前奏曲——聊聊Arduino機器人

2021-02-15 物聯網加STEAM

    在學習「跟牛牛老師學Arduino機器人」系列課程之前,首先需要搞清楚下面幾個問題。

      什麼是Arduino?

    話說市面上機器人啟蒙教育的器材之多可以用「百花齊放」來形容,許多廠家冠以各種品牌,各種接口做成人家很難模仿或獨有的,產品的外形、包裝、結構件與外設配件都各有各的特點。但是大家是否知道其設計的基礎核心基本都是基於Arduino開源電子原型平臺。因此,Arduino是目前市面上機器人啟蒙教育產品的基礎與核心。這也正是牛牛老師選擇使用Arduino基礎電子原型平臺的原因所在。

那麼我們先來了解一下Arduino是什麼東東吧。Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺。由一個歐洲開發團隊於2005年冬季開發。其成員包括Massimo Banzi、David Cuartielles、Tom Igoe、Gianluca Martino、David Mellis和Nicholas Zambetti。說得簡單點就是一款開源的單片機開發平臺。

原始的arduino uno

小巧的Arduino Nano

arduino擴展一體板

    它構建於開放原始碼simpleI/O介面版,並且具有使用類似Java、C語言的Processing/Wiring開發環境。包含硬體(各種型號的Arduino板)和軟體(Arduino IDE)。你只要在IDE中編寫程序代碼,將程序上傳到Arduino電路板後,程序便會告訴Arduino電路板要做些什麼了。Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環境,通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環境,模擬一些生活應用場景。板子上的微控制器可以通過Arduino的程式語言來編寫程序,編譯成二進位文件,燒錄進微控制器。

Arduino的硬體原理圖、電路圖、IDE軟體及核心庫文件都是開源的,在開源協議範圍內裡可以任意修改原始設計及相應代碼。由於基於Arduino的開發應用板成本低廉,因此市面上最為常見的幾大教育機器人都是基於Arduino平臺開發的。

       什麼是機器人?

    許多孩子和家長都在說學習機器人,工人師傅說我在操控機器人。那麼究竟什麼是機器人,我所說的機器人又是什麼?

    從本意上來說機器人(Robot)就是自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮,又可以運行預先編排的程序,也可以根據以人工智慧技術制定的原則綱領行動。它的任務是協助或取代人類工作的工作,例如生產業、建築業,或是危險的工作。它主要是在生產生活的應用場景中使用。機器人一般由執行機構、驅動裝置、檢測裝置和控制系統和複雜機械等組成。作為機器人產品可以分為家務型、操作型、程控型、數控型、搜救類、平臺型、示教再現型、感覺控制型、適應控制型、學習控制型、智能等。而我們所說的學習機器人應該是機器人原型的實驗平臺,Arduino機器人更是機器人原型實驗平臺的一個小類別。

      什麼是Arduino圖形化編程?

  Arduino越來越火,想學的人也越來越多,但當打開官方編程軟體Arduino IDE,查看程序附帶的例程,在快速似懂非懂的瀏覽完一行行的文本代碼後,一下子就頭大了,這是要當程式設計師啊,於是又默默的把程序關掉了。好在我們有許多圖形化編程平臺,它們則是利用現成的代碼積木根據一定的程序邏輯編排拼接在一起的編程模式,簡單易學,成功率高,能大幅提高小學生的學習興趣。而且運用圖形化編程軟體與Arduino機器人相結合,更能給孩子們有成功感。目前市面上圖形化編程的軟體眾多,但其基礎的平臺則是Scratch,這個軟體的開發團隊稱為「終身幼兒園團隊」(Lifelong Kindergarten Group)。幾乎所有的孩子都會一眼喜歡上這個軟體。建立起做程序的欲望。Scratch下載是完全免費的。這個開發組織除了保留對「SCRATCH」名稱和「小貓」LOGO的權利外,公布源碼,允許任意修改,發布,傳播。已經有不同的改進版本在網上流通,目前最新的官方版本是3.0版。所以現在許多產品配套的圖形化編程平臺都是基於這個軟體開發的。例如Ardublock及基於Scratch的S4A(Scratch for Arduino),這是Scratch官方推出的面向Arduino圖形編程平臺。但S4A無法實現在線調試的功能而被眾多學習者所拋棄。其他面向arduino圖形化編程有的軟體有RC-Block、Scraino、mBlock等軟體,而mixly則是基於Google的Blockly圖形化編程框架開發的免費開源的圖形化Arduino編程軟體。

Scratch

    本次「跟牛牛老師學Arduino機器人」的課程中將採用mBlock這款免費的圖形化編程軟體展開,有興趣的同學可以直接在網絡中下載,也可聯繫牛牛

mBlock

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