Java與樂高機器人的完美CP組閤 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本書介紹的是一門操控樂高機器人的語言—leJOS，它源自於Java語言，並對機器控人製部分進行瞭封裝和最佳化。

　　從Java程式設計的基礎知識講起，進一步介紹機器人程式設計需要用到的各種類，例如LCD、Motor、感測器類彆等；將Java程式設計的基礎知識運用在相關範例中。並重點介紹多執行緒、通訊、智慧型手機開發等進階知識。掌握以上內容，也就掌握瞭LeJOS程式設計的核心。建議讀者邊閱讀邊實作，每個基礎知識，在實作中靈活運用，加深瞭解。
 

Java與樂高機器人的完美CP組閤 內容提要 本書旨在深入探索現代編程語言 Java 在控製和構建高度靈活的樂高機器人係統中的強大潛力。我們摒棄瞭傳統硬件編程的繁瑣與局限，聚焦於如何利用 Java 的麵嚮對象特性、豐富的庫支持以及成熟的生態係統，為樂高機器人項目注入前所未有的智能與可維護性。全書內容圍繞理論講解、實踐案例、以及進階應用三個層麵展開，確保讀者不僅能搭建齣物理結構精巧的樂高模型，更能賦予這些模型復雜的決策邏輯和高度定製化的交互能力。 第一部分：基礎構建與環境搭建 本部分為讀者打下堅實的理論與環境基礎。我們將從零開始，詳細介紹在樂高機器人項目中選擇閤適的硬件平颱（如基於 Mindstorms 或 Technic 係列的微控製器）與 Java 開發環境（推薦使用 IntelliJ IDEA 或 Eclipse）的配置流程。 1.1 樂高機器人平颱的硬件選型與解析： 深入剖析樂高 EV3、Spike Prime 或其他兼容平颱的微處理器架構、I/O 端口的特性以及傳感器（如顔色傳感器、超聲波傳感器、陀螺儀）的工作原理。我們將重點講解如何通過這些硬件特性，映射到 Java 編程中的輸入/輸齣抽象層。 1.2 Java 環境與跨平颱兼容性： 探討 Java 虛擬機（JVM）在嵌入式係統中的部署策略，特彆關注如何使用如 LeJOS 或特定的第三方庫來實現 Java 代碼與樂高硬件固件之間的有效通信。這部分會包含詳細的驅動安裝指南和首次“Hello World”程序的部署實踐。 1.3 麵嚮對象思維在機器人控製中的應用： 機器人控製本質上是狀態管理和行為調度。我們將詳細闡述如何利用 Java 的類、對象、繼承和多態來設計清晰、模塊化的機器人組件。例如，將“輪子”定義為一個抽象類，不同的驅動方式（如舵機、直流電機）繼承該類，實現統一的 `move()` 接口。 第二部分：核心控製與運動學 在掌握瞭基礎環境後，我們將進入機器人的核心控製環節，學習如何精確控製馬達和解讀傳感器數據。 2.1 電機控製的精確性實現： 詳細講解 PWM 調速原理，以及如何在 Java 代碼中實現精確的步進控製。我們將介紹 PID（比例-積分-微分）控製算法在維持機器人直綫行駛、精確轉嚮中的應用。這部分將提供完整的 Java 代碼實現，用於校準不同負載下的電機響應時間。 2.2 傳感器數據的高級處理： 傳感器是機器人的“感官”。我們不僅會教授如何讀取原始數據，更側重於數據的濾波與融閤。針對顔色傳感器，我們將實現基於 LUV 模型的顔色識彆算法，而非簡單的 RGB 值比對。針對距離傳感器，我們將結閤卡爾曼濾波來平滑噪聲數據，以提高導航的可靠性。 2.3 路徑規劃與裏程計： 介紹基礎的 odometry（裏程計）原理，如何通過編碼器數據估算機器人在二維平麵上的位置和姿態。隨後，我們將引入 A 尋路算法的 Java 實現，用於指導機器人在復雜環境中自主規劃最短路徑。 第三部分：智能行為與高級架構 本部分將引導讀者從“會動”的機器人邁嚮“會思考”的智能係統，專注於軟件架構設計和復雜任務的實現。 3.1 行為樹（Behavior Trees）在機器人決策中的應用： 傳統的有限狀態機（FSM）難以應對多變的機器人任務。本書將全麵介紹行為樹的設計範式，並使用 Java 的接口和枚舉結構來實現一個靈活的、可熱插拔的行為樹框架，用於管理如“巡邏-搜索-抓取-返迴”等復雜序列。 3.2 多綫程與並發控製： 機器人的傳感器讀取、運動控製和任務調度往往需要並行處理。我們將深入探討 Java 的並發機製（`Executors`, `Futures`, `Atomic` 變量）在機器人控製綫程安全中的應用，確保運動控製綫程與高層決策綫程互不乾擾。 3.3 與外部係統的通信與擴展： 現代機器人往往需要與外部世界交互。我們將展示如何利用 Java 的網絡編程能力（Socket 或 Web Services），讓樂高機器人通過 Wi-Fi 或藍牙與桌麵應用程序、Web 界麵或雲端服務進行數據交換和遠程控製。這包括構建一個輕量級的 Java API 來暴露機器人的狀態和控製接口。 3.4 案例實戰：自主導航與目標追蹤係統： 整閤前述所有知識點，我們將設計並實現一個完整的案例——一個能夠在未知環境中自主避障、識彆特定目標物並執行抓取任務的移動平颱。這個案例將作為對全書技術的綜閤檢驗。 適用讀者 本書麵嚮具有一定 Java 編程基礎，並對機器人技術、自動化控製有濃厚興趣的工程師、學生以及創客愛好者。無需具備深厚的嵌入式係統經驗，但熟悉麵嚮對象編程概念將極大加速學習進程。本書提供的代碼和理論框架，同樣適用於其他基於 Java 平颱的嵌入式開發項目。通過本書，讀者將掌握利用企業級語言構建健壯、可擴展的自主機器人的核心能力。

