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前 言 4
第1章 预备知识 5
1.1 虚拟机器人的结构与功能 6
1.1.1 身体结构 6
1.1.2 感觉器官 6
1.1.3 编程语言 8
1.2 VJC1.5仿真版能做什么 9
1.2.1 为机器人编写程序 9
1.2.2 创建环境 9
1.2.3 仿真运行 9
1.3 光盘的安装与启动 10
1.3.1 安装 10
1.3.2 启动 10
1.4 如何使用“帮助”电子文档 11
第2章 初试身手 14
2.1 歌曲 15
2.2 边唱边某某 18
2.3 走正方形 19
2.4 走六边形 19
2.5 走五角星 20
2.6 走圆形 24
2.7 奥运五环 25
2.8 进门比赛 26
2.9 一笔画 27
2.10 求和 27
2.11 四则混合运算 29
2.12 整型数与浮点数 29
2.13 霓虹灯 30
2.14 汽车 31
2.15 迎宾机器人 31
2.16 回廊 31
2.17 动态字符 32
2.18 波浪 33
2.19 落地扇 33
2.20 等比求和 34
第3章 稳步前进 35
3.1 打招呼 36
3.2 叫人起床 42
3.3 彩色地毯 45
3.4 百米赛跑 45
3.5 计算走过的距离 46
3.6 秒表 49
3.7 风扇定时 49
3.8 找房门 51
3.9 醉汉 55
3.10 自由行走 56
3.11 趋光的飞蛾 57
3.12 鼹鼠 59
3.13 沿线走 60
3.14 越障跑 64
3.15 太阳能电池 64
3.16 电子琴 65
3.17 穿越隧道 65
3.18 舞台 66
3.19 哈雷彗星 66
第4章 挑战自我 67
4.1 填字游戏 68
4.2 台某某 70
4.3 寻宝 73
4.4 篝火晚会 74
4.5 弹球游戏 77
4.6 随机走 78
4.7 沿某某 79
4.8 点歌台 82
4.9 回音壁 82
4.10 查找最大值 83
4.11 排序 84
4.12 最大公约数 85
4.13 跳房子游戏 89
4.14 找地雷 90
第5章 我能赢 91
5.1 走迷宫 92
5.2 游XX 93
5.3 长跑比赛 94
5.4 救援 95
5.5 灭火比赛 96
附 录 99
附录A. 子 程 序 99
附录B. 如何设置机器人型号 103
附录C. 不同型号的虚拟机器人碰撞传感器差异 104
附录D. 真实的能力风暴机器人功能一览表 104
前 言
本书介绍了机器人的初步知识，包括机器人的身体结构、感觉系统和思维方式。与一般教科书不同的是：所有这些知识是在一系列的机器人项目中逐步展开的。读者在做机器人项目的过程中，将自主建构机器人的知识体系。建构机器人知识体系的过程是新颖有趣的，给人的印象也会是深刻的。
本书还详细讲解了VJC编程语言。VJC编程语言又称为机器人C语言，是一种易学易用的编程语言。读完该书，再去学标准的C语言程序设计，就易如反掌了。
近年来，建构主义的教育理念得到了广泛的认可。大家知道，要在学习知识的过程中应用建构主义的方法，是很需要一番努力的，因为用于建构的素材和情境并非总是那么唾手可得的。本书介绍的智能机器人，由于它的技术先进性、学科综合性、自主体验性、趣味性和不断更新性 ，可以称得上是实现建构主义教育理念的一个优秀平台。通过做项目来建构机器人的知识体系，可以抛开繁琐的理论书籍，在学中用，又在用中学，一切都将显得那么轻松和自然。
本书的读者可以是大中小学的青少年，也可以是任何年龄的机器人爱好者。中小学的科技老师也可以用它做教材。
预备知识
在本章中，我们对能力风暴智能机器人作一个简单介绍，让读者初步了解机器人的结构、传感器和编程语言。本章还讲述了光盘的安装使用方法，并给出了VJC1.5仿真版软件中“帮助”电子文档的详细目录。在读完本章内容之后，相信读者就能方便地使用VJC1.5仿真版了。
