CN104200718A - 一种物联网教育机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物联网教育机器人。本发明包括：机械积木机构、传感器模块、主控器以及无线传感器网络节点，包括多个信号传输模块，用于将传感器模块的感应信号传递给主控器；还包括：RFID模块，用于对环境的标识，并与主控器或传感器模块信号连接，其中，所述信号传输模块包括由多个信号组件构成的网络节点，信号组件包括信号发射器和信号接收器；网络节点包括1级网络节点、2级网络节点……n级网络节点，n>1；m级网络节点中的信号接收器接收来自m+1级网络节点的信号和传感器模块发送的信号，n>m；1级网络节点向主控器发送信号。本发明具有成本低廉、性能好、操作简单，准确性、可靠性及鲁棒性高等优点。

Description

一种物联网教育机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种物联网教育机器人。

背景技术

物联网技术在最近的几年中得到了迅猛的发展，物联网技术也在逐渐的由理论研究走向人们的日常生活。因此广泛的应用使得提高全民对物联网的了解尤为重要，普及物联网教育势在必行。而教育机器人则是最为合适的载体。目前针对自组装型教育机器人，市场上大多为积木式多功能模块拼装机器人。包括多种数百个结构零件，一个控制器，多个电机、舵机执行器，多种传感器，以及电池、电缆等附件。主控器方面主要是应用单片机或ARM，具有多种传感器接口，包含马达、红外、超声波、指南针等等多种I/O、A/D传感器等用户可以根据需求自行拼装。国内外代表性的此类产品为LEGO、VEX、中鸣及BDS等。但此类教育机器人方面尚未有物联网关键技术如模块化的RFID及无线传感器网络节点等的应用。无法满足物联网教育机器人的应用需求。

有关RFID技术在机器人中的应用，目前国内在此方面的专利主要为将RFID技术嵌入到机器人本体当中，然后利用RFID进行定位、导航及搜寻方法等。如专利申请号为200910051180的《RFID室内定位系统》，专利申请号为200910230704的《一种基于RFID的物品搜寻方法》，申请专利号为03104283的《识别移动机器人位置和方向的装置和方法》。

有关无线传感器网络技术在机器人中的应用，目前国内在此方面的专利主要为将无线传感器网络节点嵌入置机器人本体中，进行机器人之间的组网、通信，主要用于搜寻、探测等。代表性专利如专利申请号为200810064492的《基于无线传感器网络的矿井搜索探测多机器人系统》，专利申请号为200810059634的《智能微小型地面机器人与无线传感器节点间的通信方法》，专利申请号为200610096976的《一种机器人导航定位系统及导航定位方法》。 

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种集多类传感器、RFID、无线传感器网络节点、主控制器等于一体的物联网教育机器人。用户可以根据自己的需求，利用所提供的RFID、无线传感器网络节点以及传感器等搭建自己的物联网应用场景。从而帮助用户实现对物联网的理解与应用模拟，以此弥补现在市场上物联网教育机器人的空白。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种物联网教育机器人包括：

机械积木机构，机械积木机构包括驱动机构、传动机构和执行机构；

传感器模块，用于感应执行机构的运动状态；

主控器，用于控制驱动机构的运行状态；

无线传感器网络节点，包括多个信号传输模块，用于将传感器模块的感应信号传递给主控器；

还包括：RFID模块，用于对环境的标识，并与主控器或传感器模块信号连接，

其中，所述信号传输模块包括由多个信号组件构成的网络节点，信号组件包括信号发射器和信号接收器；网络节点包括1级网络节点、2级网络节点。。。。。。n级网络节点，n>1；m级网络节点中的信号接收器接收来自m+1级网络节点的信号和传感器模块发送的信号，n>m；1级网络节点向主控器发送信号。

本技术方案在使用时，信号传输模块通过信号组件构成网络节点，信号发射器、信号接收器可以为有线装置，优选为无线装置；其在使用过程中可以主动的组网，将采集到的传感器信息或主控器信息发送至目的节点处。或者接受来自其他节点的信息。在进行节点信号传递时，将网络节点分为等级；方便信号传递。

进一步地，所述主控器连接有信号接口。

再进一步地，所述信号接口包括ISP下载接口、A/D接口、I/O接口、IIC总线接口和串口等。

进一步地，所述主控器采用型号ATMEGA32 的单片机。

进一步地，所述RFID模块的芯片采用MRFC500。

本发明取得的技术效果是：

本发明为达到进行物联网教育的目的，以机器人为载体设计研制了可拼装的模块化的教育机器人系统。其中重点设计了物联网场景所涉及到的重要元素RFID及无线传感器网络节点的模块化设计。通过本产品，用户首先可以根据需求使用传感器、RFID、无线传感器网络节点及主控器等搭建应用模拟场景，然后通过上位机图形化编程软件进行编程并通过串口下载至主控器进行系统的演示。为用户进行物联网教育或实验模型的搭建提供了良好的软件和硬件平台。整套机构具有成本低廉、性能好、操作简单，准确性、可靠性及鲁棒性高等优点。同时相对于目前各实验室搭建物联网环境所需的多样复杂的硬件结构来讲具有很好的便携性。

