CN109285397A

CN109285397A - 教学机器人

Info

Publication number: CN109285397A
Application number: CN201811169629.3A
Authority: CN
Inventors: 吴丹阳; 黄浩
Original assignee: Wuhu Yueze Robot Technology Co Ltd
Current assignee: Wuhu Yueze Robot Technology Co Ltd
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2019-01-29

Abstract

本发明公开了一种教学机器人，包括基体、旋转台和底座，基体内设有电路板和第一电机，基体的外表面上设有触摸屏和扬声器，电路板上设有微处理器、无线通信模块和电源电路，第一电机、触摸屏、扬声器、无线通信模块和电源电路均与微处理器连接；电源电路包括直流电源、第一电阻、第一三极管、第二三极管、第一电容、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、单向脉宽调制信号控制器、第一二极管、第二电容、第六电阻、第一MOS管、第五电容、第二MOS管、第三电容、第一电感、电压输出端、第四电容、第二电感、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第二电容。本发明电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高。

Description

教学机器人

技术领域

本发明涉及机器人教学领域，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，现有技术中已研制开发了全方位的轮式移动机器人，可以作为各种智能控制方法(包括动态避障、群体协作策略)的良好载体，同时又可以方便的构成网络化的分布式系统，开展多智能体的调度、规划等研究。这种移动机器人的控制系统体系结构，包括传感器、通讯、伺服控制、软件构成等，并给出了实验结果，证明了系统的可行性。传统教学机器人的供电部分使用的元器件较多，电路结构复杂，硬件成本较高，不方便维护。另外，由于传统教学机器人的供电部分缺少相应的电路保护功能，例如：缺少防止信号干扰的功能，造成电路的安全性和可靠性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高的教学机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种教学机器人，包括基体、旋转台和底座，所述基体内设有电路板和第一电机，所述电路板与所述基体可拆卸连接，所述基体的外表面上设有触摸屏和扬声器，所述电路板上设有微处理器、无线通信模块和电源电路，所述第一电机、触摸屏、扬声器、无线通信模块和电源电路均与所述微处理器连接，所述旋转台通过所述第一电机的输出轴旋转连接于所述基体上，所述旋转台上设有信息采集单元，所述信息采集单元与所述微处理器连接，所述底座设置在所述基体的底部，所述底座包括第二电机和行进组件，所述行进组件通过所述第二电机的输出轴可拆卸连接于所述底座上；

所述电源电路包括直流电源、第一电阻、第一三极管、第二三极管、第一电容、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、单向脉宽调制信号控制器、第一二极管、第二电容、第六电阻、第一MOS管、第五电容、第二MOS管、第三电容、第一电感、电压输出端、第四电容、第二电感、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第二电容，所述第一三极管的基极输入使能控制信号，所述第一三极管的发射极和第二三极管的发射极均接地，所述第一三极管的集电极分别与所述第一电阻的一端和第二三极管的基极连接，所述第一电阻的另一端与所述直流电源连接，所述第二三极管的集电极分别与所述第二电阻的一端和单向脉宽调制信号控制器的使能引脚连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第三电阻的一端、第二电容的一端和第八电阻的一端连接，所述单向脉宽调制信号控制器的电源引脚分别与所述第一电容的一端和第五电阻的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第五电阻的另一端分别与所述直流电源和第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极分别与所述单向脉宽调制信号控制器的自举引脚和第二电容的一端连接；

所述单向脉宽调制信号控制器的高通驱动引脚与所述第一MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极与所述第五电容的一端连接，所述单向脉宽调制信号控制器的相位引脚分别与所述第二电容的另一端、第五电容的另一端、第二MOS管的漏极、第三电容的一端和第一电感的一端连接，所述单向脉宽调制信号控制器的低通驱动引脚分别与所述第六电阻的一端和第二MOS管的栅极连接，所述单向脉宽调制信号控制器的接地引脚分别与所述第六电阻的另一端和单向脉宽调制信号控制器的EPAD引脚连接并接地，所述单向脉宽调制信号控制器的侦测引脚分别与所述第四电阻的一端和第七电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端和第四电阻的另一端均接地，所述第二电容的另一端与所述第九电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端、第八电阻的另一端和第九电阻的另一端均与所述电压输出端连接，所述第一电感的另一端与所述电压输出端连接，所述第二MOS管的源极和第三电容的另一端均接地，所述第一MOS管的漏极分别与所述第四电容的一端和第二电感的一端连接，所述第四电容的另一端接地，所述第二电感的另一端与所述直流电源连接，所述第五电容的电容值为450pF。

