CN107491015A - 一种机器人教育套件 - Google Patents
一种机器人教育套件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107491015A CN107491015A CN201710913320.XA CN201710913320A CN107491015A CN 107491015 A CN107491015 A CN 107491015A CN 201710913320 A CN201710913320 A CN 201710913320A CN 107491015 A CN107491015 A CN 107491015A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- interface
- robot
- controller
- external member
- pattern development
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
- G05B19/0423—Input/output
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/20—Pc systems
- G05B2219/25—Pc structure of the system
- G05B2219/25257—Microcontroller
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Toys (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
一种机器人教育套件，包括机电本体积木、图形化开发软件、配套教程及互动论坛，其中，机电本体积木由控制器、驱动器、本体结构件、电池、传感器、线缆、显示模块组成，用户利用机电本体积木拼装出所需的机器人本体，而后通过图形化开发软件生成基于机器人操作系统的应用程序源代码，并一键下载至机电本体积木的控制器，再通过图形化开发软件发送编译指令给控制器，由控制器对该应用程序源代码进行编译、调试，生成可执行文件并实施执行；利用模块化的机电本体积木拼装出机器人本体，然后通过图形化开发软件完成机器人编程，大大降低的使用门槛，采用ROS系统，极大提高机器人应用软件的开发效率，性价比高，极大提高工程实践能力和创新能力。
Description
技术领域
本发明涉及机器人结构技术领域，尤其涉及一种机器人教育套件。
背景技术
教育机器人套件一般包含机电本体、图形化开发软件、教程和论坛，当前，市面上的教育套件产品分为两类，一类功能齐全、外形美观，但是价格昂贵，此类产品的机电本体一般基于简单的ARM芯片（以STM32芯片居多）开发，不能搭载嵌入式操作系统和机器人操作系统，因此能够实现的功能不够复杂，图形化开发软件基于流程图开发，不能够很好地阐述机器人的组成与工作原理；另一类产品价格较便宜，但是功能不够齐全，此类产品的机电本体一般基于单片机开发，只能够实现最基本的机器人功能，且使用繁琐，一般不具备图形化开发软件。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种机器人教育套件，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种机器人教育套件，包括机电本体积木、图形化开发软件、配套教程及互动论坛，其中，机电本体积木由控制器、驱动器、本体结构件、电池、传感器、线缆、显示模块组成，用户利用机电本体积木拼装出所需的机器人本体，而后通过图形化开发软件生成基于机器人操作系统的应用程序源代码，并一键下载至机电本体积木的控制器，再通过图形化开发软件发送编译指令给控制器，由控制器对该应用程序源代码进行编译、调试，生成可执行文件并实施执行。
在本发明中，控制器内安装有用于运行图形化开发软件开发的应用软件的Ubuntu系统和ROS系统，且控制器内设置有核心模块和接口底板，核心模块安装在接口底板上，核心模块基于四核ARM Cortex-A53设计，具备1GB DDR2内存；接口底板上设置有数据采集接口和核心模块接口，数据采集接口包括通用接口和专用接口，通用接口包括3通道GPIO接口、4通道ADC接口、1通道I2C接口、1通道SPI接口和1通道LCD接口，专用接口包括2通道红外传感器采集接口和3通道超声波传感器采集接口，且4通道ADC接口基于2.54XH接插件和AD转换芯片PCF8591实现，核心模块接口为加高双排排母座结构，其他接口采用2.54XH接插件实现，核心模块接口用于连接核心模块，其他接口用于连接传感器；
控制器接收传感器信号，并运行机器人行为决策算法，输出PWM信号与开关量信号给驱动器；驱动器基于L298P芯片设计，以实现对两通道直流有刷电机的控制，接收来自控制器的PWM信号与开关量信号，以控制电机转动，进而驱动机器人行走。
在本发明中，本体结构件包括4个相同电机、4个相同轮子和1套机械结构件，电机支持3～10V电压，减速比1:48，供电5V时的空载转速208rpm；轮子采用65mm直径的橡胶轮子；机械结构件包括2块用于安装控制器、驱动器、电池、红外传感器的金属板、4套用于固定电机和轮子的结构件、3个用于固定超声波传感器的支架和1块用于固定摄像头的金属板；电池采用7.4V锂电池实现，用于给各个功能模块供电。
