一种可扩展的多功能小车的制作方法

1.本实用新型涉及电子技术领域教学所使用的教具设备，尤其涉及一种用于编程控制和实践教学的可扩展的多功能小车。


背景技术：

2.随着互联网时代的发展，科学技术的变革正在改变着传统教育观念和教育方式。近年来，在素质教育教学中，许多学校里设置了创客教育课程和创客教育空间。融合科学、技术、工程、艺术、数学等知识与技能，通过动手实践培养学生的创新能力、探究力和创造力，趣味性很强，在玩耍的同时，也可以对玩家起到启迪和智力开发的作用。
3.创客教学中对于机器人的智能编程和控制，常用到各类创客小车为载体，加深学生对于编程控制系统的理解，同时也培养学生的动手能力、分析和解决问题的能力。创客小车采用主控编程或人机交互来控制其执行器机构，因为其功能典型、演示教学生动形象等特点深受师生们的喜欢。但在实际教学使用过程中，存在一些安全隐患和使用不便的问题。
4.一方面，当前教学所用的小车设备中多采用螺钉固定其车体结构，但是小车设备的使用对象多为中小学生，因其年龄、动手能力等方面的限制，在使用螺丝刀等工具固定车体结构的过程中存在较大的伤害风险；另一方面，使用工具固定车体的操作所占用的时间，对于整节教学课时来说占用比例过大，不益于教师的教学安排；另外，由于小车设备采用单排排针和排线来连接其电路线路，但是在教学实践中了解到，单排针线连接电路的要求对于零基础的学生来说，较难以理解，且容易插错针脚导致产生错误结果，此类在成人认知中很容易解决的问题，学生难以记忆理解并操作；还有，当前使用的小车设备，车型单一，仅为单一功能的循迹小车或超声波避障小车等，无法在小车主体不变的情况下快速变换小车的类型，不能作为多种教学案例使用。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种可扩展的多功能小车，车体安装方便，可搭建的车型种类众多，功能模块更换快捷，线路连接清晰不易错。
6.本实用新型采用的技术方案是：一种可扩展的多功能小车，包括车体组件和与车体组件插接连接的扩展模块、车轮模组；
7.所述车体组件包括上部开口、内部中空的外壳，所述外壳前后侧壁均开设有安装扩展模块的拆装接口，外壳左右侧壁的上部开设有驱动板卡槽，外壳内底部设置有四个电机预装槽位和一个电池预装槽位；
8.所述扩展模块包括与拆装接口插接连接的多种快装支架和与快装支架配套的多种功能组件，所述快装支架与功能组件可拆卸式连接；
9.所述车轮模组安装于车体外壳的两侧。
10.作为对上述技术方案的进一步限定，所述车体组件还包括插装于电机预装槽位上方的电机盖板。
11.作为对上述技术方案的进一步限定，所述快装支架选用通用支架、循迹支架和超声波支架中的一种或两种，所述功能组件选用推铲、机械手组件、循迹组件和超声波组件中的一种或两种，所述功能组件与快装支架一一对应安装。所述推铲和机械手组件可以分别与通用支架安装组合成推铲功能和机械手功能的扩展模块，所述循迹组件可以与循迹支架安装组合成循迹功能的扩展模块，所述超声波组件可以与超声波支架安装组合成超声波避障功能的扩展模块。
12.作为对上述技术方案的进一步限定，所述车轮模组的车轮类型包括麦克纳姆轮、四驱轮和履带，所述履带配备有履带从动轴。多功能小车可选择车轮模组中的一种车轮来安装。
13.作为对上述技术方案的进一步限定，所述多功能小车还包括控制模块和驱动模块。
14.所述驱动模块包括卡装于电池预装槽位内的一个电池和卡装于电机预装槽位内的四个电机，所述电机的输出轴贯穿外壳侧壁，伸向于外壳外部，所述车轮模组中的一种车轮安装于电机的输出轴上。
