CN216803455U - 一种可编程指令板及机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可编程指令板及机器人控制系统，包括：控制板和若干指令块；所述控制板和每个所述指令块之间通过电性连接结构可拆卸连接；每个所述指令块上设置有分压编码电路，用于产生控制信号并经所述电性连接结构传输给所述控制板；所述控制板，用于按照预设的执行队列，执行所述控制信号；所述控制信号的执行队列的先后顺序，根据所述电性连接结构的编号确定。通过用分压编码电路替代原有的电阻电路，从而提高了系统整体可以使用的编码数量，进而丰富了系统的操作，同时，通过减少编码数量，极大的减少了指令板的所需要的面积，增加了系统可执行的程序的长度。

Description

一种可编程指令板及机器人控制系统

技术领域

本实用新型涉及人机交互领域，特别涉及一种可编程指令板及机器人控制系统。

背景技术

近年来，随着人工智能的高速发展，少儿编程得到了极大的发展，通过让儿童进行少儿编程能够为儿童打来诸多的好处，比如，能够强化孩子的逻辑思维能力、培养孩子的专注力和细心度、提高孩子的耐心、增加孩子的抽象思考能力、提升孩子的整理信息融会贯通的能力等等。因此，越来越多的家长选择让自己的孩子学习少儿编程。

少儿编程教学可以大致分为两类：一类是Scratch或是仿Scratch的图形化编程教学，以培养兴趣、锻炼思维为主，趣味性较强。在这里，可以创造属于自己的动画，故事，音乐和游戏，这个过程其实就像搭积木一样简单。此外，还有机器人编程，也就是搭建机器人，通过运行程序让它动起来，着重培养孩子的动手能力。另一类是基于Python、C++等高级编程语言的计算机编程教学，目标往往是参加信息学奥赛等科技品牌赛事，如信息学奥林匹克竞赛/联赛、机器人竞赛、科技创新大赛等，或为后续的专业学习和职业技能打下基础。

但由于长时间使用平板或电脑会儿童的眼睛会造成不可逆的刺激，尤其是年龄较小的儿童，故市场上提出了通过利用实体指令块来替代在屏幕上的图形编程教学的方法。但是现有的教学方法，以CN112775977A为例，由于其通过电阻测量的方式进行编码，从而判断指令块的指令类型，导致其能够执行的指令数量较少，同时还需要将指令板分区使用，将事件指令和动作指令分开，才能满足实际需要，导致指令板需要做的很大，才能满足指令较多的程序运行。

故市场亟需一种可以在指令板的大小一定的情况下，可实现较多指令运行的编程教学用具。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种可编程指令板，通过使用分压编码电路替代原有的电阻电路，从而丰富了可以使用的指令的类型，其具体的技术方案如下：

一种可编程指令板，包括：

控制板和若干指令块；所述控制板和每个所述指令块之间通过电性连接结构可拆卸连接；

每个所述指令块上设置有分压编码电路，用于产生控制信号并经所述电性连接结构传输给所述控制板；

所述控制板，用于按照预设的执行队列，执行所述控制信号；所述控制信号的执行队列的先后顺序，根据所述电性连接结构的编号确定。

在本技术方案中，通过用分压编码电路替代原有的电阻电路，从而提高了系统整体可以使用的编码数量，进而丰富了系统的操作，同时，通过减少编码数量，极大的减少了指令板的所需要的面积，增加了系统可执行的程序的长度；

优选地，所述电性连接结构包括弹簧针组；

所述指令块上设置有与所述弹簧针组对应的卡槽，当所述控制块指令块与所述控制板连接时，所述弹簧针组的弹簧针插入所述卡槽内，并使所述控制板与所述分压编码电路相连。

进一步优选地，所述弹簧针组包括两个电源针和多个信号针；

所述电源针，用于与所述分压编码电路形成供电电路，从而向所述分压编码电路供电；

所述信号针，用于获取所述分压编码电路被供电后所产生的控制信号，并传输给所述控制板。

通过使用弹簧针作为电性连接装置，一方面可以提高连接的防腐蚀性、稳定性、耐久性，另一方面也与分压编码电路所配合，增加了系统的可扩展性，可在需要的时候进行升级，增加信号针的数量和更换分压编码电路即可极大的提高可实现的指令块的数量。

进一步优选地，所述控制板包括AD转换模块和控制模块；

所述AD转换模块与所述电性连接结构相连，用于将所述指令块的分压编码电路产生所述控制信号从模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号传输给所述控制模块；

