CN104959991A - 一种用于竞赛的教育机器人及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于竞赛的教育机器人及使用方法，机器人测控电路包括3个模块：模块1用于地面颜色、运动障碍物检测，模块2用于执行机构控制、运动速度测量，模块3用于总体测控；每个模块都有1个8位微控制器以及由智能手机及串口蓝牙模块组成的人机交互设备，可以单独编写调试程序。本发明的有益效果：基于国内学生熟悉的8位微控制器设计、降低了机器人软件设计的难度，有利于机器人教育在我国的普及，同时采用模块化结构，使得各模块软件设计可以同时进行，有效地提高软件设计效率。

Description

一种用于竞赛的教育机器人及使用方法

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体涉及一种用于竞赛的教育机器人。

背景技术

机器人技术集机械、电子、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体，具有很高的综合性。机器人竞赛是近年来国内外广泛开展的一类学生课外科技活动，竞赛项目包括“机器人游中国”、“机器人搬运”，“机器人灭火”、“机器人擂台对抗”，“小型服务机器人”等，吸引了大批高校学生参与。参与竞赛激发了学生的创新意识，提高了实践能力。目前一般学校参赛是购买商品化的教育机器人，由学生编写竞赛软件，通常以3～4名左右学生组队，每个同学分工负责编写一部分软件。现有商品化的竞赛机器人，多基于单个32位微控制器设计，而我国高校大多数讲授8位微控制器，学生对32位微控制器不了解，软件开发难度较大；另外单微处理器结构，使各队员编写调试程序难以同时进行。

发明内容

本发明的目的是解决背景技术存在的技术问题，提供一种采用8位微控制器设计、模块化结构、各模块软件可以同时编写调试的竞赛教育机器人。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于竞赛的教育机器人，其特征在于，测控电路包括3个模块；

模块1用于检测，模块1包括微控制器1、地面颜色检测传感器、运动障碍物检测传感器、人机交互设备；地面颜色检测传感器、运动障碍物检测传感器、人机交互设备分别与微控制器1连接；

模块2用于执行机构控制，模块2包括微控制器2、执行机构及驱动电路、测速传感器、人机交互设备；执行机构通过驱动电路与微控制器2连接，测速传感器、人机交互设备与微控制器2连接；

模块3用于总体测控，模块3由微控制器3、人机交互设备组成；人机交互设备与微控制器3连接，在总体调试运行时，微控制器3与微控制器1、微控制器2分别连接；

所述的微控制器1、微控制器2、微控制器3均为8位微控制器；

所述的人机交互设备，由智能手机及串口蓝牙模块组成；串口蓝牙模块与微控制器的串行接口连接，智能手机与串口蓝牙模块无线连接。

优选的，所述的运动障碍物检测传感器为红外测距传感器或超声波测距传感器。

优选的，所述的执行机构为电机、机械手、直流风扇。

优选的，所述的微控制器1、微控制器2的型号为IAP15F2K61S2，微控制器3的型号为IAP15F2K61S4。

优选的，所述的地面颜色检测传感器的型号为TCS34901，数量为4～16个。

所述的一种用于竞赛的教育机器人的使用方法，步骤如下：

(1)同时进行以下以下操作：

①将模块1放置于竞赛场地不同位置，并将微控制器1通过串口蓝牙模块与智能手机无线连接；用智能手机向微控制器1发送各种传感器检测命令；微控制器1收到命令后启动检测并将检测结果发给智能手机显示；使用者根据检测结果确定地面颜色和障碍物检测阀值；将阀值及程序写入微控制器1中。

②将模块2放置于竞赛场地不同位置，并将微控制器2通过串口蓝牙模块与智能手机无线连接；用智能手机向微控制器2发送各种各种控制命令；微控制器2收到命令后执行相应操作：控制执行机构动作，采集测速传感器输出数据、计算运动距离、速度、加速度等参数发给智能手机显示；使用者根据参数，确定控制程序并写入微控制器2中。

③将微控制器3通过串口蓝牙模块与智能手机无线连接；用智能手机向微控制器3发送仿真检测数据；微控制器3根据算法将控制命令发给智能手机显示，编写仿真竞赛程序。

(2)分别断开微控制器1、微控制器2的串口蓝牙模块；将断开后的2个串行接口分别与微控制器3的2个串行接口连接。

(3)微控制器3通过串行接口向微控制器1发送检测命令；微控制器1返回检测值；微控制器3收到检测值后根据算法综合判定，确定机器人操作和运动路径，通过串行接口向微控制器2发出控制命令；微控制器2根据命令对执行机构的进行相应的控制；重复上述过程直到完成一个比赛任务。

本发明的有益效果：基于国内学生熟悉的8位微控制器设计、降低了机器人软件编写调试的难度，采用模块化结构，使得各模块软件编写可以同时进行，有效地提高软件设计效率。

附图说明

图1是本发明测控电路模块1示意图；

图2是本发明测控电路模块2示意图；

图3是本发明测控电路模块3示意图；

图4是本发明测控电路总体连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施时，附图1、附图2、附图3和附图4中微控制器1、微控制器2及微控制器3选用学生熟悉的与8051兼容的8位微控制器，例如微控制器1、微控制器2可选用IAP15F2K61S2单片机，IAP15F2K61S2单片机片内集成有2个串行接口；微控制器3选用IAP15F2K61S4单片机，IAP15F2K61S4单片机片内集成有4个串行接口。

附图1、附图2、附图3和附图4中的串口蓝牙模块可选Risym HC-05，与微控制器的一个串行接口连接；微控制器可以通过串口蓝牙模块对外无线收发数据；智能手机内都具有蓝牙模块，安装手机蓝牙串口调试软件后，智能手机可作为一个数据终端使用，智能手机现代大学生已普遍拥有，无需额外配置。

