CN107657866A - 一种模块化可编程的智能教育机器人 - Google Patents

Abstract

一种模块化可编程的智能教育机器人，包括至少一个扩展模块、一个核心模块、供电模块和遥控器模块，所述扩展模块包括分处理扩展模块，传感器模块，执行模块和UMB接口，所述核心模块包括核心处理模块，识别模块，控制模块控制通信模块和UMB接口，供电模块用于向设备供电，遥控器模块包括通信模块、遥控器传感模块、遥控器执行模块和UMB接口本发明在每个扩展模块中加入分处理器模块，模块之间采用专门设计的UMB模块，各类编程可以在移动端完成，使得智能机器人利用各类扩展模块进行随意组合，并节省了其余模块，丰富了模块之间的连接组合方式，并且利用移动端遥控以及写入指令，与互联网相连，使得使用场景更加多样化。

Description

一种模块化可编程的智能教育机器人

技术领域

本申请涉及一种智能机器人，具体的，涉及一种模块化的，可以编程的智能机器人，能够应用于教育用具以及青少年玩具领域。

背景技术

在青少年儿童智力开发、教学活动和机器领域，功能多样且具有高度智能的玩具教具和机器人越来越受欢迎。现有的产品都是功能单一的产品，不能简单经济的转换为另一种产品，也很少有扩展功能。各种机器人因为包含单独而特有的处理器或者使用定制的执行模块而导致价格高昂，使得这一系列的玩具、教具和机器人普及程度不高。同时普通的玩具因为缺乏与互联网的对接，个性化和智能化程度很低。单独使用智能设备上的游戏或者教学应用软件，属于虚拟游戏和应用，虽然也可以提供的玩具或者教具功能，但是具有很大的局限性。在信息化时代，可辅助编程教育的智能硬件还严重依赖个人固定端设备（如个人PC），同时可实现的功能也局限于单一的形态。在中国专利申请《结合智能设备的模块化玩具、教学用具或机器人》中，公开了一种结合智能设备的模块化 玩具、教学用具或机器人，包括 ：(1) 一部或者多部智能设备，安装相应的应用程序，应用程序优选是智能设备原厂开发或者第三方开发的；(2) 用于与智能设备进行信号交互和转换的控制器模块，连接到智能设备的通信接口；(3) 玩具、教学用具或机器人的模型，该模型构建所模拟的玩具、教学用具或机器人的基本外观和功能，所述模型与控制器模块共同完成所模拟的玩具、教学用具或机器人的核心功能 ；所述模型是由可以拆卸组装的基础元件成。在中国专利申请《模块化电子玩具》中，公开了一种模块化电子玩具，包括控制模块和功能模块，控制模块与功能模块相互可分离的设置，控制模块与功能模块有线或无线通讯连接，控制模块包括主控板和电路装置，主控板上设置用于连接其它主控板的扩展接口，功能模块至少包括操作模块、显示模块和发声模块，操作模块包括辅助板和操作件，辅助板可分离的设于主控板上，主控板上设置有感应区，辅助板上与感应区相匹配的设置限位区，操作件可穿过限位区与感应区相接触。在中国专利申请《一种自选配置的模块化的智能按摩椅》中，公开了一种自选配置的模块化的智能按摩椅，涉及到智能按摩椅技术领域，解决现在的智能按摩椅无法实现模块化选择组装的技术不足，包括有座椅本体，其特征在于：所述的座椅本体包括有坐垫支架和靠垫支架，坐垫支架中设有模块化的坐垫按摩模块，在靠垫支架设有模块化的靠垫按摩模块；靠垫按摩模块中设有振动、旋转或滚动按摩的按摩部件。因此，现有的结合智能手机和平板电脑的玩具、教具或机器人都是和特定应用绑定使用，只能支持特定应用，这样的玩具、教具或者机器人成本很高，功能单一，无法快速经济地转换为不同的玩具、教具或机器人。同时普通的玩具因为缺乏与互联网的对接,个性化和智能化程度很低。而单独使用智能设备上的游戏或者教学应用软件，属于虚拟游戏和应用，虽然也可以提供的玩具或者教具功能，但是具有很大的局限性。例如，严重依赖屏幕和用户交互，长期使用有害眼睛；无法直观的体现现实实体的基本构造和原理。由于固定端设备的限制，可编程的适合教育的智能设备一般需要在固定的场景使用，大大降低了学习的趣味性。因此，如何能够提供一种满足通用场合，模块之间可以进行任意组合，并且通过编程成为满足要求的智能机器人成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种模块化可编程的智能教育机器人，每个模块更加智能化、核心化，能够完成模块间的任意组合，并且融入了互联网的可移动操作。为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种模块化可编程的智能教育机器人，包括至少一个扩展模块和一个核心模块，其中所述扩展模块包括分处理扩展模块，传感器模块，执行模块和UMB接口，所述核心模块包括核心处理模块，识别模块，控制模块控制通信模块和UMB接口；其中所述分处理器模块，用于接收由UMB接口传来的从核心处理模块传递的指令，并将其编译后发送给执行模块，由执行模块来执行具体的指令；传感器模块，用于负责感测数据将其发送给分处理扩展模块，再由分处理扩展模块处理后由UMB接口传回核心处理模块；

