一種用于教學實驗的運動控制機器人的制作方法

本發明涉及機器人防撞結構和電路系統技術領域，具體涉及一種用于教學實驗的運動控制機器人。

背景技術：

現有運動控制機器人由于結構或電路系統的限制，僅僅能進行較為單一的實驗或功能活動；此外，對于現有技術中，設置有防撞裝置的運動控制機器人，一般是使用彈簧部件進行構造的防撞裝置，彈簧的安裝工序復雜，很容易撞壞，機器人在運行過程中容易出現防撞部件共振，噪聲較大，螺絲容易松動脫落。而且由于機器人的速度范圍較廣，所匹配的彈簧類型不容易選擇，彈性過強容易由撞擊反沖造成機器人側翻或對同一點反復撞擊造成機器人損壞，彈性過小可能直接使防撞裝置處于失效狀態。

本發明公開一種輪式運動控制機器人mcr-t4(movingcontrolrobot,簡稱mcr，四輪驅動)，mcr系列是申請人開發的輪式運動控制教學系列機器人，主要用于高中、高職、本科等院校的機器人教學。mcr-t4目前可開展的教學實驗有20多項，更多新實驗還在不斷開發中，同時mcr-t4還可用于畢業設計，課外開放性實驗，創新實驗和學科競賽等項目。

技術實現要素：

針對上述現有技術，本發明目的在于提供一種用于教學實驗的運動控制機器人，解決現有技術由于電路系統局限性造成功能單一、可開發的實驗少且性價比低，以及由于使用彈簧式防碰撞裝置而造成安裝困難且容易損壞等技術問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種運動控制機器人系統，包括

控制模塊，具有編程器件；

碰撞開關，輸出碰撞反饋信號至控制模塊；

接口板，用于連接擴展部件；

運動部件，包括依次連接的驅動電路、電機、車輪和編碼器，編碼器輸出具有車輪的位置反饋信號至控制模塊；

所述的控制模塊選擇地由碰撞反饋信號和/或接口板的輸出信號輸出第一控制信號至驅動電路。

上述方案中，所述的控制模塊，包括

驅動級處理器，連接接口板、碰撞開關和驅動電路；

決策級處理器，具有重復編程功能，與驅動級處理器通訊且選擇地連接驅動電路；

管理級處理器，連接有觸摸顯示屏，由觸摸顯示屏輸出的第二控制信號切換驅動級處理器和決策級處理器對驅動電路的控制權限且還接收驅動級處理器和/或決策級處理器的狀態反饋信號和性能反饋信號。

上述方案中，還包括

傳感器組，通過接口板連接至驅動級處理器或者直接連接至驅動級處理器，傳感器組可以屬于擴展部件；

所述的傳感器組，包括紅外感應傳感器組、光敏傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、陀螺儀、方向傳感器、攝像頭、測距傳感器、氣壓傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器和/或氣體傳感器。

上述方案中，所述的擴展部件，通過接口板連接控制模塊；

所述的擴展部件，包括執行器、通訊模塊和/或語音識別模塊；

所述的執行器，包括舵機機械手、風扇、擴展顯示屏、激光器和/或擴展電機；

所述的通訊模塊，包括wifi模塊、無線串口模塊和/或gps模塊。

上述方案中，所述的碰撞開關，選用行程開關。

一種運動控制機器人，包括機器人車架，機器人車架設置有橋型的擴展支架，機器人車架側面還連接有防撞板，防撞板繞與機器人車架側面連接處有行程，擴展支架或防撞板數量可以是一個或多個。

上述方案中，還包括

具有接口板的電路系統，接口板設置于機器人車架上；

傳感器支架，包括至少三塊護板，呈圍護欄型設置于機器人車架車頭上，每個護板內設置有與電路系統連接的傳感器組。

上述方案中，還包括碰撞開關，碰撞開關連接電路系統，碰撞開關觸發端還與防撞板耦合且自行程小于等于防撞板與機器人車架側面的行程。

上述方案中，所述的防撞板，包括平面防撞部和側邊區域彎曲部，側邊區域彎曲部與機器人車架表面貼合并固定且平面防撞部與機器人車架側面構成夾角，夾角大小決定防撞板與機器人車架側面用于緩沖撞擊的行程大小，該夾角可以等于0，防撞板可以是整體韌性型材，也可以是由平面防撞部和側邊區域彎曲部連接構成，只要彎曲處存在韌性即可；

