多功能教学用机器人的制作方法
专利名称：多功能教学用机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多功能教学用机器人，属于教学实验领域。
背景技术：
随着科技的飞速发展，机器人技术在生活和生产中发挥着越来越重要的作用。利 用机器人可以实现在复杂、恶劣、危险环境下作业，减轻劳动强度和提高产品质量。目前世 界各国研究所都在进行机器人研究、开发和生产，已经形成了比较大的规模。作为科技人才 培养基地的高校，也越来越重视机器人技术人才的培养。但是能应用于教学的机器人设备 太少，这就限制了机器人技术在高校的普及。当前很多教学机器人都是应用于特定领域，完 成特定的功能，不具有通用性；还有些教学机器人的集成度高，软件和硬件不对用户开放， 用户无法深入学习和了解相关知识，这样很难普及机器人教育。
发明内容本实用新型目的是为了解决现在高校实验用机器人的集成度太高，软件和硬件不 对用户开放，用户无法深入学习和了解相关知识，进而无法普及机器人教育的问题，提供了 一种多功能教学用机器人。本实用新型所述多功能教学用机器人，其移动平台采用履带式底盘，在移动平台 上设置由铜柱和有机玻璃搭建的机械本体，机械本体上设置第一单片机、第二单片机、第三 单片机、第四单片机、第五单片机、机械手、无线模块、GSM模块、电机驱动电路、蓝牙模块、语 音识别模块、温度传感器、湿度传感器、倾角传感器、GPS模块、超声波测距模块、显示器和语 音播报模块；GSM模块内部设置有SIM卡，GSM模块将接收的短信通过串口输出给第三单片机； 语音识别模块接收语音信号并进行识别，并以IO 口高低电平的形式输出给第三单片机；第 三单片机将GSM模块和语音识别模块输出的信号进行解析，并将解析后的控制信号输出给 第二单片机；无线模块将接收的遥控器传来的控制信号输出给第二单片机；蓝牙模块用于和遥控器上的蓝牙模块进行通信，还用于和笔记本进行蓝牙通信；第二单片机将第三单片机、无线模块及蓝牙模块输出的信号进行解析，并将解析 后的信号输出第一单片机，第一单片机输出电机控制信号给电机驱动电路，电机驱动电路控制四个直流减速 电机工作，以带动所述教学机器人的底盘运动；第一单片机输出夹物控制信号给机械手，来完成夹物操作；第四单片机用于接收温度传感器检测的环境温度信号，第四单片机还用于接收湿 度传感器的环境湿度信号，第四单片机还用于接收倾角传感器检测的教学机器人的倾斜角 度信号，第四单片机还用于接收GPS模块检测的GPS信号，第四单片机还用于接收超声波测 距模块检测到的前方障碍物距离信息，[0012]第四单片机将所述环境温度信号、环境湿度信号、倾斜角度信号、GPS信号和距目 标物距离信息输出给第五单片机，第五单片机将其输出给语音播报模块进行播报；第四单片机将所述环境温度信号、环境湿度信号、倾斜角度信号、GPS信号和距目 标物距离信息输出给显示器进行显示。其中电机驱动电路的核心芯片选用L芯片。语音播报模块选用ISD芯片。上述多功能教学用机器人还包括第一电源、第二电源、第三电源、第四电源、稳压 模块、左侧第一电机、左侧第二电机、右侧第一电机和右侧第二电机；左侧第一电机、左侧第二电机、右侧第一电机和右侧第二电机选用直流减速电机， 左侧第一电机和左侧第二电机驱动左侧履带转动，右侧第一电机和右侧第二电机驱动右侧 履带转动；左侧第一电机和左侧第二电机并联设置，由电机驱动电路驱动控制，右侧第一电 机和右侧第二电机并联设置，由电机驱动电路驱动控制；第一电源的输出端与稳压模块的第一电源输入端相连，稳压模块的第一电源输 出端同时与左侧第一电机、左侧第二电机、右侧第一电机和右侧第二电机的电源输入端相 连；第二电源的输出端与稳压模块的第二电源输入端相连，稳压模块的第二电源输出 端与机械手的电源输入端相连；第三电源的输出端与稳压模块的第三电源输入端相连，稳压模块的第三电源输出 端与GSM模块的电源输入端相连；第四电源的输出端与稳压模块的第四电源输入端相连，稳压模块的第四电源输出 端同时与第一单片机、第二单片机、第三单片机、第四单片机、第五单片机、温度传感器、湿 度传感器、倾角传感器和显示器的电源输入端相连。第一电源选用12V电源，第二电源选用12V电源，第三电源选用6V电源，第四电源 选用6V电源，Vcc = 5V。所述稳压模块包括第一稳压模块、第二稳压模块、第三稳压模块和第四稳压模块，第一稳压模块的输入端与第一电源的输出端相连，第一稳压模块的输出端作为稳 压模块的第一电源输出端；第二稳压模块的输入端与第二电源的输出端相连，第二稳压模块的输出端作为稳 压模块的第二电源输出端；第三稳压模块的输入端与第三电源的输出端相连，第三稳压模块的输出端作为稳 压模块的第三电源输出端；第四稳压模块的输入端与第四电源的输出端相连，第四稳压模块的输出端作为稳 压模块的第三电源输出端；第一稳压模块、第二稳压模块、第三稳压模块和第四稳压模块的结构相同，均由稳 压芯片和电位器组成。所述机械手由夹持器、关节和三个舵机组成。本实用新型的优点软硬件均可以根据需要进行剪裁，适合不同层次的使用者，下 载程序的方法简单，只需要一条串口线，就可通过电脑下载程序，适合初学者使用，同时使 用者可以通过本实用新型来学习一些主流技术，比如蓝牙技术，GPS定位技术等等，本实用 新型应用在教学中，可以激发同学们的兴趣，使课堂更生动。
