2016 準備夯桌遊

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桌遊是我好久沒去碰觸的玩意，它涉及我童年的回憶，輔助我數學的學習，培養我研發的能力，有興趣的讀者可以參閱舊文下棋學策略 做棋學研發。

今天之所以開始拿筆寫這系列文章，是觀察到最近社會脈動發生一些質變趨勢：翻轉教育、自造者運動、兒童程式設計學習、桌遊店如雨後春筍般開店等。個人以過來人的經歷描述這對後代的影響，觀點不敢說百分之百完全正確，但八九不離十。

翻轉教育(Flipped Education)─ 是現在台灣不得不走的一條路，自從教育部推行一堆政策，如廣設大學、多元入學、十二年國教，雖想減少大考壓力，但將以往技職教育基石摧毀，加上大陸經濟崛起、製造產業外移、或轉為服務業、薪資不漲甚至低薪、少子化趨勢，另外，現代社會也資訊數位化，加上智慧手機普及，大人忙於工作，小朋友超愛玩電動玩具，不愛閱讀之類靜態休閒，如果又不加控制使用 3C 時間，那就會沉迷線上遊戲，對於學習這件事更缺乏努力的動機，因此台大電機系副教授葉丙成發起翻轉教育運動，希望提振學生自學動機。

自造者運動(Maker)─ 因為近代科技發達 3DP 與雷射切割機逐漸普及，遇上網路知識散播，還有 Arduino、Raspberry Pi 等開源電子神器加持，讓以前許多 DIY 做不出來的作品，變得非常容易創作設計，也讓越多非電子專業玩家輕鬆進入玩具機器人、物聯網控制、四軸飛行器等自造領域嘗試創作，會投入自造者運動的夥伴們，都有些主動自學特質，有發明家的精神，想動手解決自身生活不便的問題。

桌遊店方興未艾 ─ 只要 Google 一下「桌遊店」就會發現很多搜尋結果，甚至我的公司也出現桌遊社！每個人的童年一定有玩過桌遊經驗，無論輸贏，玩過一次只要有時間有機會一定還會想再玩一次，這點跟電玩遊戲很像，不過少了打打殺殺直覺反應式鍵盤操作，反多了需要棋奕深層策略思考，這對數學學習很有幫助，另外，一些桌遊與社會生活有些關聯，也可以幫助小朋友透過遊戲學習社會知識。桌遊店客源可能有兩類，一是 3 ~ 12 歲的親子家庭，如果這些店結合餐飲，大人吃東西聊天時，小朋友有東西玩不無聊，二為年輕族群，新奇好玩聚一起，不過因價位、翻桌率都不高，當客人新鮮感消失不再上門後，不知道這些桌遊店可以經營多久？會不會像以前保齡球館流行時一家家開，而退流行時一家一家關，有待觀察。

兒童程式設計學習 ─ 如 Scratch、APP Inventor 免費好用適合程式初學者的開源軟體普及，歐美國家也順勢推行學齡兒童學習程式設計，二十一世紀的工業革命必定有機器人的要素，而設計機器人需要有程式設計的基礎，雖然程式設計或者電腦操作是本世紀必要的基本工作技能，不過是不是需要從小學生一年級就開始學？雖然我平日工作就是寫程式，但對這點個人抱持懷疑態度？我是贊成小學高年級開始玩 Scratch，圖塊式程式小朋友易懂，可以用它創作一些互動遊戲，提升設計程式興趣。

從這些趨勢來看，在翻轉教學與資訊教育方面，想培養創造力與提升學習動機，我比較推薦

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第二代 P&B 機器蜘蛛

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正好要組裝第二代 P&B 機器蜘蛛，因此拍照將機器蜘蛛主要零件秀出來，組裝過程也說明一下。

圖左下方有七個零件，它們剛好可以組出 6 x 2 或 4 x 2 機器蜘蛛一隻腳，圖右下方則是機器蜘蛛本體平台，中間的小孔是可以螺絲鎖付 Arduino、Raspberry Pi 之類控制板，雙層機器蜘蛛設計，最上層還可以架上 meArm 之類機器手臂。

控制器採用標準 Arduino Uno 及相配的傳感器擴充板，每隻腳 SG90 伺服馬達用 2 顆，雙孔 USB 行動電源一個，因為馬達相當耗電，所以需要能輸出 5V 2.1A，紅外線遙控器及接收器各一，除了機器蜘蛛本體，其餘估計這些電子套件兩千多元可以在電子材料行購得。

