本發(fā)明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種多功能教學機器人。

背景技術：

隨著人工智能技術、計算機技術等相關技術的發(fā)展，對智能機器人的研究越來越多。在教育領域，許多院校已在學生中開設了機器人學方面的有關課程，為了滿足機器人學方面的有關課程教學示范和實驗教學的需求，相關的教學機器人設備是否符合教學需求顯得尤為重要。但是現(xiàn)有的教學機器人的嘴部不能夠實現(xiàn)開合的動作，所以在教學機器人進行語音播放功能的時候，并不能配合相應語速進行嘴部動作，導致教學機器人進行語音播放動作時不逼真。此外，由于使用教學機器人的人群很廣泛，現(xiàn)有的教學機器人只有單一的高度設定，所以當身材矮小的人群在使用教學機器人時，需要其抬腳或仰頭進行操作，不利于其對于教學機器人的操作；當身材較高的人群在使用教學機器人時，想要操作教學機器人，需要彎腰才能夠實現(xiàn)，這大大影響了人機互動的體驗，降低了教學機器人使用的體驗感。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種多功能教學機器人，能夠解決現(xiàn)有技術中教學機器人存在的進行語音播放時不能配合相應語速進行嘴部動作和不便于操控的問題。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種多功能教學機器人，包括嘴部活動機構，所述嘴部活動機構的下端連接有軀干機構，所述軀干機構的下端連接有身體升降機構；所述嘴部活動機構包括支撐架，所述支撐架上的兩相對側板中的一個轉動連接有上轉軸，另一個轉動連接有位于所述上轉軸下方的下轉軸，所述上轉軸位于所述支撐架的內部的一側設置有若干第一齒輪，所述下轉軸上設置有若干分別與所述第一齒輪對應嚙合的第二齒輪，所述上轉軸和所述下轉軸中的一個位于所述支撐架的外部的一端連接有驅動裝置，所述支撐架的前端面上設置有上唇板和下唇板，所述上唇板上設置有與所述第一齒輪相適配且嚙合的第一齒條，所述下唇板上設置有與所述第二齒輪相適配且嚙合的第二齒條；所述身體升降機構包括與所述軀干機構的下端相連接的升降套筒，所述升降套筒的底部設置有位于所述升降套筒內部的頂升裝置；所述升降套筒的下套筒前端面設置有帶數(shù)字顯示操作裝置。

作為一種多功能教學機器人的優(yōu)選方案，所述上轉軸和所述下轉軸上設置的齒輪的個數(shù)分別為一個。

作為一種多功能教學機器人的優(yōu)選方案，所述上轉軸和所述下轉軸與所述側板轉動連接處設置有軸承。

作為一種多功能教學機器人的優(yōu)選方案，所述側板的上部的前端面和所述上唇板后端面中的一個設置有卡凸，另一個設置有與所述卡凸相適配的限位結構卡槽；所述側板的下部的前端面和所述下唇板后端面中的一個設置有卡凸，另一個設置有與所述卡凸相適配的限位結構卡槽。

作為一種多功能教學機器人的優(yōu)選方案，所述卡凸為“t”型。

作為一種多功能教學機器人的優(yōu)選方案，所述驅動裝置為正反轉變速電機。

作為一種多功能教學機器人的優(yōu)選方案，所述升降套筒包括底部開口的上套筒，所述上套筒的頂部與所述軀干機構相連接，所述上套筒的內部滑動套接有頂部開口的下套筒；所述下套筒前端面設置有帶數(shù)字顯示操作裝置，所述帶數(shù)字顯示操作裝置是通過觸摸顯示裝置的“︿”或“﹀”來調節(jié)機器人高度的升高或降低。

作為一種多功能教學機器人的優(yōu)選方案，所述升降套筒為伸縮罩。

作為一種多功能教學機器人的優(yōu)選方案，所述頂升裝置為直線型液壓缸或直線型氣缸或螺桿與螺母配合機構調節(jié)距離。

作為一種多功能教學機器人的優(yōu)選方案，還包括控制器，所述控制器分別與所述驅動裝置和所述頂升裝置相連接，所述控制器還連接有高度記憶模塊、定位裝置、聲音檢測裝置及顯示裝置，其中：

