本發(fā)明涉及科教機(jī)器人的，尤其涉及一種多功能科教機(jī)器人及其方法。

背景技術(shù)：

1、人工智能是一門(mén)高度交叉的前沿學(xué)科，智能機(jī)器人作為人工智能的重要組成部分，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域；而培養(yǎng)適應(yīng)國(guó)際前沿科技的科技人員成了重要任務(wù)；目前各大高效、科技企業(yè)均開(kāi)始培養(yǎng)人工智能前沿科技人員；移動(dòng)操作機(jī)器人是一個(gè)多學(xué)科多傳感器融合的機(jī)器人綜合體，其整機(jī)研發(fā)需要包括外觀設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)、硬件電路設(shè)計(jì)、機(jī)械加工等多個(gè)領(lǐng)域的工程師。然而機(jī)器人的研發(fā)較為復(fù)雜且枯燥，為了從小開(kāi)發(fā)青少年兒童對(duì)相關(guān)機(jī)器人的興趣與愛(ài)好急需一種操作簡(jiǎn)單適用于兒童進(jìn)行操作的且能夠提升兒童對(duì)機(jī)器人研究興趣的智能科教機(jī)器人。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種多功能科教機(jī)器人，包括機(jī)械本體和動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)，包括：

4、機(jī)械本體包括：操作臺(tái)，所述操作臺(tái)上設(shè)置有底座，所述底座上設(shè)有機(jī)械臂本體，所述底座上設(shè)有控制器，所述控制器與機(jī)械臂本體電性連接，所述操作臺(tái)上設(shè)有操作面板，所述操作面板與機(jī)械臂本體電性連接；

5、動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)，用戶通過(guò)操作面板通過(guò)簡(jiǎn)單的圖形化界面編排機(jī)械臂的動(dòng)作，其所述動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)具體包括:

6、圖形化用戶界面模塊：用于允許用戶通過(guò)拖放、點(diǎn)擊操作創(chuàng)建和編輯機(jī)械臂的動(dòng)作序列；圖形化用戶界面模塊包括：時(shí)間軸窗口：用于顯示和編輯動(dòng)作序列的時(shí)間線；動(dòng)作庫(kù)窗口：用于顯示預(yù)設(shè)的常用動(dòng)作；參數(shù)設(shè)置窗口：用于調(diào)整動(dòng)作的具體參數(shù)；

7、動(dòng)作庫(kù)模塊：預(yù)設(shè)一系列常用的機(jī)械臂動(dòng)作，用戶可直接選擇并拖放到時(shí)間軸上進(jìn)行編排；

8、動(dòng)作參數(shù)設(shè)置模塊：用于允許用戶對(duì)每個(gè)動(dòng)作的多向參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，包括速度、位置、力度，并根據(jù)優(yōu)化效果給出評(píng)判；

9、序列解析模塊：用于將用戶在圖形化界面上編排的動(dòng)作序列轉(zhuǎn)化為機(jī)械臂可以執(zhí)行的具體指令；

10、實(shí)時(shí)控制模塊：用于將解析后的指令發(fā)送給機(jī)械臂，并實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)械臂的執(zhí)行狀態(tài)。

11、作為本發(fā)明所述一種多功能科教機(jī)器人的一種優(yōu)選方案，其中：所述優(yōu)化效果綜合評(píng)判值計(jì)算公式如下：其中表示速度優(yōu)化部分；表示速度歸一化和優(yōu)化部分；表示力度優(yōu)化部分；α1、α2、α3為調(diào)整權(quán)重的常數(shù)；t0和t1分別表示動(dòng)作開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間。

12、作為本發(fā)明所述一種多功能科教機(jī)器人的一種優(yōu)選方案，其中：所述速度優(yōu)化部分具體公式如下：其中p(t)表示機(jī)械臂在時(shí)間t的位置向量。

13、作為本發(fā)明所述一種多功能科教機(jī)器人的一種優(yōu)選方案，其中：所述速度歸一化和優(yōu)化部分具體公式如下：其中vi(t)表示機(jī)械臂第i個(gè)關(guān)節(jié)在時(shí)間t的速度；表示所有關(guān)節(jié)速度的平均值；表示所有關(guān)節(jié)速度的標(biāo)準(zhǔn)差，用于歸一化速度。

14、作為本發(fā)明所述一種多功能科教機(jī)器人的一種優(yōu)選方案，其中：所述力度優(yōu)化部分計(jì)算公式如下：其中f(t)表示機(jī)械臂在時(shí)間t的力度，β為調(diào)整權(quán)重的常數(shù)。

15、作為本發(fā)明所述一種多功能科教機(jī)器人的一種優(yōu)選方案，其中：所述的值域?yàn)?，其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)如下：

16、

17、作為本發(fā)明所述一種多功能科教機(jī)器人的一種優(yōu)選方案，其中：所述動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)還包括：

