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多模式智能玩具搜集機(jī)器人的制作方法

文檔序號(hào):11507517閱讀:503來源:國知局
多模式智能玩具搜集機(jī)器人的制造方法與工藝

本發(fā)明涉及一種玩具搜集機(jī)器人,具體是一種多模式智能玩具搜集機(jī)器人。



背景技術(shù):

隨著工業(yè)自動(dòng)化迅速普及,機(jī)器人代替人工已成為成千上萬公司發(fā)展的焦點(diǎn)。目前,工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人以及家庭服務(wù)機(jī)器人情況如下。

工業(yè)機(jī)器人方面,主要應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)器人來代替人工搬運(yùn),該類搬運(yùn)機(jī)器人通過安裝不同的末端執(zhí)行器,完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運(yùn)工作,要求強(qiáng)電狀態(tài)運(yùn)行,控制器件大,處理速度快,操作人員均需要安全培訓(xùn),無法進(jìn)行語音遙控,有些加入高端圖像處理算法識(shí)別工作對(duì)象。但是此類機(jī)器人只適用于工業(yè),成本高體積大,工作在強(qiáng)電下,圖像識(shí)別算法對(duì)控制器內(nèi)存以及處理速度要求非常高,從而使得部件增多、體積增大,且能耗高、原材料消耗多、控制、使用不便,環(huán)境污染嚴(yán)重,不適用與家庭日常小型用品搬運(yùn)。

服務(wù)機(jī)器人方面,家庭服務(wù)類機(jī)器人是能夠代替人完成家庭服務(wù)工作的機(jī)器人,市場已有如掃地機(jī)器人、空氣凈化機(jī)器人等,均可代替用戶完成家庭日常相應(yīng)的工作,掃地機(jī)器人可掃地,空氣凈化機(jī)器人可完成空氣凈化。但是功能單一,服務(wù)種類較少,精度低能耗高,代替人力較小,不可供家庭日常娛樂。但該領(lǐng)域存在著工業(yè)成本高,安全性低,內(nèi)部圖像處理算法復(fù)雜昂貴與用戶市場成本低,安全性高、娛樂以及貢獻(xiàn)大等矛盾。

為了解決以上問題急需一款能將工業(yè)功能與家庭服務(wù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)品。多模式智能玩具搜集機(jī)器人,屬于家庭服務(wù)類機(jī)器人,具有與工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人相類似的物體識(shí)別搬運(yùn)功能,且兼容多模式智能控制,是融合現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)出的一款家庭服務(wù)機(jī)器人,既能像工業(yè)機(jī)器人一樣能搬運(yùn)東西服務(wù)用戶,又可進(jìn)入家庭融入家庭。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明是為了解決上述服務(wù)機(jī)器人功能單一,服務(wù)種類少的問題,目的在于提供一種多模式智能玩具搜集機(jī)器人。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機(jī)器人,包括一種多模式智能玩具搜集機(jī)器人,其特征在于,包括:智能車裝置,具有:智能車裝置,具有四輪車、至少一個(gè)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及舵機(jī);

四輪車,其上固定有若干紅外傳感器;至少一個(gè)電機(jī),位于四輪車的后輪內(nèi)側(cè),其上設(shè)置有小型編碼器,用于驅(qū)動(dòng)四輪車運(yùn)動(dòng)的速度和前后運(yùn)動(dòng)反向;電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊,設(shè)置在電機(jī)上,與電機(jī)連接,用于驅(qū)動(dòng)電機(jī);舵機(jī),位于四輪車的兩個(gè)前輪之間,與兩個(gè)前輪連接,用于控制四輪車運(yùn)動(dòng)的左右方向,

機(jī)械臂,搭載在智能車裝置上,包含機(jī)械爪、攝像頭以及機(jī)械臂控制器,用于抓取玩具;以及

控制系統(tǒng),設(shè)置在智能車裝置上,和智能車裝置及機(jī)械臂分別連接,用于控制智能車及機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng),包括:顯示屏,用于輸入和顯示系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù);電源,用于供電;語音裝置,包括語音接收單元和語音輸出單元;主控制器,包括系統(tǒng)板與主板,其中,主板包括:紅外感應(yīng)接口、攝像頭接口、編碼器接口、電源接口、電機(jī)接口、顯示屏接口以及語音接口,且主板上還設(shè)置有語音識(shí)別模塊、語音播放模塊以及編碼器測速模塊、機(jī)械臂控制器模塊、圖像處理模塊以及藍(lán)牙通信模塊,

紅外感應(yīng)接口與紅外感應(yīng)器連接的,攝像頭接口與攝像頭連接,編碼器接口與小型編碼器連接,電源接口與電源,電機(jī)接口與電機(jī)和舵機(jī)分別連接,顯示屏接口與顯示屏連接,語音接口與語音裝置連接,

