学中做，做中学
乐高机器人简介
LEGO机器人以积木式搭建为主，ROBOLAB编程以图形化界面呈现。通过电脑编程，可以依靠程序完成一定操作或移动的机械装置，它可以有视觉、触觉等感觉功能，有识别和自主行动的功能。搭建机器人的主要零件有：微控制器、动力（马达）、传感器、齿轮及a一些积木块。
LEGO机器人有功能强大的控制器RCX(NXT)、易学易用的图形化编程软件、众多的传感器，使我们能轻而易举地实现对外界数据的采集与处理，它的构件品种多而全、且色彩艳丽、手感好、硬度适中、重量轻、零件间配合精度高、拆装容易、便于现场搭建、就算是一个从没玩过乐高的人，只要拥有它也能很快地上手，能做你所想，让你的想象马上变成现实。
已有76年历史的乐高积木，是世界公认的智力玩具的品牌，在青少年教育上有着瞩人的成就。从八十年代初成立乐高教育部以来，乐高教育一直与国际顶尖的教育专家合作，研究和开发适合学校的科学、技术、数学、物理等课程学习的积木产品，近年来乐高教育又与美国麻省理工学院（MIT）多媒体实验室及其他机构组织合作开发出了RCX、NXT、传感器、马达等一些电子及控制核心积木，开发出了直观、简单、能实现编程的图形编程软件，形成了人们所熟知的乐高智能机器人器材系列。但无论如何发展，乐高教育始终发挥着其器材的优势，侧重于在设计制作中培养使用者解决问题能力、沟通表达能力、自我学习能力和创新实践能力，这无疑为学生搭建了很好的成长平台。
目前乐高的积木主要是结构类，品种已达6000种以上。模型设计从桥梁到房屋到艺术雕塑，从古代建筑到近现代建筑，从航天飞机到火车到汽车到过山车，乐高积木几乎无所不能，不仅能很好地表现结构原理，而且惟妙惟肖，十分逼真，尤其是他的传动、连接部分科学的精致的设计，使拼搭出的作品的吻合度、精致度、运动和控制功能的实现以及良好的操作性，留给操作者的无限构思，无穷创意，加上电子控制积木和图形软件的使用，使其他器材无法与之相比。目前建在丹麦、英国、德国、美国、香港等国家和地区的多个大型乐高主题公园，各种仿真建筑的展示，就是乐高积木功能的很好体现，每年吸引着成千上万的游人欣赏和体验。乐高积木有很好的通用性和延续性，无论是1958年的积木还是2008年的积木，都可以无障碍地自然连接，不会淘汰，体现着可持续发展的现代理念。
乐高机器人初级课程 This manuscript was revised by the office on December 22, 2012
乐高机器人初级课程 编号：295 发布时间：2011-08-18 截止日期：地区： 适合2-3个学生为一组搭建和编程设计机器人方案。共431个组件的套装中包括一个NXT可编程的微型电脑，一块可充电的锂电池，三个伺服电机，二个触动传感器，一个光电传感器，一个超声波传感器，一个声音传感器，三个灯以及足够课堂教学所需的乐高积木。另外还有3根连接RCX传感器或马达的转换线，1根USB导线，以及分类盒和搭建手册等。 关健学习价值： 1.介绍机器人以及机械工程的概念。 2.收集、翻译数据，进行科学调查研究。 3.学习如何在团队工作中解决问题。 9797教育版和8527玩具版的分别: 9797 多了以下超级好用又超值的东西: 1. 多了玩具版没有的,一颗锂电池 2. 比玩具版多一个触觉传感器,所以有二个!! 3. 多了玩具版没有的,三个灯炮
4. 多了一个精美的储存胶箱(没有售卖) 5. 多了三条转接线可转接前一代的传感器及马达,等于是向下兼容!! 8527 较优胜的东西: 1. 组件数目8527有557件，而9797只有431件。 2. 9797可购买9648配件库671件，大幅增加配件数量。 3. 8527内附正版软件，而9797需额外购买正版软件。 两者软件基本上是相同的，分别在于软件内的教程不同。 8527的称为robo center，而9797的称为educator center。 8527教砌3个机械人，而9797则有40个教程
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21世纪是一个科技飞速发展的时代。如何让学生们更早地接触科技知识， 激发他们对科学的兴趣？如何帮助他们更好地面对未来社会激烈的竞争？面对这一切，我们必须选择更好的教学途径与教学工具，尤其科技方面的教学。机器人教育倡导先进的教育理念，配合循序渐进的学习工具和完整的教学资源，被普遍应用于国外的课堂和科技活动中。乐高教育系列是专门为不同年龄的学生设计，并用于课程的。所有的软硬件可以相互兼容或混合使用，逐步引导学生面向未来的科技挑战，学生也可以根据自己的能力挑战自己，培养自己的创新精神和实践能力。 特别指出，机器人教育旨在以其独具特色的教学方法，做中学的教育理念 引导学生循序渐进地机器人知识。使用机器人套装，学生在课堂中的整个构思、设计和开发过程俨然是实际工作和生活中的真实体验。他们就像真正的工程师一样，针对项目主题，进行研究、策划、设计、组装和测试。通过鼓励学生们主动调查、动手实践，让他们亲身体验抽象的理论如何变成了触手可及的答案，享受成功的兴奋。在活动中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，更可帮助他们培养良好的生活习惯与生存技能：与人的沟通与合作、对他人的尊重、毅力的培养，自信心的树立及时间的合理分配、利用等等，为将来走上社会面对新的挑战做好充分的准备。 （中国学生研究乐高机器人；美国麻省理工学院生使用乐高机器人做科研项目.） 1， 机器人教育所提倡的教学理念：做中学！ ①，20世纪最有影响力的20名科学家之一瑞士儿童心理学家Piaget 博 士的观点： “建构论” - 知识不是灌输的。当学生们在动手制作(建构)一 些有意义的事物时，如用沙子堆城堡、写诗、设计小机器、写故事、编写电 脑程序、或者搭积木,这时是学生学习知识的最好时刻. ②，做中学与传统教学的区别： 抽象的能力 解决问题的能力 模仿 传授 做中学（活动与项目） (Activity&projec t) 研究性学习 学生参与程度高 教师参与程度高
