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乐高深度扫盲⑤-产品篇(可编程系列)

2017-06-19 17:33   彩色蚂蚁
  什么,你想玩乐高机器人?上班时间还没码够代码是么 ;)
 
  这篇我来介绍一下乐高的MindStorms系列产品,通常也直呼其为乐高机器人系列,它的重点,是可编程的能力……
 
  乐高可编程机器人的产品历史,源自于和麻省理工学院合作的项目。从1998年推出了的第一代“智慧型可编程化积木” 开始,到目前为止(2016年),乐高机器人一共推出了三代产品,在此期间还陆续推出过大小几种简化的可编程产品,用于特定的套装系列。
 
各种可编程产品的主控模块
各种可编程产品的主控模块
 
  Mindstorms的第一代产品当时全称还是 Robotics Invention System(RIS),主控模块是 RCX 1.0,在2000年前后,先后更新了RCX的1.5和2.0的版本
 
RCX 1.0 9719
RCX 1.0 9719

9719 套装内容
9719 套装内容
 
  RCX做为乐高机器人第一代的产品,基本上已经奠定了后面几代产品的整体基调:
 
  首先是有一个主控模块,可以通过编程,控制与之相连的外部组件,配备显示屏可以做一些信息和状态反馈
 
  用于动力输出的马达,通过接口与主控模块相连接,接收指令,同时由主控模块供电
 
  各种传感器(比如触动,温度,距离,光线等),同样通过接口与主控模块相连接,用于采集外部反馈
 
  主要结构组件采用乐高科技系列的零件,(原因也很明显,机器人也是要用来执行各种机械运动的)
 
  总体上来说,你可以认为,机器人系列是科技系列的一个智能加强版,通过编程来驱动马达,而不是像普通的科技系列套装那样,通过遥控来手工控制马达的运作。MindStorms系列的伺服马达和科技系列的马达构成也略有不同,MindStorms系列的伺服马达具备角度步进控制的能力,所以能通过程序精确控制并完成特定的定位动作
 
  此外,传感器的引入,也使得MindStorms系列的编程不仅仅是完全机械化的执行固定的程序动作,而是可以将外部环境的信息采集反馈给程序,从而完成更加智能的行为控制
 
RCX1.0 搭建的自控履带小车,配备两个触动传感器用于探测障碍
RCX1.0 搭建的自控履带小车,配备两个触动传感器用于探测障碍
 
  第一代产品RCX的主控模块,使用8位单片机进行编程,通过红外端口和PC主机进行通讯,用于下载程序到主控模块
 
  2006年和2009年,乐高推出了产品名为NXT / NXT 2.0的第二代机器人产品,这一代产品升级了主控模块的芯片,使用主频48MHZ,32位的ARM 7芯片,支持USB和蓝牙通讯协议,程序可以通过USB接口下载到主控模块
 
MindStorms NXT 8527
MindStorms NXT 8527
 
  叫机器人系列,没有个机器人的搭建方案怎么说得过去呢?NXT2.0 8547的这个双足步行机器人主模型,虽然走的颤颤悠悠,但是步行部分的结构设计还是很巧妙的(轮子驱动和踏步行走,实现难度完全是两码事)
 
8547
8547
 
  2013年,乐高发布了第三代机器人产品 EV3,这一代产品的主控模块升级到主频400MHZ的ARM9芯片,内存由NXT的256KB升级到了64MB(还是小气。。。)运行的也不再是定制的嵌入式系统,而是基于Debian发行版的Linux操作系统,同时支持SD卡,usb,内置蓝牙,支持wifi等通讯协议
 
EV3 玩具版 31313的5个官方示例模型
EV3 玩具版 31313的5个官方示例模型
 
  EV3的31313 套装,官方自带的五个示例中,包括这个眼镜蛇,能在地面滑行前进,头部附近遇到阻碍,能模拟发动攻击动作,第一次看到产品发布前的宣传视频时,着实让我惊艳了一把
 
31313 眼镜蛇
31313 眼镜蛇
 
  之后,官网上陆续又添加了十几个玩家设计的模型,比如下面这两个:
 
电吉他
电吉他

敲地鼠 ;)
敲地鼠 ;)
 
  整体上,乐高机器人三代产品的变更,主要体现在硬件参数和性能的提升,产品的基本构成思想并没有太大的变化,如下图EV3的产品模块说明,差不多就是机器人系列典型的核心组件了:
 
EV3 产品模块说明和连接示意图
EV3 产品模块说明和连接示意图

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