所述的平面防撞部，有鏤空區域,鏤空區域大小用于調整防撞板的彈性大小。

一種運動控制機器人實驗方法，包括以下步驟：

步驟1、安裝開發環境庫，再構建函數庫，調用函數庫中功能函數接口構建出不同可視模塊化程序；

步驟2、調整可視模塊化程序的連接順序，獲得機器人功能程序；

步驟3、切換機器人控制權限至決策級處理器，將機器人功能程序下載至決策級處理器，在下載完成后利用決策級處理器通過運行機器人功能程序控制機器人進行實驗。

與現有技術相比，本發明的有益效果：

提供了一種高擴展性的運動控制機器人；

提供了一種無彈簧的沖量吸收防碰撞結構；

意外地，擴展支架除了實現了搭載其他傳感器、執行器等外接擴展設備的機械支撐效果，還有作為機器人提手的技術效果，而現有技術正是存在對于小車類型機器人的提拿困難。

附圖說明

圖1為本發明實施例的機器人俯角向立體圖；

圖2為本發明實施例的機器人仰角向立體圖；

圖3為本發明實施例的機器人正視圖；

圖4為本發明實施例的機器人底面剖視圖；

圖5為本發明實施例的機器人右視圖；

圖6為本發明實施例的機器人俯視圖；

圖7為本發明實施例的機器人車架、碰撞開關和防撞板仰角向結構示意圖；

圖8為本發明實施例的機器人車架、碰撞開關和防撞板俯角向結構示意圖；

圖9為本發明實施例的接口板各種接口示意圖；

圖10為本發明實施例的控制盒示意圖；

圖11為本發明實施例的系統模塊示意圖；

圖12為本發明實施例的系統檢測顯示畫面示意圖；

圖13為本發明實施例的各個功能檢測系統界面示意圖；

圖14為本發明實施例的下載程序界面示意圖；

圖15為本發明實施例的功能程序等待運行界面示意圖；

圖16為本發明實施例的功能程序運行狀態反饋界面示意圖；

圖17為本發明實施例的可視模塊化開發環境界面示意圖；

圖18為本發明實施例的用戶功能開發流程示意圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

下面結合附圖對本發明做進一步說明：

一種運動控制機器人系統，包括

控制模塊，具有編程器件；

碰撞開關17，輸出碰撞反饋信號至控制模塊；

接口板2，用于連接擴展部件；

運動部件，包括依次連接的驅動電路、電機12、車輪7和編碼器，編碼器輸出具有車輪7的位置反饋信號至控制模塊；

所述的控制模塊選擇地由碰撞反饋信號和/或接口板2的輸出信號輸出第一控制信號至驅動電路。

上述方案中，所述的控制模塊，包括

驅動級處理器，連接接口板2、碰撞開關17和驅動電路；

決策級處理器，具有重復編程功能，與驅動級處理器通訊且選擇地連接驅動電路；

管理級處理器，連接有觸摸顯示屏d，由觸摸顯示屏d輸出的第二控制信號切換驅動級處理器和決策級處理器對驅動電路的控制權限且還接收驅動級處理器和/或決策級處理器的狀態反饋信號和性能反饋信號。

上述方案中，還包括

傳感器組，通過接口板2連接至驅動級處理器或者直接連接至驅動級處理器；

所述的傳感器組，包括紅外感應傳感器組9、光敏傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、陀螺儀、方向傳感器、攝像頭、測距傳感器、氣壓傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器和/或氣體傳感器。

