輕鬆使用Android裝置控制樂高機器人：（偽）輻射偵測器

文／曾吉弘（CAVE教育團隊）

我們已經在前兩期的專欄中（2013年1月號、2013年3月號）介紹如何用Android手機上的姿態感測器來控制樂高機器人。搭配手機的感測器，您可以像玩Wii遊戲機一樣，以體感的方式來與機器人互動。本次專欄將使用App Inventor中的TextToSpeech元件（本文後簡稱TTS元件），讓手機「說」出機器人感測器的狀態（圖1）。程式執行的過程中，我們還可以即時更改感測器的類型，是很實用的功能呢！

App Inventor的TextToSpeech元件可以讓Android手機以語音方式輸出指定的文字或數值內容，本範例就是讓手機每秒播報一次感測器數值。除此之外還可指定語系與國家，預設值是eng（英語）與USA（美國），代表美式英語。您可以參考App Inventor中文學習網來改為其他歐陸語系，例如德語、法語或義大利語，會有更有趣的效果。

請注意！目前App Inventor不支援中文等亞洲語系的語音輸出。

開始玩機器人

請把NXT機器人組裝好，並將左側馬達接在NXT的輸出端B，右側則是輸出端C（註1）。請確認NXT主機的藍牙是啟動的，接著將NXT主機與Android手機進行藍牙配對（註2），完成之後就可以把機器人放到一邊了。啟動藍牙之後您可以從NXT主機的螢幕左上角看到藍牙的符號。

接下來依序介紹程式的各個功能：

STEP1  登入畫面：

首次進入程式的畫面如圖2a，只有「NXT裝置清單/連線」按鈕可以按，其它所有按鈕都無法操作。點選[NXT裝置清單/連線]按鈕後進入藍牙裝置清單（圖2b），請找到剛剛配對完成的NXT主機名稱（本範例為abc），點選之後就會由Android裝置對NXT主機發起藍牙連線。順利連線成功的話，就可接續選擇感測器類型（圖2c）。

STEP2  程式初始化：

在點選連線清單之前（ListPickerConnect的BeforePicking事件），需先將清單內容指定為Android裝置上的藍牙配對清單（圖3a）。點選之後則先測試連線是否成功，成功則將「選擇感測器」與「開始念/停止」設為可點選（圖3b）。

STEP3 選擇感測器類型：

為了節省畫面空間，我們使用了Listpicker搭配清單來達到下拉式選單的效果。首先需要宣告一個清單，內容為（color.jpg, sound.jpg, light.jpg, ultra.jpg），就是使用的感測器圖檔名稱（圖4a）。編號index則依序由1到4。本範例就是使用這個編號來更改顯示的圖片與感測器類型。

由圖4b中可看到當我們點選了要使用的感測器之後，就要把「開始念/停止」按鈕設為可點選，代表我們準備好要念出感測器數值了。另外還把這個編號所代表的項目內容顯示在畫面上，最後則將Image元件的圖片換成這個編號所代表的圖檔（select list item指令）。例如圖4a中的sensorList清單中的第3號的項目內容就是「light.jpg」。

注意！List清單實際上就是一般程式語言中的陣列（array），App Inventor使用了較為親民的用語。另外n個項目的陣列其項目編號是由0到n-1，App Inventor則是1到n。

STEP4  根據選擇的感測器類型來控制TTS元件播報內容：

選擇感測器類型，實際上就是在ListPicker_SensorList中點選了某個項目，接著就要根據這個項目的編號index（請注意，不是項目內容！）來決定TTS元件的播報內容。在此我們使用一個副程式say來管理程式，讓程式更簡明易懂。在say副程式中，它會藉由接收到的sensor參數（也就是傳入的編號index）來決定TTS元件的播報內容與TextBox/Label的顯示內容。請看圖5說明：

STEP5  使用Clock元件來控制TTS元件：

我們將Clock元件的TimerInterval設定為2000毫秒，代表每兩秒呼叫一次say副程式，並傳入剛才所點選的感測器類型編號（SelectionIndex）。這樣就能控制TTS元件的播報內容與TextBox/Label的顯示內容（圖6）。

STEP6  開始/停止播報感測器數值：

如果在尚未建立與機器人的藍牙連線之前就要TTS念些什麼的話，就會得到-1 這個討厭的數值。所以我們使用「開始念/停止」按鈕來啟動或關閉Clock元件，並將現在的播報狀態（STOP！或SPEAKING！）顯示在手機的狀態列。您可以隨時用這個按鈕來決定停止或繼續播報資料（圖7）。

