Mindstorms Math Alexa啟用獎品卡車開源構建

描述

當我第一次注意到LEGO MINDSTORMS 語音挑戰賽時，我真的很想參加，使用 Alexa 語音驅動技能和 MINDSTORMS EV3 來激活 LEGO 是多么有趣！我的第一個想法是，這應該是一項孩子們會喜歡的有趣活動（并希望也能從中學習）。由于一個項目的目標是充分利用語音交互，而且我有一些朋友的孩子很難學習乘法表，所以一個想法誕生了：將這個項目的技能部分集中在學習數學乘法表上！

下一個問題是該項目的 LEGO MINDSTORMS 部分應該是什么樣子？我的第一個想法是一場拔河比賽，兩輛由正確的數學測驗答案提供動力的汽車朝相反的方向行駛，直到獲勝者被命名。不，不好，我想要一款只允許一個孩子練習數學技能的游戲，所以我想到了一輛 LEGO MINDSTORMS 動力卡車，它會在每個正確答案的情況下駛向學生。假設正確回答了足夠多的問題，卡車就會送出獎品！當然，每個孩子都是獨一無二的，因此我作為該項目的一部分創建的 Mindstorms 數學技能允許調整默認值，即問題數量和難度級別，這讓我面臨更多語音交互挑戰，但結果很好。我還設法調整了獎品，

MINDSTORMS EV3 Alexa Gadget 獎品卡車

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我想要的這項技能的一個附加功能是“視覺效果”。

Mindstorms Math -修改意圖和隨機響應演示用戶可以更改默認設置以使學生工作更多（或更少）以獲得獎品。

創建您自己的項目版本在本文檔的下一部分中，我將討論我用于創建此技能的過程。希望我包含足夠的信息，以便您可以創建自己版本的 Mindstorms 數學技能和 Prize Truck Alexa 小工具。

構建技能對于這個項目，我首先構建了 Alexa 技能，我將確切的 LEGO 設計留到以后使用（盡管我有一個粗略的想法，我真正想使用 EV3 的是兩個電機，沒有傳感器）。我首先瀏覽了 hackster.io設置和任務 1 到 4（在此處找到）。這些教程非常好，它們引導我完成了從將 Alexa Gadgets Toolkit 和相關演示任務代碼閃爍到 EV3 智能程序塊，到指導我逐步向任務的 Alexa 技能部分添加功能的步驟。如果您完成這些教程，您會發現設置獎品卡車是一個簡單的過程。

設置和任務 1 到 4 的基本部分 通過對任務 Python 代碼進行一些注釋，我可以僅使用以下部分來證明 EV3 可以滿足我的要求：LEGO MINDSTORMS EV3 智能積木、MINDSTORMS 大型電機（和電源線） 、microSD 或 microSDHC 卡（2GB 至 32GB）、電腦芯片適配器、USB 無線適配器（我使用的是 TP-Link Nano 適配器）、6 節 AA 電池（最好是可充電電池，我使用的是 TENAVOLTS 品牌，它們對我來說效果很好） . 在完成任務時，您必須注釋掉或刪除對您沒有的任何電機或傳感器的引用，否則 Python 代碼將失敗。如果您在任務 1 到 4 期間遇到困難，請不要忘記使用有用的討論板. 您還可以通過查看我的另一個基于 Alexa/EV3 的項目Bobblehead Bobbler獲得一些提示。

Alexa Skill - Mindstorms Math在玩 LEGO 之前，我專注于我的 Alexa Skill。我修改了 Mission-04 Node.js 代碼，但確保支持有趣的游戲和修改默認值功能所需的語音命令和 IntentHandlers。我知道我可以在所有游戲玩法完成后重新添加 EV3 指令。我牢記，因為這是一款孩子們會想玩的游戲，所以我想支持慢速反應、重復提問的能力，甚至是“我不知道”的回答。好消息，我想我做到了，關鍵是使用Session Attributes。請注意，在代碼中我有以下語句：Util.putSessionAttribute(handlerInput, 'lastQuestion', question); 這存儲了用戶被問到的最后一個問題......然后在 AnswerIntentHandler 中，如果用戶沒有使用有效數字回答，技能可以使用以下語句“記住”（然后重新詢問）該問題：var lastQuestion = "Sorry, I didn't get that, " + attributesManager.getSessionAttributes().lastQuestion;

