CN203723645U - 一种轮式可移动讲台机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种轮式可移动讲台机器人，包括轮式底盘、可伸缩驱动轮、双轮行走机构、讲台升降装置以及主讲台面板，轮式底盘下部两侧均对称安装有可伸缩驱动轮，可伸缩驱动轮由安装在轮式底盘内的双轮行走机构驱动，在轮式底盘上端安装有讲台升降装置，在讲台升降装置上端水平安装有一主讲台面板。本实用克服传统讲台功能单一，体积庞大的缺点，将指纹签到、语音对话、云台摄像头监控、可升降支架、可伸缩驱动轮等技术与传统讲台有机结合，组成多功能带有智能控制功能的讲台机器人。

Description

一种轮式可移动讲台机器人

技术领域

本实用属于智能教室多功能讲台系统领域，尤其是一种轮式可移动讲台机器人。

背景技术

随着科技发展和社会进步，智能化的设备已经慢慢在渗透人们的生活的方方面面。特别是机器人技术和嵌入式技术正在以超常的速度普及和推广。然而，给学生普及科学知识的教学课堂的教学设备越来越显得跟不上时代。

调查发现，目前多数教室的投影仪采用固定式安装，讲台固定式安装，并且没有现代化网络和嵌入式设备的接入，不能智能签到和统计人数。同时调查发现，很多课堂的讲台依然采用最原始和笨重的桌子。高低固定，这对于不同身高的老师就会有不适应。同时由于讲桌的高度，会遮挡黑板底部的部分，这使得学生无法看到黑板底部的字。体积庞大，在讲台上显得很笨重。不可移动，不能灵活调整。同时功能单一。

目前已经公布的技术中，涉及到升降讲台的也有几种，不过大多创新重点在于机械结构，并未涉及多功能的电子嵌入式系统，即便是有可移动装置，也只是简单的轮式驱动。

经过检测发现以下相关技术领域的公开技术。

一种具有多媒体功能的移动升降讲台（CN102743022A），包括多媒体设备、平台、底座和电机，电机固定在底座上，电机输出轴与平台连接，其特征在于底座上固定有移动轮组件，所述的移动轮组件包括外轮框、内轮框和轮子，外轮框固定在底座上，轮子与内轮框固定，内轮框可在外轮框内上下移动，平台下方设置有导向柱，底座上设置有导向筒，导向柱分别穿过导向筒和外轮框顶在内轮框的上端。

一种多媒体移动讲台(CN201536781U)，包括一柜体，其特征在于所述柜体设置于一移动底座上，该柜体的上部设置一上柜体，该上柜体内设置有投影仪放置腔，上柜体上端面活动设置有显示器和键盘操作区。该多媒体移动讲台结构设计合理，运行稳定，移动便捷，可以实现较佳的投影仪和显示器存放，其采用较为合理的结构设计，使得整个产品可以具有较佳的安全保障，并能够给予使用者最大的方便和非使用状态下的安全防护性能。

经过对比，本专利申请的技术方案与上述已公开技术存在较大不同。

实用内容

本实用的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单、可靠性好、移动便捷、运行稳定的轮式可移动讲台机器人。

本实用解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种轮式可移动讲台机器人，其特征在于：包括轮式底盘、可伸缩驱动轮、双轮行走机构、讲台升降装置以及主讲台面板，轮式底盘下部两侧均对称安装有可伸缩驱动轮，可伸缩驱动轮由安装在轮式底盘内的双轮行走机构驱动，在轮式底盘上端安装有讲台升降装置，在讲台升降装置上端水平安装有一主讲台面板。

而且，所述轮式底盘内部安装有底盘支架，该底盘支架的底部四角均布安装有四个万向轮，可伸缩驱动轮位于底盘支架的两边中心点位置，且可伸缩驱动轮采用可充气橡胶轮，该长方体结构的内部有可伸缩双轮行走机构的动力装置和机械结构；底盘支架的顶部为左剪叉列升降架和右剪叉列升降架。

而且，所述可伸缩驱动轮安装于底盘支架上，双轮行走机构由驱动电机、伸缩推杆电机、轮架组成，其中轮架包括电机座和连接杆，两个电机座分别通过连接杆连接成一个整体轮架，轮架通过连接杆和伸缩推杆电机相连接。

而且，所述讲台升降装置包括左剪叉列升降架和右剪叉列升降架，该左剪叉列升降架和右剪叉列升降架结构相同且对称设置同步升降，升降推杆电机和左剪叉列升降架、右剪叉列升降架通过杆相连。

而且，所述主讲台面板上安装有笔记本电脑、麦克风、按钮、指示灯、监控摄像头、音响设备、微型投影仪以及指纹签到模块，主讲台面板上端分布安装有笔记本电脑、麦克风、多个按钮以及多个指示灯，主讲台面板朝向学生的一侧安装有监控摄像头以及音响设备，主讲台面板内水平安装有一滑动条，该滑动条一端滑动安装微型投影仪，滑动条的另一端滑动安装有指纹签到模块，微型投影仪和指纹签到模块均安装于机器人主讲台面板的内部，通过滑动条进行伸缩。

而且，所述伸缩推杆电机通过推杆轴和底盘支架铰接，轮架通过轮架轴和底盘支架铰接。

而且，所述笔记本电脑端运行上位机程序，单片机中运行嵌入式程序，其中单片机为意法半导体公司的STM32单片机，单片机和笔记本电脑通过RS232串口通讯，轮式可移动讲台机器人的功能模块主要概括为语音识别、指纹签到、音响功放设备、投影仪、摄像头监控、主讲台面板升降、可伸缩双轮机构、惯性导航、指纹签到模块和微型投影仪伸缩机构；

语音识别模块和单片机通过串口相连,语音模块通过单片机设置关键字来进行非特定语音识别,当语音识别模块通过麦克风接收到声音信号后，与设置好的关键字进行比对，如果符合时，就会解码SD卡中与关键字相对应的音频文件，并且通过音响功放播放出来,同时语音识别模块向单片机发送相对应的识别码，通知单片机哪一条关键字串被匹配；

指纹签到模块通过串口与笔记本电脑相连，笔记本电脑中运行的上位机程序能够通过教务处远程端获取当前课堂的上课人员和指纹数据，通过上位机程序将指纹模板数据写入到指纹签到模块中的存储FLASH中，从而进行本地指纹识别，上位机程序操作指纹识别模块逐个进行指纹采集和匹配，并将指纹识别结果保存到本地EXCEL文档中，签到结束后，通过上位机程序将存储签到结果的EXCEL文档发送到教务处远程端进行存储和分析；

监控摄像头通过视频采集卡和笔记本电脑相连。上位机程序实时采集摄像头的视频图像，并进行本地视频文件存储，并且可以通过因特网将视频数据传输到远程监控端；

当单片机通过按钮或者上位机程序收到到主讲台面板上升或者下降命令时，单片机首先通过限位开关判断此时可升降推杆机构是否已经在目标位置，如果没有在目标位置，则单片机通过电机驱动板控制升降推杆电机进行上升和下降动作；在升降推杆电机进行上升和下降动作的同时单片机控制指示灯亮，并且实时检测限位开关，当通过限位开关发现升降推杆电机已经到目标位置后，单片机通过电机驱动板使升降推杆电机停止运动，指示灯灭；

当单片机通过按钮或者上位机程序收到双轮差速驱动行走或者转弯命令时，单片机首先通过限位开关判断此时可伸缩驱动轮是否已经在目标位置，如果没有在目标位置，则单片机通过电机驱动板控制伸缩推杆电机进行收缩和伸长动作。在升降推杆电机进行收缩和伸长动作的同时，单片机控制相应指示灯亮，并且实时检测限位开关，当通过限位开关发现伸缩推杆电机已经到目标位置后，单片机通过电机驱动板使伸缩推杆电机停止运动，对应指示灯灭，此时单片机通过电机驱动板控制驱动电机进行转动，此时单片机实时通过陀螺仪和编码器实时采集轮式可移动讲台机器人的行走距离或者转动角度，当行走完成指定距离或者转动完毕指定角度后，单片机通过电机驱动板控制驱动电机停止转动；重复上述动作使得可伸缩驱动轮收缩脱离地面；

当单片机通过按钮或者上位机程序收到使用微型投影仪或者使用指纹签到模块命令时，单片机首先通过限位开关判断此时滑动条是否已经在目标位置，如果没有在目标位置，则单片机通过电机驱动板控制旋转电机进行顺时针或者逆时针旋转，从而控制滑动条收缩和伸长；在旋转电机进行旋转动作的同时，单片机控制相应指示灯亮，并且实时检测位于滑动条两端的限位开关，当通过限位开关发现滑动条已经到目标位置后，单片机通过电机驱动板使旋转电机停止运动，对应指示灯灭。

而且，所述音响功放设备通过标准的音频口和笔记本电脑和指纹签到模块相连，微型投影仪通过HDMI标准视频接口和笔记本电脑相连。

而且，所述轮式可移动讲台机器人可以存储多个路径数据，当单片机通过按钮或者上位机程序收到执行某个路径命令时，单片机能够调取该路径的所有路径数据，并且控制可伸缩驱动轮再次走出与原路径近似重合的路径轨迹。

而且，所述轮式可移动讲台机器人采用陀螺仪惯性导航和编码器增量式导航相结合的导航方式，陀螺仪通过SPI总线和单片机相连，编码器连接到单片机的计数器端口，当单片机通过按钮或者上位机程序收到路径示教命令时，此时单片机能够实时采集陀螺仪和编码器返回的路径信息，并将其存储在SD卡中。

本实用的优点和积极效果是：

1、本实用克服传统讲台功能单一，体积庞大的缺点，将指纹签到、语音对话、云台摄像头监控、可升降支架、可伸缩驱动轮等技术与传统讲台有机结合，组成多功能带有智能控制功能的讲台机器人。

2、本实用功能丰富，方便教师学生，有效的响应智能课堂的趋势，并且结构可靠，成本低廉，简单易懂，方便授课教师使用，可将机器人机电控制技术、导航技术、指纹签到技术、非特定语音识别技术与移动讲台进行有机结合，实现机器人和嵌入式技术与传统讲台的融合。

附图说明

图1为本实用处于下降状态立体图；

图2为图1另一角度的立体图；

图3为图1再一角度立体图；

图4为本实用内部伸缩杆机构立体图；

图5为本实用处于上升状态立体图；

图6为本实用可升降推杆机构结构图；

图7为本实用可伸缩双轮行走机构结构示意图；

图8为本实用可伸缩双轮行走机构结构另一方向示意图；

图9为本实用控制系统结构示意图。

附图标记表示：1笔记本电脑；2麦克风；3左剪叉列升降架；4滑动块；5底盘支架；6万向轮；7可伸缩驱动轮；8右剪叉列升降架；9指纹签到模块；10指示灯；11主讲台面板；12按钮；13监控摄像头；14音响设备；15杆；16升降推杆电机；17微型投影仪；18滑动条；19滑槽；20齿轮；21轮式底盘；22导轨；23铰接副；24推杆轴；25伸缩推杆电机；26驱动电机；27轮架轴；28电机座；29连接杆；30轮架。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本实用作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用的保护范围。

一种轮式可移动讲台机器人，包括轮式底盘21、可伸缩驱动轮7、双轮行走机构、讲台升降装置以及主讲台面板11，轮式底盘下部两侧均对称安装有可伸缩驱动轮，可伸缩驱动轮由安装在轮式底盘内的双轮行走机构驱动，在轮式底盘上端安装有讲台升降装置，在讲台升降装置上端水平安装有一主讲台面板。

所述轮式底盘内部安装有底盘支架5，该底盘支架的底部四角均布安装有四个万向轮6，该四个万向轮用于支持轮式轮式底盘的平衡；可伸缩驱动轮位于底盘支架的两边中心点位置，且可伸缩驱动轮采用可充气橡胶轮；底盘支架为采用角铝搭建出一个长方体结构，该长方体结构的内部有可伸缩双轮行走机构的动力装置和机械结构；底盘支架的顶部为左剪叉列升降架和右剪叉列升降架，其中左剪叉列升降架和右剪叉列升降架分别和底盘支架连接时为一端安装铰接副23，另一端安装滑动块4，该滑块导向滑动安装在导轨22上，左剪叉列升降架和右剪叉列升降架在上升过程中，由于剪叉角变化而导致相互铰接成剪叉状的两个剪叉杆定点之间距离变化。

当机器人处于半上升状态时，如图1所示，此时轮式可移动讲台机器人的轮式底盘和主讲台面板相互分离,形成一个高度可调的教室用可移动讲台；当机器人处于下降状态时，如附图5所示状态，主讲台面板和轮式底盘相连接，此时，左剪叉列升降架和右剪叉列升降架隐藏于机器人的壳体内部。

所述可伸缩驱动轮安装于底盘支架上，双轮行走机构由驱动电机26、伸缩推杆电机25、轮架30组成，其中轮架包括电机座28和连接杆29，两个电机座分别通过连接杆连接成一个整体轮架，轮架通过连接杆和伸缩推杆电机相连接。

伸缩推杆电机通过推杆轴24和底盘支架铰接，轮架通过轮架轴27和底盘支架铰接。从而伸缩推杆电机可以绕推杆轴旋转，轮架可以绕轮架轴旋转，从而使底盘支架、伸缩推杆电机和轮架构成一个三连杆机构，由于伸缩推杆电机和轮架均可转动，所以当伸缩推杆电机长度变化时，轮架就会转动，从而实现驱动轮的伸缩动作。

可伸缩驱动轮特有的弹性机构能够保证机器人底盘的驱动轮始终能够和底盘有效接触。主讲台面板、左剪叉列升降架、右剪叉列升降架和轮式底盘组成了一种不仅可以上升和下降，并且有驱动轮自主导航的新型轮式可移动讲台机器人机械本体。可伸缩驱动轮特有的弹性机构能够保证机器人底盘的驱动轮始终能够和底盘有效接触。

所述讲台升降装置包括左剪叉列升降架3和右剪叉列升降架8，该左剪叉列升降架和右剪叉列升降架结构相同且对称设置同步升降，该讲台升降装置采用角铝材料，强度大，重量轻，由于剪刀叉升降机构体积较小，并且上升高度比较高。升降推杆电机16和左剪叉列升降架、右剪叉列升降架通过杆15相连，从而升降推杆电机上升或下降时能够带动左剪叉列升降架、右剪叉列升降架上升或下降。

主讲台面板上安装有笔记本电脑1、麦克风2、按钮12、指示灯10、监控摄像头13、音响设备14、微型投影仪17以及指纹签到模块9，主讲台面板上端分布安装有笔记本电脑、麦克风、多个按钮以及多个指示灯，便于教师授课时操作，主讲台面板朝向学生的一侧安装有监控摄像头以及音响设备，可以实时的观察教室内的反应，并且扩大讲课音量，提高教学质量；主讲台面板内水平安装有一滑动条18，该滑动条两端伸出主讲台面板，该滑动条一端滑动安装微型投影仪，滑动条的另一端滑动安装有指纹签到模块，微型投影仪和指纹签到模块均安装于机器人主讲台面板的内部，通过滑动条进行自动伸缩；滑动条上贴有齿条带，滑动条为横截面为正方形的中空铝棒，滑动条安装于滑槽中，并和齿轮20啮合，从而在电机的驱动下，齿轮旋转时，带动滑动条直线伸缩运动。滑动条上贴有齿条带，滑动条为横截面为正方形的中空铝棒，滑动条安装于滑槽19中并和齿轮啮合，从而在电机的驱动下，齿轮旋转时，带动滑动条直线伸缩运动。

其中，麦克风采集声音信息，并传送到语音识别模块，并进行非特定语音识别，语音识别模块通过音响设备发出声音，从而进行语音交互；所述指纹签到模块与笔记本电脑相连，所述笔记本电脑运行上位机程序，并可以联网到教务处服务端；所述上位机程序能够获取课堂应到学生的指纹模板数据，从而进行本地指纹签到；所述监控摄像头自带双自由度云台，监控摄像头安装于主讲台面板之上，能够进行无死角监控，视频数据通过笔记本电脑传输到网络远程端。

