一种多功能教育机器人系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多功能教育机器人系统，其包括核心控制板单元、传感器单元、通信单元、运动单元和电源管理模块；核心控制板单元采用微处理器；传感器单元包括电连接于微处理器的测速传感器、温度传感器、灰度传感器、测障传感器以及图像传感器；通信单元包括WIFI通信模块、USB通信模块和蓝牙通信模块；WIFI通信模块一端双向连接微处理器，另一端与图像传感器电连接；运动单元包括直流电机运动模块和舵机运动模块；直流电机运动模块和舵机运动模块均电连接于微处理器。本发明专利技术结构设计简单、合理，成本低，可实现远程教育，具有多种组网能力、通信能力和接口能力，可以和其它设备组合起来，实现新的功能，还可以实现旧设备的升级改造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及教育器材领域，尤其涉及一种具有远程资源共享的多功能教育机器人系统。
技术介绍
2004年，在教育部的牵头和主持下，启动了普通高中课程改革计划，主要针对中学阶段的素质教育问题,最初主要在广东、山东、海南、浙江等沿海地区试点，探索中学课程改革方向和内容。至2006年，试点省份已扩大到10个省及内地。在此期间,经过大量的实践和努力，普通高中课程改革目标逐渐明朗，形成了关于“通用技术”素质教育课程改革的体系结构，得到了广泛的认可。到2010年，这一改革已在全国范围全面展开。“通用技术”课程是具有全新内容的教改，综合性很强，内容也十分广泛，因此在实践过程中各个学校都遇到了不少的挑战。尤其在开设其中“简易机器人制作技术”方面，不少中学感到开课困难。实际能开设“简易机器人制作技术”的学校很少。根据统计调查，归纳出主要问题在以下几个方面:1、中学生没有学习过处理器方面知识，不具有开发和编程的基本技能，对机器人的控制难于掌握；2、没有合适的专业指导教师。主要原因是全国还没有专门针对通用技术课程的高等教育培养专业，同时具有教育知识背景和机器人技术专业背景的教师非常缺乏；目前，多数中学是把物理、计算机、电子专业的教师转型为通用技术课程教师；但机器人是综合性比较强的机电一体化设备，其技术复杂性高于一般教育设备，并且机器人教育课程不完全只是机器人技术方面的问题，因此这些转型来的指导教师自身还需要学习与提高。3、教育机器人成本高，实验室建设困难。市售机器人具有低价格、可普及型的机器人多数适合儿童使用，并不适合教学实验使用；适合教学应用的品种少，国内能生产机器人的商家也屈指可数。此外，由于机器人的特殊性，行业中也没有统一的标准，因此机器人价格一般比较高，从数千元到上万元不等，难于全面建设实验室。4、机器人教学与实验资源少，开设课程阻力大。在国内机器人教育还属于崭新的内容，在新的教育形势下，学校教育能使用的资源还非常少，开设机器人课程阻力大。多数机器人生产商仅能提供使用方法等资源，而鉴于对自己核心技术的保护，这些机器人通常都不能给出核心资料。现有情况是能够提供应用层面上的支持，但基础底层关键技术则属于商业机密，不提供任何支持。在这样的情况下，学校教育方面很难真正讲解清楚机器人原理，实施开源教学更没有可能，但实际教学需要开源的资料，才能更好地服务社会、推动基础创新工作。没有足够的技术资源提供创新、教学资源缺乏、关键技术上受制于人这也是国内机器人技术普遍落后于西方国家的一个重要原因。5、适合教学实验使用的机器人品种少。市面上的机器人多数为娱乐型机器人，不能二次开发，也没有提供给用户开发支持，并不适合教育使用。一些产品在某些方面也可能适合教育应用，但耐用性不强，基本上就是一次性的，难于在实验室中重复使用。6、兼容能力不强，现有机器人应用的领域单一，通用性不强。作为教育应用的机器人设备通常不具备开发和支持其它学科实验的能力。通常情况是，机器人设备仅能供机器人实验课程的使用，对其它课程没有多大的帮助。机器人应用也主要集中在电子与机械领域，对其它学科教学支持很少。而电子和机械领域不是普通中学教育的重点，因此在经费较少的情况下，多数学校都会选择放弃机器人实验室的建设。7、机器人设备制造商仅解决技术问题，没有解决机器人技术带来的教育问题。国内外机器人设备生产商都只关注
的问题，没有关注机器人技术带来的教育问题。尤其是在高等教育领域还是空白，没有用机器人带来的技术问题去探究这类教育活动开展的基本规律，导致机器人相关的教育研究还有很多空白，不利于机器人教育的广泛开展。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种结构设计简单、低成本、入门简单、适合学校教学应用且具有远程资源共享的多功能教育机器人系统。