Mindstorms Math Alexa启用奖品卡车开源构建

描述

当我第一次注意到LEGO MINDSTORMS 语音挑战赛时，我真的很想参加，使用 Alexa 语音驱动技能和 MINDSTORMS EV3 来激活 LEGO 是多么有趣！我的第一个想法是，这应该是一项孩子们会喜欢的有趣活动（并希望也能从中学习）。由于一个项目的目标是充分利用语音交互，而且我有一些朋友的孩子很难学习乘法表，所以一个想法诞生了：将这个项目的技能部分集中在学习数学乘法表上！

下一个问题是该项目的 LEGO MINDSTORMS 部分应该是什么样子？我的第一个想法是一场拔河比赛，两辆由正确的数学测验答案提供动力的汽车朝相反的方向行驶，直到获胜者被命名。不，不好，我想要一款只允许一个孩子练习数学技能的游戏，所以我想到了一辆 LEGO MINDSTORMS 动力卡车，它会在每个正确答案的情况下驶向学生。假设正确回答了足够多的问题，卡车就会送出奖品！当然，每个孩子都是独一无二的，因此我作为该项目的一部分创建的 Mindstorms 数学技能允许调整默认值，即问题数量和难度级别，这让我面临更多语音交互挑战，但结果很好。我还设法调整了奖品，

MINDSTORMS EV3 Alexa Gadget 奖品卡车

 

我想要的这项技能的一个附加功能是“视觉效果”。

Mindstorms Math -修改意图和随机响应演示用户可以更改默认设置以使学生工作更多（或更少）以获得奖品。

创建您自己的项目版本在本文档的下一部分中，我将讨论我用于创建此技能的过程。希望我包含足够的信息，以便您可以创建自己版本的 Mindstorms 数学技能和 Prize Truck Alexa 小工具。

构建技能对于这个项目，我首先构建了 Alexa 技能，我将确切的 LEGO 设计留到以后使用（尽管我有一个粗略的想法，我真正想使用 EV3 的是两个电机，没有传感器）。我首先浏览了 hackster.io设置和任务 1 到 4（在此处找到）。这些教程非常好，它们引导我完成了从将 Alexa Gadgets Toolkit 和相关演示任务代码闪烁到 EV3 智能程序块，到指导我逐步向任务的 Alexa 技能部分添加功能的步骤。如果您完成这些教程，您会发现设置奖品卡车是一个简单的过程。

设置和任务 1 到 4 的基本部分 通过对任务 Python 代码进行一些注释，我可以仅使用以下部分来证明 EV3 可以满足我的要求：LEGO MINDSTORMS EV3 智能积木、MINDSTORMS 大型电机（和电源线） 、microSD 或 microSDHC 卡（2GB 至 32GB）、电脑芯片适配器、USB 无线适配器（我使用的是 TP-Link Nano 适配器）、6 节 AA 电池（最好是可充电电池，我使用的是 TENAVOLTS 品牌，它们对我来说效果很好） . 在完成任务时，您必须注释掉或删除对您没有的任何电机或传感器的引用，否则 Python 代码将失败。如果您在任务 1 到 4 期间遇到困难，请不要忘记使用有用的讨论板. 您还可以通过查看我的另一个基于 Alexa/EV3 的项目Bobblehead Bobbler获得一些提示。

Alexa Skill - Mindstorms Math在玩 LEGO 之前，我专注于我的 Alexa Skill。我修改了 Mission-04 Node.js 代码，但确保支持有趣的游戏和修改默认值功能所需的语音命令和 IntentHandlers。我知道我可以在所有游戏玩法完成后重新添加 EV3 指令。我牢记，因为这是一款孩子们会想玩的游戏，所以我想支持慢速反应、重复提问的能力，甚至是“我不知道”的回答。好消息，我想我做到了，关键是使用Session Attributes。请注意，在代码中我有以下语句：Util.putSessionAttribute(handlerInput, 'lastQuestion', question); 这存储了用户被问到的最后一个问题......然后在 AnswerIntentHandler 中，如果用户没有使用有效数字回答，技能可以使用以下语句“记住”（然后重新询问）该问题：var lastQuestion = "Sorry, I didn't get that, " + attributesManager.getSessionAttributes().lastQuestion;

Mindstorms Math Alexa 技能的其他特点：

• FallBack：我添加了AMAZON.FallbackIntent（Alexa Skill Kit 的一部分），这样当孩子在错误的时间做出愚蠢的回答时，我们可以提示他们再试一次，而不仅仅是失败。
• 不同的回应：注意randomAwesome() 和randomWrong()方法。这些通过用随机短语（和声音）响应来增加技能。因此，不要总是只回应“正确！” 当给出正确答案时，我会在“太棒了！”、“正确！”、“是！！”之间随机切换。和“一路走好！”。
• 响应中的声音：我通常会用短促的“Bling”声音来响应，但四分之一的人会用卡车加速的声音来响应，只是有点额外的随机乐趣。这是将声音添加到响应的行：您可以在Alexa Skills Kit 声音库中找到超过 2500 个声音片段的列表（甚至播放）responseString = "Correct ";
  
• 回应中的情感：为了获得更多多样性和更愉快的体验，我还使用了情感功能。当代码如下所示时，Alexa 将以不同方式强调单词：您可以使用 Alexa Skills Kit语音合成标记语言responseString = `Alright!`;找到更多强调语音的方法。
• 断开连接工作：hackster.io 任务代码需要通过蓝牙连接 EV3 才能运行，如果 Alexa 找不到 EV3 Brick，示例技能就会退出。然而，即使砖块不可用，我也让这段代码工作，这是通过检查有效的“endpointId”在几个地方完成的。因为这项技能是断开连接的，所以即使在 Echo Auto 上，学生也可以更轻松地在车上玩/练习数学！
• Supports Graphics and Different Devices：这个技能有多个代码路径，因为除了EV3之外，我支持屏幕设备（Echo Show），纯文本屏幕设备（Fire HD）和无屏幕设备（Echo Dot）。

