一种机器人培训装置的控制模块的制作方法

本发明涉及一种机器人培训装置的控制模块，属于机器人技术领域。

背景技术：

当前机器人领域，国内外发展都比较火热，预计未来会需要大量的机器人相关人才，但是广大的机器人从业者，尤其是初学者，没有一个平台可以学习机器人的知识。广大的机器人创客也没有一个好的平台可以练习。而目前市场上机器人培训和练习的装置，数量比较少，而且技术比较封闭，创造性不足，结构单一，缺乏灵活性，不利于教学和人才的培养，不利于机器人教学和创客创造灵感的需要。

机器人培训装置中最重要的构件为控制模块，但是目前的机器人培训装置的控制模块结构比较复杂，造价高，操作复杂，且故障率高、寿命短。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种机器人培训装置的控制模块，结构比较简单，造价低，且故障率低、寿命长，故障率低降低50%以上，寿命增加50%以上。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种机器人培训装置的控制模块，包括集成电路IC1，集成电路IC1的型号为ATMEGA32U4，集成电路IC1的1脚经电阻R7接+5V电压，集成电路IC1的1脚经开关S3接地，集成电路IC1的2脚接+5V电压，集成电路IC1的3脚经电阻R2接USB下载接口J8的2脚，集成电路IC1的4脚经电阻R3接USB下载接口J8的3脚，USB下载接口J8的1脚接电阻R1的一端，电阻R1的另一端经并联的电容C5和电容E4接地，USB下载接口J8的4脚和5脚接地。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述集成电路IC1的5脚接地，集成电路IC1的6脚经电容C8接地，集成电路IC1的7脚接USB下载接口J8的1脚，集成电路IC1的8脚接马达驱动电路M4，马达驱动电路M4包括集成电路IC7，集成电路IC1的8脚接集成电路IC7的6脚，集成电路IC7的型号为L7010R。

所述集成电路IC7的7脚接集成电路IC1的27脚，集成电路IC7的5脚和8脚接地，集成电路IC7的1脚接插座J7的2脚和4脚，集成电路IC7的2脚和3脚接VCC，集成电路IC7的4脚接插座J7的1脚和3脚。

所述集成电路IC1的9脚接TX/RF接收头J9的3脚，TX/RF接收头J9的2脚接+5V电压，TX/RF接收头J9的1脚接集成电路IC1的11脚，TX/RF接收头J9的4脚接集成电路IC1的10脚，TX/RF接收头J9的5脚接集成电路IC1的13脚，TX/RF接收头J9的6脚接地。

所述集成电路IC1的12脚接蜂鸣器，集成电路IC1的13脚经开关S2接地，集成电路IC1的13脚经二极管D2接+5V，集成电路IC1的13脚接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接+5V，电阻R4的另一端经电容C1接地。

所述集成电路IC1的14脚接+5V，集成电路IC1的15脚接地，集成电路IC1的16脚经晶振XT1接集成电路IC1的17脚，集成电路IC1的16脚经电容C10接地，集成电路IC1的17脚经电容C11接地。

所述集成电路IC1的18脚接接插件J3的9脚，集成电路IC1的19脚接接插件J3的12脚，集成电路IC1的20脚接接插件J3的15脚，集成电路IC1的21脚接接插件J3的18脚，接插件J3的1脚、4脚、7脚、10脚、13脚和16脚分别接地，接插件J3的2脚、5脚、8脚、11脚分别接VCC，接插件J3的14脚和17脚分别接+5V。

所述集成电路IC1的23脚接地，集成电路IC1的24脚接+5V，集成电路IC1的24脚经电容C2接地，集成电路IC1的25脚接接插件J3的6脚，集成电路IC1的26脚接马达驱动电路M2，马达驱动电路M2包括集成电路IC5，集成电路IC1的26脚接集成电路IC5的7脚，集成电路IC5的型号为L7010R。

所述集成电路IC5的6脚接集成电路IC1的32脚，集成电路IC5的5脚和8脚接地，集成电路IC5的1脚接插座J5的2脚和4脚，集成电路IC5的2脚和3脚接VCC，集成电路IC5的4脚接插座J5的1脚和3脚。

所述集成电路IC1的28脚接马达驱动电路M1，马达驱动电路M1包括集成电路IC4，集成电路IC1的28脚接集成电路IC4的7脚，集成电路IC4的型号为L7010R。

本发明采取以上技术方案，具有以下优点：本发明结构比较简单，造价低，且故障率低、寿命长，故障率低降低50%以上，寿命增加50%以上，更好的保证机器人培训装置正常运行。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1是本发明实施例中CPU板的电路图；

