CN205899950U - 教育机器人控制套件 - Google Patents

Abstract

教育机器人控制套件，用于控制、驱动教育机器人执行动作，其包括传感组件、输出组件、运动组件、通讯组件和编程控制器，所述的编程控制器具有盒体，盒体内装有电路板，电路板上装有主控单元、按键单元、信号采集单元、存储单元、触摸屏单元、控制接口单元、通讯接口单元、电源管理单元，其中触摸屏单元的屏幕、按键单元的按键设在盒体的外表面，图形界面的触摸屏单元能使人机接口友好，中小学生操作触摸屏单元对教育机器人控制套件进行编程、控制，使用容易，能提高中小学生对机器人的学习兴趣，同时支持C语言编程，能满足更深度编程语言要求的用户。

Description

教育机器人控制套件

技术领域

本实用新型提供一种教育机器人控制套件。

背景技术

为了适应未来社会科技发展的需要，使中国的科技走在世界的前沿，培养出具有创新意识的中国科技人，教育机器人将作为信息技术教育的有效载体，逐渐走入基础教育，成为培养青少年综合能力、创新思维及信息素养的优秀平台。教育机器人与学科教育相结合，融合计算机、机械、电子、通讯、感测、控制技术等多个学科知识，通过教育机器人系统中对教育机器人控制套件的组装、检测、调整、编程等工作，能提高青少年的综合知识水平、动手能力、逻辑思维能力及创新能力，对科学知识渗透，培养素质全面的创新性人才具有重要的作用。

近年来我国机器人教育有了很大发展，但目前培训机构采用的教育机器人控制套件大多都是进口产品，采用计算机编程外加可手持控制器的方式控制套件中的执行部件，此方法需要预先进行软件编程，然后将编好的控制程序下载至控制套件中的控制器内运行，此种方法对计算机依赖高、操作繁琐，灵活性较差，中小学生实践时，不但要掌握一定的计算机操作知识，还需要预先掌握编程知识，对中小学生而言，其人机接口不友好，学习难度高，不但削弱了中小学生的学习兴趣，使教育成本偏高，教育课时加长，导致教育普及存在一定的难度。所以未来在机器人教育产业化的发展过程中，急需一种成本低、人机接口友好的控制套件。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种教育机器人控制套件，该套件人机接口友好，使用容易，能提高中小学生的学习兴趣。

本实用新型的技术方案是：教育机器人控制套件，包括传感组件、输出组件、运动组件、通讯组件和编程控制器，其特征在于：所述的编程控制器具有盒体，盒体内装有电路板，电路板上装有主控单元、按键单元、信号采集单元、存储单元、触摸屏单元、控制接口单元、通讯接口单元、电源管理单元，其中触摸屏单元的屏幕、按键单元的按键设在盒体的外表面；按键单元的信号输出端、信号采集单元的信号输出端、通讯接口单元的信号输出端、存储单元的信号输出端、触摸屏单元的信号输出端分别与主控单元的信号输入端各对应端口信号线连接，通讯接口单元的信号输入端、存储单元的信号输入端、触摸屏单元的信号输入端、控制接口单元的信号输入端分别与主控单元的信号输出端各对应端口信号线连接，信号采集单元的信号输入端与传感组件的信号输出端信号线连接；通讯接口单元的信号信号输入端通过信号线或无线信号与通讯组件的信号输出端信号连接，通讯接口单元的信号输出端通过信号线或无线信号与通讯组件的信号输入端信号连接；控制接口单元的信号输出端分别与输出组件的信号输入端、运动组件的信号输入端信号线连接；电源管理单元通过电线分别与各用电部件电连接。

本实用新型的工作原理是：中小学生通过操作触摸屏单元，使用触摸屏单元的屏幕编程及交互，将所要实现的逻辑关系采用较易理解的图形化编程语言输入，触摸屏单元识别用户点击对象的坐标信号，将坐标信号转化为所述主控单元能够处理的信号制式，并将信号传输至所述主控单元，主控单元接收到运行指令后，根据预输入的指令采集信号并输出相应的控制指令，结合传感组件、通讯组件来控制输出组件、运动组件动作，

本实用新型的优点是：图形界面的触摸屏单元能使人机接口友好，中小学生操作触摸屏单元对教育机器人控制套件进行编程、控制，能降低学习难度，使用易上手，能提高中小学生对机器人的学习兴趣，同时支持C语言编程，能满足更深度编程语言要求的用户。

