一種物聯(lián)網(wǎng)教育機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種物聯(lián)網(wǎng)教育機器人。本實用新型包括：機械積木機構(gòu)、傳感器模塊、主控器以及無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，包括多個信號傳輸模塊，用于將傳感器模塊的感應信號傳遞給主控器；還包括：RFID模塊，用于對環(huán)境的標識，并與主控器或傳感器模塊信號連接，其中，所述信號傳輸模塊包括由多個信號組件構(gòu)成的網(wǎng)絡節(jié)點，信號組件包括信號發(fā)射器和信號接收器；網(wǎng)絡節(jié)點包括1級網(wǎng)絡節(jié)點、2級網(wǎng)絡節(jié)點……n級網(wǎng)絡節(jié)點，n>1；m級網(wǎng)絡節(jié)點中的信號接收器接收來自m+1級網(wǎng)絡節(jié)點的信號和傳感器模塊發(fā)送的信號，n>m；1級網(wǎng)絡節(jié)點向主控器發(fā)送信號。本實用新型具有成本低廉、性能好、操作簡單，準確性、可靠性及魯棒性高等優(yōu)點。
【專利說明】一種物聯(lián)網(wǎng)教育機器人

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種機器人，尤其涉及一種物聯(lián)網(wǎng)教育機器人。

【背景技術】
[0002]物聯(lián)網(wǎng)技術在最近的幾年中得到了迅猛的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術也在逐漸的由理論研究走向人們的日常生活。因此廣泛的應用使得提高全民對物聯(lián)網(wǎng)的了解尤為重要，普及物聯(lián)網(wǎng)教育勢在必行。而教育機器人則是最為合適的載體。目前針對自組裝型教育機器人，市場上大多為積木式多功能模塊拼裝機器人。包括多種數(shù)百個結(jié)構(gòu)零件，一個控制器，多個電機、舵機執(zhí)行器，多種傳感器，以及電池、電纜等附件。主控器方面主要是應用單片機或ARM，具有多種傳感器接口，包含馬達、紅外、超聲波、指南針等等多種I/O、A/D傳感器等用戶可以根據(jù)需求自行拼裝。國內(nèi)外代表性的此類產(chǎn)品為LEG0、VEX、中鳴及BDS等。但此類教育機器人方面尚未有物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術如模塊化的RFID及無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點等的應用。無法滿足物聯(lián)網(wǎng)教育機器人的應用需求。
[0003]有關RFID技術在機器人中的應用，目前國內(nèi)在此方面的專利主要為將RFID技術嵌入到機器人本體當中，然后利用RFID進行定位、導航及搜尋方法等。如專利申請?zhí)枮?00910051180的《RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)》，專利申請?zhí)枮?00910230704的《一種基于RFID的物品搜尋方法》，申請專利號為03104283的《識別移動機器人位置和方向的裝置和方法》。
[0004]有關無線傳感器網(wǎng)絡技術在機器人中的應用，目前國內(nèi)在此方面的專利主要為將無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點嵌入置機器人本體中，進行機器人之間的組網(wǎng)、通信，主要用于搜尋、探測等。代表性專利如專利申請?zhí)枮?00810064492的《基于無線傳感器網(wǎng)絡的礦井搜索探測多機器人系統(tǒng)》，專利申請?zhí)枮?00810059634的《智能微小型地面機器人與無線傳感器節(jié)點間的通信方法》，專利申請?zhí)枮?00610096976的《一種機器人導航定位系統(tǒng)及導航定位方法》。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是解決現(xiàn)有技術的不足，提供一種集多類傳感器、RFID、無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點、主控制器等于一體的物聯(lián)網(wǎng)教育機器人。用戶可以根據(jù)自己的需求，利用所提供的RFID、無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點以及傳感器等搭建自己的物聯(lián)網(wǎng)應用場景。從而幫助用戶實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)的理解與應用模擬，以此彌補現(xiàn)在市場上物聯(lián)網(wǎng)教育機器人的空白。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0007]一種物聯(lián)網(wǎng)教育機器人包括:
[0008]機械積木機構(gòu)，機械積木機構(gòu)包括驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)；