乐高机器人—齿轮篇 在机器人的设计中，机械结构是完善系统的一个重要因素。要认识各种各样的传动机构，了解其工作原理及其优缺点，什么时候用哪种传动系统最有效等，从而设计出出色的机器人系统。 2.1简介 齿轮是机器中很重要的部件，它几乎是机器的象征。探索齿轮的一种非常有用的特性：将一种力魔法般的转换成另外一种力。介绍一些新的概念——速度、力、扭矩、摩擦力；还有一些简单的机械理论基础。认识齿轮和简单杠杆之间的相似点。 2.2齿数的计算 一般用中至少需要两个齿轮，如图2.1所示，为两个普通的乐高齿轮：左边是8齿齿轮，右边是24齿齿轮。齿轮的最重要属性就是它的齿数。齿轮是根据齿数分类的：它的英文缩写就代表它的名字，例如24齿的齿轮可以表示为24t 。 图2.1 一个8齿和24齿的齿轮 例子中使用了8齿和24齿的两个齿轮，分别固定在一根轴上。两轴与一带孔梁相配合，两孔间距两个乐高单位（一个乐高单位就相当于相邻两孔间距），现在一手拿住梁，另一手轻轻地转动其中一根轴，注意到的第一个特性：当转动其中一根轴时，另一轴也同时转动，因此，齿轮的基本属性就是可以将运动从一根轴传到其它轴上。第二个特点是你不需要用很大的力去转动它们，因为齿轮间配合
相当紧凑，摩擦力很小，这也是乐高工艺系统大特性之一：部件之间配合精度高。第三个特点是两根轴反向转动：一个顺时针，一个逆时针。第四个特点：也是最重要的特性，就是两根轴的旋转速度不同。当转动8齿齿轮时，24齿齿轮转动得很慢；而24齿的齿轮转动时，8齿齿轮转动得很快。 2.3加速和减速传动 先转动大齿轮（24齿），它的每一个齿都与8齿的两个齿啮合的很好。当转动24齿，每一次在齿轮的接触面一个新齿取代前一个齿时，8齿也刚好转过一个齿，因此，大齿轮转过8个齿（24齿的齿轮）就可以让小齿轮转过一圈（360度）。当大齿轮再转过8个齿时，小齿轮又转了一圈。在你转动24齿齿轮的最后8个齿时，8齿齿轮转过第三圈。这也是两轴产生不同速度的原因：24齿齿轮转动一圈，8齿齿轮转动了三圈！我们用两个齿轮齿数之比来表示两者的关系：24比8。经过简化，得到3:1。从数字来看，24齿齿轮1转就相当与8齿齿轮的3转。 由此，我们得到一种加速的方法（从技术角度来将应称为角速度，而不是速度）。这时候你可能会想到在竞速小车上使用巨大的传动比。遗憾的是，在力学中有得必有失，获得了速度，同时就减少了扭矩，简单的说，就是在力量上的损失会转化为速度——速度越快，扭矩就越小。比率也相同：如果获得了三倍的角速度，你的扭矩会减小到原来的1/3。 齿轮有一个有趣的特性：扭矩和速度的转换是对称的，你可以将扭矩转换成速度，反之亦然。当系统增加速度而减小扭矩时，我们称为加速，反之我们称为减速。什么是扭矩？ 当你用扳手转动螺钉上的螺母时，即产生扭矩。扳手动时，螺母产生抵阻力，你握手柄的地方离螺母越远，你需要施加的力就越小。实际上，力矩是两个参数的乘积：距离和力。增加其中一个量，就可以增加扭矩。力矩的度量单位就是力的单位和距离的单位，国际单位表示为牛顿米（Nm）或者是牛顿厘米（Ncm）。如果熟悉杠杆，你会认识到它们之间的相似性。对于杠杆，合力的大小依赖施力
乐高机器人竞赛器材配置方案 一、概述 多年来，中国的教育界一直以加强学生素质教育为核心，探索和实践着教育改革的方向和途径。全国基础教育工作会议的召开，对全面推进素质教育提出了十分明确的要求，课程教材改革在推进素质教育、培养21世纪技能的重要作用已经成为全国上下的共识。 我们引入了以乐高教育为主的教育解决方案，它是长期以来与世界各国教育界密切合作，不断探究和开发出最先进的教育方案，并在25年的教学实践中获得成功应用，受到世界各国教育界的广泛接受和推崇。乐高教育在世界各地教育界的应用中已逐步形成了自身的符合这些教育理念的可持续发展的优秀平台。 我们提供的教育解决方案确保学生获得快乐和有效的学习。教师在教学过程中将“指导”和“建构”的理念相互结合，这将帮助教师在学生以团队为单位来共同解决问题的课堂上，扮演顾问型的指导者，而不是灌输者。 二、建立乐高机器人创新实验室的意义 随着素质教育的推进和新课程新教材的改革，在各个学科的教学中对学生动手操作、动手实验的要求越来越多，因此除了常见的物理实验室、化学实验室、生物实验室，各个学校还建立了很多新课程的实验室，例如科学（自然）实验室、信息技术实验室、劳技实验室、通用技术实验室、探究实验室。 这些新课程的实验室由于建设时间较短，并没有形成统一的标准，实验室的设备配置区别很大。乐高教育平台可以很好的在这些课程上使用，而且如果在这些实验室里都有乐高设备，那么教师在教学的时候，学生在学习的时候就会非常的方便。 乐高机器人创意实验室是基于乐高教育设备建立的综合性实验室，在这个实验室中可以开展多门学科的教学，学校可以根据需要将这个实验室变为科学实验室、信息技术实验室、探究实验室等等。