为您自己设置 Alexa 技能：要添加 Mindstorms 数学技能，请按照任务 3中所述登录到您的 Alexa 开发者控制台。您会注意到大部分操作发生在 index.js 中但是您需要复制我附加到该项目的所有文件 model.json、common.js、datasource.json、index.js、latest.json、package.json 和 util.js。Datasource.json 用于将信息发送到 lastest.json 中设计的 APL 屏幕除了将文件复制到您的 Alexa 开发者控制台之外，您还需要将此技能注册为 Alexa 小工具，如任务 1 中所述。作为此过程的一部分，您将转到“接口”屏幕以启用您的技能以打开“自定义接口控制器”。对于此技能，因为我们正在启用 Echo Show 设备和 APL，您还需要打开 Alexa Presentation Language，并检查支持的所有屏幕，请参见下图。

为您的 Alexa 技能启用接口

 

您可能想要调整 index.js 文件中的一些默认值。例如，您可能想问 10 个以上的问题或只需要 8 个正确答案即可获得奖品。这些默认值很容易在 index.js 文件的顶部附近找到

具有易于更新默认值的 Alexa Skill index.js

 

设置此项目的 MINDSTORMS EV3 部分：

• 按照 hackster.io LEGO Voice Challenge设置说明在您的 EV3 程序块上启用 Alexa 工具包。这个过程的一个很好的特点是软件都位于您的 microSD 芯片上，因此不会有意外地在 Mindstorms brick 上闪烁坏软件或损坏软件的风险。
• 在设置部分，您下载了一个名为 alexa-gadgets-mindstorms-2019.nnn....zip 的文件。对于 Mindstorms Math 项目，我只是将 mindstorms-math.py 附加到该项目，您需要编辑 mindstorms-math.ini 文件，因为它必须包含您唯一的 amazonId 和 alexaGadgetSecret（如 Mission 4 教程中所述). 使用 Visual Studio Code 将 mindstorms-math.py 和 mindstorms-math.ini 发送到您的 EV3 程序块。这个过程与任务 4中描述的相同，除了我的文件是 mindstorms-math.py和 mindstorms-math.ini如果您熟悉任务代码，这个 Python 文件是相似的，但是 mindstorms-math.py 处理“摇动”和“奖励”指令。我添加的一个小功能是当 EV3（最终）连接到您的 Echo 设备时，self.sound.speak('Alexa connected', espeak_opts='-a 200 -s 130', volume=100, play_type=0)
  导致 EV3 程序块本身以老式计算机语音说话。如果您的 Echo 设备关闭或分离，积木将再次说出消息。

EV3 从 Alexa skill 收到的指令告诉它该做什么。我们发送以下类型的指令：

• '摇动' - 用于移动驱动电机
• '奖品' - 用于使奖品马达送出奖品
• 'prizeNONE' - 当我们不希望奖品电机运行时使用。
• 对于这些指令中的每一个，Alexa 技能传递方向（“向前”或“向后”）、持续时间（运行电机的时间）和速度（运行电机的 100% 的百分比）。（请注意，您可能需要根据您的构建与我的匹配程度来更改速度或持续时间）

移动奖品卡车的指令

 

配对和取消配对 Prize Truck Alexa Gadget任务 1 中的说明描述了如何取消配对设备。如果您想在 Echo Dot 和新的 Echo Show 之间切换，这将是必需的 :-)。我必须在这个过程的早期这样做，以提醒自己，除了所描述的取消配对方法之外的另一种方法是打开 EV3 程序块的 SSH 终端并运行命令sudo python3 mission-01/mission-01.py --clear（系统将提示您输入密码和默认设置密码是制造商）。现在，如果您只需运行 mindstorms-math.py 代码，它就会将砖块置于新设备的配对模式。如果你想切换回来并再次与你的 Echo dot 配对，我发现你需要使用 Alexa 应用程序忘记之前的蓝牙设备。

构建此项目的乐高技术部分 现在来一些额外的乐趣：乐高积木！为了记录如何使用这个项目，我找到了一个名为 Studio 的简洁程序，由 BrickLink Corporation 开发。它是免费的，可以在这里https://www.bricklink.com/v3/studio/download.page顺便说一下，在做这个项目的时候，我了解到去年 11 月，乐高集团收购了 BrickLink Ltd，这是世界上最大的在线社区成人 LEGO 粉丝，所以让我觉得将来可能会支持工作室软件。

由 BrickLink Studio 渲染的奖品卡车设计

 

安装 BrickLink Studio 后，您将能够使用文件 -> 导入来导入 PrizeTruckFullBuildFinal.io 模型。另一个区别是工作室设计中所示的传送带没有皮带，但该部件通常作为一个完整的单元出售（技术零件 92715C01）。

使用 BrickLink Studio 2.0.12 调整后门铰链的角度。

 

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在接近项目截止日期时，我偶然在翻箱倒柜中找到了一套 Technics Racer。我将较大的轮子用于备用轮子设计，我认为它看起来更好一些，因此我为该设计包含了另一个 Studio 设计模型文件……这是带有较大轮子的奖品卡车：

具有备用车轮设计的奖品卡车

 

最后的想法感谢您检查这个 Alexa LEGO MINDSTORMS 语音挑战项目。我喜欢边玩边学，并鼓励您尝试使用 LEGO MINDSTORMS 创建支持 Alexa 的小工具，这很有趣！