專利名稱：一種可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，特別涉及一種可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人。
背景技術(shù)：
自1964年人類發(fā)明了第一臺(tái)計(jì)算機(jī)以來(lái)，人類的發(fā)展便和他結(jié)下了不解之緣。人們的衣食住行，無(wú)不有計(jì)算機(jī)的功勞。計(jì)算機(jī)包含如下部分，鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，顯示屏等輸出部分，存儲(chǔ)部分，運(yùn)算控制部分等。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們把以上部分如輸入、輸出、 存儲(chǔ)和運(yùn)算功能全部集成到一個(gè)芯片里面，他具有我們電腦的功能，但他又不是我們真正意義上的電腦了，我們把他形象的統(tǒng)稱為微電腦。這種微電腦在我們?nèi)粘Ｉ钪性絹?lái)越廣泛，比如說(shuō)電磁爐，電飯煲，電熱水器等。由于應(yīng)用廣泛，形成了以后一門(mén)專門(mén)的技術(shù)，即嵌入式技術(shù)。玩具的發(fā)展過(guò)程從簡(jiǎn)單的外型模仿到玩具的智能化發(fā)展。玩具的作用是休閑， 尤其體現(xiàn)在游戲和益智，關(guān)鍵是能夠?qū)崿F(xiàn)寓教于樂(lè)。玩具的分類方面，可以基于外形、內(nèi)容、 復(fù)合類或適合人群分類。玩具的發(fā)展趨勢(shì)緊跟動(dòng)畫(huà)片以及流行的特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)光電技術(shù)相結(jié)合，體現(xiàn)環(huán)保與健康的品質(zhì)要求。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN2007100(^962. 0公開(kāi)了一種基于USB接口的可編程機(jī)器人玩具及其控制方法。該發(fā)明申請(qǐng)采用了機(jī)械控制技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和USB接口技術(shù)，使機(jī)器人玩具實(shí)現(xiàn)了根據(jù)預(yù)設(shè)的指令集，邊做運(yùn)動(dòng)體操邊播放節(jié)拍口令的功能。中國(guó)實(shí)用新型 CN201020140255. 5公開(kāi)了一種模塊化電子機(jī)械裝置，特別是用于家庭教育或娛樂(lè)的機(jī)器人。該實(shí)用新型通過(guò)外圍電路、機(jī)械結(jié)構(gòu)及遙控手柄，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、原地旋轉(zhuǎn)、閃燈等功能。中國(guó)實(shí)用新型CN200920110844.6公開(kāi)了一種智能玩具。該實(shí)用新型所公開(kāi)的是一種具有自動(dòng)識(shí)別路徑功能的智能車(chē)，可以脫離計(jì)算機(jī)現(xiàn)場(chǎng)編程。上述專利或者專利申請(qǐng)所涉及的技術(shù)方案的共同特點(diǎn)是，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上均只能采用單一的機(jī)器人結(jié)構(gòu)加以使用，特別局限在車(chē)型機(jī)器人，不能讓使用者自由的通過(guò)簡(jiǎn)單的拼接組合成多種結(jié)構(gòu)和形狀的機(jī)器人，無(wú)法針對(duì)不同形狀和構(gòu)造的機(jī)器人根據(jù)使用者的需要方便的編寫(xiě)和向機(jī)器人輸入有針對(duì)性的計(jì)算機(jī)程序，并同時(shí)通過(guò)遙控來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制，以及實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)周?chē)h(huán)境的識(shí)別和反應(yīng)功能。因此，現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中的機(jī)器人技術(shù)對(duì)于使用者在結(jié)構(gòu)形狀選擇性、計(jì)算機(jī)程序編寫(xiě)使用的靈活性以及對(duì)環(huán)境識(shí)別反饋性上均有較大局限，不能給予使用者較大的自由發(fā)揮的空間，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)寓教于樂(lè)，限制了對(duì)其智力的有效開(kāi)發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可以組合為多種結(jié)構(gòu)并且能夠通過(guò)讀卡輸入計(jì)算機(jī)程序，能夠?yàn)槭褂谜咛峁┳杂砷_(kāi)發(fā)及編程功能的機(jī)器人。