虚拟机器人的结构与功能
身体结构
在VJC1.5中，有五种型号的机器人：AS-M、AS-MII、AS-UII、AS-InfoX和AS-InfoM。图1－1是虚拟机器人的外形。虚拟机器人的身体结构跟真实的能力风暴智能机器人是相似的。本书中的范例采用的机器人型号均为AS-MⅡ。设置机器人型号的方法参见附录B。
虚拟机器人外形
感觉器官
能力风暴智能机器人的感觉功能，是由机器人的传感器实现的。能力风暴机器人身上安装的传感器有以下几种：
红外传感器
红外传感器由红外发射器和红外接收器两部分组成。一旦程序中发出“红外测障”的指令，红外发射器就开始发射红外线。红外线遇到障碍物会反射回来，被红外接收器接收，从而机器人就能判断出障碍物所在的方位。虚拟机器人能够检测左、右、前三个方向的障碍物，跟真实的能力风暴智能机器人基本相同。发射红外线的虚拟机器人如图1－2所示。
机器人发射红外线示意图
光敏传感器
光敏传感器能够检测光线的强度，检测到的值为0～255之间的整数。光线越亮，检测到的数值越小；光线越暗，检测到的数值越大。此项功能跟真实的能力风暴智能机器人是一样的
碰撞传感器
虚拟机器人的碰撞传感器能够检测左、右、前、后四个方向的碰撞，型号为AS-InfoX的机器人只能检测前、左、右三个方向的碰撞。如前所述，虚拟机器人共分五种，它们的的区别主要就体现在碰撞检测功能上。所以读者在打开程某某，无论是例程，还是自己编写保存的程序，如果涉及到“碰撞检测”，必须先设置相应的机器人型号（参见附录B），然后再打开程序、仿真运行。例如：打开例程 “自由行走 (M).flw”时，由于名称后面带有M，故须先将机器人型号设置为AS-M，然后再打开程序文件、仿真运行。打开例程 “自由行走 (Info).flw”时，最好先将机器人型号设置为AS-InfoM，然后再打开程序文件、仿真运行。
在碰撞检测功能方面，虚拟机器人跟真实的能力风暴智能机器人有较大差别（参见附录C、D）。
声音传感器
声音传感器能够检测声强大小，检测到的值为0～255之间的整数。数值越小，声音越低；数值越大，声音越响。此项功能跟真实的能力风暴智能机器人是一样的。
地面灰度传感器
地面灰度传感器能够检测地面的灰度，检测到的值为0～255之间的整数。地面颜色越深，灰度值越大；地面颜色越浅，灰度值越小。此项功能跟真实的能力风暴智能机器人基本相同。
编程语言
能力风暴智能机器人的编程语言是VJC1.5，由机器人C语言（简称JC）和流程图编程语言两部分组成。读者使用仿真版的时候，可以用流程图编程。在用流程图编程的同时，VJC1.5自动生成JC代码，便于读者观察、解释或修改程序，参见图1－3。在图1－3中，左边是流程图，右边是JC代码。在流程图编辑界面中，点击工具栏上的“JC代码”快捷按钮，即可看到当前程序的JC代码。
机器人走正方形的VJC程序
VJC1.5仿真版能做什么
为机器人编写程序
在VJC1.5仿真版中，可以用流程图编写机器人程序，同时自动生成JC代码。但不能直接用JC代码为机器人编写程序。
在仿真版中编写的程序对真实的能力风暴机器人也是适用的。
创建环境
可以自由创建环境，是VJC1.5仿真版的一个突出优点，这往往是使用真实的机器人时所做不到的。在VJC1.5仿真版中，读者可以利用光源、声源、障碍物和彩色图带创建各种环境，如房间、迷宫、排雷场地等。下面的图1－4就是用仿真版创建的一个环境 “篝火晚会场地”，场地左下方是虚拟机器人。
篝火晚会场地
仿真运行
仿真运行就是进入仿真环境，让虚拟机器人按照程序指令进行运动。编好程序、创建环境之后，就可以仿真运行了。因此，在仿真版中，读者能够直观地看到机器人运行的效果。
光盘的安装与启动
安装
可通过如下方式安装“VJC1.5仿真版”软件，两种方式任选一种。
1.放入“VJC1.5仿真版”软件安装光盘，Windows将自动启动“VJC1.5仿真版”安装向导。
