CN109079808A - 一种应用于中小学教育的射击机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于中小学教育的射击机器人，包括；底盘部分，包括底板；云台部分，转动设置在所述底板上；弹射装置，固定设在云台部分上；若干麦克纳姆轮部分，设在所述底盘部分边缘，驱动整个射击机器人全向移动；控制部分，固定设置在所述底板上，通过电路分别控制连接云台部分、弹射装置和麦克纳姆轮部分。本发明通过对射击机器人的拆装及控制，有利于开发中小学生及青少年的智力，参考现今大学主流的机器人比赛的机器人形式，有利于中小学生提前了解大学机器人比赛形式及思路，拓宽思维，提高动手能力，并且本机器人可以利用在中小学教育中开展机器人竞赛。
Description
技术领域
本发明涉及中小学教育机器人技术领域，尤其涉及一种应用于中小学教育的射击机器人。
背景技术
中小学教育机器人是一种儿童或青少年的教学器材，将中小学教育机器人的各个零部件进行组装以拼接成完整的中小学教育机器人结构，有利于实现儿童或者青少年的智力开发，也有利于开展机器人教学活动或者竞赛活动。现今社会上存在的教育类机器人主要是引导学生将各个零部件采用凹凸配合方式或者插接方式拼接。上述技术方案存在的弊端是，限制了学生的思维，这种拼接方式的教育机器人实际上与乐高玩具无异。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种中小学教育机器人，并且参考现今大学主流的机器人比赛的形式，让中小学生体验巡线小车比赛、Robomaster比赛等大学主流机器人比赛的机器人形式，开拓学生思维，拓宽学生知识面，提高中小学生动手能力。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种应用于中小学教育的射击机器人，包括；
底盘部分，包括底板；
云台部分，转动设置在所述底板上；
弹射装置，固定设在云台部分上；
若干麦克纳姆轮部分，设在所述底盘部分边缘，驱动整个射击机器人全向移动；
控制部分，固定设置在所述底板上，通过电路分别控制连接云台部分、弹射装置和麦克纳姆轮部分。
进一步地，所述的云台部分包括叉形云台支撑件、第二舵机、转动设置在云台支撑件上的云台、第一舵机，所述第二舵机固定在底板上，云台支撑件的底部与所述第二舵机输出端的的第一舵盘固定连接实现云台支撑件 Pitch方向的运动，所述云台的一侧通过轴承与云台支撑件上部的对应侧转动连接，所述云台的另一侧通过连接第二舵机的第二舵盘与云台支撑件上部的另一对应侧转动连接，实现云台支撑件Yaw方向的运动的运动。
进一步地，所述的云台支撑件底部沿周向设置有若干在底板上滚动摩擦的万向滚珠。
进一步地，所述弹射装置包括：
弹舱，固定在所述云台上；
发射炮管，其后端与弹舱固定连接且两侧对称设置有缺口；
摩擦轮，包裹有O型圈，对称地设在发射炮管的两缺口处；
马达，固定在弹舱前端且分别与摩擦轮驱动连接；
拨盘，转动设在所述弹舱的落弹口处且与位于弹舱底部的直流减速电机驱动连接。
进一步地，所述的麦克纳姆轮部分包括四套麦克纳姆轮驱动组件，每个麦克纳姆轮驱动组件均包括通过螺栓固定在所述底板边缘的电机固定架、固定安装在所述电机固定架上的直流减速电机、与所述直流减速电机输出轴固定连接的麦克纳姆轮。
进一步地，所述麦克纳姆轮包括两个麦克纳姆轮分割件、若干滚轴和滚子，所述的两个麦克纳姆轮分割件通过螺栓相向配合装配，所述滚轴贯穿滚子并通过过盈配合固定在两个麦克纳姆轮分割件上，所述滚子可绕滚轴自由旋转。
进一步地，所述的控制部分包括单片机、电机驱动模块、用于提供动力的电池，所述单片机用于控制电机驱动模块驱动所述的麦克纳姆轮部分、第一直流减速电机、马达，第一舵机和第二舵机。
