本發(fā)明屬于智能機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、stem教育(science,technology,engineering,mathematics)是一種以科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四大學(xué)科為核心的教育理念，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科整合與實(shí)踐應(yīng)用，旨在培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境中解決復(fù)雜問題的能力，為未來科技驅(qū)動(dòng)型社會(huì)儲(chǔ)備創(chuàng)新型人才。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種電子類產(chǎn)品及機(jī)器人已經(jīng)越來越普及地出現(xiàn)在普通家庭中，同時(shí)stem教育已經(jīng)成為全球教育改革的方向。

2、現(xiàn)有的stem教育機(jī)器人普遍存在功能單一、成本過高等挑戰(zhàn)，無(wú)法充分滿足高階教學(xué)需求，特別是在復(fù)雜任務(wù)執(zhí)行、跨域任務(wù)處理等方面表現(xiàn)不足。這些挑戰(zhàn)限制了stem教育機(jī)器人在更廣泛范圍內(nèi)的應(yīng)用和普及。因此，開發(fā)一種能夠克服上述不足，具備多功能、低成本、易于維護(hù)等特點(diǎn)的stem教育機(jī)器人顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，該機(jī)器人集成了車形、人形及無(wú)人機(jī)三種變換形態(tài)，實(shí)現(xiàn)多形態(tài)切換與多功能整合，提升了教學(xué)趣味性和技術(shù)復(fù)雜度，并且降低了采購(gòu)成本。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，包括肩部零件，所述肩部零件的上側(cè)設(shè)置有運(yùn)動(dòng)模塊，所述肩部零件的下側(cè)固定在總線舵機(jī)上，所述總線舵機(jī)的一端與肩部短u支架栓銷連接，所述肩部短u支架與軀干相連，所述軀干的下端與腿部相連，所述總線舵機(jī)的另一端與肩部長(zhǎng)u支架栓銷連接，所述肩部長(zhǎng)u支架的另一端與手臂相連，所述手臂的下端與欠驅(qū)動(dòng)型仿生手相連。

3、優(yōu)選的，所述運(yùn)動(dòng)模塊包括涵道風(fēng)扇，所述涵道風(fēng)扇固定在所述肩部零件上，所述涵道風(fēng)扇的螺旋槳外部套有涵道，所述運(yùn)動(dòng)模塊還包括車輪組件，所述車輪組件由車輪與減速電機(jī)組成，所述減速電機(jī)配有編碼器，所述車輪組件固定在所述肩部零件上。

4、優(yōu)選的，所述總線舵機(jī)包括水平向總線舵機(jī)、肩外部總線舵機(jī)、上胳膊總線舵機(jī)、下胳膊總線舵機(jī)、腰部總線舵機(jī)、胯部總線舵機(jī)、上腿部總線舵機(jī)和下腿部總線舵機(jī)，上述總線舵機(jī)線性連接。

5、優(yōu)選的，所述軀干包括軀干零件，所述軀干零件與臀部零件相連，所述臀部零件內(nèi)部安裝有所述腰部總線舵機(jī)，所述臀部零件的外側(cè)安裝有胯部短u支架，所述胯部短u支架的另一端與所述胯部總線舵機(jī)相連。

6、優(yōu)選的，所述腿部包括所述上腿部總線舵機(jī)，所述上腿部總線舵機(jī)的上端通過胯部十字架與所述胯部總線舵機(jī)相連，所述上腿部總線舵機(jī)的下端通過腿部連接件與所述下腿部總線舵機(jī)連接，所述下腿部總線舵機(jī)通過腳踝部十字支架與所述腳部總線舵機(jī)相連，所述腳部總線舵機(jī)的下側(cè)安裝有腳部短u支架，所述腳部短u支架的下側(cè)與腳部零件相連。