乐高机器人课程 Lego Mindstorms（乐高机器人）是集合了可编程Lego砖块、电动马达、传感器、Lego Technic部分（齿轮、轮轴、横梁）的统称。Mindstorms起源于益智玩具中可编程传感器模具（programmable sensor blocks）。第一个Lego Mindstorms的零售版本在1998年上市，当时叫做Robotics Invention System (RIS)。最近的版本是2006年上市的Lego Mindstorms NXT。 乐高机器人套件的核心是一个称为RCX或NXT的可程序化积木。它具有六个输出输入口：三个用来连接感应器等输入设备，另外三个用于连结马达等输出设备。乐高机器人套件最吸引人之处，就像传统的乐高积木一样，玩家可以自由发挥创意，拼凑各种模型，而且可以让它真的动起来。 机器人是一门涉及机械学、电子学、工程学、自动控制、计算机、人工智能等方面的综合性学科，以培养学生的科学素养和技术素养为宗旨，以综合规划、设计制作、调试应用为主要学习特征的实践性课程。在拓宽学生的知识面，促进学生全面而富有个性的发展上起着不可替代的作用。 随着科学技术的发展，特别是人工智能与机器人的结合，机器人不再局限于工业应用和研究所内，它已经进入教育领域。国内外教育专家指出，利用机器人来开展实践学习，不仅有利于学生理解科学、工程学和技术等领域的抽象概念，更有利于培养学生的创新能力、综合设计能力和动手实践能力。机器人教育在基础教育越来越受到人们的关注。 我国自2001年举办首届全国青少年机器人竞赛以来，在竞赛的带动与促进下，全国各地展开了校本课程、课外科技小组、选修课等丰富多彩的机器人教育活动。近年来，由于对机器人教育认识上的不足，机器人竞赛活动目标不明确等原因，我国机器人教育的发展受到一定程度的制约。 在课程改革的背景下，乐高从全国基础教育发展现状出发，构建科学、合理、切实可行的中小学乐高机器人教程体系，规范机器人教育，对我国今后机器人教育的蓬勃发展起着非常重要的作用，势在必行。 科学和技术素养是当今社会每个公民必备的基本素养。乐高机器人课程在培养学生的科学与技术素养方面有其独特的优势，机器人教育作为一门基础课程，要面向全体学生。 乐高机器人课程要为学生营造动手动脑、进行设计活动的环境，提供必要的设备和工具，倡导学生积极主动、勇于探索的学习精神，组织学生进行探索式学习，让学生充分动手实践，积极合作，主动探究。 乐高机器人更多信息可登入网站棒棒贝贝科技中心了解更多。 地址：上海市浦东新区杜鹃路68号。
教学内容（课题） 初识乐高积木与乐高交朋友:了解机器人、 教学目的知识与技能：认识新环境中的新朋友，成立团队，激发兴趣，热爱生活，热爱科技，建立自信心。 过程与方法：介绍乐高机器人，多媒体展示以往机器人比赛片断，制定公约，展示机器人套装。情感态度与价值观：开拓视野，激发对科技的兴趣，热爱生活。 教学重点及难点 点 重点：适应新环境，建立团队，认识乐高机器人。 难点：让学生主动发挥联想，积极动手实践，激发兴趣，发挥联想，以机器人结合生活应用，参与讨论表达 教学过程。 应用，参与讨论表达。 提问（12分钟） 大家能说说，什么是机器人吗(认知过程) 抢答提问后，老师作引导性说明。 GOOGLE网络定义：机器人是自动控制机器（Robot）的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械（如机器狗，机器猫等）。 机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，从60年代初问世以来，经历四十多年的发展已取得长足的进步。 在制造业中，工业机器人甚至已成为不可少的核心装备，世界上有近百万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在各条战线上。 机器人的出现是社会和经济发展的必然，它的高速发展提高了社会的生产水平和人类的生活质量。 2、大家所见到过的机器人有(记忆发掘，联想) 服务机器人可以为您治病保健、保洁保安；水下机器人可以帮助打捞沉船、铺设电缆；工程机器人可以上山入地、开洞筑路；农业机器人可以耕耘播种、施肥除虫；军用机器人可以冲锋陷阵、排雷排弹…… 3、机器人能为我们做些什么(结合生活发挥联想) 在现实生活中有些工作会对人体造成伤害，比如喷漆、重物搬运等；有些工作要求质量很高，人难以长时间胜任，比如汽车焊接、精密装配等；有些工作人员无法身临其境，比如火山探险、深海探密、空间探索等；有些工作不适合人去干，比如一些恶劣的环境、一些枯燥单调的重复性劳作等……这些人们干不了或干不好的领域变成了机器人大显身手的舞台。 4、为什么我们要学习机器人，创造机器人人 机器人能为而类服务。能帮助我们做一些人类比较困难或者无法解决的问题。例如以上所说的，深海探密、空间探索等。 5、机器人需要吃饭吗(引发兴趣，开口讨论) 机器人也需要”吃饭”，只是他们所吃的饭，跟我们的不一样。他们可能需要的是电能、石油、汽油、天然气、或者是太阳能，等等。概括介绍机器人、乐高机器人，播放关于机器人比赛视频。（15分钟） 初次接触，通过听觉了解后，为加深印象，观看现实生活中机器人短片和图片,再而观看乐高机器人短片和图片。
乐高教育探究实验室配置方案 及课程介绍 一、乐高教育的理念 多年来，中国的教育界一直以加强学生素质教育为核心，探索和实践着教育改革的方向和途径。全国基础教育工作会议的召开，对全面推进素质教育提出了十分明确的要求，课程教材改革在推进素质教育、培养21世纪技能的重要作用已经成为全国上下的共识。