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，包括機(jī)械裝置、讀卡模塊、主板組件、遙控器、電源，其特征在于還包括紅外傳感模塊、觸碰模塊、 聲音傳感模塊和電機(jī)；所述機(jī)械裝置由一個(gè)以上的塑料組件組合構(gòu)成；所述主板組件包括含有主板芯片的主板模塊和主板外殼；所述塑料組件和主板外殼表面有圓形凹槽或者與所述圓形凹槽相匹配的凸部；所述電機(jī)置于塑料組件上，并且通過(guò)電路與所述主板模塊連接， 所述主板模塊能夠控制電機(jī)進(jìn)行正反旋轉(zhuǎn)，從而能夠控制所述機(jī)械裝置移動(dòng)；所述讀卡模塊連接到主板模塊上，可以讀取二維黑白卡片信息并傳輸給主板；所述紅外傳感模塊與所述主板連接，并能夠測(cè)定障礙物距離并傳輸給主板，所述觸碰模塊安裝在可以測(cè)定機(jī)械裝置碰撞障礙物并與主板模塊連接，可以主板模塊傳送信號(hào)；所述聲音傳感模塊與主板連接， 可以能夠?qū)⒙曇艮D(zhuǎn)化為主板能夠接收的信號(hào)并傳送給主板；所述遙控器可以通過(guò)紅外線向主板傳送控制信號(hào)。上述可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人還可以包括顯示模塊、聲音輸出模塊，所述主板能夠控制聲音輸出模塊發(fā)出聲音，所述顯示模塊可以顯示主板發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。上述機(jī)械裝置還可以包括車(chē)輪，所述機(jī)械裝置和主板組件組合成為玩具車(chē)型、可雙足行走的機(jī)器人型。上述電機(jī)可以為兩個(gè)或者兩個(gè)以上。上述聲音傳感模塊和顯示模塊可以集成在主板模塊上。上述顯示模塊可以包括一個(gè)以上的LED燈。該LED燈具有根據(jù)主板模塊輸出信號(hào)顯示的功能。上述主板模塊和電源之間還可以連接有節(jié)電模塊。所述節(jié)電模塊在系統(tǒng)連續(xù)未接到指令達(dá)到1分鐘以上時(shí)可使主板處于休眠模式，所述休眠模式可以通過(guò)按下連接于主板芯片的按鍵恢復(fù)到通電狀態(tài)。上述遙控器包括遙控器還可以芯片、電源裝置、紅外發(fā)射裝置和電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器裝置，所述紅外發(fā)射裝置可以發(fā)射所述遙控器芯片發(fā)出的信號(hào)，所述電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器裝置可以存儲(chǔ)紅外發(fā)射的代碼并加以讀取。上述讀卡模塊還可以包括光電接收管和單片機(jī)，所述光電接收管與單片機(jī)相連接，所述單片機(jī)與所述主板模塊相連接。所述單片機(jī)能夠?qū)⒐怆娊邮展芩盏降男盘?hào)轉(zhuǎn)換成主板芯片能夠讀取的數(shù)據(jù)。上述機(jī)械裝置還可以由一個(gè)以上金屬組件或其他適合制作機(jī)器人的材料組件組成。本發(fā)明所提供的技術(shù)方案能夠產(chǎn)生的有益效果包括，可以提供一種可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，能夠滿足不同的使用者需求，組合成不同的外形結(jié)構(gòu)，并且可以根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)由使用者通過(guò)卡片輸入的方式進(jìn)行編程，機(jī)器人能夠靈活的根據(jù)聲音、紅外線和碰撞等信號(hào)的感應(yīng)并作出相應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng)和聲音、顯示信號(hào)的輸出，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式。通過(guò)操作機(jī)器人使得使用者的智力得到開(kāi)發(fā)和增長(zhǎng)。
四

圖1為本發(fā)明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)2為本發(fā)明讀卡器芯片3為本發(fā)明讀卡器聲音控制電路4為本發(fā)明讀卡器兩位顯示數(shù)碼管電路5為本發(fā)明讀卡器濾波電路圖