附图1中地面颜色检测传感器用于检测竞赛场地地面的颜色，以便为机器人运动提供导航。由于不同竞赛项目其场地路径类型、路径宽度、颜色等不一样，因此不同比赛中，颜色传感器的数量和位置都需要调整。实施时，颜色检测传感器可选TCS34901数字颜色传感器，与微控制器通过I²C总线连接，数量4～16个，安装位置应可以进行调整；TCS34901数字颜色传感器可以检测出光的三基色(红、绿、蓝)成分，比现有的竞赛机器人使用光敏电阻检测提高了测量精度。

附图1中运动障碍物检测传感器可采用红外测距传感器GP2Y0A02YK0F或超声波测距传感器HC-SR04。

附图2中执行机构为包括机器人运动的电机、机械手、直流风扇(5V，灭火比赛用)。电机采用直流减速电机或步进电机或舵机。

附图2中测速传感器可采用光电码盘或数字编码器，如E6A2-CS3E旋转编码器。

本发明的使用方法步骤如下：

(1)在智能手机上安装蓝牙串口调试软件后，同时进行以下操作：

①将模块1放置于竞赛场地不同位置，并将微控制器1通过串口蓝牙模块与智能手机无线连接；用智能手机向微控制器1发送各种传感器检测命令；微控制器1收到命令后启动检测并将检测结果发给智能手机显示；使用者根据检测结果确定地面颜色和障碍物检测阀值；将阀值及程序写入微控制器1中。

②将模块2放置于竞赛场地不同位置，并将微控制器2通过串口蓝牙模块与智能手机无线连接；用智能手机向微控制器2发送各种各种控制命令；微控制器2收到命令后执行相应操作：控制机器人运动、采集测速传感器输出数据、计算运动距离、速度、加速度等参数发给智能手机显示；使用者根据参数，确定控制程序并写入微控制器2中。

③将微控制器3通过串口蓝牙模块与智能手机无线连接；用智能手机向微控制器3发送仿真检测数据；微控制器3根据算法将控制命令发给智能手机显示，编写仿真竞赛程序。

(2)分别断开微控制器1、微控制器2的串口蓝牙模块；将断开后的2个串行接口分别与微控制器3的2个串行接口连接。

(3)微控制器3通过串行接口向微控制器1发送检测命令；微控制器1返回检测值；微控制器3收到检测值后根据算法综合判定，确定机器人操作和运动路径，通过串行接口向微控制器2发出控制命令；微控制器2根据命令对执行机构的进行相应的控制；重复上述过程直到完成一个比赛任务。

Claims (6)

1.一种用于竞赛的教育机器人，其特征在于，测控电路包括3个模块；

模块1用于检测，模块1包括微控制器1、地面颜色检测传感器、运动障碍物检测传感器、人机交互设备；地面颜色检测传感器、运动障碍物检测传感器、人机交互设备分别与微控制器1连接；

模块2用于执行机构控制，模块2包括微控制器2、执行机构及驱动电路、测速传感器、人机交互设备；执行机构通过驱动电路与微控制器2连接，测速传感器、人机交互设备与微控制器2连接；

模块3用于总体测控，模块3由微控制器3、人机交互设备组成；人机交互设备与微控制器3连接，在总体调试运行时，微控制器3与微控制器1、微控制器2分别连接；

所述的微控制器1、微控制器2、微控制器3均为8位微控制器；

所述的人机交互设备，由智能手机及串口蓝牙模块组成；串口蓝牙模块与微控制器的串行接口连接，智能手机与串口蓝牙模块无线连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于竞赛的教育机器人，其特征在于，所述的运动障碍物检测传感器为红外测距传感器或超声波测距传感器。

3.根据权利要求1所述的一种用于竞赛的教育机器人，其特征在于，所述的执行机构为电机、机械手、舵机、直流风扇。

4.根据权利要求1所述的一种用于竞赛的教育机器人，其特征在于，微控制器1、微控制器2的型号为IAP15F2K61S2，微控制器3的型号为IAP15F2K61S4。

5.根据权利要求1所述的一种用于竞赛的教育机器人，其特征在于，所述的地面颜色检测传感器的型号为TCS34901，数量为4～16个。

6.根据权利要求1所述一种用于竞赛的教育机器人的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)同时进行以下以下操作：

①将模块1放置于竞赛场地不同位置，并将微控制器1通过串口蓝牙模块与智能手机无线连接；用智能手机向微控制器1发送各种传感器检测命令；微控制器1收到命令后启动检测并将检测结果发给智能手机显示；使用者根据检测结果确定地面颜色和障碍物检测阀值；将阀值及程序写入微控制器1中；

②将模块2放置于竞赛场地不同位置，并将微控制器2通过串口蓝牙模块与智能手机无线连接；用智能手机向微控制器2发送各种各种控制命令；微控制器2收到命令后执行相应操作：控制执行机构动作，采集测速传感器输出数据、计算运动距离、速度、加速度等参数发给智能手机显示；使用者根据参数，确定控制程序并写入微控制器2中；

③将微控制器3通过串口蓝牙模块与智能手机无线连接；用智能手机向微控制器3发送仿真检测数据；微控制器3根据算法将控制命令发给智能手机显示，编写仿真竞赛程序；

(2)分别断开微控制器1、微控制器2的串口蓝牙模块；将断开后的2个串行接口分别与微控制器3的2个串行接口连接；

(3)微控制器3通过串行接口向微控制器1发送检测命令；微控制器1返回检测值；微控制器3收到检测值后根据算法综合判定，确定机器人操作和运动路径，通过串行接口向微控制器2发出控制命令；微控制器2根据命令对执行机构的进行相应的控制；重复上述过程直到完成一个比赛任务。