一种带陀螺仪的积木式机器人的制作方法

1.本实用新型涉及积木式机器人技术领域，具体涉及一种带陀螺仪的积木式机器人。

背景技术：

2.随着技术的发展，为了提高积木玩具的趣味性和教学性能，近年来逐渐出现了设有电源、驱动等模块的电子积木，通过pc、智能终端等编程后，再将各积木模块按照一定的拼接规则进行拼接，即可实现多样化、可模拟电路、可运动的积木组合体，同时积木玩具的感觉传感器种类越来越多。其中，陀螺仪是一种能够测量载体角度或角速度的惯性器件，在姿态控制和导航定位等领域有着非常重要的作用。因此可以将陀螺仪与积木块结合起来获得更好的拼接效果。
3.现有技术中虽然拼接的积木式机器人能够实现自动寻迹和避障，但是积木式机器人的传感器使用过于单一即单纯的使用红外传感器，存在寻迹精度较差，容易出现寻迹偏差而影响正常避障，影响实验结果的准确性，从而影响到正式场合的比赛结果。若现场存在gps信号弱的情况，还存在有偏离运动轨迹的可能性，而陀螺仪可以避免偏航继续指引。
4.因此，针对上述问题，本实用新型提出一种带陀螺仪的积木式机器人，能够高精度解决寻迹问题且减少偏航可能性。