15.所述控制模块包括与电池电连的驱动板和小车的遥控器，所述驱动板插装于驱动板卡槽内。所述驱动板上设置有用于连接扩展模块的若干个 hy2.0-4p扩展接口、用于连接主控模块的一组主控标准接口、用于连接电机的四个hy2.0-2p接口和用于连接机械手组件的一组header2.54-3p接口。
16.所述hy2.0-4p扩展接口包括四个i
2 c接口、五个模拟信号接口、两个数字信号接口和一个uart串口信号接口，所述循迹组件连接于驱动板上的模拟信号接口，所述超声波组件连接于驱动板上的数字信号接口。
17.hy2.0-4p扩展接口用于连接多种传感器和多种扩展模块，扩展多功能小车的更多使用功能。根据扩展模块本身的接口类型，连接于相应的 hy2.0-4p扩展接口即可，例如，四个i
2 c接口可用于连接lcd1602屏、si705 温度传感器、lma75温度传感器、am2321温湿度传感器和pu6050陀螺仪等扩展模块和扩展设备；五个模拟信号接口除了用于连接循迹组件外，还可以用于连接三轴加速度传感器等扩展模块，所连接的扩展模块需要几个接口就连接几个模拟信号接口；两个数字信号接口除了用于连接超声波组件外，还可以用于连接震动马达、蜂鸣器等功能模块；一个uart串口信号接口可用于连接wifi模块、蓝牙模块、e-ink墨水屏模块等。
18.作为对上述技术方案的进一步限定，所述驱动板上安装有一个ps2遥控接收器、一个红外遥控接收器、一个蜂鸣器和六个rgb全彩灯珠。
19.所述遥控器包括与ps2遥控接收器配套的ps2遥控手柄和与红外遥控接收器配套的红外遥控器。
20.所述主控模块选用装有amega系列芯片的nano控制板、装有stm32 系列芯片的开发板和装有stc系列芯片的51单片机开发板中的一种。nano 控制板、stm32开发板和51单片机开发板的接口相同，与驱动板上的主控标准接口23定义相同，便于与驱动板的连接。
21.不同的主控模块可以配套多种不同的上位机编程软件，可适用于不同创客教学课程和教学体系中，扩展本实用新型小车的教学应用范围。
22.采用上述技术，本实用新型的优点在于：一方面，多功能小车的车体外壳全部采用
免螺钉安装，使用可快速拆装的结构来连接各个功能模块，直接插拔即可更换不同的模组，十分便于拆装，并且能让使用者快速变换小车的组合方案，解决了原来使用螺丝刀拆装车体的危险问题和拆装费时的问题；另一方面，驱动板电路采用统一标准的接口，插口方向明显，并且具有清晰的教学标志，解决了学生容易插错、插反的问题；另外，本实用新型的多功能小车作为一个多种组合方案集成的平台，通过不同功能模块的方案组合，实现小车功能的多样化。如循迹小车、超声波避障小车、机械手小车、推铲小车、麦克纳姆小车、四驱小车和履带小车等各个功能小车。并且还可以根据需要进行其它扩展，扩展使用者能想到的其他符合组装结构的功能模块，来进一步扩展小车的功能，解决了原来小车车型单一的问题。
附图说明
23.图1为本实用新型中多功能小车装有机械手扩展模块和推铲扩展模块的安装图；
24.图2为本实用新型中车体组件与扩展模块、车轮模组的拆分结构图；
25.图3为本实用新型中车体组件与控制模块、驱动模块的拆分结构图；
26.图4为本实用新型中扩展模块与车体外壳连接的三种快装支架；
27.图5为本实用新型中循迹模块和避障模块的结构图；
28.图6为本实用新型中车体组件与循迹扩展模块、超声波避障扩展模块的安装图；
29.图7为本实用新型中驱动板上的连接接口及其位置；
30.图中：1-外壳；101-拆装接口；102-电池预装槽位；103-驱动板卡槽； 104-电机预装槽位；2-麦克纳姆轮；3-推铲；4-驱动板；5-机械手组件；6
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通用支架；7-电池；8-电机；9-电机盖板；10-循迹支架；11-超声波支架； 12-循迹组件；13-超声波组件；14-i
