[發明專利]一種模塊化可編程的智能教育機器人

在審

• 申請號: 201610587729.2
• 申請日: 2016-07-25
• 公開（公告）號: CN107657866A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 張維東;鄒芬;侯昆
• 申請（專利權）人: 北京東易暉煌國際教育科技有限公司
• 主分類號: G09B19/00
• 分類號: G09B19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本申請涉及一種智能機器人，具體的，涉及一種模塊化的，可以編程的智能機器人，能夠應用于教育用具以及青少年玩具領域。

背景技術

在青少年兒童智力開發、教學活動和機器領域，功能多樣且具有高度智能的玩具教具和機器人越來越受歡迎。現有的產品都是功能單一的產品，不能簡單經濟的轉換為另一種產品，也很少有擴展功能。各種機器人因為包含單獨而特有的處理器或者使用定制的執行模塊而導致價格高昂，使得這一系列的玩具、教具和機器人普及程度不高。同時普通的玩具因為缺乏與互聯網的對接，個性化和智能化程度很低。單獨使用智能設備上的游戲或者教學應用軟件，屬于虛擬游戲和應用，雖然也可以提供的玩具或者教具功能，但是具有很大的局限性。在信息化時代，可輔助編程教育的智能硬件還嚴重依賴個人固定端設備（如個人PC），同時可實現的功能也局限于單一的形態。在中國專利申請《結合智能設備的模塊化玩具、教學用具或機器人》中，公開了一種結合智能設備的模塊化 玩具、教學用具或機器人，包括 ：(1) 一部或者多部智能設備，安裝相應的應用程序，應用程序優選是智能設備原廠開發或者第三方開發的；(2) 用于與智能設備進行信號交互和轉換的控制器模塊，連接到智能設備的通信接口；(3) 玩具、教學用具或機器人的模型，該模型構建所模擬的玩具、 教學用具或機器人的基本外觀和功能，所述模型與控制器模塊共同完成所模擬的玩具、教學用具或機器人的核心功能 ；所述模型是由可以拆卸組裝的基礎元件成。在中國專利申請《模塊化電子玩具》中，公開了一種模塊化電子玩具，包括控制模塊和功能模塊，控制模塊與功能模塊相互可分離的設置，控制模塊與功能模塊有線或無線通訊連接，控制模塊包括主控板和電路裝置，主控板上設置用于連接其它主控板的擴展接口，功能模塊至少包括操作模塊、顯示模塊和發聲模塊，操作模塊包括輔助板和操作件，輔助板可分離的設于主控板上，主控板上設置有感應區，輔助板上與感應區相匹配的設置限位區，操作件可穿過限位區與感應區相接觸。在中國專利申請《一種自選配置的模塊化的智能按摩椅》中，公開了一種自選配置的模塊化的智能按摩椅，涉及到智能按摩椅技術領域，解決現在的智能按摩椅無法實現模塊化選擇組裝的技術不足，包括有座椅本體，其特征在于：所述的座椅本體包括有坐墊支架和靠墊支架，坐墊支架中設有模塊化的坐墊按摩模塊，在靠墊支架設有模塊化的靠墊按摩模塊；靠墊按摩模塊中設有振動、旋轉或滾動按摩的按摩部件。因此，現有的結合智能手機和平板電腦的玩具、教具或機器人都是和特定應用綁定使用，只能支持特定應用，這樣的玩具、教具或者機器人成本很高，功能單一，無法快速經濟地轉換為不同的玩具、教具或機器人。同時普通的玩具因為缺乏與互聯網的對接,個性化和智能化程度很低。而單獨使用智能設備上的游戲或者教學應用軟件，屬于虛擬游戲和應用，雖然也可以提供的玩具或者教具功能，但是具有很大的局限性。例如，嚴重依賴屏幕和用戶交互，長期使用有害眼睛；無法直觀的體現現實實體的基本構造和原理。由于固定端設備的限制，可編程的適合教育的智能設備一般需要在固定的場景使用，大大降低了學習的趣味性。因此，如何能夠提供一種滿足通用場合，模塊之間可以進行任意組合，并且通過編程成為滿足要求的智能機器人成為現有技術亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提出一種模塊化可編程的智能教育機器人，每個模塊更加智能化、核心化，能夠完成模塊間的任意組合，并且融入了互聯網的可移動操作。為達此目的，本發明采用以下技術方案：一種模塊化可編程的智能教育機器人，包括至少一個擴展模塊和一個核心模塊，其中所述擴展模塊包括分處理擴展模塊，傳感器模塊，執行模塊和UMB接口，所述核心模塊包括核心處理模塊，識別模塊，控制模塊控制通信模塊和UMB接口；其中所述分處理器模塊，用于接收由UMB接口傳來的從核心處理模塊傳遞的指令，并將其編譯后發送給執行模塊，由執行模塊來執行具體的指令；傳感器模塊，用于負責感測數據將其發送給分處理擴展模塊，再由分處理擴展模塊處理后由UMB接口傳回核心處理模塊；

