輕鬆使用Android裝置控制樂高機器人：單點觸控

2012/06/26 |

科技能源

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暑假何處去？一起來玩機器人吧！本期CAVE的App Inventor機器人專欄要教您如何利用Android手機的觸碰面板來控制樂高機器人，控制起來超順暢。快亮出您的手機和手指吧！本次範例首先透過atan反正切函數將觸控點座標推算回與X軸夾角之後，再分別使用sin與cos函數轉換為左右馬達電力，您可清楚體驗不同的手指位置對於機器人動作的影響。

首先請把NXT 機器人準備好（圖1），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，啟動藍牙之後你可以從NXT 主機的螢幕左上角看到藍牙的符號。

圖1 樂高NXT 機器人組裝範例。

接下來依序介紹程式的各個功能：

STEP1：

首次進入程式的畫面如圖2a ，你可以看到只有「NXT 裝置清單/ 連線」按鈕可以按，「斷線」按鈕則無法按下。點選「連線」按鈕後進入藍牙裝置清單（圖2），連線成功就可以看到黃色的觸控面板出現了。

圖2 程式首次執行的畫面→點選連線按鈕後進入藍牙裝置清單→連線成功後出現觸控面板

STEP2：

接著是將ListPickerConnect 清單指定為藍牙配對裝置清單（圖3），點選「連線」按鈕之後，會進入Android 裝置的藍牙連線清單（圖2），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。

圖3 ListPickerConnect 清單內容指定為藍牙配對裝置清單。

STEP3：

本次程式的關鍵在於Animation 的ImageSprite 動畫精靈元件。它可根據我們手指頭拖拉而移動，也可以根據手機上Orientation sensor 的傾斜狀況來移動。或者可自行設定它的速度（speed）與指向（heading）欄位

來完成一個打磚塊遊戲（註3）。

如果要用手指頭拉動Imagesprite元件效果，需把它放在Canvas 畫布元件中，接著根據Canvas.Dragged事件回傳的座標來移動它的位置。ImageSprite 可讓你自由上傳圖檔做為其背景圖片，不過別上傳太大的圖啊，把畫面占滿就不好玩了。請在ImageSprite 的Picture 欄位點選「Add⋯」按鈕上傳圖片即可（圖4）。

圖4 上傳ImageSprite 背景圖檔。

STEP4：

程式主要執行區在於Canvas.Dragged 拖拉事件。我們分段說明：

1 . 使用Ima g eSp r i t e .Mo v e To 指令，將XY欄位指定為CurrentX與CurrentY，這樣就能用手指拉著可愛的CAVE小圖走。

2. 在標籤Label上顯示XY座標，由於Canvas 的原點位於左上角，所以我們需要平移160像素才能把原點移到畫布中心。除以1.6是轉換成百分比以利後續的馬達電力換算。

3. 接下來是兩個重要的變數X與Y：

• 變數X為觸碰點與X軸的夾角θ 公式為atan(y/x) – 45。atan是反正切函數，可由y/x反推出夾角θ 。

• 變數Y為觸碰點與螢幕中心的距離，公式為√((x^2) + (y^2))。距離愈遠跑愈快，樂高NXT機器人的馬達電力範圍為100（正向全速旋轉）到-100（反向全速旋轉），數值超過上下限則就限制在100或-100。

4.最後將B馬達電力指定為sin(x)*y，C馬達電力指定為cos(x)*y。

大功告成，擦擦汗吧！

圖5 Canvas.Dragged 拖拉事件，程式主執行區。

STEP5：

按下「停止」按鈕之後，會執行三件事：1. 使ImageSprite 歸位；2. 停下機器人以及3. 將畫面數值歸零。由於ImageSprite 圖案尺寸為30×30像素，所以我們需將Canvas 畫布尺寸160 再減掉15 得出145 才會使ImageSprite 回到畫面正中間。

STEP6：

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，黃色的觸控面板也看不到了。這時候你可以再次發起連線。

圖6 按下停止按鈕停下機器人並使ImageSprite歸位。

圖7 按下「斷線」按鈕時中斷藍牙連線。

STEP7：

實際執行的時候，請先確認NXT已經開機且藍牙也啟動了。接著在你的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觸控面板。快亮出你的手指頭來控制機器人吧。沿著畫面中心上下（Y 軸）拉動手指會讓機器人前進或後退；左右拉動（X 軸）則是原地左右轉。你可以從停止按鈕上的兩個數字看到ImageSprite 的XY 座標。

圖8 手指往左上方拖動時，機器人向左前方前進。／手指往右下方拖動時，機器人向右後方後退。

就本團隊的教學經驗而言，本範例是結合三角函數的絕佳範例。在筆者高中時期，三角函數只是生硬的公式，不過就是背背sin2θ 與sinθ 之間的關係式，無法有實際的應用。但在機器人領域中，三角函數是相當重要的技巧，可讓機器人用來定位、推算方位角等等。相信你在練習過本範例之後，對於三角函數的應用以及角度與數值之間的關係都會非常清楚唷！