樂高機器人:教育玩具-中文百科頻道

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樂高機器人套件的核心是一個稱為RCX或NXT或EV3的可程序化積木。RCX具有六個輸出輸入口：三個用來連接感應器等輸入設備，另外三個用于連結馬達等輸出設備，NXT比RCX多一個輸入端口。樂高機器人套件最吸引人之處，就像傳統的樂高積木一樣，玩家可以自由發揮創意，拼湊各種模型，而且可以讓它真的動起來。

RCX分為1.0（1998年）、1.5（1999年）和2.0（從2001年）等三個版本。1.0和1.5的差别在于1.0版可以外接電源供應器，連接市電（通過變壓器實現）供電，而1.5版之後隻能用電池供電。2.0的差别則是連接電腦的紅外線設備改用USB，以往則是采用串行端口，最重大的區别則是2.0版的固件（firmware）和程序開發工具提供了一些新的功能。RCX的固件最主要的用途是把bytecode程序轉換成處理器所能理解的機器碼。還好RCX的固件就像電腦的 BIOS一樣，都是可以更換的，所以不同版本之間的差異其實不大。RCX的固件存放在SRAM（靜态可存取記憶體）中，所以實際上，RCX斷電幾秒鐘之後，固件就消失了。電腦會在傳送程序時，一并傳送固件給RCX。

如果用傳統的方式學習制作機器人，我們得先學習電腦基本概論，接着要了解電子電路、數位邏輯和微處理器，才能制作出基本的微電腦控制電路。然後還要學習彙編語言（Assembly）或C語言，撰寫微處理器的程序…對了，也許最麻煩的是機械結構，我們得決定要用步進馬達還是一般的直流馬達，不同的驅動形式，信号的驅動和回饋處理方式也不一樣；而且即便是采用最單純的輪胎或履帶作為行走方式，也可能要搭配各種齒輪來調配扭力和速度。想到要學習、DIY這麼多東西，很多對自制機器人懷抱憧憬的業餘玩家，滿腔熱血到此就涼了大半截。

樂高機器人組合裡面，包含RCX、兩個馬達、兩個觸控感測器和一個紅外線感測器，各種大小的輪胎和履帶，以及數種規格的齒輪和滑輪，當然還有各種積木，幫我們解決了電子電路和機械結構的問題。剩下的「撰寫程序」部分，樂高公司（或者說MIT研究人員）也替它開發了一套視覺化程序編輯工具，叫做RCX Code。就像堆積木一樣，RCX Code的使用者隻要把各種代表不同程序邏輯的「積木」在屏幕上堆起來，就能完成RCX的程序。程序撰寫完畢後，通過過套件提供的紅外線裝置，即可把程序傳入RCX。

不過每個人對「酷」的定義不同。樂高提供的視覺化程序工具很适合新手或者對程序不熟悉的玩家，有些人覺得用這種接口還寫程序反而礙手礙腳。例如，使用RCX Code所「寫」出來的複雜程序，執行效率也許不佳，而且「視覺化」程序碼也可能不易讀，也不容易維護。因此，許多樂高機器人的愛好者兼程序設計高手，陸續替它開發出各種「正規」程序語言。

在這些玩家中，最著名（也許貢獻也最大）的是Kekoa Proudfoot教授，他仔細地分析了RCX的内部結構和I/O協定，并且在他的RCX Internals網站上發表了許多文件。另一個知名的玩家是David Baum，他開發了一種類似C語言的程序，稱為NQC（Not Quite C），讓程序玩家擺脫視覺開發工具的束縛。雖然NQC并不是RCX上的第一個「非官方」程序語言，但大概是最被廣泛采用的一種。NQC本身采用文字接口操作，若想要使用圖形接口式的整合開發環境（IDE），可以安裝BricxCC（Windows版）或MacNQC（Mac版），甚至NQC for WinCE（适用于PocketPCPDA）。

此外，樂高的RCX Code視覺工具程序隻有Windows版本，在Mac和Linux系統上隻能使用非官方的程序工具。并不是所有玩家僅僅喜愛或熟悉C語言，Jose Solorzano就開發了一個稱為「Lego Java作業系統」，簡稱leJOS的Java虛拟機（JavaVirtual Machine，簡稱JVM，是執行Java程序所需的軟體環境），可以讓RCX執行Java程序。Ralph Hempel開發的pbForth（programmablebrick Forth，可程序積木Forth語言的簡稱），也深受某些玩家的喜愛。Forth語言的第一個實作專案是用來控制天文台的大型望遠鏡（請參閱這個網頁的介紹），它的語法和其他常見的電腦語言最大的不同，在于它采用所謂的「反相波蘭式記法（reverse Polishnotation，簡稱RPN）」，例如，運算式3 * ( 4 + 7)要寫成：3 4 7 + * 另外還有一個由Markus Noga所開發，讓程序設計師采用C或C++語言控制RCX的固件，稱為legOS。legOS可以讓程序設計師徹底發揮RCX硬體的效能，但是不像NQC，使用者必須熟悉C語言，而且它的開發工具安裝不易，所以使用者也比較少。

除了LEGO MINDSTORMS套件之外，樂高公司還針對教育機構發售一種稱為ROBOLAB（姑且翻譯成「機器人實驗室」）的套件，裡面包含更多感應器（例如，壓力、音量、溫度檢測），以及連結視訊攝影鏡頭（并不限于樂高自己的Vision Command産品）并提供視覺辯識功能，更特别的是，它的軟體還具備資料分析、比較和圖表繪制功能，對于教學實驗尤其重要。ROBOLAB軟體也能透過網際網路連結到ROBOLAB Server（包含在産品的軟體裡），把收集到的數據呈網頁。ROBOLAB内建的軟體有Windows和Mac版。

樂高公司推出了新一代的樂高機器人，叫做LEGO MINDSTORMS NXT，這款新樂高機器人采用了32位微處理器、内建USB和藍牙（這一設計極大地提高了程序傳輸的速度和穩定性），可以讓使用者做出透過藍牙裝置（例如PDA或手機）控制的機器人。NXT内附的程序編輯工具支持PC和Mac，為了吸引更多玩家參與擴充與改造NXT，樂高公司特别發表了開放原始碼的固件和開發工具，就連微軟老大哥都忍不住加入機器人開發軟體的行列，推出MicrosoftRobotics Studio軟體。除了主機功能大幅增強，NXT的馬達也改采伺服控制，能讓程序精确地調整速度，而且這次附了三個馬達；感測器也變得多樣、功能更強：超音波感應器（大多用于感應障礙物），能夠辯識顔色和亮度的光線感應器…等等，不知道樂高的玩家們會用NXT帶來什麼樣的驚喜。