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訓練數學感 83 ─ 增額保單

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小明的保險經紀人向他推薦增額保單理財方式，左表是二十年內試算結果，它會比每年複利率定存 2% 好，你覺得如何？

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ROSA 系統開發 18 ─ 六腳機器蜘蛛控制 (P&B 6 x 2 Spider)

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(請打開字幕觀賞)

P&B 6x2 Spider

圖案來源  http://pizgchen.blogspot.tw/2016/01/spider-6x2.html

六腳蜘蛛與四腳蜘蛛的控制程式差異不大，下面僅列出六腳蜘蛛有差異的部分。

// (C) 2015, Bridan Wang, CC BY-NC-SA 3.0 TW
// http://4rdp.blogspot.tw/search/label/ROSA%20(Arduino)


#define LAST_SERVO 12    // for 6 x 2 spider 

byte servo_revse[] = 

{ 0,  1,  1,  0,  0,  1,  1,  0,  0,  1,  0,  0,  1 };

const byte RUN_3[] PROGMEM = {              // spider dance-1
//   0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 12  
_SERVO,bck,std,bck,std,mid,std,mid,std,fwd,std,fwd,std,   //0
_HOLD, 150,255,150,255,150,255,150,255,150,255,150,255,   //1
_LOOP,   3,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,   //2
_SERVO,255, 60,255,120,255, 60,255,120,255, 60,255,120,   //3
_SERVO,255,std,255,std,255,std,255,std,255,std,255,std,   //4
_NEXT,   3,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,   //5 
_LOOP,   3,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,   //6
_SERVO,255,120,255, 60,255,120,255, 60,255,120,255, 60,   //7
_SERVO,255,std,255,std,255,std,255,std,255,std,255,std,   //8
_NEXT,   7,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,   //9
_GOTO,   0,                                               //10
};

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訓練數學感 82 ─ 父子的年齡是多少？

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圖片來源 https://pixabay.com/

父子兩人，父說 我在你這年紀時，你才 5 歲，等你到我這年紀，我就 71 歲，請問這對父子現在年齡各多少？

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ROSA 系統開發 17 ─ 四腳機器蜘蛛控制 (P&B 4 x 2 Spider)

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(請開啟字幕觀賞)

P&B 4x2 Spider

圖片來源  http://pizgchen.blogspot.tw/2016/01/spider-4x2.html

前一陣子在台灣 Maker 界出現一隻開源機器蜘蛛，網友雷基士 (Regis) 很全能，除了寫程式外還 3D 列印、製作電路板，而我正在開發 ROSA，這作業系統可以控制 meArm，當然也可以控制機器蜘蛛，正好網友 Pizg 設計出新型機器蜘蛛機構請我測試，因此本文以他的作品當主體展示 ROSA 紅外線遙控器操控成果，還有採用 ROSA 解決方案，不需要用到數學三角函數，很適合學生入門學習。

這款機器蜘蛛姑且稱為 P&B 4 x 2 Spider，設計理念很簡單，要讓 Maker 玩家除了蜘蛛機構本體，其它所需零組件都盡可能在現有通路買的到，以方便無電子電路基礎玩家入門學習，減少製作電路障礙，清單如下：
1. Arduino UNO x 1
2. Arduino IO 擴充板 x 1
3. SG-90 伺服馬達 x 8
4. 雙孔 USB 行動電源 (Output 5V 2.1A) x 1
5. KEYES 紅外線遙控器及模組 x 1
6. 3-pin 母對母杜邦線 x 1
7. USB 轉 TTL 傳輸線 (或是自製 USB 電源線 ) x 1 
8. 超音波模組 (可略，目前當眼睛裝飾，也可以其它物件替代) x 1

好不多說，先看 ROSA 程式怎麼寫，

// (C) 2015, Bridan Wang, CC BY-NC-SA 3.0 TW
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#define LAST_SERVO   8  // for 4 x 2 spider 