2 c接口；15-模拟信号接口；16-uart 串口信号接口；17-数字信号接口；18-rgb全彩灯珠；19-ps2遥控接收器； 20-hy2.0-2p接口；21-电机驱动芯片；22-header2.54-3p接口；23-主控标准接口；24-降压芯片；25-蜂鸣器；26-红外遥控接收器。
具体实施方式
31.下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
32.如图1-7所示，该可扩展的多功能小车，包括车体组件和与车体组件插接连接的扩展模块、车轮模组、控制模块与驱动模块。
33.车体组件包括上部开口、内部中空的外壳1和插装于外壳1内的电机盖板9。外壳1前后侧壁均开设有安装扩展模块的拆装接口101，外壳1左右侧壁的上部开设有驱动板卡槽103，外壳1内底部设置有一个电池预装槽位102和四个电机预装槽位104。电机盖板9插装于电机预装槽位104上方，不仅对安装的电机8具有限制其移动的作用，还能对电机起到保护作用，另外电机盖板9也为拆装接口101处安装的快装支架提供一个辅助支撑。
34.扩展模块包括与拆装接口101插接连接的多种快装支架和与快装支架配套的多种功能组件，快装支架与功能组件可拆卸式连接。快装支架包括通用支架6、循迹支架10和超声波支架11，功能组件包括可以分别安装于通用支架6上的推铲3和机械手组件5，还包括安装于循迹支架10上的循迹组件12和安装于超声波支架11上的超声波组件13。
35.通用支架6可以与推铲3组装成具有推铲功能的扩展模块，并且可以插接于车体外壳1的前后任意一个拆装接口101处，组装成为推铲小车。同样通用支架6和机械手组件5可
以组装成具有机械手功能的扩展模块，循迹支架10和循迹组件12可以组装成具有循迹功能的扩展模块，超声波支架11和超声波组件13可以组装成具有超声波避障功能的扩展模块，并且上述扩展模块均可以插接于外壳1的拆装接口101处，分别可以组装成为机械手小车、循迹小车和超声波避障小车。外壳1的前后两个拆装接口 101可以同时装两种不同扩展模块组成具有不同的功能小车。如图1所示，即为安装了机械手扩展模块和推铲扩展模块的多功能小车。
36.车轮模组安装于车体外壳1的两侧，车轮模组包括麦克纳姆轮、四驱轮和履带等多种车轮类型，其中，履带还配备有履带从动轴。可选择车轮模组中任意一种车轮类型安装于外壳1两侧。为了满足不同的模拟路面和行程轨迹的设计需求，可以分别组成具有全方位移动功能的麦克纳姆小车、爬坡能力更好的履带小车和速度更快的四驱小车等。
37.另外，除了上述组合的各种功能小车外，本实施例还可以根据需要进行扩展，扩展使用者能想到和得到的其他符合组装结构的扩展模块或者车轮模组，来进一步扩展小车的功能。
38.驱动模块包括卡装于电池预装槽位102内的一个电池7和卡装于电机预装槽位104内的四个电机8。电机8的输出轴贯穿外壳1侧壁，伸向于外壳1外部，选择车轮模组中的一种车轮安装于电机8的输出轴上。电机8是小车的动力输出部分，为车轮模组提供动力。当需要安装麦克纳姆轮或四驱轮时，将四个电机8都安装于电机预装槽位104内，四个电机8分别连接驱动板上的电机接口，并在每个电机8输出轴上安装一个车轮即可；当需要安装履带时，仅需要将两个电机8安装于前部或后部相邻的两个电机预装槽位104内，两个电机8分别连接驱动板上对应的电机接口，并在另外两个电机预装槽位 104内安装履带从动轴，然后将履带安装于电机输出轴和履带从动轴上。电池7为安装的电机8和驱动板4供电。