STEP7  斷線：

按下「斷線」按鈕之後，會中止藍牙連線（BluetoothClient.Disconnect指令），並使按鈕恢復到未連線時的狀態（圖8）。

操作

實際執行的時候，請先確認NXT已經開機且藍牙也啟動了，並將顏色、聲音、光與超音波感測器依序接在NXT主機的1到4號輸入端。接著在您的Android裝置上點選程式畫面中的「連線」按鈕，會進到如圖4b的藍牙清單畫面，點選您所要的NXT主機名稱並連線成功後，接著選擇感測器類型，點選之後會顯示對應的感測器圖片與名稱，如圖9所示。

最後點選旁邊的「開始念/停止」按鈕就可以聽到手機把感測器數值念出來了。以下是選擇超音波感測器時的畫面，畫面也會同時顯示數值為58（圖10）。

TTS元件是用來語音輸出的元件，它可以說出我們所指定的內容，包括文字與數字。您可以讓機器人用說的方式來呈現它的狀況，例如撞到牆壁時，可以說出「Ouch!」等趣味效果。期待您從本期專欄的內容來激盪出更多有趣的火花。請繼續關注CAVE的機器人專欄唷！

歡迎大家由此連結下載本程式來玩玩看，或掃描以下的QRCode也可以直接將檔案下載到手機。或到App Inventor中文教學網上直接下載本範例的App Inventor原始檔與apk安裝檔。本程式已上架Google play，請到Google Play搜尋「CAVE教育團隊」就找得到我們的樂高機器人系列app了。

註1：想學如何開發App Inventor程式嗎？請到App Inventor中文學習網與我們一同學習。
註2：將Android手機設定為可安裝非Google Play下載的程式以及讓手機與樂高NXT主機連線等說明請參考此連結。
註3：與NXT連線後如果出現[Error 402]之錯誤訊息請不必理會，程式依然能正確執行。

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版2013/5月號

文／曾吉弘（CAVE教育團隊）

本期的App Inventor機器人專欄要藉由手機的傾斜程度來控制機器人的動作。本範例使用了姿態感測器（Orientation Sensor）的X、Y軸向資訊來共同決定樂高機器人的左右馬達電力，並同時控制畫面上的CAVE小圖案移動。本範例與2012年7月號的〈單點觸控〉的概念很相似，只是訊號來源由觸控點座標改為姿態感測器變化量而已。在數學運算上用到了sin與cos等基礎三角函數，對於學生來說是個相當不錯的練習機會。

姿態感測器主要感應手機方位的變化，回傳了三個軸向的傾斜角度，分別是X軸：俯仰（Pitch）、Y軸：翻滾（Roll）與Z軸：旋轉（Azimuth，或稱Yaw）。

開始玩機器人

首先請把NXT機器人準備好，並將左側馬達接在NXT的輸出端B，右側則是輸出端C（註1）。請確認NXT主機的藍牙是啟動的，接著將NXT主機與Android手機進行藍牙配對（註2），完成之後就可以把機器人放到一邊了，啟動藍牙之後您可以從NXT主機的螢幕左上角看到藍牙的符號。

接下來依序介紹程式的各個功能：

STEP1  登入畫面：

首次進入程式的畫面如圖2a，只有「連線」按鈕可以按，其它所有按鈕都無法操作。另一方面，因為Orientation感測器目前是關閉的，這時不論您如何翻轉手機，CAVE小圖案都是不會動的，我們會在連線成功之後才將其啟動。點選「連線」按鈕後進入藍牙裝置清單（圖2b），請找到剛剛配對完成的NXT主機名稱（本範例為abc），點選之後就會由Android裝置對NXT主機發起藍牙連線。順利連線成功的話，就能看到pitch與roll的資料不斷更新，搖晃手機還能看到CAVE小圖案在畫布上移動（圖2c）。

 圖2a  程式首次執行的畫面。
 圖2b  點選連線按鈕後進入藍牙裝置清單。
 圖2c  連線成功後出現相關資訊，CAVE小圖案也會動了。

STEP2  程式初始化：

接著是點選連線清單之前（ListPicker_CONNECT事件），先指定清單內容為藍牙配對裝置清單（圖3a）。在連線之前之所以CAVE小圖案無法移動，是因為我們先將姿態感測器關起來了，要等到連線成功之後（圖3b）才會啟動，這時原本不會動的CAVE小圖案以及無法按下的「斷線」等按鈕這時也都可以操作了。