进一步地，所述的控制部分还包括与所述单片机电路连接的蓝牙串口模块，用于通过接收蓝牙信号实现对机器人的控制。
进一步地，所述的控制部分还包括设在所述底板前端作为视觉巡线的摄像头的OpenMV机器视觉模块，所述的OpenMV机器视觉模块与所述单片机电路连接，用于将识别到的地面上的线路信息传送至所述单片机调节所述的麦克纳姆轮部分各电机的转速实现转向，实现巡线行进的功能。
进一步地，所述的云台支撑件、摩擦轮、弹舱、拨盘、底板、电机固定架、麦克纳姆轮分割件、滚子均为3D打印件。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和技术效果：
1.通过采用3D打印件减轻结构重量，提高了制作的简易性，适合推广。
2.本射击机器人体积小，机构紧凑，无需占用过多空间。
3.本射击机器人零件少，且零件十分常见，易于零件购买与装配。
4.本机器人操作简便，适合中小学教育。
附图说明
图1为本射击机器人整体结构示意图。
图2为本射击机器人侧视图。
图3为本射击机器人俯视图。
图4为本射击机器人仰视图。
图5为本射击机器人正视图。
图6为云台部分示意图。
图7为云台部分后试图。
图8为云台部分俯视图。
图9为底盘部分示意图一。
图10为底盘部分示意图二。
图11为麦克纳姆轮部分示意图。
其中，1-底盘部分、2-云台部分、3-麦克纳姆轮部分、4-云台支撑件、5-万向滚珠、6-O型圈、7-摩擦轮、8-马达、9-弹舱、10-轴承、11-第一直流减速电机、12-第一舵机、13-第一舵盘、14-拨盘、15-OpenMV机器视觉模块、16-视觉模块固定板、17-底板、18-第二舵盘、19-第二舵机、20-电池、21-电机驱动模块、22-蓝牙串口模块、23-单片机、24-第二直流减速电机、25-电机固定架、26-麦克纳姆轮分割件、27-滚子、28-滚轴。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步说明。
如图1至图5所示，一种应用于中小学教育的射击机器人，包括；
底盘部分1，包括底板17；
云台部分2，转动设置在所述底板17上；
弹射装置，固定设在云台部分2上；
若干麦克纳姆轮部分3，设在所述底盘部分1边缘，驱动整个射击机器人全向移动；
控制部分，固定设置在所述底板17上，通过电路分别控制连接云台部分2、弹射装置和麦克纳姆轮部分3。
如图6至图8所示，所述的云台部分2包括叉形云台支撑件4、第二舵机19、转动设置在云台支撑件4上的云台、第一舵机12，所述第一舵机12和第二舵机19的型号均为ES08MA舵机，所述第二舵机19固定在底板17上，所述云台支撑件4的底部与所述第二舵机19输出端的的第一舵盘13固定连接实现云台支撑件4 Pitch方向的运动，所述云台的一侧通过型号为F686ZZ的轴承10与云台支撑件4上部的对应侧转动连接，所述云台的另一侧通过连接第二舵机19的第二舵盘18与云台支撑件4上部的另一对应侧转动连接，实现云台支撑件4Yaw方向的运动的运动。所述的云台支撑件4底部沿周向设置有若干在底板17上滚动摩擦的万向滚珠5，保证云台支撑件4稳定、低摩擦的旋转。
如图6和图8所示，所述弹射装置包括：
弹舱9，固定在所述云台上；
发射炮管，其后端与弹舱9固定连接且两侧对称设置有缺口；
摩擦轮7，包裹有O型圈6，对称地设在发射炮管的两缺口处；
马达8，固定在弹舱9前端且分别与摩擦轮7驱动连接，型号为130马达；
拨盘14，转动设在所述弹舱9的落弹口处且与位于弹舱9底部的型号为N20的直流减速电机11的输出轴通过过盈配合驱动连接。