語音識(shí)別模塊和語音播放模塊用于控制語音裝置的工作,編碼器測速模塊用于控制小型編碼器工作,機(jī)械臂控制器模塊用于控制機(jī)械臂工作,圖像處理模塊用于控制紅外感應(yīng)器及攝像頭工作,藍(lán)牙通信模塊用于接收控制指令。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機(jī)器人,還可以具有這樣的特征:其中,紅外傳感器為八個(gè),其中四個(gè)固定在四輪車上部,另外四個(gè)固定在四輪車下部。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機(jī)器人,還可以具有這樣的特征:其中,攝像頭為可錄入物體狀態(tài)的攝像頭。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機(jī)器人,還可以具有這樣的特征:其中,電機(jī)的個(gè)數(shù)為兩臺(tái),分別位于四輪車的兩個(gè)后輪的內(nèi)側(cè)。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機(jī)器人,還可以具有這樣的特征:其中,機(jī)械臂為至少兩個(gè)自由度的機(jī)械臂,其中一個(gè)自由度設(shè)置在機(jī)械爪上,用于控制機(jī)械爪的抓取和放置動(dòng)作,其余的至少一個(gè)自由度用于控制機(jī)械臂的上下左右及伸縮運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機(jī)器人,還可以具有這樣的特征:其中,攝像頭固定在機(jī)械臂的自由度上,可隨自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機(jī)器人,還可以具有這樣的特征:其中,主控制器還可以為嵌入式單片機(jī)。

發(fā)明的作用與效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的多模式智能玩具搜集機(jī)器人,由于采用了嵌入式微處理器,集成了多個(gè)功能模塊以及提供了一種新型的圖像處理算法,因此具有以下優(yōu)點(diǎn):

首先,多模式智能玩具搜集機(jī)器人解決了家庭物體搬運(yùn)抓取問題,普通弱電即可工作。主控制器采用應(yīng)用廣泛的嵌入式微處理器,該處理器體積小,低功耗,益于控制和集成,發(fā)明產(chǎn)品中主控制器連接各個(gè)功能模塊,可實(shí)現(xiàn)模塊功能。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)家庭兒童玩具的搜集和整理的同時(shí),其自身也應(yīng)作為玩具進(jìn)行人機(jī)交互,供家庭娛樂使用,是工業(yè)自動(dòng)或遙控搬運(yùn)與家庭服務(wù)娛樂結(jié)合的產(chǎn)物。

其次,本發(fā)明提供一種新型圖像處理算法,適用于低功耗常用的微處理器,計(jì)算量相對(duì)與一般圖像識(shí)別計(jì)算量小,解決工業(yè)或其他技術(shù)領(lǐng)域圖像處理繁瑣且對(duì)控制器要求較高的問題。應(yīng)用小型常用攝像頭采集圖像,該算法可識(shí)別出是玩具還是障礙物,進(jìn)而傳送信息給控制器進(jìn)行相關(guān)處理,解決家庭服務(wù)機(jī)器人識(shí)別物體的困難,為以后機(jī)器人進(jìn)入家庭服務(wù)男女老少奠定基礎(chǔ)。

第三,本發(fā)明成本低、可靠性和安全性高、服務(wù)種類多還具有一定的娛樂性,市場前景曠闊,以后將逐步發(fā)展成為完整的家庭服務(wù)機(jī)器人,可走進(jìn)千家萬戶搜集抓取以玩具為代表的任何物體。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的多模式智能玩具搜集機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖示意圖;

圖2是本發(fā)明的多模式智能玩具搜集機(jī)器人的工作原理框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解,以下實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機(jī)器人的組成、工作原理以及有益效果作具體闡述。

圖1是本發(fā)明的多模式智能玩具搜集機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖示意圖。

如圖1所示,本實(shí)施例中的模式智能玩具搜集機(jī)器人包括:智能車裝置,機(jī)械臂2及控制系統(tǒng)4。

智能車包括:四輪車1,兩個(gè)電機(jī)、舵機(jī)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊,

四輪車1其上固定有八個(gè)紅外傳感器;

四個(gè)紅外傳感器固定在四輪車上部,另外四個(gè)紅外傳感器固定在四輪車下部;

兩個(gè)電機(jī),分別位于四輪車的兩個(gè)后輪的內(nèi)側(cè),其上設(shè)置有小型編碼器,用于驅(qū)動(dòng)四輪車運(yùn)動(dòng)的速度和前后運(yùn)動(dòng)反向;

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊,設(shè)置在電機(jī)上,與電機(jī)連接,用于驅(qū)動(dòng)電機(jī);

