CN101024283A

CN101024283A - 一种手机短信控制的教学娱乐机器人

Info

Publication number: CN101024283A
Application number: CN 200610021990
Authority: CN
Inventors: 范守文; 吴献钢; 孙敏; 董全义; 杨玻玻; 黄洪钟
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2006-09-30
Filing date: 2006-09-30
Publication date: 2007-08-29

Abstract

本发明公开了一种手机短信控制的教学娱乐机器人，包括机械和电子两部分，其机械部分包括有安装有驱动电机的底盘，底盘底部安装有主动轮、从动轮，底盘平台上安装有支承平台，支承平台上安装有机械手臂及机械手爪；其电子部分包括电源接口，连接在中央处理器上的晶振电路、复位电路、稳压电路、电机驱动电路、手机短信模块、红外传感器，安装在底盘前方的碰撞传感器，中央处理器处理手机短信模块传输的指令信息并根据相应指令控制电机驱动电路，驱动电机通过传动机构控制机器人的主动轮和机械手臂的运动，碰撞传感器和红外传感器传送周边环境信息至中央处理器。本发明的机器人免除了随身的载体线路，可以方便、自由地进行教学、娱乐活动。

Description

一种手机短信控制的教学娱乐机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，特别是一种属于手机短信控制的教学娱乐机器人。

背景技术

手机短信息服务是GSM(Global System for Mobile Communication)系统中提供的一种GSM终端(手机)之间，通过服务中心(Service Center)进行文本信息收发的应用服务，其中服务中心完成信息的存储和转发功能。以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。

利用手机控制的服务机器人的研究现状如下：

在德国和美国的酒吧里，已经出现了手机控制的服务机器人，当顾客需要斟酒的时候，只需要用手机发出规定短信内容到规定的号码，机器人就会自动到顾客的身边为顾客斟酒。

MARON-1机器人是由日本富士通实验室为特殊病人医疗护理和家庭及办公室安全保护等应用所开发设计的一种先进的监控产品。MARON-1机器人可以通过日本DoCoMo电信运营商的无线通讯手机系统来控制。手机拥有者还可以通过手机来对“Maron-1”发出指令，让它向前、后退、跳跃和直线前进。

在中国实用新型专利说明书，公告号“CN2754288”，中描述了一种利用手机对机器人遥操作的系统，包括执行机构、控制单元、通信单元、通信网、遥控器，遥控器采用手机、小灵通等移动终端，经通信单元、通信网与机器人建立通信连接，即可实现对机器人的操作控制。该实用新型利用现有的移动通信网、互联网、手机实现了机器人的远程操作控制，又降低机器人的遥控成本。

但是，目前国内有关手机短信控制的教学娱乐机器人的研究报道不多，而有关手机短信控制教学娱乐机器人的专利文献几乎没有。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种手机短信控制的教学娱乐机器人，该机器人系统可以根据不同的短信内容，执行对应不同的教学娱乐功能，并且可以将机器人运行状态通过短信回传给控制手机，可以应用于机器人教学实验以及科学普及、机器人娱乐等项目。

本发明的技术方案是：

一种手机短信控制的教学娱乐机器人，包括机械和电子两部分，其机械部分包括有安装有驱动电机的底盘平台，底盘平台底部安装有主动轮、从动轮，底盘平台上安装有支承平台，支承平台上安装有机械手臂及机械手爪；其特征在于，其电子部分包括电源接口，连接在中央处理器上的晶振电路、复位电路、稳压电路、电机驱动电路、手机短信模块、红外传感器，安装在底盘前方的碰撞传感器，中央处理器处理手机短信模块传输的指令信息并根据相应指令控制电机驱动电路，驱动电机通过传动机构控制机器人的主动轮和机械手臂的运动，碰撞传感器和红外传感器传送机器人周围的环境信息至中央处理器。

在上述技术方案的基础上还可以通过对机器人发送手机短信息实现对机器人的运动控制，并可通过控制板的扩展接口外接手动控制模块、寻线模块构成手动机器人、寻线机器人等多种机器人结构形式，可以应用于机器人教学实验以及科学普及、机器人娱乐等目的。

