乐高机器人EV3设计与竞赛指南

一站式乐高竞赛指导 乐高机器人EV3设计宝典
作者James Trobaugh是一位经验丰富的FLL教练，在这本书中，他分享来之不易的机器人知识、设计原则和技术，有助于你获得机器人竞赛的成功。
本书指导你设计出参加机器人竞赛的作品！你会学习如何使用新的光传感器和陀螺仪传感器进行导航，完成巡线，学习EV3超声波传感器的使用方法。解锁使用乐高Mindstorms EV3机器人可靠设计的秘密。学习转动、推、拉等成熟的任务设计模式，学习如何减少和补偿电池对电机性能的影响。关于程序设计和组织的章节能让你了解主程序如何更具灵活性。
只要你参与FLL比赛，无论你是教练、家长还是学生，都会在本书中找到你需要的内容，使你的设计和比赛体验有趣和难忘，并能得到更大的收获。

本书是一本乐高机器人竞赛的指导手册，针对乐高机器人赛事的各个方面，包括四个主要板块：设计、导航、操作和组织。通过对这些板块的详细阐述，本书能够指导读者设计出高水准的乐高机器人作品，同时也能提高读者的科技素养，并使读者体会到乐高机器人带来的乐趣。

James Jeffrey Trobaugh，知名FLL教练，FLL世锦赛的技术答辩裁判，FLL地区联盟主任，有着丰富的赛事经验、。
本书译者：中文乐高论坛核心团队，对本书内容及图书都做了深入解读及修订，使之内容更适合国内人士阅读。

第 1章　设计机器人需要考虑的问题 1
阅读规则 1
清楚FLL机器人的零件使用规则 1
研究任务说明 2
将任务按区域分组 2
分析任务 3
画出场地图 3
考虑约束和障碍 4
场地的约束 4
环境条件 5
EV3软件 5
了解乐高头脑风暴硬件 6
EV3程序块 6
触动传感器 7
陀螺仪传感器 7
颜色传感器 7
超声波传感器 8
大型伺服电机 8
中型伺服电机 8
开始机器人设计 8
让整个团队一起头脑风暴 9
展示你的设计 9
绘制设计草图 9
分配资源 10
总结 10
第 2章　底盘设计 11
基本设计因素 11
尺寸 11
功率 11
速度 11
电池 12
寻找重心 12
齿轮传动 14
直齿轮 14
皇冠齿轮 14
锥齿轮 14
双锥面齿轮 15
蜗杆 15
离合齿轮 15
滑轮 16
旋钮轮 16
传动比 16
选择车轮 17
周长 18
安装 18
履带 19
最常见的底盘 19
两轮机器人 19
三轮机器人 20
四轮机器人 20
履带机器人 20
发现和解决问题 21
总结 21
第3章　直线行驶 23
机器人结构的影响 23
轴距 23
重量 24
车轮的周长 24
车轴的支撑 24
程序设计 25
移动转向模块 26
移动槽模块 26
我的模块MyMove 27
电池 31
AA电池 31
可充电电池板 32
辅助装置 32
贴墙行走 32
基地中的出发标尺 34
交流与学习 35
电机匹配 35
消除齿轮间隙的影响 36
发现和解决问题 36
总结 37
第4章　准确转弯 39
转向设计 39
差速转向系统 39
转向驱动系统 40
与转弯有关的计算 41
单轮转动方式 41
双轮转动方式 42
程序设计 43
移动转向模块 43
移动槽模块 43
创建我的模块MyPivot 44
创建我的模块MyTurn 45
陀螺仪传感器 46
校准陀螺仪传感器 46
用陀螺仪传感器转弯 47
陀螺仪传感器的安装 47
总结 48
第5章　巡线和检测线条 49
EV3颜色传感器 49
环境光模式 49
反射光模式 50
颜色模式 50
安装颜色传感器 50
校准颜色传感器 51
进行校准 51
使用EV3校准模块 51
使用本地文件 52
查看校准值 54
删除校准数据 54
遮蔽颜色传感器 55
巡线 55
两状态巡线示例 56
界定两个以上的状态 56
实现比例算法 58
使用两个颜色传感器 59
检测线条 60
找到线条 60
检测线条中的颜色 62
总结 62
第6章　调整机器人姿态 63
调整姿态 63
用侧墙调整姿态 63
被动式靠墙对正 63
交互式靠墙对正 65
与线条和区域边缘对齐 67
总结 69
第7章　检测障碍物 71
触动传感器 71
检测按下状态 71
检测释放状态 74
检测碰撞状态 75
颜色传感器 76
超声波传感器 77
总结 78
第8章　无动力手臂 79
无动力手臂类型 79
推送型手臂 80
保险杠式 80
犁式 80
运送盒 81
钩子型手臂 82
简单式 82
鱼钩式 83
勾环式 84
叉子式 85
倾倒型手臂 85
收集型手臂 86
单向盒 87
旋转式 87
弹力型手臂 88
无动力手臂的连接方式 89
固定销连接 89
无销连接 89
磁铁连接 90
总结 90
第9章　有动力手臂 91
手臂电机的安装位置 91
安装在前部 91
安装在中部 92
安装在后部 92
确定手臂的类型 92
抓物型手臂 92
爪子式 93
台钳式 93
笼式 94
提升型手臂 94
杠杆式 95
叉车式 95
推送型手臂 96
乐高执行机构 96
自制执行机构 96
动力连接 97
直接连接 97
齿轮连接 98
传动轴连接 98
总结 99
第 10章　气动力 101
气动系统示例 101
气动零件 102
气泵 102
气罐 102
气动开关 103
气动执行器 103
T形接头和软管 104
气压表 104
气动系统与EV3机器人集成 104
启动 105
触发 105
搭建气动手臂 105
总结 106
第 11章　主程序 107
我的模块 107
定义开始和结束事件 107
示例代码 108
简单的顺序式主程序 108
假设案例说明 108
创建我的模块 109
创建序列 109
代码示例 109
复杂的主程序 111
程序导航 111
滚动序列 112
创建高级主程序 115
程序显示 115
保存状态 117
总结 118
第 12章　程序管理 119
EV3更新 119
管理源代码 120
使用单台计算机 120
多台计算机网络共享 121
U盘 121
文件命名 121
总结 122
第 13章　技术档案和技术答辩 123
程序文档 123
程序注释 123
打印的程序副本 124
机器人设计文档 125
记录底盘设计 125
手臂设计及说明 126
技术答辩 126
描述你的解决过程 126
介绍你的技术档案 127
与裁判交谈 127
总结 127
附录A　搭建DemoBot 129

　　《乐高机器人EV3设计与竞赛指南（第2版）》：
　　重量
　　另一个与平衡相关的因素是机器人的重量。重型机器人通常更加准确，因为当机器人开始移动时，EV3伺服电机会让车轮打滑。想象下，你告诉机器人前进4圈，但是当它开始移动时，第个1／4圈打滑了，机器人当然不会停在你期望的位置上，你可以通过慢速启动或增加机器人的重量以提高轮子牵引力的方法尽可能地限制车轮打滑。非常轻的机器人将迅速失去牵引力，因此使用测距法进行导航时，很难预测机器人最终会停在哪里。尽量将机器人的大部分重量放在驱动轮上方，会有助干保持机器人的平衡。但也不要疯狂到把机器人变成个铅块，过重的机器人在前进时需要很大的动力。大多数机器人比赛（如FLL）都有时间限制，因此你的机器人需要足够灵活才能在规定时间内完成任务。
　　车轮的周长
　　在你确定机器人耍前进多远时，了解驱动轮的周长是很重要的。如果你用移动转向模块控制机器人前进4圈，你的机器人实际会走多远，这就是知道车轮周长的重要性。周长是车轮完整旋转1圈后行进的距离，如图3—1所示。同你在第2章中学到的样，周长等于π乘以直径，现在我们要用到一些数学知识了。
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