我们引入了以乐高教育为主的教育解决方案，它是长期以来与世界各国教育界密切合作，不断探究和开发出最先进的教育方案，并在25年的教学实践中获得成功应用，受到世界各国教育界的广泛接受和推崇。乐高教育在世界各地教育界的应用中已逐步形成了自身的、符合这些教育理念的可持续发展的优秀平台。 我们提供的教育解决方案确保学生获得快乐和有效的学习。教师在教学过程中将“指导”和“建构”的理念相互结合，这将帮助教师在学生以团队为单位来共同解决问题的课堂上，扮演顾问型的指导者，而不是灌输者。 二、乐高教育的应用 随着素质教育的推进和新课程新教材的改革，在各个学科的教学中对学生动手操作、动手实验的要求越来越多，因此除了常见的物理实验室、化学实验室、生物实验室，各个学校还建立了很多新课程的实验室，例如科学（自然）实验室、信息技术实验室、劳技实验室、通用技术实验室、探究实验室。 这些新课程的实验室由于建设时间较短，并没有形成统一的标准，实验室的设备配置区别很大。乐高教育平台可以很好的在这些课程上使用，而且如果在这些实验室里都有乐高设备，那么教师在教学的时候，学生在学习的时候就会非常的方便。 乐高探究实验室所涉及课程包含有：机械基础，动力机械，机械工程，机器人等。 三、机器人教育的目的 学生借助乐高机器人的平台，在老师的知道下，开展丰富多彩的机器人活动，通过活动提高学生对科技活动及知识的兴趣，培养学生动手能力、创新能力； 提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力；充分体会“做中学，玩中学”的无穷乐趣。建立机器人活动室，不仅满足课堂教学的需求，还能开展第二课堂活动，建立科技兴趣小组，丰富学生的课外活动，还可以参加到全国青少年机器人竞赛和全国电脑制作大赛中去。满足学生的同事也能给科技老师不断发现新的问题提供自身的发展的机会，参加到全国的比赛及交流中提高教师自身的素质。 （1）、通过创新实验室学习，对中小学生进行计算机编程、工程设计、动手制作与技术构建等知识的教学，培养他们动脑动手和独立思考、解决问题的技能，不断发展青少年的观察力、想象力和创新能力。
小学乐高特色课程校本教材 一、课程基本理论 （一）、乐高特色课程教学总目标（教学的三维目标） 1、情感态度价值观： 通过乐高课堂的学习主要培养学生的兴趣爱好、提升空间、逻辑思维能力，并从中获得自我提升的价值取向。 2、过程和方法： 通过课堂的教学，让学生从初步识别一些乐高积木零件名称，到拼装动手组装机器，再到学习编程，再远程遥控乐高机器人操作。 3、知识和技能： 通过课堂教学，让学生学会乐高机器人的基础理论知识并能够把基础知识运用到课堂实践中来。 （二）、乐高特色课程教学重难点 重点：组装机器零件、编辑程序。 难点：在学习中如何获得自我成就感，提升空间、逻辑思维能力，并从中获得自我提升的价值取向。 （三）、乐高特色课程培养方向（从学生角度） 1、通过乐高实践活动，激发学习兴趣，为今后的乐高学习奠定基础。 2、在课堂中，加强学生合作交流，发挥团队精神，既要表现好个体的水平，也要有体现群体的意识，增强团队合作的精神。 3、在乐高拼装的训练过程中，要有耐心，持之以恒，进而促进人格完善。 4、了解乐高的基本理论和拼装技术，让学生多动手、多动脑、促进学生的心智健康发展。 5、学习乐高兴趣课为学校和特色教育添砖加瓦。 二、课程模块（目录、内容） 第一课、初识乐高机器人基础理论 第二课、乐高积木元件的认识和使用方法。 第三课、舞蹈教学常用术语与基本功练习 ……
第二十课、…… 三、课程教案 第一课：乐高基础理论 第一节基础理论部分 第一课时 教学内容：初识乐高机器人 教学目的： 1.了解什么是乐高，什么是乐高机器人； 2.了解乐高机器人给我们的生活带来了哪些作用。 教学准备： 组织上课，图片，视频、文字资料。 教学过程： 一、播放乐高教学视频： 1.教师辅助学生了解乐高； 2.教师辅助学生了解乐高积木、乐高机器人的概念。 3.教师辅助学习乐高有哪些作用。 二、教师简单讲解乐高积木的概念与作用。 1、用通俗的易懂的话来说，乐高积木现在已是儿童喜爱的玩具。这种塑料积木一头有凸粒，另一头有可嵌入凸粒的孔，形状有1300多种，每一种形状都有12种不同的颜色，以红、黄、蓝、白、黑为主。它靠学生自己动脑动手，可以拼插出变化无穷的造型，令人爱不释于，被称为“魔术塑料积木”。乐高积木的故乡在丹麦。其发明者是奥勒?基奥克。 2、作为教育手段，研究发现乐高课堂机器人可以帮助学生通过科学、技术、工程学、数学等学科知识来解决生活实际问题，同时也可以培养学生在课堂上团队合作精神。 三、教师与孩子们讨论： 1、什么是乐高积木？ 2、你认为怎么样学习乐高才能把学习学好？
LEGO乐高 一、简介 LEGC这一名称来源于丹麦语“ LegGodt”，意味着“玩的开心”。在拉丁语中其意义为“我来拼装”。1932 年，乐高玩具诞生于丹麦比隆德小镇的杂货铺里，两年后，乐咼拥有了现在的名“ LEGO。今天，乐咼在世界范围内拥有两百万会员，《财富》杂志曾给乐高冠以“世纪玩具” 的称谓。 二、大事记（红色为乐高产品的关键性转变时期）1932，乐高玩具诞生，当时还是木制玩具；1949年，乐高开始生产塑料砖块拼砌玩具，奠定今天乐高玩具的基本形式。1958年，乐高玩具把砖块改良为插座形式，这成为乐高历史上的另一个里程碑。1968 年，第一座乐高公园在丹麦彪隆建立。以乐高颗粒为基础的适合所有3-12 岁孩子的家庭主题公园。 1974年乐高的产品中开始带有人物。 1977 年，乐高科技系列问世，这是一个专为年龄稍大的孩子设计全新系列，同时，乐高家族第三代接班人加入公司管理层。 1988 年，乐高公司和麻省理工学院开始合作研发“智慧型可编程化积木”，也就是“乐高机器人”，该研究直到10年后，也就是1998 年才开始推出成品。1996年，在英国的温莎开办了第二个乐高公园，同年，乐高公司开始建立网站。1997 年，乐高第一个游戏推出，乐高公司进入一个新的经营领域——乐高媒体。 1998年，乐高电脑创制系列问世，推出乐高机器人RCX乐高开始进军机器人 玩具市场。 