圖6為本發(fā)明讀卡器光電接收管電路7為本發(fā)明主板芯片電路8為本發(fā)明主板按鍵部分電路9為本發(fā)明主板LED燈控制原理10為本發(fā)明主板LED燈原理控制11為本發(fā)明主板聲音控制器電路12為本發(fā)明主板紅外傳感器電路13為本發(fā)明電路控制器濾波電路14為本發(fā)明紅外波形分析15為本發(fā)明主板碰觸電路16為本發(fā)明主板聲音控制模塊電路17為本發(fā)明電源供給電路18為本發(fā)明四路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及接口部分電路19為本發(fā)明主板輸入接口部分以及接口信號(hào)處理電路20為本發(fā)明通迅接口以及程序下載接口電路21為本發(fā)明電機(jī)控制原理22為本發(fā)明直流電機(jī)控制IC電路23為本發(fā)明遙控器芯片電路M為本發(fā)明遙控器信號(hào)發(fā)射25為本發(fā)明遙控器的電源處理電路沈?yàn)楸景l(fā)明遙控器電路CPU程序下載電路27為本發(fā)明遙控器按鍵電路28為本發(fā)明遙控器按鍵LED燈指示電路圖各附圖中R表示電阻、C表示電容、Q表示三極管，LED表示二極管，VCC表示直流電源，BAT表示電池節(jié)能供電端，GND表示接地端。
五具體實(shí)施例方式本發(fā)明的可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人包括機(jī)械裝置、主板組件、讀卡模塊和遙控器在內(nèi)。 其中機(jī)械裝置和主板組件構(gòu)成機(jī)器人的外形，主板組件中的主板模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音信號(hào)、紅外信號(hào)、碰撞信號(hào)的接受并控制電機(jī)、蜂鳴器和LED等部件完成動(dòng)作。讀卡模塊可以通過(guò)數(shù)據(jù)線向主板輸入端口輸入實(shí)現(xiàn)編好的程序，遙控器可以控制機(jī)器人的具體動(dòng)作。在機(jī)器人的機(jī)械構(gòu)造方面，由于采用多個(gè)塑料組件加以組合，因此可以組合成多種形狀的機(jī)器人供學(xué)習(xí)娛樂(lè)使用。如圖1所示，主板組件2與車(chē)輪組件1相互結(jié)合，主板組件2通過(guò)電路與讀卡模塊3相互連接。主板組件外殼的塑料組件表面均有圓形凸起4以及與該圓形凸起相互匹配的凹槽5，因此可以通過(guò)凹槽和凸起的相互契合將不同塑料組件加以組合。不同形狀的多個(gè)塑料組件可以相互組合成多種形式的機(jī)器人。該機(jī)器人既可以采用雙足行走模式，也可以采用車(chē)輪推進(jìn)模式，而上述兩種模式中又可以有多種造型搭配，因此可以克服以往的機(jī)器人只能用固定的外形結(jié)構(gòu)加以使用的局限，給予使用者無(wú)限的想象空間和自由組合的方式。由于主板模塊也置于主板外殼之內(nèi)，而主板外殼表面也有凹槽和凸起，因此主板組件也可以作為機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的一部分加以利用，參與到機(jī)器人結(jié)構(gòu)組合當(dāng)中，增加了機(jī)器人組合變化的種類。機(jī)器人主板是整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的核心部分，也是所有模塊的連接控制部分，他有四個(gè)輸入口和四個(gè)輸出口，即可以接受外部的信息，如紅外信號(hào)，聲音信號(hào)，也可以控制小的模塊動(dòng)作，如電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，外部的喇叭蜂鳴等。相當(dāng)于機(jī)器人的大腦，主要接收來(lái)自讀卡板的指令，并按指令的內(nèi)容進(jìn)行控制相應(yīng)的模塊執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。主板本身也可以實(shí)現(xiàn)一定的小動(dòng)作。首先是音樂(lè)蜂鳴器；其次是彩色閃光燈效果，隨著音樂(lè)的節(jié)奏，閃光燈實(shí)現(xiàn)漸明漸亮的效果。主板既可以單獨(dú)作為一個(gè)小的系統(tǒng)板使用，也可以和其它的外圍模塊組成一個(gè)大的機(jī)器人系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)硬件在主控制器CPU的控制下，完成相應(yīng)的動(dòng)作，CPU采用美國(guó)ATMEL公司的新一代AVR微處理器ATMEGA64，通過(guò)CPU的程序來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。如圖8所示，按鍵功能的選擇方面，主板上集成了五個(gè)按鍵，分別功能為開(kāi)關(guān)機(jī)鍵 SW-PB (POWER)，功能選擇 Sl (FUNCTION)，開(kāi)始鍵 S2 (START)，左鍵 S3 (LEFT)，右鍵 S4 (RIGHT)，開(kāi)關(guān)機(jī)鍵通過(guò)控制電源管BAT的導(dǎo)通和關(guān)斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)機(jī)，按鍵S1-S4 在硬件上也和CPU控制器的觸角INT6直接相連，并通過(guò)電阻PA1-PA4與地相連。