本發(fā)明屬于機器設備領域，尤其涉及一種基于人形機器人的教育系統(tǒng)及其方法。

背景技術：

當代科學技術發(fā)展的特點之一，就是機械技術和電子技術、計算機技術、信息技術相結合，機器人就是這種綜合技術相結合的產物之一。

以教育機器人為教學平臺，有利于機械設計、電子技術、計算機技術、信息技術等學科的教育發(fā)展，有利于探索教育改革和人才培養(yǎng)的新途徑、新方法，有利于高素質人才的綜合培養(yǎng)，同時將推動我國機器人知識和技術的普及，促進我國機器人事業(yè)的發(fā)展和專業(yè)人才的培養(yǎng)，促進新興的智能機器人產業(yè)的形成，從而建立一種全新的人才培養(yǎng)模式,為國家、為社會培養(yǎng)輸送大批更加優(yōu)秀的人才一。

隨著科技的發(fā)展,教育機器人在國內外受到了越來越多的關注,在國外許多著名大學都將機器人作為一個綜合實驗平臺供學生做實驗和學習等。但是許多現有商業(yè)化的教育機器人都存在硬件結構封閉且功能單一等缺點，此外，在教育機器人領域，機器人的智能控制器一直是整個機器人的核心部件，而控制器主要的功能就是執(zhí)行編寫好的應用程序，通常都是用戶采用一臺計算機進行編寫程序，并將編寫好的程序編譯為可執(zhí)行的二進制文件，通過通用串行總線接口傳輸到教育機器人的控制器中，控制器就會執(zhí)行用戶編寫的程序文件，在實際應用中用戶可能會多次反復這個過程，以最終將程序調試到符合自己預期的狀態(tài)。由此可見，在現有技術中，對于教育機器人的編程離不開計算機，這導致程序的編寫非常繁瑣,而且非常緩慢，同時由于計算機編程需要一定的基礎，入門較難，這也給教育機器人普及帶來了極大的不便。

為解決上述技術問題，人們進行了長期的探索，例如中國專利公開了一種硬件可視化編程構架[申請?zhí)枺篶n201510999154.0]，包括以下步驟：s1、硬件界面元器件拖曳，在硬件界面將左列需要的硬件元器件拖曳到對應軟件界面的硬件方框中；s2、根據對應拖曳框中的提示連接實際硬件；s3、點擊運行按鈕，軟件界面的硬件將與實際硬件通過wifi或者藍牙連接；s4、點擊運行按鈕，對于每個拖曳框中的硬件進行自測；s5、完成硬件自測之后，進入到下一個界面進行流程圖編程；s6、在流程圖編程中，通過導入外界編程語言和自定義模塊來增加擴展性；s7、在完成流程圖編程之后可直接點擊運行，同時支持斷點和單步調試；s8、完成功能后，支持根據不同mcu平臺直接導出運行代碼。該硬件可視化編程框架集成了獨特的硬件連接向導和自測功能,采用特定映射技術使該構架具有導入導出其他平臺代碼的能力,使用特殊數據傳遞和畫線算法實現了全流程圖的硬件編程的流程,同時該構架開發(fā)了流程圖基礎操作單元增加了構架的靈活性和可擴展性,最后該硬件可視化編程構架能夠通過端口映射信息根據要求生成不同平臺的硬件原理圖。

上述方案雖然解決了部分技術問題，但是仍然存在缺陷，例如，編程過程仍然需要一定基礎，一般人員難以操作，且存在結構復雜，需要從外部導入代碼，兼容性要求高，編程過程復雜等問題。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種結構簡單，使用方便的基于人形機器人的教育系統(tǒng)；

本發(fā)明的另一目的是針對上述問題，提供一種編程方便，使用簡單的基于人形機器人的教育方法；

為達到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術方案：

一種基于人形機器人的教育系統(tǒng)所述的系統(tǒng)包括具有控制器的人形機器人，所述的系統(tǒng)還包括編程模塊，所述的編程模塊包括用于將流程圖程序轉化為編程語言的轉換模塊和用于將編程語言發(fā)送給控制器的傳送模塊，所述的控制器包括有用于運行編程語言的程序運行模塊。

