一种可重组的模块化教学机器人制造技术

本实用新型专利技术提供了一种可重组的模块化教学机器人，由机械部分和控制系统组成，机械部分包括行走模块、腰部模块、手腕模块和夹持装置，行走模块、腰部模块、手腕模块和夹持装置分别为独立的模块并可拆卸或组合。本实用新型专利技术通过模块之间的自由组合，使得机器人的结构更加容易理解，适合教学上使用。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人技术，特别涉及一种可重组的、模块化的教学机器人。技术背景机器人是从20世纪50年代开始进行研究的。在研究初期，机器人主要是应用于工业领域。随着机器人研究的深入和进一步发展，机器人的应用领域得到了迅速扩展，这些应用领域有服务业、安全保卫工作、建筑行业等等行业。在机器人发展的初期，成本是十分昂贵的，这主要是由于在20世纪80年代，1台计算机一般在几万元以上，但是随着计算机技术的迅速发展，计算机的应用不断扩大，现在的1台计算机在市场上也不过只有四千到五千元左右。这为机器人的广泛应用提供了客观条件。近年来我国的素质教育提高到了国家战略的高度，因此如何培养大学生和中学生的综合素质是摆在我国教育工作者面前的难题，大家都在思索如何进一步深化教学改革，特别是我国的中学生素质教育问题。从另外的角度来看，开发出一种能够适应我国教学改革的新产品机器人，将具有广阔的市场前景。现有的机器人都包括机械部分和控制系统，而机械部分采用不可分割的整体结构，通过控制系统控制整体的运作，这就使非专业人员很难对机器人的机械部分有清晰的认识，对于教学上带来很多不便。在这样的前提下，专利技术人研究并开发出了一种新型的教学机器人，这种教学机器人应该能够达到培养动手能力、增强学习兴趣、同时使教学机器人能够配合现在的教学改革。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有机器人不可重组、成本昂贵的缺点，提供一种结构简单、成本低廉的机器人。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为由机械部分和控制系统组成，机械部分包括行走模块、腰部模块、手腕模块和夹持装置，所述的行走模块、腰部模块、手腕模块和夹持装置分别为独立的模块并可拆卸或组合，所述的控制系统包括主控模块和执行模块。上述技术方案中，行走模块采用四轮结构模式或三轮结构模式，所述的四轮结构由前后各两个轮组成，并由电机驱动后轮，所述的三轮结构由前轮和两个后轮组成，前轮与操舵轮连接，后轮则由电机驱动；所述的腰部模块包括手臂部分和腰关节，所述的腰关节可实现圆周转动，所述的手臂部分通过腰关节与行走模块连接，手臂部分包括手臂转动模块和手臂直线移动模块，手臂转动模块通过腰关节实现360°转动，手臂直线移动模块则实现腰部以上部分的上升和下降，所述的手臂转动模块和手臂直线移动模块可分别使用，也可结合在一起使用，通过不同的组合，使得腰部以上模块(腰部本身只有1种结构，但是以上是多样的)更加多样化；所述的手腕模块与手臂部分连接，并包括一对由步进电机驱动的圆锥齿轮，用于实现手腕的左右旋转，手腕模块还可增加一个蜗轮蜗杆传动机构，用于实现手腕的上下转动功能；所述的夹持器与手臂模块连接，夹持器采用常见的圆柱体夹持器或立方体夹持器。本技术的机械部分的每个模块都是独立的模块，模块之间采用标准化接口实现连接，大大简化了机器人的整体结构，并且各个模块采用多种结构，可自由组合，也可以拆卸，不同以往机器人都是一体化结构的特点，便于学习者在自由组装的过程中更好地领略机器人的结构。上述技术方案中，所述的控制系统采用开放式的模块结构，每个控制模块控制机械部分的一个模块，控制系统包括主控模块和执行模块，采用分级式控制方式，由计算机作为主控模块，完成机器人的整个主控级控制，执行模块则由一组单片机组成，用来完成机器人的各个模块的执行级伺服控制。各个控制级之间采用标准RS-232通信协议进行通信，控制系统还包括协调模块和遥控模块，主控模块通过协调模块去协调各个执行模块，而遥控模块则可以实现机器人的遥控，故而机器人的主控制系统与本体之间不必通过电缆联接。