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，相應(yīng)的端口和會(huì)有對(duì)應(yīng)的高電平，程序通過(guò)判斷高電平就可以知道按具體的按鍵值了。如圖7所示，主板模塊外部端口輸入部分的實(shí)現(xiàn)方面，主板共有四個(gè)外部輸入接口，可以接收來(lái)自紅外遙控器，讀卡器，碰撞開(kāi)關(guān)，聲音傳感器的輸入信號(hào)。如圖19所示，該電路為主板輸入接口部分以及接口信號(hào)處理電路，其中C206-C208為電容，R221-R222為電阻，PE3-PE5、INT2-INT3、ADC0-ADC3為CPU相應(yīng)引腳相連。所有外部輸入的信號(hào)統(tǒng)一接到一個(gè)CPU的中斷引腳，當(dāng)任何時(shí)候有信號(hào)來(lái)時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的中斷，從而可以快速處理和響應(yīng)外部的事件。當(dāng)相應(yīng)的端口有輸入信號(hào)時(shí)，相應(yīng)端口的LED會(huì)發(fā)光進(jìn)行指示。如圖13所示，此部分主要功能為電路控制器控制穩(wěn)定的電壓而設(shè)計(jì)的濾波電路， 電容C321、C322、C234并聯(lián)后與電源連接，C234連接直流電源VCC。如圖12所示，紅外線傳感器的輸入時(shí)，紅外線傳感器功能主要功能是用來(lái)避障，判斷障礙物的。通過(guò)一個(gè)紅外發(fā)射管觀98先發(fā)射一束38KHZ的載波，當(dāng)前面有障礙物時(shí)，接收管觀99也接收到相應(yīng)的載波， 從而使程序可以控制其它的模塊，如控制電機(jī)轉(zhuǎn)向等。紅外避障傳感器原理，紅外線傳感器利用部分元件只能發(fā)射和接受紅外光線而動(dòng)作來(lái)設(shè)計(jì)的。紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管相對(duì)安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管與接收管并列一起，平時(shí)接收管始終無(wú)光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光線遇到反射物時(shí)，接收管收到反射回來(lái)的紅外光線才工作。本模塊中， 將發(fā)射二極管和紅外接收二極管并列安裝，形成反射式接收，先控制紅外發(fā)光二極管，發(fā)射 940匪的紅外光線，然后利用紅外接收光電管，接收反射回來(lái)的信號(hào)。并將反射回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理，送與處理器進(jìn)行處理。紅外遙控器的輸入，主要是接受來(lái)自遙控器的指令，輸入端口需要接上一個(gè)一體化的紅外接收頭。如圖14所示，當(dāng)按下遙控器時(shí)，發(fā)射一組控制信號(hào)，一個(gè)完整的控制信號(hào)，包括前導(dǎo)碼4001，識(shí)別碼4002、4004，操作碼4003、4005。前導(dǎo)碼通常都是一個(gè)高電平加一個(gè)低電平，比如這個(gè)是9ms的高電平加一個(gè)4. 5ms的低電平。接下來(lái)是用戶識(shí)別碼，本實(shí)施例遙控器所采用的編碼是8位的用戶識(shí)別碼。識(shí)別碼的目的就是讓被控制的設(shè)備(電視，空調(diào)等)接收到其他控制器的信號(hào)后能盡早丟棄掉，一旦檢測(cè)識(shí)別碼不同就沒(méi)必要繼續(xù)接收這個(gè)信號(hào)了。接下來(lái)還會(huì)發(fā)送識(shí)別碼的反碼，之所以發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容都會(huì)帶上其反碼主要有作用，相當(dāng)于發(fā)送兩次數(shù)據(jù)內(nèi)容，增加數(shù)據(jù)冗余，可以用來(lái)檢測(cè)誤碼。程序解碼的關(guān)鍵是如何識(shí)別0和1，0和1均以0. 56MS的低電平開(kāi)始，不同的是高電平的寬度不同，0為 0. 56MS，1為1. 68MS，所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別0和1，如果從0. 56MS低電平過(guò)后，開(kāi)始延時(shí)，0. 56MS以后，若讀到的電平為低，說(shuō)明此位為0，反之為1，為了可靠起見(jiàn)，延時(shí)必須比0. 