專利名稱：教育機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人，特別指的是一種教育式的智能機(jī)器人。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì),隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的物質(zhì)文化生活日益豐富多彩，他 們更多的去關(guān)注精神文化生活，他們想不斷的學(xué)習(xí)，探索新的東西，在好萊塢一 系列的科幻大片如變形金剛等熱播后，對機(jī)器人的關(guān)注又迎來了新的一輪高潮， 人們對機(jī)器人產(chǎn)生無限的遐想，什么是機(jī)器人？你心目中的機(jī)器人是什么樣子？ 機(jī)器人有什么特征？實(shí)際上機(jī)器人技術(shù)綜合了機(jī)械工程，電子工程，傳感器應(yīng)用， 信息技術(shù)，數(shù)學(xué)，物理等多種學(xué)科，而且機(jī)器人的技術(shù)R新月異，在現(xiàn)代工業(yè)和
曰常生活發(fā)揮越來越大的作用，從汽車的生產(chǎn)線到家用的機(jī)器人玩具，機(jī)器人的 應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷的擴(kuò)大，機(jī)器人的用戶也從專業(yè)的操作人員，機(jī)器人愛好者到 普通的使用者，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)代表著一個國家的高科技發(fā)展水平，隨著 機(jī)器人的普及，機(jī)器人的教育正成為越來越重要的問題。
然而綜觀當(dāng)今市面上教育類的機(jī)器人的造價卻往往高不可及，動輒幾萬，讓
人望而卻步，而且存在以下不足之處
1. 機(jī)器人產(chǎn)品太趣味性和娛樂性，和教育性不能兩者兼顧。
2. 機(jī)器人產(chǎn)品在裝配的過程中要使用一系列的五金工具，對使用者尤其是對 孩子存在安全隱患。
3. 機(jī)器人產(chǎn)品的造型固定，使用者在使用的過程中沒有發(fā)揮的空間。
4. 產(chǎn)品不具備開放性，零件沒有通用性，產(chǎn)品更新?lián)Q代時消費(fèi)者需要再次整 套購買，增加了使用者不必要的開支。5. 使用前必須了解伺服馬達(dá)的工作原理，這樣才能免造成不必要的損失,但對 于中小學(xué)生來說是比較困難的。
6. 機(jī)器人編程的軟件界面復(fù)雜，不夠形象生動,使用不易學(xué)會，甚至有的要用 到專業(yè)的編程語言對普通使用者及中小學(xué)生來說很難理解。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種教育機(jī)器人，它的設(shè)計理念就是為了填補(bǔ)機(jī) 器人教育領(lǐng)域內(nèi)的不足之處，讓機(jī)器人愛好者以及大中小學(xué)生有更多的機(jī)會去了 解機(jī)器人，學(xué)習(xí)機(jī)器人，在實(shí)踐中慢慢培養(yǎng)他們的創(chuàng)造力，想象力，學(xué)習(xí)樂趣， 合作能力，以及獲取新知識能力，從而最終達(dá)到提高他們的解決問題的能力，全 面提高使用者的綜合素質(zhì)和動手能力，起到真正的素質(zhì)教育的作用。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的由以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。
一套教育機(jī)器人，包括機(jī)器人、紅外搖控手柄、鋰聚電池組、鋰聚電池充電 器、軟件平臺、串行接口線、USB接口適配器，機(jī)器人全身關(guān)節(jié)由預(yù)裝的17個 可實(shí)現(xiàn)180度轉(zhuǎn)動角度的精確控制舵機(jī)組成，機(jī)器人的全身的連接部位都是由可 拆分的裝飾塑膠件組成，機(jī)器人的主控板提供了 7個機(jī)械結(jié)構(gòu)擴(kuò)展接口，以及 IO個的電子模塊擴(kuò)接口；紅外搖控器采用手柄式設(shè)計，共有24個按鍵，2個搖 桿，同時搖控器含有一個信號發(fā)射器；鋰聚電池設(shè)于機(jī)器人體內(nèi)，提供機(jī)器人動 力，鋰聚電池充電器為鋰聚電池充電；串行接口線、USB接口適配器專門用來 將軟件平臺和機(jī)器人、搖控器連接起來，起到和軟件平臺交換通信數(shù)據(jù)(如下載, 上傳等)并可實(shí)現(xiàn)真實(shí)機(jī)器人和軟件內(nèi)的3D模擬機(jī)器人聯(lián)動的作用，以達(dá)實(shí)時觀 看,調(diào)整編程動作的目的；軟件平臺通過在軟件中對機(jī)器人的舵機(jī)控制關(guān)節(jié)定義， 實(shí)現(xiàn)由舵機(jī)控制的可控關(guān)節(jié)全特征化，角度轉(zhuǎn)動數(shù)字化。