上述方案中，所述的擴展部件，通過接口板2連接控制模塊；

所述的擴展部件，包括執行器、通訊模塊和/或語音識別模塊；

所述的執行器，包括舵機機械手、風扇、擴展顯示屏、激光器和/或擴展電機12；

所述的通訊模塊，包括wifi模塊、無線串口模塊和/或gps模塊。

上述方案中，所述的碰撞開關17，選用行程開關。

一種運動控制機器人，包括機器人車架6，機器人車架6設置有橋型的擴展支架4，機器人車架6側面還連接有防撞板1，防撞板1繞與機器人車架6側面連接處1_b有行程。

上述方案中，還包括

具有接口板2的電路系統，接口板2設置于機器人車架6上；

傳感器支架3，包括至少三塊護板，呈圍護欄型設置于機器人車架6車頭上，每個護板內設置有與電路系統連接的傳感器組。

上述方案中，還包括碰撞開關17，碰撞開關17連接電路系統，碰撞開關17觸發端還與防撞板1耦合且自行程小于等于防撞板1與機器人車架6側面的行程。

上述方案中，所述的防撞板1，包括平面防撞部1_a和側邊區域彎曲部，側邊區域彎曲部與機器人車架6表面貼合并固定且平面防撞部1_a與機器人車架6側面構成夾角，固定片18覆蓋側邊區域彎曲部并一起被貫穿有螺母孔20；碰撞開關17通過擋板19連接到防撞板1上。

所述的平面防撞部1_a，有鏤空區域10。

實施例1

1、mcr-t4系統組成

如圖1-圖11，mcr-t4機器人采用4輪驅動的形式，通過左右兩側輪子的差速可實現轉向。機器人系統主要包括電源模塊，運動部件，mcr控制器，傳感器組件分四部分組成。

電源模塊包括鋰電池組，充電電路和穩壓電路。

運動部件包括輪子四只，直流減速電機四只，編碼器四只和電機驅動板一塊。

mcr控制器包括驅動級，管理級和決策級3個處理器。

采用mc9s12x128處理器作為驅動層處理器，主要負責各種總線及接口數據通信，接收控制指令，并對喇叭voc，電機12，按鍵等模塊進行控制，該處理器相當于機器人的小腦，它不做控制決策級運算。

stm32處理器作為管理級處理器，相當于機器人的腦干，主要負責人機交互，機器人工作狀態管理及機器人性能監測等工作。

采用stc89c52單片機作為決策級處理器，相當于機器人的大腦，該處理器完全對用戶開放編程，當機器人處于用戶程序工作狀態時，機器人的控制權限完全交給該處理器，機器人的動作將由用戶程序控制。

傳感器部件相當于機器人的五官，包括紅外測距傳感器，光敏傳感器，聲音傳感器和紅外尋跡傳感器等組成，這些傳感器的數據通過驅動級處理器獲取后交于決策級處理器編程使用，除機器人自帶的傳感器之外，還可以通過接口板2和擴展支架4方便的擴展其他模塊部件(如溫度、濕度、超聲波、陀螺儀、方向、攝像頭、激光測距、氣壓、煙霧、火焰、可燃氣體等傳感器，舵機機械手、小風扇、顯示屏、激光器、電機等執行器，無線wifi，無線串口模塊，gps模塊，語音識別模塊等)，傳感器支架3上有安裝口16，擴展支架4上有安裝口15。

2、mcr-t4機械結構

mcr-t4機械部分主要包括車輪7，電機12，電機支架13，機器人車架6，防撞板1，底部護板8，電池倉14，mcr控制器5，接口板2，車燈11，傳感器支架3和擴展支架4。

3、豐富的接口設計

mcr-t4具有8路do接口i1，8路di接口i2，12路adc接口i6，兩路mcr-bus并行總線接口i7，兩路舵機控制接口i8，兩路外部中斷觸發接口i3，一個sci接口i4，一個ii²c接口i5和一個12v電源擴展接口i9，這些接口可外接各類傳感器及多種功能模塊，為機器人的功能擴展提供了基礎保障。