通過上述技術方案，將編程流程圖化，使編程過程簡單化，對于沒有學習編程基礎的用戶，僅需進行簡單的編程指導，即可完成獨立編程操作，適用范圍廣。

在上述的基于人形機器人的教育系統(tǒng)中，所述的人形機器人包括至少一個用于連接傳感器模塊和/或顯示模塊的外置接口，且多個外置接口均連接于arduino傳感器板；且所述的人形機器人內設置有多個用于安裝傳感器模塊的傳感器安裝模塊。

在上述的基于人形機器人的教育系統(tǒng)中，所述的人形機器人內設置有多個連接于arduino傳感器板的標準化的傳感器模塊，且所述的傳感器模塊包括紅外傳感器測距模塊。

在上述的基于人形機器人的教育系統(tǒng)中，所述的傳送模塊包括設置在人形機器人上的usb接口和/或無線傳輸單元。

在上述的基于人形機器人的教育系統(tǒng)中，所述的編程語言為人形機器人能夠識別的偽匯編形式代碼，所述的程序運行模塊連接有用于執(zhí)行偽匯編形式代碼的解釋器。

在上述的基于人形機器人的教育系統(tǒng)中，所述的編程模塊包括多個對應于不同控制部分的分編程模塊和用于將不同控制部分進行連接的連接模塊，所述的通過連接模塊相連接的不同控制部分通過轉換模塊相聯系。

一種基于基于人形機器人的教育系統(tǒng)的基于人形機器人的教育方法，包括以下方法：

a：通過轉換模塊將用戶在編程模塊中編寫的流程圖程序轉換為特定的類basic語言程序代碼，然后將類basic語言程序代碼編譯為偽匯編形式代碼；

b：通過人形機器人內的控制器接收編程模塊發(fā)送的偽匯編形式代碼，并通過程序運行模塊運行偽匯編形式代碼。

在上述的基于人形機器人的教育方法中，在步驟b中，當接收到的偽匯編形式代碼出現讀取傳感器數據的指令時，控制器向arduino傳感器板獲取ad傳感器數據，且arduino傳感器板獲取ad傳感器數據的方法包括：

通過裝配在人形機器人內的傳感器對外部環(huán)境進行檢測，并將檢測結果轉換為電壓數據后傳送給arduino傳感器板的ad采樣器進行處理后存儲于arduino傳感器板中。

在上述的基于人形機器人的教育方法中，在步驟a中，轉換模塊將流程圖程序轉換為特定的類basic語言程序代碼包括：

通過連接模塊將用戶在不同分編程模塊中編寫的不同控制部分進行連接后對通過連接的不同控制部分的流程圖程序進行組合并轉化為統(tǒng)一且連續(xù)的類basic語言程序代碼；

在步驟b中，所述的控制器通過運行解釋器以執(zhí)行接收到的偽匯編形式代碼。

在上述的基于人形機器人的教育方法中，當解釋器運行到條件判斷指令時，對從傳感器獲取到的數據和偽匯編形式代碼中的預置數據進行判斷，通過兩個數據的判斷關系來決定程序指針是否跳轉以使程序根據偽匯編形式代碼運行到不同的分支。

本發(fā)明基于近眼顯示系統(tǒng)測視網膜運動的裝置及方法相較于現有技術具有以下優(yōu)點：1、入門簡單：本發(fā)明的編程軟件采用流程式編程原理，僅需對用戶進行簡單教學即可實現軟件操作及程序編寫，適用于學生教學及二次開發(fā)；2、接口多元化：擁有豐富的外置接口，可以安裝各類傳感器，并且其獨特的安裝結構保證了機器人傳感器安裝后高的可用性；3、陳本低：結構簡單，穩(wěn)定性好，沒有附加多余裝置，其次，編程軟件的軟硬件要求很低，普通家用電腦即可實現操作，易于學習和理解；4、采用標準化的傳感器模塊，且具有標準化的外置接口，互換性高，針對不同的傳感器模塊，無需設計和改進即可實現安裝及應用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一基于人形機器人教育系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；

