跨入信息化时代，孩子的创新意识与动手能力越来越受到重视，应运而生的机器人编程教育正逐渐被大家所熟知和接受。机器人相关课程已走进了学校课堂，软件编程知识已逐渐成为一门必学学科。风靡全球的乐高机器人在培养孩子的创新意识与动手能力方面得到了大家的普遍认可。乐高机器人专属的EV3-G编程软件，是一种图形化的拼图程序软件，孩子们通过拖拽模块就可以实现编程，易学易用。因此，越来越多的孩子选择学习乐高EV3机器人编程知识。本书的作者李春雄老师从事少儿机器人编程教育研究多年，从孩子们学习、理解问题的角度出发，写了这本乐高机器人编程入门图书。
　　

　　本书在讲解编程知识时，独具特色地为孩子们展示了操控机器人的流程图，简洁明了，直观性强。流程图位于实物示意图和程序图之间，从出发到结果分步引导，帮助孩子们理顺思路，完成形象思维到抽象思维的转变。他们通过本书的学习能够触类旁通，通过观察生活中的机械装置，运用所学的物理科学知识，百变思维创作出百变金刚！
　　 书中的关键步骤和重要知识点我们都配有免费的高清视频讲解，由专业老师录制，真人实景演示了部分机器人程序设计的具体操作步骤。只要扫一扫二维码即可参看具体操作步骤，更加直观、清晰地理解操作步骤和程序设计，方便孩子们实际操练。

Chapter1 乐高机器人
1 乐高的基本介绍2
2 什么是机器人5
3 EV3乐高机器人9
4 EV3乐高机器人套件10
5 积木与横杆12
6 连接器21
7 乐高机器人的动力传递方式30
Chapter2 EV3主机的程序开发环境
1 EV3乐高机器人的程序设计流程52
2 组装一台乐高机器人53
3 在EV3主机中编写简易控制程序73
Chapter3 EV3-G拼图程序的开发环境
1 什么是EV3-G拼图程序？80
2 EV3-G拼图软件的获取及安装81
3 EV3-G拼图软件的开发环境83
4 编写个EV3-G拼图程序111
Chapter4 机器人动起来了（伺服电动机）
1 伺服电动机简介118
2 控制伺服电动机118
3 让机器人动起来124
4 电动机接收其他来源的数据131
5 个别控制电动机135
Chapter5 流程控制
1 流程控制的3种基本结构142
2 多线程结构163
Chapter6 机器人碰碰车（触碰传感器）
1 认识触碰传感器170
2 触碰传感器等待模块的使用174
3 触碰传感器分支模块的使用180
4 触碰传感器循环模块的使用186
Chapter7 机器人声控车（声音传感器）
1 认识声音传感器192
2 声音传感器等待模块的使用196
3 声音传感器分支模块的使用200
4 声音传感器循环模块的使用203
5 用声音传感器控制其他拼图模块204
Chapter8 机器人循迹车（颜色传感器）
1 认识颜色传感器208
2 颜色传感器等待模块的使用214
3 颜色传感器分支模块的使用218
4 颜色传感器循环模块的使用226
5 用颜色传感器控制其他拼图模块229
6 制作双光循迹机器人230
Chapter9 机器人走迷宫（超声波传感器）
1 认识超声波传感器238
2 超声波传感器等待模块的使用243
3 超声波传感器分支模块的使用248
4 超声波传感器循环模块的使用250
5 用超声波传感器控制其他拼图模块252
Chapter10 遥控机器人（红外线传感器）
1 认识红外线传感器258
2 红外线传感器等待模块的使用261
3 红外线传感器分支模块的使用266
4 红外线传感器循环模块的使用269
5 用红外线传感器控制其他拼图模块271
Chapter11 不倒翁机器人（陀螺仪传感器）
1 认识陀螺仪传感器278
2 陀螺仪传感器等待模块的使用283
3 陀螺仪传感器分支模块的使用286
4 陀螺仪传感器循环模块的使用290
5 用陀螺仪传感器控制其他拼图模块292
Chapter12 其他传感器的运用
1 EV3主机的按键296