2003年，乐高迎来经营危机，出现连续第三次亏损，营业收入下降25%。 2004年，原乐高集团CEO克伊尔（在任25年后）力荐扬接替他的位置，结束了家族管理企业的时代而迈进了职业经理人时代。 2005 年，乐高扭亏为盈，步入新的高速发展轨道。2006年，乐高推出蓝牙机器人NXT。2009 年，乐高在中国第一次设立办事处，同年，俄罗斯成为乐高全球的第三大市场，这也促使乐高开始关注发展中国家市场。 2012 年上半年营业收入折合人民币91 亿元，比2011 年同比增长24%；净利润折合人民币20 亿元，比2011 年同比增长35%。乐高中国在过去三年的营业收入年均增速超过50%。 三、乐高的发展方向 乐高现在是“两条腿走路” ，一条即为乐高的主业—乐高玩具；另外一条即为乐高教育。乐高教育是一个独立子公司，以积木为依托，在全球开展一系列关于想象力建构的培训和活动。比较有影响力的活动有“乐高机器人大赛”等。 四、乐高产品风格沿革自从乐高颗粒诞生后，乐高即不再生产现成玩具，而是提供无限拼 砌可能。
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《机器人》校本课程纲要 一、课程简介： 1.开发背景： 学校为学生开设了机器人这门课，就是培养学生解决问题和动手的能力。未来社会更需要有实践经验，有新的想法，创造力和新的思考方式。在解决问题的过程中，创新思维是培养解决问题能力的核心，它帮助学生发现多个可能的解决方案，寻找替代方案，挑战假设，并提出新的想法，帮助学生解决问题，使学生们会自觉地学习、获取新知识，从而培养学生了合作能力，提高沟通能力，充分表达思想能力。核心理念是“做中学，玩中学”。它传达的观念是让孩子充分体会学习的乐趣，让孩子成为整个学习的过程中是主导角色。 我校机器人教学主要采用乐高机器人EV3的可程序化积木为主，乐高机器人套件最吸引人之处，就像传统的乐高积木一样，玩家可以自由发挥创意，拼凑各种模型，而且可以让它真的动起来。 2．开发教师—— xxx 3．课程名称——可编程机器人 4．授课对象——高一年级学生 5．课程类别——可编程机器人拼装技能与编程能力提升 6．课时安排——每周一节 二、课程目标 1．知识与技能： （1）熟练掌握各个部件之间的组合方法 （2）根据自己的想象，拼装出有创意的机器人或积木 （3）对可编程机器人进行简单的编程操作
2．过程与方法： （1）学会设计、拼装机器人、对机器人进行编程 （2）通过小组合作制作增强学生之间的团队合作意识和创意分享意识 3．情感态度与价值观： 可编程机器人除了能给学生带来这些相互促进的能力之外，还可以带来无穷的乐趣。为兴趣而生、在能力中提升兴趣，这些能力都不是刻意去要求的，都是潜移默化的，无形中就学会这样的能力，同时能认识各种机械的运动方式、学习作品中的数学和物理原理、了解机械装置在生活中的应用，在后期通过机械结构，传感应用，程序应用进行研究探索性学习，进入机器人编程阶段，可以培养学生的逻辑思维能力、团队合作能力。 三、课程内容 1.机器人发展历史及简单结构拼装 2.讲解教师本人利用废旧的材料搭建一个机器人模型 3.熟悉各个零件的名称和作用 4.认识乐高机器人积木及基本零件识别 5.组装简易机器人 5. 传动装置的功能和作用 6. 建筑的建构 7. 搭建一个简单的小车 8. 乐高机器人编程环境介绍 9. 了解各个传感器 10. 超声波传感器的应用 11. 触动传感器的应用 12. 为小车进行编程 13.小组合作进行创意触碰小车搭建 14.为搭建的触碰小车进行编程 15.利用超声波搭建一个壁障小车
- 29 - LEGO 智能除冰机器人的设计 甘辰予1，陈劲生2 (1.南宁市第二中学，广西 南宁 530022; 2.广西和信通讯技术有限公司，广西 南宁 530022) 【摘 要】介绍采用LEGO(乐高)组件搭建的除冰机器人其整体结构、动作原理以及发明创新点。并从系统控制方案及硬件组成、软件结构特点等方面对除冰机器人控制系统的设计进行了讨论。通过实验使用表明其可靠性高，性能良好，作业安全。 【关键词】除冰机器人；输电线路；除冰；越障 【中图分类号】TP242.6 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)10-0029-03 （一）引言 输电线路冬季因受冰雪危害引起的供电中断事故通常都是较严重的，其修复工作难度大，周期长，停电影响面积广，因此一直是全世界范围内需要解决的难点问题。2008年初，我国南方大面积连续特大降雪，冰雪压跨了输电线路塔架， 压断了输电线路，受灾人口高达1 亿之多，直接经济损失超过1100 亿元。目前输高压导线路除冰措施主要依靠人工用拉杆、竹棒等沿线敲打，使覆冰脱落。这次南方遭受冰灾地区的电网除冰主要采用的就是人工除冰的方法，不仅效率低下，而且对电力工人的生命安全造成了极大的威胁。因此，研究新型的除冰方法替代人工除冰就变成十分迫切。利用除冰机器人实现输电线路在线除冰是目前输电线路除冰技术的发展趋势，具有功耗小、成本低、效率高、保障人身安全、无需 停电和转移负载等优点。研制安全有效的除冰机械以代替人 工进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。 （二）除冰机器人构型方案的确定 1.系统的工作要求 （1）除冰机器人设计必须考虑下列因素。1）具有适合于柔性线路上平直段、爬坡和下坡段的轮式行走或步进式行走装置以及爬坡、制动能力。2）具有摆动、旋转、俯仰调整功能的越障装置。3）具有故障状态的安全报警能力。4）由于除冰机器人悬挂在架空的输电线路上，越障时应保证除冰机器人姿态平稳，并保持与其它导线和线塔金属部件的安全间距等。