技术实现要素：

5.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中寻迹精度差且易偏航的缺陷，从而提供一种带陀螺仪的积木式机器人。
6.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种带陀螺仪的积木式机器人，包括：
8.积木组件，所述积木组件包括核心模块和多个功能模块，所述核心模块与功能模块之间及功能模块相互之间均通过连接件实现电连接，其中一个所述功能模块内设有陀螺仪装置，所述功能模块内还设有多个传感器设备；
9.连接件，所述连接件嵌设在积木组件外表面，所述连接件包括互相配合使用的连接公扣和连接母扣，所述连接公扣与连接母扣间磁性连接；
10.陀螺仪装置，所述陀螺仪装置与核心模块通信连接，所述陀螺仪装置还连接有信号发生器，所述功能模块内设有加固装置与陀螺仪装置连接。
11.通过采用上述技术方案，连接件连接不同的积木组件，积木组件内加装陀螺仪装置，配合其他传感器设备提升机器人的寻迹精度，从而减少偏航的可能性；积木组件模块化程度高，任一模块损坏即可替换，提升了积木式机器人整体结构的稳定性。
12.进一步的，所述陀螺仪装置包括陀螺转子、内框架和外框架，所述内框架定位转动设在外框架内，所述陀螺转子穿过内框架圆心并在内框架内转动，所述外框架底部与加固装置连接。
13.通过采用上述技术方案，陀螺转子、内框架和外框架实现陀螺仪装置的自由转动，从而可以根据陀螺仪装置的转动得到角运动动量矩。
14.进一步的，所述内框架包括第一转动环和第二转动环，所述第二转动环定位转动在第一转动环内，所述陀螺转子沿第二转动环直径设置且定位转动在第二转动环内，所述第一转动环与外框架定位转动，所述外框架和第一转动环上均对称设有转动轴点。
15.通过采用上述技术方案，第一转动环和第二转动环与外框架的配合，实现陀螺转子在三个自由度方向内的转动，从而得到数据更全面，提升了数据采集的详实性。
16.进一步的，所述外框架底部与加固装置球铰连接，所述加固装置包括固定座和固定槽，所述固定槽开设在固定座顶部，所述固定槽呈球状，所述固定座呈圆台状，所述加固装置还包括设在固定座上的配重块。
17.通过采用上述技术方案，设置加固装置固定陀螺仪装置同时不影响陀螺仪装置的正常转动，使用配重块保证陀螺仪装置的稳定性，避免受到晃动影响。
18.进一步的，所述信号发生器包括驱动信号、电激励信号和分析转换装置，所述驱动信号驱动陀螺仪装置谐振运动，所述电激励信号激励陀螺仪装置产生摆幅，所述分析转换装置将摆幅运动得到的数据转换为电压信号并将电压信号传递至核心模块。
19.通过采用上述技术方案，使用驱动信号、电激励信号和分析转换装置的配合，能够实现陀螺仪的自校准工作，避免陀螺仪由于环境稳定变化和系统噪声等原因而产生的精度下降，提升了后续积木式机器人高精度的可能性。
20.进一步的，所述核心模块包括核心壳体、电源件和控制部件，所述核心壳体为空心长方体结构，所述电源件和控制部件均固定安装在核心壳体内，所述电源件和控制部件之间电连接，所述连接母扣与控制部件电气连接，所述连接母扣安装在核心壳体的至少一个面上。
21.通过采用上述技术方案，核心壳体内设置电源件和控制部件，不影响内部件的工作，核心壳体外设置连接件，便于将核心模块与其他模块连接。
22.进一步的，所述功能模块包括功能壳体和功能部件，所述功能壳体为空心长方体结构，所述功能部件固定安装在功能壳体内，所述功能壳体的至少一个外表面上安装有与功能部件连接的连接公扣或连接母扣。
23.通过采用上述技术方案，功能部件设置在功能壳体内，功能壳体外设置至少一个连接公扣或连接母扣实现与核心模块或者其他功能模块的连接。
24.进一步的，所述积木组件还包括有拓展件，所述拓展件包括舵机模块、电机模块、led模块和蜂鸣器模块中的至少一种，所述拓展件的至少一个外表面安装有与功能模块连接的连接公扣或连接母扣。
25.通过采用上述技术方案，额外设置的拓展件，给机器人整体提升更多可能性，可以根据需要选择不同的拓展件，从而开发出机器人的更多功能。
26.综上所述，本实用新型技术方案，具有如下优点：
27.1.本实用新型提供的带陀螺仪的积木式机器人，加装陀螺仪装置，配合其他传感器设备提升机器人的寻迹精度，并且积木组件模块化程度高，提升了可替换性。
28.2.本实用新型提供的带陀螺仪的积木式机器人，使用驱动信号、电激励信号和分析转换装置的配合，能够实现陀螺仪的自校准工作，避免陀螺仪由于环境稳定变化和系统
噪声等原因而产生的精度下降，提升了后续积木式机器人高精度的可能性。
29.3.本实用新型提供的带陀螺仪的积木式机器人，额外设置的拓展件，增加可能性，从而提升机器人使用的功能性。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本实用新型的一种实施方式中提供的一种带陀螺仪的积木式机器人的整体结构示意图；
32.图2为本实用新型的一种实施方式中提供的一种带陀螺仪的积木式机器人的内部结构示意图；