2.打开“我的电脑/光盘”，双击安装光盘中的Setup.exe程序，即可启动安装向导。
安装时，读者可根据安装向导的提示一步步操作。安装成功后，图形化交互式C语言开发库以及范例会自动安装到指定目录（缺省路径时，安装在“C:\Program File\VJC1.5仿真版”文件夹中）。
启动
启动“VJC1.5仿真版”软件的方式有如下两种：
1．双击Windows桌面上的“VJC1.5仿真版”图标，进入流程图编辑界面。
2．点击Windows菜单“开始/程序/VJC1.5仿真版/VJC1.5仿真版”，进入流程图编辑界面。
进入流程图编辑界面之后，即可为机器人编写程序。编好程序，可以仿真运行。仿真运行的方法有以下两种：
在菜单栏中选择“工具（T）”下的子菜单“仿真当前程序”。
在工具栏中点击“仿真”快捷按钮，如图1－5所示。
流程图编辑界面
如何使用“帮助”电子文档
“VJC1.5仿真版”的帮助电子文档详细介绍了流程图编程和创建环境的方法，是读者学用仿真版的好帮手。进入流程图编辑界面后，选择“帮助”菜单下的“帮助主题”，即可打开此电子文档。
下面的图1－6是“帮助”电子文档的详细目录，读者可以与电子文档对照使用。
图形化编程指南
仿真工具简介
“帮助”电子文档的目录
初试身手
本章及以后各章的内容是以机器人项目的形式编排的，既便于初学者入门，也便于已有基础的读者参考。因为智能机器人是一个综合性的知识载体，涉及到机械、电子、软件、仿生学等众多学科，如果要详细介绍，恐非本书的篇幅所能容纳，而且也不适于初学者阅读，所以我们采用了机器人项目的形式供大家学习。
读书固能学到知识，走路做事也能心有所得。以智能机器人为伙伴，做做机器人项目，既轻松有趣，又能逐渐揭开机器人的奥秘，在不知不觉中进入智能机器人的科学殿堂。这正是我们撰写本书的期望所在。
机器人，顾名思义，就是象人的机器。本章主要介绍了机器人的执行器，即机器人的喇叭、显示屏、运动系统，相当于人的口、语言、腿脚。读者只要边看边做，很快就能熟悉机器人了。
歌曲
项目内容：找一段乐谱，用流程图编一首歌曲，然后仿真运行。
相关模块：发音，或者调用子程序。
难度等级：●●○○○
程序设计
“歌曲”程序涉及模块较少，只要按照乐谱设置“发音”模块，然后将各模块依次连接起来即可。通过这个项目的学习，可掌握模块的参数设置方法，以及流程图编程方法。下面是编程的步骤：
在流程图编辑界面中，点击“执行器模块库”中的“发音”模块，将其拖到流程图生成区，连接在主程序的下面（图2－1）。
发音模块
在“发音”模块上右击鼠标，打开参数设置对话框（图2－2），在其中选择音频和时间。例如：图2－2中选择的音频为，时间为四分之一音符。
在编程时，您也可以选择“自定义”，直接输入音频值和时间值。
如果选择了“休止符”，则机器人将不发音。休止的时间可以选择四分之一音符等，也可以选择“自定义”，然后输入时间值。
“发音”模块的参数设置对话框
编辑完成的歌曲如图2－3所示。
歌曲程序示意图
仿真运行
流程图编好后，点击工具栏中的“仿真”快捷按钮（图2－4），进入仿真环境主界面（图2－5）。
工具栏
仿真环境主界面
在仿真环境主界面中，点击“运行”键，可以得到一个虚拟机器人。将虚拟机器人放到中间的运行区，它就会自动执行程序。在本例中，机器人则将演奏所编的歌曲。
调用子程序
调用子程序的方法参见附录A。
边唱边某某
项目内容：用流程图编程，使得机器人能够一边唱歌，一边某某舞。
相关模块：直行、转向、发音。
难度等级：●●●○○
项目解析：本项目可以通过调用系统子程序“边唱边某某”来完成（图2－6），调用子程序方法可参见附录A。
边唱边某某
不过，我们建议读者最好还是用“直行”、“转向”、“发音”等模块编一个自己风格的“边唱边某某”程序，然后仿真运行。
设置“直行”、“转向”模块的参数，只要在模块上右击鼠标，打开参数设置对话框，输入速度和时间就可以了。