[0009]傳感器模塊，用于感應執(zhí)行機構(gòu)的運動狀態(tài)；
[0010]主控器，用于控制驅(qū)動機構(gòu)的運行狀態(tài)；
[0011]無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，包括多個信號傳輸模塊，用于將傳感器模塊的感應信號傳遞給主控器；
[0012]還包括:RFID模塊，用于對環(huán)境的標識，并與主控器或傳感器模塊信號連接，
[0013]其中，所述信號傳輸模塊包括由多個信號組件構(gòu)成的網(wǎng)絡節(jié)點，信號組件包括信號發(fā)射器和信號接收器；網(wǎng)絡節(jié)點包括I級網(wǎng)絡節(jié)點、2級網(wǎng)絡節(jié)點。。。。。。η級網(wǎng)絡節(jié)點，η>1仰級網(wǎng)絡節(jié)點中的信號接收器接收來自m+1級網(wǎng)絡節(jié)點的信號和傳感器模塊發(fā)送的信號，n>m；l級網(wǎng)絡節(jié)點向主控器發(fā)送信號。
[0014]本技術方案在使用時，信號傳輸模塊通過信號組件構(gòu)成網(wǎng)絡節(jié)點，信號發(fā)射器、信號接收器可以為有線裝置，優(yōu)選為無線裝置；其在使用過程中可以主動的組網(wǎng)，將采集到的傳感器信息或主控器信息發(fā)送至目的節(jié)點處?；蛘呓邮軄碜云渌?jié)點的信息。在進行節(jié)點信號傳遞時，將網(wǎng)絡節(jié)點分為等級；方便信號傳遞。
[0015]進一步地，所述主控器連接有信號接口。
[0016]再進一步地，所述信號接口包括ISP下載接口、A/D接口、I/O接口、IIC總線接口和串口等。
[0017]進一步地，所述主控器采用型號ATMEGA32的單片機。
[0018]進一步地，所述RFID模塊的芯片采用MRFC500。
[0019]本實用新型取得的技術效果是:
[0020]本實用新型為達到進行物聯(lián)網(wǎng)教育的目的，以機器人為載體設計研制了可拼裝的模塊化的教育機器人系統(tǒng)。其中重點設計了物聯(lián)網(wǎng)場景所涉及到的重要元素RFID及無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的模塊化設計。通過本產(chǎn)品，用戶首先可以根據(jù)需求使用傳感器、RFID、無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點及主控器等搭建應用模擬場景，然后通過上位機圖形化編程軟件進行編程并通過串口下載至主控器進行系統(tǒng)的演示。為用戶進行物聯(lián)網(wǎng)教育或?qū)嶒災Ｐ偷拇罱ㄌ峁┝肆己玫能浖陀布脚_。整套機構(gòu)具有成本低廉、性能好、操作簡單，準確性、可靠性及魯棒性高等優(yōu)點。同時相對于目前各實驗室搭建物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境所需的多樣復雜的硬件結(jié)構(gòu)來講具有很好的便攜性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型的物聯(lián)網(wǎng)教育機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖1對本實用新型的進行進一步的詳細說明。
[0023]一種物聯(lián)網(wǎng)教育機器人包括:
[0024]機械積木機構(gòu)，機械積木機構(gòu)包括驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)；
[0025]傳感器模塊，用于感應執(zhí)行機構(gòu)的運動狀態(tài)；
[0026]主控器，用于控制驅(qū)動機構(gòu)的運行狀態(tài)；
[0027]信號傳輸模塊，用于將傳感器模塊的感應信號傳遞給主控器；
[0028]還包括:RFID模塊，用于對環(huán)境的標識，并與主控器或傳感器模塊信號連接，
[0029]其中，所述信號傳輸模塊包括由多個信號組件構(gòu)成的網(wǎng)絡節(jié)點，信號組件包括信號發(fā)射器和信號接收器；網(wǎng)絡節(jié)點包括I級網(wǎng)絡節(jié)點、2級網(wǎng)絡節(jié)點。。。。。。η級網(wǎng)絡節(jié)點，η>1仰級網(wǎng)絡節(jié)點中的信號接收器接收來自m+1級網(wǎng)絡節(jié)點的信號和傳感器模塊發(fā)送的信號，n>m；l級網(wǎng)絡節(jié)點向主控器發(fā)送信號。
[0030]其次，主控器采用ATMEGA32單片機。在控制器內(nèi)部寫入bootloader引導程序，通過自行設計的上位機圖形軟件即可編寫程序。在編譯應用程序時，通過調(diào)用封裝好的API函數(shù)庫完成整個程序的編譯過程，軟件后臺編譯器使用AVR GCC編譯器，這樣便可在應用程序的編寫效率上大大的提高。在硬件上設計的信號接口包含了:ISP下載接口、A/D接口、I/O接口、IIC總線接口以及串口等。
[0031 ] 通過信號接口，外界輸入裝置對主控器進行數(shù)據(jù)輸入以及程序下載等。
