CN101976518B - 智能行走机器人教具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能行走机器人教具，由机器人主体、姿态信号采集系统、控制行走系统、无线传输系统和小磁钢玻璃板平台组成。姿态信号采集系统包括1至4号霍尔传感器与电子罗盘。1至3号霍尔传感器通过支架安装在智能行走机器人教具两只脚的正前方，4号霍尔传感器安装在智能行走机器人教具左脚外侧，电子罗盘水平安装在机器人主体的头部。1至4号霍尔传感器与电子罗盘和控制行走系统电连接，控制行走系统包括单片机外围电路板、Ni-Cd电池、1号电机和2号电机。1、2号电机分别安装在机器人主体的左、右脚上，其它件安装在机器人主体的背部。安装在机器人主体背部的无线传输系统包括无线数据发送端、飞思卡尔芯片与遥控器接收端等。

Description

智能行走机器人教具

技术领域

本发明涉及一种定点探测和稳定性均较高的自主运动机构，更具体地说，本发明涉及一种智能行走机器人教具。

背景技术

目前，对于智能行走机器人的研究目的主要在提高其控制行走系统的灵活性和智能通讯技术方面及利用仿生学提高电子计算机的控制能力方面。前者通过发展用于智能行走机器人的机械结构和驱动装置来提高其智能行走的鲁棒性；后者希望制造一种可以自我学习的智能程序，并在必要时可以独自用最佳方式解决问题。

用于上述各种用途的智能行走机器人会遇到通讯技术、数学算法、机械结构的鲁棒性等问题。目前智能行走机器人的研究大多在于工业制造、恶劣环境工作、行走平衡及翻越障碍等方面。由此，现有的智能行走机器人的研究对于科研教学的演示教具方面的适应性较低。这给诸如学生对于智能机器人的认知程度、课堂教学的直观性、调动学生的认知积极性等多种工作带来不便并影响到其应用范围和使用效果。

发明内容

本发明所要解决的是现有智能行走机器人教具模拟定点采样并实时发送位置坐标的勘探功能，提供模拟探测不明地带矿藏分布时，容易出现的定点采样不清，转弯不稳定，偏离预定行走方向的问题，提供了一种能利用姿态信号采集系统和控制行走系统干预的、帮助智能行走机器人克服偏离理想轨迹倾向的、能利用无线传输系统干预的、完成模拟探矿数据的采集和机器人启停功能的、具有定点采样并实时发送位置坐标的与用于勘探教学过程的智能行走机器人教具。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的智能行走机器人教具由机器人主体、姿态信号采集系统、控制行走系统、无线传输系统与小磁钢玻璃板平台组成。所述的姿态信号采集系统包括1号霍尔传感器、2号霍尔传感器、3号霍尔传感器、4号霍尔传感器与电子罗盘。

1号霍尔传感器、2号霍尔传感器与3号霍尔传感器通过固定装置安装在智能行走机器人教具两只脚的正前方，4号霍尔传感器安装在智能行走机器人教具左脚外侧。电子罗盘水平安装在机器人主体的头部，使智能行走机器人教具原地转弯时的转轴通过电子罗盘的转动中心。1号霍尔传感器、2号霍尔传感器与3号霍尔传感器通过控制行走系统中的外围电路板和型号为AT89S52的单片机电连接，4号霍尔传感器与电子罗盘和控制行走系统中的型号为AT89S52的单片机电连接。

