CN110385724A - 一种基于移动编程系统的教育机器人 - Google Patents

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周亚琼
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Abstract

本发明公开了一种基于移动编程系统的教育机器人，针对现有的教育机器人使用性能较差的问题，现提出如下方案，其包括包括智能控制系统、软件控制系统和硬件控制系统，所述智能控制系统包括智能控制模块、编程终端模块、无限路由器和服务模块，所述软件控制系统包括系统引导程序模块和MCU主程序模块，所述硬件控制系统包括主控模块和扩展模块，所述主控模块包括主控单元、感知单元、执行单元和通讯单元。本发明设计新颖，灵活度高，操作性较强，WiFi接入效率高，可多用户接入使用，工作性能高，适合推广。

Description

一种基于移动编程系统的教育机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于移动编程系统的教育机器人。
背景技术
教育机器人是由生产厂商专门开发的以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件。它除了机器人机体本身之外，还有相应的控制软件和教学课本等，现有的教育机器人，虽然可以很好的辅助学生进行学习，但是无线接收能力较弱，远距离操控程度较低，使用效果不是很理想，为此我们提出了一种基于移动编程系统的教育机器人。
发明内容
本发明提出的一种基于移动编程系统的教育机器人，解决了教育机器人使用性能较差的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于移动编程系统的教育机器人，包括包括智能控制系统、软件控制系统和硬件控制系统，所述智能控制系统包括智能控制模块、编程终端模块、无限路由器和服务模块，所述软件控制系统包括系统引导程序模块和MCU主程序模块，所述硬件控制系统包括主控模块和扩展模块，所述主控模块包括主控单元、感知单元、执行单元和通讯单元，所述扩展模块包括Wifi单元、开关机控制单元、电源、LCD显示单元、输入单元、存储单元、蜂鸣器、状态显示单元、外围UO端口和电机驱动单元。
优选的，所述智能控制系统以Atmega2560为主控核心，所述智能控制系统设有PWM输出、外部引脚中断和串口，所述智能控制系统设有FreeRTOS嵌入式实时操作系统，所述智能控制系统以TCP/IP协议的无线通信网络为基础。
优选的，所述Wifi单元的型号为ESP8266。
优选的，所述编程终端模块采用单AP的接入方式。
优选的，所述服务模块为TCP服务器。
优选的，所述MCU主程序模块设有BootLoader引导区程序。
优选的，所述智能控制系统、软件控制系统和硬件控制系统通过电性连接。
本发明中：
1、利用“WiFi”无线通信方案设计可移动编程功能，更好地提高了硬件控制器的灵活性。
2、通过移植了FreeRTOS操作系统还增加了系统的可靠性，可以通过图形化上位机软件对其进行编程与无线更新用户程序等操作，可操作性较强。
3、在密集编程终端场景下，采用单AP的接入方式，通过服务器端的分组调度和鉴权策略，实现密集终端场景下的教育机器人可靠、高效的WiFi接入。
综上所述，本发明设计新颖，灵活度高，操作性较强，WiFi接入效率高，可多用户接入使用，工作性能高，适合推广。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为本发明中智能控制系统的示意图。
图3为本发明中软件控制系统的示意图。
图4为本发明中硬件控制系统的示意图。
图5为本发明中主控模块的示意图。
图6为本发明中扩展模块的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参见附图1-6，一种基于移动编程系统的教育机器人，包括包括智能控制系统、软件控制系统和硬件控制系统，所述智能控制系统包括智能控制模块、编程终端模块、无限路由器和服务模块，所述软件控制系统包括系统引导程序模块和MCU主程序模块，所述硬件控制系统包括主控模块和扩展模块，所述主控模块包括主控单元、感知单元、执行单元和通讯单元，所述扩展模块包括Wifi单元、开关机控制单元、电源、LCD显示单元、输入单元、存储单元、蜂鸣器、状态显示单元、外围UO端口和电机驱动单元，所述智能控制系统以Atmega2560为主控核心，所述智能控制系统设有PWM输出、外部引脚中断和串口，所述智能控制系统设有FreeRTOS嵌入式实时操作系统，所述智能控制系统以TCP/IP协议的无线通信网络为基础，所述Wifi单元的型号为ESP8266，所述编程终端模块采用单AP的接入方式，所述服务模块为TCP服务器，所述MCU主程序模块设有BootLoader引导区程序，所述智能控制系统、软件控制系统和硬件控制系统通过电性连接。
