玩透樂高機器人MINDSTORMS EV3:從入門、組裝到控制機器人的最佳初學與應用經典 (電子書)

玩透樂高機器人MINDSTORMS EV3:從入門、組裝到控制機器人的最佳初學與應用經典 (電子書) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

Laurens Valk
图书标签:
  • 樂高機器人
  • MINDSTORMS EV3
  • 機器人組裝
  • 機器人控制
  • 程式設計
  • STEM教育
  • 樂高
  • 機器人
  • 電子書
  • 初學者
想要找书就要到 小特书站
立刻按 ctrl+D收藏本页
你会得到大惊喜!!

具体描述

  樂高機器人TOP 1聖經/Amazon網站排行三冠王/全球五顆星★★★★★人氣大好評

  暢銷經典,一本讓全球眾多樂高迷追隨朝聖的樂高機器人Bible書!

  樂高MINDSTORMS改變了我們思考機器人的方式,使任何人都可以組裝出真正可運作的機器人。MINDSTORMS最新的EV3套件組(#31313)提供了前所未有的強大功能,而《玩透樂高機器人MINDSTORMS EV3》一書正是帶領初學者起步的最佳完整指南。

  本書一開始即引領組裝出簡單的機器人,並透過簡單的程式設計技巧,利用EV3中的馬達與感測器進行各種實驗。接著,會逐漸組裝出更精巧的機器人,並學習到更進階的程式設計技巧,例如像是如何運用資料線、變數,或是建立自訂指令塊…等。還會學到如何在自己的設計中,使用像是長桿、齒輪、連接器等等各種零件的重要組裝技巧。

  在實際組裝下面這些機器人與程式設計的過程中,將會掌握到EV3套件組的各種應用方式:
  ☆EXPLOR3R這部車輛型機器人使用了各種感測器,它可在房間內自由移動,還能循著線移動。
  ☆EV3方程式賽車是一部可用遙控器操縱的賽車。
  ☆ANTY是一隻用六隻腳行走的機械生物,它還會根據環境變化做出不同的反應。
  ☆SNATCH3R是一部具有自主能力的機械手臂,它會自動搜尋紅外線燈塔、並將它抓住、舉高、移動位置。
  ☆LAVA R3X是一部會走路、會講話的仿人型機器人。

  全書擁有超過150個組裝與程式設計挑戰,鼓勵你進行創意思考,應用所學創造出屬於自己專屬的機器人。在《玩透樂高機器人MINDSTORMS EV3》的指引下,相信你很快就能製作出個人專屬、不同凡響的全新創作!