2 电动机的角度传感器304
3 温度传感器310
4 计时器317
Chapter13 数据运算
1 数据运算方式322
2 变量323
3 常量327
4 数组运算331
5 逻辑运算334
6 数学运算336
7 近似运算341
8 比较运算342
9 范围运算344
10 合并字符串运算346
11 随机数运算347
Chapter14 EV3进阶拼图模块
1 进阶拼图模块352
2 文件读写353
3 数据记录355
4 信息传递357
5 蓝牙连接360
6 保持开机362
7 原始检测值363
8 通用电动机365
9 反转电动机366
10 停止367
11 批注368

Chapter1
　　乐高机器人
　　本章学习目标
　　1.了解机器人的定义及在各领域中的运用。
　　2.了解EV3乐高机器人的组成、套件及动力传递方式。
　　本章内容
　　1.乐高的基本介绍
　　2.什么是机器人
　　3.EV3乐高机器人
　　4.EV3乐高机器人套件
　　5.积木与横杆
　　6.连接器
　　7.乐高机器人的动力传递方式
　　1 乐高的基本介绍
　　乐高（LEGO）是一家创办于丹麦的玩具公司，总部位于比隆，创始于1932年，初期主要生产儿童积木玩具。现今的乐高，已不只是小朋友的玩具，甚至已经成为许多大朋友的爱。其主要原因就在于乐高公司不断地求新求变，并且与时代的潮流、趋势结合，推出了一系列主题产品。包括City（城市）系列、NinjaGo（幻影忍者）系列、StarWars（星球大战）系列、Pirates（海盗）系列、Speed（赛车）系列、SuperHeroes（超级英雄）系列、Chima（神兽传奇）系列、Creator（创意）系列、Technic（科技）系列以及Mindstorms（机器人）系列，等等。以上10种系列，前7种，乐高公司已经提供固定的产品，适合小朋友或收藏家。而后3种系列的产品比较能够训练学生的创意、动手能力以及逻辑思考的能力。
　　1-1乐高创意积木
　　功能
　　让小朋友随着故事的情境，发挥自己的想象力，使用乐高积木动手组装出自己设计的模型。
　　目的
　　1.培养孩子的创造力。
　　2.操作中训练手指的灵活度。
　　3.让小朋友与大家分享自己的作品，培养孩子的表达能力。
　　适合年龄
　　幼儿园阶段到小学二年级。
　　作品展示
　　铁金刚小汽车
　　1-2 乐高动力机械
　　功能
　　让小朋友使用乐高动力机械组，通过动手实际操作了解杠杆、齿轮、滑轮、连杆、轮轴等的物理。
　　目的
　　1.观察不同现象，深入了解物理科学知识。
　　2.做中学，学中做。
　　3.观察生活中的机械装置，并培养解决问题的能力。
　　适合年龄
　　小学阶段
　　作品展示
　　改造的动力机器F1赛车原创的F1赛车
　　改造的动力机器超级跑车原创的超级跑车
　　1-3乐高机器人
　　定义
　　乐高机器人（LEGOMindstorms）是乐高集团所制造的可编程的机器玩具。
　　目的
　　1.亲自动手组装，训练学生的观察力与空间转换能力。
　　2.亲自编写程序，训练学生的专注力与逻辑思考能力。
　　3.亲自实际测试，训练学生的验证力与问题解决能力。
　　作品展示
　　用EV3主机改造的F1赛车原创的乐高兰博基尼跑车
　　用NXT主机改造的超级跑车原创的超级跑车
　　2 什么是机器人
　　机器人的迷思
　　如果只将“机器人”定义为一台“人形玩具或遥控跑车”，这样的定义太过狭隘且不正确。
　　人形玩具遥控跑车
　　差异
　　1.人形玩具：属于静态的玩偶，无法接收任何信号，更无法自行运作。
　　2.遥控跑车：可以接收遥控器发射的信号，但是缺少传感器来检测外界环境的变化。例如：如果没有遥控器控制的话，遇到障碍物，不会自动停止或转弯。
　　深入探讨
