CN105345820B - 儿童成长智能机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种儿童成长智能机器人及其控制方法，包含机器人主体、可转动头部、可转动手臂、底座和内部电路模块，机器人主体固定在底座上侧，可转动头部设置在机器人主体上端并且能够在机器人主体上端左右上下转动，可转动手臂设置在机器人主体两侧并且能够转动，内部电路模块包含MCU控制器、运动控制模块、硬件交互模块、电源模块、数据传输模块、传感器模块和SD卡模块。本发明结构简单，功能全面，与儿童形成有效的互动。

Description

儿童成长智能机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种机器人及其控制方法，特别是一种儿童成长智能机器人及其控制方法。

背景技术

现代社会由于人们的生活节奏逐渐加快，因此家长必须要忙碌在工作中，很难抽出时间来陪护儿童，儿童独自在家会感到孤独，这对小孩的成长和发育都是不利的。因此部分家长会重金聘请一些家庭护理或者将孩子放到幼儿园等陪护机构，家庭护理耗费大量的金钱并且服务不规范，很难保证家庭陪护的质量和素质，而幼儿园有着年龄限制以及时间限制，难以保证时刻对儿童进行看护陪伴。目前市面上出现一些儿童陪护产品，但其功能大多只限于简单的娱乐玩具或者一些简单的通讯功能，形式单一，很难起到真正的儿童陪护的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种功能全面并且能够全面陪伴儿童成长的儿童成长智能机器人及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种儿童成长智能机器人，其特征在于：包含机器人主体、可转动头部、可转动手臂、底座和内部电路模块，机器人主体固定在底座上侧，可转动头部设置在机器人主体上端并且能够在机器人主体上端左右上下转动，可转动手臂设置在机器人主体两侧并且能够转动，内部电路模块包含MCU控制器，用于控制计算各模块单元数据和动作；运动控制模块，用于控制可转动头部和底座行走动作；硬件交互模块，用于与外界进行交互；电源模块，给各模块供电；数据传输模块，用于和外接设备进行数据传输交换；传感器模块，用于接收外界的各项信息数据；和SD卡模块，用于进行容量扩容和数据输入；运动控制模块、硬件交互模块、电源模块、数据传输模块、传感器模块和SD卡模块分别与MCU控制器连接。

进一步地，所述底座包含底盘、四个滚轮和四个直流电机，底盘上设置有与四个滚轮匹配的通孔，四个滚轮设置在底盘的四个通孔内并且每个滚轮与一个直流电机连接由直流电机驱动，四个直流电机固定在底盘上侧。

进一步地，所述可转动头部包含头部外壳、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一电机、第一齿轮、第一齿轮摇杆、第二齿轮摇杆、水平支撑架、第二齿轮和第二电机，第一连杆两端固定在头部外壳内，第二连杆和第三连杆均竖直设置并且上端铰接在第一连杆上，第二连杆下端固定在第一齿轮摇杆并且下端穿过第一齿轮摇杆转动设置在水平支撑架一端，第二齿轮与第二齿轮摇杆啮合并且由第二电机驱动，第二电机固定在水平支撑架另一端下侧，第一齿轮摇杆竖直设置并且一端铰接在第二齿轮摇杆上，第三连杆下端铰接在第一齿轮摇杆上，第一齿轮与第一齿轮摇杆啮合并且由第一电机驱动，第一电机固定在第二齿轮摇杆上侧。

进一步地，所述可转动手臂包含手臂、大齿轮、小齿轮和手臂驱动电机，手臂一端固定在大齿轮上，大齿轮与小齿轮相互啮合，小齿轮与手臂驱动电机连接由手臂驱动电机驱动，手臂驱动电机固定在机器人主体上。

进一步地，所述硬件急交互模块包含OLED显示屏、语音模块、电容触摸屏和按键。

进一步地，所述数据传输模块包含WIFI、蓝牙和USB传输，智能机器人通过WIFI、蓝牙或USB传输与电脑或手机的应用进行数据传输。

进一步地，所述传感器模块包含用于信息交互的摄像头和咪头，用于机器人体表感应的人体红外传感和薄膜型触点传感器，用于位置检测的超声波传感器、反射式红外传感器、电子罗盘和陀螺仪，以及用于环境检测的光线传感器、温度传感器、温度传感器和气体传感器。

