探奇Arduino

機器人實驗室

1TOUCH Arduino

目次

□ 目次………………………………………1

□ 我可以學到………………………………2

□ 實驗室注意事項…………………………3

□ 1.布拉客（mBlock） …………………4

□ 2.小貓團團轉（軟體安裝） …………6

□ 3.我的大腦（基本組裝） ……………12

□ 4.歡迎光臨 ……………………………14

□ 5.我的身體（機器車組裝） …………21

□ 6.自由向前行 …………………………26

□ 7.智慧避障車 …………………………29

□ 8.進階智慧車 …………………………31

MakeBlock 實驗課程

探奇自然科學工作室 邱信仁老師 阮美淑老師 編著

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歡迎加入實驗室

有你的加入，大家可以一起進行實驗：

我可以學習到這些很棒的事：

□ 1. 物理科學知識

□ 2. 問題發現及解決問題

□ 3. 實驗探索

□ 4. 觀察學習

□ 5. 團隊合作及協調能力

□ 6. 其他：

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3TOUCH NXT

實驗室注意事項

歡迎來到實驗室，請遵守下列事項：

已經瞭解的請打勾：

□ 1. 我會注意安全！

□ 2. 我會愛惜教具！

□ 3. 我會舉手發言！

□ 4. 我會和同學合作！

□ 5. 我還會

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單元目標1. 談一談Arduino2. 創客工場 MakeBlock

第一部份：談一談Arduino

布拉客

我是： 今天 年 月 日

1. Arduino是一個單晶片控制器，2005年由義大利的團隊開發完成，

具備簡單輸出入功能的硬體平台，還有專用的軟體開發環境

（IDE）。符合開源精神，全部以創用CC授權。

2. Arduino官網網址：http://arduino.cc/

3. Arduino有許多不同設計的控制板，可以搭配感應器及馬達等電子

零件，創作出許多有趣的互動裝置。

4TOUCH Arduino

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機器人實驗室布拉客

第二部分：創客工場 MakeBlock

MakeBlock 開發 Starter Robot Kit 機器人套件，利用合金鋁

件作為機器人骨架，搭配自行改造的Me Orion控制板，附加

超音波感應器及紅外線接收器，做成有趣的智慧型機器車。

搭配mBlock，一套以Scratch 2.0為基礎的圖控軟體開發環境，

讓大小朋友可以快速上手，學習程式設計，創作有趣的互動

裝置。

5TOUCH Arduino

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單元目標

1. 軟體安裝

2. 第一個mBlock程式

3. 更多變化

第一部份：軟體安裝

想順利撰寫程式控制Arduino，首先需要安裝相關軟體，總共有三個

程式：

1. Arduino IDE 1.0.6：arduino-1.0.6-windows 官方程式開發環境

2. Makeblock_Driver_Installer.exe：MakeBlock控制板驅動程式

我是： 今天 年 月 日

小貓團團轉

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3. mBlock.exe：MakeBlock修改Scratch的圖形化程式編寫介面

安裝完成後，會自動執行mBlock，螢幕畫面如上圖，分為幾個部份：

小貓團團轉

第二部份：第一個mBlock程式

安裝時，由於視窗無法放大，直接按下Enter鍵就能進行安裝。

1. 工具列：程式介面調整設定

2. 舞台區：程式執行結果的表現區域。

3. 圖形命令區：控制命令就是圖形積木，直接拖拉組合。

4. 程式區：放置圖形命令，組合後就是『程式』。

5. 角色管理區：mBlock中程式所控制的主體。7

TOUCH Arduino

1

23 4

5

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圖形命令的增加、刪除及復原：

小貓團團轉

mBlock中，所謂的程式就是使用滑鼠以拖拉方式組合各種圖形命令，移動滑鼠游標至圖形命令上，按下滑鼠左鍵不要放開，將圖形拖至程式區，放開滑鼠左鍵，你的第一個命令就完成了。

