乐高机器人EV3设计与竞赛指南（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] James Jeffrey Trobaugh 著，孟辉，韦皓文 译

图书标签:

• 乐高EV3
• 机器人
• 编程
• 竞赛
• STEM教育
• 机器人设计
• 乐高机器人
• 青少年编程
• 教育
• 科技

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115479822

版次：1

商品编码：12373354

包装：平装

开本：大20开

出版时间：2018-06-01

用纸：胶版纸

页数：170

正文语种：中文

产品特色

编辑推荐

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。

内容简介

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。

作者简介

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。

目录

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

开启无限创意，驾驭智能未来——《乐高机器人EV3设计与竞赛指南（第2版）》 在瞬息万变的科技时代，掌握创新思维与动手能力已成为培养下一代人才的关键。乐高（LEGO）以其独特的拼搭魅力，将抽象的科学概念具象化，而EV3机器人平台，更是将这一魅力推向了前沿，成为全球教育与科技创新的有力工具。本次奉献给您的是《乐高机器人EV3设计与竞赛指南（第2版）》，这不仅仅是一本书，更是一扇通往智能机器人世界的大门，一个激发无限可能性的创意摇篮。 本书定位与价值： 本书专为对乐高Mindstorms EV3机器人感兴趣的读者量身打造，无论您是初次接触机器人编程的学生、希望在科技竞赛中崭露头角的青少年，还是致力于STEAM教育的教师，亦或是热衷于探索科技乐趣的家长，都能从中获益匪浅。我们深知，对于许多读者而言，乐高EV3机器人代表的不仅仅是玩具，它更是学习编程、工程原理、逻辑思维、解决问题能力以及团队协作精神的绝佳载体。 《乐高机器人EV3设计与竞赛指南（第2版）》并非简单的拼装说明手册，也不是枯燥的理论教材。它以一种生动、实践、循序渐进的方式，引导读者深入理解EV3平台的核心技术，掌握机器人设计与搭建的系统方法，精通编程逻辑的构建，并最终能在各类机器人竞赛中脱颖而出。我们致力于将复杂的概念变得易于理解，将理论知识转化为实际操作，让学习过程充满乐趣与成就感。 核心内容深度解析： 本书围绕“设计”与“竞赛”两大主线，为您呈现一套全面而深入的学习路径。 第一部分：探秘EV3核心，奠定坚实基础 在开始任何精彩的创作之前，了解您手中的工具是至关重要的。本部分将带领您深入认识乐高Mindstorms EV3的核心组件。 EV3智能砖： 作为机器人的“大脑”，我们将详细介绍智能砖的各项功能，包括处理器、内存、各种端口（A、B、C、D端口连接马达，1、2、3、4端口连接传感器）、显示屏、扬声器、USB连接以及蓝牙/Wi-Fi功能。您将了解如何通过智能砖的按钮进行基本操作，如何通过屏幕进行菜单导航和程序下载，以及如何利用其内置的扬声器播放声音。 马达（M Motors）： 我们将讲解EV3系统中的三种主要马达：大号马达（Large Motor）和中号马达（Medium Motor）。您将学习它们的结构特点、工作原理，以及如何将它们准确地连接到智能砖的端口。更重要的是，您将掌握如何通过编程控制马达的转动方向、速度、角度，以及实现更复杂的运动模式，如匀速直线运动、转弯、原地旋转等。 传感器（Sensors）： 传感器是机器人感知世界的“眼睛”和“触角”。本书将详细介绍EV3常用的传感器，包括： 触碰传感器（Touch Sensor）： 学习如何利用它来检测碰撞、按压，并将其作为触发程序执行的条件。 颜色传感器（Color Sensor）： 深入了解其识别不同颜色、检测光线强度、甚至作为巡线传感器的能力。您将学会如何编写程序，让机器人根据颜色做出反应，例如跟随黑线、识别目标颜色。 超声波传感器（Ultrasonic Sensor）： 探索它如何测量距离，避免障碍物，实现自主导航。您将学习如何利用超声波传感器来控制机器人保持与障碍物的固定距离，或在探测到障碍物时停止前进。 红外线寻迹传感器（IR Seeker Sensor）（如果您的EV3套件包含，本书也会提供相关介绍）：了解其探测红外线遥控器信号或特定红外线标记的能力，为更高级的竞赛场景打下基础。 其他可选传感器（如陀螺仪传感器、第三方传感器等）：在后续章节中，我们也会适时提及一些常用的第三方传感器及其应用潜力，扩展您的视野。 