机器人设计与应用专题

1、機器人設計與應用專題國立豐原高中 郭再興學習目標標了解機器器人設計計的基本本原理能瞭解流流程圖概概念，以以及如何何應用於於解決問問題。藉由圖控控式程式式發展環環境，以以及控制制機器人人解決循循跡問題題，了解解演算法法流程控控制的基基本輸入入、處理理步驟、輸出等等基本概概念學習目標標學習迴圈圈結構以以及控制制燈泡物物件學習選擇擇結構以以及按鈕鈕感應器器物件學習邏輯輯判斷物物件(AND、OR、NOT、XOR)練習分析析問題，包括輸輸入、輸輸出、資資料處理理方式。學習目標標學習如何何使用光光感應器器製作循循跡機器器人學習使用用超音波波感應器器製作巡巡邏機器器人以解決機機器人克克服難關關問題為為例，介

2、介紹如何何解決各各種機器器人挑戰戰關卡，並從中中應用解解題概念念，做為為問題解解決的基基本核心心策略。電腦解題題教學工工具可程式化化機器人人LEGO MindstormsNXT樂高機器器人NXT9797電機控制制元件控制器伺服馬達達感測器圖控式程程式發展展環境積木元件件89電機控制制元件包含NXT控制器、伺服馬達、感應器组成NXT控制器就就像人的的大腦，伺服馬達好比人的的肌肉，提供動力，感應器就像人人的五官官，偵測外界環境並轉轉換成數數位資料料，再傳傳送回NXT控制器，驅動伺伺服馬達達做出反反應基本運算算模式輸入-處理-輸出圖控式程程式發展展環境選擇結構構:若按下按按鈕責執執行上半半側的指指令

3、，反反之則走走下半側側迴圈結構構開始物件屬性性程式虛擬擬碼while(true)if(touch_sensor_is_pressed) beep();show_picture_on_screen()感測器若若被壓下下，則由由喇叭播播放音效效，螢幕幕也會顯顯示笑臉臉畫面，學生在在此可學學到基本本程式撰撰寫方法法，以及及三種基基本流程程閃黃燈程程式挑戰題目目-製作閃黃黃燈程式式展示事先先錄製的的閃黃燈燈影片依照建構構圖，將將零件組組合完畢畢範例程式式說明紅綠燈程式挑戰題目目-製作紅綠燈程式展示事先先錄製的的紅綠燈影片依照建構構圖，將將零件組組合完畢畢程式說明明程式執行行原理，與之前前的閃黃黃燈程式

4、式相同，依序是是:點亮連接接PortA的綠燈-等3秒鐘-熄滅PortA綠燈點亮連接接PortB的黃燈-等1秒鐘-熄滅PortB的黃燈點亮連接接PortC的紅燈-等4秒鐘-熄滅PortC的紅燈閃黃燈變變換紅綠綠燈使用感測測器控制制閃黃燈燈切換紅紅綠燈展示事先先錄製的的影片依照建構構圖，將將零件組組合完畢畢選擇結構構說明選擇擇結構概概念設定各種種感測器器條件討論並實實作程式說明明選擇結構構(switch)最簡單的的用法，就是判判斷感測測器輸入入的資料料是否符符合預期期，例如如上圖中中就是判判斷接在在Port1的按鈕感感測器是是否被壓壓下，若若條件成成立則程程式走上上半部，反之則則走下半半部。其他感

5、測測器設定定下圖為光光感應器器偵測到到光線亮亮度大於於50%時，條件件為真下圖為超超音波感感應器偵偵測到物物體距離離小於15cm時，條件件為真下圖為光光感應器器偵測到到光線亮亮度大於於50%時，條件件為真延伸討論論程式編輯輯的技巧巧(copy-paste、捲動程程式)將程式改改成超音音波感測測，這樣樣有路人人站立在在路口時時，不用用按鈕也也能自動動感應，控制燈燈號進入入紅綠燈燈狀態將條件設設定改成成聲控的的話，那那麼路人人站在路路口時，就可以以用聲音音的方式式啟動控控制也請同學學們想想想看還有有哪些變變化，可可以擴充充控制的的方式電子搶答答機引起動機機-益智類型型電視節節目搶答問題說明明-電子

