07夏令營教學分享

（2017/07/15）

自從四、五月摸索OTTO機器人後，第一次從事教學，這次是為期五天的夏令營（07/10～07/14），學生為三～六年級的國小學生18位，並用我自己首創的紅外線遙控器來控制OTTO機器人，感覺學生都玩得滿開心的，以下為教學歷程及重要技巧記錄，分享出來希望對大家在OTTO的教學有幫助。

一、材料取得

OTTO機器人外殼：如果學生數多，不建議自行列印，我光一顆頭要印兩個多小時，而且我的3D印表機的機型是prusa i3，印腳(leg)的部分很容易失敗！如果要自己印，Otto 3D模型檔案網址：http://www.thingiverse.com/thing:1568652
- 所以我去淘寶找到兩家，各買一套回來比較看看，分別是：
- 商家1：（52RMB）
- 商家2：（50RMB）
- 兩家外殼比較後覺得差不多，所以我買商家1的外殼，但等大量購買後，發現品質不是很好，所以如果以後要買，我會找商家2來購買。
- 註：又發現另一家商家
OTTO機器人的內部電子零件：上面介紹的兩家也都有賣，但我還是習慣到都會明武電子購買，比較便宜，但有時品質會打折扣。
- - 這次購買的零件，如下：

二、環境準備

安裝Arduino IDE程式，下載網址：https://www.arduino.cc/en/Main/Software

- 下載OTTO的相關程式，下載網址：https://github.com/OttoDIY/DIY （四月份寫講義時的下載網址是https://github.com/OttoDIY/OttoDIY，而且內容有一些改變）

- 將上面下載的壓縮檔解壓，並將解壓後libraries下的資料夾複製到 arduino的libraries的資料夾下

- 題外話：我自己測試這次下載的 OTTO_avoid (避障程式），發現OTTO沒有動作，但上次下載的 OTTO_avoid則正常，我比較了兩個檔案後發現，內容只有一條指令不一樣，如下：

- - - void setup(){
    - //Set the servo pins
    - Otto.init(PIN_YL,PIN_YR,PIN_RL,PIN_RR,true, -1, -1, 8, 9); //這樣OTTO不會動
    - // Otto.init(PIN_YL,PIN_YR,PIN_RL,PIN_RR,true); //這是舊版寫法，這樣OTTO就會動
    - Otto.sing(S_connection); //Otto wake up!
    - Otto.home();
    - delay(50);
    - Otto.sing(S_happy); // a happy Otto :)
    - }

- 再來下載 motoBlockly的函式庫(libraries)，這是為了要讓紅外線遙控器可以用！下載網址：http://www.motoblockly.com/motoblockly_v1.0/demos/code/index.html

- 下載後將motoduino_v8.zip解壓縮，並將整個motoduino_v8的資料夾複製到arduino/libraries下！
- 環境建置完成

三、教學歷程

＜測試電子元件＞

由於這次的營隊有5天，所以我也不急著做OTTO機器人，先向學生介紹什麼是「創客」，我教學的影片是 2015.10.17【民視異言堂】MAKER 自造者https://youtu.be/aDMZSVY2O4k
因為我們的OTTO機器人外殼是3D印表機列印出來的，所以也向學生介紹什麼是「3D印表機」，剛好我所使用的3D印表機與張文宏老師的是同一款，所以就利用張老師的影片來教學，3D列印體驗課程運作原理篇人聲加大版 https://www.youtube.com/watch?v=vZI-dv2r77Q
看完影片後，再實地利用我的3D印表機列印OTTO的頭部給學生看，並將OTTO機器人的外殼（頭部、身體、兩隻腿(leg)及兩隻腳(foot))發給學生
接下來介紹什麼是「 Arduino 」 ，每一位小朋友發下一片Arduino Uno板讓學生觀察，並利用LazyTomato Lab 軟爛番茄工作室的影片來教學 https://youtu.be/B4T8hzO0IYc
發下 Arduino Nano板讓學生觀察，並與Uno板做比較（數位與類比腳位介紹），觀察後再把Uno板收回！

發下 Nano 的擴展板（擴充板），並說明為何要使用擴展板？因為Nano控制板的VCC與GND的針腳太少，所以利用擴展板（擴充板）來增加GND與VCC的針腳！很多模組（或元件）都將S（訊號）、V（5V或VCC）、G（GND或接地）形成一組方便與擴展板來連接！如果不用擴展板，也可使用「麵包板」來達到同樣功能。

