CN209149669U - 基于人形机器人的教育*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于人形机器人的教育***，包括具有控制器的人形机器人，人形机器人上具有多个传感器装配位，控制器连接有Arduino传感器板，Arduino传感器板具有至少一个位于装配位上且用于连接传感器模块和/或显示模块的外置接口；人形机器人上设置有多个传感器安装模块，传感器安装模块包括具有呈非圆形的通孔的电路转接板，电路转接板的一侧设置有磁吸扣，磁吸扣一端具有抵靠在电路转接板上的限位部，另一端穿设于通孔内并通过磁力作用和扣合结构与磁吸底座相连从而将电路转接板固定在磁吸扣和磁吸底座之间，磁吸底座的两侧开设有能够将传感器安装模块安装在装配位上的装配孔。本实用新型的优点在于，硬件结构开放，能够灵活更换不同传感器。

Description

基于人形机器人的教育***

技术领域

本实用新型属于机器设备领域，尤其涉及一种基于人形机器人的教育***。

背景技术

当代科学技术发展的特点之一，就是机械技术和电子技术、计算机技术、信息技术相结合，机器人就是这种综合技术相结合的产物之一。

以教育机器人为教学平台，有利于机械设计、电子技术、计算机技术、信息技术等学科的教育发展，有利于探索教育改革和人才培养的新途径、新方法，有利于高素质人才的综合培养，同时将推动我国机器人知识和技术的普及，促进我国机器人事业的发展和专业人才的培养，促进新兴的智能机器人产业的形成，从而建立一种全新的人才培养模式,为国家、为社会培养输送大批更加优秀的人才。

随着科技的发展,教育机器人在国内外受到了越来越多的关注,在国外许多著名大学都将机器人作为一个综合实验平台供学生做实验和学习等，但是许多现有的教育机器人都存在硬件结构封闭且功能单一等缺点。

为了解决上述技术问题，人们进行了长期的探索，例如中国专利公开了一种温室温湿度自动测控机器人[公开号： CN201320661158.4]，包括以下硬件结构：温湿度检测模块，用于获取温室温湿度信息；温度控制模块，根据温室温度需求信息实施相应控制；湿度控制模块，根据温室湿度需求信息实施相应控制；无线发送模块，与所述温度控制模块和湿度控制模块连接，用于向温湿度执行机构发出控制信息；避障模块，用于使所述温室温湿度自动测控机器人在温室中绕开植物；处理模块，根据所述温湿度检测模块的信息，用于控制所述温度控制模块、湿度控制模块和避障模块；以及，GPRS模块，与所述处理模块相连接，用于向控制主机发送温湿度信息及接收温湿度需求信息。

上述方案虽然赋予了机器人更多的检测功能，但是上述方案的机器人仍然存在传感器更换不够灵活，功能扩展局限性较大等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种结构简单，使用方便的基于人形机器人的教育***；

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：

一种基于人形机器人的教育***，所述的***包括具有控制器的人形机器人，所述的人形机器人上具有多个传感器装配位，所述的控制器连接有Arduino传感器板，所述的Arduino传感器板具有至少一个位于装配位上且用于连接传感器模块和/或显示模块的外置接口；所述的人形机器人上设置有多个用于安装传感器模块的传感器安装模块，且该传感器安装模块安装于传感器装配位上，所述的传感器安装模块包括具有呈非圆形的通孔的电路转接板，电路转接板的一侧设置有磁吸扣，磁吸扣一端具有抵靠在电路转接板上的限位部，另一端穿设于通孔内并通过磁力作用和/或扣合结构与设置在电路转接板另一侧的磁吸底座相连从而将电路转接板固定在磁吸扣和磁吸底座之间，所述的磁吸底座的两侧开设有能够将传感器安装模块安装在装配位上的装配孔。

在上述的基于人形机器人的教育***中，所述的传感器模块包括红外传感器测距模块，该红外传感器测距模块安装在电路转接板上，且该红外传感器测距模块通过连接外置接口连接于 Arduino传感器板。