56MS長(zhǎng)些，但不能超過(guò)1. 12MS，否則如果該位為0，讀到的就是下一位的高電平，因此取高低電平的值的一半，及0. 84MS。如圖15所示，碰撞開(kāi)關(guān)的輸入方面，碰撞開(kāi)關(guān)內(nèi)部實(shí)際上就是一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)受力時(shí)，開(kāi)關(guān)兩端接通。不受力時(shí)，開(kāi)關(guān)由于彈簧的作用又?jǐn)嚅_(kāi)，開(kāi)關(guān)的一端接電源，一端接CPU 的輸入端口。當(dāng)接通時(shí)，CPU的輸入端口出現(xiàn)高電平，從而可以識(shí)別碰撞開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)和接通。 碰觸傳感器的工作方式為當(dāng)碰觸開(kāi)關(guān)被按下后，開(kāi)關(guān)內(nèi)部的彈簧片連到一起，而當(dāng)開(kāi)關(guān)被松開(kāi)后，彈簧片分開(kāi)。我們?cè)趶椈善瑑啥私映鲞B接線，將一根連接線接低電平，即接地，另一根接到控制器的輸入端口，當(dāng)開(kāi)關(guān)被按下后，控制器的輸入端電平被拉成低電平，從而執(zhí)行一定的動(dòng)作。如圖16所示，聲音傳感器的輸入方面，聲音傳感器類似于樓道內(nèi)的拍手就亮燈的裝置。電路上，由于體積限制，采用了超小體積的集成電路(IC)實(shí)現(xiàn)聲音的放大和判斷，當(dāng)拾音器MIC將收到的聲音信號(hào)放大輸入給IC后，當(dāng)感應(yīng)到的信號(hào)超過(guò)設(shè)定的分貝時(shí)，即可向CPU輸出一個(gè)電平。聲音傳感器模塊利用放大電路將聲音信號(hào)放大，當(dāng)聲音的響度達(dá)到一定分貝值的時(shí)候，輸出一個(gè)高低電平，從而讓主板感知外界的聲音信息的模塊。聲音傳感器的組成包括聲音采集部分、聲音處理部分和聲音比較部分。(1)聲音采集部分，即MIC頭。 采用駐極體MIC頭，他由兩片金屬薄膜組成；當(dāng)聲波引起其震動(dòng)的時(shí)候，金屬薄膜間距的不同造成了電容的不同，而產(chǎn)生電流。(2)聲音處理部分，采用軌到軌單電源運(yùn)算放大器組成， 將輸入的電流或者電壓信號(hào)，放大到一定的倍數(shù)。由于由MIC頭送過(guò)來(lái)的電流很小，轉(zhuǎn)換成的電壓也很小，不足以區(qū)分高低電平的形式，因此，采用運(yùn)算放大器放大使信號(hào)在0-5V之間變化。(3)聲音比較部分，將運(yùn)算放大器的信號(hào)進(jìn)行電壓比較，當(dāng)采集的信號(hào)比較小時(shí)，輸出的電壓也比較小，當(dāng)沒(méi)有大于設(shè)定值時(shí)，認(rèn)為沒(méi)有聲音信號(hào)進(jìn)來(lái)，比較部分將于引線四00 輸出高電平，當(dāng)大于設(shè)定值時(shí)，認(rèn)為有聲音信號(hào)進(jìn)來(lái)，比較部分輸出低電平。如圖20所示，該圖電路主要為通迅接口以及程序下載接口，C299為電容，RXD、T)(D 分別與主板芯片相應(yīng)引腳相連，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于通訊信號(hào)的傳送和對(duì)于所編程序的下載。主板模塊輸出部分包括電機(jī)控制、聲音輸出和顯示輸出。如圖21所示，電機(jī)的控制通過(guò)驅(qū)動(dòng)IC電路實(shí)現(xiàn)。主板上集成了兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC，每個(gè)驅(qū)動(dòng)IC可以控制2路電機(jī)的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)IC的控制器A、B腳分別接到CPU的控制器，A、B腳有四種狀態(tài)，當(dāng)A、B腳都為高電平和低電平時(shí)，電機(jī)停止，當(dāng)A腳為高，B腳為低時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，A腳為低，B腳為高時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。程序上只要控制引腳的高平電平，進(jìn)行組合就可以控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。 引腳C、D也采用類似的工作原理。如圖18所示，圖中電路功能為四路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及接口部分，0UTAA-0UTDD、0UTA-0UTD分別于電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC相應(yīng)引腳相連，PBO、PB2-PB5、TCK、TMS、 TDO、TDI分別與主板CPU相應(yīng)引腳相連。