  【全彩圖解,好看更好學】
机器人构建与编程的奇妙旅程:超越积木的机械智慧启蒙 本书深入探讨了现代机器人技术的核心原理与实践应用,旨在为零基础爱好者和希望系统提升技能的学习者提供一份详尽的蓝图。我们聚焦于通过动手实践来理解复杂的工程概念,将理论知识转化为可操作的物理模型。 第一部分:理解机器人的基础架构与设计哲学 本章首先剖析了现代机器人系统不可或缺的四大支柱:感知、决策、执行与能源。我们将从最基础的机械结构入手,讲解如何利用简单的几何原理构建稳定且功能多样的物理平台。 1.1 结构设计与运动学基础: 刚性与柔性结构的选择: 探讨不同应用场景下,框架材料(如高强度塑料、铝合金)的力学特性及其对机器人运动稳定性的影响。详细介绍梁、柱、连接件的受力分析,确保设计出的结构能够承受预期的负载和冲击。 传动系统精解: 全面覆盖齿轮传动(直齿、斜齿、蜗轮蜗杆)的效率、扭矩放大与速度分配原理。重点解析皮带、链条传动在需要长距离同步运动时的应用与张紧度控制。 自由度与运动学: 解释机器人关节的自由度(DOF)概念,并介绍如何通过关节布局实现平面移动、三维空间定位和姿态控制。引入基础的运动学方程,帮助读者理解关节角度如何转化为末端执行器的精确位置。 1.2 执行器的选择与驱动控制: 电机技术深度剖析: 详细对比直流有刷电机、直流无刷电机(BLDC)和步进电机的特性、适用范围与控制复杂度。重点解析伺服电机在需要高精度闭环控制场景下的优势与配置要求。 功率电子与驱动电路: 讲解如何选择合适的电机驱动器(H桥、MOSFET阵列)以匹配电机功率需求,并深入探讨脉冲宽度调制(PWM)技术在平滑控制电机速度和扭矩中的核心作用。 反馈机制的建立: 阐述编码器(光电式、磁阻式)在提供精确转速和位置反馈上的关键性。如何集成和校准这些传感器,实现对执行器输出的实时修正,是构建精准机器人的关键步骤。 第二部分:机器人的“感官”系统——传感器技术与数据采集 机器人要与环境有效交互,必须具备可靠的感知能力。本部分将重点介绍各类传感器的工作原理、数据处理流程以及在机器人系统中的集成方法。 2.1 环境测量传感器: 距离与测距技术: 细致讲解超声波传感器、红外测距传感器(IR)的工作原理及各自的局限性(如对材料的反射率敏感度)。引入飞行时间(ToF)激光雷达技术的基础概念,为读者理解高级三维感知打下基础。 位置与姿态感知: 深入探讨惯性测量单元(IMU),包括加速度计和陀螺仪的数据融合技术(如卡尔曼滤波的简化应用),以准确估计机器人的姿态、倾角和运动状态。 光流与视觉辅助定位: 介绍如何利用简单的光流传感器辅助低速移动机器人的里程计修正,以及初步理解如何从二维图像信息中提取速度和环境结构信息。 2.2 交互与状态反馈传感器: 力与触觉反馈: 分析电阻式和电容式触摸传感器在碰撞检测和人机交互中的应用。讲解应变片(Strain Gauge)的工作原理,用于测量机械臂的负载和反作用力。 数据预处理与噪声抑制: 探讨从传感器采集到的模拟信号如何通过模数转换器(ADC)转化为数字信号。重点介绍低通滤波、移动平均等基础数字信号处理技术,以确保输入决策系统的信号质量。 第三部分:赋予机器人“思考”能力——控制理论与算法实现 本部分是机器人的“大脑”构建指南,侧重于如何将传感器数据转化为有效的行动指令。 3.1 基础控制回路设计: 开环与闭环控制的对比: 明确区分仅基于预设值执行的开环控制和基于实时反馈修正的闭环控制。 PID 控制器精讲: 详细拆解比例(P)、积分(I)、微分(D)三个环节对系统响应速度、超调和稳态误差的影响。提供一套系统性的PID参数整定方法(如Ziegler-Nichols法或手动试错法),确保读者能将理论应用于实际的电机速度或位置控制中。 3.2 路径规划与导航基础: 里程计的误差累积: 解释纯粹依靠轮式编码器进行定位(Odometry)的固有缺陷。 局部避障策略: 介绍势场法(Artificial Potential Field)等基础算法,使机器人能够在复杂、动态的环境中自主地规划短期安全路径,避开突然出现的障碍物。 简单的状态机设计: 展示如何使用有限状态机(FSM)来管理机器人的不同行为模式,例如:巡航、避障、返回充电站等,从而实现复杂任务的序列化执行。 第四部分:软件工程与系统集成 成功的机器人项目不仅依赖硬件的精良,更依赖于健壮、模块化的软件架构。 4.1 嵌入式系统编程范式: 实时性考量: 讨论在资源受限的微控制器上进行多任务并发处理的方法,包括定时中断服务程序(ISR)与主循环的有效协作。 模块化编程: 强调将传感器驱动、电机控制、运动控制和任务逻辑进行清晰分离的最佳实践,以提高代码的可维护性和复用性。 4.2 调试与故障排除: 硬件级调试工具: 介绍万用表、示波器(或逻辑分析仪)在诊断电源问题、信号完整性和电机驱动故障中的基础应用。 软件调试技巧: 讲解如何利用串口通信或日志系统,实时地打印关键变量(如PID误差、传感器原始读数),以快速定位控制逻辑中的错误点。 全书强调动手实践、迭代优化和系统性思维的培养,最终目标是让读者能够独立设计、构建并编程一个具备基本自主导航和任务执行能力的复杂机器人系统。

