樂高機器人EV3設計與競賽指南（第2版） 下載 mobi epub pdf 電子書 2026

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一站式樂高競賽指導 樂高機器人EV3設計寶典
作者James Trobaugh是一位經驗豐富的FLL教練，在這本書中，他分享來之不易的機器人知識、設計原則和技術，有助於你獲得機器人競賽的成功。
本書指導你設計齣參加機器人競賽的作品！你會學習如何使用新的光傳感器和陀螺儀傳感器進行導航，完成巡綫，學習EV3超聲波傳感器的使用方法。解鎖使用樂高Mindstorms EV3機器人可靠設計的秘密。學習轉動、推、拉等成熟的任務設計模式，學習如何減少和補償電池對電機性能的影響。關於程序設計和組織的章節能讓你瞭解主程序如何更具靈活性。
隻要你參與FLL比賽，無論你是教練、傢長還是學生，都會在本書中找到你需要的內容，使你的設計和比賽體驗有趣和難忘，並能得到更大的收獲。

內容簡介

本書是一本樂高機器人競賽的指導手冊，針對樂高機器人賽事的各個方麵，包括四個主要闆塊：設計、導航、操作和組織。通過對這些闆塊的詳細闡述，本書能夠指導讀者設計齣高水準的樂高機器人作品，同時也能提高讀者的科技素養，並使讀者體會到樂高機器人帶來的樂趣。

作者簡介

James Jeffrey Trobaugh，知名FLL教練，FLL世錦賽的技術答辯裁判，FLL地區聯盟主任，有著豐富的賽事經驗、。
本書譯者：中文樂高論壇核心團隊，對本書內容及圖書都做瞭深入解讀及修訂，使之內容更適閤國內人士閱讀。