所述的电路转接板上安装有连接于传感器模块的无线发送模块，所述的Arduino传感器板上连接有与无线发送模块通信连接的无线接收模块。

在上述的基于人形机器人的教育***中，所述的装配位处设置有装配盖体。

在上述的基于人形机器人的教育***中，所述的扣合结构包括与通孔相匹配且插接于通孔内的插接部，所述的插接部一端与限位部相连，另一端具有第一连接件且所述的插接部和第一连接件之间形成限位台阶，所述的磁吸底座上设有具有供第一连接件插设的插接槽的第二连接件，所述的第一连接件同轴插接在插接槽内且第二连接件抵靠设置在限位台阶上。

在上述的基于人形机器人的教育***中，所述的第一连接件和第二连接件均为塑料胶件且横截面均呈环形，且所述的第二连接件周向内侧形成上述的插接槽。

在上述的基于人形机器人的教育***中，所述的控制器还连接有编程模块，所述的编程模块包括转换模块和传送模块，所述的控制器包括有程序运行模块。

在上述的基于人形机器人的教育***中，所述的传送模块包括设置在人形机器人上的USB接口和/或无线传输单元。

在上述的基于人形机器人的教育***中，所述的编程语言为伪汇编形式代码，所述的程序运行模块连接有解释器。

在上述的基于人形机器人的教育***中，所述的编程模块包括多个对应于不同控制部分的分编程模块和连接模块，通过连接模块相连接的不同控制部分通过转换模块相联系。

本实用新型基于近眼显示***测视网膜运动的装置及方法相较于现有技术具有以下优点：1、接口多元化拥有丰富的外置接口，可以安装各类传感器，并且其独特的安装结构保证了机器人传感器安装后高的可用性；2、硬件结构开放，通过安装或更换各类传感器实现多种不同的功能，同时结构简单，没有附加多余装置；3、且具有标准化的外置接口，互换性高，针对不同的传感器模块，无需设计和改进即可实现安装及应用。

附图说明

图1是本实用新型实施例一人形机器人的结构示意图一；

图2是本实用新型实施例二传感器安装模块的立体结构图；

图3是本实用新型实施例二传感器安装模块的主视图；

图4是本实用新型实施例一红外传感器测距的测试原理图；

图5是本实用新型实施例一的人形机器人的结构示意图二；

图6是本实用新型实施例二基于人形机器人教育***的***框图；

图7是本实用新型实施例二传感器控制部分的编程界面图；

图8是本实用新型实施例二遇火报警控制部分的编程界面图；

图9是本实用新型实施例二拳击控制部分的编程界面图。

附图标记：电路转接板1；通孔11；磁吸扣2；限位部21；插接部22；第一连接件23；磁吸底座3；第二连接件31；插接槽 311；安装座32；装配孔321；人形机器人4；控制器41；程序运行模块42；解释器421；传感器装配位43；传感器安装模块44；传感器模块45；Arduino传感器板46；编程模块5；转换模块51；传送模块52；分编程模块53；连接模块54。

具体实施方式

这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。当一个单元被称为“连接”或“耦合”到另一单元时，其可以直接连接或耦合到所述另一单元，或者可以存在中间单元。

本实用新型适用于学生教学及二次开发，解决了现有技术编程过程复杂，一般人员难以编程，且存在结构复杂，投入成本高等问题。

以下是本实用新型的优选实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

实施例一

如图1所示，本实施例的基于人形机器人4的教育***包括具有控制器41的人形机器人4，该机器人4上具有多个传感器装配位43，控制器连接有Arduino传感器板46，Arduino传感器板 46具有至少一个位于装配位43内且用于连接传感器模块和显示模块的外置接口；进一步地，人形机器人4内设置有多个用于安装传感器模块45的传感器安装模块44，传感器安装模块44安装在装配位43处，传感器模块45安装于传感器安装模块44上，对于有外置接口的装配位，传感器模块通过连接外置接口接入人形机器人4的Arduino传感器板46即可接入人形机器人的***，实现与人形机器人4的一体化。对于没有外置接口的装配位43，没有供传感器模块连接至控制器的连接线，所以，此时，Arduino 传感器板46需要连接有无线接收模块，安装在这些装配位43的传感器模块连接有无线发射模块，传感器模块通过无线通信的方式将检测到的数据发送给Arduino传感器板46。

