CN106956279B - 一种多功能教学机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种多功能教学机器人。本发明的嘴部活动机构包括支撑架，支撑架上的两相对侧板中的一个转动连接有上转轴，另一个转动连接有位于上转轴下方的下转轴，上转轴位于支撑架的内部的一侧设置有若干第一齿轮，下转轴上设置有若干分别与第一齿轮对应啮合的第二齿轮，上转轴和下转轴中的一个位于支撑架的外部的一端连接有驱动装置，支撑架的前端面上设置有上唇板和下唇板，上唇板上设置有与第一齿轮相适配且啮合的第一齿条，下唇板上设置有与第二齿轮相适配且啮合的第二齿条；身体升降机构包括升降套筒、顶升装置和带数字显示操作装置，实现配合相应语速进行嘴部动作，便于不同身高人群对机器人的操控。

Description

一种多功能教学机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种多功能教学机器人。

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，相关的教学机器人设备是否符合教学需求显得尤为重要。但是现有的教学机器人的嘴部不能够实现开合的动作，所以在教学机器人进行语音播放功能的时候，并不能配合相应语速进行嘴部动作，导致教学机器人进行语音播放动作时不逼真。此外，由于使用教学机器人的人群很广泛，现有的教学机器人只有单一的高度设定，所以当身材矮小的人群在使用教学机器人时，需要其抬脚或仰头进行操作，不利于其对于教学机器人的操作；当身材较高的人群在使用教学机器人时，想要操作教学机器人，需要弯腰才能够实现，这大大影响了人机互动的体验，降低了教学机器人使用的体验感。

发明内容

本发明的目的在于提出一种多功能教学机器人，能够解决现有技术中教学机器人存在的进行语音播放时不能配合相应语速进行嘴部动作和不便于操控的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种多功能教学机器人，包括嘴部活动机构，所述嘴部活动机构的下端连接有躯干机构，所述躯干机构的下端连接有身体升降机构；所述嘴部活动机构包括支撑架，所述支撑架上的两相对侧板中的一个转动连接有上转轴，另一个转动连接有位于所述上转轴下方的下转轴，所述上转轴位于所述支撑架的内部的一侧设置有若干第一齿轮，所述下转轴上设置有若干分别与所述第一齿轮对应啮合的第二齿轮，所述上转轴和所述下转轴中的一个位于所述支撑架的外部的一端连接有驱动装置，所述支撑架的前端面上设置有上唇板和下唇板，所述上唇板上设置有与所述第一齿轮相适配且啮合的第一齿条，所述下唇板上设置有与所述第二齿轮相适配且啮合的第二齿条；所述身体升降机构包括与所述躯干机构的下端相连接的升降套筒，所述升降套筒的底部设置有位于所述升降套筒内部的顶升装置；所述升降套筒的下套筒前端面设置有带数字显示操作装置。

作为一种多功能教学机器人的优选方案，所述上转轴和所述下转轴上设置的齿轮的个数分别为一个。

作为一种多功能教学机器人的优选方案，所述上转轴和所述下转轴与所述侧板转动连接处设置有轴承。

作为一种多功能教学机器人的优选方案，所述侧板的上部的前端面和所述上唇板后端面中的一个设置有卡凸，另一个设置有与所述卡凸相适配的限位结构卡槽；所述侧板的下部的前端面和所述下唇板后端面中的一个设置有卡凸，另一个设置有与所述卡凸相适配的限位结构卡槽。

作为一种多功能教学机器人的优选方案，所述卡凸为“T”型。

作为一种多功能教学机器人的优选方案，所述驱动装置为正反转变速电机。

作为一种多功能教学机器人的优选方案，所述升降套筒包括底部开口的上套筒，所述上套筒的顶部与所述躯干机构相连接，所述上套筒的内部滑动套接有顶部开口的下套筒；所述下套筒前端面设置有带数字显示操作装置，所述带数字显示操作装置是通过触摸显示装置的“︿”或“﹀”来调节机器人高度的升高或降低。