目錄

第 1章　設計機器人需要考慮的問題 1
閱讀規則 1
清楚FLL機器人的零件使用規則 1
研究任務說明 2
將任務按區域分組 2
分析任務 3
畫齣場地圖 3
考慮約束和障礙 4
場地的約束 4
環境條件 5
EV3軟件 5
瞭解樂高頭腦風暴硬件 6
EV3程序塊 6
觸動傳感器 7
陀螺儀傳感器 7
顔色傳感器 7
超聲波傳感器 8
大型伺服電機 8
中型伺服電機 8
開始機器人設計 8
讓整個團隊一起頭腦風暴 9
展示你的設計 9
繪製設計草圖 9
分配資源 10
總結 10
第 2章　底盤設計 11
基本設計因素 11
尺寸 11
功率 11
速度 11
電池 12
尋找重心 12
齒輪傳動 14
直齒輪 14
皇冠齒輪 14
錐齒輪 14
雙錐麵齒輪 15
蝸杆 15
離閤齒輪 15
滑輪 16
鏇鈕輪 16
傳動比 16
選擇車輪 17
周長 18
安裝 18
履帶 19
最常見的底盤 19
兩輪機器人 19
三輪機器人 20
四輪機器人 20
履帶機器人 20
發現和解決問題 21
總結 21
第3章　直綫行駛 23
機器人結構的影響 23
軸距 23
重量 24
車輪的周長 24
車軸的支撐 24
程序設計 25
移動轉嚮模塊 26
移動槽模塊 26
我的模塊MyMove 27
電池 31
AA電池 31
可充電電池闆 32
輔助裝置 32
貼牆行走 32
基地中的齣發標尺 34
交流與學習 35
電機匹配 35
消除齒輪間隙的影響 36
發現和解決問題 36
總結 37
第4章　準確轉彎 39
轉嚮設計 39
差速轉嚮係統 39
轉嚮驅動係統 40
與轉彎有關的計算 41
單輪轉動方式 41
雙輪轉動方式 42
程序設計 43
移動轉嚮模塊 43
移動槽模塊 43
創建我的模塊MyPivot 44
創建我的模塊MyTurn 45
陀螺儀傳感器 46
校準陀螺儀傳感器 46
用陀螺儀傳感器轉彎 47
陀螺儀傳感器的安裝 47
總結 48
第5章　巡綫和檢測綫條 49
EV3顔色傳感器 49
環境光模式 49
反射光模式 50
顔色模式 50
安裝顔色傳感器 50
校準顔色傳感器 51
進行校準 51
使用EV3校準模塊 51
使用本地文件 52
查看校準值 54
刪除校準數據 54
遮蔽顔色傳感器 55
巡綫 55
兩狀態巡綫示例 56
界定兩個以上的狀態 56
實現比例算法 58
使用兩個顔色傳感器 59
檢測綫條 60
找到綫條 60
檢測綫條中的顔色 62
總結 62
第6章　調整機器人姿態 63
調整姿態 63
用側牆調整姿態 63
被動式靠牆對正 63
交互式靠牆對正 65
與綫條和區域邊緣對齊 67
總結 69
第7章　檢測障礙物 71
觸動傳感器 71
檢測按下狀態 71
檢測釋放狀態 74
檢測碰撞狀態 75
顔色傳感器 76
超聲波傳感器 77
總結 78
第8章　無動力手臂 79
無動力手臂類型 79
推送型手臂 80
保險杠式 80
犁式 80
運送盒 81
鈎子型手臂 82
簡單式 82
魚鈎式 83
勾環式 84
叉子式 85
傾倒型手臂 85
收集型手臂 86
單嚮盒 87
鏇轉式 87
彈力型手臂 88
無動力手臂的連接方式 89
固定銷連接 89
無銷連接 89
磁鐵連接 90
總結 90
第9章　有動力手臂 91
手臂電機的安裝位置 91
安裝在前部 91
安裝在中部 92
安裝在後部 92
確定手臂的類型 92
抓物型手臂 92
爪子式 93
颱鉗式 93
籠式 94
提升型手臂 94
杠杆式 95
叉車式 95
推送型手臂 96
樂高執行機構 96
自製執行機構 96
動力連接 97
直接連接 97
齒輪連接 98
傳動軸連接 98
總結 99
第 10章　氣動力 101
氣動係統示例 101
氣動零件 102
氣泵 102
氣罐 102
氣動開關 103
氣動執行器 103
T形接頭和軟管 104
氣壓錶 104
氣動係統與EV3機器人集成 104
啓動 105
觸發 105
搭建氣動手臂 105
總結 106
第 11章　主程序 107
我的模塊 107
定義開始和結束事件 107
示例代碼 108
簡單的順序式主程序 108
假設案例說明 108
創建我的模塊 109
創建序列 109
代碼示例 109
復雜的主程序 111
程序導航 111
滾動序列 112
創建高級主程序 115
程序顯示 115
保存狀態 117
總結 118
第 12章　程序管理 119
EV3更新 119
管理源代碼 120
使用單颱計算機 120
多颱計算機網絡共享 121
U盤 121
文件命名 121
總結 122
第 13章　技術檔案和技術答辯 123
程序文檔 123
程序注釋 123
打印的程序副本 124
機器人設計文檔 125
記錄底盤設計 125
手臂設計及說明 126
技術答辯 126
描述你的解決過程 126
介紹你的技術檔案 127
與裁判交談 127
總結 127
附錄A　搭建DemoBot 129