优选地，为了人形机器人的外形美观以及避免灰尘沾染外置接口，在装配位43处设置有装配盖体，该装配盖体可以为透明盖体或不透明盖体，具体视需要而定，其与人形机器人的连接方式可以为：1、一侧与人形机器人铰接，一侧与人形机器人扣接；2、四周均与人形机器人扣接可以方便地拆下。

具体地，如图2和图3，传感器安装模块44包括具有呈非圆形的通孔11的电路转接板1，所属技术领域人员应当知道这里的电路转接板是指能够安装元器件的电路板，电路转接板1的一侧设置有磁吸扣2，磁吸扣2一端具有抵靠在电路转接板1上的限位部21，另一端穿设于通孔11内并通过磁力作用和/或扣合结构与设置在电路转接板1另一侧的磁吸底座3相连从而将电路转接板1固定在磁吸扣2和磁吸底座3之间，传感器模块45安装在电路转接板1上。将具有传感器模块45的电路转接板通过磁吸扣2 和磁吸底座3组成的连接器连接在磁吸底座3上，然后通过磁吸底座3安装在装配位43上以将传感器模块45安装在人形机器人上。磁吸底座3的两侧开设有能够将传感器安装模块44安装在装配位43上的装配孔321，装配位内可以设置于装配孔适配的另一个装配孔，然后通过螺栓同时穿过装配位的装配孔和磁吸底座上的装配孔以将传感器安装模块44安装在装配位上；或者，装配孔的横截面呈非圆形，而装配位内设置有与装配孔相适配的凸起，在安装时只需将凸起插设在装配孔中即可。

进一步地，扣合结构包括与通孔11相匹配且插接于通孔11 内的插接部22，插接部22一端与限位部21相连，另一端具有第一连接件23且插接部22和第一连接件23之间形成限位台阶，磁吸底座3上设有具有供第一连接件23插设的插接槽311的第二连接件31，第一连接件23同轴插接在插接槽311内且第二连接件 31抵靠设置在限位台阶上。其中第一连接件23和第二连接件31 均为塑料胶件且横截面均呈环形，且第二连接件31周向内侧形成上述的插接槽311。

进一步地，第一连接件23内嵌设有第一吸附件，第二连接件 31内嵌设有第二吸附件，且第一吸附件和第二吸附件均呈环形且通过磁力作用相连。且在本实施例中，第一吸附件和第二吸附件均为具有磁吸力的磁性材料。当然，第一吸附件为具有磁吸力的磁性材料，第二吸附件为能够被磁性材料吸附的金属材料；或者，第二吸附件为具有磁吸力的磁性材料，第一吸附件为能够被磁性材料吸附的金属材料。

优选地，磁吸底座3远离电路转接板1的一端设置有使磁吸底座3保持在电路转接板1该侧的安装座32，且安装座32上设置有至少两个用于将磁吸底座3装配在装配位43上的装配孔 321。进一步地，限位部21、插接部22与第一连接件23同轴相连呈一体式结构；安装座32与第二连接件31同轴相连呈一体式结构。其通过磁吸扣2和磁吸底座3组成的连接器将电路转接板 1连接在磁吸底座3上，从而使磁吸底座3安装在装配位43上时，保证电路转接板1与磁吸底座3和磁吸扣2呈一体式的安装在整机上。磁吸底座3靠近电路转接板1的一侧设置有若干公PIN针或母PIN针，磁吸扣2靠近电路转接板1的一侧设置有若干母PIN 针或公PIN针，且公PIN针和母PIN针一一对应且相互插接相连，通过公PIN针和母PIN针进一步固定了磁吸底座3和磁吸扣2之间的相对位置，避免两者之间的相对滑动，提高安装组件的稳定性。

优选地，所述的传感器模块45包括红外传感器测距模块，该红外传感器测距模块安装在电路转接板上，且该红外传感器测距模块通过连接外置接口连接于Arduino传感器板46，Arduino 传感器板46包括用于读取AD传感器数据的AD采样器。

且本实施例中，红外传感器测距模块采用夏普的红外测距传感器商品模块，其采用三角测量的原理实现测距，具体工作原理如下：红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来，如图4所示，反射回来的红外光线被CCD 检测器检测到以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了发射角度a，偏移距L，中心矩X，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来了。

