CN108255102A - 一种模块化教育机器人控制装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种模块化教育机器人控制装置，嵌接在机器人主体内部，包括控制器、电源单元、驱动单元、通信单元、传感器单元和存储单元，控制器嵌接在机器人的内部；本发明作为创新设计实践非常好的平台，能够开阔学生眼界，培养创新能力、分析问题解决能力和实践动作能力。采用TTL总线‑舵机控制方案，具有在线调试、下载程序、离线执行等特点。该模块化教育机器人是机构教学，不仅仅锻炼学生动手能力、创新能力，还从小加强对机器人概念的理解。

Description

一种模块化教育机器人控制装置及系统

技术领域

本发明创造属于自动化控制教学领域，尤其是涉及一种模块化教育机器人。

背景技术

目前我国正处在机械制造业升级改造的蓬勃时期，以机器人为主导的智能制造技术必将引领新的技术革新。然而我国机器人行业人才匮乏，从“计算机从娃娃抓起”到“机器人教育从娃娃抓起”，实现了我国对科技人才需求从发展阶段出发。从小培养孩子的创新设计能力、分析问题解决能力、实践动手能力，培养机器人相关学科兴趣，为国家建设培养人才。

虽然，目前教育机器人让中小学生玩中带学，增强学生动手能力，但是由于价格高、拼接种类多，不利于推广，也没有树立机器人概念。此外，现有的模块化教育机器人一般采用PWM舵机，不方便走线；不完全具备在线调试、下载程序模块、离线程序执行等功能。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种具备在线调试、程序下载及离线执行等功能的模块化教育机器人控制系统。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种模块化教育机器人控制装置，嵌接在机器人主体内部，包括控制器、电源单元、驱动单元、通信单元、传感器单元和存储单元，控制器嵌接在机器人的内部，所述的控制器分别与电源、驱动单元、通信单元、传感器单元和存储单元数据连接，所述的传感器单元包括超声波传感器、红外遥控传感器，所述的超声波传感器、红外遥控传感器均与控制器耦接；所述的驱动单元为总线TTL，所述的控制器通过总线TTL与机器人部件上的舵机线路连接，用于控制舵机转动。

进一步，所述的通信单元用于控制器与上位机通信连接。

进一步，所述的控制器上还连接有LED灯，所述的LED灯与控制器耦接。

进一步，所述的控制器上还连接有蜂鸣器，所述的蜂鸣器与控制器耦接。

进一步，所述的控制器通过红外遥控传感器与遥控终端无线连接，所述的遥控终端用于控制机器人运动。

进一步，所述的控制器为ARM系列微处理器。

进一步,一种模块化教育机器人控制装置的系统包括初始化模块和主程序模块，初始化模块和主程序模块连接，所述的初始化模块设置在上位机中，所述的主程序模块主要由在线调试模块、下载程序模块和离线执行模块组成；

所述的在线调试模块包括上位机、通信单元、控制器、驱动单元和传感器单元，所述的上位机、通信单元、控制器驱动单元和传感器单元依次连接；

所述的下载程序模块包括上位机、通信单元、控制器和存储单元，所述的上位机、通信单元、控制器和存储单元依次连接；

所述的离线执行模块包括存储单元、控制器、传感器单元、驱动单元和舵机，所述的控制器分别与存储单元、驱动单元和传感器单元数据连接，驱动单元和舵机线路连接。

进一步，所述的在线调试模块用于调试和制作机器人步态动作；所述的程序下载模块用于将调试完成的步态数据及命令保存到机器人主体内的存储单元中；所述的离线执行模块用于执行存储单元中的步态数据及命令相对于现有技术，本发明创造所述的一种模块化教育机器人控制装置及系统具有以下优势：

本发明作为创新设计实践非常好的平台，能够开阔学生眼界，培养创新能力、分析问题解决能力和实践动作能力。采用TTL总线-舵机控制方案，具有在线调试、下载程序、离线执行等特点。该模块化教育机器人是机构教学，不仅仅锻炼学生动手能力、创新能力，还从小加强对机器人概念的理解。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述的调试示意图；

图3为本发明创造实施例所述的下载示意图；

图4为本发明创造实施例所述的执行示意图。

图5为本发明实施例所述的运行逻辑图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1所示，一种模块化教育机器人控制装置，嵌接在机器人主体内部，其特征在于：包括控制器、电源单元、驱动单元、通信单元、传感器单元和存储单元，控制器嵌接在机器人的内部，所述的控制器分别与电源、驱动单元、通信单元、传感器单元和存储单元数据连接，所述的传感器单元包括超声波传感器、红外遥控传感器，所述的超声波传感器、红外遥控传感器均与控制器耦接；所述的驱动单元为总线TTL，所述的控制器通过总线TTL与机器人部件上的舵机线路连接，用于控制舵机转动。

