實物化編程的方法及其在機器人領域的應用技術

本發明專利技術公開了一種實物化編程的方法及其在機器人領域的應用，該方法為：（1）搭建帶有主控板的運行對象；（2）用實物編程積木搭建程序邏輯；（3）連接實物編程模塊與主控板；（4）裝載程序到主控板的存儲器中；（5）解析程序并檢測程序邏輯是否正確；（6）如果程序邏輯正確，則執行程序，并驗證程序的執行是否正確；如果程序邏輯不正確，反饋錯誤塊的信息，修改對應的程序，返回步驟（3）繼續，直到正確為止；（7）如果運行對象運行正確，就結束；否則，修改程序繼續步驟（3），直到運行正確為止。本發明專利技術通過形象化地將實物指令模塊拼接的程序反應到運行對象的運行上，讓兒童以及新手能夠更具體地理解程序，設計程序，修改程序。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于人機交互領域，具體涉及到一種實物化編程的方法及其在機器人領域的應用。
技術介紹
進入21世紀，信息技術推動下知識社會的形成及其對技術創新的影響進一步被認識，科學界進一步反思對創新的認識：技術創新是一個科技、經濟一體化過程，是技術進步與應用創新“雙螺旋結構”(創新雙螺旋)共同作用催生的產物，而且知識社會條件下以需求為導向、以人為本的創新2.0模式(創客)進一步得到關注。在這個世紀里，創客將成為世界的領導者，引領世界走向更加輝煌的一頁。伴隨著當代中國乃至世界對創客的越來越關注，全民創客時代已經來臨。在互聯網時代的今天，計算機和網絡已經成為人們生活中必不可缺少的一部分。作為創客，也必須掌握一項基礎技能，就是“編程”。程序是計算機的大腦，也只有掌握“編程”的技能，然后才能夠參與到計算機創新制作過程中來。傳統的編程通常是通過鍵盤輸入文本語言來完成。這種編程方式對于計算機初學者而言，理解和使用起來很不方便，主要原因是傳統編程語言中的語法和復雜指令，難以被理解和記憶，同時還需要進行大量輸入工作。而一般兒童和新手很難記住和理解程序語言的語法、邏輯關系和程序架構等非常專業的知識。此外，對文字掌握得還不純熟的兒童來說，程序的文本編輯方式缺乏直觀性，兒童無法采用傳統的編程方式來創作自己的程序。圖形化編程向兒童提供了一種編程的可行途徑。它將各種編程的概念轉化為顯示在屏幕上的各種圖形，兒童只需要對于各種圖形進行拖動，就可以完成編程的整個過程。而實物編程被認為是圖形化編程的一個分支。與圖形化編程不同之處在于，實物編程對于程序的操作超越了計算機屏幕的限制。實物編程通過觸覺、物理感知等技術與實物交互，再將實物邏輯轉化為程序邏輯來進行編程。與直接讓兒童操控電腦相比，讓兒童通過操縱實物來進行創作，更容易讓兒童投入到整個過程當中。通過實物編程系統，兒童可以對程序語言的邏輯有更加直觀的理解。程序不再是一行行枯燥的代碼，而是一組形象甚至一組實物的組合，兒童通過對實物的拼接組合，就可以完成普通程序語言通過鍵盤輸入代碼完成的工作。實物編程的特點決定了它更適合兒童進行編程操作。現有技術中國專利CN?102136208A公開了一種實物編程方法和系統，通過圖像采集實物編程塊的表面識別碼，再轉換為對應的功能語義序列，用戶通過在攝像區域擺放具有識別碼的實物模塊來進行簡單編程，這種實物化的編程方法雖然簡單，但其仍然是一種乏味的程序，并不能很好地激發兒童及新手的學習興趣；同時，該方案只能使用已經在計算機中設定好的程序，無法讓兒童以及新手展開開放性思維去自己創建，不具有更深遠的教育意義。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種實物化編程的方法以及其在機器人領域的應用，使得兒童和新手可以擺脫編程語言繁冗的語法，能更好地學習和理解程序設計本身的邏輯。本專利技術的技術方案為：一種實物化編程的方法，其步驟為：(1)搭建帶有主控板的運行對象；(2)選取合適的實物編程積木搭建程序邏輯；(3)連接實物編程模塊與主控板；(4)啟動主控板內的裝載程序把實物編程模塊對應的程序邏輯裝載到主控板的存儲器中；(5)主控板內CPU解析程序并判斷程序邏輯是否正確；(6)如果程序邏輯正確，則執行程序，并驗證程序的執行是否正確；如果程序邏輯不正確，則向錯誤的編程積木模塊反饋信息，修改實物編程模塊對應的程序，返回上述步驟(3)繼續，直到正確為止；(7)如果運行對象運行正確，就結束任務；否則，移動和更換編程積木來修改程序后繼續上述步驟(3)，直到運行對象運行正確為止。進一步地，所述實物編程積木包括基礎編程指令積木、延時類指令積木、傳感器指令積木和其他指令積木。其中，基礎編程指令積木包括：如果判斷指令積木、循環做指令積木、賦值指令積木、計算指令積木、布爾判斷指令積木。