在本发明中，传感器包括2个开关量红外传感器和3个超声波传感器，用于感知机器人的环境信息。
在本发明中，显示模块包括1个LCD模块和1个LED模块， LED模块包括3个共阳极的LED。
在本发明中，图形化开发软件包括图形编辑器、程序下载器、远程编译器、样例库及平台操作，图形编辑器包括图形化拖拽、库管理，远程编译器包括远程编译与远程调试，平台操作包括手动控制、语音控制、视频监控，利用图形化开发软件，用户通过拖拽连线的方式实现基于ROS系统的机器人应用程序的图形化开发，通过图形编辑器完成图形化拖拽与基于ROS的应用程序源代码生成，并实现库管理，库管理包括部件库管理与算法库管理；部件库包括控制器库、驱动器库、传感器库、人机交互库、关系库和用户新增库；算法库包括避障算法库、巡线算法库、跟随算法库、流水灯算法库、呼吸灯算法库、超声波测距算法库、多路信号采集算法库和用户新增库。
在本发明中，用户对各个库进行修改、增加或删减，同时利用用户新增库增加库的类型。
在本发明中，程序下载器用于将图形编辑器得到的基于ROS的应用程序源代码打包，并通过WIFI下载到安装有Ubuntu系统和ROS系统的控制器中；远程编译器用于实现应用程序的远程编译与调试，并生成可执行文件。
在本发明中，样例库包括本套件提供给的6个套件应用样例，应用样例包括自主避障、自主跟随、自主巡线、流水灯控制、超声波测距与显示系统、多路信号采集与显示系统。
在本发明中，平台操作通过手动操作（用鼠标在软件界面点击）或语音控制机器人前、后、左、右运动，通过摄像头视频监控机器人周围的环境信息。
在本发明中，配套教程包括视频教程和纸质教程，均包含套件的基本操作、套件需用到的基础知识和样例操作指南，可帮助用户快速上手本产品，高效地学习相关知识点。
在本发明中，互动论坛运用MySQL数据库，采用PHP开发语言，基于discuz开源论坛进行二次开发实现，用户可发布开发问题、交流开发经验、下载和上传算法源码等。
有益效果：
1）本发明中初学者利用模块化的机电本体积木拼装出机器人本体，然后通过图形化开发软件拖拽、连线的方式即可完成机器人编程，大大降低该套件的使用门槛；有经验用户可直接通过C语言深度学习机器人编程；
2）本发明采用ROS系统，可极大提高机器人应用软件的开发效率，而通过图形化开发软件和配套教程，可让初学者快速入门ROS；
3）本发明可帮助学生了解机器人的机械结构，了解电机、电池、传感器等器件的工作原理和使用方法，学习GPIO、ADC、I2C、SPI等接口的操作方式，学习基于Linux的嵌入式应用软件的编写方法等；支持学生开展课程设计：辅助电子、控制、计算机等专业开展电子线路、单片机等课程的课程设计；具有开放性和拓展性：可根据需要方便增减功能，进行自主创新；
4）本发明具有较高的性价比，可极大地提高学生的工程实践能力和创新能力。
附图说明
图1是本发明的较佳实施例的框架示意图。
图2是本发明的较佳实施例中的机电本体积木框架示意图。
图3是本发明的较佳实施例中的图形化开发软件框架示意图。
图4是本发明的较佳实施例中的接口底板内部连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1所示的一种机器人教育套件，包括教育套件1、机电本体积木2、图形化开发软件3、配套教程4及互动论坛5，用户利用机电本体积木2拼装所需的机器人本体，而后通过图形化开发软件3生成基于机器人操作系统（Robot Operating System，以下简称ROS）的应用程序源代码，并一键下载至机电本体积木2的控制器21，最后通过图形化开发软件3发送编译指令给控制器21，在控制器21中对该源代码进行编译、调试，生成可执行文件并执行。
如图2所示，机电本体积木2包括控制器21、驱动器22、本体结构件23、电池24、传感器25、线缆26、显示模块27，本体结构件23包括电机28、轮子29、机械结构件210，显示模块27包括LCD模块211、LED模块212，传感器25包括红外传感器213及超声波传感器214；
控制器21内安装有Ubuntu系统和ROS系统，用于运行图形化开发软件3开发的应用软件，包括核心模块和接口底板20，核心模块以核心板的方式扣在接口底板20上，核心模块基于四核ARM Cortex-A53设计，具备1GB DDR2内存；接口底板20上设置有数据采集接口201和核心模块接口2019，数据采集接口201包括通用接口202和专用接口203，其中通用接口202包括3通道GPIO接口（204～206）、4通道ADC接口（207～2010）、1通道I2C接口2011、1通道SPI接口2012和1通道LCD接口2013，专用接口203包括2通道红外传感器采集接口（2017～2018）和3通道超声波传感器采集接口（2014～2016），如图4所示，4通道ADC接口（207～2010）基于2.54XH接插件和AD转换芯片PCF8591实现，核心模块接口采用加高双排排母座结构实现，其他接口采用2.54XH接插件实现，核心模块接口用于连接核心模块，其他接口用于连接传感器。
控制器21接收传感器信号，并运行机器人行为决策算法，输出PWM信号与开关量信号给驱动器；
驱动器22基于L298P芯片设计，以实现对两通道直流有刷电机的控制，接收来自控制器21的PWM信号与开关量信号，以控制电机28转动，进而驱动机器人行走；