附图2是本发明实施例中马达驱动电路的电路图；

附图3是本发明实施例中遥控对码电路的电路图；

附图4是本发明实施例中USB下载接口的电路图；

附图5是本发明实施例中电源输入电路的电路图；

附图6是本发明实施例中外围设备输入口的电路图；

附图7是本发明实施例中控制设备输出口的电路图；

附图8是本发明实施例中引导程序下载口的电路图；

附图9是本发明实施例中LED灯模块的电路图；

附图10是本发明实施例中按键模块的电路图；

附图11是本发明实施例中光敏传感器模块的电路图；

附图12是本发明实施例中红外接收模块的电路图；

附图13是本发明实施例中伺服马达驱动模块的电路图。

具体实施方式

实施例，如附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6、附图7和附图8所示，一种机器人培训装置的控制模块，包括集成电路IC1，集成电路IC1的型号为ATMEGA32U4，集成电路IC1的1脚经电阻R7接+5V电压，集成电路IC1的1脚经开关S3接地，集成电路IC1的2脚接+5V电压，集成电路IC1的3脚经电阻R2接USB下载接口J8的2脚，集成电路IC1的4脚经电阻R3接USB下载接口J8的3脚，USB下载接口J8的1脚接电阻R1的一端，电阻R1的另一端经并联的电容C5和电容E4接地，USB下载接口J8的4脚和5脚接地；

集成电路IC1的5脚接地，集成电路IC1的6脚经电容C8接地，集成电路IC1的7脚接USB下载接口J8的1脚，集成电路IC1的8脚接马达驱动电路M4，马达驱动电路M4包括集成电路IC7，集成电路IC1的8脚接集成电路IC7的6脚，集成电路IC7的型号为L7010R；

集成电路IC7的7脚接集成电路IC1的27脚，集成电路IC7的5脚和8脚接地，集成电路IC7的1脚接插座J7的2脚和4脚，集成电路IC7的2脚和3脚接VCC，集成电路IC7的4脚接插座J7的1脚和3脚；

集成电路IC1的9脚接TX/RF接收头J9的3脚，TX/RF接收头J9的2脚接+5V电压，TX/RF接收头J9的1脚接集成电路IC1的11脚，TX/RF接收头J9的4脚接集成电路IC1的10脚，TX/RF接收头J9的5脚接集成电路IC1的13脚，TX/RF接收头J9的6脚接地；

集成电路IC1的12脚接蜂鸣器，集成电路IC1的13脚经开关S2接地，集成电路IC1的13脚经二极管D2接+5V，集成电路IC1的13脚接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接+5V，电阻R4的另一端经电容C1接地；

集成电路IC1的14脚接+5V，集成电路IC1的15脚接地，集成电路IC1的16脚经晶振XT1接集成电路IC1的17脚，集成电路IC1的16脚经电容C10接地，集成电路IC1的17脚经电容C11接地；

集成电路IC1的18脚接接插件J3的9脚，集成电路IC1的19脚接接插件J3的12脚，集成电路IC1的20脚接接插件J3的15脚，集成电路IC1的21脚接接插件J3的18脚，接插件J3的1脚、4脚、7脚、10脚、13脚和16脚分别接地，接插件J3的2脚、5脚、8脚、11脚分别接VCC，接插件J3的14脚和17脚分别接+5V；

集成电路IC1的23脚接地，集成电路IC1的24脚接+5V，集成电路IC1的24脚经电容C2接地，集成电路IC1的25脚接接插件J3的6脚，集成电路IC1的26脚接马达驱动电路M2，马达驱动电路M2包括集成电路IC5，集成电路IC1的26脚接集成电路IC5的7脚，集成电路IC5的型号为L7010R；

集成电路IC5的6脚接集成电路IC1的32脚，集成电路IC5的5脚和8脚接地，集成电路IC5的1脚接插座J5的2脚和4脚，集成电路IC5的2脚和3脚接VCC，集成电路IC5的4脚接插座J5的1脚和3脚；

集成电路IC1的28脚接马达驱动电路M1，马达驱动电路M1包括集成电路IC4，集成电路IC1的28脚接集成电路IC4的7脚，集成电路IC4的型号为L7010R；

集成电路IC4的6脚接集成电路IC1的29脚，集成电路IC4的5脚和8脚接地，集成电路IC4的1脚接插座J4的2脚和4脚，集成电路IC4的2脚和3脚接VCC，集成电路IC4的4脚接插座J4的1脚和3脚；

集成电路IC1的30脚接遥控对码电路，遥控对码电路包括开关S4，集成电路IC1的30脚分别接开关S4的5脚、6脚、7脚和8脚，开关S4的1脚经电阻R8接地，开关S4的2脚经电阻R9接地，开关S4的3脚经电阻R10接地，开关S4的4脚经电阻R11接地，集成电路IC1的30脚经电容C6接地，集成电路IC1的30脚经电阻R6接+5V；

集成电路IC1的31脚接接插件J3的3脚，集成电路IC1的34脚接+5V，集成电路IC1的34脚经电容C3接地，集成电路IC1的34脚接地，集成电路IC1的36脚接马达驱动电路M3，马达驱动电路M3包括集成电路IC6，集成电路IC1的36脚接集成电路IC6的7脚，集成电路IC6的型号为L7010R；

集成电路IC6的6脚接集成电路IC1的41脚，集成电路IC6的5脚和8脚接地，集成电路IC6的1脚接插座J6的2脚和4脚，集成电路IC6的2脚和3脚接VCC，集成电路IC6的4脚接插座J6的1脚和3脚；

集成电路IC1的37脚接接插件J2的3脚，集成电路IC1的38脚接接插件J2的6脚，集成电路IC1的39脚接接插件J2的9脚，集成电路IC1的40脚接接插件J2的12脚，集成电路IC1的42脚接集成电路IC1的44脚接+5V，集成电路IC1的43脚接地，集成电路IC1的43脚经电容C4接+5V；

电源输入电路包括接插件J1，接插件J1的2脚接地，接插件J1的1脚接开关S1的一端，开关S1的另一端接VCC，开关S1的另一端经电容E1接地，开关S1的另一端接集成电路IC2的3脚，集成电路IC2的型号为ams1117-5.0，集成电路IC2的1脚接地，集成电路IC2的2脚经电容E2接地，集成电路IC2的2脚经电感L1接集成电路IC3的3脚，集成电路IC3的型号为CE8301A50P，集成电路IC3的3脚经二极管D1接集成电路IC3的2脚，集成电路IC3的2脚接+5V，集成电路IC3的2脚经串联的电阻R1和发光二极管LED1接地，集成电路IC3的2脚经电容E3接地；电源输入电路通过集成电路IC3稳压输出+5V，与集成电路IC1的2脚连接。

机器人培训装置的控制模块分别电连接有LED灯模块、按键模块、光敏传感器模块、红外接收模块和伺服马达驱动模块；

如附图9所示，LED灯模块包括接插件J10，接插件J10的1脚接地，接插件J10的1脚经串联的发光二极管LED2和电阻R12接接插件J10的3脚，接插件J10的3脚接接插件J10的6脚，接插件J10的4脚接地；

如附图10所示，按键模块包括接插件J11，接插件J11的1脚接地，接插件J11的1脚经开关S5接接插件J11的6脚，接插件J11的2脚接+5V，接插件J11的2脚接接插件J11的5脚，接插件J11的2脚经电阻R13接接插件J11的6脚，接插件J11的3脚接接插件J11的6脚，接插件J11的4脚接地；

如附图11所示，光敏传感器模块包括接插件J12，接插件J12的1脚接地，接插件J12的2脚接接插件J12的5脚，接插件J12的2脚经红外接收二极管LED4接插件J12的2脚接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接接插件J12的3脚，电阻R15的另一端经串联的电阻R14和红外发光二极管LED3接地，接插件J12的3脚接接插件J12的6脚，接插件J12的4脚接地；

如附图12所示，红外接收模块包括J13，接插件J13的1脚接地，接插件J13的1脚接集成电路IC8的GND端，集成电路IC8为红外接收头HS0038B，集成电路IC8的VCC端接接插件J13的2脚，集成电路IC8的OUT端接接插件J13的3脚，接插件J13的4脚接地，接插件J13的5脚接接插件J13的2脚，接插件J13的6脚接接插件J13的3脚；

LED灯模块、按键模块、光敏传感器模块和红外接收模块均可以通过接插件J2或者接插件J3与集成电路IC1电连接。

如附图13所示，伺服马达驱动模块包括接插件J14、接插件J15、接插件J16，接插件J14的1脚、4脚、7脚和10脚分别接地，接插件J14的3脚接接插件J15的3脚，接插件J14的6脚接接插件J15的6脚，接插件J14的9脚接接插件J16的3脚，接插件J14的12脚接接插件J16的6脚，接插件J15的1脚、4脚分别接地，接插件J15的2脚经电容E5接地，接插件J15的2脚经串联的电阻R16和发光二极管LED5接地，接插件J15的2脚经串联的电阻R17和电阻R18接地，接插件J15的2脚接集成电路IC9的2脚，集成电路IC9型号为AZ1084S2，集成电路IC9的1脚经电阻R18接地，集成电路IC9的3脚接VCC；