#define SERVO_TABLE  13

#define zeo 0           // zero
#define lif 45          // lift leg
#define std 90          // stand
#define hon 251         // hold on
#define hof 250         // hold off
#define fwd 60          // forward
#define mid 90          // middle
#define bck 120         // backward

byte servo_pin[] = 
{ 0,  4,  5,  6,  7,  9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17 };
byte servo_revse[] = 
{ 0,  1,  0,  0,  1,  1,  1,  0,  0,  1,  0,  0,  1 };

byte servo_angle[] = 

{ 0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0 };

byte servo_set[] = 

{ 0, 90, 90, 90, 90, 90, 90, 90, 90, 90, 90, 90, 90 };

byte servo_speed[] = 

{ 0,  5,  5,  5,  5,  5,  5,  5,  5,  5,  5,  5,  5 };

byte servo_hold[] = 

{ 0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0 };

const byte RUN_0[] PROGMEM = {                // spider start
//   0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 12  
_SPEED,  5,  5,  5,  5,  5,  5,  5,  5,  5,  5,  5,  5,   //0
_SERVO,fwd,lif,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,   //1 
_SERVO,mid,std,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,   //2
_SERVO,hon,hon,fwd,lif,255,255,255,255,255,255,255,255,   //3
_SERVO,255,255,mid,std,255,255,255,255,255,255,255,255,   //4
_SERVO,255,255,hon,hon,fwd,lif,255,255,255,255,255,255,   //5
_SERVO,255,255,255,255,mid,std,255,255,255,255,255,255,   //6
_SERVO,255,255,255,255,hon,hon,fwd,lif,255,255,255,255,   //7
_SERVO,255,255,255,255,255,255,mid,std,255,255,255,255,   //8
_SERVO,255,255,255,255,255,255,hon,hon,fwd,lif,255,255,   //9
_SERVO,255,255,255,255,255,255,255,255,mid,std,255,255,   //10
_SERVO,255,255,255,255,255,255,255,255,hon,hon,fwd,lif,   //11
_SERVO,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,mid,std,   //12
_GOTO, 212,                              // goto RUN_P    //13
};

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訓練數學感 81 ─ 水果多少錢？

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這題不難，小學三四年級程度題目，

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ROSA 系統開發 16 ─ meArm 程序控制 (Procedure Control)

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圖片來源 http://www.shutterstock.com

本章節主要在說明程序控制，那甚麼是程序控制？無論任何複雜機器人、機器手臂，其動作控制可以分解成許多時間串聯組合的單一小動作。以 meArm 為例，想要用它夾取物品，那需要先基座馬達轉到定位，然後手臂伸過去，夾子再夾起來，這些動作控制跟時間有關，前一個動作尚未完成前，是不能執行下一個動作的，不然就會看到機器人不聽使喚亂動一通，另外，設計機器人程序動作程式時，絕大多數系統非常複雜，有時候想增刪個小動作，可能整篇程式都修改。因此，ROSA 提供一個簡單方法，可以先將機器人動作編輯好，以代碼的型式儲存常數，未來無論是放在程式碼中或是 EEPROM，都可隨時取出依據程序控制動作。





// (C) 2015, Bridan Wang, CC BY-NC-SA 3.0 TW
// http://4rdp.blogspot.tw/search/label/ROSA%20(Arduino)

#define LAST_SERVO   4
#define SERVO_TABLE  5
byte step_wait;

enum {
  _NONE,
  _GOTO,
  _HOLD,
  _LOOP,
  _NEXT,
  _RETURN,
  _SERVO,
  _SPEED,
  _STOP,
  _WAIT,
};

const byte RUN_N[] PROGMEM = {   // meArm stop

  _STOP,                         //1
};

const byte RUN_K[] PROGMEM = {   // base sweep
  _LOOP,   10, 255, 255, 255,    //0 

  _SERVO,   0, 255, 255, 255,    //1 

  _SERVO, 180, 255, 255, 255,    //2 

  _NEXT,    1, 255, 255, 255,    //3 

  _STOP,                         //4 
};

const byte RUN_5[] PROGMEM = {   // speed fast

  _SPEED, 5, 5, 5, 5,            //0 

  _RETURN,                       //1 
};

const byte RUN_8[] PROGMEM = {   // speed slow
  _SPEED, 1, 1, 1, 1,            //0 

