第四章 乐高传感器

乐高重力小车的知识点总结一、构造设计乐高重力小车的构造设计非常简单，它由乐高积木组成，主要包括车身、轮子、重力传感器和电机组件。

车身采用了多彩的乐高积木组装而成，给人一种充满创意的视觉感受。

轮子由橡胶材质制成，能够提供良好的抓地力和缓冲效果，让小车能够在不同的地面上顺畅行驶。

重力传感器是乐高重力小车的核心部件，它能够感知到重力的方向，并根据重力方向控制小车的行驶方向。

电机组件由电机和电池盒组成，能够为小车提供动力，并通过传感器控制小车的行驶。

二、工作原理乐高重力小车的工作原理非常简单，当小车处于静止状态时，重力传感器会感知到地面的重力方向，并根据重力方向控制小车的行驶方向。

当小车行驶过程中遇到斜坡或者转弯时，重力传感器会再次感知到重力方向的变化，并及时调整小车的行驶方向，保证小车能够顺利行驶。

电机组件会根据传感器的信号控制小车的速度和转向，让小车在不同的路况下都能够灵活自如地行驶。

三、玩法乐高重力小车的玩法非常丰富多样，孩子们可以根据自己的想象力和创造力进行自由组装和拼搭，制作出各种不同款式的重力小车。

他们还可以结合其他乐高积木，设计各种不同的场景和赛道，进行创意竞赛和比赛，体验不同的乐趣。

此外，孩子们还可以利用乐高重力小车进行科学实验，比如测量不同斜度下小车的行驶速度，观察重力对小车行驶的影响等，从中学习到物理和数学的知识。

四、益处乐高重力小车不仅能够为孩子们带来乐趣，还能够帮助他们培养动手能力、逻辑思维能力和创造力。

在组装和拼搭小车的过程中，孩子们需要动手操作，锻炼手部肌肉和手眼协调能力；在调试小车行驶方向和速度时，孩子们需要动脑思考，培养逻辑思维能力；在设计赛道和参与比赛时，孩子们需要发挥想象力和创造力，提高自身的综合素质。

因此，乐高重力小车不仅是一款娱乐玩具，更是一种益智教育工具。

五、其他作为一款融合科技与创意的玩具，乐高重力小车还有许多其他的功能和玩法。

比如，它还可以与乐高编程积木系统进行搭配，利用编程积木进行编程控制，实现更丰富多样的功能和玩法；而且，它还可以与手机APP进行连接，通过手机APP实现遥控和远程控制，方便孩子们进行更加创新的玩法体验。

