專利名稱:一種機器人教學模型的制作方法
技術領域:
本實用新型涉及一種用于機器人教學實踐的機器人教學模型,尤其涉及一種應用 于中央空調的管道清掃機器人教學模型。
背景技術:
隨著機器人在現代生產和生活中廣泛應用,機器人及相關課程的教學實踐受到越 來越多重視,機器人教學模型有著很廣泛的應用,但目前機器人教學模型種類不夠多,工程 應用背景不夠強,或者價格昂貴。發明內容,針對上述的不足,本實用新型提供了一種適用于清掃方形中央空調通 風管道的機器人教學模型,可以廣泛用于機器人、機械零件和機電產品控制等課程的教學 實踐。
發明內容本實用新型是通過以下技術方案實現的一種中央空調通風管道清掃機器人教學 模型,由車體和清掃臂組成,清掃臂由小連桿和大連桿兩段通過螺栓連接組成,清掃臂的下 端與固定在車體底盤后部的支架連接,其上端安裝有清掃刷電動機,清掃刷電動機可以驅 動安裝在電機軸上的清掃刷,車體左右兩側各具有兩個驅動輪,分別由四個電機驅動。上述機器人教學模型,增設清掃臂起落機構,所述清掃臂起落架由升降電機、支撐 臂、絲杠副、導軌、軸承、軸承支座,支撐臂一端與清掃臂連接,另一端與絲杠副中螺母連接, 軸承安裝在軸承支座中,導軌和絲杠副中絲杠由軸承及支座支撐,絲杠的一端通過聯軸器 與升降電機連接,升降電機和軸承6及支撐座固定在車體底盤上。上述機器人教學模型,所述車體底盤下方增設底箱,在底箱兩側壁上分別固定著 兩個車輪的驅動電動機。上述機器人教學模型,所述車體后部增設攝像頭,攝像頭經USB 口與PC機連接。上述機器人教學模型,所述車體前部增設超聲波探頭。本實用新型所述的機器人模型在應用時本實用新型所述機器人模型可駛入管道內部,用清掃刷驅動電機對管道臂進行清 掃,變換機器人的位置可對管道內不同內壁進行清掃,改變清掃刷的旋轉方向,可以適應不 同內壁的清掃;利用升降電機、絲桿副和支撐臂組成的清掃臂起落機構調整清掃臂的前傾 角度,從而改變清掃高度,以適應不同截面的管道,更換小連桿來改變清掃臂的長度,從而 改變清掃刷高度,以適應不同截面的管道,利用超聲波探頭來探測車體前方是否有障礙物, 來判斷是否需要轉彎避障,利用攝像頭可將管道內部的清掃臂工作狀況在PC機上進行顯 示或存儲,便于外部觀看和調閱,總之,本實用新型具有重量輕,積小,操作靈活,制作成本 低,有著較好的教學實踐價值,本實用新型所述機器人模型可采用PC機進行控制,圖4是一 種控制電路結構框圖,由圖4可知,所述清掃刷驅動電動機,清掃臂升降驅動電動機,車輪 驅動電動機的電源端分別同對應的電動機驅動電路的驅動電源輸出端連接,而所述各電動機驅動電路的控制極分別同單片機相應控制信號輸出端對應連接,所述車輪測速的霍爾測 速元件連接單片機相應控制信號輸入端對應連接,所述清掃臂升降限位開關連接單片機相 應控制信號輸入端對應連接,所述PC機串行口經串行通訊接口電路與單片機串口連接,所 述攝像頭與PC機的USB 口連接。圖4所示控制電路框圖的工作過程是,啟動PC機(上位機),進入專用控制軟件, 在顯示屏幕上可顯示控制功能窗口菜單;執行控制命令時,控制指令經串行通訊接 口電路送至單片機(下位機),而單片機根據不同指令發出驅動信號給電動機驅動電路使 其分別或同步完成相應的功能。同時車輪轉速的霍爾測速元件將車輪的轉速快慢信號送入 單片機,單片機根據測速信號給車輪的電動機驅動電路發出驅動信號來改變車輪轉速,從 而調整車體的行走的狀態。清掃臂升降限位開關將清掃臂升降到極限位置信號送給單片 機,單片機根據極限位置信號給清掃臂升降驅動電動機的驅動電路發送控制信號停止清掃臂的升降運動。攝像頭將管道內的工作情況送到PC機上 顯示,攝像頭上自帶LED用來照亮管道內部。
圖1是本實用新型的主視圖。圖2是本實用新型的左視圖。圖3是本實用新型的俯視圖。圖4是一種采用PC機進行控制的控制原理框圖。圖5是單片機及外圍電路。在所述附圖中1、車輪2、底箱3、底盤4、軸承支座5、絲桿6、軸承7、螺母8、支撐臂9、小連桿10、 螺栓11、大連桿12、支架13、聯軸器14、升降電動機15、攝像頭16、超聲波探測頭17、車輪 驅動電動機18、連接軸19、導軌20、清掃刷驅動電機21、單片機22、23、24電動機驅動電路 25、串行通訊接口電路26、限位開關27、霍爾測速元件28、PC機29、攝像頭