可以看到，当D的距离足够近的时候，L值会相当大，超过 CCD的探测范围，这时，虽然物体很近，但是传感器反而看不到了。当物体距离D很大时，L值就会很小，这时CCD检测器能否分辨得出这个很小的L值成为关键，也就是说CCD的分辨率决定能不能获得足够精确的L值，要检测越是远的物体，CCD的分辨率要求就越高。

进一步地，如图5，本实施例中的人形机器人4由16个机器人专用舵机、铝合金钣金件及自主控制***组成，通过模拟人体结构学、运动学，整个机器人本体就有极高的灵活度，并可实现双足快速行走，接收计算机编程的控制器41在整个***中，承担执行件的工作，通过本体的实际运动，反应教育机器人***的运行情况，用户可以通过实际控制机器人完成相关任务，以达到教学目的。

本实施例通过传感器安装模块44进一步提高人形机器人4 各模块部分的互换性，同时，本实施例中传感器安装模块44具有结构简单，安装拆卸方便，且不需要确定安装定位标准，通过磁吸力及装配结构自动定位，通过将传感器进一步升级为传感器模块45可根据不同需要进行单模块，多模块组合以及任意结合，且更换容易，操作简单，适于各类人群操作。

实施例二

如图6所示，本实施例与实施例一类似，不同之处在于，本实施例的控制器还连接有编程模块5，编程模块5包括用于将流程图程序转化为编程语言的转换模块51和用于将编程语言发送给控制器41的传送模块52，控制器41包括有用于运行编程语言的程序运行模块42。

优选地，传送模块52包括设置在人形机器人4上的USB接口和/或无线传输单元，人形机器人4与编程模块5之间通过USB 数据线或者通过无线传输模块将数据传递给人形机器人4的控制器41实现对人形机器人4的控制。

进一步地，转换模块51用于将用户在编程模块5中编写的流程图程序转换为特定的类BASIC语言程序代码，然后将类BASIC 语言程序代码编译为伪汇编形式代码；控制器41接收编程模块5 发送的伪汇编形式代码，并通过程序运行模块42运行伪汇编形式代码。

装配在人形机器人4内的传感器模块45用于对外部环境进行检测，并将检测结果转换为电压数据后传送给Arduino传感器板 46的AD采样器进行处理后存储于Arduino传感器板46的存储介质中。

进一步地，编程模块5包括多个对应于不同控制部分的分编程模块53和用于将不同控制部分进行连接的连接模块54，通过连接模块54相连接的不同控制部分通过转换模块51相联系，连接模块54用于将用户在不同分编程模块53中编写的不同控制部分进行连接后对不同控制部分的流程图程序进行组合并转化为统一且连续的类BASIC语言程序代码；

如图7-9所示的编程模块的编程界面图，此处所说的不同控制部分可以为：传感器控制部分、遇火报警控制部分、行走控制部分、拳击控制部分等控制部分。

具体过程为：用户通过对所需外部信息进行预测，并将所需要用到的相关的控制部分分别在对应的分编程模块53中编写相应的流程图程序，用户完成各控制部分的编程后，不同控制部分的流程图程序通过连接模块54进行连接，同时由转换模块51将连接后的流程图程序进行组合并转化为统一且连续的类BASIC语言程序代码，这些代码经过编程模块5后台编译后产生对应的伪汇编形式代码，完成以后，用户通过数据传输接口，即USB接口或无线传输模块，将伪汇编形式代码传递给人形机器人4的控制器41。

进一步地，程序运行模块42连接有用于执行伪汇编形式代码的解释器421，在人形机器人4处于工作状态时，控制器41通过运行解释器421以执行接收到的伪汇编形式代码，当解释器421 运行到条件判断指令时，对从传感器获取到的数据和伪汇编形式代码中的预置数据进行判断，通过两个数据的判断关系来决定程序指针是否跳转以使程序根据伪汇编形式代码运行到不同的分支，进而实现教育版机器人不同的功能，以及达到用户预先要求的结果。