著者信息

作者簡介

Laurens Valk


  是一位機器人技術工程師,畢業於荷蘭代爾夫特(Delft)理工大學機械工程學系。他是MINDSTORMS社群夥伴(MCP)的成員。該社群是由一群經過挑選、對MINDSTORMS充滿熱情的玩家所組成,他們主要負責的是MINDSTORMS產品的測試與開發。早在EV3正式發表的前一年,作者就已經開始把玩這套系統,而EV3官方所附贈的其中一套組裝模型,也是由他所設計的,勘稱EV3作者群的第一把交椅。

  Laurens很喜歡設計機器人,他會針對這些機器人如何組裝、如何編寫程式,整理出很清楚的教學文件,因此全世界的機器人粉絲都可以從他這裡學習到很多有用的技巧,將他的設計理念進一步延伸。他有好幾本關於樂高機器人的著作,其中包括了本書第一版《The LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 Discovery Book》(2010年由No Starch Press出版)這本極為暢銷的作品,擁有多國授權,帶領了全球數以萬計的初學者,進入到樂高MINDSTORMS機器人的美妙世界中。他還經營了一個專門討論機器人的部落格(robotsquare.com/)。

技術審閱者簡介

Claude Baumann


  在課後輔導班傳授樂高MINDSTORMS機器人的進階課程,已經有超過15年的時間。他還創造了ULTIMATE ROBOLAB——這是一個跨編譯器開發環境,可搭配樂高RCX韌體進行圖形化程式設計,並可利用它為樂高RCX製作出世界上唯一能自我複製(self-replicating)的程式(有些人把這種程式叫做病毒)。最近他更以MINDSTORMS社群夥伴(MCP)的身份,參與了全新EV3智能主機的開發工作。他也曾在各個高中機器人計劃中擔任顧問,而且也是《找到問題了!樂高機器人問題解決》 (Eureka Problem Solving with LEGO Robotics,由NTS Press於2013年出版)一書的作者,另外他發表過一些文章、也在一些研討會中擔任過講師。他對於機器人聲音定位這個主題特別有興趣,是盧森堡高中寄宿機構網路的領袖。

图书目录

PART I 從頭開始學起

CHAPTER 1 準備好你的EV3套件組
將學習到關於EV3主機,以及套件組中其它零件的相關知識。另外,還有如何下載並安裝好EV3軟體,以便能為機器人編寫程式。

CHAPTER 2 組裝你的第一部機器人
本章會用到EV3主機搭配兩個大型馬達,組裝出一部叫做EXPLOR3R的車輛型機器人,還會為它加上一個遙控器的接收器。組裝完成之後,將學到如何透過主機上的按鍵進行控制,然後進一步學習如何利用遙控器進行控制。

CHAPTER 3 程式的建立與修改
組裝好機器人之後,下一步就是寫程式。唯有透過程式,才能讓EXPLOR3R往前行進、往左或往右旋轉。在本章就會學到如何用EV3軟體來建立、修改程式。雖然透過主機上的積木程式App,也可以完全不透過電腦就寫出機器人的程式,但這樣寫出來的程式通常功能比較受限,無法發揮EV3主機的眾多功能。(附錄B可以找到一些關於如何在EV3主機上寫程式的簡單介紹。)

CHAPTER 4 運用程式指令塊:動作指令塊
本章將會學到如何善用各種程式指令塊,寫出真正有用的程式,讓機器人EXPLOR3R動起來。也會學到如何讓機器人發出聲音、在螢幕上顯示文字或圖片,並且學會如何控制EV3主機上的彩色燈光。