如图11所示，所述的麦克纳姆轮部分3包括四套麦克纳姆轮驱动组件，每个麦克纳姆轮驱动组件均包括通过螺栓固定在所述底板17边缘的电机固定架25、固定安装在所述电机固定架25上的型号为N20的直流减速电机24、与所述直流减速电机24输出轴通过过盈配合固定连接的麦克纳姆轮。所述麦克纳姆轮包括两个麦克纳姆轮分割件26、若干滚轴28和滚子27，所述的两个麦克纳姆轮分割件26通过螺栓相向配合装配，所述滚轴28贯穿滚子27并通过过盈配合固定在两个麦克纳姆轮分割件上26，所述滚子27可绕滚轴28自由旋转。
如图9和图10所示，所述的控制部分包括单片机23、电机驱动模块21、用于提供动力的电池20，所述单片机23型号为STM32F103C8T6开发板，所述电机驱动模块21的型号为L198N，所述单片机23用于控制电机驱动模块21驱动所述的麦克纳姆轮部分3、第一直流减速电机11、马达8，第一舵机12和第二舵机19。
另外，所述的控制部分还包括与所述单片机23电路连接的蓝牙串口模块22，型号为ATK-HC05，用于通过接收蓝牙信号实现对机器人的控制。
同时，所述的控制部分还包括设在所述底板17前端作为视觉巡线的摄像头的OpenMV机器视觉模块15，所述的OpenMV机器视觉模块15与所述单片机23电路连接，用于将识别到的地面上的线路信息传送至所述单片机23调节所述的麦克纳姆轮部分3各电机的转速实现转向，实现巡线行进的功能。
上述实施例中，所述的云台支撑件4、摩擦轮7、弹舱9、拨盘14、底板17、电机固定架25、麦克纳姆轮分割件26、滚子27均为3D打印件。
上述实施例提供的机器人是一种中小学生或青少年的教学器材，通过中小学教育机器人的拆装及控制，有利于开发中小学生及青少年的智力，也有利于开展机器人教学活动或者竞赛活动。本发明实施例方案中，机器人主要通过置于底板17中的STM32F103C8T6开发板进行控制，通过J-LINK将程序烧录进入开发板之后，在电池20提供动力的情况下，STM32F103C8T6开发板可以控制电机驱动模块21驱动四个麦克纳姆轮的转动，由四个麦克纳姆轮组成的全向运动底盘可以驱动本机器人全向运动。同时，电机驱动模块21可以驱动云台部分2中第一直流减速电机11和130马达。第一直流减速电机11带动拨盘14转动，将弹舱9中的子弹拨动，然后子弹进入发射炮管，130马达带动摩擦轮7及O型圈6转动，通过挤压将子弹发射出去。与此同时，STM32F103C8T6开发板也可以控制型号为ES08MA的第一舵机12和第二舵机19。其中，第一舵机12的第一舵盘13与云台支撑件4刚性连接，当第一舵机12转动时，由于云台支撑件4没有Pitch方向的自由度，因此第一舵盘13的反作用力矩带动第一舵机12实现Pitch方向的俯仰，第一舵机12便可带动整个弹舱9的Pitch方向的运动。第二舵机19的第二舵盘18与云台支撑件4刚性连接，当第二舵机19转动时，便可带动云台部分2在Yaw方向的运动，在此过程中，万向滚珠5起到在云台转动的过程中的支撑作用，使得云台的Yaw运动更加平稳。型号为ATK-HC05的蓝牙串口模块22可以与STM32F103C8T6开发板连接，实现通过蓝牙对本机器人的控制。由此可以实现在中小学教育课程中，实现以本机器人互相射击为竞赛形式的教育竞赛过程，在制作与控制本机器人的过程中，提高中小学生的动手能力和团队合作能力，并且通过竞赛的形式增添学习的趣味性和培养学生的竞争意识。
与此同时，OpenMV机器视觉模块15作为视觉巡线的摄像头，可以将识别到的地面上的线路的信息，以浮点数角度的数字信息传送给STM32F103C8T6开发板，根据该数字角度信息可以用PWM调节四个底盘麦克纳姆轮的第二直流减速电机24的转速，以此实现底盘的转向，实现巡线行进的功能。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种应用于中小学教育的射击机器人，其特征在于，包括；
底盘部分(1)，包括底板(17)；
云台部分(2)，转动设置在所述底板(17)上；
弹射装置，固定设在云台部分(2)上；
