基于互联网的跨平台虚实融合个性化智能机器设计和竞技系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能机器设计领域，具体是一种基于互联网的跨平台虚实融合个性化智能机器设计和竞技系统。
【背景技术】
[0002]我国开展机器人教育虽已有10多年时间，但总体来说还处于起步阶段。如何在条件、资源、教育环境受限的情况下，使机器人教育走进中小学和家庭教育并体现其潜在的教育价值？利用网络化、虚拟化的机器人系统开展机器人教学活动，对实体机器人进行仿真，既可以降低成本又可以提高效率，不失为一条新的思路。
[0003]因为虚拟机器人具备了低投入、易部署、易开展、易管理等一些独特的优势，教育机器人在中国发展的10多年中，也涌现了一些能局部模拟的虚拟机器人系统，但是在这些虚拟机器人系统中，存在很多共性的问题，主要体现在以下几个方面:都是单机应用，缺乏成员间的互动机制和技术；内容单调，不能很好满足创新需要；扩展性差，系统封闭；应用中不能很好地呈现现实世界的物理规律；缺少对各种活动的过程支撑；缺少可定制的系统评价机制；不能实现和硬件系统的跨平台融合；系统用户体验较差，应用门槛较高。
[0004]从以上问题可以看出，目前存在的各种虚拟机器人系统存在一些系统性的不足，主要原因在于目前的系统开发商都是传统的硬件教育机器人制造机构，对基于网络和虚拟现实环境的机器人系统的认识和开发能力不足，同时目标定位封闭只为自身的硬件机器人配套服务。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于互联网的跨平台虚实融合个性化智能机器设计和竞技系统，借助互联网和三维虚拟现实技术，将传统的线下智能机器设计和竞技活动虚拟化、网络化、游戏化，具有低成本、低门滥、高扩展、丰富的玩法和评价方式的特点。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]基于互联网的跨平台虚实融合个性化智能机器设计和竞技系统，包括网络在线服务及管理系统、个人终端和网络竞技平台；所述个人终端包括智能机器三维结构设计模块、智能机器行为设计模块、三维智能运动模拟和调试模块、三维任务场景设计模块、跨平台虚实融合智能硬件驱动模块，用户通过个人终端进行智能机器作品的结构、行为、运动模拟和调试、场景设计；所述网络在线服务及管理系统分别与网络竞技平台连接、个人终端连接，所述网络在线服务及管理系统通过系列和房间的组织形态，提供内容及规则的发布、组织、管理，竞技评价数据管理，成员数据管理功能，所述网络在线服务及管理系统通过网络竞技平台为所有用户提供实时的智能机器作品在线竞技服务，所述网络在线服务及管理系统还为在线竞技服务提供评价数据的实时统计和查询管理功能。
[0008]作为本发明进一步的方案:所述网络竞技平台的竞技方式包括单人晋级、多人虚拟同场竞技、多人同场协同和竞技、多人同场排名竞技，所述多人虚拟同场竞技方式的对手为虚拟形象，所述多人同场协同和竞技方式的对手为真实的智能机器，所述多人同场排名竞技方式是在一个虚拟场馆中各自完成相同任务比较成绩产生排名。
[0009]作为本发明进一步的方案:所述智能机器三维结构设计模块包括智能积木结构，在每个智能积木结构上虚拟出若干个安装点，通过鼠标或触控的点击选择，两个智能积木结构以安装点自动吸附的方式在工作台中建立点对点精确连接，实现智能积木结构间的组合，同时组合完成后的智能积木结构能够以自动吸附的安装点为轴心进行轴向旋转。
[0010]作为本发明进一步的方案:所述智能积木结构包含控制单元类智能积木结构、传感类智能积木结构、驱动类智能积木结构、结构类智能积木结构，不同类型的智能积木结构具有各自的物理和电子属性。
[0011]作为本发明进一步的方案:所述智能机器行为设计模块包括图形模块化编程平台和图形程序模块，在图形模块化编程平台中将各种内部集成了代码功能的图形程序模块通过点对点拉线连接和嵌入式容器组合的方式完成智能机器行为动作，图形模块化编程平台自动实时将该行为动作转化为高级程序语言代码。
[0012]作为本发明进一步的方案:所述三维智能运动模拟和调试模块是在一个三维的虚拟物理环境和预设的自动化评价机制中，对智能机器三维结构设计模块和智能机器行为设计模块进行运动效果和实时调试全模拟的过程；所述三维智能运动模拟和调试模块支持一个或多个智能机器的运动效果和实时调试全模拟，所述多个智能机器的运动关系取决于任务规则的设计。
[0013]作为本发明进一步的方案:所述一个或多个智能机器的运动效果和实时调试全模拟的整个过程还被保存成录像，以供回放。
[0014]作为本发明进一步的方案:所述三维任务场景设计模块提供三维模型，在工作台中通过立体移动、缩放、旋转、自动吸附方法实现模型的自由组合生成三维物理场景。
[0015]作为本发明进一步的方案:所述跨平台虚实融合智能硬件驱动模块通过虚拟智能机器系统和现实智能机器系统的控制对接实现虚实融合个性化功能，所述虚拟智能机器系统和现实智能机器系统的控制对接包括以下两种方式:在虚拟机器系统中完整模拟现实智能机器系统的外观、控制方法、传感参数和运动效果；将虚拟机器系统的行为控制程序下载至现实智能机器中运行。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果是:通过互联网和三维虚拟现实技术，将传统的线下智能机器设计和竞技活动虚拟化、网络化、游戏化，具体表现为以下几个方面:
[0017](一)即时网络互动竞技
[0018]本发明创造性的使用了基于网络的技术架构，它已经不是一个简单的智能机器设计系统，而是一个全球青少年可即时互动的个性化科技创新设计竞技和游戏化学习平台，通过方便的互联网络系统，可以随时随地进行创新创造和学习竞技。
[0019](二)创新简便
[0020]本发明提供了对智能机器设计的积木式点对点连接的构建过程支持，积木丰富且构建过程简便直观，让每一个青少年都能构建充满个性与创意的智能机器。丰富的智能机器组件元素，各种具备不同物理属性的控制单元和驱动模块，可以让每个孩子的智慧创造力得到充分展现。
[0021](三)低门槛高扩展，受众广泛
[0022]智能的图形模块化行为设计系统，能自动匹配下一个可行的动作设计，可以让低年龄段的青少年很容易地为机器人设计智能行为系统；同时集成的C/C++、C#、Java、Basic、LOGO等代码编程行为设计方式，满足了高阶用户的深度研究和学习。
[0023](四)玩法和评价方式丰富
[0024]本发明能模拟逼真的物理环境和效果，因此任务内容和形式可以很贴近生活并多种多样。通过网络平台将所有的成员聚集后，即能体验单人的竞技挑战，也可以实现多种形式的对抗竞技，丰富了玩法和评价方式，真正实现了“做中玩、玩中学”。
[0025](五)人人可以成为开发者
[0026]本发明提供了各种类型的数百种场景元素，通过简单的堆积组合就能方便构造一个需要的智能任务场景，再通过平台提供的规则设定，即可完成智能任务内容和规则的构建，人人都可以成为一个智能任务游戏设计者。
[0027](六)建立标准化的行为设计方法
[0028]本发明提供的跨平台虚实融合技术，为各种各样的智能机器提供了统一的图形模块化行为设计方法。青少年或老师不用花时间用于熟悉各种不同的行为设计系统上，降低了使用门槛，提高了使用效率。
【附图说明】
[0029]图1是基于互联网的跨平台虚实融合个性化智能机器设计和竞技系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]请参阅图1，本发明实施例中，基于互联网的跨平台虚实融合个性化智能机器设计和竞技系统，包括网络在线服务及管理系统(服务端)、个人终端(客户端)和网络竞技平台，网络在线服务及管理系统分别与个人终端、网络竞技平台连接，所述网络在线服务及管理系统通过系列和房间的组织形态，提供内容及规则的发布、组织、管理，竞技评价数据管理，成员数据管理等功能，并为所有成员提供实时的智能机器作品在线竞技服务，以支撑网络竞技平台。网络竞技平台的竞技方式支持单人晋级、多人虚拟同场竞技(对手为虚拟形象)、多人同场协同和竞技(对手为真实的智能机器，各成员的智能机器可互相接触互相影响)、多人同场排名竞技(在一个虚拟场馆中各自完成相同任务比较成绩产生排名)。所述网络在线服务及管理系统对各种形态的在线竞技提供过程支持和评价数据的实时统计和查询等管理功能。
[0032]所述个人终端主要由智能机器三维结构设计模块、智能机器行为设计模块、三维智能运动模拟和调试模块、三维任务场景设计模块、跨平台虚实融合智能硬件驱动模块构成。用户通过个人终端进行智能机器作品的结构、行为、运动模拟和调试、场景设计。
[0033]所述智能机器三维结构设计模块采用各种类型的智能积木结构的自由组合方式，实现全三维环境下积木式的智能结构设计。智能积木结构主要包含四大类:控制单元、传感类、驱动类、结构类，各种类型的积木具有各自的体积、重量、摩擦、弹性、传感参数、控制参数、驱动方法等物理和电子属性。每个智能积木结构上虚拟出若干个安装点，通过鼠标或触控的点击选择，两个智能积木结构以安装点自动吸附的方式在工作台中建立点对点精确连接，实现智能积木结构间的组合建立，同时组合完成后的智能积木结构可以自动吸附的安装点为轴心进行轴向旋转，因此可以实现大型复杂结构的组合。智能机器三维结构设计模块还提供了模板的创建和使用功能，用以简化重复性的设计工作。在智能机器三维结构设计过程中，可以实时查看物理和电子信息，并提供多视角的自由切换和撤销、恢复、拆卸等工具方便结构的设计和调试。
[0034]所述智能机器行为设计模块包括图形模块化编程平台和图形程序模块，通过图形模块化编程或代码编程的方式，对机器结构进行智能行为设计。图形