在本发明所述的教学机器人中，所述电源电路还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述单向脉宽调制信号控制器的高通驱动引脚连接，所述第二二极管的阴极与所述第一MOS管的栅极连接，所述第二二极管的型号为L-1822。

在本发明所述的教学机器人中，所述电源电路还包括第十电阻，所述第十电阻的一端与所述第二电容的另一端连接，所述第十电阻的另一端与所述第一电感的一端连接，所述第十电阻的阻值为47kΩ。

在本发明所述的教学机器人中，所述电源电路还包括第六电容，所述第六电容的一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第六电容的另一端与所述第二三极管的基极连接，所述第六电容的电容值为360pF。

在本发明所述的教学机器人中，所述第一三极管和第二三极管均为NPN型三极管，所述第一MOS管和第二MOS管均为N沟道MOS管。

在本发明所述的教学机器人中，所述无线通信模块为蓝牙模块、WIFI模块、GSM模块、GPRS模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块或LoRa模块。

在本发明所述的教学机器人中，所述信息采集单元包括图像采集模块、语音采集模块和距离采集模块，所述图像采集模块、语音采集模块和距离采集模块均与所述微处理器连接。

实施本发明的教学机器人，具有以下有益效果：由于设有基体、旋转台和底座，基体内设有电路板和第一电机，基体的外部设有触摸屏和扬声器，所述电路板上设有微处理器、无线通信模块和电源电路；电源电路包括直流电源、第一电阻、第一三极管、第二三极管、第一电容、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、单向脉宽调制信号控制器、第一二极管、第二电容、第六电阻、第一MOS管、第五电容、第二MOS管、第三电容、第一电感、电压输出端、第四电容、第二电感、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第二电容，该电源电路相对于传统教学机器人的供电部分，其使用的元器件较少，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本，另外，第五电容用于防止第一MOS管与第二MOS管之间的干扰，因此电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明教学机器人一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中电路板的结构框图；

图3为所述实施例中电源电路的电路原理图。

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。

在本发明教学机器人实施例中，该教学机器人的结构示意图如图1所示。图1中，该教学机器人包括基体1、旋转台2和底座3，基体1内设有电路板11和第一电机12，电路板11与基体1可拆卸连接，以便于在需要教学机器人具有其他功能或需要改变教学机器人的控制模式进行教学演示时快速简便地更换电路板11，还可以是在使用上位机控制教学机器人时更换与上位机匹配的电路板11。由于电路板11和第一电机12设置在基体1的内部，因此就可以对电路板11、第一电机12及其外围电路进行隐藏和保护。基体1的外表面上设有触摸屏13和扬声器14，以方便操作人员从触摸屏13和扬声器14接收信息，触摸屏13可以用于显示教学视频和/或操控界面，扬声器14用于播放音频，操作人员可以在教学视频的演示下，利用触摸屏13对教学机器人进行操控学习，可以大幅度提高教学和学习的效率。

图2为本实施例中电路板的结构框图，本实施例中，该电路板11上设有微处理器111、无线通信模块112和电源电路113，其中，第一电机12、触摸屏13、扬声器14、无线通信模块112和电源电路113均与微处理器111连接，微处理器111采用通用单片机。

考虑到教学机器人的灵活性、环境适应性和便携性，采用无线通信模块112进行无线通信。该无线通信模块112可以为蓝牙模块、WIFI模块、GSM模块、GPRS模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块或LoRa模块等。通过设置多种无线通信方式，不仅可以增加无线通信方式的灵活性，还能满足不同用户和不同场合的需求。尤其是采用LoRa模块时，其通信距离较远，且通信性能较为稳定，适用于对通信质量要求较高的场合。

旋转台2通过第一电机12的输出轴旋转连接于基体1上，具体就是旋转台2通过第一电机12的输出轴可旋转地连接在基体1的顶部，第一电机12在微处理器111的控制下能进行可控旋转，旋转台2可以呈圆柱体形状或截锥体形状。旋转台2上设有信息采集单元21，信息采集单元21与微处理器111连接，信息采集单元21用于采集教学机器人周围的环境信息。

本实施例中，信息采集单元21包括图像采集模块、语音采集模块和距离采集模块(图中未示出)，图像采集模块、语音采集模块和距离采集模块均与微处理器111连接。图像采集模块为普通光/红外线摄像机，以使教学机器人在所处环境的光照条件不好时也可以采集到有效的环境信息。同时，距离采集模块是红外测距传感器，距离采集模块的作用是使教学机器人能够基于距离采集模块采集到周围环境中的障碍物距离信息进行简单的障碍物距离判断以自动规划行动路径。

图像采集模块采集的图像信息和语音采集模块采集的语音信息还可以通过触摸屏13和扬声器14进行实时播放，以向操作人员或学员更加直观地展示教学机器人的运行规律，从教学机器人的角度理解教学机器人的控制原理，进而提高教学效率。

底座3设置在基体1的底部，底座3包括第二电机31和行进组件32，行进组件32通过第二电机31的输出轴可拆卸连接于底座3上。行进组件32是滑轮组。

图3为本实施例中电源电路的电路原理图，图3中，该电源电路113包括直流电源VDD、第一电阻R1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电容C1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、单向脉宽调制信号控制器U1、第一二极管D1、第二电容C2、第六电阻R6、第一MOS管M1、第五电容C5、第二MOS管M2、第三电容C3、第一电感L1、电压输出端Vo、第四电容C4、第二电感L2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第二电容C2，本实施例中，单向脉宽调制信号控制器U1的型号为ISL6341CRZ，当然，在实施应用中，单向脉宽调制信号控制器U1也可以采用其他型号具有类似功能的控制芯片。

其中，第一三极管Q1的基极输入使能控制信号SLP，第一三极管Q1的发射极和第二三极管Q2的发射极均接地，第一三极管Q1的集电极分别与第一电阻R1的一端和第二三极管Q2的基极连接，第一电阻R1的另一端与直流电源VDD连接，第二三极管Q2的集电极分别与第二电阻R2的一端和单向脉宽调制信号控制器U1的使能引脚COM/EN连接，第一电阻R1的另一端分别与第三电阻R3的一端、第二电容C2的一端和第八电阻R8的一端连接，单向脉宽调制信号控制器U1的电源引脚VCC分别与第一电容C1的一端和第五电阻R5的一端连接，第一电容C1的另一端接地，第五电阻R5的另一端分别与直流电源VDD和第一二极管D1的阳极连接，第一二极管D1的阴极分别与单向脉宽调制信号控制器U1的自举引脚BOOT和第二电容C2的一端连接。

单向脉宽调制信号控制器U1的高通驱动引脚UGATE与第一MOS管M1的栅极连接，第一MOS管M1的源极与第五电容C5的一端连接，单向脉宽调制信号控制器U1的相位引脚PHASE分别与第二电容C2的另一端、第五电容C5的另一端、第二MOS管M2的漏极、第三电容C3的一端和第一电感L1的一端连接，单向脉宽调制信号控制器U1的低通驱动引脚LGATE/OC分别与第六电阻R6的一端和第二MOS管M2的栅极连接，单向脉宽调制信号控制器U1的接地引脚分别与第六电阻R6的另一端和单向脉宽调制信号控制器U1的EPAD引脚连接并接地，单向脉宽调制信号控制器U1的侦测引脚VOS分别与第四电阻R4的一端和第七电阻R7的一端连接，第三电阻R3的另一端和第四电阻R4的另一端均接地，第二电容C2的另一端与第九电阻R9的一端连接，第七电阻R7的另一端、第八电阻R8的另一端和第九电阻R9的另一端均与电压输出端Vo连接，第一电感L1的另一端与电压输出端Vo连接，第二MOS管M2的源极和第三电容C3的另一端均接地，第一MOS管M1的漏极分别与第四电容C4的一端和第二电感L2的一端连接，第四电容C4的另一端接地，第二电感L2的另一端与直流电源VDD连接。

该电源电路113相对于传统教学机器人的供电部分，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，方便维护，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本。另外，第五电容C5为耦合电容，用于防止第一MOS管M1与第二MOS管M2之间的干扰，因此电路的安全性和可靠性较高。值得一提的是，本实施例中，第五电容C5的电容值为450pF，当然，在实际应用中，第五电容C5的电容值可以根据具体情况进行相应调整。

工作时，使能控制信号SLP为低电平有效，即当使能控制信号SLP为低电平时，该教学机器人不工作，第一三极管Q1截止，第二三极管Q2导通，单向脉宽调制信号控制器U1工作。

当使能控制信号SLP变为低电平时，该教学机器人退出不工作状态，第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止，单向脉宽调制信号控制器U1开始工作，单向脉宽调制信号控制器U1的高通驱动引脚UGATE及低通驱动引脚LGATE/OC交替输出高低电平以交替控制第一MOS管M1及第二MOS管M2的导通及截止，同时单向脉宽调制信号控制器U1的相位引脚PHASE输出一脉宽调制信号并通过第二电容C2及第一二极管D1接收直流电源VDD，然后再通过第一电感L1输出5V电压给微处理器111。5V电压还通过第八电阻R8及第三电阻R3反馈至单向脉宽调制信号控制器U1的反馈引脚FB，以调节高通驱动引脚UGATE、低通驱动引脚LGATE/OC及相位引脚PHASE的输出信号，从而起到稳定电压输出端Vo输出电压的作用，上述电路结构可使电压输出端Vo输出大电流、低功耗且稳定的供电信号给微处理器111。

