，为以后机器人开发奠定的整体基调，它的特点如下：首先是有一个主控模块，可以通过编程控制与之相连的外部组件，配备显示可以做一些信息和状态反馈。其次，用于动力输出的马达，通过接口与主控模块相连接，接收指令，同时由主控模块供电。然后，各种传感器（比如解动、温度、距离，光线等），同样通过接口与主控模块相连连接，用于采集外部反馈。最后，通过乐高科技系列零件拼装成对应的模型。乐高机器人与普通机器人的区别在于乐高机器人通过传感器给了机器人五官，又通过可编程模块控制机器人。他的可编程模块使用的是8位单片机进行编程，通过红外端口和PC主机进行通讯，用于下载程序到主控模块。第二代乐高机器人上市时间是2006年和2009年，名字叫NET/NXT 2.0，这一代产品升级了主控模块的芯片，使用主频48MHZ，32位ARM 7芯片，支持USB和蓝牙通讯协议，程度可以通过USB接口下载到主控模块。NXT2.0 8547的这个双足步行机器人主模型，虽然走的不稳，但是步行部分结构还是设计得非常巧妙的，看过杨澜访谈录《人工智能真的来了》你会发现机器人的大脑虽然已经很聪明了，但是让机器人自由的行走还不太容易，这是一个还需要探索的领域。第三代机器人上市时间是2013年，名字叫做EV3，也是我们目前市面上主流的版本。它的主模块升级到了400MHZ的ARM9芯片，内存由NXT的256KB升级到64MB，运行也有了改变，基于Debian发行版Linux操作系统，同时支持SD卡，USB，内置蓝牙，支持WIFI等通讯协议。他的主模块示意图如下：EV3家庭版31313，官方自带有五个示例，如图：大家在选择这一版本乐高机器人的时候一定会问，我该选择家庭版还是教育版？首先我们看家庭版和教育版配件有哪些区别：家庭版与教育版在功能上的区别不太大，那么为什么要分两种呢？主要是面象的对象不同，家庭版本更多是当作一种玩具，孩子们自由的想象创造发挥，而教育版则主要象的是学校或是机构，当然价格也就稍微贵些。此外，教育版还有补充包发售，比如45544，对应的45560.再来说说乐高机器人的编程，这一块也是我要带着娃儿努力学习的一块，毕竟这才是乐高机器人的精髓。乐高机器官方程序是基本NI的LabView平台开发的图形化编程软件，是一种基本流程图的可视化编程语言。如图所示：运算模块;控件模块；用这些模块搭建一个简单的流程图，可能像下面这样：复杂一点可能像这样：要把一个机器人的动作通过编程做出来并不容易，需要有逻辑思考力，还需要能把控全局，一步一步调试才能做出来，对孩子的综合能力要求极高，这也是为什么乐高受粉丝追捧的原因。本文仅代表作者观点，不代表百度立场。系作者授权百家号发表，未经许可不得转载。百米智能百家号最近更新：简介:略读主观，用数据看世界作者最新文章相关文章本目录推荐
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