第二部分：精通EV3编程，实现智能控制 乐高EV3的强大之处在于其灵活的编程环境。本书将基于官方提供的EV3软件（LEGO MINDSTORMS EV3 Home Edition），为您层层剖析编程的奥秘。 图形化编程界面入门： 我们将从最基础的拖拽式编程开始，介绍软件中的各个功能模块，如动作模块（马达控制）、流程控制模块（等待、循环、分支）、传感器模块、数据操作模块等。您将学会如何将这些模块组合起来，构建出简单的程序。 结构化编程思维： 随着内容的深入，我们将引导您掌握更高级的编程技巧，例如： 顺序结构： 按照既定的步骤执行指令。 选择结构（If-Then-Else）： 让机器人根据传感器读数或条件做出不同的判断和反应，实现智能决策。 循环结构（Loop）： 让机器人重复执行某项任务，提高效率，实现自动化。 变量与数据操作： 学习如何使用变量存储和处理数据，进行数值计算，让程序更具通用性和灵活性。 自建功能块（My Blocks）： 掌握如何将常用的程序段封装成自定义模块，提高编程效率，简化复杂程序的设计。 实际编程案例演示： 本书将提供大量精心设计的编程案例，涵盖了从基础的“前进”、“转弯”、“避障”到更复杂的“循迹”、“抓取”、“搬运”等功能。每一个案例都附有详细的步骤说明、程序截图和运行效果分析，帮助您理解编程逻辑，并能举一反三。 第三部分：科学设计方法，打造高性能机器人 优秀的机器人不仅需要智能的程序，更需要巧妙的结构设计。本部分将为您介绍科学的机器人设计原则和方法。 机械结构基础： 学习齿轮、传动、杠杆等基本机械原理，了解它们在机器人设计中的应用，如何实现减速增益、改变运动方向等。 稳定与平衡： 探讨如何设计机器人的底盘，确保其在运动过程中的稳定性，避免倾覆。 动力传输： 讲解如何有效地将马达的动力传输到车轮或其他执行机构，减少能量损耗。 传感器布局： 学习如何根据任务需求，合理地安装和定位传感器，使其能够准确有效地感知环境。 模块化设计理念： 介绍如何将机器人分解成不同的功能模块（如底盘、抓手、传感器架等），方便搭建、修改和升级。 经典机器人形态分析： 通过分析一些经典机器人（如四轮驱动、履带式、多腿式等）的设计思路，帮助您理解不同结构形式的优缺点及其适用场景。 优化与迭代： 强调设计是一个不断测试、评估和改进的过程。您将学会如何发现设计中的不足，并通过调整结构和材料来提升机器人的性能。 第四部分：竞赛实战演练，问鼎竞技舞台 机器人竞赛是检验学习成果、激发创新精神的绝佳平台。本书将为您提供详尽的竞赛指导。 主流竞赛项目解析： 详细介绍当前主流的乐高机器人竞赛项目，例如： 任务挑战类竞赛（如FIRST LEGO League - FLL）： 分析不同任务关卡的特点，提供相应的机器人设计思路和编程策略，帮助您的机器人高效完成各项挑战。 机器人格斗类竞赛： 讲解如何设计具有攻击性或防御性的机器人，以及如何编写出色的对战程序。 竞速类竞赛： 探讨如何优化机器人结构和程序，以最快的速度完成赛道。 其他创意类与工程设计类竞赛： 鼓励您将所学知识融会贯通，设计出独具创意的机器人解决方案。 竞赛策略与技巧： 理解竞赛规则： 强调仔细研读竞赛规则的重要性，以及如何根据规则进行机器人设计和程序编写。 任务分解与分析： 学习如何将复杂的竞赛任务分解成若干个可执行的小目标。 机器人与程序的协同优化： 讲解结构设计和程序编写如何相互配合，共同提升机器人在竞赛中的表现。 调试与测试： 提供高效的机器人调试和测试方法，帮助您在赛前发现并解决潜在问题。 团队协作： 强调在竞赛中团队合作的重要性，如何分工协作，共同迎接挑战。 实战案例与解决方案： 本书将提供多个不同竞赛项目的实战案例，从机器人设计图、详细搭建步骤、核心程序代码到竞赛策略分析，全方位展示如何应对真实的竞赛场景。这些案例将不仅仅是复制，更是启发您独立思考和创新的源泉。 本书特色与亮点： 丰富的图文并茂： 全书配有大量高清图片、结构示意图和程序截图，让复杂的概念一目了然。 循序渐进的学习路径： 从基础到进阶，内容安排科学合理，确保读者能够逐步掌握。 大量实践案例： 理论与实践紧密结合，通过实际操作巩固所学知识。 竞赛导向： 充分考虑竞赛需求，提供实用的设计和编程策略。 鼓励创新思维： 不仅教“如何做”，更引导读者“为何这样做”，激发独立思考和创造力。 语言通俗易懂： 避免使用过于专业的术语，确保不同年龄段的读者都能轻松理解。 结语： 《乐高机器人EV3设计与竞赛指南（第2版）》是一本集知识性、实践性、指导性于一体的力作。它将帮助您在搭建乐高EV3机器人的过程中，体验创造的乐趣，掌握前沿的科技技能，培养解决问题的能力，更重要的是，激发您对科学、技术、工程、艺术和数学（STEAM）领域的浓厚兴趣。无论您的目标是参加机器人竞赛，还是仅仅想在家中与孩子一同探索智能世界的奥秘，本书都将是您不可或缺的得力助手。 现在，就请翻开这本书，开启您的EV3机器人设计与竞赛之旅吧！让想象力飞翔，让科技之光闪耀！