4、mcr-t4控制器設計

機器人控制器通過彩色觸摸顯示屏d進行人機交互，通過觸摸顯示屏d操作，用戶可進行程序下載，程序運行，系統檢測等各種操作。開關s打開后，控制器的彩色觸摸顯示屏d顯示開機界面。

開機完成后，進入操作主界面(例如設計系統檢測、下載程序和用戶程序)。此時用戶可單擊圖標進入相應功能。

按下系統檢測圖標，進入系統檢測功能，如圖12所示。此時可單擊圖標進入不同的功能檢測項目里。

各種功能檢測顯示界面設計如圖13。

點擊屏幕右上角的返回圖標，可返回操作主界面，按下操作主界面的下載程序圖標，進入下載程序界面如圖14，，控制器通過usb線連接pc機后，通過機器人開發環境連接機器人后，可按下開始下載按鈕進行用戶程序的下載。

點擊屏幕右上角的返回圖標，可返回操作主界面，按下操作主界面的用戶程序圖標，進入運行程序界面，如圖15。點擊運行按鈕，則進入用戶程序運行模式，如圖16。

5、簡單易學的mcr-t4的開發模式

mcr系列機器人采用自主研發的mcr開發環境(如圖17)編程，采用流程圖和c語言兩種模式進行開發，入門簡單快捷，同時開發環境支持自定義模塊加載，能夠實現mcr擴展功能的開發，非常方便用戶使用。用戶開發流程如圖18所示。

6、mcr-t4教學實驗開發

mcr-t4目前可開展的教學實驗有20多項，還在不斷開發新實驗，同時mcr-t4還可用于畢業設計，開外開放實驗，創新實驗和學科競賽等項目。

建議開展的基礎教學實驗名稱：

實驗1認識mcr-t4和mcr開發環境編程控制機器人移動；

實驗2編程控制mcr-t4按照矩形，正方形，圓形和s曲線運動；

實驗3編程控制mcr-t4顯示文字和圖形；

實驗4編程控制mcr-t4譜曲歌唱；

實驗5編程實現聲音控制mcr-t4運行和停止；

實驗6編程實現通過按鍵設置mcr-t4運行參數；

實驗7編程實現mcr-t4自動大燈功能；

實驗8利用行程開關實現mcr-t4繞障行駛；

實驗9利用紅外測距傳感器實現mcr-t4自動避撞行駛；

實驗10利用紅外尋跡傳感器實現mcr-t4巡線行駛；

實驗11利用紅外遙控器控制mcr-t4移動；

實驗12實現mcr-t4自動變速行駛。

實驗13利用定時器實現mcr-t4精確計時。

實驗14利用編碼器實現mcr-t4里程計數。

實驗15實現mcr-t4沿墻體行進。

實驗16實現mcr-t4聲控運動。

建議開展的綜合實驗：

實驗1mcr-t4機器人巡線穿越迷宮；

實驗2mcr-t4機器人穿越障礙迷宮；

實驗3mcr-t4機器人pid定速行駛；

實驗4mcr-t4機器人搬運工(配合升級包的舵機機械手模塊)；

實驗5mcr-t4機器人滅火(配合升級包的火焰傳感器和小風扇模塊)；

實驗6mcr-t4機器人自動超車(需要兩臺機器人配合)；

實驗7mcr-t4機器人自主導航行駛(配合升級包的方向傳感器，gps)；

實驗8mcr-t4環境自動監測機器人(配合升級包的煙霧，溫濕度，可燃氣體傳感器)；

實驗9mcr-t4遙控排爆機器人(配合升級包的攝像頭，舵機機械手模塊)；

實驗10mcr-t4遙控排爆機器人(配合升級包的攝像頭，舵機機械手模塊)；

實驗11mcr-t4語音控制機器人(配合升級包的語音識別模塊)；

實驗12mcr-t4機器人玩乒乓球(配合升級包的攝像頭，舵機機械手模塊)；

實驗13mcr-t4機器人扎氣球(配合升級包的舵機機械手模塊)；

實驗14mcr-t4機器人撿垃圾(配合升級包的攝像頭，舵機機械手模塊)。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何屬于本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。