33.图3为本实用新型一种实施方式中提供的陀螺仪装置的爆炸结构示意图；
34.图4为本实用新型一种实施方式中提供的一种带陀螺仪的积木式机器人的结构框图。
35.附图标记说明：
36.1、积木组件；11、核心模块；111、核心壳体；112、电源件；113、控制部件；12、功能模块；121、功能壳体；122、功能部件；123、加固装置；1231、固定座；1232、固定槽；1233、配重块；13、拓展件；131、舵机模块；132、电机模块；133、led模块；134、蜂鸣器模块；2、连接件；21、连接公扣；22、连接母扣；3、陀螺仪装置；31、陀螺转子；32、内框架；321、第一转动环；322、第二转动环；33、外框架；331、转动轴点；34、信号发生器；341、驱动信号；342、电激励信号；343、分析转换装置；3431、电压信号。
具体实施方式
37.以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
38.一种带陀螺仪的积木式机器人，如图1所示，包括积木组件1和连接件2，积木组件1包括核心模块11和多个功能模块12，连接件2嵌设在积木组件1外表面，连接件2包括互相配合使用的连接公扣21和连接母扣22，连接公扣21与连接母扣22间磁性连接，连接件2连接不同的积木组件1，积木组件1模块化程度高，任一模块损坏即可替换，提升了积木式机器人整体结构的稳定性。
39.如图1和图2所示，核心模块11包括核心壳体111、电源件112和控制部件113，核心壳体111为空心长方体结构，电源件112和控制部件113均固定安装在核心壳体111内，电源件112和控制部件113之间电连接，连接母扣22与控制部件113电气连接，连接母扣22安装在核心壳体111的至少一个面上，功能模块12包括功能壳体121和功能部件122，功能壳体121为空心长方体结构，功能部件122固定安装在功能壳体121内，功能模块12内还可能设有多个传感器设备，功能壳体121的至少一个外表面上安装与功能部件122连接的连接公扣21或连接母扣22。
40.如图2和图3所示，一种带陀螺仪的积木式机器人还包括陀螺仪装置3，某个功能模块12内设有陀螺仪装置3，功能模块12内还设有加固装置123与陀螺仪装置3连接，陀螺仪装置3包括陀螺转子31、内框架32和外框架33，内框架32定位转动设在外框架33内，所述陀螺转子31穿过内框架32圆心并在内框架32内转动，外框架33底部与加固装置123连接，内框架32包括第一转动环321和第二转动环322，第二转动环322定位转动在第一转动环321内，陀螺转子31沿第二转动环322直径设置且定位转动在第二转动环322内，第一转动环321与外框架33定位转动，外框架33和第一转动环321上均对称设有转动轴点331，第一转动环321和第二转动环322与外框架33的配合，实现陀螺转子31在三个自由度方向内的转动，可以根据陀螺仪装置3的转动得到角运动动量矩，并且三个自由度方向的转动得到的数据更全面，提升数据采集的详实性。
41.如图3所示，外框架33底部与加固装置123球铰连接，加固装置123包括固定座1231和固定槽1232，固定槽1232开设在固定座1231顶部，固定槽1232呈球状，固定座1231呈圆台状，加固装置123还包括设在固定座1231底部外的配重块1233，设置加固装置123固定陀螺仪装置3同时不影响陀螺仪装置3的正常转动，使用配重块1233保证陀螺仪装置3的稳定性，避免受到晃动影响。
42.如图2和图4所示，陀螺仪装置3还连接有信号发生器34，信号发生器34包括驱动信号341、电激励信号342和分析转换装置343，驱动信号341驱动陀螺仪装置3谐振运动，电激励信号342激励陀螺仪装置3产生摆幅，分析转换装置343将摆幅运动得到的数据转换为电压信号3431并将电压信号3431传递至核心模块11，使用驱动信号341、电激励信号342和分析转换装置343的配合，能够实现陀螺仪的自校准工作，避免陀螺仪由于环境稳定变化和系统噪声等原因而产生的精度下降，提升了后续积木式机器人高精度的可能性。
43.如图4所示，积木组件1还包括有拓展件13，拓展件13包括舵机模块131、电机模块132、led模块133和蜂鸣器模块134中的至少一种，额外设置的拓展件13，给机器人整体提升更多可能性，可以根据需要选择不同的拓展件13，从而开发出机器人的更多功能。
44.本带陀螺仪的积木式机器人的工作原理和使用方法：通过连接件2连接核心模块11和不同的功能模块12，选择的一个功能模块12内装有陀螺仪装置3，陀螺仪装置3通过加固装置123固定在功能模块12内，启动前先进行信号发生器34的调试，确保其工作正常，之后按照需求组装积木式机器人，最终陀螺仪装置3配和拓展件13以及不同的功能模块12实现寻迹导航等功能，并且保证积木式机器人的高精度水平。
45.上述说明示出并描述了本实用新型的优选实施例，如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

