乐高自平衡机器人(新六年级)
乐高课程分类
乐高课程分类一、乐高机器人课程乐高机器人课程是一种以乐高积木为基础，结合编程和机器人技术的教育课程。
通过乐高机器人课程，学生可以学习到基本的编程概念和机器人控制技术，培养创造力、逻辑思维和解决问题的能力。
乐高机器人课程的主要内容包括乐高机器人的组装、编程和控制。
学生首先需要根据乐高机器人的组装说明书，使用乐高积木搭建出一个机器人模型。
然后，学生需要学习编程语言，使用编程软件对机器人进行编程。
编程的过程中，学生可以设置机器人的动作、传感器的反馈和逻辑判断等。
最后，学生可以通过遥控器或者自动程序来控制机器人的运动和执行任务。
乐高机器人课程不仅可以培养学生的动手能力和创造力，还可以培养学生的逻辑思维和解决问题的能力。
通过编程和控制机器人的过程，学生需要学习逻辑思维和分析能力，能够将复杂的任务分解成简单的步骤，并且通过调试和优化来解决问题。
乐高机器人课程适合各个年龄段的学生参与。
对于年幼的学生，乐高机器人课程可以培养他们的动手能力和创造力，并且通过简单的编程任务来培养他们的逻辑思维。
对于年长的学生，乐高机器人课程可以提供更加复杂的编程任务，培养他们的问题解决能力和合作精神。
二、乐高创意建筑课程乐高创意建筑课程是一种以乐高积木为基础，培养学生的建筑设计和创意思维能力的教育课程。
通过乐高创意建筑课程，学生可以学习到建筑设计的基本原理和技巧，培养他们的创意思维和空间想象力。
乐高创意建筑课程的主要内容包括建筑设计的原理、乐高积木的使用和建筑模型的搭建。
学生首先需要学习建筑设计的基本原理，包括结构、比例、平衡等方面的知识。
然后，学生需要学习乐高积木的使用技巧，了解不同类型的积木和它们的功能。
最后，学生需要根据设计要求，使用乐高积木搭建出一个建筑模型，表达自己的创意和设计理念。
乐高创意建筑课程可以培养学生的创意思维和空间想象力。
通过乐高积木的搭建过程，学生需要运用自己的创意和想象力，设计出独特的建筑模型。
同时，学生还可以通过乐高创意建筑课程学习到一些基本的建筑原理和技巧，为将来的建筑设计打下基础。
思维导图学乐高机器人创意搭建与编程
第21课自动传送运货忙 第22课叉车轻松举重物 第23课无人驾驶避障车 第24课飞机运输速度快
1
第1单元认识智 能机器人
2
第2单元初识传 感器
3
第3单元智能控 制
4
第4单元精准控 制
5
第5单元综合实 例
第1课直线行驶 第2课倒车入库 第3课搬运货物
第4课碰碰小车避障碍 第5课智能小车会辨色 第6课巡逻小车懂礼貌 第7课科技小车听指挥
目录分析
第1单元学习准备 间——乐高零件分类
第2单元物理实验 室——机器人结构设
计
第3单元能量转换 站——探索机器人动 力
第4单元开心游乐 园——了解齿轮结构
第5单元创意生 活坊——了解 机器人机构
第6单元欢乐货 运站——机器 人综合应用
第1课垃圾分类显时尚 第2课观光塔高入云霄 第3课射门游戏巧设计 第4课伸缩夹子好取物
第5课小小天平称万物 第6课摆钟滴答有规律 第7课悠悠小车向前进 第8课小车受阻找原因
第9课桔槔灌溉显智慧 第10课风帆小车更节能 第11课弹力投石显神威 第12课电力汽车更环保
第13课电动小车载客忙 第14课小小陀螺呼呼转 第15课荷兰风车慢悠悠 第16课旋转木马游客多
第17课端午时节赛龙舟 第18课手舞足蹈真热闹 第19课电动锤子打甜糕 第20课垂直电梯升降忙
第8课机器小狗 第9课循迹小车 第10课斗牛勇士 第11课倒车雷达
第12课摩天轮盘 第13课体操表演 第14课鼓声轰隆 第15课线控小车
第16课能源机器人 第17课搬运机器人 第18课分拣机器人 第19课疯狂打地鼠
作者介绍
这是《思维导图学乐高机器人创意搭建与编程》的读书笔记模板，暂无该书作者的介绍。
