[实用新型]一种基于模块化兼容设计的教育机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于模块化兼容设计的教育机器人。

背景技术

教育机器人针对于教学而设计，以激发学生学习兴趣为手段，培养学生综合能力为目的，通过模件化的搭建，加强学生的动手能力以及创新能力。随着中国机器人市场越来越大，教育机器人作为机器人分支服务机器人中重要分支，其市场也在速度增长。中国的机器人教育处于起步状态，很多是参考国外的机器人教育，其中以机器人大国日本和美国作为主要学习对象。

市面上的教育机器人有乐高，慧鱼等国外教育机器人产品，也有存在能力风暴，通用Robot这样的国内公司产品，还有高校自主制作的各种教育机器人产品，种类繁多。但是国外产品存在教具成本昂贵，学习成本高，硬件封闭的制约，国内公司产品存在操作复杂，接口混乱的现象，高校产品偏专用性而弱普遍性，同时都存在教育架构单一的特点，制约教育机器人的推广。

发明内容

本实用新型设计采用模块化的思路，将处理器，控制板卡与传感器进行可替代可更换设计，使机器人兼容Intel Edison与CC3200这两种X86与ARM架构的处理器，配合可视化编程环境，丰富了教育架构，扩大同一套教具的实用性，使其能够进行双平台教学实例的运行。学生可通过配套的统一接口设计的传感器套件，进行信息获取，也可以使用机器人预留接口拓展其功能。结合上位机可视化编程环境，降低上手难度，提高学生学习兴趣。

本实用新型采用的技术方案如下：支持X86架构和ARM架构，具体以IntelEdison为X86实例代表，CC3200为ARM实例代表。设计兼容控制板卡，通过更换处理器，实现架构变化。教育机器人使用无线连接至上位机，实时上传自身传感器信息，上位机使用可视化编程工具ASU VIPLE进行逻辑编程与信息处理最后指令分发至机器人，机器人解析指令后，控制自己舵机以及其他输出设备。

硬件组成包括：处理器，兼容板卡，摄像头，舵机，OLED显示屏，传感器套件。具体连接示意图如图1所示。

处理器支持CC3200与Intel Edison。

兼容板卡电路包括处理器电路，电源管理电路，电平转换电路，1块UART芯片，1块SD芯片，OTG复用芯片和电路以及总线接口。兼容板卡具体硬件电路框图如图2所示。

处理器电路负责两种处理器接入、信号兼容以及接口资源分配。

电源管理电路针对两种处理器所需不同电压设计了3.3V，4.38V与5V电压切换，通过切换开关可进行两种处理器的使用选择，还负责板卡芯片以及外设的电源驱动。

电平转换电路负责板卡芯片以及对应总线接口和外设的信号电压转换。

UART芯片连接至处理器接口，可通过芯片连接的Micro USB-B接口使用上位机对CC3200与Intel Edison进行串口调试。

SD芯片连接至处理器接口Intel Edison对应端口，可通过Micro SD卡槽添加SD卡的方式对Intel Edison进行存储扩展。

OTG复用电路连接至处理器接口Intel Edison对应端口，负责切换Intel Edison的HOST和Client两种状态。可通过切换开关，对兼容板卡拓展连接的Micro USB-A型USB HOST设备与Micro USB-B型USB Client设备进行选择。

总线与处理器接口对应总线位置通过电平转换电路连接，总线接口除了上面已经介绍过的USB接口外，还包括RJ9型GPIO，IIC，SPI，UART总线拓展接口与PWM接口，其中SPI总线接口单属于Intel Edison。

舵机通过PWM接口与兼容板卡连接，负责机器人的动作执行。

摄像头通过USB HOST接口与兼容板卡连接，处理器作为主设备对摄像头驱动进行图像采集处理。

OLED显示屏可以通过SPI或者IIC总线接口与兼容板卡进行连接，通过处理器对OLED显示屏进行驱动，用以显示机器人的状态以及其他信息。

传感器套件采用统一的RJ9接口与兼容板卡上对应的RJ9连接器连接。采用这种连接方式可以保证传感器连接的稳定性，也方便灵活更替。传感器包括红外传感器，循迹传感器，颜色传感器，陀螺仪传感器，温湿度传感器以及超声波传感器等，负责获取距离，温湿度，颜色，运动状态等信息。

本实用新型效果：

在本实用新型的效果如下：