作为一种多功能教学机器人的优选方案，所述升降套筒为伸缩罩。

作为一种多功能教学机器人的优选方案，所述顶升装置为直线型液压缸或直线型气缸或螺杆与螺母配合机构调节距离。

作为一种多功能教学机器人的优选方案，还包括控制器，所述控制器分别与所述驱动装置和所述顶升装置相连接，所述控制器还连接有高度记忆模块、定位装置、声音检测装置及显示装置，其中：

高度记忆模块，用于储存所述身体升降机构设定的高度；

定位装置，用于使机器人自主判断障碍并通过；

声音检测装置，用于测量音频信号、捕获音频信号及检测声音强度，还用于对捕获的声音进行过滤，使得识别到的音频清晰且清楚；

显示装置，用于文字、图片及动画的播放，还能够通过触碰显示装置上的图标，实现各种多媒体内容的切换和控制。

本发明的有益效果为：

本发明通过在嘴部活动机构的支撑架设置有两相对侧板，其中一个转动连接有上转轴，另一个转动连接有位于上转轴下方的下转轴，上转轴位于支撑架的内部的一侧设置有若干第一齿轮，下转轴上设置有若干分别与第一齿轮对应啮合的第二齿轮，上转轴和下转轴中的一个位于支撑架的外部的一端连接有驱动装置，支撑架的前端面上设置有上唇板和下唇板，上唇板上设置有与第一齿轮相适配且啮合的第一齿条，下唇板上设置有与第二齿轮相适配且啮合的第二齿条，从而可以通过控制驱动装置实现教学机器人进行语音播放时，配合相应语速进行嘴部动作；此外，通过设置有身体升降机构和带数字显示操作装置，可以调整教学机器人的高度，便于不同身高人群对于教学机器人的操控。

附图说明

图1是本发明提供的教学机器人整体结构示意图；

图2是本发明提供的嘴部活动机构的内部示意图；

图3是图2中G处的局部放大图；

图4是图2中H处的局部放大图；

图5是本发明提供的嘴部活动机构打开的结构示意图；

图6是本发明提供的嘴部活动机构关闭的结构示意图。

图中：

1-嘴部活动机构；2-身体升降机构；

11-支撑架；12-上转轴；13-下转轴；14-驱动装置；15-上唇板；16-下唇板；21-升降套筒；22-带数字显示操作装置；111-侧板；121-第一齿轮；131-第二齿轮；151-第一齿条；161-第二齿条。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。在本申请中，除非特别限定，术语“前后”是指图2中AB箭头所指的方向，术语“左右”是指图2中CD箭头所指的方向，术语“上下”是指图2中EF箭头所指的方向，其余方向均以上述方向作为参考基准。

如图1-图6所示，本具体实施方式提供了一种多功能教学机器人，包括嘴部活动机构1，嘴部活动机构1的下端连接有躯干机构，躯干机构的下端连接有身体升降机构2；嘴部活动机构1包括支撑架11，支撑架11上的两相对侧板111中的一个转动连接有上转轴12，另一个转动连接有位于上转轴12下方的下转轴13，上转轴12位于支撑架11的内部的一侧设置有若干第一齿轮121，下转轴13上设置有若干分别与第一齿轮121对应啮合的第二齿轮131，上转轴12和下转轴13中的一个位于支撑架11的外部的一端连接有驱动装置14，支撑架11的前端面上设置有上唇板15和下唇板16，上唇板15上设置有与第一齿轮121相适配且啮合的第一齿条151，下唇板16上设置有与第二齿轮131相适配且啮合的第二齿条161；这样可以通过控制驱动装置14的驱动方向来实现上唇板15和下唇板16的开闭，由于上转轴12和下转轴13中的一个上连接有驱动装置14，那么连接有驱动装置14轴上的齿轮为主动齿轮，另一个轴上的齿轮为从动齿轮，从动齿轮的旋转方向与主动齿轮的旋转方向相反，这样就保证了上唇板15和下唇板16总是朝着相反的方向运动，当进行嘴唇打开动作时，上唇板15和下唇板16之间做相互背离的运动；当进行嘴唇闭合动作时，上唇板15和下唇板16之间做相向的运动。另外改变驱动装置14的驱动速度，可以实现对于唇部张开闭合速度的调整，从而实现此教学机器人进行语音播放时，配合相应的语速进行嘴部的动作，实现比较精准的人工智能。第一齿条151可以设置在上唇板15的后端面或前端面，当设置在前端面时，上唇板15上开设有槽，第一齿轮121通过开设的槽实现与第一齿条151的啮合，下唇板16上设置的第二齿条161也同理。身体升降机构2包括与躯干机构的下端相连接的升降套筒21，升降套筒21的底部设置有位于升降套筒21内部的顶升装置，通过调整升降套筒21内部的顶升装置，可以实现此教学机器人身高的调整，从而便于不同身高人群对于教学机器人控制面板的操控，提高教学机器人的使用乐趣。

