CN102024345A - 一种家用教育移动点读机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种家用教育移动点读机器人，它包括点读机器人、手持终端、用户端和充电器；点读机器人为家用教育移动点读机器人提供硬件平台；手持终端实现人机接口；充电器为家用教育移动点读机器人中各部件提供电能；点读机器人包括人机接口单元、主控制器、语音单元、机器人定位单元、电机驱动单元、数据存储单元和电源管理单元；手持终端包括主控制器、存储单元、通信单元、人机接口模块和电池；充电器包括主控制器和智能充电管理单元，该主控制器负责协调以及对智能充电管理单元的控制。本发明能适用于小孩教育应用中，且智能化程度较高。本发明可以广泛应用于各种环境中的机器人中。
Description
技术领域
本发明涉及一种点读机器人，特别是关于一种基于家庭环境使用的家用教育移动点读机器人。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，以及机器人技术的不断进步，机器人进入家庭已经成为可能。现在从事机器人商用化的公司大多是将机器人作为教学器具，应用于教学。但是，此类机器人通常作为学校进行C语言培训、电子电路教学的辅助工具，对用户的能力要求较高，因此面向的学生大多是高中以上的在校生。目前，市场上出现了一些家用机器人，例如除草机器人、搬用机器人、清洁机器人。国内市场上销售的用于家庭的机器人产品是一种称为清洁机器人的智能吸尘器，它主要承担家居环境的清洁工作。此类机器人主要承担一些家庭生活中的繁琐，或是重复性的事情，其功能单一，智能化程度较低。除了能给用户提供特定的服务外(如扫地)，没有任何附加值，也没有升级换代的可能。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用于教育应用、功能较多且智能化程度较高的家用教育移动点读机器人。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种家用教育移动点读机器人，其特征在于：它包括一点读机器人、一手持终端、一用户端和一充电器；所述点读机器人为所述家用教育移动点读机器人提供硬件平台；所述手持终端实现人机接口；所述充电器为所述家用教育移动点读机器人中各部件提供电能；所述点读机器人包括一人机接口单元、一主控制器、一语音单元、一机器人定位单元、一电机驱动单元、一数据存储单元和一电源管理单元；所述人机接口单元通过媒介与所述用户端进行信息交互，并将接收到的数据传输至所述主控制器；所述语音单元用于语音识别和语音输出，并将采集到的语音信号传输至所述主控制器；所述机器人定位单元将所述点读机器人外部信息传输给所述主控制器，完成对所述点读机器人所处环境的识别及定位；所述电机驱动单元由所述主控制器控制，实现对伺服电机的控制；所述数据存储单元用于存储更新的数据包以及所述语音单元识别中的临时文件，且所述数据存储单元与所述主控制器进行信息交互；所述点读机器人内的各个单元均由所述电源管理单元进行供电；所述手持终端包括一主控制器、一存储单元、一通信单元、一人机接口模块和一电池；所述存储单元、通信单元和人机接口模块分别与该所述主控制器进行信息交互，且各部件均由所述电池供电；所述充电器包括一主控制器和一智能充电管理单元，该所述主控制器负责协调网络信息的接收、存储、传输，以及对所述智能充电管理单元的控制。
所述语音单元包括一拾音器、一模数转换器、一语音控制器、一语音存储单元、一音频均衡单元、一数模转换器、一功率放大单元和一扬声器；外界声音依次经所述拾音器和模数转换器转换后，传输至所述语音控制器内，将信号编码并与预先存储在所述语音存储单元内的相近编码进行对比，确定输入声音的含义；所述语音控制器根据所述主控制器发送的指令，从所述语音存储单元中调用所需语音数据，并对该语音数据进行解码；解码后的语音数据依次经所述音频均衡、数模转换器和功率放大单元后，由所述扬声器将语音信号向外界传出。
所述人机接口单元包括一按键输入单元、一ZigBee/蓝牙接口单元、一红外遥控接收单元、一LED显示屏、一指示灯和一灯光效果模块；由所述主控制器负责协调各部分的工作，并由所述数据存储单元储存各部分执行命令的信息；所述人机接口单元与所述用户端进行信息交互方式采用手机、遥控器、按键或通过PC机无线网卡遥控。
所述电机驱动单元包括一比例积分微分控制器、一电机驱动器、一驱动电机、一编码盘、一驱动轮、一伺服电机驱动器和一伺服电机；所述比例积分微分控制器根据所述主控制器的控制指令控制所述电机驱动器，控制所述驱动电机；所述驱动电机驱动轴上的编码盘与所述驱动电机同步转动，将所述驱动电机的驱动轮的运转情况反馈至所述比例积分微分控制器；所述比例积分微分控制器再根据所述编码盘的反馈数据以及所述主控制器的控制指令，对所述电机驱动器实现循环控制；同时所述主控制器向所述伺服电机驱动器发出控制指令，由所述伺服电机驱动器带动所述伺服电机工作。