本实施例的人形机器人4在执行用户编写的程序过程中处理传感器反馈的外部信息，做出相应的反应，通过执行电机及外壳钣金等配合，完成相应的功能及任务，编程部分采用流程图化编程，将编程语言使用流程图进行表示，具有简单的编程思想即可上手操作，适用范围广。

本实施例的***入门简单，编程软件采用流程式编程原理，仅需对用户进行简单教学即可实现软件操作及程序编写，易于理解，适用于学生教学及二次开发。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了电路转接板1；通孔11；磁吸扣2；限位部21；插接部22；第一连接件23；磁吸底座3；第二连接件 31；插接槽311；安装座32；装配孔321；人形机器人4；控制器 41；程序运行模块42；解释器421；传感器安装模块44；传感器模块45；编程模块5；转换模块51；传送模块52；分编程模块 53；连接模块54等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (10)

1.一种基于人形机器人的教育***，所述的***包括具有控制器(41)的人形机器人(4)，其特征在于，所述的人形机器人(4)上具有多个传感器装配位(43)，所述的控制器连接有Arduino传感器板，所述的Arduino传感器板具有至少一个位于装配位上且用于连接传感器模块和/或显示模块的外置接口；所述的人形机器人(4)上设置有多个用于安装传感器模块(45)的传感器安装模块(44)，且该传感器安装模块(44)安装于传感器装配位(43)上，所述的传感器安装模块(44)包括具有呈非圆形的通孔(11)的电路转接板(1)，电路转接板(1)的一侧设置有磁吸扣(2)，磁吸扣(2)一端具有抵靠在电路转接板(1)上的限位部(21)，另一端穿设于通孔(11)内并通过磁力作用和/或扣合结构与设置在电路转接板(1)另一侧的磁吸底座(3)相连从而将电路转接板(1)固定在磁吸扣(2)和磁吸底座(3)之间，所述的磁吸底座(3)的两侧开设有能够将传感器安装模块(44)安装在装配位(43)上的装配孔(321)。

2.根据权利要求1所述的基于人形机器人的教育***，其特征在于，所述的传感器模块(45)包括红外传感器测距模块，该红外传感器测距模块安装在电路转接板(1)上，且该红外传感器测距模块通过连接外置接口连接于Arduino传感器板。

3.根据权利要求1所述的基于人形机器人的教育***，其特征在于，所述的电路转接板(1)上安装有连接于传感器模块(45)的无线发送模块，所述的Arduino传感器板上连接有与无线发送模块通信连接的无线接收模块。

4.根据权利要求1所述的基于人形机器人的教育***，其特征在于，所述的装配位(43)处设置有装配盖体。

5.根据权利要求1所述的基于人形机器人的教育***，其特征在于，所述的扣合结构包括与通孔(11)相匹配且插接于通孔(11)内的插接部(22)，所述的插接部(22)一端与限位部(21) 相连，另一端具有第一连接件(23)且所述的插接部(22)和第一连接件(23)之间形成限位台阶，所述的磁吸底座(3)上设有具有供第一连接件(23)插设的插接槽(311)的第二连接件(31)，所述的第一连接件(23)同轴插接在插接槽(311)内且第二连接件(31)抵靠设置在限位台阶上。

6.根据权利要求5所述的基于人形机器人的教育***，其特征在于，所述的第一连接件(23)和第二连接件(31)均为塑料胶件且横截面均呈环形，且所述的第二连接件(31)周向内侧形成上述的插接槽(311)。

7.根据权利要求1所述的基于人形机器人的教育***，其特征在于，所述的控制器(41)还连接有编程模块(5)，所述的编程模块(5)包括转换模块(51)和传送模块(52)，所述的控制器(41)包括有程序运行模块(42)。

8.根据权利要求7所述的基于人形机器人的教育***，其特征在于，所述的传送模块(52)包括设置在人形机器人(4)上的USB接口和/或无线传输单元。

9.根据权利要求8所述的基于人形机器人的教育***，其特征在于，所述的编程语言为伪汇编形式代码，所述的程序运行模块(42)连接有解释器(421)。

10.根据权利要求9所述的基于人形机器人的教育***，其特征在于，所述的编程模块(5)包括多个对应于不同控制部分的分编程模块(53)和连接模块(54)。