《FLL WRO乐高机器人竞赛教程——机械、巡线与PID》读书笔记模板
4.1单光电机器人巡线 4.2机器人上线 4.3双光电机器人巡线
5.1从龟兔赛跑到微积分 5.2 PID算法与巡线 5.3 PID算法优化 5.4 PID巡线算法优化 5.5 PID算法应用拓展 5.6自平衡机器人 5.7竞赛机器人“我的模块”程序设计(spike) 5.8竞赛机器人“我的模块”程序设计(EV3)
FLL+WRO乐高机器人竞赛教程—— 机械、巡线与PID
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 精彩摘录
目录
02 内容摘要 04 读书笔记 06 作者介绍
思维导图
关键字分析思维导图
机械
巡线
竞赛
程序
传感器
设计
传算法
机械
机器人
电机
设计
机构
竞赛
平面
内容摘要
《FLL+WRO乐高机器人竞赛教程——机械、巡线与PID》以乐高 spike机器人和 EV3机器人为载体进行编写， 围绕 FLL和 WRO机器人竞赛，通过 180多个搭建示例，详细讲解机械原理、机械传动设计、机械臂系统设计，以 及竞赛机器人主机设计与机械平台设计。结合 200多个程序示例，详细讲解竞赛机器人的运动、巡线、定位、路 径规划、PID拓展与优化等程序的设计。书中还给出了竞赛机器人的“我的模块”程序设计，让各年龄段的学生 都能够学会简洁高效的程序编写。 《FLL+WRO乐高机器人竞赛教程——机械、巡线与PID》可作为小学生和中学 生学习机器人和竞赛的教材或参考书，同时也适合科技爱好者在自学时选用。
目录分析
内容简介 第1章电机与传感器
第2章机械传动设计
第3章竞赛机器人设 计
第4章比例巡 线机器人
第5章 PID算 法与拓展
两轮自平衡机器人的LQR实时平衡控制_张金学
图1 NXT两轮自平衡机器人 半径；a为倒立摆转动角加速度；I为倒立摆转动惯
Fig.1 Self-balancingtwo-wheeled NXTrobot 量；I 为角度转动惯量。
ω
LEGO Mindstorm NXT是由乐高公司推出的新 根据直流电动机的动态性，电机转矩可以表示为一代LEGO机器人套件，该套件包括可编程控制器 dω
关键词：两轮平衡机器人；LQR；平衡；倒立摆
中图分类号：TP273 文献标志码：A
Real-time Balance Control for Self-balancing Two-wheeled Robot with LQR
ZHANG Jin-xue，ZHANG Ming
其中：H 为左轮中心水平扭矩。 觶
L -2kmke x 2km
C+C= + V （14）
L R R r R a
由于作用于车轮中心的是直线运动，因此可以
通过简单的转换将角旋转转化为直线运动。 将方程（14）带入到方程（13）可以得到：
枢电压。
Studio开发工具， 美国的卡内基大学也针对LEGO 将方程（4）代入到方程（2），可以得到：NXT开发了专门在NXT上编程的程序设计工具 -kk k I
m e 觶 m w咬
HfR= θw+ Va- θw （5）RobotC。 R Rr r
副教授，研究方向为无线传感器网络与机器人技术。
自动化与仪表 2013(5) 5 专题研究
由美国发明家狄恩-卡门发明的两轮平衡运输
车“ ”[4]是得到很好的商业应用的两轮机器人，
Segway 2 系统动态性
Segway使用5个陀螺仪和其它的倾斜传感器用于 为了方便为平衡机器人开发高效的控制系统，需保持自身的平衡，当使用者使用Segway穿过某一区 要应用一个数学模型描述机器人的动态性。倒立摆的域时，能够使得站在其平台上的人保持平衡。 原理为自然不稳定系统提供了数学建模。倒立摆系统
乐高创意机器人教程(初级上册6-12岁)认识机器人