图1为多功能教学用机器人结构示意图；图2为多功能教学用机器人的电气原理结构示意图；图3是多功能教学用机器人供电驱动原理结构示电图。
具体实施方式
具体实施方式
一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述多功能教学用 机器人的移动平台采用履带式底盘，在移动平台上设置由铜柱和有机玻璃搭建的机械本 体，机械本体上设置第一单片机丨、第二单片机2、第三单片机3、第四单片机4、第五单片机 5、机械手6、无线模块7、GSM模块8、电机驱动电路9、蓝牙模块10、语音识别模块11、温度 传感器12、湿度传感器13、倾角传感器14、GPS模块15、超声波测距模块16、显示器17和语 音播报模块18 ；GSM模块8内部设置有SIM卡，GSM模块8将接收的短信通过串口输出给第三单片 机3 ；语音识别模块11接收语音信号并进行识别，并以IO 口高低电平的形式输出给第三单 片机3 ；第三单片机3将GSM模块8和语音识别模块11输出的信号进行解析，并将解析后 的控制信号输出给第二单片机2 ；无线模块7将接收的遥控器传来的控制信号输出给第二单片机2 ；无线模块7选用315M的规格，该模块通信距离远，抗干扰能力强。蓝牙模块10用于和遥控器上的蓝牙模块进行通信，还用于和笔记本进行蓝牙通 信；第二单片机2将第三单片机3、无线模块7及蓝牙模块10输出的信号进行解析，并 将解析后的信号输出第一单片机1，第一单片机1输出电机控制信号给电机驱动电路9，电机驱动电路9控制四个直流 减速电机工作，以带动所述教学机器人的底盘运动；第一单片机1输出夹物控制信号给机械手6，来完成夹物操作；第一单片机1控制机械手完成抬高、降低、旋转、张开和闭合的动作。第四单片机4用于接收温度传感器12检测的环境温度信号，第四单片机4还用于 接收湿度传感器13的环境湿度信号，第四单片机4还用于接收倾角传感器14检测的教学 机器人的倾斜角度信号，第四单片机4还用于接收GPS模块15检测的GPS信号，第四单片机 4还用于接收超声波测距模块16检测到的前方障碍物距离信息，超声波测距模块16的主要 功能是测量机器人与前方障碍物的距离，这样可以减小机器人碰撞到障碍物的可能性。第四单片机4将所述环境温度信号、环境湿度信号、倾斜角度信号、GPS信号和距 目标物距离信息输出给第五单片机5，第五单片机5将其输出给语音播报模块18进行播报； 所述GPS信号包括时间、经度、纬度、海拔、速度、磁偏角。以ASCII的形式输出。第四单片机4可以确定当前环境的温度和湿度来判断当前环境是否适合机器人 工作，同时也可以监测机器人整体的倾斜程度，可以避免由于倾角过大而使机器人倾倒的 情况发生。第四单片机4将所述环境温度信号、环境湿度信号、倾斜角度信号、GPS信号和距目标物距离信息输出给显示器17进行显示。本实施方式所述履带底盘采用路虎5履带式移动平台，底盘包括左侧履带和右侧 履带，每侧的履带由两个直流减速电机驱动，当两侧履带运动方向相同时，可实现底盘的前 进和后退，当一侧履带不转动，另一侧履带转动时，可实现底盘的左转和右转。电机驱动电路9的核心芯片选用L298芯片。该芯片输出电流大，工作电压高，可 驱动两路电机，由于履带底盘的四个直流减速电机中，驱动同侧履带的两个电机的运动特 性相同，故运动特性相同的电机可以以并联的形式接到电机驱动电路9上，机械手6由夹持器、关节和三个舵机组成。通过调节第一个舵机的角度，可以实现 夹持器的张开和闭合；通过调节第二舵机的角度，可以实现夹持器的旋转，以适合抓取不同 角度的物体；通过调节第三个舵机的角度，可以实现机械手的抬高和降低。语音识别模块11选用单片机SPCE061A。语音播报模块18选用ISD4004芯片。此芯片存储空间大，使用简单，该模块的主要功能是根据不同的控制信号来播报 不同的语音内容，用于报警和人机交互等功能。机械本体采用有机玻璃和铜柱来搭建；各种传感器通过铜柱固定在机械本体上， 并且统一供电；控制单元采用多单片机独立工作的方式，每个单片机完成特定的功能，减少 相互的干扰。每个最小系统都包括RS232转TTL的功能模块，功能模块的主要芯片为MAX232，由 于每个最小系统都有独立的振荡电路、复位电路和电平转换电路，使得在下载程序时方便 快捷，只需一条串口线与电脑相连就可完成程序的更改。本实用新型的程序采用C语言编写，通过KEIL软件生成可执行文件，此软件应用 范围广，操作简单，适合不同水平的人使用。
具体实施方式