進一步地，所述指令積木內部含有一個單片機通過存儲器存儲為該指令模塊標識的一個唯一的ID；或者，所述指令積木內部含有芯片并通過撥碼開關存儲為該指令模塊標識的一個唯一的ID。進一步地，步驟(4)所述的裝載程序通過電路信號，從第一個連接的實物編程積木開始，依次讀取每一個實物編程模塊中的唯一ID，一并把讀取到的實物編程模塊的網絡連接關系存儲到主控板內的存儲器中。優選地，在實物編程積木上裝置LED燈，主控板檢測到錯誤程序模塊輸出信號，對應的LED燈就會亮起。實物化編程方法可應用于機器人領域，其具體步驟為：(1)構思與設計將要搭建的機器人；(2)搭建機器人，其由主控板以及傳感器和發聲發光等模塊組成；(3)根據步驟(1)中所構思的機器人，選取實物編程積木來搭建程序邏輯；(4)連接實物編程模塊與機器人內的主控板；(5)啟動主控板內的裝載程序把實物編程模塊對應的程序邏輯下載到主控板存儲器中；(6)機器人運行：主控模塊解析并執行被裝載的程序。與現有技術相比，本專利技術具有如下的優點和技術效果：1、本專利技術將傳統編程語言的復雜語法簡單化為編程積木的拼接，使兒童以及新手能夠容易地學習編程。2、本專利技術通過實物化的編程控制機器人運行，讓兒童以及新手能夠更形象具體地理解程序，設計程序，修改程序。3、實物編程本身是在開放的空間完成編程過程，所以多個用戶可以在開放的空間內對于同一個任務展開協作。4、本專利技術可應用在機器人領域，并支持大部分傳感器，兒童可以通過操作傳感器了解各種傳感器的應用原理，這大大增加了編程的趣味性。附圖說明圖1為本專利技術的實物化編程方法的流程圖；圖2為本專利技術的基礎類指令模塊示意圖；圖2a—如果判斷指令模塊，圖2b—循環做指令模塊，圖2c—賦值指令模塊，圖2d—計算指令模塊，圖2e—布爾判斷(比較)指令模塊；圖3為本專利技術延時指令模塊示意圖；圖4為本專利技術傳感器輸入類指令模塊示意圖；其中圖4a—傳感器輸入指令模塊，圖4b—模擬傳感器輸入模塊；圖5為本專利技術示例機器人小車專用指令模塊；其中圖5a—機器人前進指令模塊，圖5b—機器人左轉指令模塊，圖5c—機器人右轉指令模塊，圖5d—機器人后退指令模塊，圖5e—機器人停止指令模塊；圖6為本專利技術其它類傳感器指令模塊；其中圖6a—“永遠為1”指令模塊，圖6b—“數字值”指令模塊；圖7為本專利技術實物指令模塊的實體示例圖；圖8為本專利技術實物指令模塊拼接程序示例圖；圖9為本專利技術的實物指令模塊內部原理圖；圖9a為芯片加編碼的開關方式本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種實物化編程的方法，其特征在于其步驟為：(1)搭建帶有主控板的運行對象；(2)選取合適的實物編程積木搭建程序邏輯；(3)連接實物編程模塊與主控板；(4)啟動主控板內的裝載程序把實物編程模塊對應的程序邏輯裝載到主控板的存儲器中；(5)主控板內CPU解析程序并檢測程序邏輯是否正確；(6)如果程序邏輯正確，則執行程序，并驗證程序的執行是否正確；如果程序邏輯不正確，則向錯誤的編程積木模塊反饋信息，修改實物編程模塊對應的程序，返回上述步驟(3)繼續，直到正確為止；(7)如果運行對象運行正確，就結束任務；否則，移動和更換編程積木來修改程序后繼續上述步驟(3)，直到運行對象運行正確為止。

【技術特征摘要】
1.一種實物化編程的方法，其特征在于其步驟為：
(1)搭建帶有主控板的運行對象；
(2)選取合適的實物編程積木搭建程序邏輯；
(3)連接實物編程模塊與主控板；
(4)啟動主控板內的裝載程序把實物編程模塊對應的程序邏輯裝載到主
控板的存儲器中；
(5)主控板內CPU解析程序并檢測程序邏輯是否正確；
(6)如果程序邏輯正確，則執行程序，并驗證程序的執行是否正確；如
果程序邏輯不正確，則向錯誤的編程積木模塊反饋信息，修改實物編程模塊對
應的程序，返回上述步驟(3)繼續，直到正確為止；
(7)如果運行對象運行正確，就結束任務；否則，移動和更換編程積木
來修改程序后繼續上述步驟(3)，直到運行對象運行正確為止。
2.根據權利要求1所述的一種實物化編程的方法，其特征在于：所述實
物編程積木包括基礎編程指令積木、延時類指令積木和傳感器指令積木；其
中，基礎編程指令積木包括：如果判斷指令積木、循環做指令積木、賦值指令
積木、計算指令積木、布爾判斷指令積木。
3.根據權利要求1或2所述的一種實物化編程的方法，其特征在于：所
述指令積木內部含有一個單片機通過存儲器存儲為該指令模塊標識的一個唯一
的ID；或者，所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙敬雙，
申請(專利權)人：趙敬雙，
類型：發明
國別省市：江蘇;32