评分☆☆☆☆☆

总而言之，这本书在“竞赛准备与项目管理”方面的指导，让我对如何更系统地进行EV3项目开发有了全新的认识。我之前总是习惯于想到什么就做什么，缺乏系统的规划，导致很多项目半途而废。而这本书提供的项目管理方法，让我学会了如何制定明确的项目目标，如何分解任务，如何合理分配时间和资源，以及如何进行团队协作。书中还详细讲解了如何进行项目测试和评估，如何总结经验教训，从而不断改进。这些内容对于我来说，不仅仅是在学习机器人技术，更是在学习一种科学严谨的项目开发流程，这对我未来的学习和工作都将受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对编程不太敏感的初学者，我一直担心EV3的编程部分会成为我的绊脚石。然而，这本书让我彻底打消了这种顾虑。书中对EV3的编程环境进行了非常详尽的介绍，从基础的块状编程逻辑，到更高级的函数和变量的使用，都讲解得非常到位。我尤其喜欢作者采用的“由浅入深”的学习方法，先从最简单的程序开始，逐步引入更复杂的概念，并且每一个编程示例都配有清晰的图解和详细的文字说明，让我能够一步一步地跟着学习。更重要的是，书中并没有仅仅停留于介绍编程的语法，而是着重讲解了如何将编程思想应用于机器人控制，如何通过编程实现精确的运动和复杂的任务。

评分☆☆☆☆☆

我一直以来都对如何让机器人完成更复杂的任务感到好奇，而这本书在“进阶机械设计”部分的讲解，恰恰满足了我的求知欲。我看到了许多我从未设想过的机械结构，比如多自由度的机械臂，能够进行精细操作的夹爪，甚至是模拟生物运动的机构。书中详细分析了这些复杂结构的设计思路和实现方法，并且提供了大量的实际案例和图示。虽然有些设计我目前还无法完全理解或实现，但仅仅是阅读这些内容，就极大地激发了我的想象力，让我对未来能够创造出什么样的机器人充满了期待。我甚至开始思考，是否能够将书中介绍的某些技术应用到我自己的项目中，来提升机器人的性能。

评分☆☆☆☆☆

我一直对如何让我的EV3机器人拥有更强大的动力和更精准的控制感到困惑，而这本书恰好提供了一些我从未想过的解决方案。在“动力与传动”的章节里，我看到了关于齿轮比、皮带传动和链条传动的详细讲解，并且作者还用生动的例子说明了不同的传动方式如何影响机器人的速度和扭矩。最令我惊喜的是，书中还介绍了如何通过巧妙的机械结构来解决一些常见的传动难题，比如如何实现差速转向，或者如何构建一个能够稳定抓取的机械臂。这些内容虽然初看有些复杂，但随着我慢慢阅读和消化，我发现它能极大地拓展我的设计思路，让我能够创造出更具竞争力、更符合比赛需求的机器人。

