CN101002989A

CN101002989A - 基于usb接口的可编程机器人玩具及其控制方法

Info

Publication number: CN101002989A
Application number: CN 200710002962
Authority: CN
Inventors: 樊明延; 苗亚宾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2007-07-25

Abstract

本发明公开了一种基于USB接口的可编程机器人玩具及其控制方法。该机器人玩具主要包括机械装置、传感器单元、中心控制处理单元、LCD显示单元、音频输入/输出单元、电源管理单元和USB接口单元，所述机器人玩具的头部、手臂、腰部、腿部等部位装有机械装置以实现机器人玩具的肢体运动；位置传感器单元通过数据接口将肢体运动的状态信息传递给中心控制处理单元；中心控制处理单元具有根据肢体状态信息进行口令语音播放的功能，并通过与机械装置的控制电路控制机械装置的动作。本发明采用了机械控制技术、语音识别技术和USB接口技术，使机器人玩具实现了根据预设的指令集，边做运动体操边播放节拍口令，同时还具有语音识别、报时、事务提醒的功能。

Description

基于USB接口的可编程机器人玩具及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器人玩具领域，特别涉及一种具有机械控制可编程运动和语音识别功能的机器人玩具及其控制方法。

背景技术

随着人们物质生活水平的不断提高，人们对文化健身娱乐产品的需求也日益提高。对于机器人玩具娃娃类的产品，人们已经不满足于观赏，简单的机械动作，简单固定的语音识别功能。目前相关的产品有：

a)语音识别玩具，该玩具需要配电池，具有进行简单、小词汇量的语音识别功能，可识别的词汇固定。该玩具一般没有机械运动结构，用户无法自己更新语音识别内容。

b)音乐机械玩具，该玩具需要配电池，可以随着音乐或语音播放做简单拉琴、摇头、爬行等动作，这些动作的实现采用简单连动齿轮和曲轴实现，无法做分步动作，语音独立播放，无法根据动作播放配合语音，并且音乐和语音无法由用户更新。

c)遥控机器人玩具；该玩具需要配电池，可以通过遥控器单独控制肢体运动，可以按照厂家预先设定的动作进行表演。该玩具运动部件采用成本较高的舵机机械结构，语音独立播放，无法根据动作播放配合语音，表演动作固定。

上述机器人和语音识别玩具，是目前市场上的主流产品。由于功能单一，运动方式固定，容易让用户使用一段时间后产生厌烦心理，并且需要用户不断更换电池，不利于节约和环保。因此该类玩具在用户中的使用周期很短。另外，该玩具只具备娱乐功能，缺乏诸如健身，商务提醒等实用功能，也导致了该类产品性价比不高，客户群体不大的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于USB接口的可编程机器人玩具及其控制方法，实现一种低成本的动作可控、动作套路可反复编程，可随动作播报语音，并且可以采用USB供电、驱动、更新语音和指令集的机器人玩具。

本发明提供的一种基于USB接口的可编程机器人玩具，其特征在于包括机械装置、传感器单元、中心控制处理单元、LCD显示单元、音频输入/输出单元、键盘输入单元、电源管理单元和USB接口单元，其中所述机械装置具有头部电机、手臂电机、腰部电机、腿部电机以及相应的控制电路用以实现机器人玩具的肢体运动；位置传感器单元由头部、手臂、腰部、腿部的微动开关阵列组成，将通过上述微动开关阵列感应到的肢体运动状态信息通过数据接口传递给中心控制处理单元；中心控制处理单元包括中央微处理器和时钟控制器，根据上述肢体运动状态信息对上述电机进行控制从而控制肢体运动，并通过音频输入/输出单元同时播放肢体运动的口令；USB接口单元可以实现通过USB供电、对中心控制处理单元进行编程和系统参数设定，以及更新机器人玩具的语音和指令集；LCD单元显示系统时间和参数；键盘输入单元设定并修改时间和系统参数；并且音频输入/输出使用户通过语音向系统下达指令。

上述机器人玩具，其特征在于中心控制处理单元对电机的控制包括通过与电机的接口电路控制电机供电电流的流向和通断以分别控制电机的正反向转动和转动/停止。

上述机器人玩具，其特征在于电源管理单元包括电源稳压电路和USB电源、电池电源自动切换电路，用以实现电池供电和USB供电的切换；在电池供电时，若所述机器人玩具外接到USB接口，其自动切换至USB供电。

