一种教学机器人系统的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其是指一种教学机器人系统。

背景技术：

近年来，机器人技术及应用的发展突飞猛进，各个高校纷纷开设了与机器人技术相关的课程，教学机器人作为机器人技术教学示范的载体，成为了机器人课程学习不可或缺的重要组成部分。但是目前各高校所使用的机器人教学设备大多为价格昂贵的工业机器人，设备数量较少，学生动手机会少，教学效果无法保证。因此，有必要提供一种结构简单，价格低廉，功能较齐全，能够体现机器人的关键技术，利于操作的机器人实验教学系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种教学机器人系统，实现自主的接发球动作，通过该系统可以进行机器人的机械本体、运动控制、传感器、无线通信等多方面的实践教学训练。

一种教学机器人系统，主要包括发球机器人，接球机器人，控制系统。所述的发球机器人，由回转机构、俯仰机构、弹射机构组成，弹射机构与俯仰机构铰接，俯仰机构与回转机构铰接，俯仰关节处和回转机构驱动轴端部均安装了编码器，弹射机构出口处安装了速度传感器；所述的接球机器人由车体、车轮、电机、接球篮筐、下位机、激光测距模块组成，接球篮筐和下位机安装在车体中部，激光测距模块安装在车体的前后两端；所述控制系统的上位机与发球机器人的下位机利用电路连接，所述控制系统的上位机与接球机器人的下位机利用无线通信模块连接。

作为优选，所述的发球机器人回转电机，经传动齿轮减速后驱动回转平台旋转，回转角度可由回转机构编码器测量。

作为优选，所述的发球机器人俯仰电机，经丝杠螺母机构驱动弹射机构实现俯仰动作，俯仰角度可由俯仰机构编码器测量。

作为优选，所述的发球机器人弹射机构是由单作用气缸实现发球动作，改变气体压力值，可以改变发球的初始速度，发球速度可由弹射机构出口的速度传感器测量。

作为优选，所述的发球机器人由上位机发送指令给下位机，下位机依次控制俯仰电机、回转电机、弹射电磁阀，保证球体按照给定的初始角度和速度发射。编码器及速度传感器分别将回转角度、俯仰角度、弹球速度参数经下位机传送给上位机。

作为优选，上位机向发球机器人下位机发送指令的同时，会经无线通信模块发送指令给接球机器人下位机，控制转向轮电机和驱动轮电机，保证接球机器人行走到轨迹规划后的初始指定位置，当上位机收到发球机器人反馈的角度及速度参数后，发送指令给接球机器人下位机，控制接球机器人进行位置的精确微调，实现准确接球。通过接球机器人的测距模块可以确定机器人的具体位置，并将其位置信息发送给下位机，实现接球机器人的位置闭环控制。

本实用新型的有益效果是，可以实现机器人接发球动作的配合操作控制，装置结构简单，控制灵活，成本低，便于推广。

附图说明：

图1是本实用新型的总体结构示意图，图2是图1中俯仰机构、回转机构的结构示意图，图3是接球机器人结构示意图，图4是教学机器人控制系统示意图。

图中，1–发球机器人； 11–弹射机构；11-1–复位弹簧；11-2–活塞；12–俯仰机构；12-1–俯仰电机；12-2–丝杠；12–3–螺母；13–回转机构；13-1–回转电机；13-2–传动齿轮；13-3–驱动轴；13-4–回转支撑盘；2–接球机器人； 2-1–接球篮筐；2-2–转向轮；2-3–转向轮电机；2-4–驱动轮电机；2-5–驱动轮；2-6–车体；3–机器人控制系统；31–上位机；32–发球机器人下位机；32-1，32-2–电机驱动模块；32-3–电磁阀驱动模块；32-4–弹射电磁阀；32-5–俯仰机构编码器；32-6–回转机构编码器；32-7–弹射速度传感器；33–无线通信模块；34–接球机器人下位机；34-1，34-2–电机驱动模块,34-3–测距模块。

具体实施方式：

以下结合附图进一步说明本实用新型的具体结构和工作方式。

如附图1、图2、图3、图4所示，一种教学机器人系统，主要包括发球机器人1，接球机器人2，控制系统3。所述的发球机器人1，由回转机构13、俯仰机构12、弹射机构11组成，弹射机构11与俯仰机构12铰接，俯仰机构12与回转机构13铰接，俯仰关节处和回转机构驱动轴端部均安装了编码器（32-5、32-6），弹射机构11出口处安装了速度传感器32-7；所述的接球机器人2由车体2-6、转向轮2-2、驱动轮2-5、转向轮电机2-3、驱动轮电机2-4、接球篮筐2-1、接球机器人下位机34、激光测距模块34-3组成，接球篮筐2-1和下位机34安装在车体2-6中部，激光测距模块34-3安装在车体2-6的前后两端；所述控制系统3的上位机31与发球机器人的下位机32利用电路连接，所述控制系统的上位机31与接球机器人的下位机34利用无线通信模块33连接。

具体地，所述的发球机器人1的回转电机13-1，经传动齿轮13-2减速后，由驱动轴13-3驱动回转平台13-4旋转，进而调整弹射机构11的回转角度，角度值可由回转机构编码器32-6测量。

进一步，所述的发球机器人1的俯仰电机12-1，经丝杠螺母机构（丝杠12-2、螺母12-3）驱动弹射机构11实现俯仰动作，俯仰角度可由俯仰机构编码器32-5测量。

进一步，所述的发球机器人1的弹射机构11是由单作用气缸实现发球动作，缸内没有压缩气体时，活塞在复位弹簧11-1的作用下处于初始位置，当气缸工作时，压缩空气推动活塞11-2快速将球弹出，改变气体压力值，可以改变发球的初始速度，发球速度可由弹射机构11出口的速度传感器32-7测量。

进一步，所述的发球机器人1由上位机31发送指令给下位机32，下位机32通过电机驱动模块（32-1、32-2）、电磁阀驱动模块32-3依次控制俯仰电机12-1、回转电机13-1、弹射电磁阀32-4，保证球体按照给定的初始角度和速度发射。编码器（32-5、32-6）及速度传感器（32-7）分别将弹射机构11的俯仰角度、回转角度、弹球速度参数经下位机32传送给上位机31。

进一步，上位机31向发球机器人下位机32发送指令的同时，会经无线通信模块33发送指令给接球机器人下位机34，通过电机驱动模块（34-1、34-2）控制转向轮电机2-3和驱动轮电机2-4，保证接球机器人2行走到轨迹规划后的初始指定位置，当上位机31收到发球机器人1反馈的角度及速度参数后，发送指令给接球机器人下位机34，控制接球机器人2进行位置的精确微调，实现准确接球，通过接球机器人2的测距模块34-3可以确定机器人的具体位置，并将位置信息发送给接球机器人下位机34，实现接球机器人2的位置闭环控制。

以上描述了本实用新型的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。