CHAPTER 5 等待、重複、自訂指令塊、多工
本章將學習到更多程式設計技巧,以對程式指令塊執行的順序與流程做出更多的控制,甚至還會學到,如何製作出屬於自己的自訂指令塊(My Block)。

PART II 為配備感測器的機器人編寫程式

Chapter 6 認識感測器
樂高MINDSTORMS EV3套件組內含三種感測器,分別是觸控、顏色、紅外線感測器。透過這些感測器,機器人就可以對環境的變化做出反應。舉例來說,可以讓機器人一看到你就發出聲音,或是在移動時懂得迴避障礙物,或者學會循著地上的線前進等等。本單元就是要學習如何將那些感測器,應用到機器人。

Chapter 7 運用顏色感測器
本章將學到如何使用顏色感測器,然後將它裝到EXPLOR3R,讓機器人可以偵測顏色、沿著線移動、並對光的訊號做出反應。

Chapter 8 運用紅外線感測器
本章將學會紅外線感測器每一種模式的工作原理,並讓EXPLOR3R學會迴避障礙物、對遙控器指令做出反應,還能找到遙控器所在的位置。

Chapter 9 運用主機按鍵與旋轉感測器
本章將學習運用EV3的主機按鍵,控制或影響程式的運行,以決定要做出什麼樣的動作,而每一個EV3馬達有內建的旋轉感測器,可隨時判斷馬達的位置,以更精準地控制輪子或其它相關的結構。這個感測器也可以量測馬達的速度,因此如果馬達轉得比預期快或慢,都可以被偵測出來。

PART III 機器人組裝技巧

Chapter 10 各種長桿、十字軸、連接器與馬達的組裝技巧
本單元將針對EV3套件組,提供一個扎實的機器人組裝介紹。將會用到長桿、框架、插銷、連接器、十字軸等零件,並學習如何組裝出穩固的結構。也會學到什麼是樂高積木的基本單位,這對於運用長桿或連接器設計自己的架構時很有幫助。

Chapter 11 齒輪的組裝技巧
可以利用齒輪,將某一根十字軸的旋轉動作,傳遞到另一根十字軸上。舉例來說,你可以將馬達旋轉的動作,傳遞到輪子上,讓機器人做出移動的動作。齒輪也可以用來改變十字轉軸的輸出速度與轉矩。本章將利用一組基本的齒輪組,進行一些實驗,以學習齒輪的工作原理。也會探索EV3套件組中所有的齒輪,看看如何讓更有效率地運用這些齒輪。

PART IV 車輛型與動物型機器人

Chapter 12 EV3方程式賽車:競速機器人
本章將帶你做出EV3方程式賽車,會用到三個馬達。兩個放在後方的大型馬達主要負責車輛的驅動,而中型馬達則是負責前輪的轉向動作。可以把後面的兩個馬達視為車子的引擎,而前面的馬達則是控制車子的方向盤。組裝好賽車之後,就可以建立幾個自訂指令塊,使這部車控制驅動與轉向的程式,變得更容易設計。然後再將這些自訂指令塊整合到一個程式中,進一步搭配遙控器使用,接著再讓這部賽車自己到處亂逛,還會自動避開障礙物。

Chapter 13 ANTY:機器螞蟻
對配備輪子的各式機器人模型有一定掌握能力後。另一種十分有趣、但有點挑戰性的機器人類型,就是用腳取代輪子移動的動物型機器人。本章將帶領組裝出ANTY這部機器人,並進行相關控制。ANTY是擁有六條腿、長得很像昆蟲的機器人。

PART V 進階程式設計技巧

Chapter 14 資料線的運用
在之前章節,當設定指令塊時,都是用手動的方式輸入想要設定的值。本章則引入一個基本概念,那就是指令塊彼此之間可以相互進行設定,換句話說也就是可以利用資料線,將訊息從某個指令塊傳送到另一個指令塊中。

Chapter 15 搭配資料線、活用資料操作指令塊與自訂指令塊
本章將學習如何使用數學指令塊,讓機器人懂得計算出程式所需的結果。舉例來說,機器人可以根據感測器的讀數,計算出需要移動的距離。本章會幫助你精通重要的控制技巧,以創造出更有趣的程式,組裝出一些真的很聰明的機器人!