因此，各类附属装置的空间尺寸受到一定的限制。5）除冰机器人不但能在架空的输电线路上自主移动，还能通过搅拌机式的装置快速压碎冰块。6）提供足够的空间安装所携带的电源以及探测、记录和分析处理仪器。 （2）除冰机器人设计的关键。1）如何精确定位卡住输电线路上的电缆；2）如何驱动；3）如何除去覆冰；4）终点如何制动。 其中最难的是如何除冰，选定除冰方案是以机器人在电缆线上行走中，利用除冰装置上的螺纹旋柱向内的压力和旋柱上粗糙的螺纹压碎线路上的覆冰，其效果最为有效。而针对终点制动这个难题，利用超声波测距装置进行除冰机器人制动，使其真正成为具有智能的除冰机器人。 2.系统的组成部分 除冰机器人是基于传感器技术、控制技术、机器人技术于一体的集成系统。本除冰机器人采用乐高(LEGO)组件搭建， 机器人总体结构大致可以分为主控模块、执行模块(越障系 统、摄像系统、测距系统、除冰系统)和电源模块(太阳能蓄电池、太阳能充电器)等叁个模块。 各模块功能如下表： 超声波和触碰传感器 感应层(采集发送环境信息) NXT 主控中心处理器 决策层(路径识别、实时控制) 电源供给和电机驱动 驱动层(决策的执行、系统维持) 在本系统中，除冰机器人底盘采用两轮结构，在前轮的上方，安装四个螺纹旋柱作为除冰装置。后轮为驱动轮，采用两轮差动转向的方式实现转向。每一个主动轮采用一个步进电机独立驱动。机器人系统外观图如图1。 图1 系统外观图 （三）系统的硬件设计 整个硬件系统由控制中心、越障系统、摄像系统、测距系统、除冰系统和电源系统组成。硬件构成如图2所示。 装置 装置 数据 图2 系统的硬件构成图 1.控制中心设计 控制中心是机器人的运算核心和控制核心，乐高公司到现在为止总共推出过两款机器人：第一代RCX 和第二代NXT。NXT 与RCX 相比最大的特点就是控制中心的中央处理器从8位升级到32位，处理能力得到了大幅度的提高。这给了NXT 【收稿日期】2009-07-15 【作者简介】甘辰予，男，南宁市第二中学高中部教师，研究方向为LEGO 机器人功能设计和实验、应用；陈劲生，男，广西和信通讯技术有限公司经济师，研究方向通信线路维护及通信技术管理。
制作乐高机器人-乐高乐园科技中心 现在有很多人都喜欢玩乐高机器人，感觉机器人是那么的神秘，所以从没想过自己能亲自动手制作一个机器人，其实，普通的机器人制作起来是非常简单的，今天，乐高乐园科技中心就来教大家做乐高机器人的方法，你只需要准备好材料，耐心的跟乐高乐园学很快就能见到自己的作品了。 制作乐高机器人的要点主要有两点：一是必须亲自动手，二是循序渐进。 亲自动手是必须的，只看理论，永远无法知道实际会遇到的问题；而如果你直奔复杂的人形机器人控制，不用多久你就会被你的挫折感打败，直到彻底放弃，所以循序渐进也是必须的。 有这两点，你也许应该知道上面问题的答案了，这个老师只能是你自己，我们也只能是你的同学，而乐高机器人就是入门的敲门砖！ 一个机器人主要由三大部分组成：机械部件、电子电路、软件。 可能你不会对所有的部分都有兴趣，但遗憾的是，一个完整的实体机器人必须有这些部分。乐高机器人是一个完整的入门型机器人，你可以制作一个这样的机器人作为你的第一个作品，也可以只改造你最感兴趣的部分。 乐高教学机器人完全模块化，车架、主控制器（大脑）、各种传感器都是接插件，轻轻的插入相应的插座即可使用。 车架：铝合金高精度加工，数控激光切割等工艺制作。 主控制器：采用乐高MCU，核心是一块高档PIC18单片机r，只需要一根USB线即可重复更新芯片程序，不再需要额外的编程器了。这个控制器还可以作为单片机的学习开发板，非常方便。网站不仅提供了入门教程，还提供了4个好玩实用的入门程序范例。 传感器模块：目前提供了4种类型，并留有扩展接口，可以自由扩展。 1. 红外巡线传感器2个，也可以当作近距离避障的传感器，本身是采用红外线反射信号来检测黑白线或者物体的。巡线小车方式就是使用的这种传感器。 2. 感光传感器2个，可获取环境光的强度，通过这个传感器，机器人可对光做出反应。 3. 红外遥控器。包括了遥控器和接收器，可以学习各种红外遥控编码，也可以当个遥控玩具放松一下。 4. 超声波测距传感器。先进成熟的设计，能探测面前2-400cm之间的障碍物，提供的代码是自动避障，遇到障碍物就转向。你可以在此基础上写出更复杂的动作。
乐高机器人教程 乐高积木的几何原理：我看到过很多同学刚刚设计机器人小车，他们首先会选择最有用的少许积木把小车搭好，兴致勃勃地编写好程序、下载，可是一松手，小车散了……但这并不影响他们的热情，他们会不停地改进，直到小车能轻松跑完全程……在这个过程中，他们已经开始根据乐高积木的各种特点，运用结构、机械原理来完善模型的结构，虽然他们并不是很清楚乐高积木的何学原理，也没有被指导过怎么做。 乐高积木为什么能够很紧密地接合在一起？能完美地实现实验仿真？这不仅在于它有两千多个各种形状的积木组件，有足够的零件让你完成你的设想，更重要的是，这些积木组件都按同一标准严格设计、生产，所有积木都是可兼容的。它依据的标准就是乐高单位，而且积木有严格的质量保持，乐高积木模具公差仅为0.000005米。怎样巧妙地利用乐高积木的特点——梁、块、板和孔之间的关系——完善你的结构，完成你独一无二的设计？ 本章包含的内容:() 尺寸和单位的表示 方形的乐高世界 垂直支撑 倾斜的乐高世界