本发明的工作原理如下：

在本发明中，控制系统在接收到手机短信之后，首先进行手机短信内容的分解。控制软件就调用与之对应的运动控制软件功能模块，执行短信所对应的运动功能。

在机器人的中央处理器中预先定义的与机器人运动相关的“基本短信”，例如：即“小车前进”、“小车后退”、“小车左转”、“小车右转”、“手臂前伸”、“手臂回缩”、“手爪张开”、“手爪闭合”。用户所发送的短信内容可以是以上基本短信与时间数值之间组合而成的内容。例如以下手机短信内容即为合乎预定义短信语法的短信内容：“启动手机短信控制机器人，小车前进5秒，小车左转2秒，小车前进3秒，小车右转2秒，小车后退4秒，手臂前伸7秒，手爪张开4秒，手爪闭合2秒，手臂回缩7秒，小车右转4秒，小车前进7秒……”。

碰撞传感器没有与周围物体相撞时，传感器的输出信号为高电平，当碰撞传感器与周围物体相撞时，传感器的输出信号为低电平，由此可以判断机器人是否与周围障碍物发生了碰撞。

红外传感系统依靠发射并接收由障碍物反射回来的红外光来判断是否有障碍物。红外发射管以扇形区域向外发射红外光，如果该区域有障碍物，红外接收头在延时之后就会接收到障碍物反射回来的红外光，由于采用两个红外发射管分时轮流发射，因而可以判定前方、左边、右边有无障碍物。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1)利用无线通讯网络，手机遥控机器人去掉了随身的载体线路，可以方便、自由地进入一些复杂环境，操作人员可以扩大机器人可控制的范围。

2)可以对短信内容“编程”，即可以根据不同的短信内容，执行对应不同的运动功能，扩大了机器人控制的灵活性。机器人运行状态可以通过短信回传给控制手机。

3)采用模块化结构，可以组合成为手动机器人、手机短信控制机器人、寻线机器人、避障机器人等多种机器人结构形式。

附图说明

图1是本发明机器人的核心控制电路的组成原理示意图。

图2是手机短信控制的教学娱乐机器人的轴测图，表示手机短信控制的教学娱乐机器人的机械结构。

图3是手机短信控制的教学娱乐机器人的底盘小车及其核心控制板布局的轴测图。

图4是表示手机短信控制的教学娱乐机器人的手臂、手爪的装配关系的爆炸图。

图5是机器人手爪实施例的轴测图。

图6是手机短信控制的教学娱乐机器人的主视图。

图7是手机短信控制的教学娱乐机器人的寻线板的电气元件布置图。

其中附图标记，01-小车驱动电机，03-主控制电路板，04-支承平台，05-电池盒，06-下弹簧拉杆，07-弹簧，08-上弹簧拉杆，09-上拉线导杆，10-红外发射管，11-弹簧，12-右手爪，13-左手爪，14-手臂平台，16-红外接收头，17-下拉线导杆，18-红外发射管，19-连接钣金件，22-底盘平台，23-电机安装支架，24-小车车轮，25-万向轮，26-万向轮支承杆，27-电源指示发光二极管，28-电源开关，29-复位按钮，30-USB接口，31-电源接口，32-控制信号输入接口，33-液晶显示屏，34-SIM卡，35-手机短信模块，36-主控制芯片，37-电机驱动芯片，38-小车左电机接口，39-小车右电机接口，40-碰撞传感器，41-右红外发射管接口，42-红外接收头接口，43-左红外发射管接口，44-电机驱动芯片，45-安装立柱，46-手臂电机接口，47-手爪电机接口，48-碰撞传感器接口，49-电源接口，53-橡胶轮胎，58-右卷线轮，59-手臂电机，61-手臂连杆，62-连接板，63-手臂连杆，68-连接板，69-手臂连杆，70-手臂连杆，73-左卷线轮，74-手爪电机，75-寻线电路板，76-转动副，77-带减速器的直流电机，78-联轴器，79-丝杠，80-螺母，81-转动副，82-带减速器的直流电机，83-联轴器，84-丝杠，85-螺母，86-检测信号指示用发光二极管，87-检测信号接口，88-电源接口，89-LM324，90-可调电阻，91-光敏电阻，92-发光二极管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的具体实施例一：