Chapter 16 常數與變數的運用
本章將學會如何使用變數與常數,以進一步學會運用EV3的記憶體。

Chapter 17 用EV3玩個遊戲
本章將會製作出可以讓你在EV3主機上玩一個類似塗鴉板的遊戲,這可以在EV3主機上畫圖,其中會使用到大型馬達做為輸入裝置,而觸控感測器與顏色感測器則可提供額外的輸入控制。

PART VI 機械型與仿人型機器人

Chapter 18 SNATCH3R:具有自主能力的機器手臂
在本章,將說明SNATCH3R的組裝與程式;這部機械手臂可以找到物體的位置,並將它抓起來。一開始利用遙控的方式控制這部機器,對結構功能先進行一些測試,然後再讓它能自動找到紅外線遙控器的位置,並將它抓起來。

Chapter 19 LAVA R3X:會走路、會講話的仿人型機器人
本在本章將會組裝出一部叫做LAVA R3X的機器人,真正具有人形,可以用兩隻腳走路的超酷機器人,並且有互動控制的能力,表現出更栩栩如生的行為。

appendix 附錄

appendix A 程式設計、EV3主機、無線連接的問題與解法(此附錄為PDF檔形式,請見書附光碟)
在為機器人寫程式時,偶爾會遇到無法將程式傳送到EV3主機的問題,而本附錄就是要協助解決這樣的問題,也會學到如何利用無線方式與EV3主機連接、如何重新啟動EV3主機、以及如何更新韌體的方法。

appendix B 在EV3主機上寫程式(此附錄為PDF檔形式,請見書附光碟)
除了在電腦上利用EV3軟體寫程式之外,也可以直接在EV3主機上,利用Brick Program(積木程式)App創造出一些基本程式。如果身邊沒電腦,但又想測試一下機器人,這個技巧就十分好用。本附錄就會學習如何在EV3主機上寫程式,還有如何將這樣的程式匯入到EV3軟體中,這麼一來就可以在電腦上繼續完成後續更複雜的設計了。

图书序言

  • ISBN:9789863475620
  • EISBN:9789864762217
  • 規格:普通級 / 初版
  • 出版地:台灣
  • 檔案格式:EPUB固定版型
  • 建議閱讀裝置:平板
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:84.7MB

图书试读

用户评价

评分

哇,這本《玩透樂高機器人MINDSTORMS EV3:從入門、組裝到控制機器人的最佳初學與應用經典》電子書真的是太讚了!我從來沒想過原來樂高機器人可以玩出這麼多花樣。書裡面的圖文並茂的介紹,簡直是把EV3的複雜概念拆解成幼稚園程度的小遊戲一樣容易上手。我原本對於程式設計這塊完全是霧裡看花,但這本書的章節安排非常有邏輯性,從最基礎的硬體認識,到積木程式的拖拉拽,一步一步帶你走過來。特別是它在解釋「感應器」和「馬達」的應用時,舉了很多貼近生活的例子,像是怎麼讓機器人避開障礙物、怎麼循線跟著黑線走等等,這些在書裡都講解得非常透徹。對於我們這種想踏入機器人領域,但又怕買了一堆零件不知道從何開始的新手來說,這本書簡直就是救星!它不僅僅是教你怎麼動手組裝,更重要的是教會你怎麼「思考」如何讓機器人完成任務。書中的範例設計得很有趣,每次完成一個小挑戰,成就感都爆棚,讓我對後面的進階內容充滿了期待。這本電子書的排版也很舒服,電子閱讀的體驗非常好,隨時隨地都能拿出來看,非常方便。