6、搶答答機依照建構構圖，將將零件組組合完畢畢說明使用用邏輯物物件控制制迴圈下圖程式式若按下下Port1或Port2所接的按按鍵(也就是按按下任何何一個按按鍵)，無窮迴迴圈就會會被中斷斷使用邏輯輯物件控控制迴圈圈迴圈物件件，可以以設定為為無窮迴迴圈(forever)，下圖是設定成成當邏輯輯輸入為為true時迴圈中中止迴圈內的的前兩個個物件，負責偵偵測Port1按鈕、Port2按鈕是否否被按下下若按鈕被被按下，|則綠色的的線會送送出true的訊號，由迴圈圈內的第第三個物物件(邏輯物件件)匯整後作作出判斷斷(本例為OR)常用的邏邏輯判斷斷AND運算： 只有個輸入值都為“真”時結果才為“真”；其他情況輸

7、出結果都為“假” OR運算： 個輸入值至少一個為“真，輸出結果則為“真；否則輸出結果為“假 XOR運算： 個輸入值相同則輸出為”假”，兩個輸入值相異則輸出為”真”，可以用簡單口訣幫助記憶”同性相斥、異性相吸” NOT運算：取相反值 若輸入“真，則輸出”假”，若輸入“假，則輸出” 真”程式解說說先暫停程程式2秒鐘，點點亮PortB燈接著進入入迴圈，若Port1按鈕或Port2按鈕被按按下，則則迴圈中中止緊接著立立刻判斷斷是哪一一個按鈕鈕被按下下若是Port1按鈕被按按下，則則點亮PortA燈若是Port1按鈕未被被按下，接著再再判斷若若Port2按鈕被按按下，則則點亮PortC燈延伸討論論問題1

8、:先判斷Port1按鈕，接接著才判判斷Port2按鈕，是是否不公公平?問題2:是否會出出現誤判判?是否有別別的程式式寫法?三輪自走走車自走車組合基本本車身前進後退退控制馬達達前近一一小段距距離控制馬達達後退一一小段距距離無窮迴圈圈單光感循循跡挑戰問題題:如何讓機機器人使使用一個個光感應應器，控控制兩兩個馬達達，依循循地上黑黑線前進進?單光感循循跡演算算法演算法說說明step 1光感應偵偵測地面面亮度step 2若偵測到到亮-左馬達出出力step 3若偵測到到暗-右馬達出出力不斷重複複上面步步驟，即即可循跡跡前進參考程式式光感測到到亮，則則走上半半側路徑徑控制馬馬達左轉轉；反之之則走下下半側控控

9、制馬達達右轉右馬達停停止左馬達運運轉無窮迴圈圈虛擬碼while(true)if(LightSensor_detect_white)motorB_stop( );motorC_run(); elsemotorC_stop( );motorB_run();討論單光光感循跡跡演算法法的特性性，優缺缺點分析析演算法的的特性-有限性、明確性性準備難度度較高的的圖形再再試試看看，並且且討論失失敗的原原因，歸歸納出演演算法的的缺點進階挑戰戰地圖雙光感循循跡控制機器器人以雙雙光感測測器循跡跡前進，且行經經到底線線時能自自動停止止請同學思思考如何何利用二二個光感感應器來來循跡，同時還還能判斷斷是否到到達底線線範例程式式左光感遇遇亮控制制左馬達達前進遇遇暗則停停止右光感遇遇亮控制制右馬達達前進遇遇暗則停停止無窮迴圈圈虛擬碼while(true)if(left_LightSensor_detect_white)motorC_run();elsemotorC_stop( );if(right_LightSensor_detect_white)motorB_run();elsemotorB_stop( )自