所述比例积分微分控制器的控制方式采用位置式比例积分微分控制或者采用增量式比例积分微分控制。
所述电源管理单元包括一电池电压采集模块、一电流采集模块、一温度采集模块、一电源数据显示单元、一电源指示灯和一通信单元；所述电池电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块将采集到的电池组数据信息发送至所述主控制器内处理后，发送至所述电源数据显示单元，并控制所述电源指示灯的开关；所述电源管理单元通过所述通信单元与所述充电器进行信息交互。
所述主控制器采用RISC嵌入式微处理器。
所述智能充电管理单元包括一电流采集单元、一电压采集单元、一存储单元、一电源数据显示单元、一电源指示灯、一充电单元和一通信单元；所述电流采集单元和电压采集单元采集电池组的电压、电流信息，由所述存储单元存储相应信息，并由所述电源数据显示单元和电源指示灯显示出相应状态；所述充电单元由所述充电器的主控制器控制；所述智能充电管理单元通过所述通信单元与所述点读机器人进行信息交互。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用在点读机器人内设置有语音单元，点读机器人通过人机接口单元与用户端进行人机信息交互，可以通过点读机器人内的数据存储单元存储更新的数据包以及语音单元识别中的临时文件，并将各种教育服务数据包传输至点读机器人内的主控制器，因此，实现了适用于小孩教育应用，且智能化程度较高。2、本发明的用户端中点读机器人的主控制器由于在采用RISC嵌入式微处理器，因此，进一步提高了智能化水平，可以对各种传感器采集到的信息进行实时分析处理，并根据用户定制的服务要求作出实时处理。3、本发明由于在电源管理单元内采用多种传感器对点读机器人所处环境、位置进行检测，因此，实现了对家居环境进行实时监测，并告知用户针对当前环境的注意事项。6、本发明由于采用了模块化设计，因此，用户可以定制最适合自己需要的用户端的软件和硬件，实用性较好。本发明可以广泛应用于各种环境中的机器人中。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的点读机器人结构示意图；
图3是本发明的人机接口单元结构示意图；
图4是本发明的语音单元结构示意图；
图5是本发明的电机驱动单元结构示意图；
图6是本发明的电源管理单元结构示意图；
图7是本发明的手持终端结构示意图；
图8是本发明的充电器结构示意图；
图9是本发明的智能充电管理单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括一点读机器人1、一手持终端2、一用户端3和一充电器4。其中，点读机器人1为家用教育移动点读机器人提供实现所有功能的硬件平台；手持终端2实现人机接口的功能；充电器4为本发明的家用教育移动点读机器人中各部件提供电能。
如图2所示，点读机器人1包括一人机接口单元11、一主控制器12、一语音单元13、一机器人定位单元14、一电机驱动单元15、一数据存储单元16和一电源管理单元17。
人机接口单元11通过语音、灯光效果或指示灯等媒介与用户端3进行人机信息交互，人机接口单元11并将接收到的数据传输至主控制器12内；语音单元13用于语音识别和语音输出，并将采集到的语音信号传输至主控制器12内；机器人定位单元14将点读机器人1外部信息传输给主控制器12，由主控制器12进行处理后完成对点读机器人1所处环境的识别及定位；电机驱动单元15由主控制器12控制，电机驱动单元15在主控制器12的控制下，实现对伺服电机的控制，从而完成点读机器人1的肢体动作(如手臂的动作等)；数据存储单元16用于存储更新的数据包以及语音单元13识别中的临时文件，且数据存储单元16与主控制器12进行信息交互。点读机器人1内的各个单元均由电源管理单元17进行供电。
如图3所示，上述实施例中，人机接口单元11与用户端3进行信息交互方式可以采用手机、遥控器、按键或通过PC机无线网卡遥控。人机接口单元11包括一按键输入单元111、一ZigBee/蓝牙接口单元112、一红外遥控接收单元113、一LED显示屏114、一指示灯115和一灯光效果模块116。
由主控制器12负责协调各部分的工作，决定各部分执行指令的先后顺序，并由数据存储单元16储存着各部分执行命令的信息。按键输入单元111是进行人机交互的最直接方式，可以在点读机器人1失控后紧急停止，也可以通过键盘输入指令、设定参数；ZigBee/蓝牙接口单元112是通过手机蓝牙或Zigbee模块对点读机器人1进行遥控，让其完成相应的功能；红外遥控接收单元113一种常规的遥控方式，通过红外遥控器，可以控制点读机器人1完成各种规定的动作；LED显示屏114用来显示人机交互过程中的信息，例如：教小孩学英语时，显示单词、音标等；指示灯115和灯光效果模块116是用来指示点读机器人1的各种工作状态。
