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LEGO
MINDSTORMS
NXT
概覽
LEGO MINDSTORMS NXT是 知 名
玩 具 廠 商 樂 高 公 司 在00年 推 出
的新一代智慧型機器人開發套件。
從“ 玩 具 ” 的 角 度 來 看，LEGO
MINDSTORMS系 列 產 品 徹 底 顛 覆
了傳統玩具的概念。它讓使用者發揮
自己的想像力，從組裝各種模型或機
械結構開始，配合圖形介面的開發工
具來撰寫簡單的應用程式，藉此控制
機械模型的動作。本章將簡介LEGO
MINDSTORMS NXT的 基 本 結 構，
目 前 市 面 上 可 以 購 買 的LEGO MINDSTORMS系 列 產 品 分 為 兩 類：RCX與
NXT。本節先比較這兩種產品的差異。
1.1.1 RCX
與
NXT
基本功能比較
LEGO MINDSTORMS NXT的前身為RCX，其核心為位元Hitachi H微處理 器，擁有三個輸入端與三個輸出端。圖1-1示範RCX可程式積木（Programmable
brick）如何連接感應器與直流馬達。
1.1 LEGO MINDSTROMS
系列產品簡介
5圖1-1 LEGO MINDSTROMS NXT的前身— RCX
光源感應器
觸碰感應器
RCX可程式積木
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儘 管RCX已 擁 有 相 當 優 異 的 機 器 人 開 發 套 件， 但 是 新 一 代 的LEGO
MINDSTROMS NXT更令人驚豔。除了NXT可程式積木搭載位元的ARM
微處理器，造型酷似iPod以外，還大量採用LEGO TECHNIC系列積木。組合後
的機械模型不僅更加靈活，也頗具現代感。圖1-示範NXT可程式積木如何連接
各種感應器與伺服馬達。
5圖1- LEGO MINDSTROMS NXT基本組成結構
觸碰感應器 NXT可程式積木 伺服馬達
表1-1 是RCX與NXT的硬體規格比較
項目
中央處理器 位元Hitachi H微處理器 位元ARM微處理器
記憶體 1 Kbytes ROM
Kbytes RAM
Kbytes FLASH Kbytes RAM
傳輸方式 紅外線 USB .0與Bluetooth
顯示螢幕 只能顯示數字的LCD 可以顯示100 x 像素的LCD
輸入端 個 個
輸出端 個 個
馬達 直流馬達 伺服馬達（內建角度感應器）
電力 1. V電池 x 1. V電池 x 或是NXT專用鋰 電池
感應器 觸碰感應器
光源感應器
角度感應器
溫度感應器
... ...
觸碰感應器
光源感應器
聲音感應器
超音波感應器
顏色感應器
磁力感應器
加速度感應器
... ...
C H A P T E R 0 1
1.1.2 NXT
基本組成要件
瞭解NXT與RCX的差異之後，接著我們要認識LEGO MINSTORMS NXT的各
種組成要件。
NXT可程式積木
此為樂高機器人最重要的核心元件，擁有四個輸入端
（連接感應器）、三個輸出端（連接伺服馬達），以及一
個USB連接埠（連接電腦）。除了使用USB連線，
NXT可程式積木也可以透過藍芽通訊協定連接至個人
電腦。表1-是NXT可程式積木的詳細硬體規格。
硬體項目 說明
微處理器 位元ARM微處理器
記憶體： Kbytes FLASH, Kbytes RAM
輔助處理器 位元AVR處理器
記憶體： Kbytes FLASH, 1 Byte RAM
通訊方式 藍芽無線傳輸（Bluetooth Class II V.0）與USB（1 Mbit/s）
輸入端 個（可連接觸碰、聲音、光源與超音波感應器）
輸出端 個（可連接馬達與燈泡）
顯示設備 100 x 像素液晶顯示面板
聲音輸出 音效品質 KHz。位元解析聲音頻道，-1 KHz取樣頻率
電池 號AA電池 x （或安裝專用鋰電池）
觸碰感應器
當觸碰感應器被壓下時，回傳值為1；未按下的回傳
值為0。此類型感應器可以做為機械模型的啟動/停止
開關。舉例來說，在機械手臂前端可利用觸碰感應器
光源感應器
此種感應器可以偵測反射物的亮度。顏色較暗的物
體，光源感應器的回傳值較低；顏色較亮的物體，光
源感應器的回傳值較高。國際奧林匹克機器人競賽中
經常出現的軌跡賽，就可以利用光源感應器來控制軌
跡車如何前進。
聲音感應器
聲音感應器可以偵測機器人周遭的聲音大小，其測量
單位分為dB（分貝）與dBA（調整分貝）兩種。透過
聲音感應器，你可以藉由聲音大小的變化來改變機器
人的行為。
超音波感應器
NXT超音波感應器酷似人類的眼睛，可以偵測距離的
遠近（有效範圍約公分），其測量單位為英吋或公
分。
伺服馬達
裝上伺服馬達以後，樂高機器人就可以自由移動，或
執行某個動作。因為NXT伺服馬達內建「角度感應
器」，我們可以更精確地控制馬達運轉行為，例如，讓
A馬達順時針旋轉0度，或是逆時針旋轉圈。