上述机器人玩具，其特征还在于中央微处理器还具有语音识别功能以接收和执行用户的指令，所述时钟控制器定时唤醒所述机器人玩具进行肢体运动体操及肢体表演的动作。

本发明还提供一种基于USB接口可编程机器人玩具的控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

(A)在中央控制处理单元中存储不同口音的语音内容，类如：‘1’、‘2’‘3’……‘8’等，口音类型可以是东北口音、标准话口音、粤语、英语等；

(B)在中央控制处理单元中存储不同种类的机器人动作体操指令控制集；

(C)在中央控制处理单元中预置语音识别程序，可以通过音频输入/输出单元接受用户指令；

(D)在机械装置中，微电机转轴配有带凸点的转盘，转盘周围安装有微动开关阵列，电机转动可以带动转盘上的凸点触发不同位置的微动开关，微动开关触发则表示电机转盘凸点转至该微动开关位置；

(E)中央控制处理单元在毫秒级的时间周期内通过与传感器单元的数据接口依次扫描所有微动开关阵列，通过微动开关触发情况判断电机转盘的凸点位置和电机轴转过的角度，从而可以得到机器人的肢体运动状态；

(F)中央控制处理单元通过与微电机的接口电路来控制电动机转动或者停止、正转或者反转。

上述控制方法还包括以下步骤：(G)通过上述(E)和(F)步骤，当电动机转动到微动开关指定位置，中央控制处理单元可以控制电动机停止、继续转动或者反转，从而系统可以实现肢体运动的准确定位和控制；以及(H)中央处理控制单元根据如上述(B)的动作指令控制集，通过上述(F)步骤控制肢体运动；同时根据上述(E)步骤，可以按照运动节拍播放上述(A)步骤的语音内容，以达到随着肢体运动节拍发出节拍口令之功能。

上述控制方法通过电源管理单元可以实现电池供电和USB供电的切换。在电池供电时，如果外接到USB接口上，则该系统自动切换至USB供电。

中央处理控制单元通过USB单元可以与计算机相连，可以通过计算机对存储的口令语音、动作指令集、系统参数(如时间、闹钟、体操唤醒时间间隔，体操套路、口令类型)进行更新，还可以通过键盘输入单元来设定时间、闹钟、体操唤醒时间间隔、体操套路、口令类型等。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明中采用了电池供电和USB供电切换的技术，有效地减少了电池的消耗；

(2)本发明中采用了USB接口技术来更新语音内容、体操动作和系统参数，使该机器人玩具的功能实现更加灵活，交互性强，增强了玩具的趣味性，更容易被用户喜爱；

(3)本发明中机械装置采用低成本的普通微电机，通过微动开关组成的传感器单元准确定位，大大降低了系统成本；

(4)本发明中的机器人玩具可以通过不同的指令集控制做不同的运动体操，并且的作体操过程中可以播放口令，带动用户定时进行体操锻炼，使该玩具不仅有娱乐功能还同时具备了健身的功能。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为机械装置中电机控制电路的原理图；

图3为机械装置与微动开关阵列配合的原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。

如图1所示，本发明所述基于USB接口的可编程机器人玩具包括，1.机械装置，2.传感器单元，3.中心控制处理单元，4.音频输入/输出单元，5.键盘输入单元，6.USB接口单元，7.LCD显示单元，8.电源管理单元。

所述机械装置包括头部、手臂、腰部、腿部电机和控制电路，电机控制原理图如图2所示，通过对IOB0，IOB1，IOB4，IOB5施加不同电平信号，可以控制电机转动或者停止、正转或者反转。

所述传感器单元由头部、手臂、腰部、腿部的微动开关阵列组成。微动开关阵列具有同中央控制处理器的接口电路。微动开关阵列与机械装置的配合原理图如图3所示。

所述中央控制处理单元由中央微处理器和时钟控制器组成。所述音频输入/输出单元由麦克、音频输入电路、扬声器、音频输出电路组成。所述USB接口单元由USB接口芯片和USB插座组成。所述LCD显示单元由LCD显示屏和LCD驱动电路组成。所述电源管理单元由电源稳压电路USB电源、电池电源自动切换电路组成。

该基于USB接口的可编程机器人玩具工作原理为：机器人玩具的头部、手臂、腰部、下肢等部位装有机械装置以实现机器人玩具的肢体运动；肢体运动的状态信息通过位置传感器单元通过数据接口传递给中心控制处理单元；中心控制处理单元具有根据肢体状态信息进行口令等语音播放的功能，并且通过与机械装置的控制电路可以准确控制机械装置的动作，中心控制处理单元同时具有语音识别功能，可以通过语音对机器人玩具下达指令；通过USB接口单元可以实现USB供电和对中心控制处理单元进行编程和系统参数设定的功能；通过时钟单元可以定时唤醒玩具进行肢体运动体操，肢体表演功能等功能。