核心处理模块，用于处理控制通信模块传来的指令，再将经过处理后的指令发送给控制模块；识别模块，用于识别扩展模块的整体形态，以及该扩展模块的状态是否可靠、合法，再将信息处理后传送给所述核心处理模块；控制模块，用于将所述核心处理模块处理过的指令经由UMB接口传递给各个扩展模块的分处理扩展模块，由其处理后发送给扩展模块的执行模块；控制通信模块，用于接收各种控制指令，并将其传送给核心处理模块。优选地，还具有UMB模块，用于不同模块之间UMB接口的连接。优选地，还具有供电模块，所述供电模块用于给所述智能教育机器人供电，所述供电模块包括充电模块和电压调节模块以及UMB接口。优选地，所述核心模块中还包括烧录通信模块，用于使得服务器通过该烧录通信模块完成编程和个性化的设置。优选地，所述服务器为移动端。优选地，还包括遥控器模块，包括通信模块、输入模块、遥控器分处理器模块和UMB接口，所述通信模块用于接收所述输入模块采集的指令信息并传给所述控制通信模块，并接收机器人反馈的信息；所述输入模块用于采集使用者的指令经处理后传给通信模块；遥控器分处理模块43用于运算；所述遥控器模块通过UMB接口与UMB模块连接，从而与供电模块连接，完成供电。优选地，控制通信模块能够通过Wi-Fi或者蓝牙的模式接收遥控器模块或者移动终端传送的控制指令。优选地，按下开关接通电源后，核心处理模块向识别模块发出初始状态自检信号，识别模块将指令发送至各个扩展模块的分处理器模块；接到指令后，各个扩展模块的分处理器模块将对各自模块的连接状态进行检查，然后将信息发送至识别模块，由识别模块进行检测来确定各模块间连接是否通畅，各个模块的身份是否合法；检测通过后将合格信号以及整体形态信号发送至核心处理模块。核心处理模块接收到合格信号和整体形态信号后，通过烧录通信模块向移动端发出信号，表明自身整体形态，使用者需要将预先编写完毕的操作程序通过WiFi或蓝牙的通信方式烧录进核心处理模块；在程序烧录完成后，核心处理模块会将完成信号通过控制通信模块传输给遥控器或移动端，然后使用者就可通过遥控器和移动端来控制拼接好的设备主体。所述机器人在使用过程中会不停进行运行状态自检，如果模块之间出现故障时，识别模块会将此信号传输至核心处理模块，由核心处理模块向控制模块发出停止命令，同时，核心处理模块也会经由控制通信模块向移动端和遥控器端发送警示信号。本发明在每个扩展模块中加入分处理器模块，模块之间采用专门设计的UMB模块，各类编程可以在移动端完成，使得智能机器人利用各类扩展模块进行随意组合，并节省了其余模块，丰富了模块之间的连接组合方式，并且利用移动端遥控以及写入指令，与互联网相连，使得使用场景更加多样化。附图说明：图1 是根据本发明具体实施例的模块化可编程的智能教育机器人的模块图；图2是根据本发明具体实施例的模块化遥控汽车的模块图；图3是根据本发明具体实施例的模块化遥控汽车的工作流程图；图4是根据本发明具体实施例的模块化四旋翼遥控飞机的工作流程图。图中的附图标记所分别指代的技术特征为：1、扩展模块；11、分处理器模块；12、传感器模块；13、执行模块；14、UMB接口；2、核心模块；21、核心处理模块；22、识别模块；23、控制模块；24、烧录通信模块；25、控制通信模块；3、供电模块；31、无线充电模块；32、电压调节模块；4、遥控器模块；41、通信模块；42、输入模块；43、遥控器分处理器模块；5、UMB模块；6、移动终端。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。本发明的主旨在于：模块化机器人中具有多个扩展模块以实现不同的功能，每个扩展模块中具有一分处理器模块，使各扩展模块能够接受不同的指令，识别并进行工作，从而更加智能，可以完成更多功能。同时，每种分处理器模块都有与之相对应的设备ID，这个设备ID会记录在核心处理模块中，使得核心处理模块可以顺利识别拼接完成后的设备的形态，使得模块间的组合不再限于常见的汽车形态、飞机形态等，而具有更多形态，例如可以飞行的汽车，并配合移动端的编程程序解决了对使用场景和使用方式的限制。