高度記憶模塊，用于儲存所述身體升降機構設定的高度；

定位裝置，用于使機器人自主判斷障礙并通過；

聲音檢測裝置，用于測量音頻信號、捕獲音頻信號及檢測聲音強度，還用于對捕獲的聲音進行過濾，使得識別到的音頻清晰且清楚；

顯示裝置，用于文字、圖片及動畫的播放，還能夠通過觸碰顯示裝置上的圖標，實現(xiàn)各種多媒體內容的切換和控制。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明通過在嘴部活動機構的支撐架設置有兩相對側板，其中一個轉動連接有上轉軸，另一個轉動連接有位于上轉軸下方的下轉軸，上轉軸位于支撐架的內部的一側設置有若干第一齒輪，下轉軸上設置有若干分別與第一齒輪對應嚙合的第二齒輪，上轉軸和下轉軸中的一個位于支撐架的外部的一端連接有驅動裝置，支撐架的前端面上設置有上唇板和下唇板，上唇板上設置有與第一齒輪相適配且嚙合的第一齒條，下唇板上設置有與第二齒輪相適配且嚙合的第二齒條，從而可以通過控制驅動裝置實現(xiàn)教學機器人進行語音播放時，配合相應語速進行嘴部動作；此外，通過設置有身體升降機構和帶數(shù)字顯示操作裝置，可以調整教學機器人的高度，便于不同身高人群對于教學機器人的操控。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的教學機器人整體結構示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的嘴部活動機構的內部示意圖；

圖3是圖2中g處的局部放大圖；

圖4是圖2中h處的局部放大圖；

圖5是本發(fā)明提供的嘴部活動機構打開的結構示意圖；

圖6是本發(fā)明提供的嘴部活動機構關閉的結構示意圖。

圖中：

1-嘴部活動機構；2-身體升降機構；

11-支撐架；12-上轉軸；13-下轉軸；14-驅動裝置；15-上唇板；16-下唇板；21-升降套筒；22-帶數(shù)字顯示操作裝置；111-側板；121-第一齒輪；131-第二齒輪；151-第一齒條；161-第二齒條。

具體實施方式

為了使本領域技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術方案。在本申請中，除非特別限定，術語“前后”是指圖2中ab箭頭所指的方向，術語“左右”是指圖2中cd箭頭所指的方向，術語“上下”是指圖2中ef箭頭所指的方向，其余方向均以上述方向作為參考基準。

如圖1-圖6所示，本具體實施方式提供了一種多功能教學機器人，包括嘴部活動機構1，嘴部活動機構1的下端連接有軀干機構，軀干機構的下端連接有身體升降機構2；嘴部活動機構1包括支撐架11，支撐架11上的兩相對側板111中的一個轉動連接有上轉軸12，另一個轉動連接有位于上轉軸12下方的下轉軸13，上轉軸12位于支撐架11的內部的一側設置有若干第一齒輪121，下轉軸13上設置有若干分別與第一齒輪121對應嚙合的第二齒輪131，上轉軸12和下轉軸13中的一個位于支撐架11的外部的一端連接有驅動裝置14，支撐架11的前端面上設置有上唇板15和下唇板16，上唇板15上設置有與第一齒輪121相適配且嚙合的第一齒條151，下唇板16上設置有與第二齒輪131相適配且嚙合的第二齒條161；這樣可以通過控制驅動裝置14的驅動方向來實現(xiàn)上唇板15和下唇板16的開閉，由于上轉軸12和下轉軸13中的一個上連接有驅動裝置14，那么連接有驅動裝置14軸上的齒輪為主動齒輪，另一個軸上的齒輪為從動齒輪，從動齒輪的旋轉方向與主動齒輪的旋轉方向相反，這樣就保證了上唇板15和下唇板16總是朝著相反的方向運動，當進行嘴唇打開動作時，上唇板15和下唇板16之間做相互背離的運動；當進行嘴唇閉合動作時，上唇板15和下唇板16之間做相向的運動。另外改變驅動裝置14的驅動速度，可以實現(xiàn)對于唇部張開閉合速度的調整，從而實現(xiàn)此教學機器人進行語音播放時，配合相應的語速進行嘴部的動作，實現(xiàn)比較精準的人工智能。第一齒條151可以設置在上唇板15的后端面或前端面，當設置在前端面時，上唇板15上開設有槽，第一齒輪121通過開設的槽實現(xiàn)與第一齒條151的嚙合，下唇板16上設置的第二齒條161也同理。身體升降機構2包括與軀干機構的下端相連接的升降套筒21，升降套筒21的底部設置有位于升降套筒21內部的頂升裝置，通過調整升降套筒21內部的頂升裝置，可以實現(xiàn)此教學機器人身高的調整，從而便于不同身高人群對于教學機器人控制面板的操控，提高教學機器人的使用樂趣。

