纳英特机器人简介.doc

第一章 认识纳英特机器人

在开始机器人灭火实验前，大家先要准备好实验器材和场地。可以为我们提供实验器材的机器人公司有很多，本书以纳英特教学机器人为研讨平台，大家可以访问纳英特机器人公司的网站，获取更多信息。
目前市场上用于教学的机器人主要有：乐高机器人、纳英特机器人、广茂达能力风暴机器人、中鸣机器人、双龙机器人、慧鱼机器人、通用机器人、交大阳光机器人等十几种。选型是进行机器人灭火实验前所面临的一个重要问题，选型的标准是性价比要高。根据目前教育经费紧缺的实际情况，实验器材要满足教学的需要，还要能满足竞赛的需求。我们在器材选择前要经过慎重的考虑，本人认为我们应该从以下几个方面来考察：
（1） 教学理念要先进
本人认为这是最重要的一条，我们选择的产品应该和现在的教育潮流相符合，有利于同学们动手能力的培养，机器人的搭建空间要大，能充分发挥我们的想象力。我们使用的机器人平台应该符合中小学生的年龄特点，要有利于创新能力的培养。

（2） 产品质量要好
产品质量是选择教学机器人品牌的重要标准，如果单从产品质量考虑，乐高机器人应该成为首选，但乐高产品价格贵，输入输出端口少，不能满足竞赛的需要。
（3） 售后服务要好
我们中小学生虽然学习能力强，但机器人的技术含量高，需要对我们进行多次的培训。我们还需要机器人公司随时为我们提供技术指导，为我们修理损坏的器材。现在由于竞争激烈，各厂家为了扩大市场，售后服务普遍比较好。
（4） 价格要合理
由于目前教育经费十分紧缺，而教育部门的各级领导看到了开展机器人进课堂活动的重要性，又希望短期能出成绩。这样每一套机器人最好是能满足教学的需求，又能满足竞赛的需求。所以机器人的价格一定要合理，才有可能被我们选择。

（5） 灭火项目的竞赛效果要好
本书主要从灭火机器人竞赛辅导这一主线出发，来介绍教学机器人的软硬件制作过程。我们希望制作出来的产品能在比赛中取得好成绩，用竞赛成绩来检验自己的学习成果。进几年从灭火项目来看，纳英特机器人表现出了巨大优势，在2006年的全国中小学电脑机器人制作活动中，小学、初中、高中三个年龄段的灭火项目，纳英特机器人用户获得了2金1银的优异成绩。

作者把纳英特机器人和其他产品进行了一番对比，发现纳英特机器人体积小，重量轻，机器人的搭建十分方便，有利于各种方案的实现，搭建出来的灭火机器人速度快，成功率高，所以在机器人灭火比赛中往往取得比较好的成绩。

经过综合考虑，作者决定以纳英特教学机器人为研讨平台，讲解一下灭火机器人制作的一般规律，为同学们提供一些参考思路。大家完全可以根据自己的实际情况选择产品，本书的很多内容对其他种类的灭火机器人制作同样有参考作用。

图1-1
图1-1就是一台简单的纳英特灭火机器人，它由很多部件组成。本书论述的机器人是2006年版本，编程软件要求使用纳英特机器人图形化编程系统2.5.4002或更高版本，下面我们来对纳英特机器人的主要部件进行初步认识。

图1-2
图1-2所示的部件就是纳英特机器人的主体部分，背面有1个液晶显示屏，相当于电脑的显示器，它可以把机器人中的某些信息显示出来，方便人们修改机器人的软硬件设置。我们通常把液晶显示屏的一端叫机器人的头部。

图1-3
如图1-3，在机器人朝前的一面有很多传感器接口，我们把它叫做端口，
每个端口都有3个传感器连接铁芯。如果从我们的角度看来，图上从左到右是3号口-10号口，总共8个端口，其中3-6口适合接模拟传感器，7-10口适合接数字传感器。

