一种用于教学实验的运动控制机器人的制作方法

本发明涉及机器人防撞结构和电路系统技术领域，具体涉及一种用于教学实验的运动控制机器人。

背景技术：

现有运动控制机器人由于结构或电路系统的限制，仅仅能进行较为单一的实验或功能活动；此外，对于现有技术中，设置有防撞装置的运动控制机器人，一般是使用弹簧部件进行构造的防撞装置，弹簧的安装工序复杂，很容易撞坏，机器人在运行过程中容易出现防撞部件共振，噪声较大，螺丝容易松动脱落。而且由于机器人的速度范围较广，所匹配的弹簧类型不容易选择，弹性过强容易由撞击反冲造成机器人侧翻或对同一点反复撞击造成机器人损坏，弹性过小可能直接使防撞装置处于失效状态。

本发明公开一种轮式运动控制机器人mcr-t4(movingcontrolrobot,简称mcr，四轮驱动)，mcr系列是申请人开发的轮式运动控制教学系列机器人，主要用于高中、高职、本科等院校的机器人教学。mcr-t4目前可开展的教学实验有20多项，更多新实验还在不断开发中，同时mcr-t4还可用于毕业设计，课外开放性实验，创新实验和学科竞赛等项目。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明目的在于提供一种用于教学实验的运动控制机器人，解决现有技术由于电路系统局限性造成功能单一、可开发的实验少且性价比低，以及由于使用弹簧式防碰撞装置而造成安装困难且容易损坏等技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种运动控制机器人系统，包括

控制模块，具有编程器件；

碰撞开关，输出碰撞反馈信号至控制模块；

接口板，用于连接扩展部件；

运动部件，包括依次连接的驱动电路、电机、车轮和编码器，编码器输出具有车轮的位置反馈信号至控制模块；

所述的控制模块选择地由碰撞反馈信号和/或接口板的输出信号输出第一控制信号至驱动电路。

上述方案中，所述的控制模块，包括

驱动级处理器，连接接口板、碰撞开关和驱动电路；

决策级处理器，具有重复编程功能，与驱动级处理器通讯且选择地连接驱动电路；

管理级处理器，连接有触摸显示屏，由触摸显示屏输出的第二控制信号切换驱动级处理器和决策级处理器对驱动电路的控制权限且还接收驱动级处理器和/或决策级处理器的状态反馈信号和性能反馈信号。

上述方案中，还包括

传感器组，通过接口板连接至驱动级处理器或者直接连接至驱动级处理器，传感器组可以属于扩展部件；

所述的传感器组，包括红外感应传感器组、光敏传感器、温度传感器、湿度传感器、超声波传感器、陀螺仪、方向传感器、摄像头、测距传感器、气压传感器、烟雾传感器、火焰传感器和/或气体传感器。

上述方案中，所述的扩展部件，通过接口板连接控制模块；

所述的扩展部件，包括执行器、通讯模块和/或语音识别模块；

所述的执行器，包括舵机机械手、风扇、扩展显示屏、激光器和/或扩展电机；

所述的通讯模块，包括wifi模块、无线串口模块和/或gps模块。

上述方案中，所述的碰撞开关，选用行程开关。

一种运动控制机器人，包括机器人车架，机器人车架设置有桥型的扩展支架，机器人车架侧面还连接有防撞板，防撞板绕与机器人车架侧面连接处有行程，扩展支架或防撞板数量可以是一个或多个。

上述方案中，还包括

具有接口板的电路系统，接口板设置于机器人车架上；

传感器支架，包括至少三块护板，呈围护栏型设置于机器人车架车头上，每个护板内设置有与电路系统连接的传感器组。

上述方案中，还包括碰撞开关，碰撞开关连接电路系统，碰撞开关触发端还与防撞板耦合且自行程小于等于防撞板与机器人车架侧面的行程。

上述方案中，所述的防撞板，包括平面防撞部和侧边区域弯曲部，侧边区域弯曲部与机器人车架表面贴合并固定且平面防撞部与机器人车架侧面构成夹角，夹角大小决定防撞板与机器人车架侧面用于缓冲撞击的行程大小，该夹角可以等于0，防撞板可以是整体韧性型材，也可以是由平面防撞部和侧边区域弯曲部连接构成，只要弯曲处存在韧性即可；

所述的平面防撞部，有镂空区域,镂空区域大小用于调整防撞板的弹性大小。

一种运动控制机器人实验方法，包括以下步骤：

步骤1、安装开发环境库，再构建函数库，调用函数库中功能函数接口构建出不同可视模块化程序；

步骤2、调整可视模块化程序的连接顺序，获得机器人功能程序；

步骤3、切换机器人控制权限至决策级处理器，将机器人功能程序下载至决策级处理器，在下载完成后利用决策级处理器通过运行机器人功能程序控制机器人进行实验。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