圖2是本發(fā)明實施例一紅外傳感器測距模塊的立體結構示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例一紅外傳感器測距模塊的主視圖；

圖4是本發(fā)明實施例一紅外傳感器測距的測試原理圖；

圖5是本發(fā)明實施例一基于人形機器人教育系統(tǒng)的教學方法的流程圖；

圖6是本發(fā)明實施例一傳感器控制部分的編程界面圖；

圖7是本發(fā)明實施例一遇火報警控制部分的編程界面圖；

圖8是本發(fā)明實施例一拳擊控制部分的編程界面圖；

圖9是本發(fā)明實施例一人形機器人的結構示意圖；

圖10是本發(fā)明實施例二人形機器人的結構示意圖；

圖11是本發(fā)明實施例二傳感器安裝模塊的立體結構圖；

圖12是本發(fā)明實施例二傳感器安裝模塊的主視圖。

附圖標記：人形機器人4；控制器41；程序運行模塊42；解釋器421；外置接口43；傳感器安裝模塊44；傳感器模塊45；編程模塊5；轉換模塊51；傳送模塊52；分編程模塊53；連接模塊54；電路轉接板1；通孔11；磁吸扣2；限位部21；插接部22；第一連接件23；磁吸底座3；第二連接件31；插接槽311；安裝座32；裝配孔321。

具體實施方式

本發(fā)明適用于學生教學及二次開發(fā)，解決了現有技術編程過程復雜，一般人員難以編程，且存在結構復雜，投入成本高等問題。

以下是本發(fā)明的優(yōu)選實施例并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。

實施例一

如圖1所示，本實施例的一種基于人形機器人4的教育系統(tǒng)所包括具有控制器41的人形機器人4，系統(tǒng)還包括編程模塊5，編程模塊5包括用于將流程圖程序轉化為編程語言的轉換模塊51和用于將編程語言發(fā)送給控制器41的傳送模塊52，控制器41包括有用于運行編程語言的程序運行模塊42。

優(yōu)選地，人形機器人4內設置有多個連接于arduino傳感器板的標準化的傳感器模塊45，標準化的傳感器模塊45使多個傳感器之間的互換性更高，針對不同的傳感器模塊45，無需新設計和改進即可實現安裝和應用，且，arduino傳感器板包括用于讀取ad傳感器數據的ad采樣器，傳感器模塊45包括紅外傳感器測距模塊，紅外傳感器測距模塊結構如圖2和圖3所示。

且本實施例中，紅外傳感器測距模塊采用夏普的紅外測距傳感器商品模塊，其采用三角測量的原理實現測距，具體工作原理如下：紅外發(fā)射器按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當遇到物體以后，光束會反射回來，如圖4所示，反射回來的紅外光線被ccd檢測器檢測到以后，會獲得一個偏移值l，利用三角關系，在知道了發(fā)射角度a，偏移距l(xiāng)，中心矩x，以及濾鏡的焦距f以后，傳感器到物體的距離d就可以通過幾何關系計算出來了。

可以看到，當d的距離足夠近的時候，l值會相當大，超過ccd的探測范圍，這時，雖然物體很近，但是傳感器反而看不到了。當物體距離d很大時，l值就會很小。這時ccd檢測器能否分辨得出這個很小的l值成為關鍵，也就是說ccd的分辨率決定能不能獲得足夠精確的l值。要檢測越是遠的物體，ccd的分辨率要求就越高。

進一步地，傳送模塊52包括設置在人形機器人4上的usb接口和/或無線傳輸單元，人形機器人4與編程模塊5之間通過usb數據線或者通過無線傳輸模塊將數據傳遞給人形機器人4的控制器41實現對人形機器人4的控制。