参见图1，示出了根据本发明具体实施例的模块化可编程的智能教育机器人的模块图，该智能教育机器人包括至少一个扩展模块1和一个核心模块2，其中所述扩展模块1包括分处理扩展模块11，传感器模块12，执行模块13和UMB接口14，所述核心模块2包括核心处理模块21，识别模块22，控制模块23，控制通信模块25和UMB接口13；其中所述分处理器模块11，用于接收由UMB接口14传来的从核心处理模块21传递的指令，并将其编译后发送给执行模块13，由执行模块13来执行具体的指令，所述分处理扩展器模块11具有唯一对应的设备ID，所述设备ID同时存储在核心模块2的核心处理模块21中；传感器模块12，用于负责感测数据将其发送给分处理扩展模块11，再由分处理扩展模块11处理后由UMB接口14传回核心处理模块21；核心处理模块21，用于处理控制通信模块25传来的指令，再将经过处理后的指令发送给控制模块23；识别模块22，用于接收所述设备ID，并识别扩展模块1的整体形态，以及该扩展模块1的状态是否可靠、合法，再将信息处理后传送给所述核心处理模块21；控制模块23，用于将所述核心处理模块21处理过的指令经由UMB接口14传递给各个扩展模块1的分处理扩展模块11，由其处理后发送给扩展模块1的执行模块13；控制通信模块25，用于接收各种控制指令，并将其传送给核心处理模块21。在这其中，扩展模块1和核心模块2之间通过UMB接口连接在一起。所述UMB（Universal Modular Bus）接口是一种兼容串口、USB和I2O接口的通信协议的可以自由伸缩的通用接口，能够负责各模块间的通信，负责各模块间与供电模块之间的供电传输。因此，本发明利用了多个扩展模块，不同扩展模块之间具有相同的互连互通基础协议栈以及网络通讯物理层，不同类型的扩展模块拥有不同的分处理器模块。不同的分处理器模块都有与之相对应的唯一的ID，并储存在核心处理模块中，使得核心处理模块可以顺利识别凭借完成后的设备的形态，使得模块间随意的组合变成了可能。进一步的，还具有UMB模块5，用于不同模块之间UMB接口的连接。例如，在扩展模块1和核心模块2之间利用UMB模块5进行UMB接口之间的连接。与传统模块化设计的设备相比，通用UMB模块的加入在节省了其余模块的接口的同时，极大的丰富了模块间的连接组合方式。使设备可以拥有更多形态和功能。所述UMB模块主要有三个功能：用于各模块间的通信；用于各模块间与供电模块之间的供电传输和用于负责各模块间的结构衔接。UMB模块有多种类型，以完成不同需求的连接。进一步的，所述智能教育机器人还具有供电模块3，所述供电模块用于给所述智能教育机器人供电，优选的，所述供电模块3包括充电模块31和电压调节模块32以及UMB接口14。所述充电模块可以为无线充电模块，或者有线充电模块，只要能够完成充电功能即可。进一步的，所述供电模块中也可以包括电源。进一步的，所述核心模块2中还包括烧录通信模块24，用于使得服务器通过该烧录通信模块24完成编程和个性化的设置。其中，所述服务器可以为移动端，例如手机，通过移动端的应用，来完成编程和个性化设置。例如，核心处理模块、识别模块、控制模块、烧录通信模块和控制通信模块都集成在同一个模块中成为核心模块。核心模块可以为长方体或者正方体，并在每个侧面都留有2个UMB接口，方便与UMB模块连接。进一步的，还包括遥控器模块4，所述遥控器模块4也采用模块化设计，包括通信模块41、输入模块42、遥控器分处理器模块43和UMB接口14。所述通信模块41用于接收所述输入模块42采集的指令信息并传给所述控制通信模块25，并接收机器人反馈的信息，例如机器人上的传感器反馈的信息；所述输入模块42用于采集使用者的指令经处理后传给通信模块41，例如，将使用者的操作动作转化为模拟信号，遥控器分处理模块43用于运算，具体如将模拟信号转换为数字信号、计算采样频率、滤波、计算飞行姿态（机器人为飞机形态时）等。所述遥控器模块4通过UMB接口14与UMB模块5连接，从而与供电模块3连接，完成供电。其中控制通信模块25能够通过Wi-Fi或者蓝牙的模式接收遥控器模块或者移动终端传送的控制指令。