 圖3a  指定藍牙配對裝置清單並隱藏觸控板。

 圖3b  連線成功後啟動相關元件。

STEP3 變數介紹：

本範例共使用了五個整數型別變數，介紹如下：

1. count：用來切換感測器與馬達資訊是否顯示。
2. power：取得姿態感測器的Magnitude來決定控制上的靈敏度。
3. angle：手機傾斜方向，如為0則代表手機朝Y軸正向傾斜（pitch值增加）。
4. LMotor：左馬達電力。
5. RMotor：右馬達電力。

 圖4  變數介紹。

STEP4 根據姿態感測器資訊計算馬達電力：

所有的計算都是在OrientationSensor1.OrientationChanged事件中完成，只要姿態感測器任一軸向的資訊有改變就會自動呼叫本事件並執行其中內容。以下依序說明：

1.移動CAVE小圖案：使用ImageSprite.MoveTo指令，將XY欄位指定為ImageSprite.X – roll以及ImageSprite.Y – pitch，這樣當您搖晃手機時，可愛的CAVE小圖案也會在畫面上漂來漂去，相當有趣。請注意當CAVE小圖案沿著Y軸正向移動時，這時候增加的是pitch而不是roll，不要搞錯囉！

2.更新變數：

• angle = OrientationSensor.Angle – 45：取得手機傾斜角並進行偏量補償，方便馬達電力計算。

• power = OrientationSensor.Magnitude * 200：OrientationSensor.Magnitude是一個介於0到1之間的小數，代表手機的傾斜程度，您可以調整200這個常數來放大或縮小傾斜程度對於機器人電力的影響。雖然馬達電力範圍為-100到100，但超過也沒關係，馬達電力不會因此而受影響。

• LMotor = cos（angle） * power：左馬達電力

• RMotor = sin（angle） * power：左馬達電力

＊註：您可以堅持老派風格，也就是使用pitch與roll變數值，搭配三角函數計算之後一樣能有相同的機器人控制效果。但本範例使用姿態感測器的angle與Magnitude這兩項變數，也是另一種作法。

3.顯示變數於標籤上：將pitch與roll的資訊更新在Label_Orientation標籤上，並將左右馬達電力LMotor與RMotor更新在Label_Motor標籤上。為避免單一字串過長，我們使用make text指令將多個字串組合在一起，這在各程式語言中都是常見的技巧。

4.轉動馬達：最後把LMotor與RMotor變數值分別指定給NxtDrive_B與NxtDrive_C的MoveforwardIndefinitely指令就可以讓兩個馬達根據手機傾斜狀況來運動了。

 圖5  根據姿態感測器的X、Y軸向變化資訊來控制機器人。

STEP5 點選CAVE小圖案來顯示資訊：

本次程式多了一個附加功能，就是點擊CAVE小圖案來顯示或關閉各樣資訊的即時更新，這是因為有的Android手機會因為這些資訊更新太過頻繁而變的卡卡的，您可以視實際狀況來決定是否要顯示這些資訊。我們在ImageSprite1.Touched點擊事件中，根據count是0或1來決定顯示或關閉訊的即時更新（圖6b）。

 圖6a  根據方位感測器值來改變小圖案指向。

 圖6b  資訊標籤關閉。

STEP6  斷線：

按下「斷線」按鈕之後，會中止藍牙連線（BluetoothClient.Disconnect指令），並使按鈕恢復到未連線時的狀態，CAVE小圖案又再次回到畫面中央且不再移動了。這時候您可以再次發起連線。

 圖7  按下「斷線」按鈕時中斷藍牙連線。

操作：

實際執行的時候，請先確認NXT已經開機且藍牙也啟動了。接著在您的Android裝置上點選程式畫面中的「連線」按鈕，會進到藍牙清單畫面，點選NXT主機名稱連線成功後就可以搖晃手機來控制機器人了（圖8a到8c），操作方式相當直覺，您一定會喜歡的，但小心別把手機掉到地上啦。操作過程中您可以隨時點選CAVE小圖案來關閉資訊顯示。