上转轴12和下转轴13上设置的齿轮的个数分别为一个，这种设置方式便于教学机器人的制造和安装，还能够降低成本。此外上转轴12和下转轴13上设置的齿轮的个数可以为多个，各第一齿轮121的大小及型号一致，各第二齿轮131的大小及型号一致，且上下转轴上设置的齿轮一一对应相啮合即可，设置多组齿轮的好处在于可以增加啮合面积，从而使得运动的传递更加稳定，减少跳齿现象的产生。上转轴12和下转轴13与侧板111转动连接处设置有轴承，通过设置有轴承，可以减少上转轴12和下转轴13与侧板111之间由于转动而产生的磨损，并且增加轴承对上转轴12和下转轴13起到支撑的作用，能够使得转动更加稳定。

侧板111的上部的前端面和上唇板15后端面中的一个设置有卡凸，另一个设置有与卡凸相适配的限位结构卡槽；侧板111的下部的前端面和下唇板16后端面中的一个设置有卡凸，另一个设置有与卡凸相适配的限位结构卡槽，卡凸为“T”型。设置有卡凸和限位结构卡槽能够使得上唇板15和下唇板16在上下滑动时候不会跑偏，设置有限位结构卡槽好处在于，可以防止上唇板15和下唇板16从唇部活动机构1中滑落，将卡凸设置成“T”型能够有效防止上唇板15和下唇板16出现翻折现象，避免上唇板15和下唇板16从唇部活动机构1中脱落。

驱动装置14为正反转变速电机，当正反转变速电机正向反向切换，可以实现唇部的张开和闭合的切换动作；当正反转变速电机改变速度，能够配合播报的语速实现唇部开合速度的切换。

顶升装置为直线型液压缸或直线型气缸或螺杆与螺母配合机构调节距离；当顶升装置为直线型液压缸或直线型气缸时，活塞杆伸长，可以实现教学机器人身高的增加；当活塞杆缩短时，可以实现教学机器人身高的减小。当顶升装置为螺杆与螺母配合机构时，螺杆顺时针旋转，机器人身高增加；当螺杆逆时针旋转，机器人身高降低。升降套筒21包括底部开口的上套筒，上套筒的顶部与躯干机构相连接，上套筒的内部滑动套接有顶部开口的下套筒，下套筒前端面设置有带数字显示操作装置，带数字显示操作装置是通过触摸显示装置的“︿”或“﹀”来调节机器人高度的升高或降低。此外，升降套筒21为伸缩罩，这样设置的好处在于，无论活塞杆伸长还是缩短，都能够保证内部结构不会外漏，增加了教学机器人在使用时的整体的美观性。

还包括控制器，控制器分别与驱动装置14和顶升装置相连接，控制器还连接有高度记忆模块、定位装置、声音检测装置、通讯装置及显示装置，其中：高度记忆模块，用于储存身体升降机构2设定的高度，方便之后同一使用者使用此教学机器人时，根据储存的高度进行直接调用，不用再次重新调节机器人的高度，能够节约使用者的时间和精力；定位装置，用于使机器人自主判断障碍并通过合理的路线规划绕过障碍物，到达指定目标地点，还能够用于追踪行进中的物体；声音检测装置，用于测量音频信号、捕获音频信号及检测声音强度，还用于对捕获的声音进行过滤，使得识别到的音频清晰且清楚；通讯装置可以为手机、电脑或平板电脑，通过通信装置向控制器发出指令操控教学机器人的各项功能的实现，控制器同时能够反向向通讯装置发出信号，能够通过通讯装置实现对教学机器人的检测；显示装置，用于文字、图片及动画的播放，还能够通过触碰显示装置上的图标，实现各种多媒体内容的切换和控制。