一种权利要求1所述的儿童成长智能机器人的控制方法，其特征在于：包含机器人控制模块和手机终端APP模块，机器人控制模块与手机终端APP模块通过互联网同步；机器人通过传感器获得数据实时与系统交互并通过手机终端APP模块查看，机器人包含学习功能模块、语音视频功能模块和身体动作功能模块；学习功能模块通过传感器扫描或者网络获取题目并通过内部或者网络数据库对比进行学习辅导；语音视频功能模块与手机终端APP模块通过互联网同步进行语音交互功能；身体动作功能模块通过传感器获取信息并进行机器人身体动作控制。

进一步地，所述机器人控制模块播啊汗待机和关机两种模式，待机模式下，通过手机远程唤醒进行操作或者由机器人主体上的传感器模块或按钮唤醒；当长时间无操作，自动进入待机模式或者由用户直接操作进入待机。

进一步地，所述机器人身体动作控制包含头部转动控制、手臂转动控制和行走控制，头部转动控制通过摄像头和咪头接收交互信息然后控制头部上下左右转动实现与人交互；手臂转动控制通过人体红外传感器检测是否有人并通过薄膜型触点传感器检测是否有人体接触并控制手臂摆动；行走控制通过超声波传感器、反射式红外传感器、电子罗盘和陀螺仪检测是否有障碍物和桌面边界，当有障碍物或桌面边界时控制一侧滚轮停止转动进行转弯。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：儿童成长智能机器人结构简单，功能全面，能够控制机器人行走转弯，并通过传感器检测位置信息，能够避免机器人掉落及撞到障碍物，机器人能够控制头部转动和上下俯仰以及控制手臂转动，从而与儿童形成良好的互动，通过各传感器配合，与儿童形成有效的互动。

附图说明

图1是本发明的儿童成长智能机器人的示意图。

图2是本发明的儿童成长智能机器人的模块连接图。

图3是本发明的儿童成长智能机器人的可转动头部的示意图。

图4是本发明的儿童成长智能机器人的底座的示意图。

图5是本发明的儿童成长智能机器人的可转动手臂的示意图。

图6是本发明的儿童成长智能机器人的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图所示，本发明的一种儿童成长智能机器人，包含机器人主体1、可转动头部2、可转动手臂3、底座4和内部电路模块，机器人主体1固定在底座4上侧，可转动头部2设置在机器人主体1上端并且能够在机器人主体1上端左右上下转动，可转动手臂3设置在机器人主体1两侧并且能够转动，内部电路模块包含MCU控制器，用于控制计算各模块单元数据和动作；运动控制模块，用于控制可转动头部和底座行走动作；硬件交互模块，用于与外界进行交互；电源模块，给各模块供电；数据传输模块，用于和外接设备进行数据传输交换；传感器模块，用于接收外界的各项信息数据；和SD卡模块，用于进行容量扩容和数据输入；运动控制模块、硬件交互模块、电源模块、数据传输模块、传感器模块和SD卡模块分别与MCU控制器连接。其中，硬件急交互模块包含OLED显示屏、语音模块、电容触摸屏和按键。数据传输模块包含WIFI、蓝牙和USB传输，智能机器人通过WIFI、蓝牙或USB传输与电脑或手机的应用进行数据传输。传感器模块包含用于信息交互的摄像头和咪头，用于机器人体表感应的人体红外传感和薄膜型触点传感器，用于位置检测的超声波传感器、反射式红外传感器、电子罗盘和陀螺仪，以及用于环境检测的光线传感器、温度传感器、温度传感器和气体传感器。运动控制模块通过L298N电机驱动装置驱动直流电机和不步进电机。电源模块包含9V、5V和3.5V直流电源输入。

底座包含底盘5、四个滚轮6和四个直流电机7，底盘5上设置有与四个滚轮6匹配的通孔，四个滚轮6设置在底盘5的四个通孔内并且每个滚轮6与一个直流电机7连接由直流电机7驱动，四个直流电机7固定在底盘5上侧。这样控制机器人行走，当需要转弯的时候，控制一侧直流电机7不工作，则另一侧直流电机7继续转动从而实现转弯。

