CN109523899A - 一种开源机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开源机器人，包括机器人主体，所述机器人主体上具有图像化显示界面，其内设置有用于控制机器人主体运行的控制机构，所述控制机构包括采用三层板叠加放置的机器人控制板、Scratch传感板、物联网扩展板，所述Scratch传感板通过板对板连接器与物联网扩展板、机器人控制板相连，所述机器人控制板内集成有开源的图形化编程软件。具有功能丰富多样，能满足江苏省九年义务教育初中及小学信息技术教学课程所用，配套开发开源的图形化编程软件，降低学生和教师的使用门槛和成本。

Description

一种开源机器人
技术领域
本发明涉及开源机器人领域，尤其涉及一款在Arduino Uno基础上开发的开源机器人。
背景技术
开源机器人(Open Source Robot)是一种应用于科学研究和教学的资源开放型机器人。其主要特点体现在机器人硬件或软件的开放性。由于硬件和软件资源的对外开发，极大地方便了机器人技术开发人员的技术交流及二次开发。其中Arduino系统是目前机器人爱好者最热衷的机器人硬件设备。
现有的开源机器人一般只拥有机器人功能，不具备物联网及人工智能功能，无法图形化编程等。因此存在如下缺点：
1、现有开源机器人的功能相对单一，无法一套设备完成课程所需物联网、机器人、Scratch，人工智能功能；
2、现有的开源机器人配套软件图形化能力弱，用户入手学习很难；
3、现有的开源机器人软件不能和其他厂家设备兼容，用户使用复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Arduino Uno的开源机器人，用以克服上述问题。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种开源机器人，包括机器人主体，所述机器人主体上具有图像化显示界面，其内设置有用于控制机器人主体运行的控制机构，所述控制机构包括采用三层板叠加放置的机器人控制板、Scratch传感板、物联网扩展板，所述Scratch传感板通过板对板连接器与物联网扩展板、机器人控制板相连，所述机器人控制板内集成有开源的图形化编程软件。
进一步来说，所述图形化编程软件是基于Arduino语言运行的图形化软件，由开源的Scratch软件上进行扩展和升级，满足套件功能所需，同时也是契合过去数年江苏中小学生学习Scratch软件基础，降低入手操作门槛。使用者只要知道接口号，都可以配合图形化软件进行编写，可以兼容其他厂家的硬件配合使用，因此降低用户使用成本。
进一步来说，所述机器人控制板包括控制基板及设置在控制基板上四个直流电机、超声波测距传感器、与Scratch传感板连接的板对板连接器一。上述四个直流电机呈矩形分布在控制基板的两侧，并可与执行机构连接，带动其转动运行。超声波测距传感器能够检测障碍物，便于机器人前后移动，一般情况下超声波测距传感器放置在开源机器人移动的前端。在控制基板上设置有用于感应开源机器人移动轨迹的三个传感器，上述三个传感器分布位于控制基板一侧的前、中、后三个位置。在控制基板的三面均设置有循光传感器。
进一步来说，所述Scratch传感板包括传感基板及设置在传感基板上板对板连接器三、板对板连接器四、通讯接口，所述板对板连接器三用于与机器人控制板连接，所述板对板连接器四用以与物联网扩展板连接。当然上述传感基板上同样集成了Scratch功能的通用的几种传感器，如载板滑杆、载板按钮、载板声音、载板光线、载板阻力等。