技术方案中所述的1号霍尔传感器、2号霍尔传感器与3号霍尔传感器通过控制行走系统中外围电路板和型号为AT89S52的单片机电连接是指：1号霍尔传感器、2号霍尔传感器与3号霍尔传感器经外围电路板上的反相器和型号为AT89S52的单片机电连接：1号霍尔传感器的1号引脚与反相器的3A号引脚电连接，反相器的3Y号引脚与型号为AT89S52的单片机的P3.5引脚电连接。2号霍尔传感器的1号引脚与反相器的1A号引脚电连接，反相器的1Y号引脚和型号为AT89S52的单片机的P3.3引脚电连接。3号霍尔传感器的1号引脚与反相器的2A号引脚电连接，反相器的2Y号引脚和型号为AT89S52的单片机的P3.4引脚电连接；所述的4号霍尔传感器和控制行走系统中的型号为AT89S52的单片机电连接是指：4号霍尔传感器的1号引脚和型号为AT89S52的单片机的P1.2引脚电连接；所述的电子罗盘和控制行走系统中的型号为AT89S52的单片机(5)电连接是指：电子罗盘的④号引脚和型号为AT89S52的单片机的P3.1引脚电连接，电子罗盘的⑤号引脚和型号为AT89S52的单片机的P3.0引脚电连接；所述的控制行走系统包括型号为AT89S52的单片机、型号为L298N的电机驱动芯片、外围电路板、Ni-Cd电池、1号电机(11)和2号电机(12)。所述的型号为AT89S52的单片机、型号为L298N的电机驱动芯片、外围电路板与Ni-Cd电池安装在机器人主体的背部，1号电机与2号电机分别安装在机器人左右脚底之内。Ni-Cd电池的正极端与外围电路板上+7.2V引脚电连接，Ni-Cd电池的负极端与外围电路板上GND引脚电连接，外围电路板的+5V输出端和型号为AT89S52的单片机的VCC引脚、飞思卡尔芯片的+VSS、EN A、EN B与+VS引脚电连接。型号为L298N的电机驱动芯片的IN1引脚与型号为AT89S52的单片机的P1.0引脚电连接，型号为L298N的电机驱动芯片的IN2引脚与型号为AT89S52的单片机的P1.1引脚电连接，型号为L298N的电机驱动芯片的IN3引脚与型号为AT89S52的单片机的P3.6引脚电连接，型号为L298N的电机驱动芯片IN4引脚与型号为AT89S52的单片机的P3.7引脚电连接，型号为L298N的电机驱动芯片的SENSE A引脚、SENSE B引脚与GND引脚和外围电路板上的GND接线端电连接。型号为L298N的电机驱动芯片的OUT1引脚与1号电机(11)“+”端电连接，型号为L298N的电机驱动芯片的OUT2引脚与1号电机(11)“-”端电连接，型号为L298N的电机驱动芯片的OUT3引脚与2号电机(12)“+”电连接，型号为L298N的电机驱动芯片的OUT4引脚与2号电机(12)“-”端电连接；所述的无线传输系包括无线数据发送端、无线数据接收端、电脑主机、飞思卡尔芯片与遥控器接收端(2)。无线数据发送端通过PWR引脚与飞思卡尔芯片的PB3引脚电连接，无线数据发送端通过CE引脚与飞思卡尔芯片的PB2引脚电连接，无线数据发送端通过CS引脚与飞思卡尔芯片的PB0引脚电连接，无线数据发送端通过CK1引脚与飞思卡尔芯片的PH2引脚电连接，无线数据发送端通过DR1引脚与飞思卡尔芯片的PB1引脚电连接，无线数据发送端通过DAT引脚与飞思卡尔芯片的PH1引脚电连接，无线数据发送端通过6号引脚与12号引脚与地线相连接。无线数据接收端通过USB插口与电脑主机电连接。飞思卡尔芯片的PA0引脚与型号为AT89S52的单片机的P2.0引脚电连接。遥控器接收端的W3引脚与型号为AT89S52的单片机的I NT1引脚电连接，遥控器接收端的P8引脚与5V电源的正极连接；所述的智能行走机器人教具放置在小磁钢玻璃板平台上，智能行走机器人教具上的1号霍尔传感器、2号霍尔传感器、3号霍尔传感器与4号霍尔传感器和玻璃板面的垂直距离约为5mm，在玻璃板的下表面上粘贴有直径D＝1cm的10至N个小圆磁钢，其中：N取大于10的自然数，每两个小圆磁钢之间的间隔为4cm，小圆磁钢沿直线分布。小长条磁钢分布于第一、三与五列顶端小圆磁钢的左右两侧，所述的小长条磁钢还分布于第二、四与六列顶端小圆磁钢的上下两侧，所述的小长条磁钢还分布于第三与五列下端小圆磁钢的左侧与上侧。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.目前，智能机器人在教学科研机构的实用率较低，特别是直接面向学生作教学演示作用的适应性较低，学生对于智能机器人的认识还比较少，对于地质勘测的模拟教学还未普及。本发明所述的具有模拟野外探矿功能的智能行走机器人教具有效地解决了上述问题，智能行走机器人教具模拟定点采样并实时发送自身的位置坐标，通过无线传输设备实现智能行走机器人教具与控制台间的信号传输，为定点采样的勘探教学提供了良好的教学载体。

2.本发明所述的智能行走机器人教具是直接面向教学、科研机构的教学演示教具，提高了学生对于智能机器人的认知程度和课堂教学的直观性，调动了学生的认知积极性；并且对于机器人与控制中心的无线数据传输、机器人定向导航及行走控制算法作出了初步探索，这大大拓展了本发明的适用范围。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1-a是本发明所述的智能行走机器人教具结构组成的右视图；

图1-b是本发明所述的智能行走机器人教具结构组成的主视图；

图1-c是本发明所述的智能行走机器人教具结构组成的后视图；

图2是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中型号为AT89S52的单片机最小系统引脚的连接示意图；

图3是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中外围电路板上的提供5V电压的稳压电路的电原理图；

图4是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中外围电路板上的提供3V电压的稳压电路及飞思卡尔芯片复位电路的电原理图；

图5是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中外围电路板上的电源插座的电原理图；

图6是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中外围电路板上的电机插座的电原理图；

图7-a是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中型号为L298N的电机驱动芯片相关引脚的结构示意图；

图7-b是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中型号为L298N的电机驱动芯片和1号电机与2号电机连接的电原理图；

图8-a是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中外围电路板上的型号为74HC04N的反向器相关引脚的结构示意图；

图8-b是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中外围电路板上的型号为74HC04N的反向器相关引脚的外形结构示意图；

图9-a是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中1号霍尔传感器的型号为Header 2H的电源插座P1的相关引脚的结构示意图；

图9-b是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中2号霍尔传感器的型号为Header 2H的电源插座P 3的相关引脚的结构示意图；

图9-c是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中3号霍尔传感器的型号为Header 2H的电源插座P5的相关引脚的结构示意图；

图9-d是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中4号霍尔传感器的型号为Header 3H的电源插座P6的相关引脚的结构示意图；

图9-e是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中型号为SM8-31010PA的霍尔传感器结构示意图；

图10是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中遥控器接收端的型号为Header 7X2A的插座P2的相关引脚的结构示意图；

图11-a是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中型号为Header 5X2的电子罗盘P4的相关引脚的结构示意图；

图11-b是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中型号为BQ-CA81-TTL的电子罗盘的相关引脚的结构示意图；

图12-a为本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中型号为MC9S12DP512的飞思卡尔芯片的晶振电路连接示意图；

图12-b为本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中型号为MC9S12DP512的飞思卡尔芯片的稳压电路的连接示意图；

图12-c为本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中型号MC9S12DP512的飞思卡尔芯片的最小系统引脚结构示意图；

图13-a是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中型号为NRF2401的无线数据发送端的插座P7的相关引脚的结构示意图；

图13-b是本发明所述的智能行走机器人教具的实施例中型号为NRF2401的无线数据发送端的实物相关引脚的结构示意图；

图14是本发明所述的智能行走机器人教具中小长条磁钢与小圆磁钢在小磁钢玻璃板平台上放置的平面示意图；

图中：1.机器人主体，2.遥控器接收端，3.型号为L298N的电机驱动芯片，4.飞思卡尔芯片，5.型号为AT89S52的单片机，6.无线数据发送端，7.1号霍尔传感器(左)，8.2号霍尔传感器(中)，9.3号霍尔传感器(右)，10.4号霍尔传感器(脚外侧)，11.1号电机，12.2号电机，13.电子罗盘，14.小长条磁钢，15.小圆磁钢。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明所述的智能行走机器人教具旨在模拟定点采样并实时发送其位置坐标的直接面向学生作野外探矿过程的教学演示。智能行走机器人教具由机器人主体1、姿态信号采集系统、控制行走系统、无线传输系统和小磁钢玻璃板平台组成。所述的姿态信号采集系统负责实行对智能行走机器人教具行走方向上预先设置的小磁钢进行探测，以确保智能行走机器人教具定点采样、转弯和行走方向的控制。所述的控制行走系统负责智能行走机器人教具的行走和控制。所述的无线传输系统实现对机器人启、停控制和相关参数数据与主机的传输。三大系统共同实现对实际探矿过程的教学模拟功能。

I.姿态信号采集系统

姿态信号采集系统负责完成智能行走机器人教具的定点采样、转弯和行走方向的控制功能。姿态信号采集系统包括1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8、3号霍尔传感器9、4号霍尔传感器10与电子罗盘13。1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8与3号霍尔传感器9通过固定装置安装在智能行走机器人教具两只脚的正前方，1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8与3号霍尔传感器9并排排列且排列方向垂直于智能行走机器人教具的行走方向，1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8与3号霍尔传感器9对智能行走机器人教具行走方向上预先设置的小磁钢进行探测，以确保智能行走机器人教具沿直线行走。假设智能行走机器人教具原地转弯时的转轴为z轴，电子罗盘13水平安置于智能行走机器人教具头部并使z轴通过电子罗盘13的转动中心。当某两个相邻的小圆磁钢之间的距离增大到阈值时，需要调用电子罗盘13的方向数据对智能行走机器人教具的行走方向进行实时检测和调整。

1.霍尔传感器与外围电路板的连接

参阅图1-b、图2、图8、图9，1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8与3号霍尔传感器9位于智能行走机器人教具两只脚的正前方，1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8与3号霍尔传感器9通过从智能行走机器人教具左手臂外侧附近绕过的三条导线与智能行走机器人教具背部的外围电路板相连。4号霍尔传感器10位于智能行走机器人教具左脚外侧中间。

智能行走机器人教具两只脚正前方的1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8与3号霍尔传感器9与玻璃板的垂直距离约为5mm。在玻璃板的下表面上粘贴有直径D＝1cm的小圆磁钢15，小圆磁钢15的数量为10至N个，其中：N取大于10的自然数，每两个小圆磁钢15之间的间隔为4cm，小圆磁钢15沿直线分布。1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8与3号霍尔传感器9对智能行走机器人教具行走方向上的小圆磁钢15进行探测，以确保智能行走机器人教具沿直线行走。

控制智能行走机器人教具直线行走的方法为：当左边的1号霍尔传感器7检测到小圆磁钢15时，说智能行走机器人教具行走方向偏右，通过调整智能行走机器人教具脚步电机的转向即使1号电机11反转，而使2号电机12正转，能使之原地向左转过适当角度，以达到调整行走方向的目的；当右边的3号霍尔传感器9检测到小圆磁钢15时，说明智能行走机器人教具行走方向偏左，通过调整智能行走机器人教具脚步电机的转向即使1号电机11正转，而使2号电机12反转，能使之原地向右转过适当角度，以达到调整行走方向的目的。

参阅图14，控制智能行走机器人教具从左下角第一个小圆磁钢15处开始行进，沿直线向上行走，并对产生的方向偏移自主进行调整。在直线末端拐弯处，智能行走机器人教具能通过4号霍尔传感器10探测到位于玻璃下表面的小长条磁钢14给出的拐弯信号而向右原地转弯，当位于智能行走机器人教具前方的1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8与3号霍尔传感器9中的任何一个探测到小长条磁钢14时，智能行走机器人教具停止转弯，实现90度精确右转。转弯后智能行走机器人教具继续前进，当4号霍尔传感器10再次探测到小长条磁钢14给出的转弯信号时，智能行走机器人教具进行第二次90度向右转弯，直到智能行走机器人教具前方的霍尔传感器探测到小长条钢时停止转弯，至此，机器人沿初始行走的反方向行走，并在行进过程中继续对产生的方向偏移自主进行调整。同理，当智能行走机器人教具到达直线末(下)端时进行转弯，由于此次是左转，使智能行走机器人教具开始转弯和停止转弯的小长条磁钢14位于同一侧，因此上下边界处的小长条磁钢14的布置不完全一致。此后智能行走机器人教具再一次90度左转弯，继续沿初始的行进方向行走。在行进过程中，位于智能行走机器人教具前方的霍尔传感器每探测到一次小圆磁钢15时，智能行走机器人教具就通过无线数据发送端6发送相关数据，如坐标及探测到的信号等，数据由和电脑连接的无线数据接收端接收。如此迂回行进，智能行走机器人教具能完成对一片特定区域的定点探测，完成模拟勘探的过程。

小长条磁钢14分布于第一、三与五列顶端小圆磁钢15的左右两侧，小长条磁钢14分布于第二、四与六列顶端小圆磁钢15的上下两侧，小长条磁钢14分布于第三与五列下端小圆磁钢15的左侧与上侧。

智能行走机器人教具两只脚正前方的1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8与3号霍尔传感器9经控制行走系统中外围电路板上的反相器(将1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8或3号霍尔传感器9传来的上升沿信号转换为下降沿信号，触发型号为AT89S52的单片机5进入中断)和型号为AT89S52的单片机5电连接：

左边的1号霍尔传感器7的1号引脚从反相器的3A号引脚输入，并从反相器的3Y号引脚输出，与型号为AT89S52的单片机5的P3.5引脚电连接，1号霍尔传感器7的2号引脚接控制行走系统中外围电路板的稳压电路+5V输出端，1号霍尔传感器7的3号引脚接地。

中间的2号霍尔传感器8的1号引脚从反相器的1A号引脚输入，并从反相器的1Y号引脚输出，与型号为AT89S52的单片机5的P3.3引脚电连接，2号霍尔传感器8的2号引脚接控制行走系统中外围电路板的稳压电路+5V输出端，2号霍尔传感器8的3号引脚接地。

右边的3号霍尔传感器9的1号引脚从反相器的2A号引脚输入，并从反相器的2Y号引脚输出，与型号为AT89S52的单片机5的P3.4引脚电连接，3号霍尔传感器9的2号引脚接控制行走系统中外围电路板的稳压电路+5V输出端，3号霍尔传感器9的3号引脚接地。

整智能行走机器人教具在行进的过程中，当将1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8或3号霍尔传感器9探测到小圆磁钢15的时会输出脉冲，通过型号为AT89S52的单片机5的引脚INT1(即P 3.3)、T0(即P 3.4)、T1、(即P3.5)触发中断，智能行走机器人教具停止行进。并且，在中断服务程序中，判断整智能行走机器人教具的行走方向后调用调整模块进行方向调整；调用无线数据模块将模拟探矿所测得的数据传至电脑。然后，机器人继续行进，等待下一次探测到的磁钢的信号。

在智能行走机器人教具左脚外侧中间设置有4号霍尔传感器10，通过连接装置固定于智能行走机器人教具的左脚上。在智能行走机器人教具行走方向的末端，有粘贴于玻璃板下方的小长条磁钢14，对智能行走机器人教具的拐弯位置进行标定。当智能行走机器人教具左脚外侧中间的4号霍尔传感器10探测到小长条磁钢14时，智能行走机器人教具进入拐弯程序，当智能行走机器人教具两只脚正前方的1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8与3号霍尔传感器9中的任何一个探测到下一行进方向上的小长条磁钢14时，拐弯结束，智能行走机器人教具继续行进。

智能行走机器人教具左脚外侧中间的4号霍尔传感器10的1号引脚与型号为AT89S52的单片机5的P1.2引脚电连接，4号霍尔传感器10的2号引脚接控制行走系统中外围电路板的稳压电路+5V输出端，4号霍尔传感器10的3号引脚接地。

2.电子罗盘与外围电路板的连接

参阅图1-c、图2、图11，当每两个小圆磁钢15之间的距离增大到一定数值时，仅靠位于智能行走机器人教具两只脚正前方的1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8与3号霍尔传感器9来调整智能行走机器人教具的行走方向已是不大可能了，这是由于智能行走机器人教具行走过程中总会因自身的结构问题或外部因素而偏离原来的方向，这时就需要调用电子罗盘13的方向数据对于智能行走机器人教具的行走方向进行实时的检测和调整。假设智能行走机器人教具原地转弯时的转轴为z轴，则电子罗盘13水平安置于智能行走机器人教具头部并使z轴通过电子罗盘13的转动中心。电子罗盘13的④号引脚即TXD引脚与型号为AT89S52的单片机5的P3.1引脚电连接，将测得的行走方向的角度值送入型号为AT89S52的单片机5进行处理，型号为AT89S52的单片机5调用方向调整模块，通过与初始设定的行进方向进行比较，对智能行走机器人教具的当前行走方向作出调整。电子罗盘13的⑤号引脚即RXD引脚与型号为AT89S52的单片机5的P3.0引脚电连接，用以接收型号为AT89S52的单片机5给电子罗盘13的控制信号。电子罗盘13的①号引脚即VCC引脚接稳压电路的+5V输出端，电子罗盘13的②号引脚即GND引脚接地，电子罗盘13的③号引脚悬空。

II.控制行走系统

控制行走系统是实现本发明所述的智能行走机器人教具的行走和制动的控制。控制行走系统包括型号为AT89S52的单片机5、外围电路板、型号为L298N的电机驱动芯片3、Ni-Cd电池、1号电机11和2号电机12。

1.电源管理(位于外围电路板中)

参阅图1-c、图2、图3，本发明所述的智能行走机器人教具所采用的电池是Ni-Cd电池，所述的Ni-Cd电池的供电连接方式为：Ni-Cd电池的正极端与外围电路板上+7.2V引脚电连接，Ni-Cd电池的负极端与外围电路板上GND引脚电连接。供电情况如下：

型号为AT89S52的单片机5——5V；飞思卡尔芯片4——5V；型号为L298N的电机驱动芯片3——5V；电子罗盘13——5V；1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8、3号霍尔传感器9与4号霍尔传感器10——5V；反相器——5V；遥控器接收端2——5V；无线数据发送端6——3V。

外围电路板中由1号稳压芯片组成的稳压电路完成电池电压+7.2V转为+5V。外围电路板(稳压芯片)的+5V输出端和型号为AT89S52的单片机5的VCC引脚电线连接，和型号为L298N的电机驱动芯片3的+VSS、EN A、EN B与+VS引脚电线连接，和电子罗盘13的VCC引脚、1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8、3号霍尔传感器9与4号霍尔传感器10的2号引脚电线连接，和反相器的VCC引脚电线连接。

2.电机驱动模块

参阅图1-c、图2、图6、图7，型号为AT89S52的单片机5和型号为L298N的电机驱动芯片3控制1号电机11和2号电机12转动继而带动智能行走机器人教具的双脚使之进行交替滑步行进。型号为AT89S52的单片机5和型号为L298N的电机驱动芯片3可实现对1号电机11和2号电机12正转、反转及制动的控制。

所述的型号为L298N的电机驱动芯片3与外围电路板上的型号为AT89S52的单片机5的连接是指：型号为L298N的电机驱动芯片3的IN1引脚与型号为AT89S52的单片机5的P1.0引脚电连接；型号为L298N的电机驱动芯片3的IN2引脚与型号为AT89S52的单片机5的P1.1引脚电连接；型号为L298N的电机驱动芯片3的IN3引脚与型号为AT89S52的单片机5的P3.6引脚电连接；型号为L298N的电机驱动芯片3的IN4引脚与型号为AT89S52的单片机5的P3.7引脚电连接；型号为L298N的电机驱动芯片3的+VSS引脚、EN A引脚、EN B引脚、+VS引脚与外围电路板上的+5V输出端电连接；型号为L298N的电机驱动芯片3的SENSE A引脚、SENSE B引脚、GND引脚与外围电路板上的GND接线端电连接。

所述的1号电机11和2号电机12与型号为L298N的电机驱动芯片3的连接是指：型号为L298N的电机驱动芯片3的OUT1引脚与1号电机11的“+”端电线连接；型号为L298N的电机驱动芯片3的OUT2引脚与1号电机11的“-”端电线连接；型号为L298N的电机驱动芯片3的OUT3引脚与2号电机12的“+”电线连接；型号为L298N的电机驱动芯片3的OUT4引脚与2号电机12的“-”端电线连接；

3.中断管理(控制行走系统中可编程行驶策略控制单元)

1)中断接口的电路连接，即1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8、3号霍尔传感器9、遥控器接收端2与型号为AT89S52的单片机5中断接口的连接。

参阅图1-c与图2，所述的1号霍尔传感器7、2号霍尔传感器8、3号霍尔传感器9、4号霍尔传感器10、遥控器接收端2与型号为AT89S52的单片机5中断接口的连接方式为：型号为AT89S52的单片机5的T₀引脚(P3.4)与1号霍尔传感器7通过控制行走系统中外围电路板上的反相器电连接，型号为AT89S52的单片机5的T₁引脚(P3.5)与2号霍尔传感器8通过控制行走系统中外围电路板上的反相器电连接，型号为AT89S52的单片机5的INTO引脚(P3.2)与3号霍尔传感器9通过控制行走系统中外围电路板上的反相器电连接，型号为AT89S52的单片机5的引脚P1.2与4号霍尔传感器10直接电连接。

参阅图2和图10；型号为AT89S52的单片机5的INT1引脚(P3.3)与遥控器接收端2的W3引脚电线连接。

2)中断模块

参阅图1-c，当所述的左侧1号霍尔传感器7探测到磁信号时，向型号为AT89S52的单片机5发送中断请求，控制智能行走机器人教具停止向前运动；当所述的中间2号霍尔传感器8探测到磁信号时，向型号为AT89S52的单片机5发送中断请求，控制智能行走机器人教具停止向前运动；当所述的右侧3号霍尔传感器9探测到磁信号时，向型号为AT89S52的单片机5发送中断请求，控制智能行走机器人教具停止向前运动；所述的遥控器接收端2向型号为AT89S52的单片机5发送中断请求，控制智能行走机器人教具停止或控制智能行走机器人教具开始向前运动。

当左侧1号霍尔传感器7、中间2号霍尔传感器8、右侧3号霍尔传感器9探测到磁信号时，得到的是上升沿信号，需通过控制行走系统中外围电路板上的型号为74HC04N的反相器将上升沿信号转换为下降沿信号，才能触发型号为AT89S52的单片机5的中断。此时的中断服务子程序调用程序中姿态调整模块和无线数据发送模块对智能行走机器人教具姿态进行调整并往无线数据接收端(电脑主机)发送相关数据。

当智能行走机器人教具左脚外侧4号霍尔传感器10探测到磁信号时，型号为AT89S52的单片机5的P1.2引脚为高电平信号，型号为AT89S52的单片机5通过程序扫描法扫描该引脚信号，若为高电平则进入中断。此时的中断服务子程序调用程序中拐弯模块使机器人进行拐弯动作。

当遥控器接收端2的W3引脚为低电平信号时，型号为AT89S52的单片机5的INT1引脚(P3.3)也为低电平信号，型号为AT89S52的单片机5进入中断，智能行走机器人教具处于停止状态；当遥控器接收端2的W3引脚为高电平信号时，型号为AT89S52的单片机5的INT1引脚(P3.3)也为高电平信号，型号为AT89S52的单片机5跳出中断，智能行走机器人教具处于行进状态。

III.无线传输系统

无线传输系统实现对智能行走机器人教具启停控制和相关参数数据与主机传输。无线传输系统由无线数据发送端6、无线数据接收端、电脑主机、飞思卡尔芯片4、遥控器接收端2(控制机器人起停)组成。

无线数据发送端6与飞思卡尔芯片4的连接如图12、13，无线数据发送端6用于在智能行走机器人教具探矿的过程中，将有关资料传送至电脑，鉴于智能行走机器人教具的整体布置，将无线数据发送端6布置在智能行走机器人教具的背部。无线数据发送端6通过PWR引脚与飞思卡尔芯片4的PJ7引脚电连接，无线数据发送端6通过CE引脚与飞思卡尔芯片4的PJ6引脚电连接，无线数据发送端6通过CS引脚与飞思卡尔芯片4的PJ0引脚电连接，无线数据发送端6通过CK1引脚与飞思卡尔芯片4的PH2引脚电连接，无线数据发送端6通过DR1引脚与飞思卡尔芯片4的PJ1引脚电连接，无线数据发送端6通过DAT引脚与飞思卡尔芯片4的PH1引脚电连接，无线数据发送端6通过6号引脚与12号引脚与地线相连接。

参阅图12，型号为MC9S12DP512的飞思卡尔芯片4用于连接无线数据发送端6并将智能行走机器人教具探测到的有关数据发送给无线数据接收端，无线数据接收端通过USB插口与电脑主机电连接，飞思卡尔芯片4安装在智能行走机器人教具背上。型号为AT89S52的单片机5作为主控芯片，飞思卡尔芯片4为辅助芯片，型号为AT89S52的单片机5的P2.0引脚与飞思卡尔芯片4的PA0引脚电连接，通过该引脚控制飞思卡尔芯片4，实现无线数据发送端6向无线数据接收端(电脑主机)的相关数据传输。

遥控器接收端2的W3引脚与型号为AT89S52的单片机5的INT1引脚(P3.3)电连接；遥控器接收端2的P8引脚与5V电源的正极连接；GND脚与地电接。

实施例中的智能行走机器人教具及其所选用零部件的性能参数

1.智能行走机器人教具的性能参数

智能行走机器人教具重量：2kg；

智能行走机器人教具体积：20cm×20cm×40cm；

2.智能行走机器人教具所选用的零部件

型号为MC9S12DP512的飞思卡尔芯片4；

型号为AT89S51的51系列的单片机5；

型号为LM2940CT的1号稳压芯片；

型号为ASM1117-3.3V的2号稳压芯片；

型号为BQ-CA-TTL的电子罗盘13；

型号为SM8-31010PA的霍尔传感器7；

型号为SM8-31010PA的霍尔传感器8；

型号为SM8-31010PA的霍尔传感器9；

型号为SM8-31010PA的霍尔传感器10；

型号为74HC04N的反相器；

型号为L298N的电机驱动芯片3；

型号为NRF2401的无线数据发送端6；

型号为Net-USB2401的无线数据接收端(与电脑主机USB口连接)；

型号为7.2V 2000mAh的Ni-Cd电池；

直径为1cm的小圆磁钢。

Claims (1)

1.一种智能行走机器人教具，由机器人主体(1)、姿态信号采集系统、控制行走系统、无线传输系统与小磁钢玻璃板平台组成，其特征在于，所述的姿态信号采集系统包括1号霍尔传感器(7)、2号霍尔传感器(8)、3号霍尔传感器(9)、4号霍尔传感器(10)与电子罗盘(13)；

1号霍尔传感器(7)、2号霍尔传感器(8)与3号霍尔传感器(9)通过固定装置安装在智能行走机器人教具两只脚的正前方，4号霍尔传感器(10)安装在智能行走机器人教具左脚外侧，电子罗盘(13)水平安装在机器人主体(1)的头部，使智能行走机器人教具原地转弯时的转轴通过电子罗盘(13)的转动中心，1号霍尔传感器(7)、2号霍尔传感器(8)与3号霍尔传感器(9)通过控制行走系统中的外围电路板和型号为AT89S52的单片机(5)电连接，4号霍尔传感器(10)与电子罗盘(13)和控制行走系统中的型号为AT89S52的单片机(5)电连接；

所述的1号霍尔传感器(7)、2号霍尔传感器(8)与3号霍尔传感器(9)通过控制行走系统中外围电路板和型号为AT89S52的单片机(5)电连接是指：型号为SM8-31010PA的1号霍尔传感器(7)、型号为SM8-31010PA的2号霍尔传感器(8)与型号为SM8-31010PA的3号霍尔传感器(9)经外围电路板上的型号为74HC04N的反相器和型号为AT89S52的单片机(5)电连接；

型号为SM8-31010PA的1号霍尔传感器(7)的1号引脚与型号为74HC04N的反相器的3A号引脚电连接，型号为74HC04N的反相器的3Y号引脚与型号为AT89S52的单片机(5)的P3.5引脚电连接；

型号为SM8-31010PA的2号霍尔传感器(8)的1号引脚与型号为74HC04N的反相器的1A号引脚电连接，型号为74HC04N的反相器的1Y号引脚和型号为AT89S52的单片机(5)的P3.3引脚电连接；

型号为SM8-31010PA的3号霍尔传感器(9)的1号引脚与型号为74HC04N的反相器的2A号引脚电连接，型号为74HC04N的反相器的2Y号引脚和型号为AT89S52的单片机(5)的P3.4引脚电连接；

所述的4号霍尔传感器(10)和控制行走系统中的型号为AT89S52的单片机(5)电连接是指：型号为SM8-31010PA的4号霍尔传感器(10)的1号引脚和型号为AT89S52的单片机(5)的P1.2引脚电连接；

所述的电子罗盘(13)和控制行走系统中的型号为AT89S52的单片机(5)电连接是指：型号为BQ-CA81-TTL的电子罗盘(13)的4号引脚和型号为AT89S52的单片机(5)的P3.1引脚电连接，型号为BQ-CA81-TTL的电子罗盘(13)的5号引脚和型号为AT89S52的单片机(5)的P3.0引脚电连接；

所述的控制行走系统包括型号为AT89S52的单片机(5)、型号为L298N的电机驱动芯片(3)、外围电路板、Ni-Cd电池、1号电机(11)和2号电机(12)；

所述的型号为AT89S52的单片机(5)、型号为L298N的电机驱动芯片(3)、外围电路板与Ni-Cd电池安装在机器人主体(1)的背部，1号电机(11)与2号电机(12)分别安装在机器人左右脚底之内；

Ni-Cd电池的正极端与外围电路板上+7.2V引脚电连接，Ni-Cd电池的负极端与外围电路板上GND引脚电连接，外围电路板的+5V输出端和型号为AT89S52的单片机(5)的VCC引脚、型号为L298N的电机驱动芯片(3)的+VSS、EN A、EN B与+VS引脚电线连接；

型号为L298N的电机驱动芯片(3)的IN1引脚与型号为AT89S52的单片机(5)的P1.0引脚电连接，型号为L298N的电机驱动芯片(3)的IN2引脚与型号为AT89S52的单片机(5)的P1.1引脚电连接，型号为L298N的电机驱动芯片(3)的IN3引脚与型号为AT89S52的单片机(5)的P3.6引脚电连接，型号为L298N的电机驱动芯片(3)IN4引脚与型号为AT89S52的单片机(5)的P3.7引脚电连接，型号为L298N的电机驱动芯片(3)的SENSE A引脚、SENSE B引脚与GND引脚和外围电路板上的GND接线端电连接；

型号为L298N的电机驱动芯片(3)的OUT1引脚与1号电机(11)“+”端电连接，型号为L298N的电机驱动芯片(3)的OUT2引脚与1号电机(11)“-”端电连接，型号为L298N的电机驱动芯片(3)的OUT3引脚与2号电机(12)“+”端电连接，型号为L298N的电机驱动芯片(3)的OUT4引脚与2号电机(12)“-”端电连接；

所述的无线传输系统包括型号为NRF2401的无线数据发送端(6)、型号为Net-USB2401的无线数据接收端、电脑主机、型号为MC9S12DP512的飞思卡尔芯片(4)与型号为Header 7X2A的遥控器接收端(2)；

型号为NRF2401的无线数据发送端(6)通过PWR引脚与型号为MC9S12DP512的飞思卡尔芯片(4)的PJ7引脚电连接，型号为NRF2401的无线数据发送端(6)通过CE引脚与型号为MC9S12DP512的飞思卡尔芯片(4)的PJ6引脚电连接，型号为NRF2401的无线数据发送端(6)通过CS引脚与型号为MC9S12DP512的飞思卡尔芯片(4)的PJ0引脚电连接，型号为NRF2401的无线数据发送端(6)通过CK1引脚与型号为MC9S12DP512的飞思卡尔芯片(4)的PH2引脚电连接，型号为NRF2401的无线数据发送端(6)通过DR1引脚与型号为MC9S12DP512的飞思卡尔芯片(4)的PJ1引脚电连接，型号为NRF2401的无线数据发送端(6)通过DAT引脚与型号为MC9S12DP512的飞思卡尔芯片(4)的PH1引脚电连接，型号为NRF2401的无线数据发送端(6)通过6号引脚与12号引脚与地线相连接；

型号为Net-USB2401的无线数据接收端通过USB插口与电脑主机电连接；

型号为MC9S12DP512的飞思卡尔芯片(4)的PA0引脚与型号为AT89S52的单片机(5)的P2.0引脚电连接；

型号为Header 7X2A的遥控器接收端(2)的W3引脚与型号为AT89S52的单片机(5)的INT0引脚电连接，型号为Header 7X2A的遥控器接收端(2)的P8引脚与5V电源的正极连接；

所述的智能行走机器人教具放置在小磁钢玻璃板平台上，智能行走机器人教具上的1号霍尔传感器(7)、2号霍尔传感器(8)、3号霍尔传感器(9)与4号霍尔传感器(10)和玻璃板面的垂直距离为5mm，在玻璃板的下表面上粘贴有直径D为1cm的10至N个小圆磁钢(15)，其中：N取大于10的自然数，每两个小圆磁钢(15)之间的间隔为4cm，小圆磁钢(15)沿直线分布；

小长条磁钢(14)分布于第一、三与五列顶端小圆磁钢(15)的左右两侧，所述的小长条磁钢(14)还分布于第二、四与六列顶端小圆磁钢(15)的上下两侧，所述的小长条磁钢(14)还分布于第三与五列下端小圆磁钢(15)的左侧与上侧。

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