7、優(yōu)選的，所述手臂包括肩外部短u支架的一端與所述肩部長(zhǎng)u支架相連，所述肩外部短u支架的另一端與所述肩外部總線舵機(jī)相連，所述肩外部總線舵機(jī)通過肩部十字支架與所述上胳膊總線舵機(jī)相連，所述上胳膊總線舵機(jī)的下側(cè)使用舵機(jī)連接件與所述下胳膊總線舵機(jī)連接，所述下胳膊總線舵機(jī)下側(cè)與腕部長(zhǎng)u支架連接。

8、優(yōu)選的，所述欠驅(qū)動(dòng)型仿生手包括手掌，所述手掌內(nèi)部安裝有小型減速電機(jī)，所述手掌與手指相連，所述手指包括第一指關(guān)節(jié)、第二指關(guān)節(jié)和第三指關(guān)節(jié)，所述第三指關(guān)節(jié)的一端與所述手掌栓銷連接，所述第三指關(guān)節(jié)的另一端與所述第二指關(guān)節(jié)栓銷連接，所述第二指關(guān)節(jié)與所述第一指關(guān)節(jié)栓銷連接。

9、優(yōu)選的，所述手掌內(nèi)部、指關(guān)節(jié)內(nèi)部以及指關(guān)節(jié)與指關(guān)節(jié)之間的連接處均設(shè)置有軸，直齒輪安裝在軸上，所述直齒輪之間嚙合連接。

10、優(yōu)選的，所述車輪組件設(shè)置有4組，其中2組通過支架零件設(shè)置在所述肩部零件上，另外2組通過所述支架零件設(shè)置在所述腳部零件上。

11、優(yōu)選的，所述涵道風(fēng)扇共設(shè)置有4個(gè)，其中2個(gè)固定在所述肩部零件上，另外2個(gè)固定在所述腳部零件上。

12、因此，本發(fā)明采用上述一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著的有益效果：

13、(1)本發(fā)明通過總線舵機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)車形、人形和無(wú)人機(jī)三種形態(tài)的切換，并結(jié)合涵道風(fēng)扇提供飛行動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了陸地移動(dòng)與空中飛行的多功能整合，增強(qiáng)了教學(xué)趣味性和技術(shù)復(fù)雜度；

14、(2)本發(fā)明利用arduino?uno和nano開源硬件平臺(tái)，大幅降低了技術(shù)門檻和成本；

15、(3)本發(fā)明的欠驅(qū)動(dòng)仿生手的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了抓取功能，同時(shí)具備低成本和易維修的特點(diǎn)，適合用于機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)；

16、(4)本發(fā)明的機(jī)械部件采用3d打印技術(shù)制造，便于學(xué)生動(dòng)手打印和升級(jí)優(yōu)化，降低了設(shè)備的整體成本；

17、(5)本發(fā)明選擇涵道風(fēng)扇作為無(wú)人機(jī)形態(tài)的動(dòng)力裝置，提高了安全性并增強(qiáng)了無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性，適合在教育環(huán)境中使用。

18、下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，其特征在于，包括：肩部零件，所述肩部零件的上側(cè)設(shè)置有運(yùn)動(dòng)模塊，所述肩部零件的下側(cè)固定在總線舵機(jī)上，所述總線舵機(jī)的一端與肩部短u支架栓銷連接，所述肩部短u支架與軀干相連，所述軀干的下端與腿部相連，所述總線舵機(jī)的另一端與肩部長(zhǎng)u支架栓銷連接，所述肩部長(zhǎng)u支架的另一端與手臂相連，所述手臂的下端與欠驅(qū)動(dòng)型仿生手相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)模塊包括涵道風(fēng)扇，所述涵道風(fēng)扇固定在所述肩部零件上，所述涵道風(fēng)扇的螺旋槳外部套有涵道，所述運(yùn)動(dòng)模塊還包括車輪組件，所述車輪組件由車輪與減速電機(jī)組成，所述減速電機(jī)配有編碼器，所述車輪組件固定在所述肩部零件上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，其特征在于，所述總線舵機(jī)包括水平向總線舵機(jī)、肩外部總線舵機(jī)、上胳膊總線舵機(jī)、下胳膊總線舵機(jī)、腰部總線舵機(jī)、胯部總線舵機(jī)、上腿部總線舵機(jī)、下腿部總線舵機(jī)和腳部總線舵機(jī)，上述總線舵機(jī)線性連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，其特征在于，所述軀干包括軀干零件，所述軀干零件與臀部零件相連，所述臀部零件內(nèi)部安裝有所述腰部總線舵機(jī)，所述臀部零件的外側(cè)安裝有胯部短u支架，所述胯部短u支架的另一端與所述胯部總線舵機(jī)相連。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，其特征在于，所述腿部包括所述上腿部總線舵機(jī)，所述上腿部總線舵機(jī)的上端通過胯部十字架與所述胯部總線舵機(jī)相連，所述上腿部總線舵機(jī)的下端通過腿部連接件與所述下腿部總線舵機(jī)連接，所述下腿部總線舵機(jī)通過腳踝部十字支架與所述腳部總線舵機(jī)相連，所述腳部總線舵機(jī)的下側(cè)安裝有腳部短u支架，所述腳部短u支架的下側(cè)與腳部零件相連。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，其特征在于，所述手臂包括肩外部短u支架，所述肩外部短u支架的一端與所述肩部長(zhǎng)u支架相連，所述肩外部短u支架的另一端與所述肩外部總線舵機(jī)相連，所述肩外部總線舵機(jī)通過肩部十字支架與所述上胳膊總線舵機(jī)相連，所述上胳膊總線舵機(jī)的下側(cè)使用舵機(jī)連接件與所述下胳膊總線舵機(jī)連接，所述下胳膊總線舵機(jī)下側(cè)與腕部長(zhǎng)u支架連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，其特征在于，所述欠驅(qū)動(dòng)型仿生手包括手掌，所述手掌內(nèi)部安裝有小型減速電機(jī)，所述手掌與手指相連，所述手指包括第一指關(guān)節(jié)、第二指關(guān)節(jié)和第三指關(guān)節(jié)，所述第三指關(guān)節(jié)的一端與所述手掌栓銷連接，所述第三指關(guān)節(jié)的另一端與所述第二指關(guān)節(jié)栓銷連接，所述第二指關(guān)節(jié)與所述第一指關(guān)節(jié)栓銷連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，其特征在于，所述手掌內(nèi)部、指關(guān)節(jié)內(nèi)部以及指關(guān)節(jié)與指關(guān)節(jié)之間的連接處均設(shè)置有軸，直齒輪安裝在軸上，所述直齒輪之間嚙合連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，其特征在于，所述車輪組件設(shè)置有4組，其中2組通過支架零件設(shè)置在所述肩部零件上，另外2組通過所述支架零件設(shè)置在所述腳部零件上。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于開源硬件的stem教育變形機(jī)器人，其特征在于，所述涵道風(fēng)扇共設(shè)置有4個(gè)，其中2個(gè)固定在所述肩部零件上，另外2個(gè)固定在所述腳部零件上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于開源硬件的STEM教育變形機(jī)器人，屬于智能機(jī)器人領(lǐng)域，該機(jī)器人由運(yùn)動(dòng)模塊、總線舵機(jī)、軀干、腿部、手臂和欠驅(qū)動(dòng)型仿生手組成，通過各個(gè)總線舵機(jī)的協(xié)同運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了從人形到車形再到無(wú)人機(jī)三種形態(tài)的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明采用上述的一種基于開源硬件的STEM教育變形機(jī)器人，集成了車形、人形及無(wú)人機(jī)三種變換形態(tài)，實(shí)現(xiàn)多形態(tài)切換與多功能整合，提升了教學(xué)趣味性和技術(shù)復(fù)雜度，并且降低了采購(gòu)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：張瑋琦,陳冬紅,李敏源,李嘉鴻,趙鑠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：張瑋琦
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8