所述的通信单元用于控制器与上位机通信连接。

所述的控制器上还连接有LED灯，所述的LED灯与控制器耦接。

所述的控制器上还连接有蜂鸣器，所述的蜂鸣器与控制器耦接。

所述的控制器通过红外遥控传感器与遥控终端无线连接，所述的遥控终端用于控制机器人运动。

所述的控制器为ARM系列微处理器。

一种模块化教育机器人控制装置的系统，包括初始化模块和主程序模块，初始化模块和主程序模块连接，所述的初始化模块设置在上位机中，所述的主程序模块主要由在线调试模块、下载程序模块和离线执行模块组成；

如图2所示，所述的在线调试模块包括上位机、通信单元、控制器、驱动单元和传感器单元，所述的上位机、通信单元、控制器驱动单元和传感器单元依次连接；

图3所示，所述的下载程序模块包括上位机、通信单元、控制器和存储单元，所述的上位机、通信单元、控制器和存储单元依次连接；

图4所示，所述的离线执行模块包括存储单元、控制器、传感器单元、驱动单元和舵机，所述的控制器分别与存储单元、驱动单元和传感器单元数据连接，驱动单元和舵机线路连接。

所述的在线调试模块用于调试和制作机器人步态动作；所述的程序下载模块用于将调试完成的步态数据及命令保存到机器人主体内的存储单元中；所述的离线执行模块用于执行存储单元中的步态数据及命令。

本发明的具体运行过程：

(1)首先，通过上位机的在线调试模块来调试和制作机器人步态动作；操作人员需要在所述的上位机通过使用图形化界面编程，然后通过RJ232串口与控制器连接，对机器人进行模拟在线调试；

(2)然后通过将控制器与计算机通过RJ232串口连接，将程序下载到控制器中的下载中，下载程序即为步态数据，以非易失的形式储存。

(3)最后，机器人调试完毕后，控制器与计算机断开；通过控制器中的离线执行模块执行存储在控制器的步态数据及命令，以此使机器人做出不同动作。

所述的模块化教育机器人系统采用主循环处理及中断事件协作的程序结构为运行方式的多任务处理系统，其结构下图所示：

图5所示，所有的任务均在主循环内得到运行，某个程序是否运行是依靠该任务对应的事件发生作为判断条件。如果检测到上位机通过RJ232串口的传输数据，则中断子程序则会把正在运行的命令入栈，优先处理串口数据并且给对应的串口数据包处理打上任务标记；时间中断检测则是在一个运行周期内检测是否有新事件产生，如果有则在消息队列中加入一条对应的消息，如果没有则继续执行当前事件。

主循环在一定的运行周期内不断的检测消息队列内新的消息，有则立即执行该消息对应的处理函数；这样可以最大限度的降低CPU运行多进程所耗时间，可以在加入在线步态规划时，具有充足的CPU资源。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模块化教育机器人控制装置，嵌接在机器人主体内部，其特征在于：包括控制器、电源单元、驱动单元、通信单元、传感器单元和存储单元，控制器嵌接在机器人的内部，所述的控制器分别与电源、驱动单元、通信单元、传感器单元和存储单元数据连接，所述的传感器单元包括超声波传感器、红外遥控传感器，所述的超声波传感器、红外遥控传感器均与控制器耦接；所述的驱动单元为总线TTL，所述的控制器通过总线TTL与机器人部件上的舵机线路连接，用于控制舵机转动。

2.根据权利要求1所述的一种模块化教育机器人控制装置，其特征在于：所述的通信单元用于控制器与上位机通信连接。

3.根据权利要求1所述的一种模块化教育机器人控制装置，其特征在于：所述的控制器上还连接有LED灯，所述的LED灯与控制器耦接。

4.根据权利要求1所述的一种模块化教育机器人控制装置，其特征在于：所述的控制器上还连接有蜂鸣器，所述的蜂鸣器与控制器耦接。

5.根据权利要求1所述的一种模块化教育机器人控制装置，其特征在于：所述的控制器通过红外遥控传感器与遥控终端无线连接，所述的遥控终端用于控制机器人运动。

6.根据权利要求1所述的一种模块化教育机器人控制装置，其特征在于：所述的控制器为ARM系列微处理器。

7.应用如权利要求1-6所述的一种模块化教育机器人控制装置的系统，其特征在于：包括初始化模块和主程序模块，初始化模块和主程序模块连接，所述的初始化模块设置在上位机中，所述的主程序模块主要由在线调试模块、下载程序模块和离线执行模块组成；

所述的在线调试模块包括上位机、通信单元、控制器、驱动单元和传感器单元，所述的上位机、通信单元、控制器驱动单元和传感器单元依次连接；

所述的下载程序模块包括上位机、通信单元、控制器和存储单元，所述的上位机、通信单元、控制器和存储单元依次连接；

所述的离线执行模块包括存储单元、控制器、传感器单元、驱动单元和舵机，所述的控制器分别与存储单元、驱动单元和传感器单元数据连接，驱动单元和舵机线路连接。

8.根据权利要求7所述的一种模块化教育机器人控制装置的系统，其特征在于：所述的在线调试模块用于调试和制作机器人步态动作；所述的程序下载模块用于将调试完成的步态数据及命令保存到机器人主体内的存储单元中；所述的离线执行模块用于执行存储单元中的步态数据及命令。