[0032]各個信號傳輸模塊構(gòu)成網(wǎng)絡節(jié)點，如附圖1中的節(jié)點。本實用新型中的信號傳輸模塊主要采用的是基于zigbee芯片設計的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，系統(tǒng)具有低成本、低功耗的特點，同時具有良好的通用性和可擴展性。本模塊除了無線通信模塊，還包括有電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊。為了提高使用的便利性本模塊采用了雙層架構(gòu)。底板用于下載，核心板可用于數(shù)據(jù)的處理與傳輸。供電模塊可以使用PC機供電和電池供電兩種。各節(jié)點開通后可以自動組網(wǎng)，通過主控器的控制進行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，數(shù)據(jù)來源為主控器或其他各類傳感器。
[0033]RFID模塊:此模塊的主控器采用的是AT89S51，RFID芯片采用的是MFRC500。此款產(chǎn)品采用5V供電，支持IS0/IEC14443協(xié)議，數(shù)據(jù)接口支持SPI及串口?？ㄆ矫妫捎玫氖悄壳笆袌錾铣Ｒ姷妮d波頻率為13.56M的IC卡，其符合國際標準IS0/IEC14443。其讀卡距離在1cm左右，能夠用于對產(chǎn)品或環(huán)境的標識，能夠滿足教育及實驗模型搭建方面的要求。在數(shù)據(jù)傳輸方面，當讀取到卡片信息后便將數(shù)據(jù)存放至緩存，當接收到主控器收取數(shù)據(jù)指令后將數(shù)據(jù)發(fā)送至主控器處。
[0034]本實用新型工作時，控制器通過信號接口接受外界的控制信號，或者與服務器連接，形成聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；在機械積木機構(gòu)運行時，控制器控制驅(qū)動機構(gòu)的運行狀態(tài)，驅(qū)動機構(gòu)通過傳動機構(gòu)控制執(zhí)行機構(gòu)的運動狀態(tài)。執(zhí)行機構(gòu)以及環(huán)境狀態(tài)，通過傳感器模塊以及RFID模塊進行感知，并將感知信號發(fā)送給信號傳輸模塊，即網(wǎng)絡節(jié)點，再由信號傳輸模塊傳輸給主控器。
[0035]以上內(nèi)容僅為本實用新型的較佳實施例，對于本領域的普通技術人員，依據(jù)本實用新型的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，本說明書內(nèi)容不應理解為對本實用新型的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種物聯(lián)網(wǎng)教育機器人，其特征在于:包括: 機械積木機構(gòu)，機械積木機構(gòu)包括驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)； 傳感器模塊，用于感應執(zhí)行機構(gòu)的運動狀態(tài)； 主控器，用于控制驅(qū)動機構(gòu)的運行狀態(tài)； 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，包括多個信號傳輸模塊，用于將傳感器模塊的感應信號傳遞給主控器； 還包括:RFID模塊，用于對環(huán)境的標識，并與主控器或傳感器模塊信號連接， 其中，所述信號傳輸模塊包括由多個信號組件構(gòu)成的網(wǎng)絡節(jié)點，信號組件包括信號發(fā)射器和信號接收器；網(wǎng)絡節(jié)點包括I級網(wǎng)絡節(jié)點、2級網(wǎng)絡節(jié)點； η級網(wǎng)絡節(jié)點，n> I ;m級網(wǎng)絡節(jié)點中的信號接收器接收來自m+1級網(wǎng)絡節(jié)點的信號和傳感器模塊發(fā)送的信號，n>m；l級網(wǎng)絡節(jié)點向主控器發(fā)送信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物聯(lián)網(wǎng)教育機器人，其特征在于:所述主控器連接有信號接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種物聯(lián)網(wǎng)教育機器人，其特征在于:所述信號接口包括ISP下載接口、A/D接口、I/O接口、IIC總線接口和串口等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物聯(lián)網(wǎng)教育機器人，其特征在于:所述主控器采用型號ATMEGA32的單片機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物聯(lián)網(wǎng)教育機器人，其特征在于:所述RFID模塊的芯片采用 MRFC500。
【文檔編號】G09B19/00GK204155492SQ201420571490
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】李文鋒, 周建榮 申請人:東莞市博思電子數(shù)碼科技有限公司, 武漢億星園智能科技有限公司