这就是我们设计机器人的方式。

-教学机器人产品的里程碑式探索。

(作者:邓)

动画一起陪女儿看电影《大英雄6》。我以为只是和孩子玩玩，没想到被电影里的奇思妙想吸引住了。故事主角小红发明了一种机器人，它以单个磁性微型机器人为基本单元，在人脑思维的控制和操纵下可以任意组合，形成千变万化的应用机器人:

这种微型磁力机器人可以看作是在程序的控制下各部分任意组合而具有特定结构和功能并能完成指定任务的机器人。这个设计理念与我多年前主导研发设计生产的一款教育机器人产品“X-Robot”的理念不谋而合。

X-Robot是一个庞大的教育机器人系统。虽然它不具备像磁微型机器人那样的思维控制和磁结合功能，但我们在设计之初就制定了几个通用的设计要点:

1.机器人必须是装配的，即无数个零件组合成无数个组件，再组合成现实生活中无数个机器人模型作为教学装置(套)，从而体现教学机器人的特点。

2.产品最终以课程的形式体现并用于教学，必须满足以下条件:不同形式(课内、课后、辅助教学、兴趣活动等。)、不同对象(学前班、小学、中学、大学、爱好者等。)、不同环境(教室、实验室、培训机构、家庭等。)和不同的目标(教学、竞赛等。).在这些条件的不同组合下，可以开发的课程数量非常多；

3.既然是课程，产品体系还包括针对不同课程的标准、大纲、教案、教材、教具、课件等体系；

4.产品涉及的教学知识包括但不限于以下几个方面:结构、机械、电力、能源、动力、电子、计算机、算法与编程、自动控制、人工智能等。，并根据不同的教学对象和课程形式对难度和教学重点进行分级。

单一课程产品的体系结构如下图所示:

磁性微型机器人只有一个可以任意组合的部件，而X-Robot有上千个部件，而且数量还在随着研发的速度不断增加。所有这些零件的起源和设计思路的逻辑起点都是一分砖，这是丹麦乐高插件玩具中最基本且不可拆卸的基本结构部件:

在这块砖的基础上，X-Robot创新性地开发了上千种新型结构部件和机械部件，革命性(获得多项实用新型专利)赋予了它电子化、智能化和模块化的功能。一些结构部件和机械部件如下:

在结构件或机械件上加上金属导电簧片，就成了可以随意连接的导电线；另外，配有各种类型的开关、电池盒、外接电源、电源适配器接口、电机、气泵、活塞等。，形成模块化的电子器件和功率器件，使X-Robot的部件带电:

将电阻、电容、二极管、三极管、晶闸管、晶体振荡器等各种类型的电子元件和光、热、声、磁、电、触觉等不同的传感器加入到电子元件和电气元件中，生产出各种可以随意连接组合的模块化电子元件和传感器，从而使X-Robot的零件电子化。

添加各种规格的芯片，集成电路板，红外线，蓝牙，继电器，数码管等。到各种电子零件，生成各种可以任意连接组合的模块化芯片模块，从而使X-Robot的零件智能化:

那么，核心部分，机器人，或者任何自动化设备，或者任何人工智能系统的核心部分——控制系统，其实就是一个单片机系统，有CPU，RAM，ROM，底层操作系统，输入输出接口，有线和无线通信模块。同时，它必须具有下载应用程序的功能，并封装在一个可插拔的模块中，以形成一个控制器。当时，第一代控制器CPU中使用的C85系列芯片很快被直接用于第二代，其主要性能参数ARM7如下:

32位微处理器，工作频率64MHz，双通道UART，内置16字节FIFO，兼容Irda1.0规范；液晶控制器(可直接控制DSTN/STN /256彩色液晶屏的各种灰度，支持的最大分辨率为(1600 * 1600)；LINUX操作系统平台是通用的，用户可以根据自己的需要修改程序。同时，用户可以根据自己的需要编辑LINUX下的C文件，使用一定的方法生成镜像文件，通过USB或射频从PC下载到控制器。

有了控制系统，还必须有上位机的编程软件。我们针对不同年龄段的学生开发了C语言编程软件和图形化语言编程软件。各种机器人使用的控制程序可以根据示教要求在PC机上编程，然后下载到控制器上执行。此外，上位机程序还具有控制编程、用户评分、程序模拟、在线更新等功能。

至此，学生可以根据课程要求自行组装各种教学机器人，其组合层出不穷，如:

在此基础上开发了面向中小学的多门课程，特别是设计与工艺、电子控制技术、简单机器人制作等课程体系的实验室配套课程，包括教材、教案、教具、课件等。，符合我国高中课程改革:

开发了各种教学材料

广州市中原中学通用技术实验室

苏州熊健职业技术学院机器人实验室

南京市第二十七中学通用技术实验室

基于其四大设计理念，X-Robot教育机器人可以真正实现“教、学、做、用、玩”五大功能。制造机器人的主要步骤如下:

1.设计和制造受控部分，包括机架、机械、动力和传动；

2.设计传感系统，包括各种传感器的选择和配置；

3.设计制造控制系统(开放式控制器)，先设计电路原理，再用我们开发的电子积木搭建电路板，实现开放式控制器的设计制造；

4.设计控制程序，通过计算机对芯片(模块化封装芯片)进行编程和烧录；

5.机器人集成测试、调试、修改和最终功能实现。

6.机器人应用设计:将控制系统封装在一个封闭的盒子里，与各种外部辅助设备连接，通过编程软件进行编程，从应用的角度进行组装，从而学习机器人的创造性使用。

X-Robot以课程的形式系统地体现了教育机器人，是我国教育机器人史上的重大突破。X-Robot已经在全国中小学广泛使用，在通用技术、科学、物理、电子、机器人等实验室教学中发挥着巨大的作用。X-Robot教育机器人从面向市场的那一天起，就成为了国内外众多教育机器人厂商学习和模仿的标杆之一！