具體實施方式
參看圖1、圖2、圖3,車體為一個四輪小車,車體前部裝有超聲波探頭16,后部裝有 攝像頭15,超聲波探頭16檢測機器人運動過程中前方是否有障礙物,攝像頭監視機器人在 管道內的工作狀況,車體的每個車輪具有一個驅動電機17,車體前進或后退時,控制電路使 四個車輪同向旋轉,車體轉彎時,左右車輪旋轉方向相反,機器人模型的清掃臂的上端安裝 雙軸輸出電機20,電機輸出軸的旋轉帶動清掃刷運動,清掃臂由小連桿9和大連桿11由螺 栓10連接,清掃臂大連桿11下端與支架12通過連接軸18連接,大連桿11與較長的小連 桿連接適用于內徑大的管道,大連桿11與較短的小連桿連接適用于內徑小的管道。清掃臂 的大連桿11與支撐臂8—端連接,支撐臂8的另一端與絲杠副中螺母7連接,絲杠副中的 絲杠5兩端支撐在軸承6里,軸承座4固定在新走小車底盤3上。升降電機14通過聯軸器 13帶動絲杠副中的絲杠5的旋轉,絲杠5的旋轉帶動絲杠副中的螺母7沿絲杠5和導軌19前后移動,從而通過支撐臂8驅動清掃臂繞連接軸18旋轉,改變清掃高度,清掃臂與地面的 夾角可在0度到90度之間調節,車體的底箱2與底盤3連接,可以防止灰塵侵入電機及周 圍元件。圖4是整機控制與驅動一種實際電路框圖,該方案采用PC28機控制,具有智能化、 自動化和軟件化的操作平臺,裝置體積小,使用靈活方便,行走、清掃定位準確,監視方便, 可直接生成存儲監控圖片。圖5是圖4所示框圖是一種實際電路圖,其工作過程如下1.由單片機21、晶振、電容組成單片機(下位機)中心電路,單片機選擇 STC89C52,當單片機上電后,由晶振、電容產生時鐘信號送至單片機21,單片機21處于待機 狀態。2.小車行走驅動系統由直流減速電動機和直流電動機驅動芯片及周圍元件組成機器人行走電路,直流 電動機驅動芯片選擇L298,當計算機要求小車前進時,單片機21按照驅動芯片L298工作 邏輯要求向直流電動機驅動芯片發送信號使電機電機同時正轉,當計算機要求機器人后退 時,單片機21按照驅動芯片L298工作邏輯要求向直流電動機驅動芯片發送信號使電機電 機同時反轉,當計算機要求機器人向左轉時,單片機21按照驅動芯片L298工作邏輯要求 向一個直流電機驅動芯片發送信號,使車輪1、2的驅動電機反轉,單片機21按照驅動芯片 L298工作邏輯要求向直流電機驅動芯片發送信號,使車輪3、4的驅動電機正轉,當計算機 要求機器人向右轉時,單片機21按照驅動芯片L298工作邏輯要求向直流電機驅動芯片發 送信號,使車輪1、2的驅動電機正轉,單片機21按照驅動芯片L298工作邏輯要求向直流電 機驅動芯片發送信號,使車輪3、4的驅動電機反轉。3.超聲波電路系統超聲波發射電路由反相器74LS04、超聲波發射換能器T、電阻R6、R7組成,單片機 21的P3. 2端口輸出的40kHz方波信號送入超聲波發射電路,超聲波接收電路由集成芯片、 電容、電阻和超聲波接受換能器組成。集成芯片選用集成電路芯片CX20106A,超聲波接收電 路將接受的超聲波信息送入單片機21的P3. 3端口,機器人前進過程中,單片機21的P3. 2 端口輸出的40kHz方波信號送入超聲波發射電路,通過發射電路不斷發出頻率為40KHZ的 超聲波,若機器人前方無障礙物,超聲波接收探頭R未收到信號,機器人向前走,若機器人 前方有障礙物,超聲波接收探頭R接收到超聲波發射探頭T發出的超聲波反射回來的信號, 經超聲波接收電路處理后向單片機21送入指令,經計算機運行發出指令讓電動機或反轉, 或停止,使機器人繞過障礙物繼續行走或停止運動。4.機器人測速系統機器人測速電路由霍爾元件組成,霍爾元件型號選擇0620,當安裝在電動機1和 電動機2上的永磁鐵靠近霍爾時就產生一個脈沖,信號通過TO 口傳輸到單片機21中,單片 機通過TO計數外部脈沖在一秒鐘內紀錄的脈沖數,從而計算出小車兩側車輪的轉速,單片 機21根據車體運動控制的需要向小車行走驅動系統發送指令信號,調整機器人行走的速 度、及轉向。5.