提供了一种高扩展性的运动控制机器人；

提供了一种无弹簧的冲量吸收防碰撞结构；

意外地，扩展支架除了实现了搭载其他传感器、执行器等外接扩展设备的机械支撑效果，还有作为机器人提手的技术效果，而现有技术正是存在对于小车类型机器人的提拿困难。

附图说明

图1为本发明实施例的机器人俯角向立体图；

图2为本发明实施例的机器人仰角向立体图；

图3为本发明实施例的机器人正视图；

图4为本发明实施例的机器人底面剖视图；

图5为本发明实施例的机器人右视图；

图6为本发明实施例的机器人俯视图；

图7为本发明实施例的机器人车架、碰撞开关和防撞板仰角向结构示意图；

图8为本发明实施例的机器人车架、碰撞开关和防撞板俯角向结构示意图；

图9为本发明实施例的接口板各种接口示意图；

图10为本发明实施例的控制盒示意图；

图11为本发明实施例的系统模块示意图；

图12为本发明实施例的系统检测显示画面示意图；

图13为本发明实施例的各个功能检测系统界面示意图；

图14为本发明实施例的下载程序界面示意图；

图15为本发明实施例的功能程序等待运行界面示意图；

图16为本发明实施例的功能程序运行状态反馈界面示意图；

图17为本发明实施例的可视模块化开发环境界面示意图；

图18为本发明实施例的用户功能开发流程示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

一种运动控制机器人系统，包括

控制模块，具有编程器件；

碰撞开关17，输出碰撞反馈信号至控制模块；

接口板2，用于连接扩展部件；

运动部件，包括依次连接的驱动电路、电机12、车轮7和编码器，编码器输出具有车轮7的位置反馈信号至控制模块；

所述的控制模块选择地由碰撞反馈信号和/或接口板2的输出信号输出第一控制信号至驱动电路。

上述方案中，所述的控制模块，包括

驱动级处理器，连接接口板2、碰撞开关17和驱动电路；

决策级处理器，具有重复编程功能，与驱动级处理器通讯且选择地连接驱动电路；

管理级处理器，连接有触摸显示屏d，由触摸显示屏d输出的第二控制信号切换驱动级处理器和决策级处理器对驱动电路的控制权限且还接收驱动级处理器和/或决策级处理器的状态反馈信号和性能反馈信号。

上述方案中，还包括

传感器组，通过接口板2连接至驱动级处理器或者直接连接至驱动级处理器；

所述的传感器组，包括红外感应传感器组9、光敏传感器、温度传感器、湿度传感器、超声波传感器、陀螺仪、方向传感器、摄像头、测距传感器、气压传感器、烟雾传感器、火焰传感器和/或气体传感器。

上述方案中，所述的扩展部件，通过接口板2连接控制模块；

所述的扩展部件，包括执行器、通讯模块和/或语音识别模块；

所述的执行器，包括舵机机械手、风扇、扩展显示屏、激光器和/或扩展电机12；

所述的通讯模块，包括wifi模块、无线串口模块和/或gps模块。

上述方案中，所述的碰撞开关17，选用行程开关。

一种运动控制机器人，包括机器人车架6，机器人车架6设置有桥型的扩展支架4，机器人车架6侧面还连接有防撞板1，防撞板1绕与机器人车架6侧面连接处1_b有行程。

上述方案中，还包括

具有接口板2的电路系统，接口板2设置于机器人车架6上；

传感器支架3，包括至少三块护板，呈围护栏型设置于机器人车架6车头上，每个护板内设置有与电路系统连接的传感器组。

上述方案中，还包括碰撞开关17，碰撞开关17连接电路系统，碰撞开关17触发端还与防撞板1耦合且自行程小于等于防撞板1与机器人车架6侧面的行程。

上述方案中，所述的防撞板1，包括平面防撞部1_a和侧边区域弯曲部，侧边区域弯曲部与机器人车架6表面贴合并固定且平面防撞部1_a与机器人车架6侧面构成夹角，固定片18覆盖侧边区域弯曲部并一起被贯穿有螺母孔20；碰撞开关17通过挡板19连接到防撞板1上。

所述的平面防撞部1_a，有镂空区域10。

实施例1

1、mcr-t4系统组成

如图1-图11，mcr-t4机器人采用4轮驱动的形式，通过左右两侧轮子的差速可实现转向。机器人系统主要包括电源模块，运动部件，mcr控制器，传感器组件分四部分组成。

电源模块包括锂电池组，充电电路和稳压电路。

运动部件包括轮子四只，直流减速电机四只，编码器四只和电机驱动板一块。

mcr控制器包括驱动级，管理级和决策级3个处理器。

采用mc9s12x128处理器作为驱动层处理器，主要负责各种总线及接口数据通信，接收控制指令，并对喇叭voc，电机12，按键等模块进行控制，该处理器相当于机器人的小脑，它不做控制决策级运算。

stm32处理器作为管理级处理器，相当于机器人的脑干，主要负责人机交互，机器人工作状态管理及机器人性能监测等工作。

采用stc89c52单片机作为决策级处理器，相当于机器人的大脑，该处理器完全对用户开放编程，当机器人处于用户程序工作状态时，机器人的控制权限完全交给该处理器，机器人的动作将由用户程序控制。