本体结构件23包括4个相同电机28、4个相同轮子29和1套机械结构件210，电机28支持3～10V电压，减速比1:48，供电5V时的空载转速208rpm；轮子29采用65mm直径的橡胶轮子；机械结构件210包括2块用于安装控制器21、驱动器22、电池24、红外传感器213的金属板、4套用于固定电机28和轮子29的结构件、3个用于固定超声波传感器214的支架和1块用于固定摄像头的金属板；
电池24采用7.4V锂电池实现，用于给各个功能模块供电；
传感器包括2个开关量红外传感器213和3个超声波传感器214，用于感知机器人的环境信息；
线缆26用于连接各个功能模块；
显示模块27包括1个LCD模块211和1个LED模块212，其中LED模块212包括3个共阳极的LED；
如图3所示，图形化开发软件3包括图形编辑器31、程序下载器32、远程编译器33、样例库34、平台操作35，图形编辑器31包括图形化拖拽36、库管理37，远程编译器33包括远程编译38与远程调试39，平台操作35包括手动控制310、语音控制311、视频监控312，利用图形化开发软件3，用户通过图形化拖拽36连线的方式实现基于ROS系统的机器人应用程序的图形化开发，通过图形编辑器31完成图形化拖拽36与基于ROS的应用程序源代码生成，并实现库管理37，库管理37包括部件库管理313及算法库管理314，部件库包括控制器库、驱动器库、传感器库、人机交互库、关系库和用户新增库；算法库包括避障算法库、巡线算法库、跟随算法库、流水灯算法库、呼吸灯算法库、超声波测距算法库、多路信号采集算法库和用户新增库；用户可对各个库进行修改、增加或删减，同时也可利用用户新增库增加库的类型；
程序下载器32用于将图形编辑器31得到的基于ROS的应用程序源代码打包，并通过WIFI下载到安装有Ubuntu系统和ROS系统的控制器21中；
远程编译器33用于实现应用程序的远程编译38与远程调试39，并生成可执行文件；
样例库34包括本套件提供给用户的6个套件应用样例，应用样例包括自主避障、自主跟随、自主巡线、流水灯控制、超声波测距与显示系统、多路信号采集与显示系统；
平台操作35可通过手动操作310（用鼠标在在平台操作35界面点击）或语音控制311机器人前后左右运动，通过摄像头视频监控312机器人周围的环境信息；
上述所有程序子模块均基于C#实现。
配套教程4包括视频教程和纸质教程，均包含套件的基本操作、套件需用到的基础知识和样例操作指南，可帮助用户快速上手本产品，高效地学习相关知识点。
互动论坛5运用MySQL数据库，采用PHP开发语言，基于discuz开源论坛进行二次开发实现，用户可发布开发问题、交流开发经验、下载和上传算法源码等。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种机器人教育套件，包括机电本体积木、图形化开发软件、配套教程及互动论坛，其特征在于，机电本体积木由控制器、驱动器、本体结构件、电池、传感器、线缆、显示模块组成，用户利用机电本体积木拼装出所需的机器人本体，而后通过图形化开发软件生成基于机器人操作系统的应用程序源代码，并一键下载至机电本体积木的控制器，再通过图形化开发软件发送编译指令给控制器，由控制器对该应用程序源代码进行编译、调试，生成可执行文件并实施执行。
2.根据权利要求1所述的一种机器人教育套件，其特征在于，控制器内安装有用于运行图形化开发软件开发的应用软件的Ubuntu系统和ROS系统，且控制器内设置有核心模块和接口底板，核心模块安装在接口底板上。
3.根据权利要求2所述的一种机器人教育套件，其特征在于，接口底板上设置有数据采集接口和核心模块接口，数据采集接口包括通用接口和专用接口，通用接口包括3通道GPIO接口、4通道ADC接口、1通道I2C接口、1通道SPI接口和1通道LCD接口，专用接口包括2通道红外传感器采集接口和3通道超声波传感器采集接口。
4.根据权利要求1所述的一种机器人教育套件，其特征在于，本体结构件包括4个相同电机、4个相同轮子和1套机械结构件，机械结构件包括2块用于安装控制器、驱动器、电池、红外传感器的金属板、4套用于固定电机和轮子的结构件、3个用于固定超声波传感器的支架和1块用于固定摄像头的金属板。
5.根据权利要求1所述的一种机器人教育套件，其特征在于，传感器包括2个开关量红外传感器和3个超声波传感器。
6.根据权利要求1所述的一种机器人教育套件，其特征在于，显示模块包括1个LCD模块和1个LED模块， LED模块包括3个共阳极的LED。
7.根据权利要求1所述的一种机器人教育套件，其特征在于，图形化开发软件包括图形编辑器、程序下载器、远程编译器、样例库及平台操作，图形编辑器包括图形化拖拽、库管理，远程编译器包括远程编译与远程调试，平台操作包括手动控制、语音控制、视频监控，利用图形化开发软件，用户通过拖拽连线的方式实现基于ROS系统的机器人应用程序的图形化开发，通过图形编辑器完成图形化拖拽与基于ROS的应用程序源代码生成，并实现库管理，库管理包括部件库管理与算法库管理；样例库提供套件应用样例；程序下载器用于将图形编辑器得到的基于ROS的应用程序源代码打包，并通过WIFI下载到安装有Ubuntu系统和ROS系统的控制器中。