参见附图2为本机器人去掉底盘外壳后的立体图，轮式可移动讲台机器人的主结构采用角铝材料，在保证机械强度的前提下通过对角铝骨架上开孔，以保证重量尽量小，整体轻便移动灵活。

参见附图9，笔记本电脑端运行上位机程序，单片机中运行嵌入式程序。其中单片机为意法半导体公司的STM32单片机。单片机和笔记本电脑通过RS232串口通讯。轮式可移动讲台机器人的功能模块主要概括为语音识别、指纹签到、音响功放、投影仪、摄像头监控、主讲台面板升降、可伸缩双轮机构、惯性导航、指纹签到模块和微型投影仪伸缩机构。现结合附图9的框图结构分别介绍双轮可移动讲台机器人的电子控制系统。

语音识别模块和单片机通过串口相连。语音模块通过单片机设置关键字来进行非特定语音识别。当语音识别模块通过麦克风接收到声音信号后，与设置好的关键字进行比对，如果符合时，就会解码SD卡中与关键字相对应的音频文件，并且通过音响功放播放出来。同时语音识别模块向单片机发送相对应的识别码，通知单片机哪一条关键字串被匹配。

指纹签到模块通过串口与笔记本电脑相连，笔记本电脑中运行的上位机程序能够通过教务处远程端获取当前课堂的上课人员和指纹数据。通过上位机程序将指纹模板数据写入到指纹签到模块中的存储FLASH中，从而进行本地指纹识别。上位机程序操作指纹识别模块逐个进行指纹采集和匹配，并将指纹识别结果保存到本地EXCEL文档中，签到结束后，通过上位机程序将存储签到结果的EXCEL文档发送到教务处远程端进行存储和分析。

音响设备通过标准的音频口和笔记本电脑和指纹签到模块相连。微型投影仪通过HDMI标准视频接口和笔记本电脑相连。

监控摄像头通过视频采集卡和笔记本电脑相连。上位机程序实时采集摄像头的视频图像，并进行本地视频文件存储。并且可以通过因特网将视频数据传输到远程监控端。

当单片机通过按钮或者上位机程序收到到主讲台面板上升或者下降命令时，单片机首先通过限位开关判断此时可升降推杆机构是否已经在目标位置，如果没有在目标位置，则单片机通过电机驱动板控制升降推杆电机进行上升和下降动作；在升降推杆电机进行上升和下降动作的同时，单片机控制指示灯亮，并且实时检测限位开关，当通过限位开关发现升降推杆电机已经到目标位置后，单片机通过电机驱动板使升降推杆电机停止运动，指示灯灭。

当单片机通过按钮或者上位机程序收到双轮差速驱动行走或者转弯命令时，单片机首先通过限位开关判断此时可伸缩驱动轮是否已经在目标位置，如果没有在目标位置，则单片机通过电机驱动板控制伸缩推杆电机进行收缩和伸长动作。在升降推杆电机进行收缩和伸长动作的同时，单片机控制相应指示灯亮，并且实时检测限位开关，当通过限位开关发现伸缩推杆电机已经到目标位置后，单片机通过电机驱动板使伸缩推杆电机停止运动，对应指示灯灭。此时单片机通过电机驱动板控制驱动电机进行转动。此时单片机实时通过陀螺仪和编码器实时采集轮式可移动讲台机器人的行走距离或者转动角度。当行走完成指定距离或者转动完毕指定角度后，单片机通过电机驱动板控制驱动电机停止转动；重复上述动作使得可伸缩驱动轮收缩脱离地面。

轮式可移动讲台机器人采用陀螺仪惯性导航和编码器增量式导航相结合的导航方式。陀螺仪通过SPI总线和单片机相连，编码器连接到单片机的计数器端口。当单片机通过按钮或者上位机程序收到路径示教命令时，此时单片机能够实时采集陀螺仪和编码器返回的路径信息，并将其存储在SD卡中。特别的，轮式可移动讲台机器人可以存储多个路径数据。当单片机通过按钮或者上位机程序收到执行某个路径命令时，单片机能够调取该路径的所有路径数据。并且控制可伸缩驱动轮再次走出与原路径近似重合的路径轨迹。

当单片机通过按钮或者上位机程序收到使用微型投影仪或者使用指纹签到模块命令时，单片机首先通过限位开关判断此时滑动条是否已经在目标位置，如果没有在目标位置，则单片机通过电机驱动板控制旋转电机进行顺时针或者逆时针旋转，从而控制滑动条收缩和伸长。在旋转电机进行旋转动作的同时，单片机控制相应指示灯亮，并且实时检测位于滑动条两端的限位开关，当通过限位开关发现滑动条已经到目标位置后，单片机通过电机驱动板使旋转电机停止运动。对应指示灯灭。

尽管为说明目的公开了本实用的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (9)

1.一种轮式可移动讲台机器人，其特征在于：包括轮式底盘、可伸缩驱动轮、双轮行走机构、讲台升降装置以及主讲台面板，轮式底盘下部两侧均对称安装有可伸缩驱动轮，可伸缩驱动轮由安装在轮式底盘内的双轮行走机构驱动，在轮式底盘上端安装有讲台升降装置，在讲台升降装置上端水平安装有一主讲台面板。

2.根据权利要求1所述的轮式可移动讲台机器人，其特征在于：所述轮式底盘内部安装有底盘支架，该底盘支架的底部四角均布安装有四个万向轮，可伸缩驱动轮位于底盘支架的两边中心点位置，且可伸缩驱动轮采用可充气橡胶轮，该长方体结构的内部有可伸缩双轮行走机构的动力装置和机械结构；底盘支架的顶部为左剪叉列升降架和右剪叉列升降架。

3.根据权利要求1所述的轮式可移动讲台机器人，其特征在于：所述可伸缩驱动轮安装于底盘支架上，双轮行走机构由驱动电机、伸缩推杆电机、轮架组成，其中轮架包括电机座和连接杆，两个电机座分别通过连接杆连接成一个整体轮架，轮架通过连接杆和伸缩推杆电机相连接。

4.根据权利要求1所述的轮式可移动讲台机器人，其特征在于：所述讲台升降装置包括左剪叉列升降架和右剪叉列升降架，该左剪叉列升降架和右剪叉列升降架结构相同且对称设置同步升降，升降推杆电机和左剪叉列升降架、右剪叉列升降架通过杆相连。

5.根据权利要求1所述的轮式可移动讲台机器人，其特征在于：所述主讲台面板上安装有笔记本电脑、麦克风、按钮、指示灯、监控摄像头、音响设备、微型投影仪以及指纹签到模块，主讲台面板上端分布安装有笔记本电脑、麦克风、多个按钮以及多个指示灯，主讲台面板朝向学生的一侧安装有监控摄像头以及音响设备，主讲台面板内水平安装有一滑动条，该滑动条一端滑动安装微型投影仪，滑动条的另一端滑动安装有指纹签到模块，微型投影仪和指纹签到模块均安装于机器人主讲台面板的内部，通过滑动条进行伸缩。

6.根据权利要求1所述的轮式可移动讲台机器人，其特征在于：所述伸缩推杆电机通过推杆轴和底盘支架铰接，轮架通过轮架轴和底盘支架铰接。

7.根据权利要求1所述的轮式可移动讲台机器人，其特征在于：所述笔记本电脑端包括意法半导体公司的STM32单片机，单片机和笔记本电脑通过RS232串口通讯，轮式可移动讲台机器人的功能模块包括语音识别、指纹签到、音响功放设备、投影仪、摄像头监控、主讲台面板升降、可伸缩双轮机构、惯性导航、指纹签到模块和微型投影仪伸缩机构；

语音识别模块和单片机通过串口相连；指纹签到模块通过串口与笔记本电脑相连；监控摄像头通过视频采集卡和笔记本电脑相连。

8.根据权利要求7所述的轮式可移动讲台机器人，其特征在于：所述音响功放设备通过标准的音频口和笔记本电脑和指纹签到模块相连，微型投影仪通过HDMI标准视频接口和笔记本电脑相连。

9.根据权利要求7所述的轮式可移动讲台机器人，其特征在于：所述轮式可移动讲台机器人采用陀螺仪惯性导航和编码器增量式导航相结合的导航方式，陀螺仪通过SPI总线和单片机相连，编码器连接到单片机的计数器端口。