传感器部件相当于机器人的五官，包括红外测距传感器，光敏传感器，声音传感器和红外寻迹传感器等组成，这些传感器的数据通过驱动级处理器获取后交于决策级处理器编程使用，除机器人自带的传感器之外，还可以通过接口板2和扩展支架4方便的扩展其他模块部件(如温度、湿度、超声波、陀螺仪、方向、摄像头、激光测距、气压、烟雾、火焰、可燃气体等传感器，舵机机械手、小风扇、显示屏、激光器、电机等执行器，无线wifi，无线串口模块，gps模块，语音识别模块等)，传感器支架3上有安装口16，扩展支架4上有安装口15。

2、mcr-t4机械结构

mcr-t4机械部分主要包括车轮7，电机12，电机支架13，机器人车架6，防撞板1，底部护板8，电池仓14，mcr控制器5，接口板2，车灯11，传感器支架3和扩展支架4。

3、丰富的接口设计

mcr-t4具有8路do接口i1，8路di接口i2，12路adc接口i6，两路mcr-bus并行总线接口i7，两路舵机控制接口i8，两路外部中断触发接口i3，一个sci接口i4，一个ii²c接口i5和一个12v电源扩展接口i9，这些接口可外接各类传感器及多种功能模块，为机器人的功能扩展提供了基础保障。

4、mcr-t4控制器设计

机器人控制器通过彩色触摸显示屏d进行人机交互，通过触摸显示屏d操作，用户可进行程序下载，程序运行，系统检测等各种操作。开关s打开后，控制器的彩色触摸显示屏d显示开机界面。

开机完成后，进入操作主界面(例如设计系统检测、下载程序和用户程序)。此时用户可单击图标进入相应功能。

按下系统检测图标，进入系统检测功能，如图12所示。此时可单击图标进入不同的功能检测项目里。

各种功能检测显示界面设计如图13。

点击屏幕右上角的返回图标，可返回操作主界面，按下操作主界面的下载程序图标，进入下载程序界面如图14，，控制器通过usb线连接pc机后，通过机器人开发环境连接机器人后，可按下开始下载按钮进行用户程序的下载。

点击屏幕右上角的返回图标，可返回操作主界面，按下操作主界面的用户程序图标，进入运行程序界面，如图15。点击运行按钮，则进入用户程序运行模式，如图16。

5、简单易学的mcr-t4的开发模式

mcr系列机器人采用自主研发的mcr开发环境(如图17)编程，采用流程图和c语言两种模式进行开发，入门简单快捷，同时开发环境支持自定义模块加载，能够实现mcr扩展功能的开发，非常方便用户使用。用户开发流程如图18所示。

6、mcr-t4教学实验开发

mcr-t4目前可开展的教学实验有20多项，还在不断开发新实验，同时mcr-t4还可用于毕业设计，开外开放实验，创新实验和学科竞赛等项目。

建议开展的基础教学实验名称：

实验1认识mcr-t4和mcr开发环境编程控制机器人移动；

实验2编程控制mcr-t4按照矩形，正方形，圆形和s曲线运动；

实验3编程控制mcr-t4显示文字和图形；

实验4编程控制mcr-t4谱曲歌唱；

实验5编程实现声音控制mcr-t4运行和停止；

实验6编程实现通过按键设置mcr-t4运行参数；

实验7编程实现mcr-t4自动大灯功能；

实验8利用行程开关实现mcr-t4绕障行驶；

实验9利用红外测距传感器实现mcr-t4自动避撞行驶；

实验10利用红外寻迹传感器实现mcr-t4巡线行驶；

实验11利用红外遥控器控制mcr-t4移动；

实验12实现mcr-t4自动变速行驶。

实验13利用定时器实现mcr-t4精确计时。

实验14利用编码器实现mcr-t4里程计数。

实验15实现mcr-t4沿墙体行进。

实验16实现mcr-t4声控运动。

建议开展的综合实验：

实验1mcr-t4机器人巡线穿越迷宫；

实验2mcr-t4机器人穿越障碍迷宫；

实验3mcr-t4机器人pid定速行驶；

实验4mcr-t4机器人搬运工(配合升级包的舵机机械手模块)；

实验5mcr-t4机器人灭火(配合升级包的火焰传感器和小风扇模块)；

实验6mcr-t4机器人自动超车(需要两台机器人配合)；

实验7mcr-t4机器人自主导航行驶(配合升级包的方向传感器，gps)；

实验8mcr-t4环境自动监测机器人(配合升级包的烟雾，温湿度，可燃气体传感器)；

实验9mcr-t4遥控排爆机器人(配合升级包的摄像头，舵机机械手模块)；

实验10mcr-t4遥控排爆机器人(配合升级包的摄像头，舵机机械手模块)；

实验11mcr-t4语音控制机器人(配合升级包的语音识别模块)；

实验12mcr-t4机器人玩乒乓球(配合升级包的摄像头，舵机机械手模块)；

实验13mcr-t4机器人扎气球(配合升级包的舵机机械手模块)；

实验14mcr-t4机器人捡垃圾(配合升级包的摄像头，舵机机械手模块)。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。