二 本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括第一电源 19、第二电源20、第三电源21、第四电源22、稳压模块23、左侧第一电机对、左侧第二电机 25、右侧第一电机沈和右侧第二电机27 ；左侧第一电机M、左侧第二电机25、右侧第一电机沈和右侧第二电机27选用直 流减速电机，左侧第一电机M和左侧第二电机25驱动左侧履带转动，右侧第一电机沈和 右侧第二电机27驱动右侧履带转动；左侧第一电机M和左侧第二电机25并联设置，由电 机驱动电路9驱动控制，右侧第一电机沈和右侧第二电机27并联设置，由电机驱动电路9 驱动控制；采用多电源独立供电，可增强各模块的独立性，减小电路之间的干扰，第一电源19的输出端与稳压模块23的第一电源输入端相连，稳压模块23的第一 电源输出端同时与左侧第一电机对、左侧第二电机25、右侧第一电机沈和右侧第二电机27 的电源输入端相连；第一电源19为平台的移动提供了强劲的动力。第一电源19通过稳压模块23的 调节，输出不同幅值的电压来驱动四个直流减速电机，来改变机器人移动的速度。第二电源20的输出端与稳压模块23的第二电源输入端相连，稳压模块23的第二 电源输出端与机械手6的电源输入端相连；机械手由三个舵机驱动，舵机在堵转时功率瞬间增大，要求电源能为其提供很大的电流才能正常工作，故采用该电源为机械手单独供电，这样不仅能满足舵机正常工作的 条件，而且可以减小由于电流瞬间增大带来的干扰。并通过光耦将舵机电源和控制模块电 源隔离。第二电源20通过稳压模块23调整后加到机械手的三个舵机上，调整后的电压发 生变化，就可以改变机械手在夹持物体时力量的大小。第三电源21的输出端与稳压模块23的第三电源输入端相连，稳压模块23的第三 电源输出端与GSM模块8的电源输入端相连；由于GSM模块8对电源要求较高，故用该电源 为GSM模块单独供电。第四电源22的输出端与稳压模块23的第四电源输入端相连，稳压模块23的第四 电源输出端同时与第一单片机1、第二单片机2、第三单片机3、第四单片机4、第五单片机5、 温度传感器12、湿度传感器13、倾角传感器14和显示器17的电源输入端相连；第四电源22为所有传感器和单片机供电。第四电源22经过稳压模块23调整后 输出5V电压。第一电源19选用12V电源，第二电源20选用12V电源，第三电源21选用6V电源， 第四电源22选用6V电源，Vcc = 5V。
具体实施方式
三本实施方式对实施方式二作进一步说明，稳压模块23包括第一 稳压模块23-1、第二稳压模块23-2、第三稳压模块23-3和第四稳压模块23_4，第一稳压模块23-1的输入端与第一电源19的输出端相连，第一稳压模块23_1的 输出端作为稳压模块23的第一电源输出端；第二稳压模块23-2的输入端与第二电源20的输出端相连，第二稳压模块23_2的 输出端作为稳压模块23的第二电源输出端；第三稳压模块23-3的输入端与第三电源21的输出端相连，第三稳压模块23_3的 输出端作为稳压模块23的第三电源输出端；第四稳压模块23-4的输入端与第四电源22的输出端相连，第四稳压模块23_4的 输出端作为稳压模块23的第三电源输出端；第一稳压模块23-1、第二稳压模块23-2、第三稳压模块23-3和第四稳压模块23-4 的结构相同，均由稳压芯片和电位器组成。通过调节电位器的阻值，可改变输出电压的大小。每个电源的输出都连接到稳压 模块，然后连接到各个模块，这样使得输出的电压可调，提高了整体的性能。
权利要求1.多功能教学用机器人，其特征在于，所述多功能教学用机器人的移动平台采用履带 式底盘，在移动平台上设置由铜柱和有机玻璃搭建的机械本体，机械本体上设置第一单片 机(1)、第二单片机O)、第三单片机(3)、第四单片机0)、第五单片机(5)、机械手(6)、无 线模块(7)、GSM模块(8)、电机驱动电路(9)、蓝牙模块(10)、语音识别模块(11)、温度传感 器(12)、湿度传感器(13)、倾角传感器(14)、GPS模块(15)、超声波测距模块(16)、显示器 (17)和语音播报模块(18)；GSM模块(8)内部设置有SIM卡，GSM模块(8)将接收的短信通过串口输出给第三单 片机⑶；语音识别模块(11)接收语音信号并进行识别，并以IO 口高低电平的形式输出给 第三单片机⑶；第三单片机⑶将GSM模块⑶和语音识别模块(11)输出的信号进行解 析，并将解析后的控制信号输出给第二单片机O)；无线模块(7)将接收的遥控器传来的控制信号输出给第二单片机O)； 蓝牙模块(10)用于和遥控器上的蓝牙模块进行通信，还用于和笔记本进行蓝牙通信； 第二单片机( 将第三单片机(3)、无线模块(7)及蓝牙模块(10)输出的信号进行解 析，并将解析后的信号输出第一单片机(1)，第一单片机(1)输出电机控制信号给电机驱动电路(9)，电机驱动电路(9)控制四个直 流减速电机工作，以带动所述教学机器人的底盘运动；第一单片机(1)输出夹物控制信号给机械手(6)，来完成夹物操作； 第四单片机(4)用于接收温度传感器(12)检测的环境温度信号，第四单片机(4)还用 于接收湿度传感器(1 的环境湿度信号，第四单片机(4)还用于接收倾角传感器(14)检 测的教学机器人的倾斜角度信号，第四单片机(4)还用于接收GPS模块(1 检测的GPS信 号，第四单片机(4)还用于接收超声波测距模块(16)检测到的前方障碍物距离信息，第四单片机(4)将所述环境温度信号、环境湿度信号、倾斜角度信号、GPS信号和距目 标物距离信息输出给第五单片机(5)，第五单片机( 将其输出给语音播报模块(18)进行 播报；第四单片机(4)将所述环境温度信号、环境湿度信号、倾斜角度信号、GPS信号和距目 标物距离信息输出给显示器(17)进行显示。
2.根据权利要求1所述的多功能教学用机器人，其特征在于，它还包括第一电源(19)、 第二电源(20)、第三电源(21)、第四电源(22)、稳压模块(23)、左侧第一电机(M)、左侧第 二电机(25)、右侧第一电机(26)和右侧第二电机(27)；左侧第一电机(M)、左侧第二电机(25)、右侧第一电机06)和右侧第二电机、2Τ)选 用直流减速电机，左侧第一电机04)和左侧第二电机0 驱动左侧履带转动，右侧第一电 机06)和右侧第二电机、2Τ)驱动右侧履带转动；左侧第一电机04)和左侧第二电机05) 并联设置，由电机驱动电路(9)驱动控制，右侧第一电机06)和右侧第二电机(XT)并联设 置，由电机驱动电路(9)驱动控制；第一电源(19)的输出端与稳压模块的第一电源输入端相连，稳压模块的第 一电源输出端同时与左侧第一电机(M)、左侧第二电机(25)、右侧第一电机06)和右侧第 二电机(XT)的电源输入端相连；第二电源OO)的输出端与稳压模块的第二电源输入端相连，稳压模块的第 二电源输出端与机械手(6)的电源输入端相连；第三电源的输出端与稳压模块的第三电源输入端相连，稳压模块的第 三电源输出端与GSM模块(8)的电源输入端相连；第四电源0 的输出端与稳压模块的第四电源输入端相连，稳压模块的第 四电源输出端同时与第一单片机(1)、第二单片机(2)、第三单片机(3)、第四单片机(4)、第 五单片机(5)、温度传感器(12)、湿度传感器(13)、倾角传感器(14)和显示器(17)的电源 输入端相连。
3.根据权利要求2所述的多功能教学用机器人，其特征在于，第一电源(19)选用12V 电源，第二电源00)选用12V电源，第三电源选用6V电源，第四电源02)选用6V电 源，Vcc = 5V。
4.根据权利要求2所述的多功能教学用机器人，其特征在于，稳压模块包括第一 稳压模块(23-1)、第二稳压模块(23-2)、第三稳压模块和第四稳压模块，第一稳压模块03-1)的输入端与第一电源(19)的输出端相连，第一稳压模块03-1) 的输出端作为稳压模块03)的第一电源输出端；第二稳压模块03- 的输入端与第二电源00)的输出端相连，第二稳压模块03-2) 的输出端作为稳压模块03)的第二电源输出端；第三稳压模块的输入端与第三电源的输出端相连，第三稳压模块03-3) 的输出端作为稳压模块的第三电源输出端；第四稳压模块03-4)的输入端与第四电源02)的输出端相连，第四稳压模块03-4) 的输出端作为稳压模块的第三电源输出端；第一稳压模块(23-1)、第二稳压模块(23-2)、第三稳压模块和第四稳压模块 (23-4)的结构相同，均由稳压芯片和电位器组成。
5.根据权利要求1所述的多功能教学用机器人，其特征在于，电机驱动电路(9)的核心 芯片选用L298芯片。
6.根据权利要求1所述的多功能教学用机器人，其特征在于，机械手(6)由夹持器、关 节和三个舵机组成。
7.根据权利要求1所述的多功能教学用机器人，其特征在于，语音识别模块(11)选用 单片机SPCE061A。
8.根据权利要求1所述的多功能教学用机器人，其特征在于，语音播报模块(18)选用 ISD4004 芯片。
专利摘要多功能教学用机器人，属于教学实验领域，本实用新型为解决现在高校实验用机器人的集成度太高，软件和硬件不对用户开放，用户无法深入学习和了解相关知识，进而无法普及机器人教育的问题。本多功能教学用机器人，其移动平台采用履带式底盘，在移动平台上设置由铜柱和有机玻璃搭建的机械本体，机械本体上设置五个单片机、机械手、无线模块、GSM模块、电机驱动电路、蓝牙模块、语音识别模块、温度传感器、湿度传感器、倾角传感器、GPS模块、超声波测距模块、显示器和语音播报模块；采用多种控制方式，开放所有可编程模块的接口，并可采用无线的方式下载程序。所有程序采用C语言编写，易于修改，以适合不同场合。
文档编号G09B25/02GK201927271SQ20112006543
公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月14日 优先权日2011年3月14日
发明者时颖, 李忠勤, 袁明明, 陈义平, 马银花 申请人:黑龙江科技学院
技术领域：
本实用新型涉及一种多功能教学用机器人，属于教学实验领域。
背景技术：