小启发
机器人怎样才能 自动完成各种各样的工 作呢？
演奏机器人
战斗机器人
机器人与生活
你想不想家里有个机器人，来帮助你打扫卫生、 做饭、洗衣服呢？
要想让你的机器人 会思考、会学习，必须给 它安装“大脑”才行。上 图就是机器人的“大脑”， 也就是机器人的中央控 制器。
机 器 人 的“ 大 脑 ” 可以通过传感器感知周围 环境，并做出相应的动作。
挑战项目公布后，参赛队员将在比赛规定时间内使用乐高机器人技术组件 和软件加传感器、马达、齿轮及各种乐高技术积木件等制作全智能机器人，参 加比赛！队员需要在网上查找资料、向科学家请教、查阅图书馆资料，完成一 份 FLL 要求的调查报告。报告的内容通常与当今世界面临的问题紧密相联。
第 3 页
制作工具
程软件，专门针对中、小 学生开发，功能强大，易 学易用。
第 4 页
做一做
想要完成你的机器人，首先要熟悉制作零件。 下面是几种最基本的乐高零件。
砖 建筑物的基本构造材料是砖。 乐高积木中有两种“砖”，黑色的较重。
板 板是成片的、较硬的物体。 乐高积木中的板长度各异，适合不同
情况。
梁 梁是架在墙上或柱子上支撑房顶的横木，
FIRST 机构 (For Inspiration and Recognition of Science and Technology) 是发 明家 Dean Kamen 创立的，目的是激发青少年对科学与技术的兴趣。
参赛队伍由 10 名队员组成，队员们需要建设团队、解决问题和分析思考。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ每年 9 月，由教育专家及科学家们精心设计的 FLL 挑战内容，将通过网络向全 球公布。
第 1 课 认识机器人
主要内容 了解机器人。
乐高机器人与乐高积木的区别？
乐高机器人与乐高积木的区别？
乐高机器人的课程不同于乐高积木，乐高的大颗粒以及小颗粒都是静态搭建，到乐高NXT才涉及到搭建结构原理、齿轮咬牙、轨道滑动、平衡等知识，后期会有电池和马达，这时候才进入到动态搭建。
而乐高EV3机器人是乐高第三代最新机器人，其功能与NXT相比更强大也更多变，这个时候的动态搭建才涉及到考验孩子逻辑思维的编程。
EV3拥有强大的存储空间，可编程智能砖可以实现机器人与电脑、PAD、手机的无缝对接是操作更方便也更多样。
另外EV3的模块化编程贴合儿童思维从具象到抽象的发展规律，相对来说更易掌握。
可以说，EV3机器人是乐高的塔尖课程，是很高端的课程了。
但是在机器人课程体系中，乐高EV3机器人是智能机器人课程的入门教育阶段。
孩子在学习乐高EV3机器人之后，还可以进阶学习VEX IQ智能机器人、VEX 金属机器人，参加国际认可度很高且含金量很高的国内外机器人大赛。
关于家长是否选择让孩子学机器人机，最后还是要看孩子的兴趣。
另外，由于机器人课程更加考验孩子的动手以及逻辑思维，所以对孩子的年龄也有要求，比如乐高EV3机器人适合的年龄是6到12周岁，相对于这个年龄段的孩子来说，EV3机器人不会太简单也不至于过难，不会让孩子们因为过于简单或者过于难而产生不想学的心理。
至于VEX IQ以及VEX机器人，则分别适合7—14岁、9—16岁的孩子学习，关于孩子具体学习哪种机器人课程还需要根据孩子的兴趣以及孩子自身的实际情况综合考虑，或者咨询专业老师的建议。
2024版乐高机器人介绍PPT课件
2024/1/26
8
传感器类型及其作用
触觉传感器
检测机器人的接触和碰 撞，用于避障、抓取物
体等。
2024/1/26
光电传感器
检测光线强度和颜色， 用于环境感知和导航。
声音传感器
红外传感器
检测声音强度和频率， 用于语音识别和声音定
位。
9
检测红外线的反射和透 射，用于距离测量和物
体识别。
编程软件与语言支持
提供调试工具，如单步执行、断 点设置、变量监视等，方便用户
进行程序调试和优化。
10
2024/1/26
03
搭建与编程实践
11
搭建步骤及注意事项
搭建步骤
确定机器人功能和设计
选择合适的乐高组件
2024/1/26
12
搭建步骤及注意事项
按照设计图逐步搭建
连接电源和电机
进行初步测试
2024/1/26
13
搭建步骤及注意事项
乐高机器人编程软件
提供图形化编程界面，支持多种 编程语言，如Scratch、Python
等。
2024/1/26
编程语言
支持多种编程语言，如C、C、 Java等，方便用户根据自己的需 求进行编程。
软件功能
提供丰富的软件功能，如变量定 义、条件判断、循环控制、函数 调用等，方便用户编写复杂的程 序。
调试工具
2024/1/26
创意搭建大赛
鼓励学生发挥想象力，利 用乐高机器人搭建出具有 创意的作品。
编程马拉松
举办编程马拉松活动，让 学生在规定时间内完成编 程任务，锻炼学生的编程 能力和解决问题的能力。
28
家长参与和亲子互动形式
2024版年度nxt机器人(乐高)中文教程
2024/2/2
31
17
循迹行驶与避障功能实现项目
项目目标
使NXT机器人能够沿特定轨迹行驶，并具备 避障功能。
软件编程
使用传感器检测轨迹与障碍物，编写相应控 制逻辑。
2024/2/2
硬件需求
NXT主机、电机、轮子、颜色传感器、超声 波传感器等。
调试与优化
调整传感器灵敏度、控制算法等提高行驶稳 定性与避障准确性。
18
自动搬运与分拣系统设计项目
创意项目3
音乐演奏机器人，能够演奏简单乐 曲并与观众互动。
03
2024/2/2
02
创意项目2
迷你足球机器人，能够模拟足球比 赛进行射门与防守。
创意项目4
……（更多创意项目等待你去发掘和 实现）。
04
20
05 NXT机器人竞赛 策略
2024/2/2
21
竞赛规则解读及应对策略制定
01
02
03
详细了解竞赛规则
传感器故障
确认传感器是否正确连接，若传感器无反应， 尝试重新插拔或更换传感器。
电池问题
检查电池电量是否充足，若不足，请使用合 适的充电设备为电池充电。
2024/2/2
线路连接问题
检查各部件线路连接是否稳固，若有松动或 脱落，请重新连接。
27
软件问题定位及解决方案提供
程序错误
检查程序编写是否正确，若有语法错误或逻 辑错误，请进行修改。
通过直观的图形化界面，用户可以方 便地拖拽和组合各种功能模块，为 NXT机器人编写程序。
2024/2/2
12
编程语言与基础语法
2024/2/2
01
NXT-G采用图形化编程语言，用户无需编写复杂的代码，只需 通过拖拽和组合图形模块即可实现编程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
NXT机器人模型手册8527或9797+9648适用
搭建手册自平衡机器人与驾驶者搭建:
程序:
或
是
，a(:〉二.
.r-$川剧』曰.，.，
日
. 人 E F I -
-H L 4r g 2、 •• ..‘
r.l.t -'.l.t 毡'曰
-_'.、、、、 ......
- .Î. -.如.再.ìt.e • .飞'人
国'λ ，r 与l s r n e
a 嘈品 面
，s ，
， r
.\.
， ， r
f
A r 、k
h
NXT机楼人模型孚册8527或9797+9648适用
①
①
'鄙+ +画，
①。
\
唔10 ""
'血'•r....•，
••
I_'_-.:_
; I •
!门'…·菌111… .r.r.(.r '.r .J.曰 .1，..1"1.
刷刷刷.1刷刷'曰 ..' .. ..i ..- a ….)'，..11.回国- ，--_....在 』
(18x) ..'.. // ..2二哩'
..