8.根据权利要求1所述的一种机器人教育套件，其特征在于，配套教程包括视频教程和纸质教程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710913320.XA CN107491015A (zh) | 2017-09-30 | 2017-09-30 | 一种机器人教育套件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710913320.XA CN107491015A (zh) | 2017-09-30 | 2017-09-30 | 一种机器人教育套件 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107491015A true CN107491015A (zh) | 2017-12-19 |
Family
ID=60654273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710913320.XA Pending CN107491015A (zh) | 2017-09-30 | 2017-09-30 | 一种机器人教育套件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107491015A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108961979A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-07 | 付芃棵 | 一种教学机器人系统和组装方法 |
| CN109271144A (zh) * | 2018-08-24 | 2019-01-25 | 深圳市创客星空科技有限公司 | 一种用于学习的云集成环境开发方法 |
| CN109529374A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-03-29 | 深圳点猫科技有限公司 | 一种智能机器人 |
| CN110333869A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-10-15 | 深圳玩智商科技有限公司 | Ros机器人调试装置、方法、计算机设备以及程序产品 |
| CN113515313A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-10-19 | 苏州如林自动化软件科技有限公司 | 运动控制卡配置方法、计算机设备、运动控制方法及系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2857141Y (zh) * | 2004-08-27 | 2007-01-10 | 乔兵 | 可编程教学智能机器人实验系统 |
| CN104385272A (zh) * | 2014-09-23 | 2015-03-04 | 四川师范大学 | 一种多功能教育机器人系统 |
| US20160224000A1 (en) * | 2015-01-29 | 2016-08-04 | I Hsueh CHEN | Programming system for device control |
| CN105843630A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-08-10 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | 一种基于机器人图形化编程开发的方法 |
| CN106940961A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-07-11 | 杨林刚 | 模拟或教学演示用避障竞走机器人及其控制方法 |
-
2017
- 2017-09-30 CN CN201710913320.XA patent/CN107491015A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2857141Y (zh) * | 2004-08-27 | 2007-01-10 | 乔兵 | 可编程教学智能机器人实验系统 |
| CN104385272A (zh) * | 2014-09-23 | 2015-03-04 | 四川师范大学 | 一种多功能教育机器人系统 |
| US20160224000A1 (en) * | 2015-01-29 | 2016-08-04 | I Hsueh CHEN | Programming system for device control |
| CN105843630A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-08-10 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | 一种基于机器人图形化编程开发的方法 |