18、動(dòng)作模擬模塊：用于在圖形化界面中模擬機(jī)械臂的動(dòng)作序列執(zhí)行效果。

19、作為本發(fā)明所述一種多功能科教機(jī)器人的一種優(yōu)選方案，其中：所述動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)還包括：

20、故障檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)械臂的運(yùn)行狀態(tài)，檢測(cè)并處理故。

21、作為本發(fā)明所述一種多功能科教機(jī)器人的一種優(yōu)選方案，其中：所述動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)還包括：

22、緊急停止模塊：用于在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)立即停止機(jī)械臂的運(yùn)行。

23、基于上述一種多功能科教機(jī)器人的使用方法，包括如下步驟：

24、s1、使用者通過(guò)操作面板在動(dòng)作庫(kù)中選擇對(duì)應(yīng)的動(dòng)作圖形拖放至?xí)r間軸上；

25、s2、對(duì)用戶選擇的動(dòng)作圖形進(jìn)行模擬展示執(zhí)行效果；

26、s3、用戶可根據(jù)需要對(duì)動(dòng)作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；

27、s4、對(duì)機(jī)械臂動(dòng)作的編排進(jìn)行確認(rèn)；

28、s5、系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械臂的運(yùn)行對(duì)用戶更改參數(shù)后的機(jī)械臂運(yùn)行給出評(píng)價(jià)。

29、本發(fā)明的有益效果：

30、使用者可通過(guò)在操作面板上進(jìn)行操作，編輯機(jī)械臂的動(dòng)作序列，同時(shí)使用者可對(duì)各個(gè)動(dòng)作的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完成后再次進(jìn)行編排，使得青少年兒童可通過(guò)簡(jiǎn)單的“編程”對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行操作，同時(shí)操作完成后的設(shè)備，可通過(guò)其運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行打分評(píng)判，對(duì)青少年進(jìn)行激勵(lì)，進(jìn)而培養(yǎng)青少年對(duì)于編程的興趣與愛(ài)好。

技術(shù)特征：

1.一種多功能科教機(jī)器人，包括機(jī)械本體（100）和動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)（200），其特征在于：包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能科教機(jī)器人，其特征在于：所述優(yōu)化效果綜合評(píng)判值計(jì)算公式如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多功能科教機(jī)器人，其特征在于：所述速度優(yōu)化部分φv(t)具體公式如下：其中p(t)表示機(jī)械臂在時(shí)間t的位置向量。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多功能科教機(jī)器人，其特征在于：所述速度歸一化和優(yōu)化部分ψv(t)具體公式如下：其中vi(t)表示機(jī)械臂第i個(gè)關(guān)節(jié)在時(shí)間t的速度；表示所有關(guān)節(jié)速度的平均值；表示所有關(guān)節(jié)速度的標(biāo)準(zhǔn)差，用于歸一化速度。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多功能科教機(jī)器人，其特征在于：所述力度優(yōu)化部分θf(wàn)(t)計(jì)算公式如下：其中f(t)表示機(jī)械臂在時(shí)間t的力度，β為調(diào)整權(quán)重的常數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多功能科教機(jī)器人，其特征在于：所述的值域?yàn)?，其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多功能科教機(jī)器人，其特征在于：所述動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)還包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種多功能科教機(jī)器人，其特征在于：所述動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種多功能科教機(jī)器人，其特征在于：所述動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)還包括：

10.基于權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的一種多功能科教機(jī)器人使用方法，其特征在于：包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種多功能科教機(jī)器人，包括機(jī)械本體和動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)，包括：機(jī)械本體包括：操作臺(tái)，所述操作臺(tái)上設(shè)置有底座，所述底座上設(shè)有機(jī)械臂本體，所述底座上設(shè)有控制器，所述控制器與機(jī)械臂本體電性連接，所述操作臺(tái)上設(shè)有操作面板，所述操作面板與機(jī)械臂本體電性連接；動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)，用戶通過(guò)操作面板通過(guò)簡(jiǎn)單的圖形化界面編排機(jī)械臂的動(dòng)作，其所述動(dòng)作序列編輯系統(tǒng)具體包括:圖形化用戶界面模塊；動(dòng)作庫(kù)模塊；動(dòng)作參數(shù)設(shè)置模塊；序列解析模塊；實(shí)時(shí)控制模塊。本發(fā)明通過(guò)在操作面板上進(jìn)行操作，編輯機(jī)械臂的動(dòng)作序列，同時(shí)操作完成后的設(shè)備，可通過(guò)其運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行打分評(píng)判，對(duì)青少年進(jìn)行激勵(lì)，進(jìn)而培養(yǎng)青少年對(duì)于編程的興趣與愛(ài)好。

技術(shù)研發(fā)人員：郝自強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇金陽(yáng)光科教設(shè)備集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19