图1-4
图1-4的接口位于机器人左侧，在图上有5个一样的接口是
11-15口，适合接数字传感器，在这本书中，我们把大部分红外避障传感器接在这个位置，右侧比较大一点的接口是机器人和电脑的通讯口。机器人通过一根通讯线和电脑相连，把我们在电脑中编写好的程序下载到机器人中，让机器人有个聪明的脑袋，指挥其他部分协同工作，完成我们交给他的任务。

图1-5
机器人的后面如图1-5，从左到右的5个部件分别是充电口、电源开关、stop开关、start开关、扩展电源接口。在入门阶段需要了解的部件是：
（1）充电口，当机器人连续工作2-3小时的时候就会表现出走路走不动等现象，这说明机器人“肚子饿了”，需要“吃饭”。这时我们可以把机器人的电源开关拨到中间，然后用插在220v交流电上的电源适配器（又叫充电器）给机器人充电。充电时电源适配器的指示灯为红色，充电完成，指示灯变绿色。
（2）电源开关
电源开关有3种状态，拨到中间为为关闭机器人，拨到右边可以让机器人运行我们设计的程序，配合硬件来完成预期的任务。电源开关拨到右边左边，通常用在下载机器人的操作系统上，当我们发现机器人不听我们话的时候，有可能是操作系统坏了，我们可以重新下载机器人的操作系统。

图1-6
图1-6中4个并排的是马达接口，从左到右分别叫motor0 、motor1 、motor2、 motor3。
我们一般把机器人左边的马达接在motor0上，右边的马达接在motor1上，灭火风扇接在motor2上。
上面介绍了机器人主体上的一些主要部件，但我们还没有看到机器人的手脚，眼睛鼻子耳朵也一个没有看到。我们中小学生玩的机器人比较简单，机器人的手脚由马达轮子等组成，“眼睛”“鼻子”“耳朵”等感觉器官也很低级，我们把它们叫传感器。

图1-7

为了给机器人装上手脚，我们可以利用如图1-7所示的轮子，这种轮子叫万向轮，既可前后滑动，又可左右转动。我们在开始学习的时候为了降低控制的难度，通常把左右转动的滚动珠用扎带缚住。这样轮子可以前后转动但不能左右转动。

图1-8
只有上面的万向轮，没有动力来源，机器人还是不会动。在这里为机器人提供动力的部件叫马达，如图1-8，马达上有红黑两色的电源连接线，通过连接插头可以和机器人主体上的马达接口相连。连接好马达电源插头后，马达就可以从机器人主体内的电池板中得到能量，机器人对电机的控制命令也从这2条线传出。在马达电源插头上我们可以看到上面有2个小螺旋，借助小一字螺丝刀，我们可以松开或者固定2根电源线。当螺丝刀逆时针转动时，可以松开连接，顺时针转动可以紧固连接。同学们要仔细观察，找出松开和紧固电源线的方法。同学们要注意往机器人主体上转的螺丝一定要选择较短的那种，否则机器人可能出现故障。

图1-9
如图1-9，当我们把“手脚”给机器人装上后，这台机器人就有了活动能力，把它到地上它就成了图1-10所示的倒三轮结构机器人。

图1-10
在图1-10中我们已经把左边的马达接在motor0接口上，我们还需要把右边的马达接在旁边的motor1接口上。下面是这台倒三轮机器人的正面视图。

图1-11
现在我们先对这一台机器人进行马达测试，看它是否和我们的装配意图相符合。
在安装了纳英特机器人随机的机器人编程系统的情况下（没有安装的，请辅导老师安装好），
点桌面上的nstrobot图标（图1-12），出现纳英特积木式机器人图形化编程环境。