仿真运行时，选择“显示轨迹”，可以更清楚地看到机器人跳舞的姿态。
走正方形
项目内容：为机器人编程，使之能走一个正方形。走的时候显示轨迹。
走正方形
相关模块：直行、转向。
难度等级：●○○○○
项目解析：编写“走正方形”程序可参照图1－1编写，项目的难点在于要反复调整“转向模块”中转向时间和速度，以便机器人正好转90°。“直行”、“转向”模块的参数设置方法可参考“帮助”电子文档 “执行器模块”。
走六边形
项目内容：为机器人编程，使之能走一个六边形。走的时候显示轨迹。要求使用“多次循环”模块。
相关模块：转向、直行、多次循环。
难度等级：●●○○○
项目解析：所有的程序都能用“顺序结构”、“选择结构”以及“循环结构”来表示。本项目中的“循环结构”是程序设计中重要的结构，故须认真掌握。“多次循环”模块在“控制模块库”中。将“多次循环”模块拖到流程图生成某某，在模块上右击鼠标，打开参数设置对话框，即可输入循环次数。另外要注意的是，使用多次循环模块的时候，须将待循环的内容放在循环体内部。
走五角星
项目内容：为机器人编程，使之能走出一个五角星的形状。走的时候显示轨迹。要求使用“条件循环”模块。
五角星
相关模块：直行、转向、条件循环、计算。
难度等级：●●●○○
程序设计
通过该项目的学习可熟悉VJC1.5仿真版中引用变量、变量百宝箱的概念以及“条件循环”和“计算”模块的使用。“条件循环”模块在“控制模块库”中。
从图2－8可以看到，要画出一个五角星，需重复五次“前进、右转”的动作，右转的角度为1440。五角星的大小由前进的距离所决定。
在本例中，要求使用“条件循环”模块，我们可以将其中的条件表达式设置为
整型变量一 < 5
在程序中，让整型变量一从0开始变化，每循环一次，就令整型变量一增加1。当整型变量一等于0、1、2、3、4时，条件表达式都能满足；当整型变量一等于5时，条件表达式不再满足。于是循环将进行5次，然后就跳出循环，程序结束。参见图2－9。
五角星例程
参数设置
最初的“计算”模块：计算表达式为
整型变量一 ＝ 0
“前进”模块：速度80，时间2.0秒。可自行调整。
“右转”模块：相对速度100，时间0.4秒。可自行调整。
“条件循环”模块：条件表达式为
整型变量一 < 5
循环体中的“计算”模块：计算表达式为
整型变量一 ＝ 整型变量一 ＋ 1
第二个“计算”模块参数设置的方法如下面a)－d)所述：
在“计算”模块上右击鼠标，打开参数设置对话框（图2－10）；
计算模块的参数设置对话框
在图2－10中，选择右上角的“引用变量”，这时会出现变量百宝箱（图2－11）。
变量百宝箱
在变量百宝箱中点击一下“整型变量一”，在整型变量一右边就会出现一把小钥匙，表明整型变量一被选中了。点击“确认”。
写出完整的计算表达式“整型变量一 ＝ 整型变量一 ＋ 1”，如图2－12所示。
计算表达式
仿真运行
程序编好后，就可以仿真运行了。点击工具栏中的“仿真”快捷按钮，进入仿真环境主界面，选择“显示轨迹”，然后点击“运行”键，得到一个虚拟机器人，将虚拟机器人放在运行区，就能看到机器人走出的轨迹。
计算机执行程序的过程如下：首先将“整型变量一”赋值为0，然后进入条件循环。每循环一次，机器人前进一段距离，并右转一个角度，画出五角星的一条边，同时整型变量一增加1。故整型变量一从0依次变为1、2、3、4。当整型变量一等于5的时候，条件表达式不再满足，条件循环中止，程序就结束了。
走圆形
项目内容：为机器人编程，使之能走一个圆形。走的时候显示轨迹。
相关模块：启动电机、延时等待、停止电机。
走圆形
难度等级：●●○○○
项目解析：设置本项目是为了学习“启动电机”模块使用方法。
“启动电机”模块可用于分别设定左电机功率和右电机功率，并且还可以启动扩展电机。在本例中，我们可以将左电机功率设小一点，右电机功率设大一点，机器人就能逆时针走圆弧线了（图2－14）。
启动电机模块的参数设置对话框