本實(shí)用新型有益效果在于，填補(bǔ)機(jī)器人教育領(lǐng)域內(nèi)的不足之處，讓機(jī)器人愛好者以及大中小學(xué)生有機(jī)會去了解機(jī)器人，學(xué)習(xí)機(jī)器人，在實(shí)踐中慢慢培養(yǎng)他們 的創(chuàng)造力，想象力，學(xué)習(xí)樂趣，合作能力，以及獲取新知識能力，從而最終達(dá)到 提高他們的解決問題的能力，全面提高使用者的綜合素質(zhì)和動手能力，起到真正 的素質(zhì)教育的作用，而且編程軟件簡單易用，使用者不需要有任何編程基礎(chǔ)，降 低了使用門檻。軟件與機(jī)器人的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)機(jī)器人與軟件內(nèi)虛擬3D機(jī) 器人的聯(lián)動,實(shí)時査看并改進(jìn)機(jī)器人的編程動作,利用機(jī)器人的在線編程的特點(diǎn)， 使所編動作更直觀，用戶更易操作。

圖1為本實(shí)用新型教育機(jī)器人結(jié)構(gòu)組裝圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)月j新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一歩詳細(xì)地描述。
如圖l所示的一種教育機(jī)器人，包含以下組件機(jī)器人l、紅外搖控手柄2、
鋰聚電池組、鋰聚電池充電器、軟件平臺3、串行接口線4、 USB接口適配器5; 鋰聚電池組設(shè)于機(jī)器人1體內(nèi)，機(jī)器人1通過USB接口適配器5連接軟件平臺 3，紅外搖控手柄2與機(jī)器人1連接通訊，紅外搖控手柄2通過串行接口線4連 接軟件平臺3，鋰聚電池充電器連接鋰聚電池組充電。
如圖1所示的機(jī)器人1主要功能為模擬人類的關(guān)節(jié)動作，機(jī)器人1的設(shè)計理 念是基于軟件平臺3的基礎(chǔ)上，將三維圖形控制編程的方法應(yīng)用到機(jī)器人1上， 使它成為一個學(xué)習(xí)機(jī)器人知識的實(shí)驗(yàn)平臺，和一個可在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中測試軟件創(chuàng)建 動作的實(shí)驗(yàn)載體，寓教于樂，機(jī)器人高度30CM，重量I.IKG.。
機(jī)器人1工作原理是由控制主板接受紅外搖控手柄2的信號，然后控制主板 給舵機(jī)6(伺服馬達(dá))指令讓其轉(zhuǎn)動一定的角度，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人l的運(yùn)動。機(jī)器 人1全身關(guān)節(jié)由預(yù)裝的17個可實(shí)現(xiàn)180度轉(zhuǎn)動角度的精確控制舵機(jī)6組成，舵機(jī)6主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。其工作原 理是由接收機(jī)發(fā)出訊號給舵機(jī)6，經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動方向，再驅(qū)動無 核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號， 判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。位置檢測器其實(shí)就是可變電阻，當(dāng)舵機(jī)6轉(zhuǎn)動時電阻值 也會隨之改變，藉由檢測電阻值便可知轉(zhuǎn)動的角度。因此可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人l的各關(guān) 節(jié)180度的轉(zhuǎn)動角度，完成不同的動作。