图1-13
从左边的执行器模块库中拖一个启动电机模块到程序中，在右边的启动电机模块上双击或者点右键点模块属性，如下图，把马达的功率设置为100。

图1-14
点左上角的“文件”“另存为”取名为“马达测试”保存起来，以便以后重复利用。

然后我们来把刚才编写好的程序下载到机器人身体中，让机器人按照我们的指示去完成任务。
在下载程序前我们要先把通讯线的一头和电脑的一个串口连接，
连接方法见下图：

图1-15

上图中老师连接了2根通讯线，同学们只要连接1根就可以了。
通讯线的另一端和机器人相连，见下图。

图1-16
在下载前我们用1个手把机器人提起，防止马达的转动使机器人从高处摔下损坏，然后向右打开开关。点“编译下载”，

图1-17

图1-18
选择好与电脑连接的串口，点“下载应用程序”，如果下载失败，请检查串口是否搞错，通信线有没有连接，机器人电源有没有打开等情况。有时候什么也没有改变，关开一下电源，重新下载，也可能会取得成功。

下载成功后把电源拨到中间关闭机器人，然后在把电源拨到右侧打开机器人，这时候我们应该看到左侧的轮子在前进，如果右侧的电机在转，请交换moor0和motor1的插头。
如果左电机在转，但是在后退，请交换motor0插头上的红黑线。
右边的电机也同样测试，只不过程序中是启动电机1。
在完成马达测试后我们就可以来做电机运动练习题，通过练习来学习机器人的基本行走方法。
练习一：机器人前进

图1-19
如图1 19，从左边的执行器模块库中拖一个移动模块到程序中，双击程序中的“移动”模块，在出现的参数设置框中，我们可以拖动滚动条，也可直接在文本框内写数字，如图1-20，把电机功率设置为中等速度前进。

图1-20
设置好后程序变成

图1-21
把这个程序下载到机器人上，把机器人放在地上，如果机器人是前进的，说明前面的调试是正确的，如果是原地打转或后退，请重新调试马达。

练习二：机器人圆心左转1秒钟

图1-22
从左边的执行器模块库中各拖一个“移动”“延时”“停止”模块到程序中，
设置马达参数为左电机-100，右电机100，延长时间如下图设置为1.0（一定要有小数点）

图1-23
设置停止为停止所有电机。
最后程序成为

图1-24

练习三：机器人圆弧右转1个圆

图1-25
程序和上面基本一样，不同的是左马达功率设置为60，右马达功率设置为20，
先把延长时间设置为1.0秒，下载，让机器人到地上行走，看这个时间够不够，
一直修改，下载，运行，一直看到机器人基本上走出1个圆为止。这时候可能需要延长时间为2.3秒等等。
现在我们对机器人转动的一些方法作简单总结：
（1）方法1，1个马达后退，另一个马达前进。
（2）方法2，1个马达不动，另一个马达前进。
（3）方法3，1个马达不动，另一个马达后退。
（4）方法4，两个马达都前进，一个快，一个慢。
（5）方法5，两个马达都后退，一个快，一个慢。
练习四：机器人走8字形
机器人走8字和机器人走圆的道理一样，它由2个圆组成，第一次左马达功率设置为60，右马达功率设置为20，另一次左马达功率设置为20，右马达功率设置为60。
走8字前首先要会走圆，延长时间和一个圆一样，一次转右圆，一次转左圆。

图1-26

练习五：机器人走正方形（使用顺序语句）
我们要让机器人走一个大致的正方形，可以让机器人走4条边，转3次弯。
这个程序，同学们可以打开配套光盘第一章的相关练习，看一看老师是怎样编写的。
调试的重点是转动后延长多少时间大概能走90度转弯。

练习六：机器人走正方形（使用循环语句）
机器人走正方形的动作可以这样完成，先前进1条边，然后做转弯加前进的动作，重复3次，就成了一个正方形。在程序设计中，多次重复的动作可以用循环语句来写，我们学习的循环语句主要有永远循环、条件循环、多次循环3种，在这里我们利用1次前进和3次循环来走正方形。

图1-27
先前进1次，它由移动和延时2个命令组成，下面循环语句中的前进速度及前进延时要和前面2句一样。先拖出1个移动和延时，设置好马达功率和延长时间，例如马达功率左右都是60，延长时间是1.2秒。再从控制模块库中拖出1个多次循环，如图1-28设置循环次数为3。