若干麦克纳姆轮部分(3)，设在所述底盘部分(1)边缘，驱动整个射击机器人全向移动；
控制部分，固定设置在所述底板(17)上，通过电路分别控制连接云台部分(2)、弹射装置和麦克纳姆轮部分(3)。
2.根据权利要求1所述的应用于中小学教育的射击机器人，其特征在于：所述的云台部分(2)包括叉形云台支撑件(4)、第二舵机(19)、转动设置在云台支撑件(4)上的云台、第一舵机(12)，所述第二舵机(19)固定在底板(17)上，云台支撑件(4)的底部与所述第二舵机(19)输出端的的第一舵盘(13)固定连接实现云台支撑件(4) Pitch方向的运动，所述云台的一侧通过轴承(10)与云台支撑件(4)上部的对应侧转动连接，所述云台的另一侧通过连接第二舵机(19)的第二舵盘(18)与云台支撑件(4)上部的另一对应侧转动连接，实现云台支撑件(4)Yaw方向的运动的运动。
3.根据权利要求2所述的应用于中小学教育的射击机器人，其特征在于：所述的云台支撑件(4)底部沿周向设置有若干在底板(17)上滚动摩擦的万向滚珠(5)。
4.根据权利要求1或2所述的应用于中小学教育的射击机器人，其特征在于：所述弹射装置包括：
弹舱(9)，固定在所述云台上；
发射炮管，其后端与弹舱(9)固定连接且两侧对称设置有缺口；
摩擦轮(7)，包裹有O型圈(6)，对称地设在发射炮管的两缺口处；
马达(8)，固定在弹舱(9)前端且分别与摩擦轮(7)驱动连接；
拨盘(14)，转动设在所述弹舱(9)的落弹口处且与位于弹舱(9)底部的直流减速电机(11)驱动连接。
5.根据权利要求1或4所述的应用于中小学教育的射击机器人，其特征在于：所述的麦克纳姆轮部分(3)包括四套麦克纳姆轮驱动组件，每个麦克纳姆轮驱动组件均包括通过螺栓固定在所述底板(17)边缘的电机固定架(25)、固定安装在所述电机固定架(25)上的直流减速电机(24)、与所述直流减速电机(24)输出轴固定连接的麦克纳姆轮。
6.根据权利要求5所述的应用于中小学教育的射击机器人，其特征在于：所述麦克纳姆轮包括两个麦克纳姆轮分割件(26)、若干滚轴(28)和滚子(27)，所述的两个麦克纳姆轮分割件(26)通过螺栓相向配合装配，所述滚轴(28)贯穿滚子(27)并通过过盈配合固定在两个麦克纳姆轮分割件上(26)，所述滚子(27)可绕滚轴(28)自由旋转。
7.根据权利要求2所述的应用于中小学教育的射击机器人，其特征在于：所述的控制部分包括单片机(23)、电机驱动模块(21)、用于提供动力的电池(20)，所述单片机(23)用于控制电机驱动模块(21)驱动所述的麦克纳姆轮部分(3)、第一直流减速电机(11)、马达(8)，第一舵机(12)和第二舵机(19)。
8.根据权利要求(7)所述的应用于中小学教育的射击机器人，其特征在于：所述的控制部分还包括与所述单片机(23)电路连接的蓝牙串口模块(22)，用于通过接收蓝牙信号实现对机器人的控制。
9.根据权利要求8所述的应用于中小学教育的射击机器人，其特征在于：所述的控制部分还包括设在所述底板(17)前端作为视觉巡线的摄像头的OpenMV机器视觉模块(15)，所述的OpenMV机器视觉模块(15)与所述单片机(23)电路连接，用于将识别到的地面上的线路信息传送至所述单片机(23)调节所述的麦克纳姆轮部分(3)各电机的转速实现转向，实现巡线行进的功能。
10.根据权利要求4至6中任一项所述的应用于中小学教育的射击机器人，其特征在于：所述的云台支撑件(4)、摩擦轮(7)、弹舱(9)、拨盘(14)、底板(17)、电机固定架(25)、麦克纳姆轮分割件(26)、滚子(27)均为3D打印件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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