 圖8a  手機向前傾斜，機器人前進，馬達電力為（52,49）。
 圖8b  手機向右傾斜，機器人原地右轉，馬達電力為（55,-57）。
 圖8c  兩個向左後方傾斜，機器人向左後方轉彎，馬達電力為（-37,-7）。

絕大部分的Android裝置都會有姿態感測器，許多小遊戲例如滾球或是賽車等，也都應用了姿態感測器來偵測玩家的動作。但由於姿態感測器相當靈敏，您也許需要針對本範例中一些參數進行調整來達到更好的效果。

歡迎大家由這個下載本程式來玩玩看！或掃描以下的QRCode也可以唷！更多有趣的機器人app請在Google Play搜尋「CAVE 教育團隊」就找得到了。

註1：機器人運動方向有可能因為車頭指向而和程式設定相反，只要將左右馬達電線互換即可。
註2：想學如何開發App Inventor程式嗎？請到App Inventor中文學習網（http://www.appinventor.tw）與我們一同學習。
註3：將Android手機設定為可安裝非Google Play下載的程式以及讓手機與樂高NXT主機連線等說明請參考連結。
註4：與NXT連線後如果出現[Error 402]之錯誤訊息請不必理會，程式依然能正確執行。

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版 2013/1月號

文／曾吉弘（CAVE教育團隊）

最近溫度屢破新高，還是做一台機器人幫您分勞解憂吧！本期CAVE的App Inventor機器人專欄延續了七月號的[單點觸控]，但這次要請您使用左右手的姆指來控制樂高機器人，左手拇指控制機器人左側馬達正反轉動，右手就是右側馬達囉。本範例使用了兩個畫布Canvas元件，分別追蹤畫布上的觸控點的Y軸向變化量後轉換為馬達電力。因此相較於[單點觸控]還用到了atan、sin與cos等三角函數，本次的程式相較之下簡單多了。

圖1  使用左右手拇指在螢幕上滑動。

首先請把NXT機器人準備好，並將左側馬達接在NXT的輸出端B，右側則是輸出端C（註1）。請確認NXT主機的藍牙是啟動的，接著將NXT主機與Android手機進行藍牙配對（註2），完成之後就可以把機器人放到一邊了，啟動藍牙之後您可以從NXT主機的螢幕左上角看到藍牙的符號。

接下來依序介紹程式的各個功能：

STEP1  登入畫面：

首次進入程式的畫面如圖2a，這時觸控板被隱藏起來了，只有 [連線]按鈕可以按，其它所有按鈕都無法操作。點選[連線]按鈕後進入藍牙裝置清單（圖2b），請找到剛剛配對完成的NXT主機名稱（本範例為abc），點選之後就會由Android裝置對NXT主機發起藍牙連線。順利連線成功的話，就可以看到兩個黃色的觸控板出現了，還有可愛的CAVE小圖案（圖2c）。

圖2a（左）  程式首次執行的畫面

圖2b（中）  點選連線按鈕後進入藍牙裝置清單

圖2c（右）  連線成功後出現觸控板

STEP2  程式初始化：

接著是在程式初始化（Screen1.Initialize事件）時，將NXTList清單指定為藍牙配對裝置清單（圖3a）。在連線之前之所以無法看到黃色觸控板，是因為我們先將它隱藏起來了，要等到連線成功之後（圖3b）才會顯示觸控板，原本無法按下的「停止」、「Orientation ON」以及「斷線」等按鈕這時也都可以操作了。

圖3a  指定藍牙配對裝置清單並隱藏觸控板。

圖3b  連線成功後開啟觸控板。

STEP3  根據方位感測器來旋轉CAVE小圖案：

本次程式多了一個附加功能，就是讓CAVE小圖案根據手機的指向來轉動，這是藉由擷取Android裝置上的方位感測器（Orientation sensor）的Z軸數值所完成的。只要方位感測器的值發生變化，azimuth這個變數就會自動更新，我們將它指定為CAVE小圖案的指向欄位就可以了（ImageSprite_L.Heading與ImageSprite_R.Heading）。

圖4  根據方位感測器值來改變小圖案指向。

STEP4  計算馬達電力：

我們使用了兩個Canvas，分別控制機器人的左右兩顆馬達。由於兩側的觸控程式概念是相同的，在此僅說明左側的Canvas_L.Dragged拖拉事件：

1.將Lpower設為(150-CurrentY) / 150，CurrentY就是觸控點的Y座標，Canvas的高度為300像素，這樣一來當手指頭在畫布中央時，Lpower為0，向上移動為正，向下則為負。接著將Lpower數值顯示在標籤LabelB上。