所述控制模块，用于将所述控制数字信号转换为执行指令，并添加到所述执行队列中。

优选地，所述控制板上设置有开始按钮，所述开始按钮为三角形，当所述开始按钮被按下时，所述控制板按照预先设定的执行队列，执行所述控制信号。

进一步优选地，所述控制板上还设置有中断按钮，当所述控制板按照预先设定的执行队列，执行所述控制信号时，若所述中断按钮被按下，所述控制板进入中断执行状态；

在所述中断执行状态下，所述执行队列的执行指针停止移动到下一个所述控制信号所处的执行队列位置，直到所述开始按钮被按下。

优选地，每一所述指令块分别具有一个显示图案，对应一种控制信号。

优选地，每一所述指令块分别具有拼接端和被拼接端，所述拼接端具有拼接形状，所述被拼接端具有被拼接形状；

一个所述指令块的所述拼接形状与另一个所述指令块的所述被拼接形状相匹配，一个所述指令块的所述拼接端能够拼接于另一个所述指令块的所述被拼接端。

优选地，所述控制板上设置有指令槽，所述指令槽的槽底低于所述控制板的上表面，并在所述控制板的上表面形成一个凹陷，用于容纳所述指令块；

所述指令槽的边缘，设置若干个与所述拼接形状和/或被拼接形状相匹配的拼接槽；一个所述指令块的所述拼接端和/或所述被拼接端能够嵌入所述拼接槽。

在本技术方案中，通过适当的防呆设计，减少了由于幼儿的不当操作，而导致的设备损坏，有助于增加使用寿命，同时便于幼儿操作，减少幼儿因为安装失败而导致的厌烦情绪；

一种机器人控制系统，包括：所述的一种可编程指令板和机器人；所述机器人与所述可编程指令板通讯连接；所述可编程指令板，用于向所述机器人发送控制指令以控制所述机器人运行。

本实用新型至少包括以下一项技术效果：

(1)通过用分压编码电路替代原有的电阻电路，从而提高了系统整体可以使用的编码数量，进而丰富了系统的操作，同时，通过减少编码数量，极大的减少了指令板的所需要的面积，增加了系统可执行的程序的长度；

(2)通过适当的防呆设计，减少了由于幼儿的不当操作，而导致的设备损坏，有助于增加使用寿命，同时便于幼儿操作，减少幼儿因为安装失败而导致的厌烦情绪；

(3)通过使用弹簧针作为电性连接装置，一方面可以提高连接的防腐蚀性、稳定性、耐久性，另一方面也与分压编码电路所配合，增加了系统的可扩展性，可在需要的时候进行升级，增加信号针的数量和更换分压编码电路即可极大的提高可实现的指令块的数量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例1、2、3的指令块结构示意图；

图3为本实用新型实施例1、2、3的电性连接结构结构示意图；

图4为本实用新型实施例2的指令槽结构示意图；

图5为本实用新型实施例3的系统示意图。

控制板1；

指令块2；被拼接端21；拼接端22

开始按钮3；

中断按钮4；

电性连接结构5；电源针51；信号针52；

指令槽6；拼接槽61；

机器人7。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种可编程指令板，包括：

控制板1和若干指令块2；所述控制板1和每个所述指令块2之间通过电性连接结构5可拆卸连接；

每个所述指令块2上设置有分压编码电路，用于产生控制信号并经所述电性连接结构5传输给所述控制板1；

所述控制板1，用于按照预设的执行队列，执行所述控制信号；所述控制信号的执行队列的先后顺序，根据所述电性连接结构5的编号确定。

传统的Scratch或是仿Scratch的图形化编程教学，或者机器人编程，也就是搭建机器人，一般无法避免使用电子屏幕，但长时间使用平板或电脑会对儿童的眼睛会造成不可逆的刺激。而以CN112775977A为代表的利用实体指令块2来替代在屏幕上的图形编程教学的方法，能够执行的指令数量较少，同时还需要将指令板分区使用，需要将事件指令和动作指令分开，才能满足实际需要，导致指令板需要做的很大，才能满足指令较多的程序运行。

故在本实施例中，并不使用如CN112775977A中的电阻电路，通过测量电阻转化为信号，而是采用分压编码电路，每一个分压编码电路在供电后会产生相应的高低电平波动，并组合成一个特定的控制信号，通过该控制信号，控制板1可以得知用户要使用的是哪个指令，想要实现什么样的控制。

具体到执行的顺序上，一般根据所述电性连接结构5的编号确定，譬如某一个电性连接结构5的编号为1，另一个电性连接结构5的编号为2，那么在使用时，1号电性连接结构5所接收的典型信号便早于2号电性连接机构结构进行执行，以此类推。

同时在不同号码的电性连接机构在空间上的设置上，一般根据书写习惯，从上到下，从左到右依次排序，即处于控制板1上部的指令块2对应的指令先于处于下部的指令块2的指令执行，处于控制板1左部的指令块2的指令先于处于控制板1右部的指令块2执行。

在具体的执行队列层面，既可以采用循环队列，当每一个指令块2加入时，便将对应的指令按照对应的电性连接结构5的编号加入到队列的对应的位置，然后将队列指针按照顺序依次移动，每一个被执行的指令，当其被执行完毕后，便从队列的头部转移到队列的尾部。同时也可以使用当需要执行的时候，一次性读取将所有的指令按照顺序依次入队，然后执行。

本实施例通过用分压编码电路替代原有的电阻电路，从而提高了系统整体可以使用的编码数量，进而丰富了系统的操作，同时，通过减少编码数量，极大的减少了指令板的所需要的面积，增加了系统可执行的程序的长度。

优选地，所述电性连接结构5包括弹簧针组；

所述指令块2上设置有与所述弹簧针组对应的卡槽，当所述控制块指令块2与所述控制板1连接时，所述弹簧针组的弹簧针插入所述卡槽内，并使所述控制板1与所述分压编码电路相连。

在具体的电性结构的实现上，由于要与分压编码电路相连接，并且要经常性拆卸，如果使用其他的连接方式，可能会导致电路故障，故一般采用弹簧针组来实现连接，一方面可以提高连接的防腐蚀性、稳定性、耐久性，另一方面弹簧针是一个很精细的探针，所以应用在精密连接器中可以降低连接器的重量以及外观的体积，可以让连接器更加精细美观。

进一步优选地，所述弹簧针组包括两个电源针51和多个信号针52；所述电源针51，用于与所述分压编码电路形成供电电路，从而向所述分压编码电路供电；所述信号针52，用于获取所述分压编码电路被供电后所产生的控制信号，并传输给所述控制板。

在具体的弹簧针组的构成上，一般采用4弹簧针组，其中两个弹簧针为电源针51，用于为分压编码电路提供电力，另外两个弹簧针则用于获取模拟信号，并将模拟信号传输给控制板1。同时，也可以根据实际的需要，增加信号针52的数量，以增加可以进行的控制信号的种类，譬如将信号针52的数量增加到4，便可以极大的增加可以使用的信号的种类，有助于后续在需要的时候进行升级。

本优选的实施例通过使用弹簧针作为电性连接装置，一方面可以提高连接的防腐蚀性、稳定性、耐久性，另一方面也与分压编码电路所配合，增加了系统的可扩展性，可在需要的时候进行升级，增加信号针52的数量和更换分压编码电路即可极大的提高可实现的指令块2的数量。

进一步优选地，所述控制板1包括AD转换模块和控制模块；

所述AD转换模块与所述电性连接结构5相连，用于将所述指令块2的分压编码电路产生所述控制信号从模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号传输给所述控制模块；

所述控制模块，用于将所述控制数字信号转换为执行指令，并添加到所述执行队列中。

在具体的控制板1的使用上，一般在控制板1和电性连接结构5的连接处设置相应的模数转换电路，从而将控制模块无法识别的模拟信号转换为控制模块可以识别的数字信号，并由控制模块根据该数字信号，譬如该数字信号为0001，对应的指令是亮黄灯，那么控制模块便在收到该数字信号后，将亮黄灯这一指令，添加到执行队列中，当需要执行该指令的时候，便进行执行。

进一步优选地，所述控制板1上设置有开始按钮3，所述开始按钮3为三角形，当所述开始按钮3被按下时，所述控制板1按照预先设定的执行队列，执行所述控制信号。

所述控制板1上还设置有中断按钮4，当所述控制板1按照预先设定的执行队列，执行所述控制信号时，若所述中断按钮4被按下，所述控制板1进入中断执行状态；

在所述中断执行状态下，所述执行队列的执行指针停止移动到下一个所述控制信号所处的执行队列位置，直到所述开始按钮3被按下。

在具体的执行过程中，执行的开始和暂停等动作，一般采用实体按钮来实现，一般开始按钮3设计成三角形，暂停按钮则设计成正方形，与视频播放器的UI设计方案基本一致。

当用户按下开始按钮3时，位于执行队列的执行指令依次出列，进入到控制模块中进行执行，在执行过程中，如果用户按下暂停按钮，那么用于指出下一个需要出列的指令位置的执行指针，则停止继续移动到下一个需要出列的指令的位置，直到用户再次按下开始按钮3时，执行指针才恢复移动，从而指向下一个需要出列的指令，控制模块根据恢复移动的执行指针所指向的位置，继续执行相应的指令。

优选地，每一所述指令块2分别具有一个显示图案，对应一种控制信号。

由于儿童可能不认识数字或者图案，所以给不同类型的指令块2设计了对应的颜色和形状，通过颜色和形状可以判断指令块2是否属于同一类型。这样的设计使得编程系统具有极高的通用性和可行性。

譬如，当所述指令块2为蓝色时，其他类型的指令块2可以为除绿色以外的其他颜色。比如所述运动类指令块2为红色，所述逻辑类指令块2为黄色，所述数字类指令卡为绿色，所述音乐类指令块2中的灯光类为以灰色为背景，根据可展示的灯光颜色设计灯光标识图案的颜色，其音乐类为以紫色为背景，根据发出的声音的种类设计具体标识图案的颜色。

不同类型的指令块2的标识图案也不同，例如指令块2的中第一个指令卡为运行指令卡，所述运行指令卡上设置有表示运行的三角形图案。所述指令块2的中第二个指令卡为停止指令卡，所述停止指令卡上设置有表示停止的正方形图案。所述指令块2的中第三个指令卡为开始指令卡，所述开始指令卡上设置有表示开始的旗子状图案。所述运动类指令块2表示前进、后退、左转、右转的指令块2对应的标识图案为向前、向后、左转、右转的箭头。所述逻辑类指令块2的表示不同逻辑的指令块2都有对应的标识图案。所述音乐类指令块2中的表示声音的指令块2都有其声音的对象对应的标识图案，比如识别指令块2，所述机器人能发出狗的叫声，对应的所述指令块2的标识图案为狗。例如，所述数字类指令块2的长度类对应的图案为表示具体的单位长度的个数(整数)的数字。

实施例2：

如图2所示，本实施例基于实施例1，提供一种可编程指令板，每一所述指令块2分别具有拼接端22和被拼接端21，所述拼接端22具有拼接形状，所述被拼接端21具有被拼接形状；

一个所述指令块2的所述拼接形状与另一个所述指令块2的所述被拼接形状相匹配，一个所述指令块2的所述拼接端22能够拼接于另一个所述指令块2的所述被拼接端21。

在本实施例中，由于涉及到弹簧针的连接问题，但是对于幼儿来说，难以按照标准的手法进行操作，很有可能会产生插上去但是没有办法运行的情况，故在本实施例中，通过拼接端22和被拼接端21的防呆设计，当幼儿想要将指令块2设置在当中时，便会因为防呆设计自然而然将指令块2按照正确的放置方式进行放置。同时也可针对不同类型的，无法兼容的指令，通过防呆口的设计，避免不同类型的指令块2被同时使用，譬如将不同型号的不兼容的指令块2使用到一个设备上，进而保护设备，增加设备的使用时间。

如图4所示，优选地，所述控制板1上设置有指令槽6，所述指令槽6的槽底低于所述控制板1的上表面，并在所述控制板1的上表面形成一个凹陷，用于容纳所述指令块2；

所述指令槽6的边缘，设置若干个与所述拼接形状和/或被拼接形状相匹配的拼接槽61；一个所述指令块2的所述拼接端22和/或所述被拼接端21能够嵌入所述拼接槽61。

通过指令槽6的设置，一方面可以便于容纳指令块2，让指令块2安装之后显得更加的美观，另一方面指令块2也可以起到固定作用，使得指令块2不容易从控制板1上滑落。

本实施例通过适当的防呆设计，减少了由于幼儿的不当操作，而导致的设备损坏，有助于增加使用寿命，同时便于幼儿操作，减少幼儿因为安装失败而导致的厌烦情绪。

实施例3：

如图5所示，一种机器人控制系统，包括：实施例1或者2所述的一种可编程指令板和机器人7；所述机器人7与所述可编程指令板通讯连接；所述可编程指令板，用于向所述机器人7发送控制指令以控制所述机器人7运行。

