积木式教育机器人三维仿真平台框架研究

高海涛1,左健2,朱松青1,吴在罗1,徐飞1

(1.南京工程学院 机械学院，江苏 南京211167）

(2.临沂第三实验小学，山东 临沂276000)

    针对目前教育机器人缺少仿真环境、训练过程不完善的缺点，提出了一种集机器人设计、控制程序编写、动态仿真为一体的机器人三维仿真平台。分析了教育机器人三维仿真平台的功能需求。利用面向对象的建模方法和组件化思想，建立了分层的机器人三维仿真平台体系结构和以数据为中心的功能框架，并给出了仿真平台的应用流程。实际应用表明,该仿真平台具有很好的应用前景和推广价值。

    积木式教育机器人是一类以积木式机械结构件和电子结构件为基本构件，以简易、快速的拼装作为主要装配方法的模块机器人。它融合了数学、物理、机械、电子、传感器、计算机软件和硬件以及人工智能等众多领域的科学与技术知识，具有突出的学科综合性和科学探究性特点。目前，常见的积木式教育机器人套件有：国外如乐高公司与麻省理工学院合作开发的乐高机器人［1］，德国的慧鱼创意组合模型［2］等;国内如东南大学研究的教育机器人［3］，上海积成公司的未来之星教育机器人以及广州中鸣科技有限公司的中鸣系列机器人等。通过教育机器人的制作训练及相关配套软硬件的使用，学生能够从系统的角度出发，学会综合运用机械、电子和信息等技术，并将之有机地组织与综合，实现系统整体的最优化，这对培养学生对新技术的综合运用能力、动手能力、创新能力、设计能力及团队合作能力都具有重要意义［4-5］。

    尽管积木式教育机器人具有广泛的应用范围，然而由于目前积木式教育机器人主要还是生产厂家提供的机器人实体，这虽然能够提高学生的动手能力，但对培养学生更高层次的想象能力和创新能力尚存在差距，因此迫切需要更新机器人的配套软件。为此，结合现代先进制造技术和机器人仿真技术，本文提出一种集教育机器人设计、控制程序编写、动态物理仿真等功能为一体的三维可视化教育机器人仿真平台。

1机器人三维仿真平台的功能分析

    积木式机器人的基本组成如图1所示。它一般分为软件和硬件两大部分，其中软件部分主要为一个集成编程环境，用以进行机器人控制程序的设计。硬件部分包括了模块化、系列化的基础构件,传动部件,动力部件,控制器,传感器等模块，用以设计机器人本体。虚拟积木式教育机器人是实体机器人在计算机中的映射，因而它需要仿真出实体教育机器人的各种特性以及与此相关的各种设计活动。

图1积木式教育机器人

    根据教育机器人系统的训练过程，确定机器人三维仿真平台应该具备以下功能［3］：......

 作者简介：高海涛(1979—)，男，山东临沂人，南京工程学院讲师，博士，主要研究方向为服务机器人。
（文章来源《机械设计与制造工程》如需详细资料请联系江苏机械门户网025-83726289）