清掃臂升降驅動系統由直流減速電動機和直流電動機驅動芯片及周圍元件組成清掃臂升降驅動電路,直流減速電動機選擇ZYM-25A280,直流電動機驅動芯片選擇L298,當單片機21按照驅動芯 片L298工作邏輯要求向直流電動機驅動芯片發送信號使電機同時正轉,使清掃臂向上舉 起;當單片機21按照驅動芯片L298工作邏輯要求向直流電動機驅動芯片發送信號使電機 同時反轉,使清掃臂向下降落。6.清掃臂升降限位檢測系統由限位開關構成清掃臂升降限位檢測電路。限位開關分別檢測絲杠副中螺母是否 移到絲杠的最左端或最右端,從而檢測到清掃臂是否升到最高或降到最低的位置。當清掃 臂升到最高位置,限位開關將檢測信號經P3. 6送入單片機21中,單片機21向清掃臂升降 驅動驅動電路發送指令使升降電機停止運動,使清掃臂停止繼續向上舉起。當清掃臂降到 高低位置,限位開關將檢測信號經P3. 7送入單片機21中,單片機21向清掃臂升降驅動驅 動電路發送指令使升降電機停止運動,使清掃臂停止繼續向下降落。7.液晶顯示系統由液晶模塊及周圍元件組成,液晶顯示模塊選擇IXD1601,IXD160共有16個引腳, 其中VSS接地,VDD接+5V給液晶供電。V0可直接接地,若接一滑動變阻器后在接地,可調 節字體亮度,RS、RW、E是三根控制線,DO D7是8根數據線,單片機21通過著11根線向 液晶模塊發送數據,顯示相應的提示信息。8.串行通訊接口電路由RS232串口通訊接口芯片及5個1UF的電容組成,單片機21經串行通訊接口電 路與PC機連接,PC機將控制指令傳送給單片機21,單片機將機器人工作過程中反饋信息傳 送給PC機,供PC根據返回的信息進一步控制機器人的工作狀態。
權利要求一種教學機器人模型,主要包括車輪(1)、底盤(2)、底箱(3)、絲杠(5)、絲杠副的螺母(7)、支撐臂(8)、小連桿(9)、螺栓(10)、支架(12)、清掃臂升降驅動電動機(14)、攝像頭(15)、超聲波探頭(16)、車輪驅動電動機(17)、導軌(19)、清掃刷驅動電動機(20)、單片機(21)、電動機驅動電路(22、23、24)、串行通訊接口電路(25)、清掃臂升降限位開關(26)、霍爾測速元件(27)、PC機(28),其特征是,它由車體和清掃臂組成,所述清掃臂由小連桿(9)和大連桿(12)由螺栓(10)連接組成,清掃臂的下端與車體的后面的支架(12)連接,其上端設有清掃刷驅動電機(20),清掃臂升降驅動電動機(14)安裝在車體上,所述車體的底盤(2)下面安裝底箱(3),車體兩側分別具有兩個車輪(1),分別由四個電機驅動(17)。
2.根據權利要求1所述教學機器人模型,其特征是,增設清掃臂升降機構,清掃臂升降 機構由升降電動機(14)、絲杠副、導軌(19)和支撐臂(8)組成,支撐臂(8) —端與清掃臂連 接,另一端與絲杠副的螺母(7)連接,絲杠副中的絲杠(5) —端與升降電動機(14)的輸出 軸連接。
3.根據權利要求1所述教學機器人模型,其特征是,所述車體前部增設攝像頭(15)和 超聲波探頭(16),所述車輪驅動電動機(17)、清掃臂升降驅動電動機(14)、清掃刷驅動電 動機(20)電源端分別同對應的電動機驅動電路(22、23、24)的驅動電源輸出端連接,所述 各電動機驅動電路(22、23、24)的控制極分別同單片機(21)相應控制信號輸出端對應連 接,車輪測速的霍爾測速元件(27)連接單片機(21)相應控制信號輸入端對應連接,所述清 掃臂升降限位開關(26)連接單片機(21)相應控制信號輸入端對應連接,所述PC機(28) 串行口經串行通訊接口電路(25)與單片機(21)串口連接。
專利摘要本實用新型涉及一種機器人教學模型,屬于教學設備領域。其技術方案是它有由機器人主體和機器人控制箱組成,該機器人主體包括車體、攝像頭、超聲波探頭、位于車體之上的升降清掃臂、清掃臂升降機構及驅動電機、安裝在清掃臂上端的清掃刷驅動電機。清掃臂由小連桿和大連桿兩段通過螺栓連接組成,清掃臂的下端與固定在車體底盤后部的支架鉸接。車體左右兩側各具有兩個驅動輪,分別由四個電機驅動。本實用新型具有重量輕,體積小,操作靈活,制作成本,有著較好的教學實踐價值。
文檔編號G09B25/02GK201576397SQ20092002074
公開日2010年9月8日 申請日期2009年4月9日 優先權日2009年4月9日
發明者太榮兵, 尹文彬, 楊紅娟, 趙德志, 陳繼文, 黃國棟 申請人:楊紅娟