可转动头部2包含头部外壳8、第一连杆9、第二连杆10、第三连杆11、第一电机12、第一齿轮13、第一齿轮摇杆14、第二齿轮摇杆15、水平支撑架16、第二齿轮17和第二电机18，第一连杆9两端固定在头部外壳8内，第二连杆10和第三连杆11均竖直设置并且上端铰接在第一连杆9上，第二连杆10下端固定在第一齿轮摇杆14并且下端穿过第一齿轮摇杆14转动设置在水平支撑架16一端，第二齿轮17与第二齿轮摇杆15啮合并且由第二电机18驱动，第二电机18固定在水平支撑架16另一端下侧，第一齿轮摇杆14竖直设置并且一端铰接在第二齿轮摇杆15上，第三连杆11下端铰接在第一齿轮摇杆14上，第一齿轮13与第一齿轮摇杆14啮合并且由第一电机12驱动，第一电机12固定在第二齿轮摇杆15上侧。

可转动手臂3包含手臂19、大齿轮20、小齿轮21和手臂驱动电机22，手臂19一端固定在大齿轮20上，大齿轮20与小齿轮21相互啮合，小齿轮21与手臂驱动电机22连接由手臂驱动电机22驱动，手臂驱动电机22固定在机器人主体1上。

一种儿童成长智能机器人的控制方法，机器人控制模块和手机终端APP模块，机器人控制模块与手机终端APP模块通过互联网同步，互联网同步的方式包含WIFI、红外和蓝牙。机器人通过传感器获得数据实时与系统交互并通过手机终端APP模块查看，机器人包含学习功能模块、语音视频功能模块和身体动作功能模块。学习功能模块通过传感器扫描或者网络获取题目并通过内部或者网络数据库对比进行学习辅导，主要由语音交互、图文交互、视频交互来完成，通过摄像头可以将自己的学习困扰进行拍照或录像，可以将其存储起来，也可以连接网络，询问他人，或自行查找相关资料，也可以通过网络其他使用该类机器人应用的用户相互分享。语音视频功能模块与手机终端APP模块通过互联网同步进行语音交互功能，主要针对日常的娱乐与自己生活的记录。通过传感器可以知道每一天的家庭环境质量等。通显示屏可以查看文档、图片，摄像头与麦克，可以捕捉我们生活学习的情景。娱乐的资料可以来源于机器人的拍照录像 ，也可以来源于网络。也可以与其进行语音通话，视屏通话，实现一些有趣的娱乐功能，用户完全可以将其作为一个会动的视频播放器或是摄像机。身体动作功能模块通过传感器获取信息并进行机器人身体动作控制。用户可以根据需要进行系统功能选择。

机器人控制模块播啊汗待机和关机两种模式，待机模式下，通过手机远程唤醒进行操作或者由机器人主体上的传感器模块或按钮唤醒；当长时间无操作，自动进入待机模式或者由用户直接操作进入待机。

机器人身体动作控制包含头部转动控制、手臂转动控制和行走控制，头部转动控制通过摄像头和咪头接收交互信息然后控制头部上下左右转动实现与人交互；手臂转动控制通过人体红外传感器检测是否有人并通过薄膜型触点传感器检测是否有人体接触并控制手臂摆动；行走控制通过超声波传感器、反射式红外传感器、电子罗盘和陀螺仪检测是否有障碍物和桌面边界，当有障碍物或桌面边界时控制一侧滚轮停止转动进行转弯。在娱乐时机器人可以在传感器的配合下做简单的移动或动作。但机器人的动作主要由手机端通过蓝牙或WiFi控制。机器人在每一个动作执行时，或执行前后传感器都要进行相关数据的检测到，以便机器人自身的安全，同时避免碰坏其他东西。