本发明所述基于USB接口的可编程机器人玩具，通过如下步骤进行控制：

(A)在中央控制处理单元中存储不同口音的语音内容，类如：‘1’、‘2’‘3’......‘8’等，口音类型可以是东北口音、标准话口音、粤语、英语等；

(F)中央控制处理单元通过与微电机的控制电路来控制电动机转动或者停止，正转或者反转。

另外通过上述(E)和(F)步骤，当电动机转动到微动开关指定位置，中央控制处理单元可以控制电动机停止、继续转动或者反转，从而系统可以实现肢体运动的准确定位和控制。

中央处理控制单元根据如上述(B)的动作指令控制集，通过上述(F)步骤控制肢体运动；同时根据上述(E)步骤，可以按照运动节拍通过音频输入/输出电路播放上述(A)步骤的语音内容，以达到随着肢体运动节拍发出节拍口令之功能。

上述该系统可以通过电源管理单元可以实现电池供电和USB供电的切换。在电池供电时，如果外接到USB接口上，则该系统自动切换至USB供电。

中央处理控制单元通过USB单元可以与计算机相连，可以通过计算机对存储的口令语音、动作指令集、系统参数(如时间、闹钟、体操唤醒时间间隔，体操套路、口令类型)进行更新。

键盘输入单元来设定时间、闹钟、体操唤醒时间间隔、体操套路、口令类型等。

LCD显示单元显示时间，闹钟及系统参数。

如上所述，为本发明的最佳实施方案之一。尽管所述实例已经表示和描述了本发明，但并不表示对本发明自身的限制。本领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的前提下，可在其形式上和细节上做出各种变化，所附的权利要求书覆盖了本发明精神和范围内的所有这些改变和修改。

Claims

1、一种基于USB接口的可编程机器人玩具，其特征在于包括机械装置、传感器单元、中心控制处理单元、LCD显示单元、音频输入/输出单元、键盘输入单元、电源管理单元和USB接口单元，其中所述机械装置具有头部电机、手臂电机、腰部电机、腿部电机以及相应的控制电路用以实现机器人玩具的肢体运动；位置传感器单元由头部、手臂、腰部、腿部的微动开关阵列组成，将通过上述微动开关阵列感应到的肢体运动状态信息通过数据接口传递给中心控制处理单元；中心控制处理单元包括中央微处理器和时钟控制器，根据上述肢体运动状态信息对上述电机进行控制从而控制肢体运动，并通过音频输入/输出单元同时播放肢体运动的口令；USB接口单元可以实现通过USB供电、对中心控制处理单元进行编程和系统参数设定，以及更新机器人玩具的语音和指令集；LCD单元显示系统时间和参数；键盘输入单元设定并修改时间和系统参数；音频输入/输出使用户通过语音向系统下达指令。

2、根据权利要求1所述的机器人玩具，其特征在于中心控制处理单元对电机的控制包括通过与电机的接口电路控制电机供电电流的流向和通断以分别控制电机的正反向转动和转动/停止。

3、根据权利要求1所述的机器人玩具，其特征在于电源管理单元包括电源稳压电路和USB电源、电池电源自动切换电路，用以实现电池供电和USB供电的切换；在电池供电时，若所述机器人玩具外接到USB接口，其自动切换至USB供电。

4、根据权利要求1所述的机器人玩具，其特征在于中央微处理器还具有语音识别功能以接收和执行用户的指令，所述时钟控制器定时唤醒所述机器人玩具进行肢体运动体操及肢体表演的动作。

5、一种基于USB接口的可编程机器人玩具的控制方法，其特征在于该控制方法包括以下步骤：

(A)在中央控制处理单元中存储不同口音的语音内容；

(C)在中央控制处理单元中预置语音识别程序，通过音频输入/输出单元接受用户指令；

(E)中央控制处理单元在毫秒级的时间周期内通过与传感器单元的数据接口依次扫描所有微动开关阵列，通过微动开关触发情况判断电机转盘的凸点位置和电机轴转过的角度，从而可以得到机器人玩具的肢体运动状态；

(F)中央控制处理单元通过与微电机的接口电路来控制电机转动或者停止、正转或者反转。

6、根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于在上述(E)和(F)步骤中，当电动机转动到微动开关指定位置，中央控制处理单元可以控制电动机停止、继续转动或者反转，从而实现肢体运动的准确定位和控制。

7、根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于中央处理控制单元根据如上述(B)步骤中的动作指令控制集，通过上述(F)步骤控制机器人玩具的肢体运动；同时根据上述(E)步骤，按照运动节拍播放上述(A)步骤的语音内容，以实现随着肢体运动节拍发出节拍口令。

8、根据上述权利要求5-7之一所述的控制方法，其特征在于电源管理单元可以实现电池供电和USB供电的切换，其中在电池供电时，如果外接到USB接口上，则该系统自动切换至USB供电。

9、根据上述权利要求5-8之一所述的控制方法，其特征在于可以通过USB单元对口令语音、动作指令集、系统参数进行更新，并通过键盘输入单元来设定时间、闹钟、体操唤醒时间间隔、体操套路及口令类型。