連接線
NXT專用連接線用來連接NXT可程式積木與各種感應
器，或伺服馬達。目前的連接線有三種規格：0公分、
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瞭解NXT可程式積木與各種感應器的用途以後，你或許會質疑：這些東西跟機器
人有什麼關係？事實上，NXT可程式積木、感應器與伺服馬達只要搭配各式各樣
的樂高積木，就可以設計出功能完整的機械結構喔。
圖1-是以LEGO MINDSTORMS NXT開發套件（產品編號）組合的標準
模型 — Alpha Rex，實際高度約0公分。
1.2
基本的機器人設計與開發觀念
5圖1- 利用LEGO MINDSTORMS NXT組合的機器人Alpha Rex
（圖片來源：http://shop.lego.com/）
超音波感應器
NXT可程式積木
聲音感應器
LEGO Technic
系列的積木
觸碰感應器
雖然Alpha Rex全部以樂高積木組成，但是它有幾項特點：
● 主體為NXT可程式積木，可執行多種開發語言所撰寫的應用程式。它擁有
四個輸入端（1、、 、）與三個輸出端（A、B、C），可藉此讀取感應器
的輸入值，並控制伺服馬達如何運轉。
● 眼睛與兩隻手臂前端分別為超音波感應器、觸碰感應器、聲音感應器，可以
偵測行進距離與周圍聲音大小。
● 兩隻腳分別裝上兩個伺服馬達，轉動時可以帶動Alpha Rex前進或後退。馬
達旋轉方向與速度可以經由程式控制。
由此可知，樂高機器人的運作原理非常簡單：
Step 1：先利用各種樂高積木（包括感應器與馬達）組合出適當的模型。
Step 2：在電腦上撰寫應用程式。
Step 3：將程式下載到NXT可程式積木。
Step 4：在NXT可程式積木上執行已下載的程式。
以Alpha Rex為例，要控制它前進的程式邏輯為：
我們可以將上述程式邏輯轉變成： while (true) {
if (眼睛到前方牆壁的距離 > 20 公分) { 直線前進
}else {
停止不動
}
}
while (true) {
if (超音波感應器偵測的距離 > 20 公分) {
B,C 馬達同時轉動 //相當於讓 Alpha Rex 以雙腳前進
}else {
B,C 馬達同時停止
}
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稍有程式撰寫經驗的讀者應該可以理解上述機器人的控制邏輯。不過，真正令筆
者感動的是，樂高公司提供的圖形介面開發環境，可以讓九歲以上的小學生輕易
寫出簡單的機器人控制程式。從資訊教育的角度來看，用樂高機器人來學習如何
撰寫應用程式肯定有趣多了！
圖1-是 以LEGO MINDSTORMS NXT開 發 套 件 組 合 的 另 一 種 標 準 模 型 —
RoboArm T-。這個機械手臂同樣是以NXT可程式積木、感應器、伺服馬達與
樂高積木組合而成，但是外觀卻和Alpha Rex大不相同。
運用相同的樂高積木組合出不同機械模型，搭配不一樣的程式，就可以模擬不同
的機械行為 — 這就是樂高機器人風靡全世界的主要原因！
5圖1-：利用LEGO MINDSTORMS NXT組合的機器手臂RoboArm
T-（圖片來源：http://shop.lego.com/） 觸碰感應器 伺服器馬達
NXT可程式積木
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如果你也想嘗試撰寫機器人控制程式的樂趣，不妨購買一組親自體驗吧。不過要
注意，LEGO MINDSTORMS NXT分為兩種版本：
● 零售版：可以在一般玩具零售通路購買，如玩具反斗城或各大百貨公司，產 品編號為（http://shop.lego.com/Product/?p=）。
● 教育版：只能在樂高教育部門（LEGO Education）授權的代理商購買，產 品編號為。台灣的樂高教育系列產品總代理為貝登堡國際股份有限公
司，http://www.erobot.com.tw。
零售版 教育版
包裝外盒
積木總數 1
感應器 個 個（多一個觸碰感應器）
伺服馬達 個 個
鋰電池 無 有（不含充電器）
燈泡 無 有
轉接線 無 條
整理盒 無 有
軟體 LEGO MINDSTORMS NXT Software Retail
LEGO MINDSTORMS NXT Software Education
1.3 LEGO MINDSTORMS NXT
的兩種版本
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11 在本章內容中，筆者除了比較RCX與NXT可程式積木的主要差異，也說明基本
的樂高機器人開發觀念。下一章我們將認識NXT可程式積木的基本設定功能，以
及如何測試各種感應器與伺服馬達。
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