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教育机器人是一类应用于教育领域的机器人,对培养学生的创新精神、实践能力及研究性学习能力有重要的作用。它已成为寓教于乐的新型教育模式的重要方面,引起了社会的J“泛关注。本课题为普及机器人教育开发了一种功能完备、性价比高、扩展性好和易教易学的控制系统。
首先,通过分析国内外教育机器人控制系统的优缺点,并针对本项目课题组的第一代教育机器人控制系统存在的缺点,提出控制系统设计要求。在此基础上进行总体方案设计,主要包括嵌入式控制平台方案和PC机编程平台方案。
其次,给出基于Atmega16单片机的嵌入式控制平台详细设计。其中,采用软件模拟I2C总线方法实现多功能端口,可以方便地外接多种外围设备,提高控制系统的可扩展性;设计与实现了底层驱动库函数,用户在进行程序设计的时候,可以直接通过调用库函数访问底层资源。
接着,设计与实现了PC机编程平台。其中,为了满足不同教育阶段或不同水平的用户需求,设计了图形化和类C语言两种编程环境;在类C语言编译器方面,采用了以语法分析为主线的编译结构,并采用语法制导翻译作为语义分析方法,设计并实现了该编译器,其产生的伪机器码供仿真平台上的虚拟控制器解释执行;在AVR编译器方面,通过编写配置文件和批处理文件,实现了基于GCC编译器的AVR编译器,其产生的机器码可通过USB接口下载到控制器中;为了方便学生对照学习和教师讲解编程语言,设计与实现了流程图与类C语言双向实时转换,成为编程平台的一个重要特色。
最后,通过一个控制系统应用实例,即自动分拣黑白球演示模型,展示控制系统易用性和智能性,紧贴教学课程,具有更好的教育价值,这对于教育机器人的普及和应作具有重要的意义。