機(jī)器人1結(jié)構(gòu)上是由17個舵機(jī)6組成，擁有17個自由度，能完成前進(jìn)，后 退，轉(zhuǎn)身，抬腿，伸臂，歡呼等類人的動作以及一些更復(fù)雜的由軟件編輯出來的 動作和動作組合。
本實(shí)用新型生產(chǎn)的舵機(jī)共有兩大類1.頭部舵機(jī).2身體舵機(jī)。其中身體舵機(jī) 根據(jù)出線口位置的不同又分為五種不同的舵機(jī)。
舵機(jī)名稱規(guī)格編號齒輪材料舵機(jī)尺寸 (mm)舵機(jī)重量 (g)速度扭矩 Kg/cm
頭部舵機(jī)MRC-6G14C塑料22*12.5*2060.12s/60，1
身體舵機(jī)MRC-A***-D***銅31*16*38310.12s/6013
除了舵機(jī)6之外，機(jī)器人l的全身的連接部位都是由可拆分的裝飾塑膠件7 組成，此塑膠件7易于從機(jī)器人1本體上拆卸下來，而且裝飾件具有很好的互換 性，克服了一般的機(jī)器人產(chǎn)品零件不具有通用性的缺點(diǎn)。更好的是機(jī)器人1的外 形裝飾件具有很好的開放性，把所有的裝飾件取下后可以換上新的外形裝飾件， 變成一個新的機(jī)器人，而且機(jī)器人的功能不變，避免了機(jī)器人外型固定化的缺點(diǎn)。
機(jī)器人1的主功能控制板是機(jī)器人的核心部件，機(jī)器人的主控板提供了多達(dá) 7個機(jī)械結(jié)構(gòu)擴(kuò)展接口，可以輕松為機(jī)器人增加舵機(jī)6，自由改變結(jié)構(gòu)形體，以
6及多達(dá)IO個的電子模塊擴(kuò)接口可以讓使用者充分發(fā)揮他們的想像力，增加各種 不同的特殊功能模塊和傳感器模塊，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造力、想象力，學(xué)習(xí)樂趣，合 作能力，以及獲取新知識能力，達(dá)到寓教于學(xué)的目的，在潛移默化中學(xué)習(xí)機(jī)器人 的相關(guān)知識。
機(jī)器人1組裝操作及增加零部件的整個過程只需一把十字螺絲刀，避免了傳 統(tǒng)的產(chǎn)品需要使有很多五金工具的缺點(diǎn)，充分考慮到了如孩子等低齡使用者的使 用安全。
本實(shí)用新型的紅外搖控手柄2，利用紅外控技術(shù)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人l動作，機(jī) 器人1搖控器采用手柄式設(shè)計，共有24個按鍵，2個搖桿。同時搖控器含有一 個信號發(fā)射器，搖控器按鍵上沒有預(yù)設(shè)功能，各按鍵的功能全部都可以由用戶自 己去設(shè)定，給用戶很大的自己發(fā)控的空間，搖控器的獨(dú)特設(shè)計就在于此。按鍵的 功能的實(shí)現(xiàn)是通過在軟體上Controller中，對相應(yīng)的動作設(shè)置觸發(fā)按鍵(或按鍵組 合)，或是對一系列的動作組合設(shè)置一個觸發(fā)按鍵(或按鍵組合)。當(dāng)把用軟件生成 的控制文件下載到機(jī)器人的內(nèi)存中時，就可以用搖控器的相應(yīng)按鍵控制機(jī)器人做 出相應(yīng)的動作。
本實(shí)用新型的鋰聚電池提供機(jī)器人動力，鋰聚電池充電器為鋰聚電池充電。 本實(shí)用新型的串行接口線和USB接口適配器專門用來將軟件平臺3和機(jī)器
人l、紅外搖控手柄2連接起來，起到和軟件交換通信數(shù)據(jù)的作用(如下載,上傳等)。
本實(shí)用新型的軟件平臺3通過在軟件中對機(jī)器人的舵機(jī)控制關(guān)節(jié)定義，實(shí)現(xiàn) 由舵機(jī)控制的可控關(guān)節(jié)全特征化，角度轉(zhuǎn)動數(shù)字化，軟件的顯示界面配以形象的 三維圖像，借助通信接口線的數(shù)據(jù)傳輸，直接在軟件中對舵機(jī)轉(zhuǎn)動輸入相應(yīng)的數(shù) 值，便可使軟件中的模擬機(jī)器人和由數(shù)據(jù)線連接的真實(shí)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)相同的舵機(jī)角度轉(zhuǎn)動。任意變換不同的角度值組合，軟件就可以采用截取一系列三維仿真圖形 組成的連環(huán)畫，形成一個機(jī)器人的動作程序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無數(shù)種不同的動作組合。 