评分

讓我來談談我最欣賞這本《玩透樂高機器人MINDSTORMS EV3》的一點:它的「應用廣度」。很多機器人書只專注在競賽層面,把機器人設計得極度複雜且專一。但這本不一樣,它涵蓋了從簡單的教育用途到稍微複雜的工程應用場景。例如,它不只教你怎麼建構履帶式底盤,還會探討如何優化輪子的摩擦力和動力傳輸效率,這對於想把作品應用在不同地形上的同好來說,簡直是雪中送炭。它讓我意識到,EV3不僅僅是一個玩具,它是一個完整的微型工程平台。書中對於結構強度的考量、配重平衡的調整,以及如何設計一個易於維護的機械結構,這些非程式部分的講解,才是真正區分「玩家」和「工程師」的關鍵。如果你希望你的作品不只是「動起來」,而是要「穩健、高效地運作」,那麼這本電子書在硬體組裝和結構設計上的深入探討,絕對能讓你的機器人提升好幾個層次,展現出專業級的風範。

评分

身為一個有點年紀的科技愛好者,對於這種電子書的內容深度一直抱持著懷疑的態度,總覺得電子書的內容可能會比較淺嘗輒止。沒想到這本《玩透樂高機器人MINDSTORMS EV3》完全顛覆了我的印象。它的內容紮實到連我這個對機器人有基本認識的人都覺得受益匪淺。特別是書中對於「數據線程」和「訊號處理」的討論,已經接近大學入門級的控制論基礎了,但作者卻能用非常清晰的邏輯圖和範例,讓這些抽象的概念變得具體可操作。我尤其喜歡它後面的「進階專題」部分,像是如何讓機器人進行遠端遙控,或是如何與手機App進行數據交換,這些都是市面上許多入門書籍會直接跳過但實際上非常實用的功能。這本書不僅僅是教你組裝一台會跑的機器人,它是教你如何打造一個具備「思考能力」和「溝通能力」的智慧裝置。如果你對EV3的潛力感到好奇,想把這個玩具發揮到極致,這本絕對是你的最佳指南,它能幫你突破那些框架式的想像。

评分

老實說,我之前嘗試過好幾本書籍來學習EV3,但總覺得內容不是太過理論化,就是範例程式碼寫得讓人頭昏腦脹,根本不知道在幹嘛。直到入手這本《玩透樂高機器人MINDSTORMS EV3》,我才真正感受到什麼叫做「實戰」!這本書的作者群顯然是下了苦功去揣摩初學者的學習曲線。它並沒有一開始就丟給你複雜的演算法,而是用一種非常生活化的口吻,引導你思考機器人是如何透過感測、決策、行動這三個步驟來完成任務的。其中關於「程式模組化」的講解,更是讓我茅塞頓開,學會如何把一個大任務拆解成好幾個小功能,這樣修改程式碼時就變得有條理多了。更棒的是,這本書對於EV3的各項零件特性介紹得非常細膩,光是知道馬達的轉速控制和編碼器回饋的差異,就讓我對精準控制有了更深的理解。對於想要讓自己的機器人作品更有「智慧」的朋友來說,這本書絕對是不可或缺的工具書,它教會的不只是程式語法,更是一種結構化的機器人設計思維。

评分

這本電子書的編排設計簡直是藝術品等級的用心。我發現,它的每一章節的結構都設計得像是走迷宮一樣,你必須先掌握前一個技巧,才能順利解鎖下一個關卡。這對於培養學習者的耐心和專注力非常有幫助。我發現自己不再是囫圇吞棗地複製貼上程式碼,而是真的會停下來思考:「為什麼這裡要這樣設定?如果我把這個數值改掉,機器人的反應會有什麼不同?」這種主動探索的過程,是看任何教學影片都無法取代的深度學習體驗。特別值得一提的是,書中針對各種常見的錯誤排除(Troubleshooting)提供了非常詳盡的指引,當我的機器人開始「不受控制」時,我不用到處爬文,直接翻到對應的章節,很快就能找到問題的癥結點。這本書不只是工具書,它更像是一位耐心的導師,隨時在你身邊提供最精準的幫助,讓學習過程中的挫折感降到最低,這對於保持學習熱情非常重要。

相关图书

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 ttbooks.qciss.net All Rights Reserved. 小特书站 版权所有