注意，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种多功能教学机器人，其特征在于，包括嘴部活动机构（1），所述嘴部活动机构（1）的下端连接有躯干机构，所述躯干机构的下端连接有身体升降机构（2）；所述嘴部活动机构（1）包括支撑架（11），所述支撑架（11）上的两相对侧板（111）中的一个转动连接有上转轴（12），另一个转动连接有位于所述上转轴（12）下方的下转轴（13），所述上转轴（12）位于所述支撑架（11）的内部的一侧设置有若干第一齿轮（121），所述下转轴（13）上设置有若干分别与所述第一齿轮（121）对应啮合的第二齿轮（131），所述上转轴（12）和所述下转轴（13）中的一个位于所述支撑架（11）的外部的一端连接有驱动装置（14），所述支撑架（11）的前端面上设置有上唇板（15）和下唇板（16），所述上唇板（15）上设置有与所述第一齿轮（121）相适配且啮合的第一齿条（151），所述下唇板（16）上设置有与所述第二齿轮（131）相适配且啮合的第二齿条（161）；所述身体升降机构（2）包括与所述躯干机构的下端相连接的升降套筒（21），所述升降套筒（21）的底部设置有位于所述升降套筒（21）内部的顶升装置；所述升降套筒（21）的下套筒前端面设置有带数字显示操作装置（22）。

2.根据权利要求1所述的教学机器人，其特征在于，所述上转轴（12）和所述下转轴（13）上设置的齿轮的个数分别为一个。

3.根据权利要求2所述的教学机器人，其特征在于，所述上转轴（12）和所述下转轴（13）与所述侧板（111）转动连接处设置有轴承。

4.根据权利要求3所述的教学机器人，其特征在于，所述侧板（111）的上部的前端面和所述上唇板（15）后端面中的一个设置有卡凸，另一个设置有与所述卡凸相适配的限位结构卡槽；所述侧板（111）的下部的前端面和所述下唇板（16）后端面中的一个设置有卡凸，另一个设置有与所述卡凸相适配的限位结构卡槽。

5.根据权利要求4所述的教学机器人，其特征在于，所述卡凸为“T”型。

6.根据权利要求1-5任一项所述的教学机器人，其特征在于，所述驱动装置（14）为正反转变速电机。

7.根据权利要求1-5任一项所述的教学机器人，其特征在于，所述升降套筒（21）包括底部开口的上套筒，所述上套筒的顶部与所述躯干机构相连接，所述上套筒的内部滑动套接有顶部开口的下套筒，所述下套筒前端面设置有带数字显示操作装置（22），所述带数字显示操作装置（22）通过触摸显示装置的“︿”或“﹀”来调节机器人高度的升高或降低。

8.根据权利要求1-5任一项所述的教学机器人，其特征在于，所述升降套筒（21）为伸缩罩。

9.根据权利要求1-5任一项所述的教学机器人，其特征在于，所述顶升装置为直线型液压缸。

10.根据权利要求1-5任一项所述的教学机器人，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与所述驱动装置（14）和所述顶升装置相连接，所述控制器还连接有高度记忆模块、带数字显示操作装置（22）、定位装置、声音检测装置及显示装置，其中：高度记忆模块，用于储存所述身体升降机构（2）设定的高度；定位装置，用于使机器人自主判断障碍并通过；声音检测装置，用于测量音频信号、捕获音频信号及检测声音强度，还用于对捕获的声音进行过滤，使得识别到的音频清晰且清楚；显示装置，用于文字、图片及动画的播放。