进一步来说，所述物联网扩展板包括扩展基板及设置在扩展基板中部的主芯片引脚插针，所述主芯片引脚插针上设置有Arduino处理器；扩展基板的背面设置有与Scratch传感板连接的板对板连接器五，其正面设置有舵机接口、RJ11接口。所述舵机接口的数量为四个，所述RJ11接口的数量为六个；所述扩展基板上还设置有蓝牙模块和蓝牙显示灯，所述蓝牙模块与Arduino处理器的输入端连接，所述蓝牙显示灯与所述蓝牙模块连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：功能丰富多样，能满足江苏省九年义务教育初中及小学信息技术教学课程所用，配套开发开源的图形化编程软件，降低学生和教师的使用门槛和成本。
附图说明
图1为本发明实施例中Scratch传感板的俯视图。
图2为本发明实施例中物联网扩展板的俯视图。
图3为本发明实施例中机器人控制板的俯视图。
图4为本发明实施例中机器人控制板的仰视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例
本实施例提出了一种开源机器人，包括机器人主体，所述机器人主体上具有图像化显示界面，其内设置有用于控制机器人主体运行的控制机构，所述控制机构包括采用三层板叠加放置的机器人控制板、Scratch传感板、物联网扩展板，所述Scratch传感板通过板对板连接器与物联网扩展板、机器人控制板相连，所述机器人控制板内集成有开源的图形化编程软件。同时完全配套江苏省九年义务教育初中及小学信息技术教学课程所用。
本实施例中使用三层板叠加的形式，底层的机器人控制板配合中间的Scratch传感板以及上层的物联网扩展板和配套软件，可以完成物联网、机器人、Scratch，人工智能功能。通过在一套控制机构里面相互配合叠加完成多种功能，因此解决功能单一、无法一套设备完成课程所需物联网、机器人、Scratch、人工智能功能。
本实施例中的所述图形化编程软件是基于Arduino语言运行的图形化软件，由开源的Scratch软件上进行扩展和升级，满足套件功能所需，同时也是契合过去数年江苏中小学生学习Scratch软件基础，降低入手操作门槛。使用者只要知道接口号，都可以配合图形化软件进行编写，可以兼容其他厂家的硬件配合使用，因此降低用户使用成本，降低入手难度。
图1为Scratch传感板，包括传感基板，传感基板上集成了Scratch功能通用的几种传感器，如板载滑杆、板载按钮、板载声音、板载光线、板载阻力等。同时使用板对板连接器连接物联网扩展板和机器人控制板可完成物联网实验和机器人实验，图中各接口如下：
101、电源、电池开关；102、电池接口；
103、电源、电池开关；
104、USB电源、通讯接口，用于连接图形化软件在线调试、上传程序；
105、板载按钮，范围True或False；
106、板载光线，范围0-100整数；
107、板载声音，范围0-100，保留1位小数；
108、板载滑杆，范围0-100整数；
109、板载阻力A、B、C、D；
110、拨码开关：全部拨到“ON”，激活连接“板载按钮”、“板载光线”、“板载声音”、“板载滑杆”、“板载阻力A、B、C、D”，图形化软件中的“控制板”选择“Scratch传感板”，板对板连接器四无法使用；
全部拨到“OFF”，激活连接板对板连接器四，图形化软件中的“控制板”选择“机器人”，“板载按钮”、“板载光线”、“板载声音”、“板载滑杆”、“板载阻力A、B、C、D”无法使用；
111、板对板连接器四；112、电源指示灯。
图2为物联网扩展板，包括扩展基板，扩展基板上搭载了6个RJ11的数据接口，以及一些插针座，同是底部配有板对板连接器五，配合Scratch传感板使用。图中各接口如下：
201、接口1–数字口，“称重传感器模块”、“电机驱动模块”只能连接接口1；
202、接口2–数字口；
203、接口3–串口(通讯)；
204、接口4–模拟口(可作为数字口使用)；
205、接口5–模拟口(可作为数字口使用)；
206、接口6–模拟口、I2C接口(可作为数字口使用)，光照传感器模块只能连接接口6；
207、舵机接口1–复用接口1，舵机连接线的“棕”、“红”、“橘”对应板子插针接口的“黑”、“红”、“黄”，使用舵机接口1，则接口1不能使用称重传感器模块，电机驱动模块、数码管显示模块等双引脚模块；