、飞、TYa
电，‘-
埠
，量‘
'
F
刷刷刷曰
曰
•①
①、、、、、"
'J- r_.l1ι
./AA f'I.
时_1.;1...，1...1刷刷-①
v C•1ι1ιI
，
NXT机毒人模型事纷8527或9797+9648适用
@
、、、、幢
‘，
NXT自平衡机器人与驾驶者
使用注意事项：
注意:与使用陀螺仪或是其它特殊传感器的那种自平衡机器人不同，这款机器人仅使用了光电传感器，由于它不能感知直立，所以它仅能够通过接收到的地面反射光的计数来猜测倾斜的
幅度。
因此，当你在使用它的时候，能够保持好平衡也是需要技巧的。
请阅读下面的重要提
示：
要使此机器人保持平衡需要提供给光电传感器合适的光线和表面，同时也需要你在启动
机器人时保持机器人处于完全平衡的状态，所以你需要用不同的光线和表面做试验，同时你
也需要测试机器人没有处于平衡状态的情况。
下面是一些技巧：
•固件提供的程序使用1.05NXT固件，如果你正在使用以前的版本，请通过->Update NXTFirmwarefromtheNXTsoftware升级到1.05。
•光线外界光线会干扰光电传感器，特别是如果光或阴影随着机器人运动发生变化时就更明显。
最好的方式是，把光电传感器安装在阴暗面，远离室内光线的地方，即机器人往两边向前和向后移动一英尺的位置。
荧光灯比白炽灯的影响要小一些。
特别是，确保你在启动机器人后，把手拿开时的阴影或是反光不会影响到机器人。
•表面机器人需要一个表面，亮度必须一致。
白纸的效果比较好，或者是其它没有图案的由一种颜色填充的平面都可以。
带有木纹图案的木地板或者瓷砖地板的效果都比较差，因为在机器人行进过程中光的反射会发生改变。
•初始平衡因为光电传感器不能检测直立，所以机器人在启动时必需处于完全平衡状态，然后程序将通过检测与开始时相同的反射光读数设法保持这个平衡状态。
确切地说，机器人必须处于真正平衡状态，与从视觉上保持它竖直是不同的。
在程序开始，将会鸣笛三次共三秒钟，给你留出时间把机器人用手摆放平衡，然后程序开始自动保持平衡。
注意，如果你启动机器人时位置处于接近平衡状态，它会在开始时所处的倾斜方向，向前或是向后运动几次寻找平衡点。
获得不错的启动状态需要多次练习，请有点耐心呦！
启动自平衡机器人的好办法是：启动程序，然后在机器人发
出三次鸣叫时，只用手轻微抓住驾驶者的头顶（超声波传感
器），试着把机器人摆放平衡。
程序
此机器人有两个程序，Segway和SegwayBT。
这两个程序都是使用“PID控制”保持机器人平衡。
程序Segway控制机器人根据它的初始位置自动保持平衡，驾驶者不能移动。
当使用这个程序时，你需要把它固定在机器人上面，如下所示：
程序SegwayBT添加了蓝牙遥控功能，允许你用其它NXT积木通过蓝牙控制驾驶者向前或向后倾斜。
首先，与第二个NXT建立蓝牙连接(遥控器)，连接位置为1,然后在NXT遥控器上运行程序SegwayRemote，在自平衡机器人NXT上运行程序SegwayBT，启动自平衡机器人。
现在按下NXT遥控上的灰色左右箭头按钮将会使驾驶者向相应的方向轻微倾斜。
仅仅是轻微的运动(例如每个方向一下或两下)，所以自平衡机器人可以正常工作。
固定驾驶者
当使用Segway程序时，驾驶者不能移动，你可以把它锁定在原位，
如下所示。
然而当使用SegwayBT程序时记得把锁定的配件移除。
你可以使用图示中的任一种轴来固定。
5号单位轴看起来效果更好，但
8号单位轴更容易插入和移除。
根据爱好请自行选择！程序-请点此处
提示:电脑中需要安装NXT-G编程软件。