接插件J15的5脚经电容E6接地，接插件J15的5脚经串联的电阻R19和发光二极管LED6接地，接插件J15的5脚经串联的电阻R20和电阻R21接地，接插件J15的5脚接集成电路IC10的2脚，集成电路IC10型号为AZ1084S2，集成电路IC10的1脚经电阻R21接地，集成电路IC10的3脚接VCC；

接插件J16的2脚经电容E7接地，接插件J16的2脚经串联的电阻R22和发光二极管LED7接地，接插件J16的2脚经串联的电阻R23和电阻R24接地，接插件J16的2脚接集成电路IC11的2脚，集成电路IC11型号为AZ1084S2，集成电路IC11的1脚经电阻R24接地，集成电路IC11的3脚接VCC；

接插件J16的5脚经电容E8接地，接插件J16的5脚经串联的电阻R25和发光二极管LED8接地，接插件J16的5脚经串联的电阻R26和电阻R27接地，接插件J16的5脚接集成电路IC12的2脚，集成电路IC12型号为AZ1084S2，集成电路IC12的1脚经电阻R27接地，集成电路IC12的3脚接VCC。

本发明采用CPU板为机器人的核心部件，主控芯片采用Atmel公司的MCU：MEGA32U4。SOP44贴片封装，并且带usb驱动功能。

CPU板供电采用电池组模块，可以使用一次性干电池或者可充电电池。采用宽电压设计，电池组的电压可以为4-10V，主控板内置稳压与升压电路，将整个系统的工作电压稳定在+5V，这个电压为家电通用的标准电压，被大多数电子产品使用。其它外围模块均与此兼容。

CPU板连接外围模块的端子为容易使用的杜邦针，脚距为标准2.54mm脚距，杜邦针的旁边有黑点或者白点的标识，与外围模块连接线的颜色对应，以便于使用者操作，同时让初学者了解电的正负极性的知识。杜邦针旁边还有“A1\A2\.....B1\B2.......”等字母编号标识， An口，Bn口和串口每组均为3根插针，分别为GND（地线），VCC(+5V)和信号线，PCB板上的黑点对应GND。GND和VCC可以为外围模块供电，信号线用来检测或者控制外围模块的相应信号。

An口输入信号分3种：高电平（1）、低电平（0）和模拟电压值。MCU通过检测这些信号来感知外围模块的状态，如：是否有按键操作，是否有障碍物等等。

Bn口输出信号分3种：高电平（1）、低电平（0）和PWM脉冲。MCU通过发出这些信号通知外围设备完成一定的动作任务。

串口的通讯方式为标准全双工uart串行通讯，速率采用9600bps，1个起始位，8个数据位，1个停止位。

Mn口为电机马达接口，每组4根插针，与黑点对齐的两根针接在一起，与白点对齐的两根接在一起。当同一组接两个电机时，两个电机的动作是完全相同的。MCU的两个I/O口通过驱动芯片驱动一组电机，通过改变电机两根线的高低电平来实现正转（01）、反转（10） 、刹车（11）、停止（00）。

当然，单个CPU板的接口是有限的，如果使用者设计的项目比较复杂，使用模块比较多，可能会出现连接口不够用的问题，因此设计了CPU板的级联功能，通过多个CPU板的协作来处理更多的任务。多个CPU板可以独立完成各自的任务，也可以在它们之间采用标准的UART串口通讯模式，以便协作完成较复杂的任务，高级用户甚至可以采用单线通讯的方式来实现协作工作。

主控板上有一个四位的拨码开关，用来进行机型选择或者遥控器配对，这是为了多台机器人同时遥控时，用来区分，防止相互干扰。四位拨码开关通过8421码转换可以实现16种状态，也就是说可以允许16个机器人同时在一个地方遥控使用。四位拨码开关本来需要MCU的4个I/O口来读取状态，判定是哪个型号，我们经过电路改进之后，只需要一个A/D口进行AD采样就可以实现16种状态。

主控板上采用一个标准2K频率的蜂鸣器，通过改变频率和持续时间来实现各种音乐和声音。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。