進一步地，如圖5所示，本實施例的基于人形機器人4的教育系統(tǒng)的教育方法，包括以下方法：

a：通過轉換模塊51將用戶在編程模塊5中編寫的流程圖程序轉換為特定的類basic語言程序代碼，然后將類basic語言程序代碼編譯為偽匯編形式代碼；

b：通過人形機器人4內的控制器41接收編程模塊5發(fā)送的偽匯編形式代碼，并通過程序運行模塊42運行偽匯編形式代碼。

具體地，當控制器41接收到的偽匯編形式代碼出現讀取傳感器數據的指令時，控制器41向arduino傳感器板獲取ad傳感器數據，且arduino傳感器板獲取ad傳感器數據的方法包括：

通過裝配在人形機器人4內的傳感器對外部環(huán)境進行檢測，并將檢測結果轉換為電壓數據后傳送給arduino傳感器板的ad采樣器進行處理后存儲于arduino傳感器板的存儲介質中。

進一步地，編程模塊5包括多個對應于不同控制部分的分編程模塊53和用于將不同控制部分進行連接的連接模塊54，所述的通過連接模塊54相連接的不同控制部分通過轉換模塊51相聯系，聯系方法包括：

通過連接模塊54將用戶在不同分編程模塊53中編寫的不同控制部分進行連接后對通過連接的不同控制部分的流程圖程序進行組合并轉化為統(tǒng)一且連續(xù)的類basic語言程序代碼；

如圖6-8所示的編程模塊的編程界面圖，此處所說的不同部分可以為：傳感器控制部分、遇火報警控制部分、行走控制部分、拳擊控制部分等控制部分。

具體過程為：用戶通過對所需外部信息進行預測，并將所需要用到的相關的控制部分分別在對應的分編程模塊53中編寫相應的流程圖程序，用戶完成各控制部分的編程后，不同控制部分的流程圖程序通過連接模塊54進行連接，同時由轉換模塊51將連接后的流程圖程序進行組合且轉化為統(tǒng)一且連續(xù)的類basic語言程序代碼，這些代碼經過編程模塊5后臺編譯后產生對應的偽匯編形式代碼，完成以后，用戶通過數據傳輸接口，即usb接口或無線傳輸模塊，將偽匯編形式代碼傳遞給人形機器人4的控制器41。

進一步地，程序運行模塊42連接有用于執(zhí)行偽匯編形式代碼的解釋器421，在人形機器人4處于工作狀態(tài)時，控制器41通過運行解釋器421以執(zhí)行接收到的偽匯編形式代碼，當解釋器421運行到條件判斷指令時，對從傳感器獲取到的數據和偽匯編形式代碼中的預置數據進行判斷，通過兩個數據的判斷關系來決定程序指針是否跳轉以使程序根據偽匯編形式代碼運行到不同的分支，進而實現教育版機器人不同的功能，以及達到用戶預先要求的結果。

進一步地，如圖9，本實施例中的人形機器人4由16個機器人專用舵機、鋁合金鈑金件及自主控制系統(tǒng)組成，通過模擬人體結構學、運動學，整個機器人本體就有極高的靈活度，并可實現雙足快速行走，接收計算機編程的控制器41在整個系統(tǒng)中，承擔執(zhí)行件的工作，通過本體的實際運動，反應教育機器人系統(tǒng)的運行情況，用戶可以通過實際控制機器人完成相關任務，以達到教學目的。

本實施例的人形機器人4在執(zhí)行用戶編寫的程序過程中處理傳感器反饋的外部信息，做出相應的反應，通過執(zhí)行電機及外殼鈑金等配合，完成相應的功能及任務，編程部分采用流程圖化編程，將編程語言使用流程圖進行表示，具有簡單的編程思想即可上手操作，適用范圍廣。