图1-28

图1-29
再往循环体内拖“移动”“延时”“移动”“延时”，前面一对甚设置为右转90度，后面设置为前进1条边。同学们如果觉得这道题目有难度，可以打开配套光盘第一章的相关练习，看一看老师是怎样编写的。这个题目的调试重点是转动后延长多少时间大概能走90度转弯。
同学们要知道，编程容易，调试难，事实证明，我们在学习机器人的时候，花在搭建和编程上的时间不到总时间的%10，大部分时间是在调试机器人，也就是说，我们的时间都花在小修小补上。本题的大致90度转弯就是靠不断试出来的。

练习七：直线效果的纠正
我们用的教学机器人价格便宜，机器人上面的部件精度不是很高。有时我们会发现，叫机器人走一条直线，实际上它给我们走了一条弧线。这是因为2个马达的功率稍有差异，随着行走时间的变长，偏差逐渐积累，出现我们不希望的结果。为了纠正机器人走直线的效果，我们先编写一个前进1秒后停止的程序，开始设置左右电机都是100。观察机器人的行走曲线，如果机器人在1秒后向左偏，说明右边的电机力气偏大，我们把马达功率改为左电机100，右电机90，在下载到机器人中，看一看直线效果是否有好转。以后我们如果要后退或前进一段比较长的时间，就把力气比较大的马达功率设置得小一点。同样机器人右偏也是这样纠正。

图1-30
如图1-30,这就是一个可以测试机器人直线行走效果的程序。

第一章课后练习
本练习所有题目的参照依据是本章所述的机器人，使用纳英特教学机器人2006版本。
（一）是非题
（1）下载机器人操作系统时应该把电源开关拨到左侧，下载应用程序时应该把电源开关拨到右侧。
（2）延时模块拖延了时间，所以不适合使用延时模块制作灭火机器人。
（3）只要左右马达的参数一样，机器人就一定走出一条直线。
（4）一般来说，调试机器人占机器人制作总时间的10%左右。
（5）为了提高机器人的速度，我们只要学会前进指令的使用就可以了。
（二）填空题
（1）前进、后退、左转、右转都可以由----------模块设置而来。
（2）为了保持马达的运动，我们可以使用————模块。
（3）当左边的马达后退，右边的马达前进时，机器人做出的动作是————。
（4）左马达以100的速度前进，右马达以30的速度前进，机器人做出的动作是——。
（5）纳英特教学机器人的2-6号端口叫-----口，7-15号端口叫-----口。

（三）选择题
（1）我们对待机器人的态度正确的是（）
A 机器人是人类的竞争对手，我们要消灭一切机器人。
B 机器人没有生命，我们可以随时把它丢到垃圾堆。
C 我们中小学生年纪太小，玩不转机器人。
D 机器人是人类制造的工具，使用机器人提高了我们的工作效率。

（2）关于机器人的说法正确的是 （）
A 机器人是特殊的人
B 机器人是特殊的机器
C 只有科学家的实验室里才有机器人
D 我们只能在动画片里才能看到机器人，我们没有可能玩机器人。
（3）我们中小学生学习机器人制作一般是在（）的基础上
A 教学机器人平台
B 铁矿石、铜矿石等
C 水泥、沙子等
D 酒精、塑料等
（4）适合制作灭火机器人的平台有（）
A 纳英特机器人
B 中鸣机器人
C 广茂达机器人
D 以上都是
（5）为了让机器人向右转可以设置（）
A 左边的马达前进，右边的马达后退
B 左边的马达不动，右边的马达后退
C 左边的马达前进，右边的马达不动
D 以上都是

（四）编程题
（1）机器人前进1秒钟然后后退
（2）机器人前进1秒钟然后右转90度停止
（3）机器人前进1秒钟然后转1个圈
（4）机器人后退1秒钟然后前进2秒钟停止
（5）机器人左转90度然后向前进

参考答案
是非 1对 2错 3错 4错 5错
填空 1移动 2延时 3 左转 4右转 5 模拟 数字
选择 1D 2 B 3 A 4 D 5 D
编程题 参考答案见配套光盘