随着科技的飞速发展，机器人技术在生活和生产中发挥着越来越重要的作用。利 用机器人可以实现在复杂、恶劣、危险环境下作业，减轻劳动强度和提高产品质量。目前世 界各国研究所都在进行机器人研究、开发和生产，已经形成了比较大的规模。作为科技人才 培养基地的高校，也越来越重视机器人技术人才的培养。但是能应用于教学的机器人设备 太少，这就限制了机器人技术在高校的普及。当前很多教学机器人都是应用于特定领域，完 成特定的功能，不具有通用性；还有些教学机器人的集成度高，软件和硬件不对用户开放， 用户无法深入学习和了解相关知识，这样很难普及机器人教育。
发明内容本实用新型目的是为了解决现在高校实验用机器人的集成度太高，软件和硬件不 对用户开放，用户无法深入学习和了解相关知识，进而无法普及机器人教育的问题，提供了 一种多功能教学用机器人。本实用新型所述多功能教学用机器人，其移动平台采用履带式底盘，在移动平台 上设置由铜柱和有机玻璃搭建的机械本体，机械本体上设置第一单片机、第二单片机、第三 单片机、第四单片机、第五单片机、机械手、无线模块、GSM模块、电机驱动电路、蓝牙模块、语 音识别模块、温度传感器、湿度传感器、倾角传感器、GPS模块、超声波测距模块、显示器和语 音播报模块；GSM模块内部设置有SIM卡，GSM模块将接收的短信通过串口输出给第三单片机； 语音识别模块接收语音信号并进行识别，并以IO 口高低电平的形式输出给第三单片机；第 三单片机将GSM模块和语音识别模块输出的信号进行解析，并将解析后的控制信号输出给 第二单片机；无线模块将接收的遥控器传来的控制信号输出给第二单片机；蓝牙模块用于和遥控器上的蓝牙模块进行通信，还用于和笔记本进行蓝牙通信；第二单片机将第三单片机、无线模块及蓝牙模块输出的信号进行解析，并将解析 后的信号输出第一单片机，第一单片机输出电机控制信号给电机驱动电路，电机驱动电路控制四个直流减速 电机工作，以带动所述教学机器人的底盘运动；第一单片机输出夹物控制信号给机械手，来完成夹物操作；第四单片机用于接收温度传感器检测的环境温度信号，第四单片机还用于接收湿 度传感器的环境湿度信号，第四单片机还用于接收倾角传感器检测的教学机器人的倾斜角 度信号，第四单片机还用于接收GPS模块检测的GPS信号，第四单片机还用于接收超声波测 距模块检测到的前方障碍物距离信息，[0012]第四单片机将所述环境温度信号、环境湿度信号、倾斜角度信号、GPS信号和距目 标物距离信息输出给第五单片机，第五单片机将其输出给语音播报模块进行播报；第四单片机将所述环境温度信号、环境湿度信号、倾斜角度信号、GPS信号和距目 标物距离信息输出给显示器进行显示。其中电机驱动电路的核心芯片选用L芯片。语音播报模块选用ISD芯片。上述多功能教学用机器人还包括第一电源、第二电源、第三电源、第四电源、稳压 模块、左侧第一电机、左侧第二电机、右侧第一电机和右侧第二电机；左侧第一电机、左侧第二电机、右侧第一电机和右侧第二电机选用直流减速电机， 左侧第一电机和左侧第二电机驱动左侧履带转动，右侧第一电机和右侧第二电机驱动右侧 履带转动；左侧第一电机和左侧第二电机并联设置，由电机驱动电路驱动控制，右侧第一电 机和右侧第二电机并联设置，由电机驱动电路驱动控制；第一电源的输出端与稳压模块的第一电源输入端相连，稳压模块的第一电源输 出端同时与左侧第一电机、左侧第二电机、右侧第一电机和右侧第二电机的电源输入端相 连；第二电源的输出端与稳压模块的第二电源输入端相连，稳压模块的第二电源输出 端与机械手的电源输入端相连；第三电源的输出端与稳压模块的第三电源输入端相连，稳压模块的第三电源输出 端与GSM模块的电源输入端相连；第四电源的输出端与稳压模块的第四电源输入端相连，稳压模块的第四电源输出 端同时与第一单片机、第二单片机、第三单片机、第四单片机、第五单片机、温度传感器、湿 度传感器、倾角传感器和显示器的电源输入端相连。第一电源选用12V电源，第二电源选用12V电源，第三电源选用6V电源，第四电源 选用6V电源，Vcc = 5V。所述稳压模块包括第一稳压模块、第二稳压模块、第三稳压模块和第四稳压模块，第一稳压模块的输入端与第一电源的输出端相连，第一稳压模块的输出端作为稳 压模块的第一电源输出端；第二稳压模块的输入端与第二电源的输出端相连，第二稳压模块的输出端作为稳 压模块的第二电源输出端；第三稳压模块的输入端与第三电源的输出端相连，第三稳压模块的输出端作为稳 压模块的第三电源输出端；第四稳压模块的输入端与第四电源的输出端相连，第四稳压模块的输出端作为稳 压模块的第三电源输出端；第一稳压模块、第二稳压模块、第三稳压模块和第四稳压模块的结构相同，均由稳 压芯片和电位器组成。所述机械手由夹持器、关节和三个舵机组成。本实用新型的优点软硬件均可以根据需要进行剪裁，适合不同层次的使用者，下 载程序的方法简单，只需要一条串口线，就可通过电脑下载程序，适合初学者使用，同时使 用者可以通过本实用新型来学习一些主流技术，比如蓝牙技术，GPS定位技术等等，本实用 新型应用在教学中，可以激发同学们的兴趣，使课堂更生动。
图1为多功能教学用机器人结构示意图；图2为多功能教学用机器人的电气原理结构示意图；图3是多功能教学用机器人供电驱动原理结构示电图。
具体实施方式
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一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述多功能教学用 机器人的移动平台采用履带式底盘，在移动平台上设置由铜柱和有机玻璃搭建的机械本 体，机械本体上设置第一单片机丨、第二单片机2、第三单片机3、第四单片机4、第五单片机 5、机械手6、无线模块7、GSM模块8、电机驱动电路9、蓝牙模块10、语音识别模块11、温度 传感器12、湿度传感器13、倾角传感器14、GPS模块15、超声波测距模块16、显示器17和语 音播报模块18 ；GSM模块8内部设置有SIM卡，GSM模块8将接收的短信通过串口输出给第三单片 机3 ；语音识别模块11接收语音信号并进行识别，并以IO 口高低电平的形式输出给第三单 片机3 ；第三单片机3将GSM模块8和语音识别模块11输出的信号进行解析，并将解析后 的控制信号输出给第二单片机2 ；无线模块7将接收的遥控器传来的控制信号输出给第二单片机2 ；无线模块7选用315M的规格，该模块通信距离远，抗干扰能力强。蓝牙模块10用于和遥控器上的蓝牙模块进行通信，还用于和笔记本进行蓝牙通 信；第二单片机2将第三单片机3、无线模块7及蓝牙模块10输出的信号进行解析，并 将解析后的信号输出第一单片机1，第一单片机1输出电机控制信号给电机驱动电路9，电机驱动电路9控制四个直流 减速电机工作，以带动所述教学机器人的底盘运动；第一单片机1输出夹物控制信号给机械手6，来完成夹物操作；第一单片机1控制机械手完成抬高、降低、旋转、张开和闭合的动作。第四单片机4用于接收温度传感器12检测的环境温度信号，第四单片机4还用于 接收湿度传感器13的环境湿度信号，第四单片机4还用于接收倾角传感器14检测的教学 机器人的倾斜角度信号，第四单片机4还用于接收GPS模块15检测的GPS信号，第四单片机 4还用于接收超声波测距模块16检测到的前方障碍物距离信息，超声波测距模块16的主要 功能是测量机器人与前方障碍物的距离，这样可以减小机器人碰撞到障碍物的可能性。第四单片机4将所述环境温度信号、环境湿度信号、倾斜角度信号、GPS信号和距 目标物距离信息输出给第五单片机5，第五单片机5将其输出给语音播报模块18进行播报； 所述GPS信号包括时间、经度、纬度、海拔、速度、磁偏角。以ASCII的形式输出。第四单片机4可以确定当前环境的温度和湿度来判断当前环境是否适合机器人 工作，同时也可以监测机器人整体的倾斜程度，可以避免由于倾角过大而使机器人倾倒的 情况发生。第四单片机4将所述环境温度信号、环境湿度信号、倾斜角度信号、GPS信号和距目标物距离信息输出给显示器17进行显示。本实施方式所述履带底盘采用路虎5履带式移动平台，底盘包括左侧履带和右侧 履带，每侧的履带由两个直流减速电机驱动，当两侧履带运动方向相同时，可实现底盘的前 进和后退，当一侧履带不转动，另一侧履带转动时，可实现底盘的左转和右转。电机驱动电路9的核心芯片选用L298芯片。该芯片输出电流大，工作电压高，可 驱动两路电机，由于履带底盘的四个直流减速电机中，驱动同侧履带的两个电机的运动特 性相同，故运动特性相同的电机可以以并联的形式接到电机驱动电路9上，机械手6由夹持器、关节和三个舵机组成。通过调节第一个舵机的角度，可以实现 夹持器的张开和闭合；通过调节第二舵机的角度，可以实现夹持器的旋转，以适合抓取不同 角度的物体；通过调节第三个舵机的角度，可以实现机械手的抬高和降低。语音识别模块11选用单片机SPCE061A。语音播报模块18选用ISD4004芯片。此芯片存储空间大，使用简单，该模块的主要功能是根据不同的控制信号来播报 不同的语音内容，用于报警和人机交互等功能。机械本体采用有机玻璃和铜柱来搭建；各种传感器通过铜柱固定在机械本体上， 并且统一供电；控制单元采用多单片机独立工作的方式，每个单片机完成特定的功能，减少 相互的干扰。每个最小系统都包括RS232转TTL的功能模块，功能模块的主要芯片为MAX232，由 于每个最小系统都有独立的振荡电路、复位电路和电平转换电路，使得在下载程序时方便 快捷，只需一条串口线与电脑相连就可完成程序的更改。本实用新型的程序采用C语言编写，通过KEIL软件生成可执行文件，此软件应用 范围广，操作简单，适合不同水平的人使用。
具体实施方式
二 本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括第一电源 19、第二电源20、第三电源21、第四电源22、稳压模块23、左侧第一电机对、左侧第二电机 25、右侧第一电机沈和右侧第二电机27 ；左侧第一电机M、左侧第二电机25、右侧第一电机沈和右侧第二电机27选用直 流减速电机，左侧第一电机M和左侧第二电机25驱动左侧履带转动，右侧第一电机沈和 右侧第二电机27驱动右侧履带转动；左侧第一电机M和左侧第二电机25并联设置，由电 机驱动电路9驱动控制，右侧第一电机沈和右侧第二电机27并联设置，由电机驱动电路9 驱动控制；采用多电源独立供电，可增强各模块的独立性，减小电路之间的干扰，第一电源19的输出端与稳压模块23的第一电源输入端相连，稳压模块23的第一 电源输出端同时与左侧第一电机对、左侧第二电机25、右侧第一电机沈和右侧第二电机27 的电源输入端相连；第一电源19为平台的移动提供了强劲的动力。第一电源19通过稳压模块23的 调节，输出不同幅值的电压来驱动四个直流减速电机，来改变机器人移动的速度。第二电源20的输出端与稳压模块23的第二电源输入端相连，稳压模块23的第二 电源输出端与机械手6的电源输入端相连；机械手由三个舵机驱动，舵机在堵转时功率瞬间增大，要求电源能为其提供很大的电流才能正常工作，故采用该电源为机械手单独供电，这样不仅能满足舵机正常工作的 条件，而且可以减小由于电流瞬间增大带来的干扰。并通过光耦将舵机电源和控制模块电 源隔离。第二电源20通过稳压模块23调整后加到机械手的三个舵机上，调整后的电压发 生变化，就可以改变机械手在夹持物体时力量的大小。第三电源21的输出端与稳压模块23的第三电源输入端相连，稳压模块23的第三 电源输出端与GSM模块8的电源输入端相连；由于GSM模块8对电源要求较高，故用该电源 为GSM模块单独供电。第四电源22的输出端与稳压模块23的第四电源输入端相连，稳压模块23的第四 电源输出端同时与第一单片机1、第二单片机2、第三单片机3、第四单片机4、第五单片机5、 温度传感器12、湿度传感器13、倾角传感器14和显示器17的电源输入端相连；第四电源22为所有传感器和单片机供电。第四电源22经过稳压模块23调整后 输出5V电压。第一电源19选用12V电源，第二电源20选用12V电源，第三电源21选用6V电源， 第四电源22选用6V电源，Vcc = 5V。
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三本实施方式对实施方式二作进一步说明，稳压模块23包括第一 稳压模块23-1、第二稳压模块23-2、第三稳压模块23-3和第四稳压模块23_4，第一稳压模块23-1的输入端与第一电源19的输出端相连，第一稳压模块23_1的 输出端作为稳压模块23的第一电源输出端；第二稳压模块23-2的输入端与第二电源20的输出端相连，第二稳压模块23_2的 输出端作为稳压模块23的第二电源输出端；第三稳压模块23-3的输入端与第三电源21的输出端相连，第三稳压模块23_3的 输出端作为稳压模块23的第三电源输出端；第四稳压模块23-4的输入端与第四电源22的输出端相连，第四稳压模块23_4的 输出端作为稳压模块23的第三电源输出端；第一稳压模块23-1、第二稳压模块23-2、第三稳压模块23-3和第四稳压模块23-4 的结构相同，均由稳压芯片和电位器组成。通过调节电位器的阻值，可改变输出电压的大小。每个电源的输出都连接到稳压 模块，然后连接到各个模块，这样使得输出的电压可调，提高了整体的性能。
权利要求1.多功能教学用机器人，其特征在于，所述多功能教学用机器人的移动平台采用履带 式底盘，在移动平台上设置由铜柱和有机玻璃搭建的机械本体，机械本体上设置第一单片 机(1)、第二单片机O)、第三单片机(3)、第四单片机0)、第五单片机(5)、机械手(6)、无 线模块(7)、GSM模块(8)、电机驱动电路(9)、蓝牙模块(10)、语音识别模块(11)、温度传感 器(12)、湿度传感器(13)、倾角传感器(14)、GPS模块(15)、超声波测距模块(16)、显示器 (17)和语音播报模块(18)；GSM模块(8)内部设置有SIM卡，GSM模块(8)将接收的短信通过串口输出给第三单 片机⑶；语音识别模块(11)接收语音信号并进行识别，并以IO 口高低电平的形式输出给 第三单片机⑶；第三单片机⑶将GSM模块⑶和语音识别模块(11)输出的信号进行解 析，并将解析后的控制信号输出给第二单片机O)；无线模块(7)将接收的遥控器传来的控制信号输出给第二单片机O)； 蓝牙模块(10)用于和遥控器上的蓝牙模块进行通信，还用于和笔记本进行蓝牙通信； 第二单片机( 将第三单片机(3)、无线模块(7)及蓝牙模块(10)输出的信号进行解 析，并将解析后的信号输出第一单片机(1)，第一单片机(1)输出电机控制信号给电机驱动电路(9)，电机驱动电路(9)控制四个直 流减速电机工作，以带动所述教学机器人的底盘运动；第一单片机(1)输出夹物控制信号给机械手(6)，来完成夹物操作； 第四单片机(4)用于接收温度传感器(12)检测的环境温度信号，第四单片机(4)还用 于接收湿度传感器(1 的环境湿度信号，第四单片机(4)还用于接收倾角传感器(14)检 测的教学机器人的倾斜角度信号，第四单片机(4)还用于接收GPS模块(1 检测的GPS信 号，第四单片机(4)还用于接收超声波测距模块(16)检测到的前方障碍物距离信息，第四单片机(4)将所述环境温度信号、环境湿度信号、倾斜角度信号、GPS信号和距目 标物距离信息输出给第五单片机(5)，第五单片机( 将其输出给语音播报模块(18)进行 播报；第四单片机(4)将所述环境温度信号、环境湿度信号、倾斜角度信号、GPS信号和距目 标物距离信息输出给显示器(17)进行显示。
2.根据权利要求1所述的多功能教学用机器人，其特征在于，它还包括第一电源(19)、 第二电源(20)、第三电源(21)、第四电源(22)、稳压模块(23)、左侧第一电机(M)、左侧第 二电机(25)、右侧第一电机(26)和右侧第二电机(27)；左侧第一电机(M)、左侧第二电机(25)、右侧第一电机06)和右侧第二电机、2Τ)选 用直流减速电机，左侧第一电机04)和左侧第二电机0 驱动左侧履带转动，右侧第一电 机06)和右侧第二电机、2Τ)驱动右侧履带转动；左侧第一电机04)和左侧第二电机05) 并联设置，由电机驱动电路(9)驱动控制，右侧第一电机06)和右侧第二电机(XT)并联设 置，由电机驱动电路(9)驱动控制；第一电源(19)的输出端与稳压模块的第一电源输入端相连，稳压模块的第 一电源输出端同时与左侧第一电机(M)、左侧第二电机(25)、右侧第一电机06)和右侧第 二电机(XT)的电源输入端相连；第二电源OO)的输出端与稳压模块的第二电源输入端相连，稳压模块的第 二电源输出端与机械手(6)的电源输入端相连；第三电源的输出端与稳压模块的第三电源输入端相连，稳压模块的第 三电源输出端与GSM模块(8)的电源输入端相连；第四电源0 的输出端与稳压模块的第四电源输入端相连，稳压模块的第 四电源输出端同时与第一单片机(1)、第二单片机(2)、第三单片机(3)、第四单片机(4)、第 五单片机(5)、温度传感器(12)、湿度传感器(13)、倾角传感器(14)和显示器(17)的电源 输入端相连。
3.根据权利要求2所述的多功能教学用机器人，其特征在于，第一电源(19)选用12V 电源，第二电源00)选用12V电源，第三电源选用6V电源，第四电源02)选用6V电 源，Vcc = 5V。
4.根据权利要求2所述的多功能教学用机器人，其特征在于，稳压模块包括第一 稳压模块(23-1)、第二稳压模块(23-2)、第三稳压模块和第四稳压模块，第一稳压模块03-1)的输入端与第一电源(19)的输出端相连，第一稳压模块03-1) 的输出端作为稳压模块03)的第一电源输出端；第二稳压模块03- 的输入端与第二电源00)的输出端相连，第二稳压模块03-2) 的输出端作为稳压模块03)的第二电源输出端；第三稳压模块的输入端与第三电源的输出端相连，第三稳压模块03-3) 的输出端作为稳压模块的第三电源输出端；第四稳压模块03-4)的输入端与第四电源02)的输出端相连，第四稳压模块03-4) 的输出端作为稳压模块的第三电源输出端；第一稳压模块(23-1)、第二稳压模块(23-2)、第三稳压模块和第四稳压模块 (23-4)的结构相同，均由稳压芯片和电位器组成。
5.根据权利要求1所述的多功能教学用机器人，其特征在于，电机驱动电路(9)的核心 芯片选用L298芯片。
6.根据权利要求1所述的多功能教学用机器人，其特征在于，机械手(6)由夹持器、关 节和三个舵机组成。
7.根据权利要求1所述的多功能教学用机器人，其特征在于，语音识别模块(11)选用 单片机SPCE061A。
8.根据权利要求1所述的多功能教学用机器人，其特征在于，语音播报模块(18)选用 ISD4004 芯片。
专利摘要多功能教学用机器人，属于教学实验领域，本实用新型为解决现在高校实验用机器人的集成度太高，软件和硬件不对用户开放，用户无法深入学习和了解相关知识，进而无法普及机器人教育的问题。本多功能教学用机器人，其移动平台采用履带式底盘，在移动平台上设置由铜柱和有机玻璃搭建的机械本体，机械本体上设置五个单片机、机械手、无线模块、GSM模块、电机驱动电路、蓝牙模块、语音识别模块、温度传感器、湿度传感器、倾角传感器、GPS模块、超声波测距模块、显示器和语音播报模块；采用多种控制方式，开放所有可编程模块的接口，并可采用无线的方式下载程序。所有程序采用C语言编写，易于修改，以适合不同场合。
文档编号G09B25/02GK201927271SQ20112006543
公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月14日 优先权日2011年3月14日
发明者时颖, 李忠勤, 袁明明, 陈义平, 马银花 申请人:黑龙江科技学院
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