  _RETURN,                       //1 
};

const byte RUN_0[] PROGMEM = {   // meArm reset

  _SERVO, 90,  90,  90,  90,     //0 
  _HOLD,  10,  10,  10,  10,     //1 
  _RETURN,                       //2
};

const byte *ACTION[] = {

  RUN_N,           // none,
  RUN_N, // RUN_1, // 1
  RUN_N, // RUN_2, // 2
  RUN_N, // RUN_3, // 3
  RUN_N, // RUN_4, // 4
  RUN_5,           // 5
  RUN_N, // RUN_6, // 6
  RUN_N, // RUN_7, // 7
  RUN_N, // RUN_8, // 8
  RUN_N, // RUN_9, // 9,  
  RUN_0,           // 0
  RUN_N, // RUN_S, // *
  RUN_N, // RUN_P, // #
  RUN_N, // RUN_U, // up
  RUN_N, // RUN_D, // down
  RUN_N, // RUN_R, // right
  RUN_N, // RUN_L, // left
  RUN_K            // ok
};

void ACTION_SET(void){

  static byte loopn;

  byte i, j;

  switch (pgm_read_byte(ACTION[ir_code] + step_no*SERVO_TABLE)){
    case _SERVO:
      for (i = 1; i < SERVO_TABLE; i++){
j = pgm_read_byte(ACTION[ir_code] 
            + step_no * SERVO_TABLE + i);
if (j == 250)
         servo_hold[i] = 0;         // hold off
else if (j == 251)
         servo_hold[i] = 255;       // hold on
else if (j >=252 && j < 255)
         servo_set[i] = 90;
else if (j < 181)
         servo_set[i] = j;
      }
      break;

    case _HOLD:

      for (i = 1; i < SERVO_TABLE; i++){
j = pgm_read_byte(ACTION[ir_code] 
            + step_no * SERVO_TABLE + i);
if (j != 255) 
          servo_hold[i] = j;
      }
      break;
    case _SPEED:
      for (i = 1; i < SERVO_TABLE; i++){
j = pgm_read_byte(ACTION[ir_code] 
            + step_no * SERVO_TABLE + i);
if (j != 255) 
          servo_speed[i] = j;
      }
      break;
    case _WAIT:
      step_wait = pgm_read_byte(ACTION[ir_code] 
                  + step_no * SERVO_TABLE + 1);
      break;
    case _RETURN:
      ir_code = pre_ir;
      goto ret;
    case _NEXT:
      if (loopn != 255) {
if (loopn == 0) 
          break;
        loopn--;
      }
    case _GOTO:
      j = pgm_read_byte(ACTION[ir_code] 
          + step_no * SERVO_TABLE + 1);
      if (j >= 200){
        ir_code = j - 200;
ret:
step_no = 255;
      } else
        step_no = j - 1;
      break;
    case _LOOP:
      loopn = pgm_read_byte(ACTION[ir_code] 
              + step_no * SERVO_TABLE + 1) - 1;
      if (loopn==254) 
        loopn++;       // 0 or 255 always loop
      break;
    case _STOP:
      ir_code = 0;
  }
}

void PROCESS_SERVO(void) {
  static byte servo_no;
  byte all_ready;
  byte i;

  if (servo_no == 0 || servo_no > SERVO_TABLE) {
    servo_no = SERVO_TABLE;
  }

  if (servo_no > LAST_SERVO)
    ;
  else if (servo_set[servo_no] > servo_angle[servo_no]){
    servo_angle[servo_no] += servo_speed[servo_no];
    if (servo_set[servo_no] < servo_angle[servo_no])
      servo_angle[servo_no] = servo_set[servo_no];
    SERVO_SET(servo_no);
  }
  else if (servo_set[servo_no] < servo_angle[servo_no]){
    servo_angle[servo_no] -= servo_speed[servo_no];
    if (servo_angle[servo_no] > 180)
    servo_angle[servo_no] = servo_set[servo_no];
    SERVO_SET(servo_no);
  }
  else if (servo_hold[servo_no] != 0){
    if (servo_hold[servo_no] != 255)
      servo_hold[servo_no]--;
    SERVO_SET(servo_no);
  }
  servo_no--;

  if (ir_code != 0) {
    all_ready = 1;
    for (i = 1; i < LAST_SERVO+1; i++){
      if (servo_set[i] != servo_angle[i])
all_ready = 0;
    }
    if (all_ready == 1){
      if (step_wait == 0){
ACTION_SET();
step_no++;
      }
      else
step_wait--;
    }
  }
}

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訓練數學感 80 ─ 摺紙的長度

http://4rdp.blogspot.com/2015/12/80.html?m=0

一張 ABCD 20 x 30 cm 長方形紙，將其 C 點對準 AB 中點摺紙，試求 EF 線段長度。

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