軟件主要由三部分操作l.motion動作編輯:通過對各舵機(jī)的轉(zhuǎn)動角度用數(shù)值定 義，借助軟件的復(fù)制，添加中間幀，鏡像等不同的功能實(shí)現(xiàn)無數(shù)不同的動作組合， 而且具有把創(chuàng)建的動作文件保存起來的功能；2xontroller搖控器控制:可以通過 軟件定義在動作編輯操作中所創(chuàng)建單個動作的對應(yīng)的搖控器觸發(fā)按鍵，也可定義 由多個動件組成的動作序列組合的對應(yīng)的搖控器觸發(fā)按鍵，并可把相關(guān)設(shè)置保存 形成搖控器控制文件，而且可以直接下載搖控器控制文件到機(jī)器人內(nèi)存中，從而 實(shí)現(xiàn)由搖控器發(fā)出指令，機(jī)器人主板接受信號后控制機(jī)器人做出相應(yīng)的動作； 3.setting設(shè)置在設(shè)置部分包括.com setting (端口設(shè)置),trim(微調(diào)),home(原 點(diǎn)),audio(音頻)四個部分，可以分別設(shè)定連接PC到機(jī)器人的端口，調(diào)整機(jī)器人 各舵機(jī)的零點(diǎn)位置和原點(diǎn)位置，以及為各個動作填加不同的音效等作用。
軟件平臺的普及性強(qiáng)，而且簡單易用，使用者不需要有任何編程基礎(chǔ)，降低 了使用門檻。和機(jī)器人的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的在線編程，使所編動作更直觀， 用戶更易操作。
權(quán)利要求1、一種教育機(jī)器人，包含以下組件機(jī)器人(1)、紅外搖控手柄(2)、鋰聚電池組、鋰聚電池充電器、軟件平臺(3)、串行接口線(4)、USB接口適配器(5)，鋰聚電池組設(shè)于機(jī)器人(1)體內(nèi)，其特征在于機(jī)器人(1)通過USB接口適配器(5)連接軟件平臺(3)，紅外搖控手柄(2)與機(jī)器人(1)連接通訊，紅外搖控手柄(2)通過串行接口線(4)連接軟件平臺(3)，鋰聚電池充電器連接鋰聚電池組充電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的教育機(jī)器人，其特征在于機(jī)器人(1)全身關(guān)節(jié) 由預(yù)裝的17個可實(shí)現(xiàn)180度轉(zhuǎn)動角度的精確控制舵機(jī)(6)組成，舵機(jī)(6)主 要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的教育機(jī)器人，其特征在于機(jī)器人(1)的全身的 連接部位都是由可拆分的裝飾塑膠件(7)組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的教育機(jī)器人，其特征在于機(jī)器人(1)提供了7 個機(jī)械結(jié)構(gòu)擴(kuò)展接口， IO個的電子模塊擴(kuò)接口。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的教育機(jī)器人，其特征在于紅外搖控手柄(2)采 用手柄式設(shè)計，共有24個按鍵，2個搖桿。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種機(jī)器人，包括機(jī)器人、紅外遙控手柄、鋰聚電池組、鋰聚電池充電器、軟件平臺、串行接口線、USB接口適配器，機(jī)器人全身關(guān)節(jié)由預(yù)裝的17個可實(shí)現(xiàn)180度轉(zhuǎn)動角度的精確控制舵機(jī)組成，機(jī)器人的全身的連接部位都是由可拆分的裝飾塑膠件組成。它的設(shè)計理念就是為了填補(bǔ)機(jī)器人教育領(lǐng)域內(nèi)的不足之處，讓機(jī)器人愛好者以及大中小學(xué)生有更多的機(jī)會去了解機(jī)器人，學(xué)習(xí)機(jī)器人。
文檔編號G09B25/00GK201285619SQ20082021206
公開日2009年8月5日 申請日期2008年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月22日
發(fā)明者詹姆士·愛德華·亞歷山大·懷亞特, 陳永鋒 申請人:陳永鋒;詹姆士·愛德華·亞歷山大·懷亞特