CN107398897A - 可搭建任意构型任意尺寸并实现自动求解的机器人教育应用平台 - Google Patents

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    • B25J9/08—Programme-controlled manipulators characterised by modular constructions
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Abstract

一种机器人技术领域的可搭建任意构型任意尺寸并实现自动求解的机器人教育应用平台，包括机械模块、电控模块和App模块，机械模块包括机座模块、多面体连杆、转动关节模块、末端执行器模块，电控模块包括电机、传感器、控制器和连接线，App模块包括模块库和算法库。在本发明中，可以实现用户根据自己的能力搭建任意构型、任意尺寸的机器人，提供的App可以自动进行所设计机器人的运动学建模并且根据规划的轨迹任务自动进行运动学求解。本发明安装方便，可以实现机器人教育虚拟设计和实际搭建的结合，线上轨迹规划和硬件实际运行的联机，使用者完成了机器人从无到有，有了能用的受教育过程，极大地激发了使用者的创造潜力和发明激情。

Description

可搭建任意构型任意尺寸并实现自动求解的机器人教育应用 平台
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体地说，是一种可以实现用户任意搭建不同构型、不同尺寸的机器人，同时可以自动进行运动学求解并实现给定轨迹任务的机器人教育应用平台。
背景技术
机器人与人工智能是当下时代的热门技术，也是未来发展的趋势。不论国际上还是国内，不论政府还是家长都非常重视学生的人工智能教育。而人工智能的教育离不开强大的载体。人工智能教育的载体应该充分挖掘学生的创造潜力，提供各种可能性，让学生去创造自己的机器人。
经过市场调研和文献检索，市场上已经有一些教育机器人产品，但是这些产品的普遍的问题是只提供单一的产品，用户购买的要么是一个机器人要么是一批零部件根据说明书可以组装成特定的机器人，这不利于发挥用户的创造潜力，不利于激发学生的发明激情。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一个机器人设计、制作、控制、应用的平台，可以实现用户根据自己的能力充分发挥自己的想象，搭建任意构型、任意尺寸的机器人，提供的App可以自动进行所设计机器人的运动学建模并且根据规划的轨迹任务自动进行运动学求解，App可以实现运动仿真，App与硬件联机可以下载数据到硬件机器人，从而硬件机器人可以实现给定的规划任务。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括机械模块、电控模块和App模块，机械模块包括基座模块、多面体连杆模块、转动关节模块、末端执行器模块，机座模块上安装有基座多面体，多面体连杆模块的各个面上均布置多边形安装孔，两个关节多面体分别安装在转动关节模块的两端，关节多面体上均布置多边形安装孔，一个末端多面体布置在末端执行器模块上，末端多面体上布置多边形安装孔，基座多面体的尺寸与多面体连杆模块上多边形安装孔的尺寸相匹配；电控模块包括电机、传感器、控制器和连接线，控制器为DSP嵌入式结构，控制器包括wifi连接模块或蓝牙连接模块、电机控制模块、电源模块，电机与转动关节模块相连接；App模块包括模块库、算法库和轨迹规划模块，App模块安装在用户手机或电脑内；多面体连杆模块、转动关节模块、末端执行器模块之间通过多面体销相连接，App模块通过wifi或蓝牙与控制器中的wifi或蓝牙连接模块相连接。
进一步地，在本发明中，多面体连杆模块和转动关节模块均为多个，多面体连杆模块均为八面体结构，多边形安装孔均为六边形安装孔，两个关节多面体的中心线相互平行且与转动关节模块的中心线垂直。
本发明包括一套可自由拼接的机械模块，一套可与机械模块快速组装的电控模块，一个提供设计、规划、求解功能的App。机械模块包括机座模块、不同的多面体连杆、转动关节模块、末端执行器模块，这些模块可以由多面体销任意地连接起来，从而可以构成各种构型、各种尺寸的机器人。
电控模块包括多个电机、传感器、控制器以及连接线等，电机及可以方便地连接到转动关节模块。控制器为DSP嵌入式结构，包括wifi或蓝牙连接模块、电机控制模块、电源模块等。
App包含了模块库、算法库和轨迹规划模块。模块库是指与硬件机械模块尺寸完全一样的虚拟构件，用户使用App通过拖拽等简单操作可以虚拟搭建与实际硬件同构型同尺寸的机器人。设计搭建好的机器人用户可以保存到本地也可以发送到服务器云端与其他用户共享。利用轨迹规划模块用户可以输入字符、选择照片等操作对末端轨迹进行规划，App可以自动进行运动学求解并进行仿真动画演示。进一步用户可以将App与机器人硬件的控制器通过wifi或蓝牙进行连接，将App计算的关节数据下载到机器人硬件，从而实现机器人转动关节模块按计算好的角度旋转，末端可以实现规划的轨迹。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：用户可以自由搭建任意构型任意尺寸的机器人，极大地激发了用户的创作激情，App的算法库都可以自动进行运动学求解，因此可以规划精细的任务，如写字、绘画等。实现了机器人教育虚拟设计和实际搭建的结合，线上轨迹规划和硬件实际运行的联机。使用者完成了机器人从无到有，有了能用的受教育过程，极大地激发了使用者的创造潜力和发明激情
附图说明
图1为本发明中基座模块的结构示意图；
图2为本发明中转动关节模型的结构示意图；
图3为本发明中多面体连杆模块的结构示意图；
图4为本发明中末端执行器模块的结构示意图；
图5为本发明中一种三自由度串联机械臂的实施实例图；
图6为本发明一种人形机器人的实施实例图；
其中：1、基座模块，2、转动关节模块，3、多面体连杆模块，4、末端执行器模块，5、电控模块，6、基座多面体，7、关节多面体，8、末端多面体，9、多边形安装孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1至图6所示，本发明包括机械模块、电控模块和App模块，机械模块包括基座模块1、转动关节模块2、多面体连杆模块3、末端执行器模块4，机座模块1上安装有基座多面体6，多面体连杆模块3的各个面上均布置多边形安装孔9，两个关节多面体7分别安装在转动关节模块2的两端，关节多面体7上均布置多边形安装孔9，一个末端多面体8布置在末端执行器模块4上，末端多面体8上布置多边形安装孔9，基座多面体6的尺寸与多面体连杆模块3上多边形安装孔9的尺寸相匹配；电控模块5包括电机、传感器、控制器和连接线，控制器为DSP嵌入式结构，控制器包括wifi或蓝牙连接模块、电机控制模块、电源模块，电机与转动关节模块相连接；App模块包括模块库、算法库和轨迹规划模块，App模块安装在用户手机或电脑内；转动关节模块2、多面体连杆模块3、末端执行器模块4之间通过多面体销相连接，App模块通过无线网路或蓝牙与控制器中的wifi或蓝牙连接模块相连接；多面体连杆模块3和转动关节模块2均为多个，多面体连杆模块3为八面体结构且每个面上均有六边形安装孔9，两个关节多面体7的中心线相互平行且与转动关节模块2的中心线垂直。
图5是本发明的一种三自由度串联机械臂实施实例。这个实例的搭建方法如下：首先，多面体连杆模块3，下端固定在基座模块1上，上端与一个转动关节模块2的一个关节多面体7连接一起；而后，三个转动关节模块2通过两个多面体连杆模块3相互连接；最后，末端执行器模块4通过末端多面体8与一个转动关节模块2相连接。这样就构成了一个具有三条平行转动轴线的三自由度平面机构。用户使用这个机器人可以了解平面机构的基本原理，制作最简单的机械臂，进行书写绘画等多种趣味性的操作，增强用户对机器人知识的理解和学习机器人的兴趣。
图6是本发明的一种人形机器人实施实例。这个实例的搭建方法如下：首先多个多面体连杆模块3相互连接构成了躯干，然后以躯干作为基座按照搭建三自由度串联机械臂的方法将双手和双腿连接到躯干上，即可完成人形机器人的搭建。用户在App上搭建一个相同尺寸和构型机器人，就可以通过在App上规划人形机器人的走、跑、跳、蹲等简单动作也可以通过简单动作的组合规划复杂的舞姿任务，App将会自动进行机器人运动学的求解并实现仿真动画演示。用户将App的数据通过wifi下载到硬件机器人即可实现机器人的真实动作。