Mindstorms Math Alexa 技能的其他特點：

• FallBack：我添加了AMAZON.FallbackIntent（Alexa Skill Kit 的一部分），這樣當孩子在錯誤的時間做出愚蠢的回答時，我們可以提示他們再試一次，而不僅僅是失敗。
• 不同的回應：注意randomAwesome() 和randomWrong()方法。這些通過用隨機短語（和聲音）響應來增加技能。因此，不要總是只回應“正確！” 當給出正確答案時，我會在“太棒了！”、“正確！”、“是??！”之間隨機切換。和“一路走好！”。
• 響應中的聲音：我通常會用短促的“Bling”聲音來響應，但四分之一的人會用卡車加速的聲音來響應，只是有點額外的隨機樂趣。這是將聲音添加到響應的行：您可以在Alexa Skills Kit 聲音庫中找到超過 2500 個聲音片段的列表（甚至播放）responseString = "Correct ";
  
• 回應中的情感：為了獲得更多多樣性和更愉快的體驗，我還使用了情感功能。當代碼如下所示時，Alexa 將以不同方式強調單詞：您可以使用 Alexa Skills Kit語音合成標記語言responseString = `Alright!`;找到更多強調語音的方法。
• 斷開連接工作：hackster.io 任務代碼需要通過藍牙連接 EV3 才能運行，如果 Alexa 找不到 EV3 Brick，示例技能就會退出。然而，即使磚塊不可用，我也讓這段代碼工作，這是通過檢查有效的“endpointId”在幾個地方完成的。因為這項技能是斷開連接的，所以即使在 Echo Auto 上，學生也可以更輕松地在車上玩/練習數學！
• Supports Graphics and Different Devices：這個技能有多個代碼路徑，因為除了EV3之外，我支持屏幕設備（Echo Show），純文本屏幕設備（Fire HD）和無屏幕設備（Echo Dot）。

為您自己設置 Alexa 技能：要添加 Mindstorms 數學技能，請按照任務 3中所述登錄到您的 Alexa 開發者控制臺。您會注意到大部分操作發生在 index.js 中但是您需要復制我附加到該項目的所有文件 model.json、common.js、datasource.json、index.js、latest.json、package.json 和 util.js。Datasource.json 用于將信息發送到 lastest.json 中設計的 APL 屏幕除了將文件復制到您的 Alexa 開發者控制臺之外，您還需要將此技能注冊為 Alexa 小工具，如任務 1 中所述。作為此過程的一部分，您將轉到“接口”屏幕以啟用您的技能以打開“自定義接口控制器”。對于此技能，因為我們正在啟用 Echo Show 設備和 APL，您還需要打開 Alexa Presentation Language，并檢查支持的所有屏幕，請參見下圖。

為您的 Alexa 技能啟用接口

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您可能想要調整 index.js 文件中的一些默認值。例如，您可能想問 10 個以上的問題或只需要 8 個正確答案即可獲得獎品。這些默認值很容易在 index.js 文件的頂部附近找到