如图1、图2所示，一种手机短信控制的教学娱乐机器人，包括机械和电子两部分，其机械部分包括有底盘平台22，底盘平台22底部安装有小车车轮24、万向轮支承杆26，万向轮支承杆26上安装有万向轮25，小车驱动电机1驱动小车车轮24转动，底盘平台22上安装有机械手臂平台14及左手爪13、右手爪12组成的机械手爪；其电子部分包括电源接口31，连接在中央处理器上的晶振电路、复位电路、稳压电路、电机驱动电路、手机短信模块、红外传感器、安装在底盘平台22前方的碰撞传感器40，中央处理器处理手机短信模块传输的指令信息并根据相应指令控制电机驱动电路，各驱动电机分别通过传动机构控制机器人的小车车轮24和机械手臂的运动，碰撞传感器和红外传感器传送机器人周围的环境信息至中央处理器。可以通过对机器人发送手机短信息实现对机器人的运动控制，并可通过控制板的扩展接口外接手动控制模块、寻线模块构成手动机器人、寻线机器人等多种机器人结构形式，可以满足机器人教学实验、机器人娱乐以及科学普及等方面的需求。其中，中央处理器CPU可以是单片机也可以是数字信号处理器DSP还可以是嵌入式控制器；手机短信模块可以是西门子Siemens公司TC35i短信模块也可以是中兴通讯公司的MZ28短信模块。

手机短信控制的教学娱乐机器人系统其底盘驱动系统由底盘平台22、带减速器的直流电机作为小车驱动电机1、小车车轮24、从动万向轮25组成，从动万向轮支承杆26和万向轮25安装轴间铅垂方向安装有弹簧，可以根据地面情况自适应调节其高度。小车驱动电机1通过安装螺钉与底盘平台22连接，小车车轮24外安装有橡胶轮胎53以增加与地面的摩擦力。与小车车轮24同轴安装还有编码盘，编码盘侧边的竖板上装有光电传感器，二者组成测量主动轮转速的装置。

机器人的底盘与主控制板结构如图3所示。机器人主控制板通过四个安装立柱45及螺纹连接件与底盘平台22相连，主控制板由CPU芯片36、电机驱动芯片37、44、液晶显示屏33、手机短信模块35等主要部分组成，其中手机短信模块上有SIM卡34接口。此外主控制板上还有接电池盒5用的电源接口49、电源指示发光二极管27、电源开关28、复位按钮29、USB接口30、电源接口31、控制信号输入接口32、红外发射管接口41、43、红外接收头接口42、小车左右轮电机接口38、39、手臂手爪电机接口46、47、碰撞传感器接口48等。

机器人的手臂、手爪结构如图4所示。其中手臂平台14与支承平台4之间通过四个连杆61、63、69、70相连，形成平行四边形结构，在运动过程中手臂平台14与支承平台04之间始终保持平行。上弹簧拉杆8与下弹簧拉杆6之间通过弹簧7或橡皮筋连接，在弹簧7弹力的作用下手臂初始时处于回缩状态，当手臂电机59工作时，通过带动右卷线轮58旋转拉动拉绳克服弹簧弹力，可以使得手臂向前伸展。左右手爪12、13通过转动副与手臂平台14相连，左右手爪12、13之间通过弹簧11或橡皮筋拉紧，手爪12、13初始时在弹簧11的弹力作用下处于闭合状态，当手爪电机74工作时，通过带动左卷线轮73旋转拉动拉绳克服弹簧弹力，可以使得手爪张开。

本发明的具体实施例二：

本实施例中的机械结构与实施例一完全相同，电子部分不同之处在于：在主控制板的电源接口31、控制信号输入接口32上通过排线连接手控手柄上的电源接口以及信号接口构成了手动机器人。手控手柄上布置有八个按钮，按钮分别对应着小车底盘的前进、后退、左转、右转运动控制功能和手臂的前伸、回缩以及手爪的张开、闭合运动控制功能。本实施例的机器人在短信控制的基础上还可以实现手动控制。

本发明的具体实施例三：

本实施例中的机械结构与实施例一完全相同，电子部分不同之处在于：在主控制板的电源接口31、控制信号输入接口32上通过排线连接位于底盘平台22底下的寻线板75上的电源接口以及信号接口构成了寻线机器人，如图6所示。寻线板上元器件布局如图7所示，寻线板上布置有四个检测信号指示用发光二极管86，四个发光二极管92、四个光敏电阻91、可调电阻90、LM324芯片89、检测信号接口87和电源接口88等元器件，其中右上角的四个发光二极管是检测信号指示用发光二极管86，用于指示四个寻线检测点输出电平的高低。寻线板上布置有四个检测点，每个检测点由一个发光二极管92和一个光敏电阻91组成。发光二极管92发出的光照射到地面上，产生漫反射，反射光照射到光敏电阻91后，光敏电阻91的阻值随地面反射光的强弱而显著变化。因此，由于地面引导白线上的光强明显大于黑色的光强。通过电路检测出的信号都通过比较器进行处理，通过调整比较器的比较基准电压，可确定检测点是否处于黑线的上方。

