一种中小学教学用机器人组配系统的制作方法

本实用新型涉及教育机器人领域，具体涉及一种中小学教学用机器人组配系统。

背景技术：

机器人是一种自动执行工作的机器装置。为适应未来社会科技发展的需要，培养出具有创新意识的科技人才，教育机器人作为信息技术教育的有效载体，在基础教育阶段，成为培养青少年综合能力、创新思维及信息素养的最佳载体。

教育机器人可与各学科教育相结合，如计算机、机械、电子、通讯、感测、控制技术等多个学科知识，可通过对教育机器人系统的组装、检测、调整、编程等操作，提高青少年的综合知识水平、动手能力、逻辑思维能力及创新能力，这对于培养素质全面的创新性人才具有重要的作用。

目前市面上的教育机器人主要有以下几类：一类是全封闭式机器人，其整体被外观结构件封装起来，组装结构复杂；还有一类是半开放式机器人，其基础结构件多种多样，且组装结构复杂。

然而，现有的教育机器人存在以下不足：

1，普遍为面向家庭应用场景，结构冗余复杂僵化，如全封闭式及半封闭式的教育机器人的组装结构，不能适用于课堂教学；

2，普遍购置成本高，且在教学应用场景下使用寿命偏短，难以在基础教育阶段全面推广普及；

3，与中小学教学大纲匹配度低，不利于各学科知识的综合传授，往往需购置多套不同类型的教育机器人，且相互之间难以兼容，这进一步增加了教育成本。

因此，有必要对以上不足加以改进。

技术实现要素：

为了改善以上不足，本实用新型提供一种中小学教学用机器人组配系统，其机器人构件兼容性强，结构简洁可靠，相互之间组配灵活，能够适用于教学应用场景。本实用新型通过以下技术方案实现：一种中小学教学用机器人组配系统，包括电源模块、马达、传感器模块和主控制器，电源模块、马达和传感器模块用于与主控制器连接，还包括骨架组件、车轮、传动固定盘、螺栓和螺母，其中，所述骨架组件，包括骨板、骨关节板和轮关节板，所述骨板的两端面和所述骨关节板的两端面均贯设有两第一通孔，所述第一通孔靠所述端面处设有内螺纹，所述骨板相背的两宽侧面和所述骨关节板相背的两宽侧面均贯设有第二通孔单元，所述第二通孔单元包括两第二通孔，该两第二通孔之间的间距与上述两第一通孔之间的间距相同，所述轮关节板的两端面贯设有至少两第三通孔、两第四通孔和一第五通孔，所述的两第三通孔之间的间距与上述两第一通孔之间的间距相同；所述马达，靠其转轴伸出端的端面处设有具有内螺纹的固定孔，所述固定孔与所述第四通孔相对应，所述转轴伸出端用于穿出所述第五通孔；所述车轮，包括一轴孔和两第六通孔，所述轴孔与所述车轮的轴线同轴，且位于所述的两第六通孔的中点处，所述的两第六通孔之间的间距与上述两第一通孔之间的间距相同，所述车轮包括驱动轮；所述传动固定盘，用于将所述驱动轮与所述转轴伸出端连接；所述螺栓和所述螺母，用于将上述各部件组装固定。

优选的，所述第一通孔呈T形，所述第二通孔和所述第一通孔贯通并呈干字形，且所述的两第一通孔左右对称。

优选的，还包括应用程序端，所述应用程序端可与所述主控制器通信，以对所述主控制器重编程。

优选的，还包括法兰轴承，所述车轮还包括从动轮，所述螺栓可用于通过所述法兰轴承将所述从动轮可转动地组装固定。

优选的，还包括同步带，所述车轮为同步带轮，所述同步带用于联动所述驱动轮和所述从动轮。

优选的，还包括语音模块和蓝牙模块，所述语音模块和所述蓝牙模块用于与所述主控制器连接，所述应用程序端可通过所述蓝牙模块与所述主控制器通信。

优选的，还包括LED灯模块，所述传感器模块包括红外传感器模块，所述LED灯模块和所述红外传感器模块用于与所述主控制器连接。

本实用新型的机器人构件兼容性强，结构简洁可靠，相互之间组配灵活，进而可降低教育机器人的推广普及成本，可培养学生的动手动脑能力，激发学习兴趣，可进行多学科知识的综合传授，利于让学生了解掌握传感器模块知识，结构的搭建方法，各种部件的控制方法，通过生动、有趣的开源编程，可吸引学生进入开源编程人工智能领域，引导学生逐渐形成编程的思想，掌握机器人的程序设计方法，可培养学生的创新精神和综合实践能力，使用更效果更好。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例的躯干部结构示意图；