乐高小赛车知识点总结引言：乐高小赛车是乐高教育系列中一个重要的机器人教育项目，它是通过组装乐高积木和使用编程软件，使小赛车能够完成各种任务。

进修乐高小赛车除了能培育同砚的动手能力和逻辑思维能力外，还能让同砚体验编程的乐趣，培育创设力和合作意识。

本文将分别介绍乐高小赛车的硬件和编程知识点，援助读者全面精通乐高小赛车。

一、乐高小赛车的硬件知识点1. 乐高传感器乐高小赛车配备了多种传感器，包括颜色传感器、触摸传感器、陀螺仪传感器等。

颜色传感器能够识别颜色，触摸传感器能够感知触摸，陀螺仪传感器能够测量角速度和倾斜角度。

同砚需要了解每个传感器的原理和使用方法，才能更好地编程控制小赛车完成任务。

2. 乐高电机乐高小赛车配备了2个电机，可以控制车辆的前进、后退、转向等动作。

同砚需要学会使用编程软件控制电机的转速和方向，实现小赛车的运动。

3. 乐高积木组装乐高小赛车通过组装乐高积木进行搭建，同砚需要学会如何正确组装各个部件，并理解不同部件之间的干系。

在组装过程中，同砚还需要注意优化设计，提高小赛车的性能。

二、乐高小赛车的编程知识点1. 编程软件乐高小赛车使用乐高官方的编程软件进行编程控制，目前主要有Scratch和Python两种编程语言。

同砚可以依据自己的进修需求选择合适的编程语言。

2. 基本指令同砚需要学会基本的编程指令，如前进、后退、转向等，这些指令是控制小赛车运动的基础。

3. 条件裁定条件裁定是编程中的重要观点，同砚需要学会如何利用条件裁定语句控制小赛车的行为。

例如，当颜色传感器检测到红色时，小赛车停止前进。

4. 循环语句循环语句是编程中常用的语句，它可以让小赛车再三执行某个动作。

同砚需要学会使用循环语句来实现小赛车的自动化行为。

5. 传感器的应用同砚还需要学会如何使用传感器的数据来控制小赛车的行为。

例如，当触摸传感器被触摸时，小赛车后退一段距离。

三、乐高小赛车的应用案例1. 迷宫求解同砚可以编程控制小赛车在迷宫中自动寻找出口。

机电一体化创新综合实验报告机械与汽车工程学院07机电1班目录(一)Lab1 光电传感器自动跟踪小车(二)Lab4 超声波传感器测试(三)Lab5 超声波传感器位移传感应用(四)寻线机器人Lab1 光电传感器自动跟踪小车1.实验目的：➢了解光电传感器感光特性；➢掌握LEGO基本模型的搭建；➢基本掌握ROBOLAB软件；2.实验要求：能做搭建比较牢靠的小车模型，能够实现小车沿着黑线行走(实际上是沿着黑线走Z字形)。

3.软件设计：编写程序流程图并写出程序。

程序如下图：4.测试环境：如图所示：5.实验步骤：1)搭建小车模型。

2)用ROBOLAB编写上述程序。

3)将小车与电脑用USB数据线连接，并打开NXT的电源。

点击ROBOLAB的RUN按钮，传送程序。

4)取有黑线的白板，运行程序，观察小车的运动情况，不断的调试，力求沿黑线走得越快越好。

6.注意事项：●光电传感器对环境光较为敏感，现采用直接采光装置，提高对环境的适应度。

另外，采用光电传感器的自身光源，最大限度的减少环境光对实验的不利影响。

●小车在行进之中，并不能保证轨迹完全沿着黑线行走，而是沿着黑线走Z字形。

7.实验总结经过实验，自动寻线小车基本达到实验要求，但仍然不很稳定。

环境光干扰仍会引起小车错误。

或者由于检测不到黑线而原地打转。

思考应该考虑在当前环境下，先读取白板值，再将小车放在黑线上读取黑线值，然后在求平均值作为小车是否转弯的临界值。

Lab2 光电传感器测距功能测试1.实验目的：➢了解光电传感器测距的特性曲线；➢掌握LEGO基本模型的搭建；➢熟练掌握ROBOLAB软件。

2.实验要求：能够用LEGO积木搭建小车模式，并在车头安置光电传感器。

能在光电传感器紧贴红板，以垂直红板的方向作匀速直线倒车运动过程中进行光强值采集，绘制出时间－光强曲线，然后推导出位移－光强曲线及方程。

3.软件设计：编写程序流程图并写出程序。

程序可参考下图：4. 测试环境：如图所示：红板光电传感器直尺注意事项：实验应尽量降低环境干扰因素，同时小车的设计宜使速度尽量低。

第四节机器人的“听觉器官”◆任务主题设计、制作一个声控机器人，听到声音就动，而且声音越大运动就越快。

◆活动过程1、了解机器人的听觉“器官”，理解“声音传感器”感知声音强弱的工作过程及原理。

2、了解并学会运用机器人驱动其听觉器官工作的指令和程序，经过设计和实际调试，掌握让机器人在声音的控制下完成相关的动作设计制作过程与方法。

◆学习与实践一、基础知识人的耳朵是仅次于眼睛的感觉器官，声波扣击耳膜，引起听觉神经的冲动，冲动传给大脑的听觉区，因而引起人的听觉。

机器人的听觉“器官”——耳朵，比起人的耳朵简单多了，它的结构不象人耳那样复杂，它是用一种叫做钛酸钡的压电材料做成的“耳朵”比人的耳朵更为灵敏，即使是火柴棍那样细小的东西反射回来的声波也能被它“听”的清清楚楚。