| CN106940961A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-07-11 | 杨林刚 | 模拟或教学演示用避障竞走机器人及其控制方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109271144A (zh) * | 2018-08-24 | 2019-01-25 | 深圳市创客星空科技有限公司 | 一种用于学习的云集成环境开发方法 |
| CN108961979A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-07 | 付芃棵 | 一种教学机器人系统和组装方法 |
| CN109529374A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-03-29 | 深圳点猫科技有限公司 | 一种智能机器人 |
| CN110333869A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-10-15 | 深圳玩智商科技有限公司 | Ros机器人调试装置、方法、计算机设备以及程序产品 |
| CN113515313A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-10-19 | 苏州如林自动化软件科技有限公司 | 运动控制卡配置方法、计算机设备、运动控制方法及系统 |
| CN113515313B (zh) * | 2020-11-09 | 2024-04-19 | 苏州如林自动化软件科技有限公司 | 运动控制卡配置方法、计算机设备、运动控制方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107491015A (zh) | 一种机器人教育套件 | |
| US6718231B2 (en) | Authoring system and authoring method, and storage medium | |
| Škraba et al. | Speech-controlled cloud-based wheelchair platform for disabled persons | |
| CN106573378A (zh) | 通过机器人反馈增强编程教育的系统和方法 | |
| US20020061504A1 (en) | Legged robot and method for teaching motions thereof | |
| CN105467858A (zh) | 一种机器人控制程序图形化集成开发环境 | |
| CN107678746A (zh) | 一种基于ros的图形化开发平台 | |
| CN106484403A (zh) | 一种机器人跨平台的图形化开发系统 | |
| CN102416265A (zh) | 变形金刚机器人玩具及方法 | |
| CN107214679A (zh) | 基于体感传感器的机械臂人机交互系统 | |
| Thai | Exploring robotics with ROBOTIS Systems | |
| CN111862727B (zh) | 人工智能图形化编程教学平台及方法 | |
| Balogh | Acrob an Educational Robotic Platform | |
| Andrew et al. | Implementation of low-cost voice command robot using arduino uno platform | |
| CN101188070B (zh) | 听障学生学习计算机程序设计语言的仿真教学系统 | |
| CN105825744A (zh) | 体感控制两轮平衡车教具系统 | |
| CN202751805U (zh) | 一种语音定位与智能避障识别玩具 | |
| Behrens et al. | Teaching practical engineering for freshman students using the RWTH-Mindstorms NXT Toolbox for MATLAB | |
| CN105425728A (zh) | 多轴运动串行控制示教编程方法 | |
| CN210836690U (zh) | 一种控制设备及可编程设备 | |
| CN107358841A (zh) | 一种集成传感器和执行器的实验盒 | |
| Mohammad et al. | An introductory engineering course for freshman students-from programming to implementation | |
| Kelemen et al. | Didactic tools for education of embedded systems | |
| CN109262615A (zh) | 一种机器人的控制系统 | |
| Bruno | Erwhi Hedgehog: A New Learning Platform for Mobile Robotics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171219 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |