CN106128173A

CN106128173A - 一种教学机器人

Info

Publication number: CN106128173A
Application number: CN201610718037.7A
Authority: CN
Inventors: 梁成
Original assignee: Yulin Nationality Middle School
Current assignee: Yulin Nationality Middle School
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2016-11-16

Abstract

本发明提供一种教学机器人，包括车架、左车轮、右车轮、左电机、右电机、装设于车架上的电源模块、驱动板及主控板，驱动板及主控板均与电源模块连接，主控板连接驱动板，左电机及右电机分别连接于驱动板的两个输出端，主控板内还存储有由Scratch软件编程而得的行走控制程序，以使得主控板能够通过向驱动板输出相应的高低平信号，以控制左电机及右电机的转向，以及使得主控板能够通过向驱动板输出相应的输出脉冲宽度调制值，以分别控制左电机和右电机的转速。上述教学机器人结构简单、成本低廉，能够根据操作指令全方位移动，并且编程过程简单易懂。

Description

一种教学机器人

【技术领域】

本发明涉及教学设备技术领域，特别涉及一种教学机器人。

【背景技术】

随着人工智能技术、计算机技术等相关技术的发展，对智能机器人的研究越来越多。在教育领域，许多院校已在学生中开设了机器人学方面的有关课程。为了满足机器人学方面的有关课程教学示范和实验教学的需求，教学机器人应允而生。综观市场上教育类机器人存在一些不足之处：1、造价高，对学校，尤其是农村学校机器人教学造成负担，不利于机器人教学的推广；2、机器人无法完成复杂的执行任务，其移动智能朝前或朝后移动，无法根据操作指令全方位移动；3、机器人编程软件复杂，不易学会，甚至有的要用到专业的编程语言，对普通使用者及中小学生来说很难理解。

【发明内容】

针对上述存在的问题，有必要提供一种教学机器人，该教学机器人结构简单、成本低廉，能够根据操作指令全方位移动，并且编程过程简单易懂。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种教学机器人，包括车架、左车轮、右车轮、左电机、右电机，所述左车轮及右车轮分别转动地装设于所述车架的相对两侧，所述左电机装设于所述车架上并与所述左车轮连接，所述右电机装设于所述车架上并与所述右车轮连接，所述教学机器人还包括装设于所述车架上的电源模块和控制电路，所述控制电路包括驱动板及主控板，所述驱动板及所述主控板均与所述电源模块连接，所述主控板的0号数字口连接所述驱动板的INA信号输入端，所述主控板的1号数字口连接所述驱动板的INB信号输入端，所述主控板的2号数字口连接所述驱动板的INC信号输入端，所述主控板的3号数字口连接所述驱动板的IND信号输入端，所述主控板的16号数字口连接所述驱动板的ENA信号输入端，所述主控板的17号数字口连接所述驱动板的ENB信号输入端，所述左电机及所述右电机分别连接于所述驱动板的两个输出端，所述主控板内还存储有由Scratch软件编程而得的行走控制程序，以使得所述主控板能够通过所述0号数字口及所述1号数字口向所述驱动板输出相应的高低平信号，以控制所述左电机的转向，且所述主控板能够通过所述2号数字口及所述3号数字口向所述驱动板输出相应的高低平信号，以控制所述右电机的转向；以及使得所述主控板能够通过所述16号数字口和所述17号数字口向所述驱动板输出相应的输出脉冲宽度调制值，以分别控制所述左电机和所述右电机的转速。

进一步地，所述控制电路还包括左光电传感器及右光电传感器，所述左光电传感器及所述右光电传感器均与所述电源模块电连接，所述左光电传感器的信号输出端连接所述主控板的8号数字口，所述右光电传感器的信号输出端连接所述主控板的9号数字口。

进一步地，所述电源模块包括电池、开关及稳压芯片，所述电池通过所述开关及所述稳压芯片后分别与所述主控板、所述左光电传感器及所述右光电传感器电连接，所述电池通过所述开关后与所述驱动板连接。

进一步地，所述稳压芯片为7805芯片。

进一步地，所述电池的输出电压为7.4V。

进一步地，所述主控板采用好好搭搭控制芯片。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的教学机器人，结构简单，每个教学机器人的成本不到100元人民币，成本低廉，尤其适用于农村学校等机器人教学的推广；通过主控板0～3号数字口向驱动板输出相应的高低电平信号，即可使得教学机器人教学前进、后退、左右转弯等基本动作，通过内设于主控板内的行走控制程序，还能将上述基本动作结合起来，以使得教学机器人能够根据指令走直线、走方框、走圆形等复杂路径，实现机器人的全方位移动，丰富了教学内容；同时，本发明中的行走控制程序采用Scratch软件编程获得，由于Scratch软件利用卡通界面和图形化编程，把编程需要的基本技巧囊括其中，包括建模、控制、动画、事件、逻辑、运算等等，非常容易掌握。通过这个工具平台，孩子可以快速掌握编程技巧，充分发挥自己的想象力。因此Scratch软件可适用于教育8～16岁的儿童及青少年快速的实现动画、游戏的学习制作，通过Scratch软件的学习可以让孩子为以后学习高级语言编程打下良好的基础，并且由于Scratch软件是免费的自由软件，也利于降低机器人的教学成本。