接下來將 Nano控制板與擴展板進行組合，請先對好腳位再壓下，這時要注意，有些學生會左右顛倒把USB接頭朝內，有些接腳或插槽歪掉，可能要調整一下才能對準插入！
1. （相片待補）
每人發下4個 SG90伺服馬達，並說明伺服馬達的功能（控制角度），與一般常見的直流馬達或減速馬達（自走車用）不同！並介紹接腳就是一組SVG的3P接腳，V是接5V提供SG90的電源，G是接GND（接地）讓SG90的電能夠回到負極形成通路，S是訊號輸入，就像一組開關，控制SG90的轉動角度。（註一般G線（負極）為黑色線或咖啡色線；V線（正極）為紅色線；S線（訊號）為橘色線）

1. 測試SG90，將四個SG90分別接到擴展板的2、3、4、5號的針腳，接的時侯，要注意SG90的橘色線的接腳要接到S的針腳，紅色線的接腳要接到V的針腳，不能接反了！！（可參考下圖）

1. 學生完成的情況，如下：

下載 OTTO_todo.ino 的arduino程式，這部分很奇怪！！以前舊版下載解壓縮後有附此程式，但上面https://github.com/OttoDIY/DIY下載的竟然沒有此程式，所以請直接在此下載OTTO_todo.ino（點此下載）的程式（這部分也可參考之前的文章：03-官網程式）。下載完成後，直接利用檔案總管，到「下載」的資料夾，找到OTTO_todo.ino

快點 OTTO_todo.ino 檔案二下，這時會利用Arduino IDE程式來開啟此檔，若出現如下畫面，記得按「好」

並開啟此檔arduino程式

1. 利用USB線，將Arduino Nano板與電腦連接，經過幾秒後，更改工具中的開發板為Arduino Nano(如下圖的 2)，並選擇正確的序列埠（如下圖的3,通常不會是COM1及COM2），這邊學生最常出現的問題是COM3（或COM4、COM5）沒有出現！這時只好請學生再等待一下或把USB線拔出重插或Arduino IDE關閉後重開，如果還是不行就重新開機或換一台電腦來用！

1. 將OTTO_todo程式上傳（燒錄）到Nano板子去，點上圖的4的箭頭圖形就是上傳檔案！
2. 測試馬達是否都會運作，點選Arduino IDE右上角的序列埠監控視窗（如下圖1），並且將右下角的鮑速選115200，中間換行方式選「NL＆CR」，最後就是在指令列下指令！！這邊只要先下 M 1 （M要大寫；M 與1之間要有空格；這指令就是要OTTO前進的指令，也就是4個馬達都會動），第二個指令是 S （停止，而且4個馬達都會停止在90度）就可以了！另外也可以 G 90 90 90 90 （G 4個角度），則4個伺服馬達都會轉到90度！只要測試馬達都會動就OK~~

1. 註：成語教學，一開始請學生拿簽字筆在4個伺服馬達90度的位置做個記號（這部分沒做也沒關係！，如下

1. 沒想到一位學生把記號畫在伺服馬達的主體上（如下圖，沒有照清楚），這讓我馬上進行「刻舟求劍」成語的教學，居然好多學生沒聽過這成語！！

- 1. 測試超音波距離感測器 HC-SR04（我都向學生稱它為「眼睛」，只要說到「眼睛」，學生就知道是在說此感測器），這邊安裝時要注意Trig要接到D8、Echo要接到D9，學生容易將這兩個腳位接反！然後同伺服馬達一樣，在序列埠監控視窗的指令列下指令 D （一樣要大寫），就可以利用感測器測得距離！！也在此向學生介紹超音波距離感測器的一眼寫T，指著是發出超音波的訊號；另一眼寫R，指著是接收訊號，並簡單的出一道題目給學生答：假如超音波的速度是每秒500公尺，當2秒後收到訊號，請問這位體離我有多遠？答案是500公尺，但有幾位答1000公尺！

1. 測試蜂鳴器，這邊用的是無源蜂鳴器，只有2隻接腳，有＋的符號為正極要接到D10的S腳位上，另一隻腳接到D10那組的G腳位上，安裝結束後，一樣透過指令列下指今來發出聲音，這邊的指令有 K 1 到 K 19（K要大寫，中間要空格）！
2. 如果以上測試都沒問題，代表我們所使用的伺服馬達、超音波距離感測器、蜂鳴器都是正常的，接下來就要開始組裝OTTO機器人了！！

＜組裝OTTO機器人＞

先把剛剛測試的4個伺服馬達的前兩個（接D2、D3）伺服馬達接到身體放伺服馬達的位置，並利用長螺絲鎖緊！機器人面向前（身體內部前方有一個三角形記號）左側的伺服馬達接到D2、右側的伺服馬達接到D3！這邊要注意要讓伺服馬達向下伸出，因為有些外殼印的不是很好，伺服馬達無法與放伺服馬達的洞完全符貼，所以要施加一點力，讓伺服馬達完全到定位！並且完全鎖緊！