核心處理模塊，用于處理控制通信模塊傳來的指令，再將經過處理后的指令發送給控制模塊；識別模塊，用于識別擴展模塊的整體形態，以及該擴展模塊的狀態是否可靠、合法，再將信息處理后傳送給所述核心處理模塊；控制模塊，用于將所述核心處理模塊處理過的指令經由UMB接口傳遞給各個擴展模塊的分處理擴展模塊，由其處理后發送給擴展模塊的執行模塊；控制通信模塊，用于接收各種控制指令，并將其傳送給核心處理模塊。優選地，還具有UMB模塊，用于不同模塊之間UMB接口的連接。優選地，還具有供電模塊，所述供電模塊用于給所述智能教育機器人供電，所述供電模塊包括充電模塊和電壓調節模塊以及UMB接口。優選地，所述核心模塊中還包括燒錄通信模塊，用于使得服務器通過該燒錄通信模塊完成編程和個性化的設置。優選地，所述服務器為移動端。優選地，還包括遙控器模塊，包括通信模塊、輸入模塊、遙控器分處理器模塊和UMB接口，所述通信模塊用于接收所述輸入模塊采集的指令信息并傳給所述控制通信模塊，并接收機器人反饋的信息；所述輸入模塊用于采集使用者的指令經處理后傳給通信模塊；遙控器分處理模塊43用于運算；所述遙控器模塊通過UMB接口與UMB模塊連接，從而與供電模塊連接，完成供電。優選地，控制通信模塊能夠通過Wi-Fi或者藍牙的模式接收遙控器模塊或者移動終端傳送的控制指令。優選地，按下開關接通電源后，核心處理模塊向識別模塊發出初始狀態自檢信號，識別模塊將指令發送至各個擴展模塊的分處理器模塊；接到指令后，各個擴展模塊的分處理器模塊將對各自模塊的連接狀態進行檢查，然后將信息發送至識別模塊，由識別模塊進行檢測來確定各模塊間連接是否通暢，各個模塊的身份是否合法；檢測通過后將合格信號以及整體形態信號發送至核心處理模塊。核心處理模塊接收到合格信號和整體形態信號后，通過燒錄通信模塊向移動端發出信號，表明自身整體形態，使用者需要將預先編寫完畢的操作程序通過WiFi或藍牙的通信方式燒錄進核心處理模塊；在程序燒錄完成后，核心處理模塊會將完成信號通過控制通信模塊傳輸給遙控器或移動端，然后使用者就可通過遙控器和移動端來控制拼接好的設備主體。所述機器人在使用過程中會不停進行運行狀態自檢，如果模塊之間出現故障時，識別模塊會將此信號傳輸至核心處理模塊，由核心處理模塊向控制模塊發出停止命令，同時，核心處理模塊也會經由控制通信模塊向移動端和遙控器端發送警示信號。本發明在每個擴展模塊中加入分處理器模塊，模塊之間采用專門設計的UMB模塊，各類編程可以在移動端完成，使得智能機器人利用各類擴展模塊進行隨意組合，并節省了其余模塊，豐富了模塊之間的連接組合方式，并且利用移動端遙控以及寫入指令，與互聯網相連，使得使用場景更加多樣化。附圖說明：圖1 是根據本發明具體實施例的模塊化可編程的智能教育機器人的模塊圖；圖2是根據本發明具體實施例的模塊化遙控汽車的模塊圖；圖3是根據本發明具體實施例的模塊化遙控汽車的工作流程圖；圖4是根據本發明具體實施例的模塊化四旋翼遙控飛機的工作流程圖。圖中的附圖標記所分別指代的技術特征為：1、擴展模塊；11、分處理器模塊；12、傳感器模塊；13、執行模塊；14、UMB接口；2、核心模塊；21、核心處理模塊；22、識別模塊；23、控制模塊；24、燒錄通信模塊；25、控制通信模塊；3、供電模塊；31、無線充電模塊；32、電壓調節模塊；4、遙控器模塊；41、通信模塊；42、輸入模塊；43、遙控器分處理器模塊；5、UMB模塊；6、移動終端。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。本發明的主旨在于：模塊化機器人中具有多個擴展模塊以實現不同的功能，每個擴展模塊中具有一分處理器模塊，使各擴展模塊能夠接受不同的指令，識別并進行工作，從而更加智能，可以完成更多功能。同時，每種分處理器模塊都有與之相對應的設備ID，這個設備ID會記錄在核心處理模塊中，使得核心處理模塊可以順利識別拼接完成后的設備的形態，使得模塊間的組合不再限于常見的汽車形態、飛機形態等，而具有更多形態，例如可以飛行的汽車，并配合移動端的編程程序解決了對使用場景和使用方式的限制。