Claims (3)

1.一种可搭建任意构型任意尺寸并实现自动求解的机器人教育应用平台，其特征在于，包括机械模块、电控模块和App模块，机械模块包括基座模块、多面体连杆模块、转动关节模块、末端执行器模块，机座模块上安装有基座多面体，多面体连杆模块的各个面上均布置多边形安装孔，两个关节多面体分别安装在转动关节模块的两端，关节多面体上均布置多边形安装孔，一个末端多面体布置在末端执行器模块上，末端多面体上布置多边形安装孔，基座多面体的尺寸与多面体连杆模块上多边形安装孔的尺寸相匹配；电控模块包括电机、传感器、控制器和连接线，控制器为DSP嵌入式结构，控制器包括wifi连接模块或蓝牙模块、电机控制模块、电源模块，电机与转动关节模块相连接；App模块包括模块库、算法库和轨迹规划模块，App模块安装在用户手机或电脑内；多面体连杆模块、转动关节模块、末端执行器模块之间通过多面体销相连接，App模块通过无线网路或蓝牙与控制器中的wifi或蓝牙连接模块相连接。
2.根据权利要求1所述的可搭建任意构型任意尺寸并实现自动求解的机器人教育应用平台，其特征在于，所述多面体连杆模块和转动关节模块均为多个，多面体连杆模块均为八面体结构，多边形安装孔均为六边形安装孔，两个关节多面体的中心线相互平行且与转动关节模块的中心线垂直。
3.根据权利要求1所述的可搭建任意构型任意尺寸并实现自动求解的机器人教育应用平台，其特征在于，所述App模块包括的模块库与机械硬件库具有相同的尺寸和形状，App模块包括的轨迹规划模块可以对所设计的机器人进行多种精细任务轨迹的规划，App模块包括的算法库可以自动进行所设计机器人的运动学建模并根据规划的轨迹进行运动学求解；通过无线网路，将App计算的关节数据下载到机器人硬件，机器人转动关节模块按计算好的角度旋转，末端执行器模块实现规划的轨迹。
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