评分☆☆☆☆☆

这本书的“结构力学与稳定性”章节，真的是为我这样对物理学原理不太了解的读者量身定做的。我一直觉得搭建机器人就像搭积木一样，只要按照图纸拼出来就行，但这本书让我意识到，一个优秀的机器人设计，背后有着严谨的物理学支撑。作者用非常通俗易懂的语言，解释了重心、力矩、摩擦力等概念，并且将这些原理巧妙地融入到机器人结构的设计中。书中提供了一些关于如何提高机器人稳定性的技巧，比如如何平衡前后重量，如何选择合适的轮子和履带，以及如何设计能够承受冲击的结构。这些知识让我能够从根本上理解为什么有些设计会更稳定，从而避免很多不必要的失败。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏这本书在“创意与灵感”方面所做的努力。它不仅仅是一本技术手册，更是一本激发读者创造力的指南。在每一章的最后，作者都留有一些开放性的问题和挑战，鼓励读者去思考和探索。书中还展示了许多令人惊叹的EV3机器人作品，这些作品的设计理念和实现方式都非常独特，为我提供了源源不断的灵感。我尤其喜欢书中关于“创新思维”的讨论，作者分享了一些培养创新能力的方法，比如如何从日常生活中寻找灵感，如何进行头脑风暴，以及如何运用逆向思维来解决问题。这些内容对于我来说，不仅仅是关于机器人技术，更是关于如何成为一个更有创造力的人。

评分☆☆☆☆☆

这本书的“故障排除与优化”章节，对于任何一个正在使用EV3机器人进行项目或者比赛的读者来说，都具有极其重要的实用价值。在实际操作过程中，机器人出现各种意想不到的问题是常有的事情，而这本书为我们提供了一个系统性的解决思路。它详细列举了机器人常见的故障类型，例如电机不转、传感器失灵、程序死机等，并针对每一种故障，提供了详细的排查步骤和解决方案。更难能可贵的是，书中还介绍了一些优化技巧，帮助我们提高机器人的运行效率和稳定性，例如如何减少电机损耗，如何调整传感器参数，以及如何优化程序逻辑。这些内容对于我来说，就像是拥有了一本“随身医生”，能够在我遇到困难时提供及时的帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我在乐高机器人EV3世界里的一盏指路明灯，虽然我还没来得及完全沉浸其中，但仅凭翻阅的几页，我就能感受到作者深厚的功力。首先，这本书的排版设计就非常吸引人，色彩鲜艳，图片清晰，很多关键步骤和组装技巧都配有详细的图示，这对于我这种视觉型学习者来说简直太友好了。我尤其欣赏的是它不仅仅是简单地罗列零件和组装步骤，而是深入浅出地解释了每一个设计选择背后的逻辑和原理。比如，在介绍如何构建一个稳固底盘时，书中详细阐述了不同连接方式的承重能力和稳定性差异，还提供了几种经典底盘的优缺点分析，这让我对机器人的基础结构有了更深刻的理解，不再是死记硬背的拼搭。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于那些希望在EV3机器人竞赛中取得好成绩的读者来说，绝对是不可多得的宝藏。书中专门辟出了一个章节来讲解竞赛策略和技巧，这让我眼前一亮。它没有泛泛而谈，而是结合了一些具体的竞赛项目，深入分析了不同项目的难点和评分标准，并给出了一系列实用的应对策略。例如，在讲解“搬运与放置”类项目时，作者详细分析了如何设计一个既能快速抓取又能精准放置的机械结构，并且还提供了几种不同的抓取器设计方案，并比较了它们的优缺点。此外，书中还提到了如何优化机器人的行走路径，如何处理突发状况，以及如何在比赛中合理分配时间和资源。这些都是我在实际比赛中经常会遇到的问题，能够在这里找到专业的指导，真是太棒了。

评分☆☆☆☆☆

这本书在“传感器应用”部分的深度和广度，让我印象深刻。我之前一直觉得传感器只是用来检测障碍物或者识别颜色，但通过阅读这本书，我才意识到传感器在EV3机器人设计中的巨大潜力。书中详细介绍了EV3内置的各种传感器，如颜色传感器、超声波传感器、陀螺仪传感器等等，并且深入分析了它们的原理和工作方式。更让我惊喜的是，书中还提供了一些利用传感器进行高级应用的案例，例如如何利用颜色传感器进行循迹，如何利用超声波传感器进行避障，甚至是如何利用陀螺仪传感器实现精确的角度控制。这些内容为我打开了新的视野，让我能够设计出更智能、更具自主性的机器人。