附图说明

图1是本实用新型教育机器人控制套件的结构示意图；

图2是本实用新型教育机器人控制套件的模块框图示意图。

图中1信号线、2盒体、3屏幕、4组装固件接口、5电路板、6按键、7插线接口、8传感组件、9输出组件、10运动组件、11通讯组件。

具体实施方式

教育机器人控制套件，包括传感组件8、输出组件9、运动组件10、通讯组件11和编程控制器，所述的编程控制器具有盒体2，盒体内装有电路板5，电路板上装有主控单元、按键单元、信号采集单元、存储单元、触摸屏单元、控制接口单元、通讯接口单元、电源管理单元，其中触摸屏单元的屏幕3、按键单元的按键6设在盒体的外表面；按键单元的信号输出端、信号采集单元的信号输出端、通讯接口单元的信号输出端、存储单元的信号输出端、触摸屏单元的信号输出端分别与主控单元的信号输入端各对应端口信号线1连接，通讯接口单元的信号输入端、存储单元的信号输入端、触摸屏单元的信号输入端、控制接口单元的信号输入端分别与主控单元的信号输出端各对应端口信号线1连接，信号采集单元的信号输入端与传感组件的信号输出端信号线连接；通讯接口单元的信号信号输入端通过信号线或无线信号与通讯组件的信号输出端信号连接，通讯接口单元的信号输出端通过信号线或无线信号与通讯组件的信号输入端信号连接；控制接口单元的信号输出端分别与输出组件的信号输入端、运动组件的信号输入端信号线连接；电源管理单元通过电线分别与各用电部件电连接。所述的信号线和电线可采用电路板上的印刷电路。

所述的传感组件是声音信号采集模块、光敏信号采集模块、温度信号采集模块、湿度信号采集模块、红外信号采集模块、超声波信号采集模块、压力信号采集模块等传感组件。

所述的输出组件是显示灯组件、继电器输出组件、扬声器组件等输出组件。

所述的运动组件是舵机组件、减速电机组件、伺服电机组件等机器人执行动作用的运动组件。

所述的通讯组件是蓝牙通讯组件、WIFI通讯组件、以太网通讯组件等通讯组件。

所述的盒体上还装有方便与各组件连接的信号线插线接口7，通过该接口可方便将电路板的印刷电路与对应的各传感组件、输出组件、运动组件、通讯组件进行信号线和电线的桥接，组装固件接口4，该组装固件接口采用目前市场上主流的组装固件一致的接口模式，便于与其它机械组件进行连接，所述的传感组件、输出组件、运动组件接口与组装固件接口一致，保证固件扩展的灵活性，能任意搭建出各种科普实验模型。

编程控制器中，主控单元(单片机)采用目前32位ARM处理器中功耗最低的STM32系列芯片，同时具有高性能、低成本的特点，主控单元负责处理、运算输入的各种信号，并根据预先编制的程序向外输出信号指令。存储单元用于存储用户的编程信号，供主控单元读写。按键单元是编程控制器的机械唤醒开关，执行开机、关机操作。信号采集单元，用于将收到的传感器信号翻译成主控单元能识别的数字信号并输出给主控单元。控制接口单元，用于将主控单元的数字信号翻译成输出组件、运动组件等能识别的信号并输出给上述组件。通讯接口单元将通讯组件发送的信号翻译成主控单元能识别的数字信号并输出给主控单元，将主控单元的数字信号翻译成通讯组件能识别的信号并输出给通讯组件。触摸屏单元是图形化人机接口，其将输入、输出人机接口显示在触摸屏单元的屏幕上，用户可在屏幕上输出各种指令与预先编制的程序进行互动，用户通过触摸屏单元的屏幕进行人机交互操作，触摸屏单元识别用户点击对象的坐标信号，将坐标信号转化为所述主控单元能够处理的信号制式，并将信号传输至所述主控单元，主控单元接到运行指令后，将在所述的存储单元中读写相应程序，并与信号采集单元通讯进行数据采集、运算得到结果，最终发送输出指令信号至控制接口单元，控制接口单元将控制信号输出给运动组件、输出组件，驱动其进行相应动作，用户可通过触摸屏单元进行模式切换及控制操作。所述的电源管理单元包括电源控制电路和电池仓或电源控制电路和外部电源接口；电池采用干电池或充电电池，所述的电源控制电路中包含电压转换电路、电量检测电路。该编程控制器集编程与控制于一体，可实现任何场合都能轻松编程及控制，同时支持与计算机蓝牙或WIFI接口通讯进行程序及文件下载，计算机端编程语言可选择图形化编程或C语言编程，满足对编程语言熟练程度不同的用户。能使中小学生在非专业教师的指导下即可完成机器人教育课程及扩展训练，使机器人教育进入中小学校中进行普及，培养学生科学兴趣。使机器人教育走进家庭，作为家庭教育与亲子互动的良好介质，寓教于乐的同时增强亲子关系，才能加快机器人时代的发展步伐。使其具有良好的性价比、开放性和可扩展性，友好的交互界面、合理的课程设计及配套的培训教材。

如图1所示，由编程控制器、传感组件、输出组件、运动组件、通讯组件组成的结构中。用户通过长按面板上的按键打开编程控制器，根据实验需求设计机器人控制逻辑，在触摸屏单元的屏幕上打开图形化编程软件并输入控制指令，或在存储单元中调出预存的编程程序，根据设计需求，编程控制器可通过机械组件接口与组装机器人进行机械连接，通过RJ11端口与传感器模块进行连接，传感器模块可与组装机器人通过机械组件接口连接，程序编制完成，通过触摸屏单元的屏幕切换进入运行模式，机器人按设定的程序动作。

本实用新型的图形化编程软件可选择脱离计算机，通过触摸屏单元的屏幕界面进行编程，也可通过计算机编程，计算机端编程支持图形化编程与C语言编程。图形化编程软件每个主程序支持多子程序，过百条指令，能满足用户较为复杂的逻辑需求。

如图2所示：编程控制器中电路板上的主控单元、按键单元、信号采集单元、存储单元、触摸屏单元、控制接口单元、通讯接口单元、电源管理单元，能实现通过按键单元中的按键作为编程控制器的开关，触摸屏单元能将接收到的信号传递给主控单元，并将主控单元发来的信号显示给用户。传感器单元将检测到的外部信号传输给主控单元，主控单元进行处理后完成对机器人所处环境的识别，并根据编程程序执行相应命令。控制接口单元由主控单元控制，在主控单元的控制下，实现对输出组件及运动组件的驱动，完成对机器人的信号输出及动作控制。通讯单元在主控单元控制下，按预先设定的协议进行数据交互。电源管理单元的信号输出端与主控单元的信号输入端信号线连接，能提供各部分电路所需的能源，并实现电量检测，低电压报警，电量及报警信号在触摸屏单元的屏幕上显示提示用户更换电池。提及的组装固件接口采用与目前主流的科普教具一致的接口，增强扩展性和应用范围，降低用户使用的成本。

本实用新型因采用上述技术方案，因此具有以下优点：

1：本实用新型由于采用了触摸屏单元，能在触摸屏单元的屏幕上实现拖拽积木式图形化的编程方式，减少计算机编程环节，简化编程过程，降低编程难度、保留编程乐趣，减少场地与设施的限制。

2：本实用新型与计算机联机编程时可选择图形化编程或C语言编程模式，可满足对编程语言掌握程度不同的用户需求，适应范围广。

3：本实用新型因支持多种通讯方式，与具有wifi、蓝牙通讯模式的外部设备连接，实现程序下载及分工协作

4：本实用新型在所述的盒体上设有多个电气接口，采用RJ11接口，可连接多种传感组件，能兼容市场上较多的主流设备，为连接更多模块提供了可能，使得其适应性更强。

5：本实用新型中的存储单元，可存储教程数据，能指导新用户应用，可更新声音及图片信息，使用户对于控制器的操作可自定义设置，进一步满足用户的听觉和视觉需求，提高用户的学习兴趣，并可存储多种软件的指令、子程序，极大的满足用户复杂逻辑操作。

Claims (1)

1.教育机器人控制套件，包括传感组件、输出组件、运动组件、通讯组件和编程控制器，其特征在于：所述的编程控制器具有盒体，盒体内装有电路板，电路板上装有主控单元、按键单元、信号采集单元、存储单元、触摸屏单元、控制接口单元、通讯接口单元、电源管理单元，其中触摸屏单元的屏幕、按键单元的按键设在盒体的外表面；按键单元的信号输出端、信号采集单元的信号输出端、通讯接口单元的信号输出端、存储单元的信号输出端、触摸屏单元的信号输出端分别与主控单元的信号输入端各对应端口信号线连接，通讯接口单元的信号输入端、存储单元的信号输入端、触摸屏单元的信号输入端、控制接口单元的信号输入端分别与主控单元的信号输出端各对应端口信号线连接，信号采集单元的信号输入端与传感组件的信号输出端信号线连接；通讯接口单元的信号信号输入端通过信号线或无线信号与通讯组件的信号输出端信号连接，通讯接口单元的信号输出端通过信号线或无线信号与通讯组件的信号输入端信号连接；控制接口单元的信号输出端分别与输出组件的信号输入端、运动组件的信号输入端信号线连接；电源管理单元通过电线分别与各用电部件电连接。