2.使用ImageSprite.MoveTo指令，將XY欄位指定為20與CurrentY-30，這樣就能用手指拉著可愛的CAVE小圖案走。CurrentY-30的原因是因為CAVE小圖案的尺寸為60 x 60，需要30像素的修正量。

注意：由於本範例只使用觸控點的Y軸向變化，因此將X欄位固定為20，即便您左右移動姆指，CAVE小圖案也不會移動。

3.最後將B馬達電力指定為Lpower變數值就可以了，這樣當我們在黃色觸控板上移動左手拇指時，B馬達就會轉動，向上移動為正轉，向下則為反轉，手指頭離螢幕中心愈遠轉愈快。

圖5a  左側Canvas.Dragged拖拉事件。

圖5b  右側Canvas.Dragged拖拉事件。

注意：在右側拖拉事件中我們多使用了一個ceiling四捨五入指令，將計算結果直接取整數。您可以從圖9a~圖9c中看到沒有使用ceiling指令的Lpower值是會有小數點的，Rpower則無小數點。

STEP5  開/關方位感測器

覺得CAVE小圖案轉來轉去有點頭暈嗎？新增一個Button_Orientation按鈕來開/關方位感測器（OrientationSensor1.Enabled指令），一旦方位感測器被關閉之後，小圖案就會自動歸正（Heading欄位設為0）。請注意，在此我們只是設定方位感測器是否可用，您還是可以拉動CAVE小圖案來控制機器人。

圖6a  藉由Button_Orientation按鈕來開關方位感測器。

圖6b  方位感測器開，CAVE小圖案會根據手機指向而轉動。

圖6c  方位感測器關，CAVE小圖案自動歸正。

STEP6  按下停止按鈕：

按下[停止]按鈕之後，會執行三件事：1. 停下機器人；2. 將標籤數值歸零以及3. 使兩個CAVE小圖案歸位。

圖7  按下停止按鈕停下機器人並使ImageSprite歸位。

STEP7  斷線：

按下[斷線]按鈕之後，會中止藍牙連線（BluetoothClient.Disconnect指令），並使按鈕恢復到未連線時的狀態，黃色的觸控板也看不到了。這時候您可以再次發起連線。

圖8  按下[斷線]按鈕時中斷藍牙連線。

操作：

實際執行的時候，請先確認NXT已經開機且藍牙也啟動了。接著在您的Android裝置上點選程式畫面中的「連線」按鈕，會進到如圖2a的藍牙清單畫面，點選NXT主機名稱連線成功後就會出現兩個黃色觸控板。分別在畫面上移動左右拇指就會讓機器人動起來了，操作方式相當直覺，您一定會喜歡。從觸碰板下方的標籤看到左右馬達的電力值，範圍是-100~100之間。操作過程中您可以隨時點選Button_Orientation按鈕來開關方位感測器。

圖9a  兩個姆指同時往上，機器人前進（方位感測器關閉）。

圖9b  兩個姆指同時往下，機器人後退（方位感測器開啟）。

圖9c  兩個姆指左下右上，機器人原地右轉（方位感測器開啟）。

絕大部分的Android裝置都有多點觸碰的功能，因此我們特別以兩次專欄來介紹如何以單點與雙點來控制樂高機器人的動作。雙點觸控其實只取個別觸控點的Y軸變化，因此程式結構上是比較簡單的。本範例另外新增了方位感測器來使CAVE小圖案跟著手機指向旋轉，我們也可以使用Android手機上的感測器來控制機器人，請繼續注意CAVE的機器人專欄唷！

歡迎大家從這連結下載本程式來玩玩看

或掃描以下的QRCode也可以唷！更多有趣的機器人app請在Google Play搜尋「CAVE教育團隊」就找得到了。

註1：機器人運動方向有可能因為車頭指向而和程式設定相反，只要將左右馬達電線互換即可。

註2：將Android手機設定為可安裝非Market下載的程式以及讓手機與樂高NXT主機連線等說明請參考連結。

註3： 與NXT連線後如果出現[Error 402]之錯誤訊息請不必理會，程式依然能正確執行。

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版2012/9月號