如圖22所示，直流電機(jī)可以通過(guò)控制IC進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。如圖11所示，聲音輸出的控制實(shí)現(xiàn)方面，主板上集成有一個(gè)蜂鳴器SPEAKER201， 當(dāng)進(jìn)行不同操作動(dòng)作時(shí)，發(fā)出不同頻率的聲音，來(lái)提醒操作者。三極管Q202通過(guò)電阻R213 與主板CPU的PB4引腳連接。蜂鳴器SPEAKER201通過(guò)三極管Q202進(jìn)行控制，由CPU給出不同的頻率，通過(guò)控制三極管的開(kāi)關(guān)，從而控制喇叭按不現(xiàn)的頻率來(lái)發(fā)出不同的聲音，相關(guān)的軟件請(qǐng)參照相應(yīng)預(yù)先編制的源代嗎和流程圖。蜂鳴器通過(guò)施加在兩端的電壓不同，從而產(chǎn)生聲音。他是一種電聲轉(zhuǎn)換器件。如圖9所示，在LED燈顯示的實(shí)現(xiàn)方面，主板上有幾種顏色的燈，輸入部分為綠色的指示燈，輸出部分為紅色的指示燈，各LED燈分別通過(guò)一個(gè)電阻和CPU端口 PG0-3、PD4-6 相連接，LED燈可以根據(jù)音樂(lè)的頻率和實(shí)現(xiàn)LED的漸明漸亮，以及閃爍。漸明和漸亮的實(shí)現(xiàn)通過(guò)CPU的PWM的脈寬調(diào)制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)改變1秒鐘內(nèi)LED的導(dǎo)通和關(guān)閉時(shí)間，讓人的眼睛從而感覺(jué)出LED的亮度的技術(shù)。LED模塊是通過(guò)施加在兩端的電壓不同，從而發(fā)出不同的光線，他是一種電光轉(zhuǎn)換器件。如圖17所示，主板模塊可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)節(jié)電模式。節(jié)電模式的實(shí)現(xiàn)方面，考慮到機(jī)器人的體積問(wèn)題，系統(tǒng)優(yōu)選采用4節(jié)5號(hào)電池BT1-BT4供電，并通過(guò)節(jié)能電源段BAT端供電，因此對(duì)電源的節(jié)電提出了一定要求，系統(tǒng)在空閑的時(shí)候，要能關(guān)斷整個(gè)系統(tǒng)的供電， 使系統(tǒng)處于節(jié)電模式。要節(jié)電模式的進(jìn)入時(shí)，當(dāng)主板的按鍵在超過(guò)一定時(shí)間(一分鐘左右) 還有沒(méi)鍵按下時(shí)，首先喇叭會(huì)有一個(gè)提示，當(dāng)連續(xù)三次提示后還沒(méi)有鍵按下時(shí)，喇叭在發(fā)出一定聲音后進(jìn)入節(jié)電模式，控制電源的三極管Q203、Q204的關(guān)閉，并將CPU處于掉電模式運(yùn)行。要實(shí)現(xiàn)節(jié)電模式的喚醒的話，有任何鍵按下時(shí)，于INTO處輸入信號(hào)，均可將系統(tǒng)喚醒， 并重新處于工作狀態(tài)。在遙控器電路部分，本發(fā)明機(jī)器人使用的遙控器和普通的遙控器有一定的區(qū)別， 在遙控器的地址碼部分，程序內(nèi)加有一個(gè)地址碼。如圖27所示，通過(guò)其中一個(gè)按鍵進(jìn)行選擇，每按一次，選擇一個(gè)地址，再按一次，選擇另一個(gè)地址，按了四次后回到第一個(gè)地址，按鍵同時(shí)，對(duì)應(yīng)有LED會(huì)發(fā)光進(jìn)行指示。最多可以有四組地址，也就是說(shuō)，一個(gè)遙控器在設(shè)置好后，可以以一個(gè)鍵，發(fā)送不同的四組碼。從而可以實(shí)現(xiàn)用一個(gè)遙控器控制四套機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人足球比賽等有趣的游戲。遙控器硬件主要由四部分組成，包括CPU控制部分、電源控制部分、紅外發(fā)射部分、電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)發(fā)射代碼存儲(chǔ)部分。(1)如圖23所示，CPU控制部分，采用STC89LE52QFP型集成電路，由于整個(gè)遙控器由兩節(jié)電池供電，電源部分由兩節(jié)7號(hào)電池提供，為了保證電池的使用壽命，采用了低功耗的V系列CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)程序和控制部分。 R308、R319、R310-R314優(yōu)選為10K。