CN216014602U - 一种适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，包括主控板、光电板和套取装置，所述光电板设置于主控板的下表面前端，所述光电板的底面上设置有五路光电传感器，所述套取装置的一端铰接于主控板的上表面前端，所述主控板的上表面前端设置有舵机，所述舵机与套取装置的一端连接用于带动套取装置在竖直平面内旋转，所述主控板的上表面后端设置有两个电机，两个电机对称设置于主控板两侧，所述电机的输出端均设置有轮子。本实用新型将电路和机械结构合二为一，大大简化了机器人的机械结构的同时，还能满足机器人的教学使用。

Description

一种适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人

技术领域

本实用新型涉及教学机器人技术领域，具体的讲是一种适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人。

背景技术

机器人竞赛通过富有挑战的比赛项目激发学生对工程技术的学习兴趣，培养学生的创新意识、动手实践能力和团队精神，提高科学技术。参加比赛的学生年龄范围非常广泛，其中不乏一些低龄段的学生，怎么样能够让所有年龄段的学生都能够轻松的掌握竞赛机器人的使用是一个非常重要的问题。

在现有的一些竞赛机器人中经常出现以下这些情况，结构复杂导致学生组装过程中容易组装结构错误、稳定性差导致学生在使用过程中出现一些他们自己无法解决的问题等。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，该机器人将电路和机械结构合二为一，大大简化了机器人的机械结构的同时，还能满足机器人的教学使用。

为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，包括主控板、光电板和套取装置，所述光电板设置于主控板的下表面前端，所述光电板的底面上设置有五路光电传感器，所述套取装置的一端铰接于主控板的上表面前端，所述主控板的上表面前端设置有舵机，所述舵机与套取装置的一端连接用于带动套取装置在竖直平面内旋转，所述主控板的上表面后端设置有两个电机，两个电机对称设置于主控板两侧，所述电机的输出端均设置有轮子；

所述主控板上集成有单片机、单片机电源芯片、外设电源芯片、电机电源芯片和电机驱动芯片，所述主控板的上表面后端设置有电源，所述五路光电传感器通过五路漫反射光电板接口与单片机电连接，所述舵机通过舵机接口与单片机电连接，单片机电源芯片、外设电源芯片、电机电源芯片、电机驱动芯片和电源均与单片机电连接，所述电机均与电机驱动芯片电连接。

进一步的，所述套取装置包括两个侧板和前板，所述侧板的一端设置于前板上，两个侧板对称设置于前板两侧且与前板垂直设置；

所述主控板的上表面前端两侧均设置有铰接架，所述侧板的另一端铰接于铰接架上，其中一个铰接架旁设置有舵机，所述舵机的输出端与同侧的侧板连接，舵机用于带动侧板在竖直平面内旋转。

进一步的，所述前板的两侧设置有矩形卡接端，所述侧板的一端开设有与矩形卡接端配合的通孔。

进一步的，所述主控板的上表面后端设置有电源支架，所述电源支架的底部四个角处设置有铜柱，所述电源支架通过铜柱固定于主控板上，所述电源设置于电源支架上。

进一步的，两个电机设置于电源支架底部，所述主控板位于电源支架两侧均开设有矩形通孔，所述轮子设置于矩形通孔内。

进一步的，所述主控板的上表面中部设置有液晶显示屏和液晶屏接口，所述液晶显示屏通过液晶屏接口与单片机电连接。

进一步的，所述单片机的型号为ATmega328P-AU,单片机电源芯片的型号为AMS1117,外设电源芯片的型号为LM2596-5.0，电机电源芯片的型号为XL6019，电机驱动芯片的型号为TB6612，

进一步的，所述电机的型号为MGA12-N30。

进一步的，所述舵机的型号为MG90。

本实用新型采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

本实用新型结构新颖，将电路和机械结构合二为一，在大大简化了机器人的机械结构的同时，还能满足机器人的教学使用；

本实用新型的套取装置为矩形套取框，由两个侧板和一个前板组成，两个侧板通过将矩形卡接端卡入通孔即可完成安装，容错率高且能够大幅度减少学生拼装所消耗的世界，学生掌握起来也更加快；

本实用新型通过舵机带动套取装置在竖直平面上旋转，以通过套取装置来套取物品，然后通过电机驱动轮子来带动机器人和物品移动，可以完成对物品的搬运；

本实用新型的机器人一体化程度高、功能性强大、能够支持Arduino、米思琪、Scratch等编程软件，能够满足机器人教学的实践练习，也能满足大多数教学机器人竞赛的需求，用户可以根据实际任务自行选择相应的外设传感器等与本方案机器人主体连接。

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的俯视图；

图3为本实用新型的仰视图；

图4为本实用新型的MCU部分的电路结构示意图；

图5为本实用新型的五路模拟漫反射光电传感器部分的电路结构示意图；

图6为本实用新型的USB下载电路部分的电路结构示意图；

图7为本实用新型的复位电路部分的电路结构示意图；

图8为本实用新型的电源电路部分的电路结构示意图；

图9为本实用新型的接插端口部分的电路结构示意图；

图10为本实用新型的电机驱动部分的电路结构示意图；

图11为本实用新型的LED指示灯部分的电路结构示意图；

图12为本实用新型的电机部分的电路结构示意图；

图13为本实用新型的液晶显示屏部分的电路结构示意图；

图14为本实用新型的三路按键开关部分的电路结构示意图.

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、主控板；11、铰接架；12、电源支架；121、铜柱；13、矩形通孔；2、光电板；31、侧板；32、前板；321、矩形卡接端；4、五路光电传感器；41、五路漫反射光电板接口；5、舵机；51、舵机接口；61、电机；62、轮子；7、电源；8、液晶显示屏；81、液晶屏接口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1、图2和图3所示，一种适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，包括主控板1、光电板2和套取装置，所述光电板2设置于主控板1的下表面前端，所述光电板2的底面上设置有五路光电传感器4，所述套取装置的一端铰接于主控板1的上表面前端，所述主控板1的上表面前端设置有舵机5，所述舵机5与套取装置的一端连接用于带动套取装置在竖直平面内旋转，所述主控板1的上表面后端设置有两个电机61，两个电机61对称设置于主控板1两侧，所述电机61的输出端均设置有轮子62；

所述主控板1上集成有单片机、单片机电源芯片、外设电源芯片、电机电源芯片和电机驱动芯片，所述主控板1的上表面后端设置有电源7，所述五路光电传感器4通过五路漫反射光电板接口41与单片机电连接，所述舵机5通过舵机接口51与单片机电连接，单片机电源芯片、外设电源芯片、电机电源芯片、电机驱动芯片和电源均与单片机电连接，所述电机61均与电机驱动芯片电连接。

本实施例中，主控板1的前端设置有四个通孔，光电板2通过使用四个M3螺丝将其与主控板固定，四个M3螺丝分别穿过主控板前端的四个通孔，主控板的上表面前端右侧预留了舵机安装的位置和舵机接口，通过舵机可带动套取装置在竖直平面内旋转。

如图1所示，作为一种实施方式，所述套取装置包括两个侧板31和前板32，所述侧板31的一端设置于前板32上，两个侧板31对称设置于前板32两侧且与前板32垂直设置；

所述主控板1的上表面前端两侧均设置有铰接架11，所述侧板31的另一端铰接于铰接架11上，其中一个铰接架11旁设置有舵机5，所述舵机5的输出端与同侧的侧板31连接，舵机5用于带动侧板31在竖直平面内旋转；

所述前板32的两侧设置有矩形卡接端321，所述侧板31的一端开设有与矩形卡接端321配合的通孔，套取装置在安装时，将前板32两侧的矩形卡接端321分别插入侧板上的通孔内，即可完成安装。

作为一种实施方式，所述主控板1的上表面后端设置有电源支架12，所述电源支架12的底部四个角处设置有铜柱121，所述电源支架12通过铜柱121固定于主控板1上，所述电源7设置于电源支架12上。

作为一种实施方式，两个电机61设置于电源支架12底部，所述主控板位于电源支架12两侧均开设有矩形通孔13，所述轮子62设置于矩形通孔13内。

作为一种实施方式，所述主控板1的上表面中部设置有液晶显示屏8和液晶屏接口81，所述液晶显示屏8通过液晶屏接口81与单片机电连接。

作为一种实施方式，所述单片机的型号为ATmega328P-AU,单片机电源芯片的型号为AMS1117,外设电源芯片的型号为LM2596-5.0，电机61电源芯片的型号为XL6019，电机61驱动芯片的型号为TB6612；

作为一种实施方式，所述电机61的型号为MGA12-N30；

作为一种实施方式，所述舵机5的型号为MG90；

如图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13和图14所示，本实施例中采用锂电池单路总供电，AMS1117、LM2596、XL6019三个电源芯片处理后分别为机器人单片机控制系统、舵机及外接扩展传感器、驱动电机供电，为整体机器人稳定运行提供保障；

单片机电源部分采用了AMS1117电源芯片,该芯片为LDO,即低压差线性稳压器,相较于传统的线性稳压器,使用LDO可以在较低的压差下为提供稳定的电压；舵机及外接传感器等外接设备电源使用了LM2596-5.0电源芯片,该电源芯片能够稳定持续的较大功率恒压5V供电；电机电源驱动部分采用了XL6019电源芯片,通过该芯片可以将电池电压直流斩波升压最高至40V，本方案限制最高升压范围至15V，配合TB6612电机驱动芯片，用户可以选择使用15V以下的直流电机作为驱动电机，本方案中采用MGA12-N30电机，用户可以根据实际需要通过主板上的电位器灵活调整电机的供电电压，同时XL6009电压输出恒定，不会随电池电压下降而降低输出电压，为电机恒速稳定运行提供了必要保障；

本实用新型的套取装置的中部为空心区域，可通过该空心区域套取物品，使用时，舵机带动套取装置在竖直平面向上旋转，随后再向下旋转，以对待套取物品进行套取，随后电机驱动轮子旋转，以带动机器人和物品一同移动，以对物品进行搬运。

以上所述为本实用新型最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，其特征在于，包括主控板(1)、光电板(2)和套取装置，所述光电板(2)设置于主控板(1)的下表面前端，所述光电板(2)的底面上设置有五路光电传感器(4)，所述套取装置的一端铰接于主控板(1)的上表面前端，所述主控板(1)的上表面前端设置有舵机(5)，所述舵机(5)与套取装置的一端连接用于带动套取装置在竖直平面内旋转，所述主控板(1)的上表面后端设置有两个电机(61)，两个电机(61)对称设置于主控板(1)两侧，所述电机(61)的输出端均设置有轮子(62)；

所述主控板(1)上集成有单片机、单片机电源芯片、外设电源芯片、电机电源芯片和电机驱动芯片，所述主控板(1)的上表面后端设置有电源(7)，所述五路光电传感器(4)通过五路漫反射光电板接口(41)与单片机电连接，所述舵机(5)通过舵机接口(51)与单片机电连接，单片机电源芯片、外设电源芯片、电机电源芯片、电机驱动芯片和电源均与单片机电连接，所述电机(61)均与电机驱动芯片电连接。

2.根据权利要求1所述的适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，其特征在于，所述套取装置包括两个侧板(31)和前板(32)，所述侧板(31)的一端设置于前板(32)上，两个侧板(31)对称设置于前板(32)两侧且与前板(32)垂直设置；

所述主控板(1)的上表面前端两侧均设置有铰接架(11)，所述侧板(31)的另一端铰接于铰接架(11)上，其中一个铰接架(11)旁设置有舵机(5)，所述舵机(5)的输出端与同侧的侧板(31)连接，舵机(5)用于带动侧板(31)在竖直平面内旋转。

3.根据权利要求2所述的适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，其特征在于，所述前板(32)的两侧设置有矩形卡接端(321)，所述侧板(31) 的一端开设有与矩形卡接端(321)配合的通孔。

4.根据权利要求1所述的适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，其特征在于，所述主控板(1)的上表面后端设置有电源支架(12)，所述电源支架(12)的底部四个角处设置有铜柱(121)，所述电源支架(12)通过铜柱(121)固定于主控板(1)上，所述电源(7)设置于电源支架(12)上。

5.根据权利要求4所述的适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，其特征在于，两个电机(61)设置于电源支架(12)底部，所述主控板位于电源支架(12)两侧均开设有矩形通孔(13)，所述轮子(62)设置于矩形通孔(13)内。

6.根据权利要求1所述的适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，其特征在于，所述主控板(1)的上表面中部设置有液晶显示屏(8)和液晶屏接口(81)，所述液晶显示屏(8)通过液晶屏接口(81)与单片机电连接。

7.根据权利要求1所述的适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，其特征在于，所述单片机的型号为ATmega328P-AU,单片机电源芯片的型号为AMS1117,外设电源芯片的型号为LM2596-5.0，电机(61)电源芯片的型号为XL6019，电机(61)驱动芯片的型号为TB6612。

8.根据权利要求1所述的适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，其特征在于，所述电机(61)的型号为MGA12-N30。

9.根据权利要求1所述的适用于机器人教学及竞赛的一体化机器人，其特征在于，所述舵机(5)的型号为MG90。

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