208、舵机接口4–复用接口4，舵机连接线的“棕”、“红”、“橘”对应板子插针接口的“黑”、“红”、“黄”，使用舵机接口4，则接口4不能使用数码管显示模块等双引脚模块；
209、舵机接口5–复用接口5，舵机连接线的“棕”、“红”、“橘”对应板子插针接口的“黑”、“红”、“黄”，使用舵机接口5，则接口5不能使用数码管显示模块等双引脚模块；
210、舵机接口6–复用接口6，舵机连接线的“棕”、“红”、“橘”对应板子插针接口的“黑”、“红”、“黄”，使用舵机接口6，则接口6不能使用数码管显示模块等双引脚模块；
211、蓝牙模块–暂不使用，功能保留；
212、蓝牙状态灯，蓝牙非连接闪烁，连接成功常亮；
213、主芯片引脚插针接口,用于安装Arduino处理器；
214、电源指示灯。
将主芯片Arduino处理器安装在最上端的物联网扩展板上，利于Arduino处理器的散热，提高开源机器人的散热效果。
结合图3和图4为机器人控制板，包括控制基板，控制基板上配有板对板连接器一，配合Scratch传感板使用机器人功能。图中各接口如下：
上述四个直流电机呈矩形分布在控制基板的两侧，并可与执行机构连接，上述执行机构如车轮，带动其转动运行。超声波测距传感器能够检测障碍物，便于机器人前后移动，一般情况下超声波测距传感器放置在开源机器人移动的前端。在控制基板上设置有用于感应开源机器人移动轨迹的三个传感器(304、305、306)，上述三个传感器分布位于控制基板一侧的前、中、后三个位置。在控制基板的三面均设置有循光传感器(301、302、303)。
图形化编程软件为基于Scratch2.0软件扩展升级，配合本开源机器人套件使用的软件，可在本软件中使用图形化编程，同时提供物联网、机器人、Scratch，人工智能功能切换和Arduino代码型编写。
本实施例中的开源机器人功能丰富多样，能满足江苏省九年义务教育初中及小学信息技术教学课程所用，配套开发开源的图形化编程软件，降低学生和教师的使用门槛和成本。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种开源机器人，包括机器人主体，所述机器人主体上具有图像化显示界面，其内设置有用于控制机器人主体运行的控制机构，其特征在于：
所述控制机构包括采用三层板叠加放置的机器人控制板、Scratch传感板、物联网扩展板，所述Scratch传感板通过板对板连接器与物联网扩展板、机器人控制板相连，所述机器人控制板内集成有开源的图形化编程软件。
2.根据权利要求1所述的开源机器人，其特征在于：所述图形化编程软件是基于Arduino语言运行的图形化软件。
3.根据权利要求2所述的开源机器人，其特征在于：所述机器人控制板包括控制基板及设置在控制基板上四个直流电机、超声波测距传感器、与Scratch传感板连接的板对板连接器一。
4.根据权利要求3所述的开源机器人，其特征在于：所述Scratch传感板包括传感基板及设置在传感基板上板对板连接器三、板对板连接器四、通讯接口，所述板对板连接器三用于与机器人控制板连接，所述板对板连接器四用以与物联网扩展板连接。
5.根据权利要求4所述的开源机器人，其特征在于：所述物联网扩展板包括扩展基板及设置在扩展基板中部的主芯片引脚插针，所述主芯片引脚插针上设置有Arduino处理器；扩展基板的背面设置有与Scratch传感板连接的板对板连接器五，其正面设置有舵机接口、RJ11接口。
6.根据权利要求5所述的开源机器人，其特征在于：所述舵机接口的数量为六个，所述RJ11接口的数量为四个；所述扩展基板上还设置有蓝牙模块和蓝牙显示灯，所述蓝牙模块与Arduino处理器的输入端连接，所述蓝牙显示灯与所述蓝牙模块连接。
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