上轉軸12和下轉軸13上設置的齒輪的個數(shù)分別為一個，這種設置方式便于教學機器人的制造和安裝，還能夠降低成本。此外上轉軸12和下轉軸13上設置的齒輪的個數(shù)可以為多個，各第一齒輪121的大小及型號一致，各第二齒輪131的大小及型號一致，且上下轉軸上設置的齒輪一一對應相嚙合即可，設置多組齒輪的好處在于可以增加嚙合面積，從而使得運動的傳遞更加穩(wěn)定，減少跳齒現(xiàn)象的產生。上轉軸12和下轉軸13與側板111轉動連接處設置有軸承，通過設置有軸承，可以減少上轉軸12和下轉軸13與側板111之間由于轉動而產生的磨損，并且增加軸承對上轉軸12和下轉軸13起到支撐的作用，能夠使得轉動更加穩(wěn)定。

側板111的上部的前端面和上唇板15后端面中的一個設置有卡凸，另一個設置有與卡凸相適配的限位結構卡槽；側板111的下部的前端面和下唇板16后端面中的一個設置有卡凸，另一個設置有與卡凸相適配的限位結構卡槽，卡凸為“t”型。設置有卡凸和限位結構卡槽能夠使得上唇板15和下唇板16在上下滑動時候不會跑偏，設置有限位結構卡槽好處在于，可以防止上唇板15和下唇板16從唇部活動機構1中滑落，將卡凸設置成“t”型能夠有效防止上唇板15和下唇板16出現(xiàn)翻折現(xiàn)象，避免上唇板15和下唇板16從唇部活動機構1中脫落。

驅動裝置14為正反轉變速電機，當正反轉變速電機正向反向切換，可以實現(xiàn)唇部的張開和閉合的切換動作；當正反轉變速電機改變速度，能夠配合播報的語速實現(xiàn)唇部開合速度的切換。

頂升裝置為直線型液壓缸或直線型氣缸或螺桿與螺母配合機構調節(jié)距離；當頂升裝置為直線型液壓缸或直線型氣缸時，活塞桿伸長，可以實現(xiàn)教學機器人身高的增加；當活塞桿縮短時，可以實現(xiàn)教學機器人身高的減小。當頂升裝置為螺桿與螺母配合機構時，螺桿順時針旋轉，機器人身高增加；當螺桿逆時針旋轉，機器人身高降低。升降套筒21包括底部開口的上套筒，上套筒的頂部與軀干機構相連接，上套筒的內部滑動套接有頂部開口的下套筒，下套筒前端面設置有帶數(shù)字顯示操作裝置，帶數(shù)字顯示操作裝置是通過觸摸顯示裝置的“︿”或“﹀”來調節(jié)機器人高度的升高或降低。此外，升降套筒21為伸縮罩，這樣設置的好處在于，無論活塞桿伸長還是縮短，都能夠保證內部結構不會外漏，增加了教學機器人在使用時的整體的美觀性。

還包括控制器，控制器分別與驅動裝置14和頂升裝置相連接，控制器還連接有高度記憶模塊、定位裝置、聲音檢測裝置、通訊裝置及顯示裝置，其中：高度記憶模塊，用于儲存身體升降機構2設定的高度，方便之后同一使用者使用此教學機器人時，根據儲存的高度進行直接調用，不用再次重新調節(jié)機器人的高度，能夠節(jié)約使用者的時間和精力；定位裝置，用于使機器人自主判斷障礙并通過合理的路線規(guī)劃繞過障礙物，到達指定目標地點，還能夠用于追蹤行進中的物體；聲音檢測裝置，用于測量音頻信號、捕獲音頻信號及檢測聲音強度，還用于對捕獲的聲音進行過濾，使得識別到的音頻清晰且清楚；通訊裝置可以為手機、電腦或平板電腦，通過通信裝置向控制器發(fā)出指令操控教學機器人的各項功能的實現(xiàn)，控制器同時能夠反向向通訊裝置發(fā)出信號，能夠通過通訊裝置實現(xiàn)對教學機器人的檢測；顯示裝置，用于文字、圖片及動畫的播放，還能夠通過觸碰顯示裝置上的圖標，實現(xiàn)各種多媒體內容的切換和控制。

注意，以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施方式的限制，上述實施方式和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內，本發(fā)明的要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。