(2)電源控制部分如圖25所示電源控制部分電路， 電容C301優(yōu)選為10 μ F，電阻R313優(yōu)選為10Κ。電池平時(shí)在不工作時(shí)，處于休眠狀態(tài)，使其它部分減少電能的消耗，當(dāng)需要使用時(shí)，用指定的鍵使CPU從休閑狀態(tài)喚醒，重新工作。(3) 紅外發(fā)射部分。如圖對(duì)所示，紅外發(fā)射采用兩個(gè)紅外發(fā)射管LED307、LED308串聯(lián)，主要是擴(kuò)大紅外接收的面積。發(fā)射部分的38KHZ載波完全由單片機(jī)產(chǎn)生，并通過(guò)IR_SEND端輸入。 在硬件上，通過(guò)三級(jí)三極管Q305、Q306及Q303放大電路實(shí)現(xiàn)電流的放大。電阻R301、R302 優(yōu)選為IK。G)EEPR0M發(fā)射代碼存儲(chǔ)部分，主要用來(lái)存儲(chǔ)紅外發(fā)射的代碼，一個(gè)發(fā)射代碼包含起始碼，結(jié)束碼，數(shù)據(jù)碼，地址碼等組成，所有的代碼都存到單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM中，需要時(shí)直接調(diào)用即可。如圖26所示，電路CPU程序下載部分由相應(yīng)電路控制RXD、T)(D與遙控器芯片相應(yīng)引腳相連。遙控器軟件部分工作過(guò)程主要分為四個(gè)階段。(1)開(kāi)機(jī)后，系統(tǒng)處于檢測(cè)狀態(tài)，主要檢測(cè)有無(wú)按鍵按下。(2)如果有按鍵按下，檢測(cè)是否為帶有喚醒功能的按鍵，如果是，則啟動(dòng)遙控器CPU工作。( 默認(rèn)情況下，遙控器CPU的地址碼(即ID)為IDO，對(duì)應(yīng)發(fā)射他所相應(yīng)的紅外碼。如圖觀為遙控器按鍵LED燈指示電路。Yl為石英晶體振蕩器。電容C303、 C304優(yōu)選為20pF(4)如有修改相應(yīng)的地址碼，則更改相應(yīng)的紅外碼。(5)如超過(guò)半分鐘內(nèi)沒(méi)有按鍵按下，進(jìn)入休眠狀態(tài)。讀卡模塊是根據(jù)二維碼的原理，利用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)卡片的內(nèi)容識(shí)別。讀卡模塊芯片采用ATMEGA8_TQFP32型集成電路。所讀卡片的原理為卡片分為上下兩行編碼， 由黑白相間的條碼按一定的規(guī)則排列而成；卡片的上部分編碼是一個(gè)基準(zhǔn)碼，由黑白相間而成；卡片的下部分是數(shù)據(jù)編碼，讀取的方式是當(dāng)上基準(zhǔn)碼由白變成黑色時(shí)，讀取下排編碼的值，當(dāng)讀取的是黑色時(shí)，認(rèn)為讀到的數(shù)據(jù)為1，讀到白色時(shí)，認(rèn)為數(shù)據(jù)是0;光電轉(zhuǎn)換原理 光電轉(zhuǎn)換采用的方式是由兩個(gè)光電接收管上下排列而成，間距和卡片的上下兩排并列，光電接收管當(dāng)有白色的光線時(shí)，管子導(dǎo)通，當(dāng)為黑色時(shí)，管子不導(dǎo)通，單片機(jī)根據(jù)管子的導(dǎo)通狀態(tài)可以讀取相應(yīng)的0和1的值。讀卡模塊硬件實(shí)現(xiàn)。(1)卡片的數(shù)據(jù)讀取如圖6所示，卡片利用兩個(gè)光電接收管 U102、U103傳來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行組合，得到一串?dāng)?shù)據(jù)后，與存到內(nèi)部的卡片數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)有對(duì)應(yīng)的卡片數(shù)據(jù)相符時(shí)，喇叭響一聲，并在數(shù)碼管上顯示出卡片的內(nèi)部編號(hào)。(2)卡片的數(shù)據(jù)傳輸單片機(jī)將得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成主板能讀通的數(shù)據(jù)，通過(guò)串口 ADC6、ADC7傳送給主板， 傳送方式為通過(guò)按刷卡板上的DOWM按鍵(D鍵)；C3)卡片的數(shù)據(jù)顯示與提示。如圖4所示，DS1、DS2兩個(gè)元件為共陽(yáng)的7段數(shù)碼管。數(shù)據(jù)在兩位共陽(yáng)數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，如有正確的卡片被找到，數(shù)碼管閃兩次，同時(shí)顯示相應(yīng)的卡編碼。如圖3所示，三極管Q103通過(guò)電阻 R107與讀卡板SPEAKER02引腳連接。數(shù)據(jù)正確時(shí)，喇叭SPEAKER102發(fā)出清脆的聲音。當(dāng)數(shù)碼錯(cuò)誤時(shí)，喇叭發(fā)出低沉的聲音。