寻线机器人的寻线检测点的传感器还可以采用红外光电传感器，以提高寻线机器人抗外界环境光干扰的能力。

本发明的具体实施例四：

本实施例中的电子部分与实施例一完全相同，机械结构部分不同之处在于：实施例一中的拉绳、弹簧的机械传动方案在本实施例中被丝杠、螺母的机械传动方案所代替，如图5所示。本实施例中，转动副76和带减速器的直流电机77是刚性固联在一起的，丝杠79与直流电机77的输出轴通过联轴器78相连，螺母80与转动副81刚性固联，通过丝杠79与螺母80的配合，可以将电机的旋转运动转化为直线运动，从而带动机器人手臂的前伸及回缩运动。手爪的张开与闭合驱动方式与手臂的前伸及回缩驱动方式类似，带减速器的直流电机82与丝杠84通过联轴器83相连，通过丝杠84与螺母85的配合，可以将电机的旋转运动转化为直线运动，从而实现手爪的张开与闭合。

上述实施例的工作原理如下：

在本发明的实施例中，控制系统在接收到手机短信之后，首先进行手机短信内容的分解。控制软件就调用与之对应的运动控制软件功能模块，执行短信所对应的运动功能。

碰撞传感器40没有与周围物体相撞时，传感器的输出信号为高电平，当碰撞传感器40与周围物体相撞时，传感器的输出信号为低电平，由此可以判断机器人是否与周围障碍物发生了碰撞。

Claims

1.一种手机短信控制的教学娱乐机器人，包括机械和电子两部分，其机械部分包括有安装有驱动电机的底盘平台(22)，底盘平台(22)底部安装有主动轮、从动轮，底盘平台(22)上安装有支承平台(4)，支承平台(4)上安装有机械手臂及机械手爪；其特征在于，其电子部分包括电源接口，连接在中央处理器上的晶振电路、复位电路、稳压电路、电机驱动电路、手机短信模块、红外传感器，安装在底盘前方的碰撞传感器(40)，中央处理器处理手机短信模块传输的指令信息并根据相应指令控制电机驱动电路，驱动电机通过传动机构控制机器人的主动轮和机械手臂的运动，碰撞传感器和红外传感器传送机器人周围的环境信息至中央处理器。

2.根据权利要求1所述一种手机短信控制的教学娱乐机器人，其特征在于，其主动轮由小车驱动电机(1)，即两个带减速器的直流电机和安装在其转轴上的小车车轮(24)组成、从动轮是安装在万向轮支承杆(26)上的从动万向轮(25)，万向轮支承杆(26)固定在底盘平台(22)底部；在在万向轮支承杆(26)和万向轮安装轴之间铅垂方向安装有弹簧；小车车轮(24)轮圈外安装有橡胶轮胎(53)；与小车车轮(24)同轴安装还有编码盘，编码盘侧边的竖板上装有光电传感器，二者组成测量主动轮转速的装置。

3.根据权利要求1所述一种手机短信控制的教学娱乐机器人，其特征在于，手臂、手爪的驱动部件由弹性元件和副驱动电机组成，弹性元件提供收缩动力，驱动电机提供张开动力。

4.根据权利要求1所述一种手机短信控制的教学娱乐机器人，其特征在于，手臂、手爪的驱动部件采用丝杠、螺母的驱动结构形式，通过丝杠、螺母的传动，将手爪电机(74)和手臂电机(59)的旋转运动转化为直线运动，实现手臂的伸缩以及手爪的张闭。

5.根据权利要求1所述一种手机短信控制的教学娱乐机器人，其特征在于，其电子部分还设置有连接至中央处理器的扩展信号输入接口，扩展信号输入接口通过排线连接到手动控制板。

6.根据权利要求1所述一种手机短信控制的教学娱乐机器人，其特征在于，手机短信模块上可以插接SIM卡。

7.根据权利要求1所述一种手机短信控制的教学娱乐机器人，其特征在于，其电子部分还设置有连接至中央处理器的扩展信号输入接口，扩展信号输入接口上连接有光敏电阻型寻线模块或红外光电传感器型寻线模块。

8.根据权利要求1所述一种手机短信控制的教学娱乐机器人，其特征在于，中央处理器是单片机或数字信号处理器或嵌入式控制器中的一种。