2、本发明的教学机器人，利用光电传感器还可以使得机器人循迹，走迷宫，丰富了教学内容。

3、本发明的教学机器人具有结构简单、方便实用的优点，填补了机器人教育领域内的不足之处，能让机器人爱好者以及大中小学生有更多的机会去了解和学习机器人，并在实践中提高创新能力和动手能力，有利于素质教育。

【附图说明】

图1为本发明一较佳实施方式的教学机器人的结构示意图。

图2为图1所示教学机器人的电源模块及控制电路的连接示意图。

图3至图5为图1所示教学机器人的使用状态示意图。

附图中，100-教学机器人、2-车架、3-左车轮、4-右车轮、5-左电机、6-右电机、7-控制电路、72-驱动板、74-主控板、76-左光电传感器、78-右光电传感器、8-电源模块、82-稳压芯片、200-黑线。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参见图1及图2，本发明实施方式提供一种教学机器人100，包括车架2、左车轮3、右车轮4、左电机5、右电机6、控制电路7和电源模块8。左车轮3及右车轮4分别转动地装设于车架2的相对两侧。左电机5装设于车架2上并与左车轮3连接。右电机6装设于车架2上并与右车轮4连接。

控制电路7包括驱动板72及主控板74，驱动板72及主控板74均与电源模块8连接。驱动板72的两个输出端分别连接左电机5及右电机6。在本实施方式中，主控板74为好好搭搭(haohaodada)控制芯片。主控板74的0号数字口连接驱动板72的INA信号输入端；主控板74的1号数字口连接驱动板72的INB信号输入端；主控板74的2号数字口连接驱动板72的INC信号输入端；主控板74的3号数字口连接驱动板72的IND信号输入端；主控板74的16号数字口连接驱动板72的ENA信号输入端；主控板74的17号数字口连接驱动板72的ENB信号输入端。主控板74内还存储有由Scratch软件编程而得的行走控制程序，以使得主控板74能够通过0号数字口及1号数字口向驱动板72输出相应的高低平信号，以控制左电机5的转向，且主控板74能够通过2号数字口及3号数字口向驱动板72输出相应的高低平信号，以控制右电机6的转向；以及使得主控板74能够通过16号数字口和17号数字口向驱动板72输出相应的输出脉冲宽度调制值(PWM值)，以分别控制左电机5和右电机6的转速。

在本实施方式中，控制电路7还包括左光电传感器76和右光电传感器78。左光电传感器76和右光电传感器78均与电源模块8电连接，其中，左光电传感器76的信号输出端连接主控板74的8号数字口，右光电传感器78的信号输出端连接主控板74的9号数字口。

电源模块8包括电池E、开关S及稳压芯片82。在本实施方式中，电池E的输出电压为7.4V。电池E通过开关S后与稳压芯片82连接，在本实施方式中，稳压芯片82为7805芯片，以将电池E的输出电压转换为稳定的5V电压后输出。电池E通过开关S及稳压芯片82后分别与主控板74及两个光电传感器电连接，以为主控板74及两个光电传感器提供一稳定的5V电压。电池E通过开关S与驱动板72连接。

请一并参见表1，本发明的教学机器人100使用时，可实现前进、后退、左转、右转及停止等5个基本动作，具体控制过程如下：

1、机器人前进动作：0号数字口向驱动板72的INA信号输入端输出高电平信号，1号数字口向驱动板72的INB信号输入端输出低电平信号，驱动板72通过左电机5控制左车轮3正转前进；同时，2号数字口向驱动板72的INC信号输入端输出高电平信号，3号数字口向驱动板72的IND信号输入端输出低电平信号，驱动板72通过右电机6控制右车轮4正转前进。

2、机器人后退动作：0号数字口向驱动板72的INA信号输入端输出低电平信号，1号数字口向驱动板72的INB信号输入端输出高电平信号，驱动板72通过左电机5控制左车轮3反转后退；同时，2号数字口向驱动板72的INC信号输入端输出低电平信号，3号数字口向驱动板72的IND信号输入端输出高电平信号，驱动板72通过右电机6控制右车轮4反转后退。

3、机器人左转动作：0号数字口向驱动板72的INA信号输入端输出低电平信号，1号数字口向驱动板72的INB信号输入端输出高电平信号，驱动板72通过左电机5控制左车轮3反转后退；同时，2号数字口向驱动板72的INC信号输入端输出高电平信号，3号数字口向驱动板72的IND信号输入端输出低电平信号，驱动板72通过右电机6控制右车轮4正转前进。

4、机器人右转动作：0号数字口向驱动板72的INA信号输入端输出高电平信号，1号数字口向驱动板72的INB信号输入端输出低电平信号，驱动板72通过左电机5控制左车轮3正转前进；同时，2号数字口向驱动板72的INC信号输入端输出低电平信号，3号数字口向驱动板72的IND信号输入端输出高电平信号，驱动板72通过右电机6控制右车轮4反转后退。