如果程式區已經有其他圖形命令，拖拉命令時，會有白色記號出現，提示命令即將插入的位置，圖形命令會自動連接在一起。

想刪除某一個命令圖形，有許多方式：

1. 將命令圖形直接從程式區拖回命令區。（最直接方便的方法）

2. 可以使用右鍵點擊命令圖形，會出現刪除或複製選項，選擇選項即可刪除或複製命令圖形。

3. 點擊程式區上方的剪刀圖案，游標會變成剪刀形狀，再點擊想消去刪除的命令方塊。

選擇刪除時，介面會同時刪除這個命令圖形下面所連接的其他命令。如果出現不小心誤刪的情況，請選取工具列『編輯』->「反刪除」復原現況。

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任務2-1：小貓團團轉

圖形命令區以不同顏色分別不同類型的命令，我們先依照下面的步

驟操作：

1. 點擊命令圖形區的『事件』，選擇『當綠色旗幟被點一下』。

2. 點擊命令圖形區的『控制』，選擇『不停重複』，拖拉至『當被點

一下』的下方，命令圖形會自動接合。

3. 點擊命令圖形區的『動作』，選擇『將轉15度』，拖拉命令放入

『不停重複』的內部。

小貓團團轉

你的程式完成了，請點擊程式的『當綠色旗幟被點一下』命令圖形，

或是點擊舞台區右上角的綠色旗幟，程式立刻開始執行。 9TOUCH Arduino

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任務2-2：小貓隨意轉

1. 點擊命令圖形區的『控制』，

選擇『如果就』。拖拉命令

放入『不停重複』的內部。

2. 再把『將轉15度』拖拉至

『如果 就』命令的內部空間。

3. 點擊命令圖形區的『偵測』，

選擇『空白鍵被按下了

嗎？』，拖拉至『如果就』

命令的六角形空格。

小貓團團轉

看到小貓團團轉了嗎？想停止程式請按下紅色八角形的停止符號。

小貓可能停在頭上腳下的狀況，你可以點擊『動作』的『面向90度

方向』，小貓就會直直站好，恢復原始姿態。

小貓轉得很高興，我們也看得暈頭轉向，可以讓我們控制小

貓，決定何時轉動嗎？依照下面的步驟操作：

10TOUCH Arduino

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11TOUCH Arduino

任務2-3：小貓喵喵叫

mBlock中有許多命令能讓角色做出不同的變化，我們先依照下面的

步驟操作：

1. 點擊命令圖形區的『聲音』，選擇『播放聲音meow』。拖拉至

『將轉15度』的下方，『如果就』命令的內部空間會自動擴大。

小貓團團轉

你的程式完成了，請點擊程式的『當被點一下』命令圖形，或是點

擊舞台區右上角的綠色旗幟，程式立刻開始執行。有叫聲了嗎？

試試其他的指令吧！^^

點擊綠色旗幟，開始執行程式，這次小貓不會自己動，請按下鍵盤

的空白鍵，看到小貓轉動了嗎？想停止程式，同樣請按下紅色八角形的

停止符號。

小貓可能停在頭上腳下的狀況，你可以點擊『動作』的『面向90度

方向』，小貓就會直直站好，恢復原始姿態。

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12TOUCH Arduino

第一部份：MakeBlock Start Kit 零件

這個機器人入門套件包含三大類零件：

1. 結構組裝零件：鋁擠型架、螺絲、塑膠鉚釘等。

2. 電子零件：Orion控制板、超音波感應器、紅外線接收器、遙控器等。

3. 組裝工具：螺絲起子、內六角板手、小板手等。

我的大腦

我是： 今天 年 月 日

單元目標

1. MakeBlock Start Kit 的零件

2. 控制板基本組裝

1. 鋁擠型板架的主要組裝零件是內六角螺絲。

2. 電路板的主要組裝零件是塑膠鉚釘。

3. 需要6顆三號電池。

4. 電子零件模組以RJ-12接頭的六芯線連接。

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機器人實驗室我的大腦

任務目標：組裝Orion控制板。

第二部分：控制板基本組裝

13TOUCH Arduino

說明：將Orion控制板、超音波感應器等電子零件裝在鋁擠型架上。

1. 最下層是8M、6M、洞洞板及萬向輪板。以長螺絲釘鎖上。

2. 再上一層是壓克力板，以塑膠鉚釘固定Orion控制板，塑膠鉚釘穿

過控制板，固定於鋁擠型架。

3. 以長螺絲釘鎖上四根塑膠六角柱。再裝上一層壓克力板。

4. 電池盒固定於壓克力板，組裝超音波感應器及紅外線接收器。

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歡迎光臨

單元目標

1. 超音波控制小貓

2. 超音波的原理

3. 不同的設計