如图4所示，上述实施例中，语音单元13包括一拾音器131、一模数转换器132、一语音控制器133、一语音存储单元134、一音频均衡单元135、一数模转换器136、一功率放大单元137和一扬声器138。
拾音器131将外界传来的声音转换成电信号后，并经模数转换器132转换成数字量信号后，传输至语音控制器133内。语音控制器133通过语音识别将信号转换成特定的编码，并与预先存储在语音存储单元134内的相近编码进行对比，进而确定输入声音的含义；语音控制器133根据主控制器12发送的指令，从语音存储单元134中调用所需语音数据，并对调用的语音数据按照其对应的音频格式进行解码。解码后的语音数据传输至音频均衡单元135中，将音频信号均衡处理后，再依次经数模转换器136和功率放大单元137后，由扬声器138将语音信号向外界传出，进而得到了使用者想要的声音。
如图5所示，上述各实施例中，电机驱动单元15包括一PID(比例积分微分)控制器151、一电机驱动器152、一驱动电机153、一编码盘154、一驱动轮155、一伺服电机驱动器156和一伺服电机157。
主控制器12向PID控制器151发出控制指令，PID控制器151根据控制指令控制电机驱动器152，进而控制驱动电机153工作。安装在驱动电机153驱动轴上的编码盘154与驱动电机153同步转动，并将驱动电机153的驱动轮155的实际运转情况反馈至PID控制器151。PID控制器151再根据编码盘154的反馈数据以及主控制器12的控制指令，对电机驱动器152实现循环控制；同时，主控制器12向伺服电机驱动器156发出控制指令，由伺服电机驱动器156带动伺服电机157工作，以实现对点读机器人1转动角度的控制。
上述实施例中，PID控制器151的控制方式可以采用位置式PID控制或者采用增量式PID控制。
如图6所示，上述各实施例中，电源管理单元17包括一电池电压采集模块171、一电流采集模块172、一温度采集模块173、一电源数据显示单元174、一电源指示灯175和一通信单元176。
电池电压采集模块171、电流采集模块172和温度采集模块173将采集到的电池组数据信息发送至主控制器12，主控制器12将数据信息处理后发送至电源数据显示单元174，并控制电源指示灯175的开关。电源管理单元17通过通信单元176与充电器4进行信息交互，进而协调充电以及其他工作的有序进行。
上述各实施例中，主控制器12采用RISC嵌入式微处理器。
如图7所示，手持终端2包括一主控制器21、一存储单元22、一通信单元23、一人机接口模块24和一电池25。存储单元22、通信单元23和人机接口模块24分别于主控制器21进行信息交互，且各部件均由电池25供电。
存储单元22用于存储一部分用户端3所需的文件，用户端3所需的另一部分文件存储在点读机器人1内的数据存储单元16中，以实现手持终端2与点读机器人1之间进行信息交互。
通信单元23手持终端2与点读机器人1进行互动的媒介，通信单元23可以采用红外信号或采用ZigBee短距离无线数据传输等方式进行数据的交互和命令的传递。
人机接口模块24是手持终端2与用户端3进行交互的重要部件，主要包括按键、LCD显示器和LED指示灯。
电池25为手持终端2供电。由于手持终端2是移动设备，具有体积小、重量轻等特点，因此采用电池做为点读机器人的能量来源，可以减轻其重量。
如图8所示，充电器4包括一主控制器41和一智能充电管理单元42，主控制器41负责协调网络信息的接收、存储、传输，以及对智能充电管理单元42的控制。
如图9所示，智能充电管理单元42包括一电流采集单元421、一电压采集单元422、一存储单元423、一电源数据显示单元424、一电源指示灯425、一充电单元426和一通信单元427。
智能充电管理单元42通过电流采集单元421和电压采集单元422采集电池组的电压、电流信息，并由存储单元423存储相应信息，进而判断电池组是否完成充电，然后由电源数据显示单元424和电源指示灯425显示出相应的状态。
充电单元426由主控制器41控制其工作，以实现预充阶段的小电流充电和保持充电阶段的脉冲充电。
智能充电管理单元42与点读机器人1通过通信单元427实现信息交互，保障了充电的顺利进行。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种家用教育移动点读机器人，其特征在于：它包括一点读机器人、一手持终端、一用户端和一充电器；所述点读机器人为所述家用教育移动点读机器人提供硬件平台；所述手持终端实现人机接口；所述充电器为所述家用教育移动点读机器人中各部件提供电能；