具体的，当开始按钮3被按下时，控制板1开始依照执行队列，依次调用位于执行队列中的指令，将指令依次发送给机器人的主控制器，具体的发送方式，既可以将需要运行的指令全部发送出去，存储在机器人的存储器中，然后依次输送到主控制器中进行执行，也可以是将需要运行的指令收到便运行；具体的通讯方式，既可以是无线通信方式，如蓝牙、WIFI等，也可以是有线通讯方式，通过串行线路告知所述机器人的主控制器应当执行何种指令，当到达队列尾部时，便向机器人的主控制器发送指令停止信号，从而告知机器人程序已经运行完毕。

本实用新型通过上述实施例，实现了:

(1)通过用分压编码电路替代原有的电阻电路，从而提高了系统整体可以使用的编码数量，进而丰富了系统的操作，同时，通过减少编码数量，极大的减少了指令板的所需要的面积，增加了系统可执行的程序的长度；

(2)通过适当的防呆设计，减少了由于幼儿的不当操作，而导致的设备损坏，有助于增加使用寿命，同时便于幼儿操作，减少幼儿因为安装失败而导致的厌烦情绪；

(3)通过使用弹簧针作为电性连接装置，一方面可以提高连接的防腐蚀性、稳定性、耐久性，另一方面也与分压编码电路所配合，增加了系统的可扩展性，可在需要的时候进行升级，增加信号针的数量和更换分压编码电路即可极大的提高可实现的指令块的数量。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种可编程指令板，其特征在于，包括：

控制板和若干指令块；所述控制板和每个所述指令块之间通过电性连接结构可拆卸连接；

每个所述指令块上设置有分压编码电路，用于产生控制信号并经所述电性连接结构传输给所述控制板；

所述控制板，用于按照预设的执行队列，执行所述控制信号；所述控制信号的执行队列的先后顺序，根据所述电性连接结构的编号确定。

2.根据权利要求1所述的一种可编程指令板，其特征在于，所述电性连接结构包括弹簧针组；

所述指令块上设置有与所述弹簧针组对应的卡槽，当所述指令块与所述控制板连接时，所述弹簧针组的弹簧针插入所述卡槽内，并使所述控制板与所述分压编码电路相连。

3.根据权利要求2所述的一种可编程指令板，其特征在于，所述弹簧针组包括两个电源针和多个信号针；

所述电源针，用于与所述分压编码电路形成供电电路，从而向所述分压编码电路供电；

所述信号针，用于获取所述分压编码电路被供电后所产生的控制信号，并传输给所述控制板。

4.根据权利要求3所述的一种可编程指令板，其特征在于，所述控制板包括AD转换模块和控制模块；

所述AD转换模块与所述电性连接结构相连，用于将所述指令块的分压编码电路产生所述控制信号从模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号传输给所述控制模块；

所述控制模块，用于将所述数字信号转换为执行指令，并添加到所述执行队列中。

5.根据权利要求1所述的一种可编程指令板，其特征在于，所述控制板上设置有开始按钮，当所述开始按钮被按下时，所述控制板按照预先设定的执行队列，执行所述控制信号。

6.根据权利要求1所述的一种可编程指令板，其特征在于，每一所述指令块分别具有一个显示图案，对应一种控制信号。

7.根据权利要求1所述的一种可编程指令板，其特征在于，每一所述指令块分别具有拼接端和被拼接端，所述拼接端具有拼接形状，所述被拼接端具有被拼接形状；

一个所述指令块的所述拼接形状与另一个所述指令块的所述被拼接形状相匹配，一个所述指令块的所述拼接端能够拼接于另一个所述指令块的所述被拼接端。

8.根据权利要求7所述的一种可编程指令板，其特征在于，所述控制板上设置有指令槽，所述指令槽的槽底低于所述控制板的上表面，并在所述控制板的上表面形成一个凹陷，用于容纳所述指令块；

所述指令槽的边缘，设置若干个与所述拼接形状和/或被拼接形状相匹配的拼接槽；一个所述指令块的所述拼接端和/或所述被拼接端能够嵌入所述拼接槽。

9.一种机器人控制系统，其特征在于，包括：权利要求1-8任一所述的一种可编程指令板和机器人；

所述机器人与所述可编程指令板通讯连接；

所述可编程指令板，用于向所述机器人发送控制指令以控制所述机器人运行。

Images