舵機(jī),位于四輪車的兩個(gè)前輪之間,與兩個(gè)前輪連接,用于控制四輪車運(yùn)動(dòng)的左右方向。

機(jī)械臂2,搭載在智能車裝置上,包含機(jī)械爪3、攝像頭以及機(jī)械臂控制器,機(jī)械臂2為四個(gè)自由度的機(jī)械臂,其中一個(gè)自由度10設(shè)置在機(jī)械爪3上,用于控制機(jī)械爪3的抓取和放置動(dòng)作,其余的自由度7、自由度8,自由度9控制機(jī)械臂2的左右、上下及伸縮運(yùn)動(dòng),攝像頭固定在自由度7上。

控制系統(tǒng)4,設(shè)置在智能車裝置上,和智能車裝置及機(jī)械臂分別連接,用于控制智能車及機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng),包括:顯示屏,用于輸入和顯示系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù);電源,用于供電;語音裝置,包括語音接收單元和語音輸出單元;主控制器,包括系統(tǒng)板與主板,主板通過紅外感應(yīng)接口與外感應(yīng)器連接,通過攝像頭接口與攝像頭連接,通過編碼器接口與小型編碼器連接,通過電源接口與電源,通過電機(jī)接口與電機(jī),舵機(jī)分別連接,通過顯示屏接口與顯示屏連接,通過語音接口與語音裝置連接,主板上還設(shè)置有語音識(shí)別模塊和語音播放模塊用于控制語音裝置工作,編碼器測速模塊用于控制小型編碼器工作,機(jī)械臂控制器模塊用于控制機(jī)械臂工作,圖像處理模塊用于控制紅外感應(yīng)器及攝像頭工作,藍(lán)牙通信模塊用于接收控制指令;系統(tǒng)板為k60。

主板上的圖像處理模塊包括一種圖像處理算法,將攝像頭獲得的圖像二值化后數(shù)據(jù)分析,再通過相應(yīng)邏輯運(yùn)算提取元素特征值,加以對(duì)比分析,適用于小型一般常用的微控制器。

本實(shí)施例還包含一個(gè)客戶端,安裝在手機(jī)上,通過藍(lán)牙信號(hào)與主板通信連接,用于控制多模式智能玩具搜集機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。

圖2是本發(fā)明的多模式智能玩具搜集機(jī)器人的工作原理框圖。

如圖2所示嗎,攝像頭采集玩具形狀信息,傳輸給控制器完成相關(guān)操作;紅外傳感器輔助攝像頭檢測,檢測玩具的高度和距離;液晶顯示屏模塊用于顯示系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和輸入指令;語音識(shí)別模塊,語音遙控,識(shí)別用戶輸入的語音口令,完成相應(yīng)的控制動(dòng)作;語音播放模塊,播報(bào)客戶遙控指令,完成人機(jī)交互;無線藍(lán)牙模塊和手機(jī),手機(jī)遙控,識(shí)別用戶通過手機(jī)發(fā)送的遙控指令;舵機(jī),完成機(jī)器人方向控制;電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、雙路電機(jī)和編碼器,完成機(jī)器人的速度控制;電源,采用可充電鋰電池供電。

以下對(duì)使用本實(shí)施例提供的多模式智能玩具搜集機(jī)器人運(yùn)行過程和原理做詳細(xì)說明。

機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行搜集模式時(shí),為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人隨機(jī)行進(jìn)搜集運(yùn)輸玩具的功能,機(jī)器人其他部件正常工作同時(shí),主要采用攝像頭和多路紅外傳感器檢測物體識(shí)別玩具還是障礙物,攝像頭和紅外連接主控制器,所使用的k60系統(tǒng)板與主板作為主控制器,它支持具有攝像頭接口、編碼器接口、電源與電機(jī)接口、顯示屏接口、藍(lán)牙接口等其他元器件均與它連接。攝像頭采集當(dāng)前環(huán)境圖像信息傳送給控制器,紅外檢測玩具距離,通過兩部件結(jié)合識(shí)別玩具進(jìn)行抓取,如果是障礙物則進(jìn)行避障處理。

關(guān)于用戶語音遙控機(jī)器人搜集玩具功能的技術(shù)方案詳解。用戶語音遙控主要通過語音識(shí)別解析模塊和語音合成模塊連接主控制器實(shí)現(xiàn),兩個(gè)模塊連接主控制板上的相應(yīng)串口,其中語音解析模塊連接主控制器的一個(gè)rxd端,把接收到的語音通過此口給主控制器,主控制器判斷語音信號(hào)后,發(fā)送相應(yīng)信息給合成播放模塊完成播放。

關(guān)于用戶通過手機(jī)app遙控機(jī)器人搜集玩具功能的技術(shù)方案詳解。手機(jī)與機(jī)器人通信主要以藍(lán)牙作為橋梁實(shí)現(xiàn),藍(lán)牙安裝在機(jī)器人上,與控制器固定串口相連,另外還可通過手機(jī)app連接,通過收發(fā)手機(jī)的數(shù)據(jù)來給控制器,從而實(shí)現(xiàn)手機(jī)遙控功能。此部分為實(shí)現(xiàn)用戶手機(jī)遙控功能,手機(jī)界面設(shè)置有對(duì)相關(guān)按鍵對(duì)機(jī)械臂和智能車體對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)控制,如機(jī)械臂抓取對(duì)應(yīng)抓取指令,車體后退對(duì)應(yīng)后退指令等。