　　我们都知道，人类可以用眼睛来观看周围的事物，用耳朵听见周围的声音，但是机器人却没有眼睛也没有耳朵，那到底要如何模拟人类的思想与行为，进而协助人类处理复杂的问题呢？其实机器人就是一部电脑（模拟人类的大脑），具有电脑控制器（包含中央处理器、内存），并且有连接传感器（模拟人类的五官）的输入端与连接电动机（模拟人类的四肢）的输出端。
　　定义
　　机器人不一定必须为“人形”，凡是可以用来模拟人类思想与行为的机械玩具都可称为“机器人”。
　　3种主要组成元素（p13）
　　1.传感器（输入）
　　2.控制器（处理）
　　3.电动机（输出）
　　EV3乐高机器人
　　机器人的运作模式
　　1.输入端：类似人类的五官，利用各种不同的传感器，来检测外界环境的变化，并接收信息数据。
　　2.处理端：类似人类的大脑，将检测到的信息数据，提供给程序开发者来做出不同的响应动作程序。
　　3.输出端：类似人类的四肢，通过伺服电动机来真正做出动作。
　　示例 会走迷宫的机器人
　　假设已经组装完一台乐高机器人的车子（又称为“轮型机器人”），当输入端的超声波传感器检测到前方有障碍物时，其处理端的程序可能的响应有直接后退、后退再前进或停止等。如果选择后退再前进，则输出端的伺服电动机就会先后退，再向左或向右转，后再直走。
　　机器人的运用
　　由于人类不喜欢做有危险性及重复性的工作，因此，才会有动机来发明各种用途的机器人，其目的就是用来取代或协助人类进行各种复杂性的工作。
　　常见的运用
　　1.工业上：焊接用的机械手臂（如：汽车制造厂）或生产线的包装。
　　2.军事上：拆除物（如：炸弹）。
　　3.太空上：无人驾驶（如：侦察飞机、探险车）。
　　4.医学上：居家看护（如：通报老人的情况）。
　　5.生活上：自动打扫房子（如：自动吸尘器）。
　　6.运动上：自动发球机（如：桌球发球机）。
　　7.运输上：无人驾驶车（如：Google研发的无人驾驶车）。
　　8.安全测试上：汽车冲撞测试。
　　9.娱乐上：取代传统单一功能的玩具。
　　10.教学上：训练学生逻辑思考及整合应用能力，其主要目的是让学生学会机器人传感器、主机及电动机的整合应用，进而开发出各种机器人程序应用于实际中。
　　3 EV3乐高机器人
　　引言
　　代的RCX（1998年）和第2代的NXT（2006年），让全世界的乐高玩家，无论是大人还是小朋友都玩翻了。乐高公司在2013年底，又推出功能更强的第3代乐高机器人EV3，其中EV代表了进化（evolution）之意。
　　定义
　　EV3乐高机器人（LEGOMindstorms）是乐高集团所制造的第3代可编程的机器玩具。
　　EV3-G软件
　　功能
　　在EV3-G软件中，我们可以通过拼图程序来命令EV3乐高机器人做出各种动作，以便让学生较容易编写机器人程序，而不需了解乐高机器人内部的软、硬件结构。
　　常用的开发工具
　　1.EV3-G：可视化的拼图程序语言。
　　2.leJOS：针对NXT/EV3乐高机器人量身定做的Java语言。
　　适用人群
　　1.EV3-G：适用于中、小学生或乐高机器人的初学者。
　　2.leJOS：适用于高中、大学以上的学生。
　　共同之处
　　EV3-G和leJOS都提供完整的乐高组件来控制EV3机器人的硬件。
　　EV3-G的优点
　　1.利用可视化的拼图模块来编写程序，可以不用学习复杂的leJOS程序代码。
　　2.EV3-G软件提供完整的乐高组件来控制EV3机器人的硬件。
　　4 EV3乐高机器人套件
　　引言
　　基本上，乐高机器人是由许多积木、横杆、轴、套环、轮子、齿轮和重要的EV3主机及相关的传感器等组件组成。因此，在学习乐高机器人之前，必须要先了解它的结构部件。
　　EV3乐高机器人套件分为教育版和零售版两种。
　　EV3教育版与零售版的主要差异
　　（续表）
　　版本
　　组件EV3教育版EV3零售版
　　（或称玩具版、空用版）
　　版本
　　组件EV3教育版EV3零售版
　　（或称玩具版、家用版）
　　EV3主机11
　　大型伺服电动机22
　　中型伺服电动机11