所述点读机器人包括一人机接口单元、一主控制器、一语音单元、一机器人定位单元、一电机驱动单元、一数据存储单元和一电源管理单元；所述人机接口单元通过媒介与所述用户端进行信息交互，并将接收到的数据传输至所述主控制器；所述语音单元用于语音识别和语音输出，并将采集到的语音信号传输至所述主控制器；所述机器人定位单元将所述点读机器人外部信息传输给所述主控制器，完成对所述点读机器人所处环境的识别及定位；所述电机驱动单元由所述主控制器控制，实现对伺服电机的控制；所述数据存储单元用于存储更新的数据包以及所述语音单元识别中的临时文件，且所述数据存储单元与所述主控制器进行信息交互；所述点读机器人内的各个单元均由所述电源管理单元进行供电；
所述手持终端包括一主控制器、一存储单元、一通信单元、一人机接口模块和一电池；所述存储单元、通信单元和人机接口模块分别与该所述主控制器进行信息交互，且各部件均由所述电池供电；
所述充电器包括一主控制器和一智能充电管理单元，该所述主控制器负责协调网络信息的接收、存储、传输，以及对所述智能充电管理单元的控制。
2.如权利要求1所述的一种家用教育移动点读机器人，其特征在于：所述语音单元包括一拾音器、一模数转换器、一语音控制器、一语音存储单元、一音频均衡单元、一数模转换器、一功率放大单元和一扬声器；外界声音依次经所述拾音器和模数转换器转换后，传输至所述语音控制器内，将信号编码并与预先存储在所述语音存储单元内的相近编码进行对比，确定输入声音的含义；所述语音控制器根据所述主控制器发送的指令，从所述语音存储单元中调用所需语音数据，并对该语音数据进行解码；解码后的语音数据依次经所述音频均衡、数模转换器和功率放大单元后，由所述扬声器将语音信号向外界传出。
3.如权利要求1所述的一种家用教育移动点读机器人，其特征在于：所述人机接口单元包括一按键输入单元、一ZigBee/蓝牙接口单元、一红外遥控接收单元、一LED显示屏、一指示灯和一灯光效果模块；由所述主控制器负责协调各部分的工作，并由所述数据存储单元储存各部分执行命令的信息；所述人机接口单元与所述用户端进行信息交互方式采用手机、遥控器、按键或通过PC机无线网卡遥控。
4.如权利要求1所述的一种家用教育移动点读机器人，其特征在于：所述电机驱动单元包括一比例积分微分控制器、一电机驱动器、一驱动电机、一编码盘、一驱动轮、一伺服电机驱动器和一伺服电机；所述比例积分微分控制器根据所述主控制器的控制指令控制所述电机驱动器，控制所述驱动电机；所述驱动电机驱动轴上的编码盘与所述驱动电机同步转动，将所述驱动电机的驱动轮的运转情况反馈至所述比例积分微分控制器；所述比例积分微分控制器再根据所述编码盘的反馈数据以及所述主控制器的控制指令，对所述电机驱动器实现循环控制；同时所述主控制器向所述伺服电机驱动器发出控制指令，由所述伺服电机驱动器带动所述伺服电机工作。
5.如权利要求4所述的一种家用教育移动点读机器人，其特征在于：所述比例积分微分控制器的控制方式采用位置式比例积分微分控制或者采用增量式比例积分微分控制。
6.如权利要求1所述的一种家用教育移动点读机器人，其特征在于：所述电源管理单元包括一电池电压采集模块、一电流采集模块、一温度采集模块、一电源数据显示单元、一电源指示灯和一通信单元；所述电池电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块将采集到的电池组数据信息发送至所述主控制器内处理后，发送至所述电源数据显示单元，并控制所述电源指示灯的开关；所述电源管理单元通过所述通信单元与所述充电器进行信息交互。
7.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种家用教育移动点读机器人，其特征在于：所述主控制器采用RISC嵌入式微处理器。
8.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种家用教育移动点读机器人，其特征在于：所述智能充电管理单元包括一电流采集单元、一电压采集单元、一存储单元、一电源数据显示单元、一电源指示灯、一充电单元和一通信单元；所述电流采集单元和电压采集单元采集电池组的电压、电流信息，由所述存储单元存储相应信息，并由所述电源数据显示单元和电源指示灯显示出相应状态；所述充电单元由所述充电器的主控制器控制；所述智能充电管理单元通过所述通信单元与所述点读机器人进行信息交互。
9.如权利要求7所述的一种家用教育移动点读机器人，其特征在于：所述智能充电管理单元包括一电流采集单元、一电压采集单元、一存储单元、一电源数据显示单元、一电源指示灯、一充电单元和一通信单元；所述电流采集单元和电压采集单元采集电池组的电压、电流信息，由所述存储单元存储相应信息，并由所述电源数据显示单元和电源指示灯显示出相应状态；所述充电单元由所述充电器的主控制器控制；所述智能充电管理单元通过所述通信单元与所述点读机器人进行信息交互。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20110420 |
|
| C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned |