CN219738377U - 一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于智能机器人领域，尤其是一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴，针对现有市场上的青少年益智开发玩具存在价格高昂、再开发空间与可玩性有限等缺陷与不足的问题，现提出如下方案，包括舵机连接件，所述舵机连接件上固定安装有两个支撑柱一和支撑柱二，两个支撑一上均固定安装有腿部连接件二、腿部连接件三、腿部连接件四、脚部组件和腿部组件，两个支撑柱二上均固定安装有支腿二和尾椎组件，所述舵机连接件上固定安装有尾部组件一、尾部组件二和尾部连接件。本实用新型通过巧妙的结构设计与合理的材料选用，一定程度上弥补了现阶段科学教育产品存在的不足与缺陷。

Description

一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴

技术领域

本实用新型涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴。

背景技术

机械仿生设计符合我们新时代机械发展的要求,是人类知识积累和发展的结果,具有很高的创新性。通过将生物系统中可能应用的优越结构与物理的特性相结合,我们可能会在某些性质上得到比自然界形成的更完美的仿生机械。从仿生机械的研究和应用所取得的成果看，利用生物界的许多有益的结构来发展未来的工程技术是可为的。未来工程机械智能化必定是机构工程的发展方向之一。智能机械是人类千百年来的愿望，结合生物系统中可应用的优越结构和物理学特性，人类在某些性能上可以得到比自然界形成的体系更完整的仿生机械。

蜥蜴目前是爬行纲动物中种类最多的一个类群，多数为中小型爬行动物。通过模仿真实蜥蜴的运动状态，揭示了蜥蜴进行运动的基本要领之一：四肢、脊椎配合并保持适宜的速度移动，通过仿生蜥蜴的展示，可以起到很好的科普作用。同时它也是四足爬行动物中的一种，其与猫科类爬行动物运动方式有很大的差异。利用这一特点我们可以推广新型四足仿生机械玩具。

年轻的孩子们是天生的学习者，但他们不愿意去学习太难或过于简单的知识。所以兴趣就变得尤为重要。据调查，目前市面上的拼装玩具主要是以乐高积木为主等简单的拼装玩具或者是昂贵的机械玩具成品。这些玩具拼装的原理很简单，价格又不是大多数人群可以承受的范围，可玩性比较低，青少年在短时间的拼装后就会对其失去兴趣，而且对于一些年纪稍微大的青年甚至都没有拼装的兴趣。而对涉及到更高层次的仿生机械则不同，在探索机械的过程中，也同时探索着在他们的世界中感兴趣并更容易掌握的知识。而且在安装和设计的过程中上会勾起他们的成就感和求知欲等。仿生蜥蜴由许多细小的零件组装而成，蕴含了一些简单易懂的机械原理，同时加入了电子控制系统，可以通过自己的需求进行修改。同时仿生玩具具有对应动物的运动和外形特点，通过对仿生玩具的观察，能够增加青少年对自然界的了解和认识。这样得来的知识比强迫学习和死记硬背要有质量的多，也为孩子以后的物理、工程、电学等的学习奠定了基础。

未来的仿生蜥蜴还有很多潜在的开发应用价值。例如可以开发进行垂直攀爬的运动，用于复杂的地形勘探，在特殊地形中如狭缝、洞穴中作业，当发生意外时可以借助其细长灵活的身体特点深入到地形内部去收集信息，通过在其身体上安装不同的传感器，可以收集包括但不局限于直观的图像、气体成分和温度湿度等信息，同探测仪相比，仿生蜥蜴在收集信息方面具有直观全面、可操作性强的优势，可以给工作人员提供更为准确的信息。

目前市场上的青少年益智开发玩具存在价格高昂、再开发空间与可玩性有限等缺陷与不足。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴，包括舵机连接件，所述舵机连接件上固定安装有两个支撑柱一和支撑柱二，两个支撑一上均固定安装有腿部连接件二、腿部连接件三、腿部连接件四、脚部组件和腿部组件，两个支撑柱二上均固定安装有支腿二和尾椎组件，所述舵机连接件上固定安装有尾部组件一、尾部组件二和尾部连接件，所述尾部组件二与尾部组件一相连接，所述尾部连接件与尾部组件二相连接，所述舵机连接件上固定安装有脊柱一，脊柱一上固定安装有脊柱三、主板和顶板，所述脊柱一上固定连接有脊柱二、脊柱连接件、电池盒体、充电电池、底板和两个支撑柱三，所述脊柱一的一端固定安装有脊柱支撑件一。

具体的，所述脊柱支撑件一的一侧固定安装有上颈椎和脊柱侧支撑件，上颈椎上固定安装有下颈椎，所述上颈椎上固定安装有超声波连接件一和超声波连接件二。

具体的，所述下颈椎的一侧固定安装有头部组件，所述上颈椎的两侧均固定安装有腿板一和腿板二，两个腿板一的一侧均固定安装有连接舵机，两个连接舵机上均固定安装有支腿一、腿部连接件一和腿部连接件二。

具体的，所述电池盒体的底部固定安装有电池盒板。

具体的，所述脊柱支撑件一上固定安装有脊柱支撑件三和销钉卡簧。

具体的，所述尾部连接件上固定连接有脊柱连接件和下尾椎。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型的一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴，通过巧妙的结构设计与合理的材料选用，一定程度上弥补了现阶段科学教育产品存在的不足与缺陷，机械性能及物理性能良好，聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛。

(2)本实用新型的一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴，以亚克力板作为机器人的整体框架，亚克力又称特殊处理的有机玻璃，是有机玻璃换代产品，耐候及耐酸碱性能好，不会因长年累月的日晒雨淋，而产生泛黄及水解的现象，抗冲击力强，是普通玻璃的十六倍，适合安装在特别需要安全的地带。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整。

图1为本实用新型提出的一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴的俯视结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴的侧视结构示意图；

图3为本实用新型提出的一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴的主视结构示意图；

图4为本实用新型提出的一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴的硬件系统框图。

图中：1、舵机连接件；2、上颈椎；3、支撑柱一；4、连接舵机；5、腿板一；6、支撑柱二；7、腿板二；8、下颈椎；9、脊柱一；10、脊柱连接件；11、销钉卡簧；12、支腿一；13、腿部连接件一；14、腿部连接件二；15、腿部连接件三；16、腿部连接件四；17、脊柱二；18、脊柱支撑件一；19、脊柱侧支撑件；20、支腿二；21、腿部组件；22、尾部组件一；23、尾部组件二；24、尾椎组件；25、下尾椎；26、脊柱三；27、电池盒板；28、电池盒体；29、充电电池；30、底板；31、支撑柱三；32、主板；33、顶板；34、脊柱支撑件三；35、超声波连接件一；36、超声波连接件二；37、头部组件；38、脚部组件；39、尾部连接件。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”“轴向”、“周向”、“径向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1-4，一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴，包括舵机连接件1，采用超声波、WIFI、红外遥控、陀螺仪、LED等多种电控模块，可实现机械蜥蜴多种运动方式并实现多种功能。也可将主控板更换为24路舵机控制板，方便玩家自主开发更多的运动姿态，使仿生机械蜥蜴运动与控制更加智能化，所述舵机连接件1上固定安装有两个支撑柱一3和支撑柱二6，两个支撑一上均固定安装有腿部连接件二14、腿部连接件三15、腿部连接件四16、脚部组件38和腿部组件21，腿部使用TPU材料，采用纹路型设计增大与地面的摩檫力，两个支撑柱二6上均固定安装有支腿二20和尾椎组件24，所述舵机连接件1上固定安装有尾部组件一22、尾部组件二23和尾部连接件39，尾部蜥蜴的尾部对蜥蜴有着保持平衡的作用，我们设计了无控制型尾部，以便机械蜥蜴在运动时可自行摆动以保持身体平衡，所述尾部组件二23与尾部组件一22相连接，所述尾部连接件39与尾部组件二23相连接，所述舵机连接件1上固定安装有脊柱一9，脊柱一9上固定安装有脊柱三26、主板32和顶板33，所述脊柱一9上固定连接有脊柱二17、脊柱连接件10、电池盒体28、充电电池29、底板30和两个支撑柱三31，所述脊柱一9的一端固定安装有脊柱支撑件一18，所述脊柱支撑件一18的一侧固定安装有上颈椎2和脊柱侧支撑件19，上颈椎2上固定安装有下颈椎8，所述上颈椎2上固定安装有超声波连接件一35和超声波连接件二36，所述下颈椎8的一侧固定安装有头部组件37，所述上颈椎2的两侧均固定安装有腿板一5和腿板二7，两个腿板一5的一侧均固定安装有连接舵机4，两个连接舵机4上均固定安装有支腿一12、腿部连接件一13和腿部连接件二14，机器人主控板结构将亚克力板与3D打印件、隔离柱配合使用，使主控板竖直放置并包裹于其中，节省主控板占用空间的同时能充分保护主控板，也使得外表简洁美观，。

本实施例中，电池盒体28的底部固定安装有电池盒板27。

本实施例中，脊柱支撑件一18上固定安装有脊柱支撑件三34和销钉卡簧11。

本实施例中，尾部连接件39上固定连接有脊柱连接件10和下尾椎25。

本实施例中，由亚克力板和以PLA为填充的3D打印零件通过螺丝连接构成；腿部各个节肢经由舵机连接，以舵机为转动副，形成一个自由度为3的机构；主控板结构同样由亚克力板与以PLA为填充的3D打印零件结合构成，形成一定的空间使得主控板竖直放置；各个构件相隔的亚克力板之间都有尼龙柱作为支撑，以增强零件的强度。

本实施例中，硬件选用Arduino HAT控制板，SG90舵机，HC-SR04超声波模块，HX1838电子传感器，ESP-8266WIFI模块，MPU-6050陀螺仪。

舵机属于一种角度伺服的驱动器，一般而言控制舵机是使用单片机控制定时器和中断器运行的，而当单片机搭载的舵机数量增加时，各芯片不足以完整的控制多舵机运行，而且精度也无法保证，所以本次设计采用开源硬件来驱动舵机。而舵机选择也是SG90舵机型号，SG90舵机主要是由外壳、电路板、驱动马达、减速齿轮组、位置检测元件所构成，是一套自动控制装置。选用的原因是因为其工作时产生的扭力可以满足转动需求而且精度较高，反作用力影响较小，有较高的性价比，舵机的控制方式：需要MCU产生一个周期为20ms的脉冲信号，以0.5ms到2.5ms的高电平来控制舵机转动的角度。

本次设计采用Arduino HAT开发板，开发板搭载芯片型号为Arduino Uno常用搭载的芯片型号--ATmega328P，为了运行稳定，接一个上拉电阻，同时连接一个Reset的按钮来复位单片机，在VCC和GND之间增加一个去耦电容起到抗干扰作用。

各搭载板块采用外接电源供电方式，通过Arduino微处理器外接PH2.0插头电池座到电源，因为搭载元件较多而舵机在不同电压下工作扭力不同，为了满足各元件对电压的需求以及长时间的供电，本次设计选用2节3.7V18650锂电池串联成一个7.4V电源。

超声波模块：本次设计采用HC-SR04，其工作原理为向前方发射超声波，通过传播碰到前方物体，声波进行反射，此时超声波模块会对反射波进行吸收和分析，从而进行避障。

红外遥控器接收模块：本次设计采用改装后的VS183B搭载HX1838电子传感器，红外接收距离大概10米，可根据红外线遥控器对仿生机械进行远距离遥控。

WIFI模块选型：本次设计采用ESP-8266WIFI模块，模块采用串口与MCU通信，内置TCP/IP协议栈，能够实现串口与WIFI之间的转换，ATK-ESP8266模块支持LVTTL串口，可以很方便的与产品进行连接，电脑可以连接该模块的WiFi从而控制仿生机械的运作。

陀螺仪：它集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP，MPU6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量，为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的。

本实用新型相对现有技术获得的技术进步是：本实用新型通过巧妙的结构设计与合理的材料选用，一定程度上弥补了现阶段科学教育产品存在的不足与缺陷。

Claims (6)

1.一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴，其特征在于，包括舵机连接件（1），所述舵机连接件（1）上固定安装有两个支撑柱一（3）和支撑柱二（6），两个支撑一上均固定安装有腿部连接件二（14）、腿部连接件三（15）、腿部连接件四（16）、脚部组件（38）和腿部组件（21），两个支撑柱二（6）上均固定安装有支腿二（20）和尾椎组件（24），所述舵机连接件（1）上固定安装有尾部组件一（22）、尾部组件二（23）和尾部连接件（39），所述尾部组件二（23）与尾部组件一（22）相连接，所述尾部连接件（39）与尾部组件二（23）相连接，所述舵机连接件（1）上固定安装有脊柱一（9），脊柱一（9）上固定安装有脊柱三（26）、主板（32）和顶板（33），所述脊柱一（9）上固定连接有脊柱二（17）、脊柱连接件（10）、电池盒体（28）、充电电池（29）、底板（30）和两个支撑柱三（31），所述脊柱一（9）的一端固定安装有脊柱支撑件一（18）。

2.根据权利要求1所述的一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴，其特征在于，所述脊柱支撑件一（18）的一侧固定安装有上颈椎（2）和脊柱侧支撑件（19），上颈椎（2）上固定安装有下颈椎（8），所述上颈椎（2）上固定安装有超声波连接件一（35）和超声波连接件二（36）。

3.根据权利要求2所述的一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴，其特征在于，所述下颈椎（8）的一侧固定安装有头部组件（37），所述上颈椎（2）的两侧均固定安装有腿板一（5）和腿板二（7），两个腿板一（5）的一侧均固定安装有连接舵机（4），两个连接舵机（4）上均固定安装有支腿一（12）、腿部连接件一（13）和腿部连接件二（14）。

4.根据权利要求1所述的一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴，其特征在于，所述电池盒体（28）的底部固定安装有电池盒板（27）。

5.根据权利要求1所述的一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴，其特征在于，所述脊柱支撑件一（18）上固定安装有脊柱支撑件三（34）和销钉卡簧（11）。

6.根据权利要求1所述的一种用于青少年编程教育的仿生蜥蜴，其特征在于，所述尾部连接件（39）上固定连接有脊柱连接件（10）和下尾椎（25）。