斜支撑 水平方向的尺寸和单位的表示 铰链的支撑 1.1简介 在你进入乐高机器人世界之前，希望你能先掌握那些乐高积木中涉及的基本几何学原理。不用担心，我们并不是要对你进行复杂的方程式和三角法则的测试，仅讨论一些非常简单的概念和解释一些常用的术语，这样，在入门阶段就可以更容易地搭建出实际的模型。在本章，你将会发现乐高爱好者使用什么单位来表示尺寸，如何来表示积木的面积，如何将积木从不同的方位连接组合起来。 我们鼓励你使用手里的乐高组件对照本章的例子自己搭建一遍。把机器人套装放在手边，以便随时挑选必要的积木，不过这一章节中的例子多数都只用到一些块和板。 如果由于某种原因，这部分材料对你来说过于复杂，你不必强求自己掌握，可以跳过这一章直接进入到其它部分。在你需要的时候，你都可以回过来将这一章节当作术语表来使用。 1.2 尺寸和单位 乐高爱好者通常按顺序用3个数字表示乐高积木的尺寸：宽度、长度和厚度。使用乐高积木的一般方法是：“嵌入式“，当表示积木的尺寸时，都要考虑这种方位，不论是将积木颠倒还是在3维空间旋
突然集中地来了这么多类似的问题，我想，肯定跟最近的教育政策导向有关——奥数不让考了，升学也靠摇号了。而且，今年教育部公布的，面向中小学生的29项全国性竞赛活动名单中，科技创新类竞赛占了绝对性优势，共12项！机器人、创意编程、人工智能、智能设计等关键词直接出现在竞赛项目的名称中！ 不管怎么说，这些政策我个人是非常赞同的，因为这代表了未来的趋势。其实在美国，这个趋势早几年就有苗头了。比如，乐高机器人，不但学校里有俱乐部，家长也会自发地带娃组队学。 每年的机器人比赛，更是热闹非凡。 总之，这些东西未来是需要的，前景是美好的，孩子是应该学习的。 但是，怎么开始？乐高、编程、机器人，那么多不明觉厉的关键词，究竟该从哪儿开始？孩子该怎么学？ 言归正传，说回咱们今天的正题，乐高、少儿编程、机器人，到底是什么？什么区别？孩子该怎么学？ 我们一个一个来讲。 01 乐高 相信没有哪位家长不知道，也没有哪位适龄孩子不玩乐高吧？就是这些花花绿绿的积木玩具，让大家不忍直视月底的账单；不过也因为孩子专注玩乐高，换回了家中无数宁静的时刻…… 但也许有些家长不太清楚的是，乐高搭建，分为砖块搭建和机械搭建两大类。 砖块搭建类乐高，也就是孩子们经常玩的，一块一块的block，可以拼搭出各类形状、模型的乐高玩具。它的设计目标是——有趣，最大的特点是——静态，不能动。
砖块搭建很有美感，从孩子到成年人，都难逃脱砖块搭建的“致命吸引力”，纷纷成为发烧友。 而第二类乐高，就是容易被忽略的——机械搭建。它非常重要，如果你计划让孩子学习编程、机器人，机械搭建是必不可少的基础，而且，这个基础要打得很扎实！ 机械搭建 目标：为学习机器人做基础准备 推荐年龄：5+ 机械搭建，使用的主要是科技积木。我们平时给孩子买的一些汽车、火车、飞机、变形金刚、科技积木套装（Lego Technic系列）等主题积木，就是这种类型。 机械搭建类乐高最大的特点是——能动。比如上面这台挖掘机，它能前进、后退，挖掘机的手臂也能上下灵活地摆动。 除了是否能动，机械搭建和砖块搭建还有很大的不同。砖块搭建是用一个个blocks叠好就行，block之间只是大小差别，比如有的是2*2，有的是2*4，4*4等。 而机械搭建用到的积木类型非常多，有梁、轴、销、齿轮、轮毂等机械积木，还有马达、电机等动力组件。每一样的使用都很有讲究，背后还涉及到很多机械、物理原理。 比如下面这个货物升降机的搭建，就运用了轴套、蜗杆、滑轮、绳子等。搭建好后，观察滑轮运动的方向，也可以对比滑轮结构和蜗杆结构的区别——滑轮结构中，如果松手，货物有可能掉落，加上蜗杆结构后，悬空的货物还会掉落吗？这些观察和思考，就是普通的砖块搭建给不到孩子的。
乐高机器人教程1 第一章:理解乐高中的几何学 乐高积木的几何原理:我看到过很多同学刚刚设计机器人小车，他们首先会选择最有用的少许积木把小车搭好，兴致勃勃地编写好程序、下载，可是一松手，小车散了…但这并不影响他们的热情，他们会不停地改进，直到小车能轻松跑完全程…在这个过程中，他们已经开始根据乐高积木的各种特点，运用结构、机械原理来完善模型的结构，虽然他们并不是很清楚乐高积木的何学原理，也没有被指导过怎么做。 乐高积木为什么能够很紧密地接合在一起?能完美地实现实验仿真?这不仅在于它有两千多个各种形状的积木组件，有足够的零件让你完成你的设想，更重要的是，这些积木组件都按同一标准严格设计、生产，所有积木都是可兼容的。它依据的标准就是乐高单位，而且积木有严格的质量保持，乐高积木模具公差仅为 0.000005米。怎样巧妙地利用乐高积木的特点--梁、块、板和孔之间的关系--完善你的结构，完成你独一无二的设计? 本章包含的内容: 尺寸和单位的表示 方形的乐高世界 垂直支撑 倾斜的乐高世界 斜支撑 水平方向的尺寸和单位的表示 铰链的支撑1.1简介
在你进入乐高机器人世界之前，希望你能先掌握那些乐高积木中涉及的基本几何学原理。不用担心，我们并不是要对你进行复杂的方程式和三角法则的测试，仅讨论一些非常简单的概念和解释一些常用的术语，这样，在入门阶段就可以更容易地搭建出实际的模型。在本章，你将会发现乐高爱好者使用什么单位来表示尺寸，如何来表示积木的面积，如何将积木从不同的方位连接组合起来。 我们鼓励你使用手里的乐高组件对照本章的例子自己搭建一遍。把机器人套装放在手边，以便随时挑选必要的积木，不过这一章节中的例子多数都只用到一些块和板。 如果由于某种原因，这部分材料对你来说过于复杂，你不必强求自己掌握，可以跳过这一章直接进入到其它部分。在你需要的时候，你都可以回过来将这一章节当作术语表来使用。1.2尺寸和单位 乐高爱好者通常按顺序用3个数字表示乐高积木的尺寸:宽度、长度和厚度。使用乐高积木的一般方法是:"嵌入式"，当表示积木的尺寸时，都要考虑这种方位，不论是将积木颠倒还是在3维空间旋转。 高度是识别积木的最基本的属性，它是指积木的底部到顶部之间的距离。宽度按照我们习惯指的是水平方向上的两个尺寸中较短的一个(长度就是另外一个)。长度和宽度的表示单位是用"凸点"来表述的，也叫作"乐高单位"。这样，我们可以描述绝大多数积木的尺寸。乐高单位在1949年第一次被使用，是一个2?的积木块(如图1所示)。 也可以不用乐高单位来表示乐高积木的尺寸，而采用公制(米制)单位，两个突点圆心间的宽度相当于8mm，一块积木的厚度(不包括突点的高度)相当于9.6mm。能否记住这些数据并不重要--重要的是要知道它们有不同的数值，也就是说你需要两个不同的单位来标注高度和长度。它们之间的数值比就相当重要了:9.6除8得