进程由系统重复执行，用户可以选择关机，或进入待机模式。建议进入待机模式，在该模式下，可以通过手机远程将其唤醒。通过摄像头等传感器，可以实时了解到家里的情况。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种儿童成长智能机器人，其特征在于：包含机器人主体、可转动头部、可转动手臂、底座和内部电路模块，机器人主体固定在底座上侧，可转动头部设置在机器人主体上端并且能够在机器人主体上端左右上下转动，可转动手臂设置在机器人主体两侧并且能够转动，内部电路模块包含MCU控制器，用于控制计算各模块单元数据和动作；运动控制模块，用于控制可转动头部和底座行走动作；硬件交互模块，用于与外界进行交互；电源模块，给各模块供电；数据传输模块，用于和外接设备进行数据传输交换；传感器模块，用于接收外界的各项信息数据；和SD卡模块，用于进行容量扩容和数据输入；运动控制模块、硬件交互模块、电源模块、数据传输模块、传感器模块和SD卡模块分别与MCU控制器连接；

所述可转动头部包含头部外壳、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一电机、第一齿轮、第一齿轮摇杆、第二齿轮摇杆、水平支撑架、第二齿轮和第二电机，第一连杆两端固定在头部外壳内，第二连杆和第三连杆均竖直设置并且上端铰接在第一连杆上，第二连杆下端固定在第一齿轮摇杆并且下端穿过第一齿轮摇杆转动设置在水平支撑架一端，第二齿轮与第二齿轮摇杆啮合并且由第二电机驱动，第二电机固定在水平支撑架另一端下侧，第一齿轮摇杆竖直设置并且一端铰接在第二齿轮摇杆上，第三连杆下端铰接在第一齿轮摇杆上，第一齿轮与第一齿轮摇杆啮合并且由第一电机驱动，第一电机固定在第二齿轮摇杆上侧；所述底座包含底盘、四个滚轮和四个直流电机，底盘上设置有与四个滚轮匹配的通孔，四个滚轮设置在底盘的四个通孔内并且每个滚轮与一个直流电机连接由直流电机驱动，四个直流电机固定在底盘上侧。

2.按照权利要求1所述的儿童成长智能机器人，其特征在于：所述可转动手臂包含手臂、大齿轮、小齿轮和手臂驱动电机，手臂一端固定在大齿轮上，大齿轮与小齿轮相互啮合，小齿轮与手臂驱动电机连接由手臂驱动电机驱动，手臂驱动电机固定在机器人主体上。

3.按照权利要求1所述的儿童成长智能机器人，其特征在于：所述硬件交互模块包含OLED显示屏、语音模块、电容触摸屏和按键。

4.按照权利要求1所述的儿童成长智能机器人，其特征在于：所述数据传输模块包含WIFI、蓝牙和USB传输，智能机器人通过WIFI、蓝牙或USB传输与电脑或手机的应用进行数据传输。

5.按照权利要求1所述的儿童成长智能机器人，其特征在于：所述传感器模块包含用于信息交互的摄像头和咪头，用于机器人体表感应的人体红外传感和薄膜型触点传感器，用于位置检测的超声波传感器、反射式红外传感器、电子罗盘和陀螺仪，以及用于环境检测的光线传感器、温度传感器、温度传感器和气体传感器。

6.一种权利要求1所述的儿童成长智能机器人的控制方法，其特征在于：包含机器人控制模块和手机终端APP模块，机器人控制模块与手机终端APP模块通过互联网同步；机器人通过传感器获得数据实时与系统交互并通过手机终端APP模块查看，机器人包含学习功能模块、语音视频功能模块和身体动作功能模块；学习功能模块通过传感器扫描或者网络获取题目并通过内部或者网络数据库对比进行学习辅导；语音视频功能模块与手机终端APP模块通过互联网同步进行语音交互功能；身体动作功能模块通过传感器获取信息并进行机器人身体动作控制。

7.按照权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述机器人控制模块包含待机和关机两种模式，待机模式下，通过手机远程唤醒进行操作或者由机器人主体上的传感器模块或按钮唤醒；当长时间无操作，自动进入待机模式或者由用户直接操作进入待机。

8.按照权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述机器人身体动作控制包含头部转动控制、手臂转动控制和行走控制，头部转动控制通过摄像头和咪头接收交互信息然后控制头部上下左右转动实现与人交互；手臂转动控制通过人体红外传感器检测是否有人并通过薄膜型触点传感器检测是否有人体接触并控制手臂摆动；行走控制通过超声波传感器、反射式红外传感器、电子罗盘和陀螺仪检测是否有障碍物和桌面边界，当有障碍物或桌面边界时控制一侧滚轮停止转动进行转弯。