工作原理：教育机器人在智能控制系统上以Atmega2560为主控核心，提供了PWM输出、外部引脚中断、串口等硬件资源，在软件主程序的设计中，通过移植FreeRTOS嵌入式实时操作系统，增强了软件设计时的灵活性与可维护性，同时提高了系统的实时性和稳定性。系统的无线编程模式，是以基于TCP/IP协议的无线通信网络为基础的，其中，智能控制系统视为第一种类型的TCP客户端，完成接收并运行上位机用户程序的功能，编程终端模块作为第二种类型的TCP客户端，运行上位机图形化编程软件并编写用户程序，服务模块作为TCP服务器，负责接收通过编程终端编写的用户程序，编译之后，再通过WIFI无线网络下载到智能控制模块中，利用无线路由器搭建一个无线网络，教育机器人软件控制系统通过控制器上电后，首先运行MCU主程序模块，初始化Wifi单元ESP8266，并与服务器建立TCP/IP连接，然后进行软件更新下载，最后跳转执行MCU主程序模块，并通过设计BootLoader系统引导程序模块，具有支持基于Wifi单元的可无线编程功能，教育机器人硬件控制系统是用于控制教育机器人的主控模块，是教育机器人的控制和决策中心，负责协调感知系统与执行系统，以及从上位机图形化编程软件获取用户程序，根据硬件结构原理和主控模块分类，硬件平台按照主控模块和扩展模块进行分别设计，主控模块上主要包括主控单元最小系统以及USB接口，并留有调试接口可独立编程使用，在密集编程终端场景下，采用单AP的接入方式，通过服务模块的分组调度和鉴权策略，实现密集终端场景下的教育机器人可靠、高效的WiFi接入。本发明设计新颖，灵活度高，操作性较强，WiFi接入效率高，可多用户接入使用，工作性能高，适合推广。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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的限制。
此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于移动编程系统的教育机器人，包括包括智能控制系统、软件控制系统和硬件控制系统，其特征在于，所述智能控制系统包括智能控制模块、编程终端模块、无限路由器和服务模块，所述软件控制系统包括系统引导程序模块和MCU主程序模块，所述硬件控制系统包括主控模块和扩展模块，所述主控模块包括主控单元、感知单元、执行单元和通讯单元，所述扩展模块包括Wifi单元、开关机控制单元、电源、LCD显示单元、输入单元、存储单元、蜂鸣器、状态显示单元、外围UO端口和电机驱动单元。
2.根据权利要求所述的一种基于移动编程系统的教育机器人，其特征在于，所述智能控制系统以Atmega2560为主控核心，所述智能控制系统设有PWM输出、外部引脚中断和串口，所述智能控制系统设有FreeRTOS嵌入式实时操作系统，所述智能控制系统以TCP/IP协议的无线通信网络为基础。
3.根据权利要求所述的一种基于移动编程系统的教育机器人，其特征在于，所述Wifi单元的型号为ESP8266。
4.根据权利要求所述的一种基于移动编程系统的教育机器人，其特征在于，所述编程终端模块采用单AP的接入方式。
5.根据权利要求所述的一种基于移动编程系统的教育机器人，其特征在于，所述服务模块为TCP服务器。
6.根据权利要求所述的一种基于移动编程系统的教育机器人，其特征在于，所述MCU主程序模块设有BootLoader引导区程序。
7.根据权利要求所述的一种基于移动编程系统的教育机器人，其特征在于，所述智能控制系统、软件控制系统和硬件控制系统通过电性连接。
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CN107703818A (zh) * 2017-10-31 2018-02-16 北方工业大学 基于WiFi的无线编程创客教育智能控制器系统

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