具有易于更新默認值的 Alexa Skill index.js

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設置此項目的 MINDSTORMS EV3 部分：

• 按照 hackster.io LEGO Voice Challenge設置說明在您的 EV3 程序塊上啟用 Alexa 工具包。這個過程的一個很好的特點是軟件都位于您的 microSD 芯片上，因此不會有意外地在 Mindstorms brick 上閃爍壞軟件或損壞軟件的風險。
• 在設置部分，您下載了一個名為 alexa-gadgets-mindstorms-2019.nnn....zip 的文件。對于 Mindstorms Math 項目，我只是將 mindstorms-math.py 附加到該項目，您需要編輯 mindstorms-math.ini 文件，因為它必須包含您唯一的 amazonId 和 alexaGadgetSecret（如 Mission 4 教程中所述). 使用 Visual Studio Code 將 mindstorms-math.py 和 mindstorms-math.ini 發送到您的 EV3 程序塊。這個過程與任務 4中描述的相同，除了我的文件是 mindstorms-math.py和 mindstorms-math.ini如果您熟悉任務代碼，這個 Python 文件是相似的，但是 mindstorms-math.py 處理“搖動”和“獎勵”指令。我添加的一個小功能是當 EV3（最終）連接到您的 Echo 設備時，self.sound.speak('Alexa connected', espeak_opts='-a 200 -s 130', volume=100, play_type=0)
  導致 EV3 程序塊本身以老式計算機語音說話。如果您的 Echo 設備關閉或分離，積木將再次說出消息。

EV3 從 Alexa skill 收到的指令告訴它該做什么。我們發送以下類型的指令：

• '搖動' - 用于移動驅動電機
• '獎品' - 用于使獎品馬達送出獎品
• 'prizeNONE' - 當我們不希望獎品電機運行時使用。
• 對于這些指令中的每一個，Alexa 技能傳遞方向（“向前”或“向后”）、持續時間（運行電機的時間）和速度（運行電機的 100% 的百分比）。（請注意，您可能需要根據您的構建與我的匹配程度來更改速度或持續時間）

移動獎品卡車的指令

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配對和取消配對 Prize Truck Alexa Gadget任務 1 中的說明描述了如何取消配對設備。如果您想在 Echo Dot 和新的 Echo Show 之間切換，這將是必需的 :-)。我必須在這個過程的早期這樣做，以提醒自己，除了所描述的取消配對方法之外的另一種方法是打開 EV3 程序塊的 SSH 終端并運行命令sudo python3 mission-01/mission-01.py --clear（系統將提示您輸入密碼和默認設置密碼是制造商）。現在，如果您只需運行 mindstorms-math.py 代碼，它就會將磚塊置于新設備的配對模式。如果你想切換回來并再次與你的 Echo dot 配對，我發現你需要使用 Alexa 應用程序忘記之前的藍牙設備。

構建此項目的樂高技術部分 現在來一些額外的樂趣：樂高積木！為了記錄如何使用這個項目，我找到了一個名為 Studio 的簡潔程序，由 BrickLink Corporation 開發。它是免費的，可以在這里https://www.bricklink.com/v3/studio/download.page順便說一下，在做這個項目的時候，我了解到去年 11 月，樂高集團收購了 BrickLink Ltd，這是世界上最大的在線社區成人 LEGO 粉絲，所以讓我覺得將來可能會支持工作室軟件。

由 BrickLink Studio 渲染的獎品卡車設計

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安裝 BrickLink Studio 后，您將能夠使用文件 -> 導入來導入 PrizeTruckFullBuildFinal.io 模型。另一個區別是工作室設計中所示的傳送帶沒有皮帶，但該部件通常作為一個完整的單元出售（技術零件 92715C01）。

使用 BrickLink Studio 2.0.12 調整后門鉸鏈的角度。

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在接近項目截止日期時，我偶然在翻箱倒柜中找到了一套 Technics Racer。我將較大的輪子用于備用輪子設計，我認為它看起來更好一些，因此我為該設計包含了另一個 Studio 設計模型文件……這是帶有較大輪子的獎品卡車：

具有備用車輪設計的獎品卡車

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最后的想法感謝您檢查這個 Alexa LEGO MINDSTORMS 語音挑戰項目。我喜歡邊玩邊學，并鼓勵您嘗試使用 LEGO MINDSTORMS 創建支持 Alexa 的小工具，這很有趣！

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