1. 學生組裝畫面

1. 接下來要將兩隻腿(leg)與身體結合，由於剛剛的伺服馬達都是停在90度向正前方的位置（我們在前面步驟也有做上標記），所以直接將腿朝正前方與伺服馬達結合（照道理只剩短螺絲一隻，但建議還是用長螺絲來鎖，比較堅固）

- 1. 兩隻腿都朝正前方鎖上

1. 為避免誤差太大，導致歪腿的或內八、外八，因此再同上面伺服馬達的測試步驟測試一下！也就是先下 M 1 指令看兩隻腿會不會左右擺動，然後再下 S 指令停止伺服馬達時，兩隻腿是否都朝著正前方，如果有歪就馬上拆螺絲進行重新調整，調整完後再測試，一直到滿意為止！
2. 註：這邊容易出問題的是腿與伺服馬達的連接處無牙造成空轉，螺絲也鎖不緊！這時可以利用「快乾膠」來黏著伺服馬達外露的部份與腿部，注意不要把馬達給黏死！

1. 將另2個伺服馬達與腳底結合，一樣左腳的伺服馬達接D4那組腳位，右腳的伺服馬達接D5那組腳位！由於剛剛的伺服馬達都是停在90度上方的位置，所以直接將伺服馬達朝正上方與腳結合

1. 與上面兩個伺服馬達一樣，為避免誤差太大，導致腳不能踏平地，因此再同上面伺服馬達的測試步驟測試一下！也就是先下 M 1 指令看兩隻腿會不會左右擺動，然後再下 S 指令停止伺服馬達時，兩隻腳是否都朝著正上方，如果有歪就馬上拆螺絲進行重新調整，調整完後再測試，一直到滿意為止！
2. 註：這邊容易出問題的是腳與伺服馬達的連接處無牙造成空轉，螺絲也鎖不緊！這時可以利用「快乾膠」來黏著伺服馬達外露的部份與腿部，注意不要把馬達給黏死！

1. 將上面兩個部分結合，由於之前在此有失敗發生過，所以請小朋友結合時要特別注意，又由於這地方要出比較多力量，小朋友第一沒力，第二怕出太大力把腿或腳給弄斷，很多都拿來要老師裝他裝上

- 1. 這部分完成，就可說已快完成了！

1. 小朋友完成情形

1. 最後是頭部組裝，這部分比較簡單，先裝眼睛，再裝擴展板，短螺絲這時就派上用場，把擴展板固定起來

1. 組裝完成

＜控制OTTO機器人＞

接下來開始控制OTTO機器人，這邊一樣使用Arduino IDE下的序列埠監控視窗下指令來控制，之前只有下M 1及S，現在以下的指令均可使用（（一樣可以參考之前的文章：03-官網程式）
1. case 1: //M 1 1000 前進
2. case 2: //M 2 1000 後退
3. case 3: //M 3 1000 向左
4. case 4: //M 4 1000 向右
5. case 5: //M 5 1000 30 上升
6. case 6: //M 6 1000 30 月球漫步向左走
7. case 7: //M 7 1000 30 月球漫步向右走
8. case 8: //M 8 1000 30 搖擺
9. case 9: //M 9 1000 30 扭一扭
10. case 10: //M 10 1000 30 扭一扭
11. case 11: //M 11 1000 跳
12. case 12: //M 12 1000 30 撲
13. case 13: //M 13 1000 30 撲
14. case 14: //M 14 1000 20 墊腳尖
15. case 15: //M 15 500 向左彎曲
16. case 16: //M 16 500 向右彎曲
17. case 17: //M 17 500 搖右腳
18. case 18: //M 18 500 搖左腳
19. case 19: //M 19 500 20 雙腳抖動
20. case 20: //M 20 500 15 上升
22. 指令 T (與蜂鳴器有關)
23. 蜂鳴器指令(Tone)為 T 頻率毫秒時間
24. 例如：
25. T 523 500
26. T 1046 1000
  1. 音階--頻率對照表(單位：Hz)

- 1. case 1: //K 1 連線聲
  2. case 2: //K 2 斷線聲
  3. case 3: //K 3 驚喜聲
  4. case 4: //K 4 哦1
  5. case 5: //K 5 哦2
  6. case 6: //K 6 可愛
  7. case 7: //K 7 睡覺
  8. case 8: //K 8 好開心
  9. case 9: //K 9 超開心
  10. case 10: //K 10 微開心
  11. case 11: //K 11 傷心
  12. case 12: //K 12 迷惑
  13. case 13: //K 13 放屁1
  14. case 14: //K 14 放屁2
  15. case 15: //K 15 放屁3
  16. case 16: //K 16 模式1
  17. case 17: //K 17 模式2
  18. case 18: //K 18 模式3
  19. case 19: //K 19 按鈕按下