附图说明

图1为本发明的物联网教育机器人的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的进行进一步的详细说明。

一种物联网教育机器人包括：

机械积木机构，机械积木机构包括驱动机构、传动机构和执行机构；

传感器模块，用于感应执行机构的运动状态；

主控器，用于控制驱动机构的运行状态；

信号传输模块，用于将传感器模块的感应信号传递给主控器；

还包括：RFID模块，用于对环境的标识，并与主控器或传感器模块信号连接，

其中，所述信号传输模块包括由多个信号组件构成的网络节点，信号组件包括信号发射器和信号接收器；网络节点包括1级网络节点、2级网络节点。。。。。。n级网络节点，n>1；m级网络节点中的信号接收器接收来自m+1级网络节点的信号和传感器模块发送的信号，n>m；1级网络节点向主控器发送信号。

其次，主控器采用ATMEGA32单片机。在控制器内部写入bootloader引导程序，通过自行设计的上位机图形软件即可编写程序。在编译应用程序时，通过调用封装好的API函数库完成整个程序的编译过程，软件后台编译器使用AVR GCC编译器，这样便可在应用程序的编写效率上大大的提高。在硬件上设计的信号接口包含了：ISP下载接口、A/D接口、I/O接口、IIC总线接口以及串口等。

通过信号接口，外界输入装置对主控器进行数据输入以及程序下载等。

各个信号传输模块构成网络节点，如附图1中的节点。本发明中的信号传输模块主要采用的是基于zigbee芯片设计的无线传感器网络节点，系统具有低成本、低功耗的特点，同时具有良好的通用性和可扩展性。本模块除了无线通信模块，还包括有电源模块、数据采集模块、数据处理模块。为了提高使用的便利性本模块采用了双层架构。底板用于下载，核心板可用于数据的处理与传输。供电模块可以使用PC机供电和电池供电两种。各节点开通后可以自动组网，通过主控器的控制进行数据的发送与接收，数据来源为主控器或其他各类传感器。

RFID模块：此模块的主控器采用的是AT89S51，RFID芯片采用的是MFRC500。此款产品采用5V供电，支持ISO/IEC14443协议，数据接口支持SPI及串口。卡片方面，采用的是目前市场上常见的载波频率为13.56M的IC卡，其符合国际标准ISO/IEC14443。其读卡距离在10cm左右，能够用于对产品或环境的标识，能够满足教育及实验模型搭建方面的要求。在数据传输方面，当读取到卡片信息后便将数据存放至缓存，当接收到主控器收取数据指令后将数据发送至主控器处。

本发明工作时，控制器通过信号接口接受外界的控制信号，或者与服务器连接，形成联网结构；在机械积木机构运行时，控制器控制驱动机构的运行状态，驱动机构通过传动机构控制执行机构的运动状态。执行机构以及环境状态，通过传感器模块以及RFID模块进行感知，并将感知信号发送给信号传输模块，即网络节点，再由信号传输模块传输给主控器。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种物联网教育机器人，其特征在于：包括：

机械积木机构，机械积木机构包括驱动机构、传动机构和执行机构；

传感器模块，用于感应执行机构的运动状态；

主控器，用于控制驱动机构的运行状态；

无线传感器网络节点，包括多个信号传输模块，用于将传感器模块的感应信号传递给主控器；

还包括：RFID模块，用于对环境的标识，并与主控器或传感器模块信号连接，

其中，所述信号传输模块包括由多个信号组件构成的网络节点，信号组件包括信号发射器和信号接收器；网络节点包括1级网络节点、2级网络节点；

 n级网络节点，n>1；m级网络节点中的信号接收器接收来自m+1级网络节点的信号和传感器模块发送的信号，n>m；1级网络节点向主控器发送信号。

2.根据权利要求1所述的一种物联网教育机器人，其特征在于：所述主控器连接有信号接口。

3.根据权利要求2所述的一种物联网教育机器人，其特征在于：所述信号接口包括ISP下载接口、A/D接口、I/O接口、IIC总线接口和串口等。

4.根据权利要求1所述的一种物联网教育机器人，其特征在于：所述主控器采用型号ATMEGA32的单片机。

5.根据权利要求1所述的一种物联网教育机器人，其特征在于：所述RFID模块的芯片采用MRFC500。