開啓無限創意，駕馭智能未來——《樂高機器人EV3設計與競賽指南（第2版）》 在瞬息萬變的科技時代，掌握創新思維與動手能力已成為培養下一代人纔的關鍵。樂高（LEGO）以其獨特的拼搭魅力，將抽象的科學概念具象化，而EV3機器人平颱，更是將這一魅力推嚮瞭前沿，成為全球教育與科技創新的有力工具。本次奉獻給您的是《樂高機器人EV3設計與競賽指南（第2版）》，這不僅僅是一本書，更是一扇通往智能機器人世界的大門，一個激發無限可能性的創意搖籃。 本書定位與價值： 本書專為對樂高Mindstorms EV3機器人感興趣的讀者量身打造，無論您是初次接觸機器人編程的學生、希望在科技競賽中嶄露頭角的青少年，還是緻力於STEAM教育的教師，亦或是熱衷於探索科技樂趣的傢長，都能從中獲益匪淺。我們深知，對於許多讀者而言，樂高EV3機器人代錶的不僅僅是玩具，它更是學習編程、工程原理、邏輯思維、解決問題能力以及團隊協作精神的絕佳載體。 《樂高機器人EV3設計與競賽指南（第2版）》並非簡單的拼裝說明手冊，也不是枯燥的理論教材。它以一種生動、實踐、循序漸進的方式，引導讀者深入理解EV3平颱的核心技術，掌握機器人設計與搭建的係統方法，精通編程邏輯的構建，並最終能在各類機器人競賽中脫穎而齣。我們緻力於將復雜的概念變得易於理解，將理論知識轉化為實際操作，讓學習過程充滿樂趣與成就感。 核心內容深度解析： 本書圍繞“設計”與“競賽”兩大主綫，為您呈現一套全麵而深入的學習路徑。 第一部分：探秘EV3核心，奠定堅實基礎 在開始任何精彩的創作之前，瞭解您手中的工具是至關重要的。本部分將帶領您深入認識樂高Mindstorms EV3的核心組件。 EV3智能磚： 作為機器人的“大腦”，我們將詳細介紹智能磚的各項功能，包括處理器、內存、各種端口（A、B、C、D端口連接馬達，1、2、3、4端口連接傳感器）、顯示屏、揚聲器、USB連接以及藍牙/Wi-Fi功能。您將瞭解如何通過智能磚的按鈕進行基本操作，如何通過屏幕進行菜單導航和程序下載，以及如何利用其內置的揚聲器播放聲音。 馬達（M Motors）： 我們將講解EV3係統中的三種主要馬達：大號馬達（Large Motor）和中號馬達（Medium Motor）。您將學習它們的結構特點、工作原理，以及如何將它們準確地連接到智能磚的端口。更重要的是，您將掌握如何通過編程控製馬達的轉動方嚮、速度、角度，以及實現更復雜的運動模式，如勻速直綫運動、轉彎、原地鏇轉等。 傳感器（Sensors）： 傳感器是機器人感知世界的“眼睛”和“觸角”。本書將詳細介紹EV3常用的傳感器，包括： 觸碰傳感器（Touch Sensor）： 學習如何利用它來檢測碰撞、按壓，並將其作為觸發程序執行的條件。 顔色傳感器（Color Sensor）： 深入瞭解其識彆不同顔色、檢測光綫強度、甚至作為巡綫傳感器的能力。您將學會如何編寫程序，讓機器人根據顔色做齣反應，例如跟隨黑綫、識彆目標顔色。 超聲波傳感器（Ultrasonic Sensor）： 探索它如何測量距離，避免障礙物，實現自主導航。您將學習如何利用超聲波傳感器來控製機器人保持與障礙物的固定距離，或在探測到障礙物時停止前進。 紅外綫尋跡傳感器（IR Seeker Sensor）（如果您的EV3套件包含，本書也會提供相關介紹）：瞭解其探測紅外綫遙控器信號或特定紅外綫標記的能力，為更高級的競賽場景打下基礎。 其他可選傳感器（如陀螺儀傳感器、第三方傳感器等）：在後續章節中，我們也會適時提及一些常用的第三方傳感器及其應用潛力，擴展您的視野。 第二部分：精通EV3編程，實現智能控製 樂高EV3的強大之處在於其靈活的編程環境。本書將基於官方提供的EV3軟件（LEGO MINDSTORMS EV3 Home Edition），為您層層剖析編程的奧秘。 圖形化編程界麵入門： 我們將從最基礎的拖拽式編程開始，介紹軟件中的各個功能模塊，如動作模塊（馬達控製）、流程控製模塊（等待、循環、分支）、傳感器模塊、數據操作模塊等。您將學會如何將這些模塊組閤起來，構建齣簡單的程序。 結構化編程思維： 隨著內容的深入，我們將引導您掌握更高級的編程技巧，例如： 順序結構： 按照既定的步驟執行指令。 選擇結構（If-Then-Else）： 讓機器人根據傳感器讀數或條件做齣不同的判斷和反應，實現智能決策。 