CN207611550U - 一种多功能的机器人教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多功能的机器人教具，包括教具主体和控制模块，所述控制模块安装在教具主体上，控制模块中设有控制电路，所述机器人教具还包括灰度传感器模块和红外障碍物探测器模块，所述灰度传感器模块和红外障碍物探测器模块均设置在教具主体的前端；所述灰度传感器模块中设有灰度传感器，灰度传感器的信号输出端与控制电路相应的信号输入端电连接；所述红外障碍物探测器模块中设有红外障碍物探测器，红外障碍物探测器的信号输出端与控制电路相应的信号输入端电连接。本实用新型能够解决现有技术的不足，它能循迹前进或能避开障碍物，具有较强的趣味性，能够激发学生对于机器人的学习兴趣。

Description

一种多功能的机器人教具

技术领域

本实用新型涉及一种机器人教具，尤其是涉及一种多功能的机器人教具。

背景技术

机器人教具是一种十分典型的数字化益智玩具，适用于各个年龄阶段的孩子，并且能够以不同角度、通过多样的形式发挥其教育功能，达到寓教于乐的目的。引入机器人教具的教学将给中小学的信息技术课程增添新的活力，成为培养中小学生综合能力、信息素养的优秀平台。机器人教具包含了感测技术、控制技术和通信技术，是培养科技人才的优质平台载体，提高学生的科技意识和创新精神，对学生科技教育有着重要地位。

现今已有的机器人教具，由于考虑到适用人群多为学生，所以多以趣味性吸引大众，机器人教具渐渐偏向玩具化。而且大多数机器人教具功能较为单一，使用时缺乏变化，难以激发学生对于机器人的学习兴趣。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种多功能的机器人教具，它能循迹前进或能避开障碍物，具有较强的趣味性，能够激发学生对于机器人的学习兴趣。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种多功能的机器人教具，包括教具主体和控制模块，所述控制模块安装在教具主体上，控制模块中设有控制电路，所述教具主体的左侧、右侧均设有前轮和后轮，所述教具主体上设有左驱动模块、右驱动模块，左驱动模块、右驱动模块的信号输入端分别与控制电路相应的信号输出端电连接；左侧前轮、后轮中的至少一个与左驱动模块的动力输出端传动连接，右侧前轮、后轮中的至少一个与右驱动模块的动力输出端传动连接，其特征在于：所述机器人教具还包括灰度传感器模块和红外障碍物探测器模块，所述灰度传感器模块和红外障碍物探测器模块均设置在教具主体的前端；所述灰度传感器模块中设有灰度传感器，灰度传感器的信号输出端与控制电路相应的信号输入端电连接；所述红外障碍物探测器模块中设有红外障碍物探测器，红外障碍物探测器的信号输出端与控制电路相应的信号输入端电连接。

这种多功能的机器人教具通过融合电子传感器技术，能够在检测到墙壁的深色线的时候，根据灰度传感器模块反馈的信号控制左驱动模块和/或右驱动模块进行相应的轮变速，使得机器人能够自动沿墙壁上的深色线循迹前进； 也能够在遇到障碍物的时候，根据红外障碍物探测器模块反馈的信号控制左驱动模块和/或右驱动模块进行相应的轮变速，转弯绕开障碍物。这种多功能的机器人教具能循迹前进或能避开障碍物，让学生接触到基本的电子传感器技术在机器人中的应用，了解灰度传感器和红外障碍物探测器的功能原理和简单的机器人控制程序，提高学生分析问题和解决问题的能力，且具有一定的趣味性，能够激发学生对于机器人的学习兴趣。

作为本实用新型的优选方案，所述控制模块包括控制模块外壳和所述控制电路，控制电路安装在控制模块外壳中。

作为本实用新型的优选方案，所述灰度传感器模块包括灰度传感器外壳和所述灰度传感器，灰度传感器安装在灰度传感器外壳中；灰度传感器外壳可拆卸安装在教具主体的前端。通过这种设置，灰度传感器模块的安装位置可以随时调整，探测不同方位的深色线，提高学生的动手操作能力和思维能力。

作为本实用新型的优选方案，所述红外障碍物探测器模块包括红外障碍物探测器基座、红外障碍物探测器外壳和所述红外障碍物探测器，红外障碍物探测器安装在红外障碍物探测器外壳中，红外障碍物探测器外壳可转动安装在红外障碍物探测器基座上；红外障碍物探测器基座可拆卸安装在教具主体的前端。通过这种设置，红外障碍物探测器的探测方向可以随时调整，例如：当需要探测左侧的障碍物时，红外障碍物探测器朝向教具主体的左前方；当需要探测右侧的障碍物时，红外障碍物探测器朝向教具主体的右前方；当需要探测正前方的障碍物时，红外障碍物探测器朝向教具主体的正前方。

作为本实用新型的优选方案，所述左驱动模块和右驱动模块均安装在教具主体后端，左驱动模块和右驱动模块均包括电机以及用于驱动电机运转的电机驱动电路，电机驱动电路的信号输入端与控制电路相应的信号输出端电连接，所述电机的输出轴与对应的后轮传动连接。上述的电机输出轴与对应的后轮传动连接，通过后轮来带动前轮驱使机器人教具行走。

作为本实用新型的优选方案，所述机器人教具还包括LED模块，LED模块包括LED基座和安装在LED基座上的至少一个LED，所述LED与控制电路相应的信号输出端电连接。通过这种设置，当机器人教具检测到墙壁的深色线或障碍物时，LED会发亮提示。

作为本实用新型的优选方案，所述控制模块上还设有蜂鸣器，蜂鸣器的信号输入端与控制电路相应的信号输出端电连接。通过这种设置，当程序启动时，蜂鸣器会发出提示音告知操作者；当程序启动后，操作不当时蜂鸣器也会发出提示音告知操作者。

作为本实用新型的优选方案，所述控制模块上还设有多个按键开关，各按键开关分别与控制电路相应的信号输入端电连接。通过这种设置，操作者控制按键开关来实现机器人教具程序启动、选择功能和执行所选择的功能，使得机器人教具启动循迹功能或启动避障功能。

作为本实用新型的优选方案，所述教具主体包括多个连杆积木组件和多个插销积木组件，所述连杆积木组件开有至少一个插孔，所述插销积木组件设有至少两个可与插孔形成插接配合的插销，所述多个连杆积木组件和多个插销积木组件通过相互插接组成教具主体。上述结构中，教具主体作为机器人教具组成的支撑框架，连杆积木组件可以是任何几何形状的结构，插销积木组件可以是任意长短的结构，通过多个连杆积木组件和多个插销积木组件不同的插接方式组成不同的教具主体造型。所述控制模块外壳、灰度传感器外壳、红外障碍物探测器基座和LED基座均设有可与插销积木组件的插销相互插接的插孔，控制模块、灰度传感器模块、红外障碍物探测器模块和LED模块分别插接在教具主体上。这种多功能的机器人教具采用积木结构让学生自己组装、搭建、运行机器人教具来激发学生学习兴趣，培养学生的动手能力、协作能力和创造能力。

作为本实用新型进一步的优选方案，所述控制电路与灰度传感器、红外障碍物探测器、LED、左驱动模块、右驱动模块之间分别通过信号线电连接，各信号线两端分别设有插头，控制模块、灰度传感器模块、红外障碍物探测器模块、LED模块、左驱动模块和右驱动模块分别设有与插头插接配合的插座。通过这种设置，可方便实现各模块之间的电连接或断开，能使学生了解电路原理、体验并学习电学知识，通过自主设计、自己动手操作进行拓展实践，让科学活动变得生动、有趣。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

这种多功能的机器人教具能循迹前进或能避开障碍物，让学生接触到基本的电子传感器技术在机器人中的应用、了解灰度传感器的功能原理和简单的机器人控制程序，提高学生分析问题和解决问题的能力，且具有一定的趣味性，能够激发学生对于机器人的学习兴趣。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例的结构示意图；

图2是图1的后视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行具体描述。

如图1-2所示，本实施例中的多功能的机器人教具，包括教具主体1和控制模块2，所述控制模块2安装在教具主体1上，控制模块2中设有控制电路，所述教具主体1的左侧、右侧均设有前轮11和后轮12，所述教具主体1上设有左驱动模块3、右驱动模块4，左驱动模块3、右驱动模块4的信号输入端分别与控制电路相应的信号输出端电连接；左侧后轮12与左驱动模块3的动力输出端传动连接，右侧后轮12与右驱动模块4的动力输出端传动连接，机器人教具还包括灰度传感器模块5和红外障碍物探测器模块6，所述灰度传感器模块5和红外障碍物探测器模块6均设置在教具主体1的前端；所述灰度传感器模块5中设有灰度传感器（图中未标示），灰度传感器的信号输出端与控制电路相应的信号输入端电连接；所述红外障碍物探测器模块6中设有红外障碍物探测器（图中未标示），红外障碍物探测器的信号输出端与控制电路相应的信号输入端电连接。

控制模块2包括控制模块外壳21和所述控制电路，控制电路安装在控制模块外壳中。

灰度传感器模块5包括灰度传感器外壳51和所述灰度传感器，灰度传感器安装在灰度传感器外壳51中；灰度传感器外壳51可拆卸安装在教具主体1的前端。

红外障碍物探测器模块6包括红外障碍物探测器基座61、红外障碍物探测器外壳62和红外障碍物探测器，红外障碍物探测器安装在红外障碍物探测器外壳62中，红外障碍物探测器外壳62可转动安装在红外障碍物探测器基座61上；红外障碍物探测器基座61可拆卸安装在教具主体1的前端。

左驱动模块3和右驱动模块4均安装在教具主体1后端，左驱动模块3和右驱动模块4均包括电机以及用于驱动电机运转的电机驱动电路，电机驱动电路的信号输入端与控制电路相应的信号输出端电连接，电机的输出轴与对应的后轮12传动连接。

机器人教具还包括LED模块7，LED模块7包括LED基座71和安装在LED基座71上的LED，LED与控制电路相应的信号输出端电连接。

教具主体1包括多个连杆积木组件13和多个插销积木组件14，所述连杆积木组件13开有多个插孔，所述插销积木组件14设有至少两个可与插孔形成插接配合的插销，所述多个连杆积木组件13和多个插销积木组件14通过相互插接组成教具主体1。上述结构中，教具主体1作为机器人教具组成的支撑框架，连杆积木组件13可以是任何几何形状的结构，插销积木组件14可以是任意长短的结构，通过多个连杆积木组件13和多个插销积木组件14不同的插接方式组成不同的教具主体1造型。所述控制模块外壳21、灰度传感器外壳51、红外障碍物探测器基座61、红外障碍物探测器外壳62和LED基座71均设有可与插销积木组件14的插销相互插接的插孔，控制模块2、灰度传感器模块5、红外障碍物探测器模块6和LED模块7分别插接在教具主体1上。

控制电路与灰度传感器、红外障碍物探测器、LED、左驱动模块3、右驱动模块4之间分别通过信号线8电连接，各信号线8两端分别设有插头，控制模块2、灰度传感器模块5、红外障碍物探测器模块6、LED模块7、左驱动模块3和右驱动模块4分别设有与插头插接配合的插座。

机器人教具启动循迹功能的运作原理：控制模块2输出信号给左驱动模块3、右驱动模块4，驱动两个后轮12转动使机器人教具前进，当灰度传感器的信号发射端发射信号入射到墙壁的深色线时，灰度传感器的信号接收端将得到的深色线信息反馈给控制模块2，控制模块2根据得到的反馈信号控制左右两侧的前轮11、后轮12以不同转速转动。当机器人教具沿着墙壁的右侧行走时（墙壁上具有深色线），若灰度传感器探测不到墙壁的深色线，机器人教具会以弧线行走往左靠近墙壁；若灰度传感器探测到墙壁的深色线，控制模块控制左侧的前轮11、后轮12的转速大于右侧前轮11、后轮12的转速，从而机器人教具向右转弯避开墙壁的深色线，行走一定时间后再次以弧线行走往左靠近墙壁。同理，当机器人教具沿着墙壁的左侧行走时（墙壁上具有深色线），灰度传感器探测不到墙壁的深色线时，机器人教具会以弧线行走往右靠近墙壁；若灰度传感器探测到墙壁的深色线时，控制模块控制右侧的前轮11、后轮12的转速大于左侧前轮11、后轮12的转速，从而机器人教具向左转弯避开墙壁的深色线，行走一定时间后再次以弧线行走往右靠近墙壁。

机器人教具启动避障功能的运作原理：当红外障碍物探测器检测不到障碍物时，机器人教具按设定路线行走（例如直行，此时左右两侧的前轮11、后轮12以相同转速转动）；当红外障碍物探测器的信号发射端发射信号碰到障碍物时，红外障碍物探测器的信号接收端将得到的障碍物信息反馈给控制模块2，控制模块2根据得到的反馈信号控制左右两侧的前轮11、后轮12以不同转速转动。在红外障碍物探测器朝向教具主体1的左前方的情况下，当红外障碍物探测器探测到障碍物时，控制模块控制左侧的前轮11、后轮12的转速大于右侧前轮11、后轮12的转速，从而机器人教具在原地向右转弯绕开障碍物；同理，在红外障碍物探测器朝向教具主体1的右前方的情况下，当红外障碍物探测器探测到障碍物时，控制模块控制右侧的前轮11、后轮12的转速大于左侧前轮11、后轮12的转速，从而机器人教具在原地向左转弯绕开障碍物。

控制模块2上还设有多个按键开关22，各按键开关22分别与控制电路相应的信号输入端电连接。按键开关22包括左键、右键、上键、下键和开关键。当按开关键，控制模块启动，蜂鸣器发出提示音，表示程序启动；程序启动后，按左键表示机器人教具沿左侧以弧线路径行走；按右键表示机器人教具沿右侧以弧线路径行走；先按左键再按上键，表示机器人教具启动左侧循迹功能；先按右键再按上键，表示机器人教具启动右侧循迹功能；先按左键再按下键，表示机器人教具启动左侧避障功能；先按右键再按下键，表示机器人教具启动右侧避障功能；按下键表示机器人教具启动直行避障功能。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种多功能的机器人教具，包括教具主体和控制模块，所述控制模块安装在教具主体上，控制模块中设有控制电路，所述教具主体的左侧、右侧均设有前轮和后轮，所述教具主体上设有左驱动模块、右驱动模块，左驱动模块、右驱动模块的信号输入端分别与控制电路相应的信号输出端电连接；左侧前轮、后轮中的至少一个与左驱动模块的动力输出端传动连接，右侧前轮、后轮中的至少一个与右驱动模块的动力输出端传动连接，其特征在于：所述机器人教具还包括灰度传感器模块和红外障碍物探测器模块，所述灰度传感器模块和红外障碍物探测器模块均设置在教具主体的前端；所述灰度传感器模块中设有灰度传感器，灰度传感器的信号输出端与控制电路相应的信号输入端电连接；所述红外障碍物探测器模块中设有红外障碍物探测器，红外障碍物探测器的信号输出端与控制电路相应的信号输入端电连接。

2.如权利要求1所述的多功能的机器人教具，其特征是：所述控制模块包括控制模块外壳和所述控制电路，控制电路安装在控制模块外壳中。

3.如权利要求1所述的多功能的机器人教具，其特征是：所述灰度传感器模块包括灰度传感器外壳和所述灰度传感器，灰度传感器安装在灰度传感器外壳中；灰度传感器外壳可拆卸安装在教具主体的前端。

4.如权利要求1所述的多功能的机器人教具，其特征是：所述红外障碍物探测器模块包括红外障碍物探测器基座、红外障碍物探测器外壳和所述红外障碍物探测器，红外障碍物探测器安装在红外障碍物探测器外壳中，红外障碍物探测器外壳可转动安装在红外障碍物探测器基座上；红外障碍物探测器基座可拆卸安装在教具主体的前端。

5.如权利要求1所述的多功能的机器人教具，其特征是：所述左驱动模块和右驱动模块均安装在教具主体后端，左驱动模块和右驱动模块均包括电机以及用于驱动电机运转的电机驱动电路，电机驱动电路的信号输入端与控制电路相应的信号输出端电连接，所述电机的输出轴与对应的后轮传动连接。

6.如权利要求1所述的多功能的机器人教具，其特征是：所述机器人教具还包括LED模块，LED模块包括LED基座和安装在LED基座上的至少一个LED，所述LED与控制电路相应的信号输出端电连接。

7.如权利要求2所述的多功能的机器人教具，其特征是：所述控制模块上还设有蜂鸣器，蜂鸣器的信号输入端与控制电路相应的信号输出端电连接。

8.如权利要求1所述的多功能的机器人教具，其特征是：所述教具主体包括多个连杆积木组件和多个插销积木组件，所述连杆积木组件开有至少一个插孔，所述插销积木组件设有至少两个可与插孔形成插接配合的插销，所述多个连杆积木组件和多个插销积木组件通过相互插接组成教具主体。

9.如权利要求1-6中任意一项所述的多功能的机器人教具，其特征是：所述控制电路与灰度传感器、红外障碍物探测器、LED、左驱动模块、右驱动模块之间分别通过信号线电连接，各信号线两端分别设有插头，控制模块、灰度传感器模块、红外障碍物探测器模块、LED模块、左驱动模块和右驱动模块分别设有与插头插接配合的插座。