　　触碰传感器21
　　陀螺仪传感器1无
　　颜色传感器11
　　超声波传感器1无
　　红外线传感器无1
　　红外线遥控器无1（搭配“红外线传感器”）
　　本书以EV3教育版为主。
　　乐高机器人输入/处理/输出的主要组件
　　1.输入组件：传感器，端口编号分别为“1、2、3、4”。
　　2.处理组件：EV3主机，机器人的大脑。
　　3.输出组件：伺服电动机，端口编号分别为“A、B、C、D”。
　　4-1输入组件（传感器）
　　基本上，EV3机器人的标准配备中，共有4种传感器：
　　1.触碰传感器：类似人类的皮肤触觉。
　　2.陀螺仪传感器：类似人类的头脑平衡系统。
　　3.颜色传感器：类似人类的眼睛来辨识颜色深浅度及光源。
　　4.超声波传感器：类似人类的眼睛来辨识距离。
　　 以上4种传感器，在EV3-G软件中默认的传感器端口（SensorPort）为1至4号，但是，也可以自行修改端口。
　　4-2处理组件（主机）
　　EV3主机说明
　　①输出端：连接电动机或灯泡的4个输出口（A、B、C、D）。
　　②USB连接：用来接电脑的USB端口。
　　③LCD屏幕：用来显示EV3主机运作状态。
　　④深灰色按钮：电源OFF、回上一页、取消。
　　⑤灰色上、下、左、右键：用来移动选择不同的菜单。
　　⑥电源ON、确定、程序执行。
　　⑦输入端：连接4种传感器，输入端口为（1、2、3、4）。
　　4-3输出组件（伺服电动机）
　　想要让机器人走动，就必须先了解什么是电动机，它是让机器人可以自由移动（前、后、左、右及原地转动），或执行某个动作的一种设备，伺服电动机内置角度传感器，可以地控制其运转。
　　5 积木与横杆
　　想要制作一台乐高跑车、大吊车及相关的作品，积木与横杆是的，因为它们是用来建构这些作品的支架及模型。因此，在学习组装乐高之前，务必要先熟悉各种相关的积木与横杆，以便之后的操作能顺利完成。
　　5-1方块积木（Brick）
　　定义
　　又称为“基本砖”，它属于传统乐高的零件。
　　示意图
　　长条形（1×N）方块形（N×N）
　　命名 Brick2×4代表方块形积木，其宽度为2个凸点（stud），长度为4个凸点。如上图右边的第2个积木。
　　用途 叠房子、各种车辆、飞机、强化结构或各种造型的外部结构。
　　缺点 用途及功能比较少。
　　乐高机器人代到第3代名称LEGO造型
　　5-2平板积木（Plate）
　　定义
　　它也属于传统乐高的零件。
　　示意图
　　长条形（1×N）平板形（N×N）
　　命名 Plate2×8代表平板形积木，其宽度为2个凸点（stud），长度为8个凸点。如上图右边的第2个积木。
　　差异性 与方块积木的差异就是平板积木高度只有它的1/3。
　　用途 可以作为各种车辆的底板、房子的地板、天花板，马路或外部的结构。
　　优点 可经常配合凸点横杆（TechnicBrick）来强化结构。
　　缺点 用途及功能比较少。
　　示例
　　车辆底板的强化乒乓球桌的桌面
　　车辆结构的强化

《百变金刚——乐高EV3机器人编程入门》是一本关于乐高机器人EV3的入门级教材，全书共14章，主要介绍了乐高机器人EV3的基本套件及开发环境，通过碰碰车、声控车、循迹机器人、机器人走迷宫、不倒翁机器人等实例讲解，重点对触碰传感器、声音传感器、颜色传感器、超音波传感器等各类传感器进行基础的编程技巧讲解，并简要介绍了EV3的编程技巧。

本书三大特点：
1、从基础模块讲起，门槛低，易学易会。
2、结合积木和机器人概念，给玩家创作空间。
3、分步骤讲解，具体操作一目了然。

李春雄，中国台湾人，国立台湾科技大学资讯管理博士，现服务于正修科技大学资管系（所），专长科目（含专书著作）：资料结构、资料库系统、数位学习、程式设计、计算机概论、手机程式设计、机器人程式设计。目前研究方向是数位学习、行动学习、游戏式学习、手机动画游戏程式设计、机器人辅助程式设计。