技术特征：

1.一种带陀螺仪的积木式机器人，其特征在于，包括：积木组件(1)，所述积木组件(1)包括核心模块(11)和多个功能模块(12)，所述核心模块(11)与功能模块(12)之间及功能模块(12)相互之间均通过连接件(2)实现电连接，其中一个所述功能模块(12)内设有陀螺仪装置(3)，所述功能模块(12)内还设有多个传感器设备；连接件(2)，所述连接件(2)嵌设在积木组件(1)外表面，所述连接件(2)包括互相配合使用的连接公扣(21)和连接母扣(22)，所述连接公扣(21)与连接母扣(22)间磁性连接；陀螺仪装置(3)，所述陀螺仪装置(3)与核心模块(11)通信连接，所述陀螺仪装置(3)还连接有信号发生器(34)，所述功能模块(12)内设有加固装置(123)与陀螺仪装置(3)连接。2.根据权利要求1所述的一种带陀螺仪的积木式机器人，其特征在于，所述陀螺仪装置(3)包括陀螺转子(31)、内框架(32)和外框架(33)，所述内框架(32)定位转动设在外框架(33)内，所述陀螺转子(31)穿过内框架(32)圆心并在内框架(32)内转动，所述外框架(33)底部与加固装置(123)连接。3.根据权利要求2所述的一种带陀螺仪的积木式机器人，其特征在于，所述内框架(32)包括第一转动环(321)和第二转动环(322)，所述第二转动环(322)定位转动在第一转动环(321)内，所述陀螺转子(31)沿第二转动环(322)直径设置且定位转动在第二转动环(322)内，所述第一转动环(321)与外框架(33)定位转动，所述外框架(33)和第一转动环(321)上均对称设有转动轴点(331)。4.根据权利要求3所述的一种带陀螺仪的积木式机器人，其特征在于，所述外框架(33)底部与加固装置(123)球铰连接，所述加固装置(123)包括固定座(1231)和固定槽(1232)，所述固定槽(1232)开设在固定座(1231)顶部，所述固定槽(1232)呈球状，所述固定座(1231)呈圆台状，所述加固装置(123)还包括设在固定座(1231)上的配重块(1233)。5.根据权利要求1所述的一种带陀螺仪的积木式机器人，其特征在于，所述信号发生器(34)包括驱动信号(341)、电激励信号(342)和分析转换装置(343)，所述驱动信号(341)驱动陀螺仪装置(3)谐振运动，所述电激励信号(342)激励陀螺仪装置(3)产生摆幅，所述分析转换装置(343)将摆幅运动得到的数据转换为电压信号(3431)并将电压信号(3431)传递至核心模块(11)。6.根据权利要求1所述的一种带陀螺仪的积木式机器人，其特征在于，所述核心模块(11)包括核心壳体(111)、电源件(112)和控制部件(113)，所述核心壳体(111)为空心长方体结构，所述电源件(112)和控制部件(113)均固定安装在核心壳体(111)内，所述电源件(112)和控制部件(113)之间电连接，所述连接母扣(22)与控制部件(113)电气连接，所述连接母扣(22)安装在核心壳体(111)的至少一个面上。7.根据权利要求6所述的一种带陀螺仪的积木式机器人，其特征在于，所述功能模块(12)包括功能壳体(121)和功能部件(122)，所述功能壳体(121)为空心长方体结构，所述功能部件(122)固定安装在功能壳体(121)内，所述功能壳体(121)的至少一个外表面上安装有与功能部件(122)连接的连接公扣(21)或连接母扣(22)。8.根据权利要求7所述的一种带陀螺仪的积木式机器人，其特征在于，所述积木组件(1)还包括有拓展件(13)，所述拓展件(13)包括舵机模块(131)、电机模块(132)、led模块(133)和蜂鸣器模块(134)中的至少一种，所述拓展件(13)的至少一个外表面安装有与功能
模块(12)连接的连接公扣(21)或连接母扣(22)。

技术总结

本实用新型涉及积木式机器人技术领域，具体涉及一种带陀螺仪的积木式机器人，旨要解决的技术问题在于克服现有技术中寻迹精度差且易偏航的缺陷，主要是通过以下技术方案得以实现的：一种带陀螺仪的积木式机器人，包括：积木组件、连接件和陀螺仪装置，积木组件包括核心模块和多个功能模块，某个功能模块内设有陀螺仪装置，功能模块内还设有多个传感器设备；连接件嵌设在积木组件外，连接件包括连接公扣和连接母扣；陀螺仪装置与核心模块通信连接且还连接有信号发生器，加固装置与陀螺仪装置连接，积木组件内加装陀螺仪装置，配合其他传感器设备提升机器人的寻迹精度，从而减少偏航的可能性；积木组件模块化程度高，可替换性强。可替换性强。可替换性强。