1. 指令 H (結合動作與聲音)
  1. case 1: //H 1 好開心
  2. case 2: //H 2 超開心
  3. case 3: //H 3 傷心
  4. case 4: //H 4 睡覺
  5. case 5: //H 5 放屁
  6. case 6: //H 6 迷惑
  7. case 7: //H 7 愛
  8. case 8: //H 8 生氣
  9. case 9: //H 9 煩躁
  10. case 10: //H 10 神奇
  11. case 11: //H 11 波動
  12. case 12: //H 12 勝利
  13. case 13: //H 13 失敗

學生玩得不亦樂乎

＜利用紅外線遙控器控制OTTO機器人＞

這部分請參考 06紅外線遙控，加裝了一個紅外線接收器(接在D7)

註：學生在問：紅外線遙控器內有一顆LED燈，那是做什麼的？那是紅外線發射器，雖然是LED燈，但接上電池是看不到亮燈，因為我們看不到紅外線....
提供 OTTO_IR.ino檔供學生下載，作法同上面下載OTTO_todo.ino的方法
1. 請學生開啟 OTTO_IR.ino，並進行修改，我請學生修改按1鍵要執行的指令

1. 有底下這些指令可以用
  1. 動作指令：（用黑色字）

- - - 1. 音效指令：(所發出的聲音於附件，使用表格後面的指令)(註：上面程式只要用到聲音的指令，遙控器就會失靈，這部分有空再來解決！！)

- - 1. 官方提供的動作與聲音的組合：
      - Otto.playGesture(OttoHappy); //好開心
      - Otto.playGesture(OttoSuperHappy); //超開心
      - Otto.playGesture(OttoSad); //傷心
      - Otto.playGesture(OttoSleeping); //睡覺
      - Otto.playGesture(OttoFart); //放屁
      - Otto.playGesture(OttoConfused); //迷惑
      - Otto.playGesture(OttoLove); //愛
      - Otto.playGesture(OttoAngry); //生氣
      - Otto.playGesture(OttoFretful); //煩躁
        Otto.playGesture(OttoMagic); //神奇
      - Otto.playGesture(OttoWave); //波動
      - Otto.playGesture(OttoVictory); //勝利
      - Otto.playGesture(OttoFail); //失敗

請同學複製想要的指令，貼到OTTO_IR.ino檔的按1鍵的部分，所以同學這時是同時開啟這些指令的網頁及Arduino IDE環境下，互相切換！等同學完成一支舞後，把OTTO_IR檔上傳（燒錄）到Nano板，並用紅外線遙控器按1，這時OTTO機器人就會跳你設計的舞步了！！這時同學比較容易出錯的地方是：
1. 1. 指令後面沒有加； （arduino 的語言，每一行最後以；做結束。 // 這是備註的符號）
2. 2. 沒有把指令寫在 { } 之間
3. 由於這支紅外線遙控器，除了上方的方向鍵我不去改它外（也就是按向上就是前進；按向下就是後退；按向左就是左轉；按向右就是右轉；按OK就是歸位）；下方的數字鍵一共有12個，所以可以放置12位小朋友所設計的舞步，檔案如OTTO_IR2.ino所示

最後，請每位小朋友開啟OTTO_IR2.ino，並將此檔上傳（燒錄）到你的Nano板上，這時除了可以看自己設計的舞步也可以看別人設計的舞步，這課程也就在此結束！

四、結論

第一次開OTTO機器人的課，學生涵蓋3到6年級的學生，發現問題最多的地方是在組裝的部分，特別是品質不好的外殼，不是裝不上去就是到最後造成空轉，所以外殼的品質真的很重要！再加上學生的手力不足，螺絲無法鎖緊！所以早上的課結束後，我都會利用下午的時間再把學生有問題的部分進行維修、調整！
關於這次利用Arduino IDE下的文字模式環境來下指令或修改局部的程式，對學生而言似乎是沒有問題！本來還想利用宇宙機器人的Transformer下的OTTO積木讓學生編舞，但後來沒有時間，學生對文字模式也沒有排斥就作罷！
有人問我電源的問題：
- 我是請學生回家利用行動電源來提供電力，這樣就可以離線操作！
- 我也有提供學生9V電池的插座，但利用9V電池有時動了一下，有時又不動，似乎不是很好！！
- 還有人教我可以利用mbot的鋰電池來提供電力，但接頭可能要改一下！
- 還有人教我可以利用一顆3,7V的18650或14500的電池，而且只要一顆就可以動了
- 當然，官方所提供的四顆3號電池也是一種方法
第一次教學，成功！！