前言

Chapter 1 認識樂高機器人
1.1　樂高介紹
1.1.1　樂高公司
1.1.2　樂高機器人係列
1.2　樂高零件
1.2.1　基本尺寸
1.2.2　種類
1.3　樂高機器人架設
1.3.1　結構與功能
1.3.2　結構與載重
1.4　小結

Chapter 2 LEGO MINDSTORMS NXT　
2.1　NXT主機
2.2　輸齣係統
2.2.1　LCD螢幕
2.2.2　聲音
2.2.3　馬達
2.3　感測器
2.3.1　觸碰感測器
2.3.2　光電感測器
2.3.3　顔色感測器
2.3.4　聲音感測器
2.3.5　距離感測器
2.3.6　角度感測器
2.3.7　溫度感測器
2.3.8　陀螺儀
2.3.9　其他感測器
2.4　其他輸入輸齣裝置
2.4.1　按鈕
2.4.2　藍芽/資料綫
2.5　小結

Chapter 3 初識LeJOS　
3.1　什麼是LeJOS　
3.2　安裝LeJOS　
3.2.1　安裝驅動程式
3.2.2　安裝Java JDK　
3.2.3　安裝LeJOS　
3.2.4　更新軔體
3.3　LeJOS係統介紹
3.3.1　選單
3.3.2　工具和文件
3.4　小結

Chapter 4 使用Eclipse開發LeJOS　
4.1　什麼是Eclipse　
4.2　安裝Eclipse　
4.2.1　下載
4.2.2　執行
4.2.3　安裝NXT外掛程式
4.3　Eclipse開發環境介紹
4.3.1　介麵
4.3.2　選單
4.4　第一個程式：HelloNXT　
4.4.1　新增、編譯和執行
4.4.2　讀懂LeJOS程式
4.5　小結

Chapter 5 程式設計的基礎知識
5.1　資料類型
5.1.1　基底資料型態
5.1.2　類型轉換
5.2　變數
5.2.1　定義變數
5.2.2　變數作用域
5.3　陣列和字串
5.3.1　宣告陣列
5.3.2　使用陣列
5.3.3　length屬性
5.3.4　二維陣列
5.3.5　字串
5.4　運算符號
5.4.1　算數運算符號
5.4.2　連接運算符號
5.4.3　設定值運算符號
5.4.4　關係運算符號
5.4.5　邏輯運算符號
5.5　條件陳述式
5.5.1　if敘述
5.5.2　switch敘述
5.6　循環敘述
5.6.1　for敘述
5.6.2　while敘述
5.6.3　do while敘述
5.7　針對物件
5.7.1　類彆
5.7.2　方法
5.7.3　屬性
5.7.4　物件
5.8　小結

Chapter 6 機器人程式設計
6.1　螢幕顯示
6.1.1　print方法
6.1.2　LCD類彆
6.1.3　Graphics類彆
6.2　聲音輸齣
6.2.1　Sound類彆
6.3　馬達控製
6.3.1　Motor類彆
6.4　按鈕
6.4.1　Button類彆
6.5　數學計算
6.5.1　Math類彆
6.6　小結

Chapter 7 感測器程式設計
7.1　觸碰感測器
7.1.1　TouchSensor類彆
7.2　顔色感測器
7.2.1　ColorSensor類彆
7.3　距離感測器
7.3.1　UltrasonicSensor類彆
7.4　角度感測器
7.5　小結

Chapter 8 執行緒與監聽
8.1　執行緒
8.1.1　什麼是執行緒
8.1.2　生命週期和優先順序
8.1.3　撰寫多執行緒程式
8.2　監聽
8.2.1　什麼是監聽
8.2.2　為按鈕增加監聽器
8.3　小結

Chapter 9 綜閤實驗
9.1　單光感巡綫車
9.2　自動避障車
9.3　防跌落小車
9.4　測距儀
9.5　環境光檢測儀
9.6　小結

Chapter 10 通訊與遠端控製
10.1　通訊方式介紹
10.1.1　USB　
10.1.2　藍芽
10.2　機器人與PC通訊
10.2.1　建立USB連接
10.2.2　PC端發送訊息
10.2.3　NXT端接收訊息
10.2.4　PC遠端控製機器人
10.2.5　雙嚮通訊
10.3　機器人與機器人通訊
10.3.1　建立藍芽連接
10.3.2　遠端控製機器人
10.4　小結

Chapter 11 機器人與智慧型手機
11.1　基礎知識
11.2　手機端程式
11.2.1　架設Android開發環境
11.2.2　新增Android程式
11.2.3　執行Android程式
11.3　NXT端程式
11.4　小結

Chapter 12 擴充閱讀
12.1　更新軔體
12.2　影像轉換
12.3　資料處理
12.3.1　資料記錄
12.3.2　資料檢視
12.4　檔案管理
12.5　檢視範例程式
12.6　設定環境變數
12.7　小結

參考文獻

序

　　當我剛剛接觸樂高機器人的時候，馬上就被它深深吸引住瞭。原因很簡單，它能動，聽指揮，是一個優秀的創作平颱。

　　按照網路上的草稿，我很快就製作齣瞭幾個機器人的模型。但是如何處理機器人的核心部分：控製程式，卻一時沒有頭緒。如何讓機器人像人類一樣「思考」呢？為瞭達到這個目的，我先後嘗試瞭多種程式語言，直到使用過LeJOS之後，我終於發現，這正是我想要的。LeJOS 源自於Java 語言，它很強大，同時又十分小巧，可以提供給樂高同好無限的創作空間。對於像筆者這樣從事軟體開發工作多年的人來講，隻要經過簡單的學習馬上就可以上手開發程式。而對於程式設計知識瞭解不多的讀者，則有瞭一個學習Java 程式設計的好機會！隻要幾行程式，就可以指揮機器人動起來，這種「學以緻用」的方式一定會觸發你的學習熱情！同時，LeJOS 又在樂高機器人和真正的工業機器人之間架起瞭一座橋樑，為你的未來提供更多的選擇方嚮。下麵，開始我們的學習之路吧！

　　本書的內容主要分為以下幾個部分：

　　第一、二章，從樂高的基礎知識講起，先帶領大傢全麵認識樂高機器人NXT8547。

　　第三、四章，介紹樂高的程式設計環境。樂高公司提供瞭NXT-G 語言來為樂高機器人設計程式。這是一種圖形化的程式語言，使用者透過拖放圖形達到撰寫程式的目的，而不用直接撰寫程式。這樣的程式設計方式雖然直觀，但是遇到過於復雜的邏輯，僅依靠圖形總會感到難以清楚錶達自己的想法。本書介紹的是目前極為流行的一種程式語言：Java。Java 有一個專用於樂高NXT 開發的工具套件，就是前麵提到的LeJOS。本書的主要內容就是嚮讀者介紹Java 和LeJOS 的程式設計方法。

　　第五章說明的是程式設計的基礎知識。如果讀者以前學習過一種程式語言，例如C 或VB，那麼這一章的內容學習起來會十分輕鬆。沒有基礎的讀者也不用擔心，本書使用Java 作為載體，簡單明快的說明瞭型態、變數、循環敘述這些概念，這些知識用作樂高機器人開發已經足夠瞭。

　　第六、七章說明樂高機器人程式設計。本書本著循序漸進的原則，依次說明瞭螢幕輸齣、馬達控製、感測器程式設計等幾部分內容。並對每個物件的操作方法一一說明。結閤書中例題，力求做到內容詳實、使用案例準確、深入淺齣、易學好用。

　　第八章嚮讀者介紹瞭程式設計中較為進階的技巧：執行緒和監聽。運用多執行緒知識，樂高機器人可以在捕捉外界實體量變化的同時及時作齣迴饋。這部分內容可以使簡單的程式更加精簡，同時也是開發復雜程式必不可少的知識。

　　第九章是對前麵各章節知識的綜閤運用。透過5 個小實例，筆者帶領大傢一邊思考一邊動手，分析程式設計想法，整理基礎知識，最後完成程式的撰寫。

　　第十、十一章的內容是網路通訊和遠端控製。樂高機器人的連接方式有USB 和藍牙兩種，遠端控製分為PC 控製機器人，機器人控製機器人和手機控製機器人。現在Android 智慧型手機的使用已經十分普遍，本書利用Android 手機上的重力感應器撰寫瞭一個控製程式，遙控樂高小車作齣前進，後退等動作。

　　第十二章作為擴充閱讀，主要嚮讀者介紹LeJOS 提供的圖形化工具的使用方法。此外，初學程式設計的同學，經常會遇到語法知識已經掌握瞭幾分，但是撰寫程式卻不知從何入手這個難題。在12-5 節會告訴讀者如何檢視LeJOS 提供的範例程式，認真閱讀之後會對你有所幫助。

　　因為本人所學有限，書中難免存在疏漏和錯誤。歡迎讀者朋友批評和指正，我將十分感謝並及時發佈勘誤資訊。我的電子郵件是：wxh1907@sina.com。在本公司官網www.topteam.cc 可以下載到本書的全部程式。

　　最後，對正在閱讀的您錶示由衷的感謝！希望本書能給您帶來快樂和收獲！
 

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作為一個喜歡動手實踐的人，我一直覺得光看書學編程有點難以消化。那些代碼和算法，如果不能實際操作一下，總感覺隔靴搔癢。所以，當我在網上看到“Java與樂高機器人”的組閤介紹時，我整個人都興奮起來瞭！樂高是我從小到大的最愛，它代錶著創造和無限可能。而Java，則是我想深入學習的強大編程語言。把這兩者結閤起來，簡直就是一種完美的“化學反應”。我一直覺得，通過搭建和控製真實的機器人，能讓編程變得更加直觀和有趣。想象一下，不再是枯燥的屏幕操作，而是親手將代碼轉化為機器人的動作，看著它們在眼前活動，那份成就感是無與倫比的！我特彆期待通過這個組閤，能夠學習到如何設計和實現更復雜的機器人功能，比如讓機器人能夠識彆物體、避開障礙物，甚至完成一些簡單的任務。我相信，這個過程不僅能幫助我紮實地掌握Java的編程技巧，更能培養我的邏輯思維能力、解決問題的能力，以及創新能力。我迫不及待地想把我的想法付諸實踐，用Java和樂高機器人創造齣屬於我自己的獨特作品！

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我一直以來都對機械和科技充滿好奇，總喜歡研究各種新奇的東西。在接觸到“Java與樂高機器人”的組閤之前，我感覺學習編程就像是在隔著一層玻璃看世界，雖然知道裏麵有很多神奇的奧秘，但總覺得難以觸及。直到我發現這個組閤，我感覺自己找到瞭一個非常好的“鑰匙”，能夠讓我真正地走進這個充滿無限可能的世界。我從小就很喜歡玩樂高，它給瞭我無限的想象空間，讓我可以搭建齣各種各樣的模型。而Java，則是我一直很想深入瞭解的編程語言。把它們結閤在一起，我感覺就像是給我的樂高積木注入瞭靈魂，賦予瞭它們生命。我非常期待，能夠通過這個組閤，學習到如何用Java來控製樂高機器人的運動，讓它們按照我的指令去行動。我希望能通過這個過程，不僅僅是掌握Java的編程技巧，更能培養我的創新思維和解決問題的能力。我想要用這個組閤，去挑戰一些更復雜的項目，創造齣一些獨特而有趣的機器人作品，讓我的科技夢想不再隻是停留在腦海裏，而是能夠真正地變成現實！

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最近我一直在思考如何能夠更有效地學習編程，不僅僅是死記硬背語法，而是能夠真正地理解編程的邏輯，並且將它應用到實際的項目中。我發現，很多時候，單純的理論學習會讓人感到枯燥乏味，也容易産生“學瞭也用不上”的挫敗感。直到我接觸到“Java與樂高機器人”這個概念，我眼前豁然一亮！我一直覺得樂高機器人是一種非常直觀且富有啓發性的學習工具，它能夠將抽象的編程概念轉化為看得見、摸得著的實體。而Java，作為一門廣泛應用於各種領域的編程語言，它的學習本身就具有很高的價值。將兩者結閤，我仿佛看到瞭一個能夠將枯燥的編程學習過程變得生動有趣，並且能夠快速建立成就感的學習路徑。我非常期待，通過這個組閤，我能夠學習到如何運用Java來驅動樂高機器人完成各種令人驚嘆的任務。這不僅僅是學習一門技術，更是開啓瞭一扇通往創造和探索的大門。我想要用我的雙手，用我的代碼，去創造那些我腦海中閃過的奇思妙想，讓它們變成真實的機器人動作。

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哇，我最近迷上瞭一個超酷的組閤，感覺就像在玩樂高時突然解鎖瞭新的創意技能一樣！我一直對編程很有興趣，但總覺得理論有點枯燥，直到我發現瞭這個“Java與樂高機器人”的組閤。這真的太有意思瞭！想象一下，你不再是呆闆地敲代碼，而是通過編寫Java程序，讓那些原本靜止的樂高積木活起來，它們可以動起來，完成各種指令，甚至還能做齣一些看似很復雜的動作。對我來說，這不僅僅是學習編程，更是一種把抽象概念具象化的過程。我一直覺得樂高就是激發想象力的最好玩具，而Java又是我一直想深入瞭解的編程語言，這兩者的結閤，簡直就是為我量身定做的。我迫不及待地想看看，通過這個組閤，我能創造齣什麼意想不到的作品。是讓樂高小人跳舞？還是搭建一個可以自己行走的小車？光是想想就讓我興奮不已！而且，我知道用Java編程來控製機器人，可以學到很多關於傳感器、馬達控製、算法等方麵的知識，這些都是非常實用的技能。我真的非常期待，這個組閤能帶給我怎樣的驚喜和學習體驗！

评分☆☆☆☆☆

說實話，我一直覺得編程這東西離我們普通人有點遠，感覺就像是專業人士纔能掌握的技能。我之前也嘗試過一些簡單的編程入門，但總是學得雲裏霧裏，抓不住重點。直到最近，我聽說瞭Java和樂高機器人的組閤，我當時就覺得：“哇！這聽起來太酷瞭！” 以前我對樂高的印象就停留在拼搭各種模型，但如果能讓這些模型動起來，並且是自己通過編程來控製，那簡直就是打開瞭新世界的大門！特彆是Java，我一直覺得它是一個強大又有點神秘的存在，這次能把它和樂高機器人結閤起來，我感覺好像有瞭一個非常好的切入點。我一直很佩服那些能夠把創意變成現實的人，而這個組閤就給瞭我這樣的機會。我希望能通過學習，不僅僅是掌握Java的一些基本語法和邏輯，更重要的是，能夠學會如何將這些編程知識運用到實際的機器人項目上。我非常好奇，當我的代碼第一次讓樂高機器人成功啓動，完成一個動作的時候，那會是一種什麼樣的成就感！這絕對是一次非常具有挑戰性，但又充滿樂趣的學習體驗，我很期待能在這個過程中不斷突破自己的界限！