?简单的差速驱动装置 ?双差速驱动装置 ?制动转向装置 ?转向装置 ?三轮装置 ?同步驱动装置 ?其它结构 8.1简介 灵活的思维造就出了许许多多的机器人，运动使创造物获得了生命，带来无限的乐趣，同时也对自己的创造力进行了挑战。大多数运动机器人都属于轮子型与腿型机器人。虽然轮子在光滑的表面很有效，但是在凹凸不平的地面上运动，腿提供了更有力的方式。 本章将概述最常用的轮型机器人结构，讨论它们的优缺点。请记住，在下面章节中介绍的底盘结构是为了突出显示它们的传动系统和连接情况，因此，在实际搭建中还需对此结构加固。 8.2简单的差动装置 如果你根据LEGO Constructopedia中的描述已搭建出了一些模型，或者整合了第五章介绍的一些测试结构，那么你对差速装置的结构已经熟悉了。机器人具有很多优点（尤其具有简单性），至少在乐高的可移动机器人中常用到此结构。
差动装置由机器人两边两个平行的驱动轮构成，单独提供动力，另外有一个或多个轮脚（万向轮）用于支撑重量并不是没有作用（图8.1）。注意我们称这个装置为差动装置是因为机器人的运动矢量是由两个独立部件产生的（它与差速齿轮没有关系，此装置上没有使用差速齿轮）。 当两个驱动轮以相同方向、相同速度转动时，机器人作直线运动。如果两个轮子转动速度相同，但方向相反时，机器人会绕着连接两轮线段的中心点旋转。根据轮子不同的转向，表8.1列出了机器人的不同运动状态。 图8.1简单差动装置 表8.1 轮子不同的旋转方向产生不同的运动状态
组合不同方向和速度，机器人可以做任意半径的旋转。因为它的灵活性、及原地旋转的功能成为许多工程的教学器具。另外，由于它很容易实现，所以乐高有一半以上的运动机器人属于此结构。假如你想跟踪机器人的位置，那差动装置又是比较好的选择，仅仅需要简单的数学知识。（我们将在本书以后的章节中讨论） 这种结构只有一种弊端：它不能保证机器人笔直的运动，因为两个马达的功效总有差别，一个轮子会比另外一个轮子转动的快一点，因此使得机器人略微偏左或偏右。在某些应用中这中情况不会有问题，可以通过编程来避免，比如使机器人沿线走或在迷宫中寻找路线行走，但是让机器人在空地上走直线恐怕不行。 8.2.1直线运动 使用简单差动装置有许多方法可以保持直线行走，最简便的方式是选择两个速度相近的马达。如果你有两个以上的马达，尽量找两个速度最匹配的马达，这种方式也不能确保机器人走直线，但至少能减小走偏的情况。 另一种简单的方法是通过软件调整速度。在第3章介绍过程序能控制每个马达的速度，在程序中选择最有效的能量等级直到合适为止，这种方法的问题在于机器人负载发生变化，两马达速度需重新调整。
团队训练活动迷你挑战
介绍： 本指南可以作为教练指导队员进行编程训练的手册，本指南能够让队员学习到以下技能： 使用时间控制机器人前进、停止、转弯。 测试和修改程序，能按照队员的想法来运行。 将多个任务的程序合并到一起。 测量光电传感器、角度传感器的值。 机器人基于传感器的一些动作，比如说机器人碰到黑线或者墙壁。 重复执行程序，比如沿黑线运动。 使用角度传感器代替计时的方法提高机器人运行的精度和稳定性。 经过这些基本训练以后，将发挥你自己的创造力，完成以下这些技能的训练 使用两个光电传感器进行编程 在程序中使用多任务方法 使用变量进行编程 给会转弯的机器人编程 在程序中使用多种传感器 这些迷你挑战是在这是训练FLL挑战项目前，针对新学生的一项基本训练活动，通过这些基本活动，让学生对机器人编程，机器人搭建有一个基础的掌握，教练员可以利用这些挑战项目来引导学生。训练这些挑战，你可以在FLL赛台上进行（不要把FLL模型放上去），然后你还需要准备如下道具： z卷尺 z黑胶带 z障碍物 要通过这些迷你挑战项目引导、训练你的队伍，你需要对机器人套装（RCX或NXT）有一个基本的了解，但是更重要的是，当你不知道某个问题的解决方案时，你也要通过提出合适的问题来引导你的队员。举个例子：如果队员正在做一辆转弯的车子，但是你不知道如何去做，你可以这样提问：“小车直走和转弯有什么区别，用手移动机器人，马达需要怎么转动才能让机器人转弯“你可以参考教练员手册第四章-机械和材料知识，了解相关的知识。
开始挑战： 该组迷你挑战将会教你如何进行基础的编程，使用时间控制小车前进、停止、后退等动作，修改、测试你的程序，直到程序按照你的想法运行。将机器人的多个动作合并到 一个程序里。 搭建一个练习机器人 搭建一个由两个电机独立驱动的小车，可以直线运动，也可以转弯。 搭建参考步骤可以参考： 9 RCX 套装或者NXT 套装中的搭建手册 9 NXT 编程软件教育版在线课堂或NXT 编程指南（这里提供下载的连接）附录中的搭建 步骤 9 RCX ROBOT SHOOTER 搭建步骤（这里提供下载的连接） 给你搭建好的机器人编写一个程序，让它能够前进三秒后停止 给你搭建好的机器人编写一个程序，让它能够前进1米后停止 在这个挑战中，使用子程序/自定义模块将这段程序合并为一个子程序 例如把这段程序命名为gostrait