實施例二

如圖10本實施例與實施例一類似，不同之處在于，本實施例的人形機器人4包括至少一個用于連接傳感器模塊45和顯示模塊的外置接口43，且多個外置接口43均連接于arduino傳感器板，；且人形機器人4內設置有多個用于安裝傳感器模塊45的傳感器安裝模塊44，傳感器安裝模塊44位于外置接口43處，傳感器模塊45安裝于安裝模塊，通過外置接口43接入人形機器人4的控制器41即可實現與人形機器人4的一體化。

如圖11和圖12，傳感器安裝模塊44包括具有呈非圓形的通孔11的電路轉接板1，電路轉接板1的一側設置有磁吸扣2，磁吸扣2一端具有抵靠在電路轉接板1上的限位部21，另一端穿設于通孔11內并通過磁力作用和/或扣合結構與設置在電路轉接板1另一側的磁吸底座3相連從而將電路轉接板1固定在磁吸扣2和磁吸底座3之間。

進一步地，扣合結構包括與通孔11相匹配且插接于通孔11內的插接部22，插接部22一端與限位部21相連，另一端具有第一連接件23且插接部22和第一連接件23之間形成限位臺階，磁吸底座3上設有具有供第一連接件23插設的插接槽311的第二連接件31，第一連接件23同軸插接在插接槽311內且第二連接件31抵靠設置在限位臺階上。其中第一連接件23和第二連接件31均為塑料膠件且橫截面均呈環(huán)形，且第二連接件31周向內側形成上述的插接槽311。

進一步地，第一連接件23內嵌設有第一吸附件，第二連接件31內嵌設有第二吸附件，且第一吸附件和第二吸附件均呈環(huán)形且通過磁力作用相連。且在本實施例中，第一吸附件和第二吸附件均為具有磁吸力的磁性材料。當然，第一吸附件為具有磁吸力的磁性材料，第二吸附件為能夠被磁性材料吸附的金屬材料；或者，第二吸附件為具有磁吸力的磁性材料，第一吸附件為能夠被磁性材料吸附的金屬材料。

優(yōu)選地，磁吸底座3遠離電路轉接板1的一端設置有使磁吸底座3保持在電路轉接板1該側的安裝座32，且安裝座32上設置有至少兩個用于將磁吸底座3裝配在裝配位上的裝配孔321。進一步地，限位部21、插接部22與第一連接件23同軸相連呈一體式結構；安裝座32與第二連接件31同軸相連呈一體式結構。其通過磁吸扣2和磁吸底座3組成的連接器將電路轉接板1連接在磁吸底座3上，從而使磁吸底座3安裝在裝配位上時，保證電路轉接板1與磁吸底座3和磁吸扣2呈一體式的安裝在整機上。磁吸底座3靠近電路轉接板1的一側設置有若干公pin針或母pin針，磁吸扣2靠近電路轉接板1的一側設置有若干母pin針或公pin針，且公pin針和母pin針一一對應且相互插接相連，通過公pin針和母pin針進一步固定了磁吸底座3和磁吸扣2之間的相對位置，避免兩者之間的相對滑動，提高安裝組件的穩(wěn)定性。

本實施例通過傳感器安裝模塊44進一步提高人形機器人4各模塊部分的互換性，同時，本實施例中傳感器安裝模塊44具有結構簡單，安裝拆卸方便，且不需要確定安裝定位標準，通過磁吸力及裝配結構自動定位，通過將傳感器進一步升級為傳感器模塊45可根據不同需要進行單模塊，多模塊組合以及任意結合，且更換容易，操作簡單，適于各類人群操作。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了人形機器人4；控制器41；程序運行模塊42；解釋器421；外置接口43；傳感器安裝模塊44；傳感器模塊45；編程模塊5；轉換模塊51；傳送模塊52；分編程模塊53；連接模塊54；電路轉接板1；通孔11；磁吸扣2；限位部21；插接部22；第一連接件23；磁吸底座3；第二連接件31；插接槽311；安裝座32；裝配孔321等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。