第二章使用電腦鍵盤的空白鍵控制mBlock小貓旋轉，現在利用剛剛

組合好的『大腦』，我們可以揮動你的手控制小貓。

我是： 今天 年 月 日

第一部份：超音波控制小貓（任務4-1）

1. 將電線的一端接在超音波感應器（Ultrasonic Sensor）的母座，

另一端接在Orion控制板的3號接頭。

2. 拿出USB線，大長方形（Type A接頭）接在電腦主機，小扁頭

（Micro-B接頭）接在Orion控制板。

3. 控制板上的電源燈會亮起來（紅燈），一顆藍色LED燈會閃爍幾

下，接著聽到蜂鳴器『嗶』一聲，表示Orion控制板已經準備就緒。

Type AMicro-B

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15TOUCH NXT

歡迎光臨

4. 請點擊mBlock程式左上方工具列的『串口連接』，

5. 勾選『Makeblock Orion』，以及序列埠號碼（COM3）。

6. 工具列會顯示『COM3已連接』，請點擊『更新固件(new)』。

固件就是韌體（Firmware），韌體可以想像是一位幫我們做菜的廚

師。有了廚師，我們只要用間單的話語就能點菜。韌體幫助我們使用簡

單的程式指令，就能夠直接控制馬達感應器電路等硬體裝置。

7. 修改小貓的程式。請從『運算』拖出一個『比較小於』的綠色圖

形命令，它是六角形的命令，可以直接替代『空白鍵被按下了嗎？』。

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16TOUCH NXT

歡迎光臨

8.刪除被擠出來的『空白鍵被按下了嗎？』命令，將它拖至圖形命令

區，放開滑鼠按鍵，圖形命令消失。

9. 在圖形命令區選擇『機器人模塊』，使用滑鼠滾輪向下移動目錄，

拖拉『超音波感應器埠口3距離』（在『Makeblock』群組內），放入比

較小於命令的左邊方塊中。

10. 在比較小於命令的右邊方塊點擊滑鼠左鍵，輸入『10』。

程式已經完成！超音波感應器偵測距離小於10公分時，mBlock小貓

就會修改旋轉15度。

點擊綠色旗幟，將手放在超音波感應器前方，當手靠近超音波感應

器，小貓開始旋轉。把手移開，遠離超音波感應器，小貓停止轉動。

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17TOUCH NXT

歡迎光臨

點擊綠色旗幟後，程式開始執行，控制板上的TX RX燈會亮燈閃爍，

表示電腦主機與控制板之間正常溝通。

如果小貓一直不停轉動，可能是USB線曾經移除過，請到工具列，

COM3已連結處，點擊『更新固件』。將韌體重新寫入控制板中，應該

就能正常執行。

超音波感應器發射超音波，接收器接收反射回來的超音波，根據發

射接收的時間差異，計算出反射距離。超音波的頻率超出人類耳朵能夠

分辨的聲音，在常溫（攝氏25度）的空氣中，聲波的速度大約每秒鐘

340公尺。

第二部分 超音波感應器的原理

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18TOUCH NXT

歡迎光臨

超音波感應器所回傳的數值為3公分～400公分，解析精確度是1公分，

如果能夠實際看到超音波的數值變化，對於我們設計的程式會更有幫助。

任務 4-2：小貓與超音波數值

1. 從圖形命令區『外觀』中，拖拉『說妳好』至程式區。

2. 這個命令在舞台上顯示『妳好』字樣在小貓旁邊，就像小貓正在

說話。我們可以先執行看看。

3. 將滑鼠游標移到『超音波感應器埠口3距離』上，按下滑鼠右鍵，

點擊『複製』。我們需要新增一個相同的距離圖形命令。

4. 將這個距離命令放入『妳好』的方格。

點擊綠色旗幟執行程式，看看超音波感應器的數值是不是已經顯示

在小貓旁邊。

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19TOUCH NXT

歡迎光臨

由於小貓一直團團轉，顯示的超音波數值也會跟著小貓跳動。不太

容易馬上看清楚數值。讓我們想個辦法固定超音波數值的顯示位置。

任務 4-3：顯示超音波數值

1. 在圖形命令區『資料與指令』中，點擊『做一個變數』。

2. 在新變數視窗中輸入變數的名稱，這裡先簡單輸入『US』，點擊

確認。在舞台上會顯示『US』變數的數值。

3. 拖拉『將變數US的值設為0』圖形，插入程式中。

4. 請複製『超音波感應器』的距離命令放入『0』的方格。

5. 完成的程式如下圖，請執行。

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mBlock程式的儲存：

歡迎光臨

撰寫程式時最需要注意的一件事就是存檔。隨時記得儲存你的辛苦成果。以下有幾種方式：