其中，第一二极管D1起到隔离电压的作用，单向脉宽调制信号控制器U1的侦测引脚VOS用于侦测电压输出端Vo输出的电压是否正常。第二电阻R2、第九电阻R9及第二电容C2组成输出补偿回路，采用此一电路架构可明显提高输出电压与输出电流的精度。第二电感L2起到滤波整流的作用，电路中的其他电容元件起到滤波的作用，以提高电路的整体性能，也可根据需要增加或减少上述各元件。

本实施例中，第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN型三极管，第一MOS管M1和第二MOS管M2均为N沟道MOS管。当然，在实际应用中，第一三极管Q1和第二三极管Q2也可以均为PNP型三极管，第一MOS管M1和第二MOS管M2也可以均为P沟道MOS管，但这时电路的结构也要相应发生变化。

本实施例中，该电源电路113还包括第二二极管D2，第二二极管D2的阳极与单向脉宽调制信号控制器U1的高通驱动引脚UGATE连接，第二二极管D2的阴极与第一MOS管M1的栅极连接。第二二极管D2为限流二极管，用于进行限流保护，以进一步增强电路的安全性和可靠性。值得一提的是，本实施例中，第二二极管D2的型号为L-1822，当然，在实际应用中，第二二极管D2也可以采用其他型号具有类似功能的二极管。

本实施例中，该电源电路113还包括第十电阻R10，第十电阻R10的一端与第二电容C2的另一端连接，第十电阻R10的另一端与第一电感L1的一端连接。第十电阻R10为限流电阻，用于进行限流保护，以更进一步增强电路的安全性和可靠性。值得一提的是，本实施例中，第十电阻R10的阻值为47kΩ，当然，在实际应用中，第十电阻R10的阻值可以根据具体情况进行相应调整。

本实施例中，该电源电路113还包括第六电容C6，第六电容C6的一端与第一三极管Q1的集电极连接，第六电容C6的另一端与第二三极管Q2的基极连接。第六电容C6为耦合电容，用于防止第一三极管Q1与第二三极管Q2之间的干扰，以进一步增强防止信号干扰的效果。值得一提的是，本实施例中，第六电容C6的电容值为360pF，当然，在实际应用中，第六电容C6的电容值可以根据具体情况进行相应调整。

总之，本实施例中，该电源电路113相对于传统教学机器人的供电部分，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，方便维护，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本。另外，该电源电路113中设有耦合电容，因此电路的安全性和可靠性较高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种教学机器人，其特征在于，包括基体、旋转台和底座，所述基体内设有电路板和第一电机，所述电路板与所述基体可拆卸连接，所述基体的外表面上设有触摸屏和扬声器，所述电路板上设有微处理器、无线通信模块和电源电路，所述第一电机、触摸屏、扬声器、无线通信模块和电源电路均与所述微处理器连接，所述旋转台通过所述第一电机的输出轴旋转连接于所述基体上，所述旋转台上设有信息采集单元，所述信息采集单元与所述微处理器连接，所述底座设置在所述基体的底部，所述底座包括第二电机和行进组件，所述行进组件通过所述第二电机的输出轴可拆卸连接于所述底座上；

2.根据权利要求1所述的教学机器人，其特征在于，所述电源电路还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述单向脉宽调制信号控制器的高通驱动引脚连接，所述第二二极管的阴极与所述第一MOS管的栅极连接，所述第二二极管的型号为L-1822。

3.根据权利要求2所述的教学机器人，其特征在于，所述电源电路还包括第十电阻，所述第十电阻的一端与所述第二电容的另一端连接，所述第十电阻的另一端与所述第一电感的一端连接，所述第十电阻的阻值为47kΩ。

4.根据权利要求3所述的教学机器人，其特征在于，所述电源电路还包括第六电容，所述第六电容的一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第六电容的另一端与所述第二三极管的基极连接，所述第六电容的电容值为360pF。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的教学机器人，其特征在于，所述第一三极管和第二三极管均为NPN型三极管，所述第一MOS管和第二MOS管均为N沟道MOS管。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的教学机器人，其特征在于，所述无线通信模块为蓝牙模块、WIFI模块、GSM模块、GPRS模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块或LoRa模块。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的教学机器人，其特征在于，所述信息采集单元包括图像采集模块、语音采集模块和距离采集模块，所述图像采集模块、语音采集模块和距离采集模块均与所述微处理器连接。