5、机器人停止动作：0号数字口向驱动板72的INA信号输入端输出低电平信号，1号数字口向驱动板72的INB信号输入端输出低电平信号，左电机5停止运转；同时，2号数字口向驱动板72的INC信号输入端输出低电平信号，3号数字口向驱动板72的IND信号输入端输出低电平信号，右电机6停止运转。

表1

INA

INB

左电机

INC

IND

右电机

教学机器人

高电平

低电平

正转前进

高电平

低电平

正转前进

前进

低电平

高电平

反转后退

低电平

高电平

反转后退

后退

低电平

高电平

反转后退

高电平

低电平

正转前进

左转

高电平

低电平

正转前进

低电平

高电平

反转后退

右转

低电平

不转动

低电平

不转动

停止

通过Scratch软件编程程序编写行走控制程序，然后将该行走控制程序存储于主控板74内，使得主控板74的0～3号数字口输出相应的高低电平信号，即可使得教学机器人100做以上5个基本动作。此外，教学机器人100还能通过编程将上述基本动作结合起来，以使得教学机器人100走直线、走方框、走圆形等复杂路径。左右电机的转数由16～17号数字口输出的PWM值决定。在本实施方式中，PWM值为0～255，PWM值越大，相应电机的转数越快。

由于本发明的教学机器人100还设有左光电传感器76和右光电传感器78，通过该两个光电传感器能够使教学机器人100循迹。请一并参见图3至图5，使用时，事先在地面上用黑线200画出教学机器人100行走的预定路线。请参见图3，当主控板74检测到左光电传感器76和右光电传感器78都输出低电平时，说明黑线200在两个光电传感器之间，此时，主控板74输出前进信号，以控制教学机器人100沿黑线200直走；请参见图4，当主控板74检测到左光电传感器76输出低电平，右光电传感器78输出高电平时，说明黑线200在右边，此时，主控板74输出右转信号，以控制教学机器人100沿黑线200右转；请参见图5，当主控板74检测到左光电传感器76输出高电平，右光电传感器78输出低电平时，说明黑线200在左边，此时，主控板74输出左转信号，以控制教学机器人100沿黑线200左转。

本发明的教学机器人100具有结构简单、方便实用的优点，填补了机器人教育领域内的不足之处，能让机器人爱好者以及大中小学生有更多的机会去了解和学习机器人，并在实践中提高创新能力和动手能力，有利于素质教育。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims

1.一种教学机器人，包括车架、左车轮、右车轮、左电机、右电机，所述左车轮及右车轮分别转动地装设于所述车架的相对两侧，所述左电机装设于所述车架上并与所述左车轮连接，所述右电机装设于所述车架上并与所述右车轮连接，其特征在于：所述教学机器人还包括装设于所述车架上的电源模块和控制电路，所述控制电路包括驱动板及主控板，所述驱动板及所述主控板均与所述电源模块连接，所述主控板的0号数字口连接所述驱动板的INA信号输入端，所述主控板的1号数字口连接所述驱动板的INB信号输入端，所述主控板的2号数字口连接所述驱动板的INC信号输入端，所述主控板的3号数字口连接所述驱动板的IND信号输入端，所述主控板的16号数字口连接所述驱动板的ENA信号输入端，所述主控板的17号数字口连接所述驱动板的ENB信号输入端，所述左电机及所述右电机分别连接于所述驱动板的两个输出端，所述主控板内还存储有由Scratch软件编程而得的行走控制程序，以使得所述主控板能够通过所述0号数字口及所述1号数字口向所述驱动板输出相应的高低平信号，以控制所述左电机的转向，且所述主控板能够通过所述2号数字口及所述3号数字口向所述驱动板输出相应的高低平信号，以控制所述右电机的转向；以及使得所述主控板能够通过所述16号数字口和所述17号数字口向所述驱动板输出相应的输出脉冲宽度调制值，以分别控制所述左电机和所述右电机的转速。

2.如权利要求1所述的教学机器人，其特征在于：所述控制电路还包括左光电传感器及右光电传感器，所述左光电传感器及所述右光电传感器均与所述电源模块电连接，所述左光电传感器的信号输出端连接所述主控板的8号数字口，所述右光电传感器的信号输出端连接所述主控板的9号数字口。

3.如权利要求2所述的教学机器人，其特征在于：所述电源模块包括电池、开关及稳压芯片，所述电池通过所述开关及所述稳压芯片后分别与所述主控板、所述左光电传感器及所述右光电传感器电连接，所述电池通过所述开关后与所述驱动板连接。

4.如权利要求3所述的教学机器人，其特征在于：所述稳压芯片为7805芯片。

5.如权利要求3所述的教学机器人，其特征在于：所述电池的输出电压为7.4V。

6.如权利要求1所述的教学机器人，其特征在于：所述主控板采用好好搭搭控制芯片。