机器人的耳朵就是我们很熟悉麦克风或称之为声音传感器，它的外形如图4—1—1所示。

用压电材料做成的“耳朵”之所以能够听到声音，其原因就是压电材料在受到拉力或者压力作用的时候能产生电压，这种电压能使电路发生变化。

这种特性就叫做压电效应。

当它在声波的作用下不断被拉伸或压缩的时候，就产生了随声音信号变化而变化的电流，这种电流经过放大器放大后送入电子计算机（相当于人大脑的听区）进行处理，机器人就能听到声音了。

做一做：观察自已拥有的机器人，找一找可以用来当做听觉器官的有哪几种传感部件？乐高机器人的听觉器官“DCP声音传感器”能力风暴机器人的听觉器官“麦克风”图4—1—1机器人的听觉“器官”声音传感器虽然很简单，可是它的功能不弱。

通过声音传感器，机器人可以感受到声音的强弱。

机器人的“耳朵”——声音传感器并不是所有的声音都能听见，它能“听见“的声音范围跟人能听见的声音频率是大致一样的。

机器人能够感知到声音的强弱，利用这一点，可以通过不同的方式让个人机器人感知到韵律。

我们通过程序的编制让机器人可以听懂声音的节奏和频率。

但要让机器人能够完全、准确的听懂音乐，听懂声音，是一个很大的工程挑战，还需要人们进一步研究、开发。

乐高NXT与威尼尔传感器优化整合的实践研究作者：韩唯伟倪敏张鹏来源：《教育教学论坛》2017年第03期摘要：本文的目的是利用乐高机器人NXT与美国威尼尔公司生产的各种传感器的整合，来展示机器人在学校实验教学里的强大功能，让更多的学生真正地了解机器人工作的原理，认识乐高NXT和威尼尔传感器。

并借助乐高NXT和威尼尔传感器来探索、研究、开发更多的智能机器人。

关键词：乐高NXT；威尼尔传感器；教学实验中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0056-03智能机器人的形成与传感器的应用是分不开的，乐高机器人NXT搭配的是威尼尔传感器。

威尼尔公司研发和生产的大量传感器已经在很多学校的实验教学中得以使用。

例如：使用距离传感器可以轻而易举完成单摆实验中摆球的位移、速度、动量、动能等物理量的测量，并且可以把每个物理量的图像清晰直观地描绘出来。

有了威尼尔传感器的加入之后，乐高NXT 机器人不仅可以满足学校的教学所需，还增加了很多新功能，并且这些功能趋于生活化，处理功能强大、可以启发学生无限创意的乐高机器人NXT结合数据采集精确、种类丰富的威尼尔传感器在下面的实验里将会展现完成各种实验的非凡效果。

一、乐高NXT、威尼尔传感器及应用软件ROBOLAB的简介1.乐高NXT机器人。

乐高NXT机器人的心脏系统是一个32位的微型处理器，可以经由PC或Mac操作程序。

[1]这是所有器件中最不可或缺的角色，因为其他所有的附件都是为它服务和充实的。

乐高积木类型很多，有搭积木建结构必须的梁、插销、轴、链条、齿轮、涡轮等。

有了这些积木你可以发挥想象和创意搭建任意你可以想的出来的结构，这对于我们后面的设计实验不无裨益。

如果说乐高积木是乐高机器人的身体的话，那么传感器就是机器人的各种“感受器官”和“执行器官”了。

在乐高机器人的配件里有触动传感器、声音传感器、光强传感器、超声波传感器、角度传感器（同时也是机器人转动马达）等。

乐高机器人巡线原理1.乐高机器人：这是整个系统的核心部分。

乐高机器人通常由一个中央控制器组成，该控制器上连接了各种传感器和执行器。

中央控制器用来接收和处理传感器的数据，并输出相应的信号来控制执行器的动作。

2.巡线传感器：这是乐高机器人巡线的关键部分。

巡线传感器通常是一种光电传感器，用于检测地面上的颜色变化。

巡线传感器通常由一个发光二极管（LED）和一个光敏电阻组成。

LED会发射出红外线，当红外线照射到地面时，光敏电阻会检测到反射回来的光线的强度，从而判断轨道的颜色。

3.控制算法：乐高机器人巡线需要使用一定的控制算法来判断巡线传感器的信号，并做出相应的决策。

控制算法通常采用一种简单的状态机来实现，根据巡线传感器的信号进行相应的状态切换和动作控制。

例如，当巡线传感器检测到黑线时，机器人会向相反方向转向或停止。

4.执行器：执行器是机器人的动作执行部分。

它们用于根据控制器的信号来控制机器人的移动和转向。

执行器通常由电动马达或舵机组成，可以根据控制器的信号来驱动机器人的轮子或转向系统。

1.启动机器人：首先，通过控制器的开关将机器人启动。

此时机器人处于待命状态，等待接收传感器的数据。

2.读取传感器数据：控制器会定期读取巡线传感器的数据。

巡线传感器会发射红外线，并通过光敏电阻检测反射回来的光线的强度。

根据光线的强度，控制器可以判断出轨道的颜色和位置。

3.分析传感器数据：通过分析巡线传感器的数据，控制器可以确定机器人当前所处的状态。

比如，如果巡线传感器检测到的颜色是黑色，控制器可以判断机器人偏离轨道，需要进行相应的调整。

4.判断动作：根据巡线传感器的数据和机器人的当前状态，控制器可以决定机器人接下来应该采取的动作。

例如，如果机器人偏离轨道，控制器可以发送信号给执行器，让它们驱动机器人向相反方向转动，使机器人重新回到轨道上。

5.执行动作：执行器根据控制器的信号来驱动机器人进行相应的动作。

例如，如果控制器指示机器人向相反方向转动，执行器会控制机器人的轮子或转向系统进行相应的转动。

第四章乐高传感器本章所包含的内容：⏹触动传感器⏹光电传感器⏹角度传感器⏹温度传感器⏹传感器的使用方法与技巧⏹其他传感器4.1简介马达通过齿轮和滑轮传动，可以让你搭建的机器人动起来，他们就如同是移动机器人腿和手臂的肌肉。

同时，你还可以使用传感器来装备你的机器人，它们就如同是机器人的眼睛、耳朵和手指。

机器人套装中包含两种传感器：触动传感器（两种）和光电传感器。

在本章中，我们主要是描述它们的特性，对于其它的传感器你可以单独购买，如：角度传感器和温度传感器。

每一个设备都有其特定的作用，你将会因为它们的功能强大和所能涉及的范围之广而感到惊讶。

当然也包括这种情况,可以用一种传感器仿效另一种传感器，以用来代替不能使用的传感器。

利用RCX上的红外光电，使用一些小技巧，你可以把把你的光电传感器变成一个雷达。

在阅读本章的过程中，我们希望你能把机器人套装放在身边,这样你可以跟随我们的例子亲自动手去做。

为了保持其完整性，我们还会讲一些机器人套装的扩展套装和技术套装的内容。

若你现在还没有这些也不要担心，这不会影响到你搭建体积较大的机器人。

4.2触动传感器触动传感器（图4.1）是乐高传感器大家庭中最简单、最直观的一种。

它的工作方式非常像是你家门铃上的按钮：当它被按下时，电路接通，电流就会通过，RCX就能够检测到这个数据流，你的程序就会读取触动传感器的当前状态：开或者关。

图4.1 触动传感器如果你已经开始使用机器人套装，阅读了Constructopedia，并搭建了一些模型，你可能对传感器的一般用途比较熟悉，如缓冲器。

缓冲器是与周围环境相互作用的一种简单方式，当你的机器人遇到障碍物时，可以用它们来进行检测，并由此而改变运动状态。

典型的缓冲器是一个重量较轻的可移动装置，事实上，当它碰到障碍物时会把冲击力传递给触动传感器并使之关闭。

你也可以发明出很多种缓冲器，但它们的外形应该能够反映机器人的外形，而且还能反映出环境中障碍物的外形。