图2为本实用新型实施例的臂部结构示意图；

图3为图1与图2组装状态的结构示意图；

图4为本实用新型实施例底座驱动部的结构示意图；

图5为本实用新型实施例底座从动部的结构示意图；

图6为图4与图5组装状态的结构示意图；

图7为图3与图6组装状态的一种立体图；

图8为图3与图6组装状态的另一种立体图；

图9为本实用新型实施例的电路连接示意框图。

图中各标号对应如下，骨板11，骨关节板12，轮关节板13，第一通孔100，凹槽101，第二通孔110，第一马达21，第二马达22，螺母31，传动固定盘32，轴套33，全螺纹螺栓300，锁紧螺栓301，半螺纹螺栓302，车轮4，主动轮40，从动轮41，轴孔401，第六通孔402，套筒5，法兰轴承6，电源模块7，主控制器70，红外传感器模块71，LED灯模块72。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本实用新型进行进一步的描述：

本实施例的中小学教学用机器人组配系统，其机器人构件以组装成人形轮式机器人作为一种示例，该机器人包括躯干部、臂部和底座，如图1～8所示，构成躯干部、臂部和底座的骨架组件，包括骨板11、骨关节板12和轮关节板13，骨板11的两端面和骨关节板13的两端面均贯设有两第一通孔100，第一通孔100靠端面处设有内螺纹，骨板11相背的两宽侧面和骨关节板12相背的两宽侧面均贯设有第二通孔单元，第二通孔单元包括两第二通孔110，该两第二通孔110之间的间距与上述两第一通孔100之间的间距相同，轮关节板13的两端面贯设有至少两第三通孔、两第四通孔和一第五通孔，该两第三通孔之间的间距与上述两第一通孔100之间的间距相同。上述骨架组件的结构利于各构件之间的兼容组合及装配，可自由组合装配出更多种多样的机器骨架形状。作为一种优选实施方式，上述第一通孔100呈T形，第二通孔110和第一通孔100贯通并呈干字形，且两第一通孔100左右对称；该结构利于通过螺栓或通过螺栓和螺母对各构件的固定。

本实施例的骨板11和骨关节板12，优选还包括凹槽101，凹槽101设于骨板11和骨关节板12的一宽侧面，并介于各自的两第一通孔100之间；凹槽101的设置，利于各构件之间的连接固定。

车轮4如图1～8所示，一轴孔401和两第六通孔402，轴孔401与车轮4的轴线同轴，且位于两第六通孔402的中点处，两第六通孔402之间的间距与上述两第一通孔100之间的间距相同。具体实施时，驱动时，车轮4可仅以主动轮40的方式实施，本实施例优选为主动轮40和从动轮41组配的方式实施。

具体地，一躯干部如图1所示，两螺栓的螺纹杆部分别依次穿过骨板11一端部的两第二通孔110、骨关节板12的两第一通孔100、车轮4的两第六通孔402后，与带有内螺纹的套筒5的一端连接，另两螺栓的螺纹杆部分别穿过LED灯模块72的固定孔后，与套筒5的另一端连接，使得躯干部的各构件的位置相对固定。

一臂部如图2所示，两螺栓的螺纹杆部分别依次穿过骨板11一端部的两第二通孔110、红外传感器模块71的固定孔后，与螺母31连接，另两螺栓的螺纹杆部分别依次穿过车轮4的两第六通孔402、骨板11另一端部的两第二通孔110后，与骨关节板12一端部的两第一通孔100螺纹连接，使得臂部的各构件的位置相对固定。

一并参考图3，两螺栓的螺纹杆部依次分别穿过一躯干部的骨板11中部的两第二通孔110、一臂部的骨关节板12的两第二通孔110后，与螺母连接，使得一躯干部与一臂部的位置相对固定，并形成一侧臂躯。