循環結構（Loop）： 讓機器人重復執行某項任務，提高效率，實現自動化。 變量與數據操作： 學習如何使用變量存儲和處理數據，進行數值計算，讓程序更具通用性和靈活性。 自建功能塊（My Blocks）： 掌握如何將常用的程序段封裝成自定義模塊，提高編程效率，簡化復雜程序的設計。 實際編程案例演示： 本書將提供大量精心設計的編程案例，涵蓋瞭從基礎的“前進”、“轉彎”、“避障”到更復雜的“循跡”、“抓取”、“搬運”等功能。每一個案例都附有詳細的步驟說明、程序截圖和運行效果分析，幫助您理解編程邏輯，並能舉一反三。 第三部分：科學設計方法，打造高性能機器人 優秀的機器人不僅需要智能的程序，更需要巧妙的結構設計。本部分將為您介紹科學的機器人設計原則和方法。 機械結構基礎： 學習齒輪、傳動、杠杆等基本機械原理，瞭解它們在機器人設計中的應用，如何實現減速增益、改變運動方嚮等。 穩定與平衡： 探討如何設計機器人的底盤，確保其在運動過程中的穩定性，避免傾覆。 動力傳輸： 講解如何有效地將馬達的動力傳輸到車輪或其他執行機構，減少能量損耗。 傳感器布局： 學習如何根據任務需求，閤理地安裝和定位傳感器，使其能夠準確有效地感知環境。 模塊化設計理念： 介紹如何將機器人分解成不同的功能模塊（如底盤、抓手、傳感器架等），方便搭建、修改和升級。 經典機器人形態分析： 通過分析一些經典機器人（如四輪驅動、履帶式、多腿式等）的設計思路，幫助您理解不同結構形式的優缺點及其適用場景。 優化與迭代： 強調設計是一個不斷測試、評估和改進的過程。您將學會如何發現設計中的不足，並通過調整結構和材料來提升機器人的性能。 第四部分：競賽實戰演練，問鼎競技舞颱 機器人競賽是檢驗學習成果、激發創新精神的絕佳平颱。本書將為您提供詳盡的競賽指導。 主流競賽項目解析： 詳細介紹當前主流的樂高機器人競賽項目，例如： 任務挑戰類競賽（如FIRST LEGO League - FLL）： 分析不同任務關卡的特點，提供相應的機器人設計思路和編程策略，幫助您的機器人高效完成各項挑戰。 機器人格鬥類競賽： 講解如何設計具有攻擊性或防禦性的機器人，以及如何編寫齣色的對戰程序。 競速類競賽： 探討如何優化機器人結構和程序，以最快的速度完成賽道。 其他創意類與工程設計類競賽： 鼓勵您將所學知識融會貫通，設計齣獨具創意的機器人解決方案。 競賽策略與技巧： 理解競賽規則： 強調仔細研讀競賽規則的重要性，以及如何根據規則進行機器人設計和程序編寫。 任務分解與分析： 學習如何將復雜的競賽任務分解成若乾個可執行的小目標。 機器人與程序的協同優化： 講解結構設計和程序編寫如何相互配閤，共同提升機器人在競賽中的錶現。 調試與測試： 提供高效的機器人調試和測試方法，幫助您在賽前發現並解決潛在問題。 團隊協作： 強調在競賽中團隊閤作的重要性，如何分工協作，共同迎接挑戰。 實戰案例與解決方案： 本書將提供多個不同競賽項目的實戰案例，從機器人設計圖、詳細搭建步驟、核心程序代碼到競賽策略分析，全方位展示如何應對真實的競賽場景。這些案例將不僅僅是復製，更是啓發您獨立思考和創新的源泉。 本書特色與亮點： 豐富的圖文並茂： 全書配有大量高清圖片、結構示意圖和程序截圖，讓復雜的概念一目瞭然。 循序漸進的學習路徑： 從基礎到進階，內容安排科學閤理，確保讀者能夠逐步掌握。 大量實踐案例： 理論與實踐緊密結閤，通過實際操作鞏固所學知識。 競賽導嚮： 充分考慮競賽需求，提供實用的設計和編程策略。 鼓勵創新思維： 不僅教“如何做”，更引導讀者“為何這樣做”，激發獨立思考和創造力。 語言通俗易懂： 避免使用過於專業的術語，確保不同年齡段的讀者都能輕鬆理解。 結語： 《樂高機器人EV3設計與競賽指南（第2版）》是一本集知識性、實踐性、指導性於一體的力作。它將幫助您在搭建樂高EV3機器人的過程中，體驗創造的樂趣，掌握前沿的科技技能，培養解決問題的能力，更重要的是，激發您對科學、技術、工程、藝術和數學（STEAM）領域的濃厚興趣。無論您的目標是參加機器人競賽，還是僅僅想在傢中與孩子一同探索智能世界的奧秘，本書都將是您不可或缺的得力助手。 現在，就請翻開這本書，開啓您的EV3機器人設計與競賽之旅吧！讓想象力飛翔，讓科技之光閃耀！