系統(tǒng)應(yīng)用輔助器件來增加機(jī)器人功能多樣性及可視性。采用小型顯示屏與主控制器相連,顯示用戶應(yīng)用時(shí)需要觀測的信息;采用兩個(gè)小型編碼器位于電機(jī)上端,接口與主控制器連接,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人速度控制。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案,根據(jù)所需功能,系統(tǒng)通過串口1資源,和藍(lán)牙模塊建立聯(lián)系,完成手機(jī)app的遙控功能;系統(tǒng)通過串口2資源,完成與機(jī)械臂控制板的通信任務(wù),從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的控制;系統(tǒng)通過串口3資源,實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)模塊的語音合成播報(bào)任務(wù),同時(shí),也通過串口3資源,完成語音識(shí)別結(jié)果的數(shù)據(jù)接收;系統(tǒng)通過自帶的定時(shí)器,產(chǎn)生五路pwm,其中四路pwm用來實(shí)現(xiàn)速度控制。系統(tǒng)通過dma資源,對(duì)攝像頭采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收處理,通過圖像處理算法,實(shí)現(xiàn)物體的識(shí)別。通過對(duì)單片機(jī)編寫程序完成相應(yīng)的控制,系統(tǒng)會(huì)按照軟件流程圖運(yùn)行。

另外,圖像識(shí)別中,圖像處理算法原創(chuàng),適合小型控制器處理速度,主要是通過攝像頭進(jìn)行的硬件二值化,然后對(duì)圖像進(jìn)行分割,得到有效物體的像素點(diǎn)。

實(shí)施例的作用與效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的多模式智能玩具搜集機(jī)器人,屬于家庭服務(wù)類機(jī)器人,具有與工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人相類似的物體識(shí)別搬運(yùn)功能,且兼容多模式智能控制,目前,工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人以及家庭服務(wù)機(jī)器人情況如下。

工業(yè)機(jī)器人方面,主要應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)器人來代替人工搬運(yùn),該類搬運(yùn)機(jī)器人通過安裝不同的末端執(zhí)行器,完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運(yùn)工作,要求強(qiáng)電狀態(tài)運(yùn)行,控制器件大,處理速度快,操作人員均需要安全培訓(xùn),無法進(jìn)行語音遙控,有些加入高端圖像處理算法識(shí)別工作對(duì)象。但是此類機(jī)器人只適用于工業(yè),成本高體積大,工作在強(qiáng)電下,圖像識(shí)別算法對(duì)控制器內(nèi)存以及處理速度要求非常高,從而使得部件增多、體積增大,且能耗高、原材料消耗多、控制、使用不便,環(huán)境污染嚴(yán)重,不適用與家庭日常小型用品搬運(yùn)。

服務(wù)機(jī)器人方面,家庭服務(wù)類機(jī)器人是能夠代替人完成家庭服務(wù)工作的機(jī)器人,市場已有如掃地機(jī)器人、空氣凈化機(jī)器人等,均可代替用戶完成家庭日常相應(yīng)的工作,掃地機(jī)器人可掃地,空氣凈化機(jī)器人可完成空氣凈化。但是功能單一,服務(wù)種類較少,精度低能耗高,代替人力較小,不可供家庭日常娛樂。但該領(lǐng)域存在著工業(yè)成本高,安全性低,內(nèi)部圖像處理算法復(fù)雜昂貴與用戶市場成本低,安全性高、娛樂以及貢獻(xiàn)大等矛盾。

為了解決以上問題急需一款能將工業(yè)功能與家庭服務(wù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)品。融合現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)出一款家庭服務(wù)機(jī)器人,既能像工業(yè)機(jī)器人一樣能搬運(yùn)東西服務(wù)用戶,又可進(jìn)入家庭融入家庭。

進(jìn)一步的,本發(fā)明圖像分析算法原創(chuàng),并兼容多模式控制、多模式人機(jī)交互、多模式智能識(shí)別,集攝像頭自動(dòng)識(shí)別、語音以及移動(dòng)終端遙控搜集功能為一體,軟硬件結(jié)合,既可搜集玩具,又可作為遙控玩具,在玩耍的同時(shí)幫助兒童養(yǎng)成整理玩具的好習(xí)慣。用途廣泛,服務(wù)對(duì)象多種多樣,對(duì)于服務(wù)型機(jī)器人走進(jìn)家庭具有重要意義。

上述實(shí)施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例,并不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

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