本实施例的底座包括驱动部和从动部，具体地，驱动部如图4所示，其结构左右对称，驱动的马达包括第一马达21和第二马达22，其一侧结构描述如下，另一侧可参照设置：两螺栓的螺纹杆部分别依次穿过轮关节板13的第三通孔后，与骨板11一端的两第一通孔100螺纹连接，使得轮关节板13相对骨板11的位置固定；第二马达22靠其转轴伸出端的端面处设有具有内螺纹的固定孔，该固定孔与第四通孔相对应，另两螺栓的螺纹杆部分别依次穿过轮关节板13的第四通孔后，与第二马达22的固定孔螺纹连接，相应地，第二马达22的转轴伸出端穿出轮关节板13的第五通孔，并通过锁紧螺栓301与传动固定盘32相对固定，具体实施时，该转轴伸出端优选呈扁轴状，以方便固定；车轮4作为主动轮40，两全螺纹螺栓300的螺纹杆部分别穿出主动轮40的第六通孔402后，与传动固定盘32螺纹连接，使得主动轮40相对传动固定盘32的位置固定。

从动部如图5所示，其结构左右对称，其一侧结构描述如下，另一侧可参照设置：车轮4作为从动轮41，套筒5穿设于轮关节板13的第五通孔，两螺栓的螺纹杆部分别穿过骨板11的第二通孔110后，与骨关节板12的第一通孔100螺纹连接；另两半螺纹螺栓302的螺纹杆部分别依次穿过左法兰轴承6、从动轮41的轴孔401、右法兰轴承6、轴套33和套筒5后，与骨关节板12于凹槽101处螺纹连接或通过螺母进行固定，并使得从动轮41可转动，从动部的其它构件之间的位置相对固定。

一并参考图6所示，骨板11的两端分别通过螺栓和螺母将一驱动部和一从动部连接并相对固定。

一并参考图3和图6～8所示，全螺纹螺栓300的螺纹杆部穿出从动部的骨板的第二通孔后，与躯干部骨板11底端部的第一通孔螺纹连接，使得躯干部与底座的位置相对固定。本实施例的车轮4优选为以同步带轮方式实施，相应地，优选还包括同步带，以用于联动位于底座同侧的主动轮40和从动轮41。

如图7和图8所示，电源模块7包括电池、电池座和固定板；固定板用于衔接固定及承载电池和电池座，其上贯设有多个第二通孔单元，两螺栓的螺纹杆部依次穿过电池座、固定板的第二通孔单元和从动部骨板11的第二通孔单元后，与螺母螺纹连接固定。主控制器70PCB板的四角固定孔与骨板11的第二通孔110相对应，四个螺栓的螺纹干部分别依次穿过主控制器70四角的固定孔、套筒5和骨板11的第二通孔110后，与螺母螺纹连接固定，使得主控制器70相对各构件的位置固定。电源模块7、红外传感器模块71和LED灯模块72分别通过连接线与主控制器70的各对应的连接端口连接，优选电源模块7与主控制器70连接的电路上设有电源开关。

本实施例的运行机制为：利用红外线的反射原理，将红外传感器模块71作为障碍检测器，通过红外传感器模块71发出并接收障碍物反射的红外线，并将讯号传递到主控制器70，然后主控制器70再通过程序控制马达作相对应的调速与转向。当前方没有障碍物时，第一马达21反转，第二马达22正转，机器人沿直线行走；当前方有障碍物，机器人左侧手臂末端的红外传感器模块71优先检测到信号时，第一马达21和第二马达22同时反转；机器人右侧手臂末端的红外传感器模块b优先检测到信号时，第一马达21和第二马达22同时正转。

作为一种优选实施方式，一并参考图9所示，主控制器70以ARDUINO控制板方式实施，还包括应用程序端，应用程序端可与主控制器70通信，以对主控制器70重编程。进一步还包括语音模块和蓝牙模块，语音模块和蓝牙模块可设于主控制器70PCB板上，并与主控制器70连接，应用程序端可通过手机与蓝牙模块连接，进而与主控制器70通信。操控时，用户可通过终端APP进行编程操作，然后通过蓝牙传输把编程指令导入ARDUINO控制板，也可通过语音模块语音给予指令或终端APP发出直接实时控制的指令，如前进、后退、左转、右转；红外传感器模块71的信号输出端连接ARDUINO控制板，红外传感器能感应并通过马达做位置调整，LED灯可相应配置为闪烁报警。

该组配系统，可培养学生的动手动脑能力，激发学习兴趣，可进行多学科知识的综合传授，利于让学生了解掌握传感器模块知识，结构的搭建方法，各种部件的控制方法，通过生动、有趣的开源编程，可吸引学生进入开源编程人工智能领域，引导学生逐渐形成编程的思想，掌握机器人的程序设计方法，可培养学生的创新精神和综合实践能力，使用更效果更好。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

上面对本实用新型专利进行了示例性的描述，显然本实用新型专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。