本發(fā)明涉及科教機器人的，尤其涉及一種多功能科教機器人及其方法。

背景技術(shù)：

1、人工智能是一門高度交叉的前沿學科，智能機器人作為人工智能的重要組成部分，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域；而培養(yǎng)適應(yīng)國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)均開始培養(yǎng)人工智能前沿科技人員；移動操作機器人是一個多學科多傳感器融合的機器人綜合體，其整機研發(fā)需要包括外觀設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟件開發(fā)、硬件電路設(shè)計、機械加工等多個領(lǐng)域的工程師。然而機器人的研發(fā)較為復雜且枯燥，為了從小開發(fā)青少年兒童對相關(guān)機器人的興趣與愛好急需一種操作簡單適用于兒童進行操作的且能夠提升兒童對機器人研究興趣的智能科教機器人。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡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)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

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

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

5、動作序列編輯系統(tǒng)，用戶通過操作面板通過簡單的圖形化界面編排機械臂的動作，其所述動作序列編輯系統(tǒng)具體包括:

6、圖形化用戶界面模塊：用于允許用戶通過拖放、點擊操作創(chuàng)建和編輯機械臂的動作序列；圖形化用戶界面模塊包括：時間軸窗口：用于顯示和編輯動作序列的時間線；動作庫窗口：用于顯示預設(shè)的常用動作；參數(shù)設(shè)置窗口：用于調(diào)整動作的具體參數(shù)；

7、動作庫模塊：預設(shè)一系列常用的機械臂動作，用戶可直接選擇并拖放到時間軸上進行編排；

8、動作參數(shù)設(shè)置模塊：用于允許用戶對每個動作的多向參數(shù)進行調(diào)整，包括速度、位置、力度，并根據(jù)優(yōu)化效果給出評判；

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

10、實時控制模塊：用于將解析后的指令發(fā)送給機械臂，并實時監(jiān)控機械臂的執(zhí)行狀態(tài)。

11、作為本發(fā)明所述一種多功能科教機器人的一種優(yōu)選方案，其中：所述優(yōu)化效果綜合評判值計算公式如下：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分別表示動作開始和結(jié)束的時間。

12、作為本發(fā)明所述一種多功能科教機器人的一種優(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)表示機械臂在時間t的位置向量。

13、作為本發(fā)明所述一種多功能科教機器人的一種優(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)表示機械臂第i個關(guān)節(jié)在時間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)速度的標準差，用于歸一化速度。

14、作為本發(fā)明所述一種多功能科教機器人的一種優(yōu)選方案，其中：所述力度優(yōu)化部分計算公式如下：其中f(t)表示機械臂在時間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器人的一種優(yōu)選方案，其中：所述的值域為，其評判標準如下：

16、

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

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

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

20、故障檢測模塊，用于實時檢測機械臂的運行狀態(tài)，檢測并處理故。

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

22、緊急停止模塊：用于在發(fā)現(xiàn)異常情況時立即停止機械臂的運行。

23、基于上述一種多功能科教機器人的使用方法，包括如下步驟：

24、s1、使用者通過操作面板在動作庫中選擇對應(yīng)的動作圖形拖放至時間軸上；

25、s2、對用戶選擇的動作圖形進行模擬展示執(zhí)行效果；

26、s3、用戶可根據(jù)需要對動作參數(shù)進行調(diào)整；

27、s4、對機械臂動作的編排進行確認；

28、s5、系統(tǒng)通過機械臂的運行對用戶更改參數(shù)后的機械臂運行給出評價。

29、本發(fā)明的有益效果：

30、使用者可通過在操作面板上進行操作，編輯機械臂的動作序列，同時使用者可對各個動作的參數(shù)進行調(diào)整，調(diào)整完成后再次進行編排，使得青少年兒童可通過簡單的“編程”對機械臂進行操作，同時操作完成后的設(shè)備，可通過其運行過程進行打分評判，對青少年進行激勵，進而培養(yǎng)青少年對于編程的興趣與愛好。

技術(shù)特征：

1.一種多功能科教機器人，包括機械本體（100）和動作序列編輯系統(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器人，其特征在于：所述優(yōu)化效果綜合評判值計算公式如下：

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)表示機械臂在時間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)表示機械臂第i個關(guān)節(jié)在時間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)速度的標準差，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器人，其特征在于：所述力度優(yōu)化部分θf(t)計算公式如下：其中f(t)表示機械臂在時間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器人，其特征在于：所述的值域為，其評判標準如下：

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

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

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多功能科教機器人，包括機械本體和動作序列編輯系統(tǒng)，包括：機械本體包括：操作臺，所述操作臺上設(shè)置有底座，所述底座上設(shè)有機械臂本體，所述底座上設(shè)有控制器，所述控制器與機械臂本體電性連接，所述操作臺上設(shè)有操作面板，所述操作面板與機械臂本體電性連接；動作序列編輯系統(tǒng)，用戶通過操作面板通過簡單的圖形化界面編排機械臂的動作，其所述動作序列編輯系統(tǒng)具體包括:圖形化用戶界面模塊；動作庫模塊；動作參數(shù)設(shè)置模塊；序列解析模塊；實時控制模塊。本發(fā)明通過在操作面板上進行操作，編輯機械臂的動作序列，同時操作完成后的設(shè)備，可通過其運行過程進行打分評判，對青少年進行激勵，進而培養(yǎng)青少年對于編程的興趣與愛好。

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