注意：在VJC1.5仿真版中，如果将左电机功率和右电机功率设为一正一负，则机器人将原地旋转。
“启动电机”模块和”延时等待”、“停止电机”模块配合使用，可以实现“直行”和“转向”模块的所有功能。
例如：对比下面的两个图，可以看出它们是等价的，这只要简单计算一下就可以知道。因为drive(a，b)函数给出的电机功率为：左电机功率＝a＋b，右电机功率＝a－b。而 motor(1，n1)给出左电机功率n1， motor(2，n2) 给出右电机功率n2。
“前进”模块的等价形式
奥运五环
项目内容：为机器人编程，使之走出一个奥运五环。走的时候显示轨迹。
奥运五环
相关模块：启动电机、延时等待、停止电机、转向。
难度等级：●●○○○
项目解析：设置本项目为了学习加固“启动电机”模块的使用方法，同时熟悉仿真环境中“显示轨迹”和“保留原轨迹”设置方法。
小技巧：在仿真环境中通过点击鼠标右键可调整机器人的初始角度。
进门比赛
项目内容：大家见过自动化工厂中的自动导引小车（一种运货机器人）吗？自动导引小车能自动从一个工位运货至另一个工位。机器人进门这个活动，就是模拟了这个情景。参见图2－17。
机器人进门
相关模块：直行、转向。
难度等级：●●○○○
项目解析：设置本项目的目的是学习仿真系统中创建环境方法。
创建环境 车间，如图2－17所示。墙壁由障碍物构成，道路由图带构成。
创建环境的方法参见“帮助”电子文档 “环境编辑”。环境创建好之后，需保存起来，以便于反复使用，参见“帮助”电子文档 “保存环境文件”和“加载环境文件”。
一笔画
项目内容：为机器人编程，使之在场地上画出一支铅笔的形状。
一笔画
相关模块：直行、转向、启动电机、延时等待、停止电机。
难度等级：●●●○○
项目解析：为了完成“一笔画”，需要反复调整各模块参数，才能达到比较理想的效果。通过本项目可对已掌握的知识进行巩固加深。在编程前，最好先确定机器人画铅笔图案的起点。
掌握了一笔画铅笔的方法后，可尝试着画花朵、水壶等简单图案，熟练后甚至还可以画出东方明珠等复杂的图案。
求和
项目内容：计算1＋2＋3＋……＋100，并将计算结果显示出来。可以使用多次循环，也可以使用条件循环。
相关模块：计算、显示、多次循环或条件循环。
难度等级：●○○○○
项目解析：计算机最初的功能就是强大的计算能力，能力风暴机器人所使用的CPU采用摩托罗拉68HC11芯片,也具有较强的计算功能，本项目及以下几个与数学计算相关的项目主要是为了锻炼编程思维能力。
相关知识：机器人的显示屏
能力风暴机器人的液晶显示屏可以显示两行信息，每行16个字符。显示信息通常为英文、数字或符号，但不能显示中文。
显示信息也可以是变量的值。显示变量值的时候，在“显示”模块上右击鼠标，打开参数设置对话框，选择“引用变量”，就会弹出一个变量百宝箱，可以选择其中的任意一个变量作为显示对象，如图 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 流程图编辑界面，为机器人配置的型号“AS-MII”就生效了。
在VJC1.5仿真版中，当程序中不含有“碰撞检测”模块的时候，则不需配置机器人型号。
不同型号的虚拟机器人碰撞传感器差异
前
后
左
右
InfoX
4
无
1
2
InfoM
4
8
1
2
AS-M
3
12
5
10
AS-MII
3
12
5
10
AS-UII
3
12
5
10
真实的能力风暴机器人功能一览表
型号
功能
InfoX
InfoM
AS-M
AS-MII
AS-UII
红外检测
√
√
√
√
√
亮度检测
√
√
√
√
√
碰撞检测
√
√
√
声音检测
√
√
√
√
√
转角检测
√
√
√
地面检测
√
√
系统时间
√
√
√
√
√
电池电量
√
√
眼 睛
√
√
扩展电机
√
√
√
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