本技术相对于现在技术具有如下的优点及效果(1)本技术的控制系统主要采用普通计算机，不需要特殊的设备，所以成本低廉；(2)本技术可以拆卸和组合，可以培养操作者对机械和电子的兴趣，增加有关知识，有利于教学；(3)本技术提供的机器人的动作可以通过画图实现，还可以通过计算机进行实时遥控；(4)本技术提供的机器人不需要配置电缆，控制方便；(5)本技术采用模块化结构，所以结构简单；(6)本技术具有开放式结构，操作者可以方便编程操作。附图说明图1a为本技术一个实施例的正视结构示意图；图1b为本技术一个实施例的侧视结构示意图；图2为行走模块的四轮结构模式后轮结构示意图；图3为腰关节的结构示意图；图4为手臂转动模块结构示意图； 图5为手臂直线移动模块结构示意图；图6为手腕模块正视结构示意图；图7为手腕模块俯视结构示意图；图8为手腕模块俯视结构A-A剖视图；图9为本技术的控制系统框图；图10为本技术的运作框图；图11为本技术的路径规划框图；图12为本技术的无线遥控框图。具体实施方式以下结合附图对本技术做进一步的说明，本技术的结构示意图如附图1所示，其中图a作为所提供的一个实施例的正视图，由四轮结构行走模块6、腰关节5、手臂直线移动模块4、手臂旋转模块3、手腕模块2和圆柱体夹持装置1组成，图b为实施例的侧视图。四轮结构行走模块由前后各两个轮组成，前两轮是万向轮，用螺钉直接连接到底板上，它们作为随动轮，只起到支承车体的作用、无导向作用，后两轮是驱动轮，用两台电机分别驱动，后轮的驱动结构示意图如附图2所示，由后轮601、圆筒架602、电机603、编码器604、减速箱605、轴承606、紧定螺钉607、轴608、底板609、轴承座610、后轮轴套611、紧定螺栓612组成，电机603通过减速箱605分别驱动后轮，通过调节两后轮的转速差来控制机器人的运行速度和转动角速度。后轮和前轮分别做成模块，可以自由装拆，后轮模块通过圆筒架602固定到底板上。腰关节的结构示意图如附图3所示，腰关节包括直流电动机501、固定电机架502、紧定螺钉503、编码器固定架504、同步带轮505、连轴套筒506、联轴器507、螺栓508、编码器509、支架510、套筒511、轴512、上端盖513、螺栓514、轴承515、下端盖516、垫片517、螺母518、外框519等零部件。图中机架502和编码器固定架504分别固定直流电机501和编码器509，直流电机501和同步带轮505通过连轴套筒506和紧定螺钉503实现紧密连接，而连轴套筒506和编码器509通过联轴器507实现连接；通过同步带轮505，直流电机501把动力传递到连接到手臂的轴512上。为了安全起见，轴承515由套筒511、上端盖513和下端盖516通过螺栓514固定在角铝510上，而角铝510就横架在外框519上；垫片517和螺母518在轴512的下端固定同步带轮，以实现平稳传动，腰关节的外架用螺丝通过螺丝孔508接合。手臂转动模块的结构示意如附图4所示，转动模块包括内宽接头端401、U型连接头402、端盖403、中间轴404、尼龙轴套405、螺钉406、连接座407、外接头端408和轴承409。内接头401是宽接头端，通过螺栓连接前端模块；外接头408是窄接头端，连接后端模块。U型连接头402和连接座407分别与内接头401和外接头408过盈配合，组成转动模块的两端。为了减轻重量，提高机械效率，U型连接头402和连接座407均采用铝合金制作。转动模块由中间轴404铰接。中间轴404通过安装下侧的步进电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可重组的模块化教学机器人，由机械部分和控制系统组成，其特征在于机械部分包括行走模块、腰部模块、手腕模块和夹持装置，所述的行走模块、腰部模块、手腕模块和夹持装置分别为独立的模块并可拆卸或组合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张铁，李杞仪，李琳，谢存禧，邓建明，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]