機器人程式超簡單：LEGO® MINDSTORMS® EV3 動手作

台灣第一本樂高EV3機器人教學書籍！

2013年年初，樂高公司發布了新一代樂高機器人EV3，連同原有的程式介面也全面改版，不再使用上一版的NXT-G軟體。歷代以來，樂高所提供的圖形程式介面都維持了簡單易學且方便除錯的原則，加上直覺化的程式模組設計，因此很適合沒有程式設計背景的使用者或是小朋友使用。現行市面上已有許多NXT-G書籍，足見有一定的購買市場；另外NXT-G也是WRO與FLL這兩個目前台灣最大型的機器人競賽的指定程式語言，因此在EV3機器人上市之後，對於工具書籍的需求會漸漸明顯，相信本書的讀者群相當可觀。

參考樣書中所列為市面上較有名的NXT-G書籍，但目前除邱信仁老師之外，其他作者尚無聽聞有要寫EV3機器人教學書籍之計畫，所以本書應有機會成為市面上第一本樂高EV3機器人教學書籍。本書定位為機器人教學入門書，以十多個專題來介紹樂高EV3機器人與軟體的操作方法。本書希望能承接國內樂高機器人讀者群、大專院校以及才藝教室，讓它們有意願使用本書。
備註：本書有第二集進階功能出版計畫。

本書特色

樂高EV3機器人上市了！更強更快的控制核心與感測器，搭配簡單易用的圖形化程式環境，馬上就能完成您的第一台機器人。
搭配樂高各種不同的零件，您的機器人可以完成各種複雜的動作功能，在實作中理解各種機械與物理原理。
本書適用於機器人入門玩家、想帶領小朋友學習機器人以及機器人科學的才藝教室。
本書內含數十個程式範例，包含機器人行為設計、感測器、燈光音效以及多個整合式機器人專題，您可由此進入機器人的世界，非常適合各級教學單位使用。

範例程式檔與本書更多資訊，請上CAVE系列叢書官方網站

1-1 樂高機器人發展史

樂高機器人是LEGO®MINDSTORMS®公司所生產的教育性機器人套件，針對三年級，也就是十歲左右的小朋友，藉由各種樂高零件以及簡單的圖形化程式介面，可以很快地做出各種機器人或是自動化系統。因此從1999年第一代RCX上市以來，受到許多家長與小朋友的歡迎。2006年第二代NXT機器人問世之後，更是將以上的特性發揮得淋漓盡致，不僅在各類型的比賽中都能看到樂高機器人的身影，許多大專院校也將其列為程式設計以及機電整合課程的先導課程。另一方面，由於NXT機器人的韌體原始碼是開放的，因此除了樂高官方的NXT-G圖形化程式介面之外，其他例如C╱C++或Java等程式語言也可以編譯成樂高機器人的執行檔；也可以透過其它裝置，例如Android智慧型手機或平板來控制機器人。
本團隊從2009到2012年之間，也針對NXT機器人出版了數本教學書籍，歡迎參考。轉眼過了十多年，今年年初當EV3機器人發布時，相信許多玩家都是相當振奮的，期待新一代的EV3機器人能帶給我們更多歡樂與有趣的專題。

1-2 電子零件
1-2-1 EV3智慧型可程式積木
EV3主機採用Linux作業系統（嚴格說來應該是針對機器人而設計的一個Linux發布套件），這代表著未來對於EV3程式開發者或週邊設備廠商來說，能夠在一個開放的標準來開發EV3相容的指令模組與硬體，甚至還能自行加入客製化的套件。目前可用來控制EV3機器人的程式語言有NXC╱RobotC等C語言平台、leJOS（Java）、LabVIEW等。如果是要用外部裝置來遙控機器人的話，只要是支援藍牙或無線網路的裝置，都能用來遙控EV3機器人。
可以看到，EV3主機分別有4個輸入端與輸出端，比上一代的NXT多了一個輸出端，也就是說在機器人的機構以及馬達自由度上都會來得更自由。可透過USB傳輸線來傳輸程式，也可以使用藍牙與無線網路，讓程式在EV3主機與電腦之間無線傳輸，但當然還是使用USB傳輸線最方便。
在操作上，EV3保持著樂高一貫的直覺操作精神，在主機上有六個按鍵：按下中央的確認鍵即可開機，左上角的取消鍵則是回到上一層或是取消先前設定。最後在確認鍵四周的四向選擇鍵則是用來在各選項中移動。有關EV3開機後的各選項介紹，我們會在下一章詳細介紹。

自動識別連線（Auto-ID）
這是EV3新增的功能，EV3會自動辨識已經連接的裝置名稱與所使用的連接埠位置，這樣可大幅減少設計機器人程式時的除錯工作，好比將顏色感測器接在3號輸入端，但程式中卻設定為2號，聽起來有點不可思議，但真的很常發生這種烏龍狀況。NXT的馬達和部分感測器也支援Auto-ID功能呢，太好了！
1-2-2 馬達（Interactive Servo Motor）
馬達是機器人主要的輸出動力來源，EV3套件中有大型和中型兩種馬達，大型馬達是機器人的主要移動平台，而中型馬達可用來製作投球手臂或是夾物機構等等，馬達除了內建附有角度感應器之外，EV3的馬達也支援最新的自動識別（Auto-ID）功能，只要接上EV3主機就能自動判斷馬達型號。
1-2-3 感測器（Sensor）
由外觀來看的話EV3感測器與NXT感測器不同之處在於，以往的NXT感測器的圓角曲面已經不見了，改用更俐落的平切面讓感測器看起來更酷炫，在機構方面多了十字孔的組裝位置讓組裝更容易，同時也增加了自動識別連線（Auto-ID）的功能。

◎觸碰感測器（Touch Sensor）：
觸碰感測器可用來偵測機器人有無碰撞到障礙物，另外也可以當按鈕使用。回傳的資料型態為布林（boolean）。
◎顏色感測器（Color Sensor）：
顏色感測器可以感應透明、黑、藍、綠、黃、紅、白與棕色共八種顏色，分別由0到7等數字所代表。感測距離為15~50mm，太近或太遠則無法正確感測顏色。回傳的資料型態為數值（Number）。顏色感測器也可當作光感測器來使用，回傳0~100的整數值代表前方環境或物體的亮度。
◎超音波感測器（Ultrasonic Sensor）：
超音波感測器是藉由發射超音波後，接收到物體所反射音波之時間差測量距離，左方眼鏡為發射，右方則是接收，新的超音波感測器上多了LED燈，在超音波感測器發射時LED燈會閃爍發亮，另外可切換兩種模式：接收模式（單純量測距離）和感應環境中的超音波訊號。超音波感測器回傳的資料型態為數值。

◎陀螺儀感測器（Gyro Sensor）：
陀螺儀感測器是用來量測機器人的傾斜程式，當機器人傾倒時，陀螺儀感測會偵測傾倒的度數。我們可藉此讓機器人維持平衡。陀螺儀感測器回傳的資料型態為數值。
另外陀螺儀感測器具有重置角度功能（Reset），您可以自行設定某個角度為陀螺儀感測器的初始值。
EV3上市前，樂高沒有自行生產陀螺儀感測器，只能購買HiTechnic公司的產品（沒錯，HiTechnic的產品都長得差不多而且黑黑的）。
◎紅外線感測器（IR Seeker Sensor）：
紅外線感測器有有三種模式分別為，測距模式（Proximity Mode）、標燈模式（Beacon Mode）與接收模式（Remote Mode），後兩者必須配合紅外線發射器（IR Beacon╱Remote Control Sensor）來使用。