讀卡模塊的軟件實(shí)現(xiàn)主要涉及數(shù)據(jù)通信格式和數(shù)碼管顯示方式(1)數(shù)據(jù)通信格式為數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)的串口通信格式，波特率為9600，8位數(shù)據(jù)位，1位校驗(yàn)位，1位停止位。 (2)數(shù)碼管顯示方式為兩位共陽(yáng)，程序不斷掃描實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，包括機(jī)械裝置、讀卡模塊、主板模塊、遙控器、電源，其特征在于還包括紅外傳感模塊、觸碰模塊、聲音傳感模塊和電機(jī)，所述機(jī)械裝置由一個(gè)以上的塑料組件組合構(gòu)成，所述主板組件包括含有主板芯片的主板模塊和主板外殼，所述塑料組件和主板外殼表面有圓形凹槽或者與所述圓形凹槽相匹配的凸部，所述電機(jī)置于所述塑料組件上，并且與所述主板模塊連接，所述讀卡模塊連接到主板模塊上，所述紅外傳感模塊與所述主板連接，所述觸碰模塊安裝在機(jī)械裝置前部并與主板模塊連接，所述聲音傳感模塊與主板連接，所述遙控器可以通過(guò)紅外線向主板傳送控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，其特征在于還包括顯示模塊、聲音輸出模塊，所述主板能夠控制聲音輸出模塊發(fā)出聲音，所述顯示模塊可以顯示主板發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，其特征在于所述機(jī)械裝置還包括車(chē)輪，所述機(jī)械裝置和主板組件組合成為玩具車(chē)型或可雙足行走的機(jī)器人型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，其特征在于所述電機(jī)為兩個(gè)或者兩個(gè)以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，其特征在于所述聲音傳感模塊和顯示模塊集成在主板模塊上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，其特征在于所述顯示模塊包括一個(gè)以上的LED燈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，其特征在于主板模塊和電源之間還連接有節(jié)電模塊，所述節(jié)電模塊在系統(tǒng)連續(xù)未接到指令達(dá)到1分鐘以上時(shí)可使主板處于休眠模式，所述休眠模式可以通過(guò)按下連接于主板芯片的按鍵恢復(fù)到通電狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，其特征在于遙控器包括遙控器芯片、 電源裝置、紅外發(fā)射裝置和電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器裝置，所述紅外發(fā)射裝置可以發(fā)射所述遙控器芯片發(fā)出的信號(hào)，所述電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器裝置可以存儲(chǔ)紅外發(fā)射的代碼并加以讀取。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，其特征在于所述讀卡模塊包括光電接收管和單片機(jī)，所述光電接收管與單片機(jī)相連接，所述單片機(jī)與所述主板模塊相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，其特征在于所述機(jī)械裝置還可以由一個(gè)以上金屬組件或其他適合制作機(jī)器人的材料組件組成。
全文摘要
本發(fā)明為一種可編程學(xué)習(xí)型機(jī)器人，包括機(jī)械裝置、讀卡模塊、主板模塊、遙控器、電源，還包括紅外傳感模塊、觸碰模塊、聲音傳感模塊和電機(jī)，機(jī)械裝置由一個(gè)以上的塑料組件組合構(gòu)成，主板組件包括含有主板芯片的主板模塊和主板外殼，塑料組件和主板外殼表面有圓形凹槽或者與圓形凹槽相匹配的凸部，電機(jī)置于塑料組件上，并且與主板模塊連接，讀卡模塊連接到主板模塊上，遙控器可以通過(guò)紅外線向主板傳送控制信號(hào)。本發(fā)明的有益效果是能夠組合成不同的外形結(jié)構(gòu)，并且可以由使用者通過(guò)卡片輸入的方式進(jìn)行編程，機(jī)器人能夠根據(jù)對(duì)外部信號(hào)的感應(yīng)并作出相應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式。
文檔編號(hào)G09B19/00GK102289981SQ201110147379
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者朱文祥, 朱鼎新 申請(qǐng)人:朱鼎新