39.本实施例中所选用的电机为n30系列减速电机，驱动板4中的四路电机驱动电路分别采用高达4.2a的单路电机驱动芯片21，其型号为rz7889芯片，便于使用者搭建两路电机的履带小车或四路电机的麦克纳姆小车、四驱小车的等。
40.本实施例中所选用的电池规格为2s-7.4v-2600mah锂电池。驱动板4中的电源电路采用ams1117降压芯片24，将输入电压降至 5v。
41.控制模块包括与电池7电连的驱动板4和小车的遥控器。
42.驱动板4插装于驱动板卡槽103内，驱动板4上设置有用于连接扩展模块的十二个hy2.0-4p扩展接口、用于连接主控模块的一组主控标准接口23、用于连接电机8的四个hy2.0-2p接口20和用于连接机械手组件5的一组 header2.54-3p接口22。驱动板4上安装有一个ps2遥控接收器19、一个红外遥控接收器26、一个蜂鸣器25和六个rgb全彩灯珠18。电机驱动芯片21和降压芯片24也安装于驱动板4上。
43.hy2.0-4p扩展接口包括四个i
2 c接口14、五个模拟信号接口15、两个数字信号接口17和一个uart串口信号接口16，循迹组件12连接于驱动板4上的模拟信号接口15，超声波组件13连接于驱动板4上的数字信号接口17。
44.hy2.0-4p扩展接口为防接反接口，接口清晰，位置明显，容易辨认区分，不易接错。
45.hy2.0-4p扩展接口用于连接多种传感器和多种扩展模块，扩展多功能小车的更多使用功能。根据扩展模块本身的接口类型，连接于相应的 hy2.0-4p扩展接口即可，例如，在本实施例中，四个i
2 c接口14可用于连接 lcd1602屏、si705温度传感器、lma75温度传感
器、am2321温湿度传感器和pu6050陀螺仪等扩展模块和扩展设备；五个模拟信号接口15除了用于连接循迹组件12外，还可以用于连接三轴加速度传感器等扩展模块，所连接的扩展模块需要几个接口就连接几个模拟信号接口；两个数字信号接口 17除了用于连接超声波组件13外，还可以用于连接震动马达、蜂鸣器25等功能模块；一个uart串口信号接口16可用于连接wifi模块、蓝牙模块、 e-ink墨水屏模块等。
46.扩展模块、驱动模块与驱动板4之间由hy2.0-4p线缆等连接线直接连接。
47.主控模块可选用装有amega系列芯片的nano控制板、装有stm32 系列芯片的开发板或者装有stc系列芯片的51单片机开发板。本实施例中所选用的主控模块为nano控制板。
48.nano控制板、stm32开发板和51单片机开发板的接口相同，与驱动板上的主控标准接口23定义相同，便于与驱动板主控标准接口23的连接。
49.不同的主控模块可以配套多种不同的上位机编程软件，可适用于不同创客教学课程和教学体系中，扩展本实用新型小车的教学应用范围。
50.遥控器包括与ps2遥控接收器19配套的ps2遥控手柄和与红外遥控接收器26配套的红外遥控器。
51.本实施例的多功能小车，其车体外壳全部采用免螺钉安装，使用可快速拆装的结构来连接各个功能模块，直接插拔即可更换不同的模组，十分便于拆装，并且能让使用者快速变换小车的组合方案。小车的驱动板电路采用统一标准的接口，插口方向明显，并且具有清晰的教学标志，不易插错、插反。多功能小车作为一个多种组合方案集成的平台，通过不同功能模块的方案组合，实现小车功能的多样化。如循迹小车、超声波避障小车、机械手小车、推铲小车、麦克纳姆小车、四驱小车和履带小车等各个功能小车。并且还可以根据需要进行扩展，扩展使用者能想到的其他符合组装结构的功能模块，来进一步扩展小车的功能。
52.以上所述仅为本实用新型较佳实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术构思加以等同替换或改变所得的技术方案，都应涵盖于本实用新型的保护范围内。