參見圖1，示出了根據本發明具體實施例的模塊化可編程的智能教育機器人的模塊圖，該智能教育機器人包括至少一個擴展模塊1和一個核心模塊2，其中所述擴展模塊1包括分處理擴展模塊11，傳感器模塊12，執行模塊13和UMB接口14，所述核心模塊2包括核心處理模塊21，識別模塊22，控制模塊23，控制通信模塊25和UMB接口13；其中所述分處理器模塊11，用于接收由UMB接口14傳來的從核心處理模塊21傳遞的指令，并將其編譯后發送給執行模塊13，由執行模塊13來執行具體的指令，所述分處理擴展器模塊11具有唯一對應的設備ID，所述設備ID同時存儲在核心模塊2的核心處理模塊21中；傳感器模塊12，用于負責感測數據將其發送給分處理擴展模塊11，再由分處理擴展模塊11處理后由UMB接口14傳回核心處理模塊21；核心處理模塊21，用于處理控制通信模塊25傳來的指令，再將經過處理后的指令發送給控制模塊23；識別模塊22，用于接收所述設備ID，并識別擴展模塊1的整體形態，以及該擴展模塊1的狀態是否可靠、合法，再將信息處理后傳送給所述核心處理模塊21；控制模塊23，用于將所述核心處理模塊21處理過的指令經由UMB接口14傳遞給各個擴展模塊1的分處理擴展模塊11，由其處理后發送給擴展模塊1的執行模塊13；控制通信模塊25，用于接收各種控制指令，并將其傳送給核心處理模塊21。在這其中，擴展模塊1和核心模塊2之間通過UMB接口連接在一起。所述UMB（Universal Modular Bus）接口是一種兼容串口、USB和I2O接口的通信協議的可以自由伸縮的通用接口，能夠負責各模塊間的通信，負責各模塊間與供電模塊之間的供電傳輸。因此，本發明利用了多個擴展模塊，不同擴展模塊之間具有相同的互連互通基礎協議棧以及網絡通訊物理層，不同類型的擴展模塊擁有不同的分處理器模塊。不同的分處理器模塊都有與之相對應的唯一的ID，并儲存在核心處理模塊中，使得核心處理模塊可以順利識別憑借完成后的設備的形態，使得模塊間隨意的組合變成了可能。進一步的，還具有UMB模塊5，用于不同模塊之間UMB接口的連接。例如，在擴展模塊1和核心模塊2之間利用UMB模塊5進行UMB接口之間的連接。與傳統模塊化設計的設備相比，通用UMB模塊的加入在節省了其余模塊的接口的同時，極大的豐富了模塊間的連接組合方式。使設備可以擁有更多形態和功能。所述UMB模塊主要有三個功能：用于各模塊間的通信；用于各模塊間與供電模塊之間的供電傳輸和用于負責各模塊間的結構銜接。UMB模塊有多種類型，以完成不同需求的連接。進一步的，所述智能教育機器人還具有供電模塊3，所述供電模塊用于給所述智能教育機器人供電，優選的，所述供電模塊3包括充電模塊31和電壓調節模塊32以及UMB接口14。所述充電模塊可以為無線充電模塊，或者有線充電模塊，只要能夠完成充電功能即可。進一步的，所述供電模塊中也可以包括電源。進一步的，所述核心模塊2中還包括燒錄通信模塊24，用于使得服務器通過該燒錄通信模塊24完成編程和個性化的設置。其中，所述服務器可以為移動端，例如手機，通過移動端的應用，來完成編程和個性化設置。例如，核心處理模塊、識別模塊、控制模塊、燒錄通信模塊和控制通信模塊都集成在同一個模塊中成為核心模塊。核心模塊可以為長方體或者正方體，并在每個側面都留有2個UMB接口，方便與UMB模塊連接。進一步的，還包括遙控器模塊4，所述遙控器模塊4也采用模塊化設計，包括通信模塊41、輸入模塊42、遙控器分處理器模塊43和UMB接口14。所述通信模塊41用于接收所述輸入模塊42采集的指令信息并傳給所述控制通信模塊25，并接收機器人反饋的信息，例如機器人上的傳感器反饋的信息；所述輸入模塊42用于采集使用者的指令經處理后傳給通信模塊41，例如，將使用者的操作動作轉化為模擬信號，遙控器分處理模塊43用于運算，具體如將模擬信號轉換為數字信號、計算采樣頻率、濾波、計算飛行姿態（機器人為飛機形態時）等。所述遙控器模塊4通過UMB接口14與UMB模塊5連接，從而與供電模塊3連接，完成供電。其中控制通信模塊25能夠通過Wi-Fi或者藍牙的模式接收遙控器模塊或者移動終端傳送的控制指令。