Claims (10)

1.在一种模块化可编程的智能教育机器人，包括至少一个扩展模块和一个核心模块，其中所述扩展模块包括分处理扩展模块，传感器模块，执行模块和UMB接口，所述核心模块包括核心处理模块，识别模块，控制模块控制通信模块和UMB接口；其中所述分处理器模块，用于接收由UMB接口传来的从核心处理模块传递的指令，并将其编译后发送给执行模块，由执行模块来执行具体的指令；传感器模块，用于负责感测数据将其发送给分处理扩展模块，再由分处理扩展模块处理后由UMB接口传回核心处理模块；核心处理模块，用于处理控制通信模块传来的指令，再将经过处理后的指令发送给控制模块；识别模块，用于识别扩展模块的整体形态，以及该扩展模块的状态是否可靠、合法，再将信息处理后传送给所述核心处理模块；控制模块，用于将所述核心处理模块处理过的指令经由UMB接口传递给各个扩展模块的分处理扩展模块，由其处理后发送给扩展模块的执行模块；控制通信模块，用于接收各种控制指令，并将其传送给核心处理模块。

2.根据权利要求1所述的模块化可编程的智能教育机器人，其特征在于：还具有UMB模块，用于不同模块之间UMB接口的连接。

3.根据权利要求1或2所述的模块化可编程的智能教育机器人，其特征在于：还具有供电模块，所述供电模块用于给所述智能教育机器人供电，所述供电模块包括充电模块和电压调节模块以及UMB接口。

4.根据权利要求1或2所述的模块化可编程的智能教育机器人，其特征在于：

所述核心模块中还包括烧录通信模块，用于使得服务器通过该烧录通信模块完成编程和个性化的设置。

5.根据权利要求4所述的模块化可编程的智能教育机器人，其特征在于：所述服务器为移动端。

6.根据权利要求1或2所述的模块化可编程的智能教育机器人，其特征在于：

还包括遥控器模块，包括通信模块、输入模块、遥控器分处理器模块和UMB接口，所述通信模块用于接收所述输入模块采集的指令信息并传给所述控制通信模块，并接收机器人反馈的信息；所述输入模块用于采集使用者的指令经处理后传给通信模块；遥控器分处理模块43用于运算；所述遥控器模块通过UMB接口与UMB模块连接，从而与供电模块连接，完成供电。

7.根据权利要求6所述的模块化可编程的智能教育机器人，其特征在于：控制通信模块能够通过Wi-Fi或者蓝牙的模式接收遥控器模块或者移动终端传送的控制指令。

8.根据权利要求2或7所述的模块化可编程的智能教育机器人，其特征在于：按下开关接通电源后，核心处理模块向识别模块发出初始状态自检信号，识别模块将指令发送至各个扩展模块的分处理器模块；接到指令后，各个扩展模块的分处理器模块将对各自模块的连接状态进行检查，然后将信息发送至识别模块，由识别模块进行检测来确定各模块间连接是否通畅，各个模块的身份是否合法；检测通过后将合格信号以及整体形态信号发送至核心处理模块。

9.根据权利要求8所述的模块化可编程的智能教育机器人，其特征在于：核心处理模块接收到合格信号和整体形态信号后，通过烧录通信模块向移动端发出信号，表明自身整体形态，使用者需要将预先编写完毕的操作程序通过WiFi或蓝牙的通信方式烧录进核心处理模块；在程序烧录完成后，核心处理模块会将完成信号通过控制通信模块传输给遥控器或移动端，然后使用者就可通过遥控器和移动端来控制拼接好的设备主体。

10.根据权利要求8所述的模块化可编程的智能教育机器人，其特征在于：所述机器人在使用过程中会不停进行运行状态自检，如果模块之间出现故障时，识别模块会将此信号传输至核心处理模块，由核心处理模块向控制模块发出停止命令，同时，核心处理模块也会经由控制通信模块向移动端和遥控器端发送警示信号。