描述

您是否注意到孩子們?cè)谄聊磺巴Ａ舻臅r(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)？如今，大多數(shù)兒童內(nèi)容，無(wú)論是教育性的還是娛樂(lè)性的，都是通過(guò)屏幕傳遞的。

MoonBot 套件是一種教育機(jī)器人套件，可用于構(gòu)建多個(gè)機(jī)器人。我用有臉的那個(gè)來(lái)給 QuizBot 編程，原因很明顯。它是三者中更友善的機(jī)器人。

讓我們看看人形 MoonBot 可以使用哪些可編程交互元素。

• 視覺(jué)傳感器 - 可以檢測(cè)人和讀取數(shù)字卡
• LED 眼睛 - 12 個(gè) RGB 彩色 LED 可以單獨(dú)編程以顯示各種表情（超過(guò) C-3PO）
• 兩個(gè)觸摸傳感器耳朵 - 用于基于觸摸的交互
• 揚(yáng)聲器 - 播放各種聲音和問(wèn)題的任何 mp3 文件
• 控制器 LED - 兩個(gè) RGB 狀態(tài) LED
• 控制器蜂鳴器 - 非常適合讀卡確認(rèn)
• 1 頭伺服 - 上下移動(dòng)頭部以將注意力集中在您身上。
• 2 臂伺服 - 左右手臂上下移動(dòng)以生成伴隨語(yǔ)音的手勢(shì)
• 坦克底座 - 左右腳踏馬達(dá)可以讓 MoonBot 移動(dòng)和跳舞

這是 MoonBot 手冊(cè)中的圖表，用于顯示不同的傳感器和執(zhí)行器

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我的總體計(jì)劃是這樣的：

• 使用 MoonBot 的 mp3 揚(yáng)聲器為孩子們提供測(cè)驗(yàn)問(wèn)題
• 使用其他照明和運(yùn)動(dòng)部件使機(jī)器人盡可能友好
• 使用 MoonBot 基于視覺(jué)的卡片識(shí)別來(lái)閱讀孩子們的答案
• 在 MoonBot 上編寫(xiě)其他邏輯來(lái)隨機(jī)排列問(wèn)題、處理答案并為孩子們提供測(cè)驗(yàn)的最終分?jǐn)?shù)

識(shí)別卡

MoonBot套件自帶一套識(shí)別卡，可以被MU視覺(jué)傳感器檢測(cè)到。我會(huì)用數(shù)字卡來(lái)代表測(cè)驗(yàn)問(wèn)題中的 4 個(gè)選擇。為了便于抓握，我在每張卡片的背面添加了一個(gè)樂(lè)高橫梁。

附有樂(lè)高圣光束的MoonBot識(shí)別卡

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發(fā)聲器

我們需要為不同的測(cè)驗(yàn)問(wèn)題生成相當(dāng)多的 mp3 文件。我通過(guò)在 MacOS 上使用文本到語(yǔ)音功能來(lái)做到這一點(diǎn)。基本上，這個(gè)方便的功能允許您將任何文本轉(zhuǎn)換為可用于許多不同項(xiàng)目的聲音文件。

您需要考慮的一件事是您的機(jī)器人應(yīng)該使用哪種聲音。MacOS 提供許多不同的聲音，男性或女性，美國(guó)或英國(guó)或外國(guó)。經(jīng)過(guò)一些測(cè)試，我習(xí)慣了“湯姆”的聲音，聽(tīng)起來(lái)足夠響亮和清晰。

MacOS 中的文本轉(zhuǎn)語(yǔ)音對(duì)話窗口

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你從 MacOS 聽(tīng)到的聲音大多是成年人。為了讓聲音更可愛(ài)一些，我做了一些后期處理。我使用 Audacity 提高聲音的音調(diào)，并將其從 m4v 轉(zhuǎn)換為 mp3，這是 MoonBot 揚(yáng)聲器模塊接受的唯一格式。

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這是我生成的聲音列表。MoonBot 揚(yáng)聲器模塊使用聲音文件名的前 4 個(gè)字母來(lái)查找該聲音。所以我用 4 個(gè)字母的標(biāo)識(shí)符來(lái)組織文本。

• 問(wèn)題：?jiǎn)栴}
• STAR：大家好，我是問(wèn)答機(jī)器人。觸摸我的耳朵開(kāi)始。
• 答：正確答案是……
• 偉大：干得好！你已經(jīng)完成了這個(gè)測(cè)驗(yàn)。
• SOFU：這太有趣了。
• NEWQ：要開(kāi)始新的測(cè)驗(yàn)，請(qǐng)同時(shí)觸摸我的雙耳。
• SCOR：你的分?jǐn)?shù)是
• 休息：觸摸我的雙耳以重新開(kāi)始
• NM00：零
• NM01:一個(gè)
• NM02：兩個(gè)
• NM03:三
• NM04:四
• NM05:5
• NM06:6
• NM07：七
• NM08:八
• NM09:九
• NM10:十
• NM11:十一
• NM12：十二
• YS01：是的。
• YS02：你說(shuō)得對(duì)。
• YS03：干得好。
• NO01：不！
• NO02：對(duì)不起。
• NO03：錯(cuò)了。
• 問(wèn)題：QZ01 – QZ48
• 答案：QA01 – QA48

除了問(wèn)題和答案之外，這些聲音資源還包括運(yùn)行測(cè)驗(yàn)時(shí)常用的術(shù)語(yǔ)。揚(yáng)聲器模塊有一個(gè) USB-C 連接器，可以將其插入計(jì)算機(jī)，然后會(huì)出現(xiàn)一個(gè) USB 驅(qū)動(dòng)器來(lái)保存所有聲音文件。請(qǐng)注意，揚(yáng)聲器模塊有 128 個(gè) mp3 文件的限制，因此您需要?jiǎng)h除其上的所有原始聲音文件并將此設(shè)置復(fù)制到模塊。將聲音文件復(fù)制到其他地方，以便恢復(fù)原始聲音。

MoonBot 揚(yáng)聲器模塊的一個(gè)好處是它可以獨(dú)立更新。這意味著您可以替換整個(gè)問(wèn)題和答案部分，而無(wú)需更改任何代碼。

運(yùn)行測(cè)驗(yàn)的軟件

MoonBot 上的軟件具有三個(gè)任務(wù)：

• 處理不同的傳感器輸入
• 協(xié)調(diào)所有運(yùn)動(dòng)和燈光效果
• 運(yùn)行測(cè)驗(yàn)邏輯

為了更好地組織程序，我使用一個(gè)簡(jiǎn)單的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖來(lái)展示測(cè)驗(yàn)的流程

QuizBot 的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

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該圖也對(duì)應(yīng)于程序的主循環(huán)實(shí)現(xiàn)，我是這樣混合拖放代碼的：

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我使用一個(gè)名為“狀態(tài)”的全局變量來(lái)跟蹤測(cè)驗(yàn)的當(dāng)前狀態(tài)。在不同的狀態(tài)下，將調(diào)用不同的函數(shù)來(lái)執(zhí)行該狀態(tài)下的操作。根據(jù)狀態(tài)圖，從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的任何轉(zhuǎn)換都將涉及“狀態(tài)”變量到該狀態(tài)的更改以及當(dāng)前函數(shù)的返回。返回后，主循環(huán)中的 switch 塊可以將程序引導(dǎo)到新的狀態(tài)。

在繼續(xù)介紹每個(gè)狀態(tài)函數(shù)之前，我想簡(jiǎn)要談?wù)勔恍┰敿?xì)的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

• 為了讓測(cè)驗(yàn)機(jī)器人每次都呈現(xiàn)不同的測(cè)驗(yàn)問(wèn)題，引入了問(wèn)題的隨機(jī)化。我準(zhǔn)備了 48 個(gè)不同的測(cè)驗(yàn)問(wèn)題，機(jī)器人會(huì)隨機(jī)選擇 12 個(gè)。
• 為了防止隨機(jī)數(shù)生成器在測(cè)驗(yàn)期間產(chǎn)生樣本數(shù)，這將導(dǎo)致機(jī)器人重復(fù)相同的問(wèn)題，必須使用重復(fù)數(shù)據(jù)刪除過(guò)程來(lái)刪除這些重復(fù)項(xiàng)。
• 我的目標(biāo)是創(chuàng)建一次程序并重新使用它來(lái)玩不同的測(cè)驗(yàn)，而無(wú)需再次觸及任何代碼。為此，我需要為將來(lái)的任何測(cè)驗(yàn)問(wèn)題修復(fù)每個(gè)問(wèn)題的答案。為此，我對(duì)測(cè)驗(yàn)的格式添加了一些限制，例如要求問(wèn)題始終有 4 個(gè)答案。48道題，前12題答案為“1”，后12題答案為“2”，以此類(lèi)推。

初始化月球機(jī)器人

QuizBot 的設(shè)置塊

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在初始化代碼中，我聲明了“狀態(tài)”變量以及一些用于設(shè)置每個(gè)狀態(tài)的常量變量。初始化的傳感器和執(zhí)行器是：

• 觸摸傳感器
• 坦克基地
• 視覺(jué)傳感器
• LED 眼睛
• 控制器 LED
• 揚(yáng)聲器
• 三舵機(jī)

啟動(dòng)函數(shù)

開(kāi)始功能循環(huán)運(yùn)行，以提示任何用戶通過(guò)觸摸左耳來(lái)開(kāi)始測(cè)驗(yàn)。它還運(yùn)行人員跟蹤算法，使其始終轉(zhuǎn)向人。

啟動(dòng)函數(shù)

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測(cè)驗(yàn)功能

測(cè)驗(yàn)功能通過(guò)播放 12 個(gè)隨機(jī)問(wèn)題循環(huán)運(yùn)行整個(gè)測(cè)驗(yàn)，從用戶那里讀取結(jié)果。根據(jù)結(jié)果??正確與否，它也會(huì)反饋給用戶。

問(wèn)答功能

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測(cè)驗(yàn)完成后，它將狀態(tài)轉(zhuǎn)換為 STATE_RESULT。

結(jié)果函數(shù)

結(jié)果函數(shù)將向用戶顯示分?jǐn)?shù)，如果分?jǐn)?shù)足夠高（9 或更高），機(jī)器人將跳一段短舞。

結(jié)果函數(shù)

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如果檢測(cè)到雙耳被觸摸，result 函數(shù)將退出，并將狀態(tài)更改回 Start 函數(shù)。

其他重要功能

我還將展示一些對(duì)運(yùn)行程序很重要的其他功能。首先是 TrackingPeople 功能，它試圖通過(guò)調(diào)整頭部伺服和電機(jī)將人物保持在相機(jī)的中心。

跟蹤人員功能

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二是ReadResult函數(shù)，利用視覺(jué)傳感器讀取用戶出示的卡片結(jié)果。

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第三個(gè)是 GetRandomNoDupe 函數(shù)，它負(fù)責(zé)隨機(jī)選擇以前沒(méi)有選擇的新測(cè)驗(yàn)索引。請(qǐng)注意，您必須記住所有以前的問(wèn)題索引才能進(jìn)行“去重復(fù)”。

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當(dāng)然，還有比我這里展示的更多的功能，我會(huì)把所有的功能都給一個(gè)截圖。整個(gè)代碼區(qū)比我的29寸超寬屏還要大:)

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各個(gè)功能的詳細(xì)介紹請(qǐng)查看附件中的mixly代碼。隨意修改代碼以自定義交互。

用你自己的測(cè)驗(yàn)構(gòu)建 QuizBot

如果您只想自定義問(wèn)題，則無(wú)需更改任何代碼。只需刷入我的代碼并更新?lián)P聲器模塊中的問(wèn)題 MP3。如果你想改變問(wèn)題的數(shù)量，你只需要在 RunQuiz 和 GetRandomNoDupe 函數(shù)中修改幾個(gè)數(shù)字就可以了。