本专利技术的技术方案如下：上述的多功能教育机器人系统，包括电源管理模块以及均由所述电源管理模块供电的核心控制板单元、传感器单元、通信单元和运动单元；所述核心控制板单元采用的是微处理器，其用于信号的采集与处理、车体的运动控制以及机械手的操控；所述传感器单元电连接于所述核心控制单元，其用于完成机器人对环境的识别与自我状态检测；所述传感器单元包括用于检测车体运动速度的测速传感器、用于在需要测量温度的场合实现温度探测的温度传感器、用于检测地面灰度信息的灰度传感器、用于检测障碍的测障传感器以及用于实现图像信息采集的图像传感器；所述测速传感器、温度传感器、灰度传感器和测障传感器均连接于所述核心控制板单元；所述图像传感器与所述通信单元连接并通过所述通信单元连接所述核心控制板单元；所述通信单元包括WIFI通信模块、USB通信模块和蓝牙通信模块；所述WIFI通信模块一端双向连接所述核心控制板单元，另一端与所述图像传感器连接，以实现外置无线通信设备与机器人之实现数据、信息的通信；所述USB通信模块一端双向连接所述核心控制板单元，另一端双向连接外置计算机，以实现机器人控制代码的烧录以及机器人与计算机之间的有线数据通信与控制；所述蓝牙通信模块与所述核心控制板单元双向连接，以实现编程员与机器人之间的控制通信或者计算机与机器人之间遥控控制；所述运动单元电连接于所述核心控制单元，其包括用于机器人车体运动控制的直流电机运动模块和用于实现机械手操作的舵机运动模块。所述多功能教育机器人系统，其中：所述机器人系统还包括由所述电源管理模块供电的语音处理单元、LED灯和显示单元；所述语音处理单元与WIFI通信模块31连接并由所述WIFI通信模块完成对语音信号的采集与转换；所述LED灯电连接于所述核心控制板单元，其为扩展的模块且由所述电源管理模块供电；所述显示单元电连接于所述核心控制板单元，其采用LCD或LED显示屏。所述多功能教育机器人系统，其中：所述语音处理单元的采集是指采集来自麦克风的模拟信号的数字化、压缩、编码；所述语音处理单元的转换是将要输出的语音信息，实现解码、反压缩、并转变成模拟信号驱动扬声器输出人能识别的声音。所述多功能教育机器人系统，其中：所述微处理器可读取各种传感器的信息，作为机器人对环境的信息采集，并根据传感器信息控制运动单元和通信单元的工作状态。所述多功能教育机器人系统，其中：所述测速传感器、测障传感器、灰度传感器可独立拆分出来与主控制器构成新用途的检测。所述多功能教育机器人系统，其中：所述图像传感器包括与所述WIFI通信模块连接的第一图像传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能教育机器人系统，其特征在于：所述机器人系统包括电源管理模块以及均由所述电源管理模块供电的核心控制板单元、传感器单元、通信单元和运动单元；所述核心控制板单元采用的是微处理器，其用于信号的采集与处理、车体的运动控制以及机械手的操控；所述传感器单元电连接于所述核心控制单元，其用于完成机器人对环境的识别与自我状态检测；所述传感器单元包括用于检测车体运动速度的测速传感器、用于在需要测量温度的场合实现温度探测的温度传感器、用于检测地面灰度信息的灰度传感器、用于检测障碍的测障传感器以及用于实现图像信息采集的图像传感器；所述测速传感器、温度传感器、灰度传感器和测障传感器均连接于所述核心控制板单元；所述图像传感器与所述通信单元连接并通过所述通信单元连接所述核心控制板单元；所述通信单元包括WIFI通信模块、USB通信模块和蓝牙通信模块；所述WIFI通信模块一端双向连接所述核心控制板单元，另一端与所述图像传感器连接，以实现外置无线通信设备与机器人之实现数据、信息的通信；所述USB通信模块一端双向连接所述核心控制板单元，另一端双向连接外置计算机，以实现机器人控制代码的烧录以及机器人与计算机之间的有线数据通信与控制；所述蓝牙通信模块与所述核心控制板单元双向连接，以实现编程员与机器人之间的控制通信或者计算机与机器人之间遥控控制；所述运动单元电连接于所述核心控制单元，其包括用于机器人车体运动控制的直流电机运动模块和用于实现机械手操作的舵机运动模块。...

【技术特征摘要】
1.一种多功能教育机器人系统，其特征在于：所述机器人系统包括电
源管理模块以及均由所述电源管理模块供电的核心控制板单元、传感器单
元、通信单元和运动单元；
所述核心控制板单元采用的是微处理器，其用于信号的采集与处理、
车体的运动控制以及机械手的操控；
所述传感器单元电连接于所述核心控制单元，其用于完成机器人对环
境的识别与自我状态检测；所述传感器单元包括用于检测车体运动速度的
测速传感器、用于在需要测量温度的场合实现温度探测的温度传感器、用
于检测地面灰度信息的灰度传感器、用于检测障碍的测障传感器以及用于
实现图像信息采集的图像传感器；所述测速传感器、温度传感器、灰度传
感器和测障传感器均连接于所述核心控制板单元；所述图像传感器与所述
通信单元连接并通过所述通信单元连接所述核心控制板单元；
所述通信单元包括WIFI通信模块、USB通信模块和蓝牙通信模块；所
述WIFI通信模块一端双向连接所述核心控制板单元，另一端与所述图像传
感器连接，以实现外置无线通信设备与机器人之实现数据、信息的通信；
所述USB通信模块一端双向连接所述核心控制板单元，另一端双向连接外置
计算机，以实现机器人控制代码的烧录以及机器人与计算机之间的有线数
据通信与控制；所述蓝牙通信模块与所述核心控制板单元双向连接，以实
现编程员与机器人之间的控制通信或者计算机与机器人之间遥控控制；
所述运动单元电连接于所述核心控制单元，其包括用于机器人车体运
动控制的直流电机运动模块和用于实现机械手操作的舵机运动模块。
2.如权利要求1所述的多功能教育机器人系统，其特征在于：所述机
器人系统还包括由所述电源管理模块供电的语音处理单元、LED灯...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦文，廖磊，秦爽，梁文海，
申请(专利权)人：四川师范大学，
类型：发明
国别省市：四川;51