1. 選擇工具列的『檔案』，『保存項目』。（最簡單的方法）

2. 點擊視窗右上角的叉叉，關閉mBlock。如果程式曾經變動，尚未儲存，mBlock會主動出現保存項目視窗，詢問是否需要儲存檔案。

3. 開啟新檔案：選擇工具列的『檔案』，『新建項目』。開啟新檔案前，如果程式曾經變動，尚未儲存，mBlock會主動出現保存項目視窗，詢問是否需要儲存檔案。

4. 如果儲存的檔名已經存在，會跳出確認視窗，確保先前的重要檔案不會因為檔名重複而遺失。

20TOUCH Arduino

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第一部份：機器車組裝

1. 依照組裝圖將輪框及輪胎，組裝在9M鋁擠型架。左右馬達對稱組裝。

我的身體

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單元目標

1. 機器車組裝

2. 馬達控制程式

2. 以內六角螺絲將左右馬達組合裝

在基本組裝上。

3. 馬達電線插在控制板橘色插座。

4. 裝上萬向輪，完成三輪車。

右馬達接M2左馬達接M1

左馬達右馬達

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我的身體

機器人裝上馬達，輪胎再裝在馬達軸心上，所以當馬達轉動，輪胎

同時轉動，機器車會快速移動，為了防止機器人橫衝直撞，拉扯連接的

USB線造成破壞，需要『離線』操控機器車。也就是讓控制板執行程式

時，不再連接USB線。

任務 5-1：馬達轉動

1. 使用MakeBlock的硬體設備，相關的命令都在圖形命令區『機器

人模塊』中。我們需要做一些更改。

2. 首先是程式開頭的圖形命令，將『當綠色旗幟被點一下』換成

『MakeBlock Program』。表示這個程式是在控制板離線執行。

3. 離線執行時，原本在舞台上表現的命令需要刪除，這裡直接使用

任務4-1的程式進行修改。

4. 控制小貓旋轉的命令改為

第二部分 馬達控制程式

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23TOUCH NXT

我的身體

控制馬達轉速的數值有一定的範圍，-255~255，很直覺的想法，

0就是停止轉動。數值越小，轉動力量越小越慢，數值越大轉動越快。

負數表示馬達倒轉。

6. 請確認USB線已經插在Orion控制板。串口連接也已經選擇正確的

COM port。點擊『MakeBlock Program』，螢幕變成下面的畫面。

這個螢幕畫面稱為『小舞台佈置』，由於機器人需要離線執

行，不用顯示舞台區，所以將舞台區縮小，我們可以直接在此編

輯程式。

畫面右側是相對應的Arduino文字程式，將來可以進階學習。

5. 將馬達轉速設為『-20』，讓馬達以20的轉速倒轉。我們也能夠點擊0

旁邊的向下三角形，出現選項列表，由列表中的固定選項選擇。

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24TOUCH NXT

我的身體

7. 點擊右邊的『上傳到Arduino』，螢幕右下角會出現一些文字，表

示程式正在編譯，接著自動傳到Orion控制板。

8. 請將USB線Micro-B接頭從Orion控制板拔除，將機器車放到地上。

這時機器人沒有來自USB的電源，馬達並沒有轉動。我們需要將電池盒

的電源線接在Orion控制板。

9. 打開Orion控制板的電源。將手放在超音波感應器前，靠近到10公

分以內，機器人是不是自動後退？但是只有一顆馬達旋轉，所以變成繞

圈圈後退。

任務 5-2：馬達轉動一秒停止

Orion控制版會不斷重複執行程式，想停止執行，需要關閉控制

板的電源，請將電源開關切向左方（Off）。讓我們繼續改善動作。

1. 請在小舞台佈置畫面下，直接修改程式如下圖：

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25TOUCH NXT

我的身體

2. 請移除USB線，機器人放在地上，打開電源開關。在超音波感應

器前揮一揮手，你的機器人是不是會後退旋轉一秒。

1. 兩顆馬達的接線分別安裝在馬達埠口1及馬達埠口2，想同時控制

兩顆馬達，需要兩個圖形命令。請增加埠口2的馬達控制命令，如下圖：

任務 5-3：自動讓路車

關閉控制板電源，開關切向左方（Off）。讓我們繼續改善機器

人的動作。

2. 請移除USB線，機器人放在地上，打開電源開關。在超音波感應

器前揮一揮手，你的機器人是不是會直直後退一秒。

電池的電源除了供給控制板運作，也要供電

給馬達旋轉。機器人放在桌上休息時，一定要記

得將開關切向左方（Off）。避免程式不斷執行，

機器人不小心爆衝，破壞桌上物品。 Off �