CN105664496A - 一种弹琴智能玩具机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹琴智能玩具机器人，包括相互独立的智能玩具机器人和琴键组件；琴键组件包括：固定机器人的底座，可发出两个八度音阶的金属琴键，摆放金属琴键的琴架，以及敲打琴键的棒椎；棒椎一端设有圆球，另一端设有与智能玩具机器人的手部连接的连接套件；琴键按顺序水平围绕智能玩具机器人前方呈弧形顺序排列，两个八度音阶的金属琴键左右对称的方式设置。本发明主要有以下优点：弹琴智能玩具机器人可通过智能玩具机器人内置的音乐控制程序，智能玩具机器人通过驱动双手动作，带动棒椎来敲击两个八度音阶的金属琴键，从而实现模拟弹琴动作的表演。达到声情并并茂的表演，给小孩带来更生动的早教感受。

Description

一种弹琴智能玩具机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人玩具，特别涉及一种儿童早教玩伴的模拟弹琴表演的智能玩具机器人。

背景技术

目前的儿童早教产品，诸如学习机、早教机、点读机、故事机等等，在儿童眼中都是冰冷的设备，大部分都是通过简单的播放视频、故事、声音的方式，这样灌输式的学习方式互动方式单一，时间稍久，儿童容易产生烦恼，难以长久地调动儿童学习的积极性，使学习枯燥乏味，学习的效果并不理想。

而且，具有显示屏的机器人玩具，由于其颈部等部位关节运动的自由度不多，有的颈部关节直接就忽略了，头部直接安排在身体上，这样的方案虽然简单，但同时也影响机器人玩具的外观的美观度，使得机器人玩具不能更形象的模拟真人各种动作和表情，尤其是动作表演，如演奏乐器等动作。

发明内容

为解决现有机器人玩具表情显示时存在上述问题，本发明提供一种可逼真模仿表情、弹琴表演的弹琴智能玩具机器人。

为实现上述目的，本发明采取的方案是：

一种弹琴智能玩具机器人，包括相互独立的智能玩具机器人和琴键组件；智能玩具机器人具有可以活动的手部；其特征在于：琴键组件摆放在智能玩具机器人前方，琴键组件包括：固定机器人的底座，可发出两个八度音阶的金属琴键，摆放金属琴键的琴架，以及敲打琴键的棒椎；棒椎一端设有圆球，另一端设有与智能玩具机器人的手部连接的连接套件；琴键按顺序水平围绕智能玩具机器人前方呈弧形顺序排列，两个八度音阶的金属琴键左右对称的方式设置。

作为上述方案的说明，将智能玩具机器人置于底座上，启动相应的控制开关，即可通过智能玩具机器人内置的音乐控制程序，智能玩具机器人通过驱动双手动作，带动棒椎来敲击两个八度音阶的金属琴键，从而实现模拟弹琴动作的表演。达到声情并并茂的表演，给小孩带来更生动的早教感受。

前述智能玩具机器人的脚部设有行走机构，行走机构包括行走电机、行走主动轮、行走从动轮、光栅轮、光栅编码器和行走传感器；行走主动轮和行走从动轮部分从智能玩具机器人的脚底露出；行走主动轮由行走电机驱动，光栅轮和行走主动轮同轴连接，光栅编码器靠近光栅轮的里侧或外侧设置；行走传感器为两个，分别设置于智能玩具机器人的脚底的前后两个位置；所述底座分为上下两层，下层为与平台接触的固定层，上层为匹配固定智能玩具机器人脚底的转动层，转动层通过转动连接机构可旋转地设置在固定层上；转动层设有与智能玩具机器人的脚底形状匹配的镂空孔，行走机构通过镂空孔与固定层接触。通过固定层和转动层的匹配，智能玩具机器人通过转动层的限位作用，行走机构与固定层匹配产生相对运动，可方便地转动身体，以便敲击不同音阶的金属琴键；腿部采用电机驱动轮式行走，附带光栅编码器和行走传感器，大大提高了行走精度，既可以检测固定的行走路径，也可以通过计算进行行走轨迹，可应用于下棋与走迷宫，大大地增加了其玩伴性能。配合后面提到的摄像头，还可以对视觉范围内的物件进行识别，甚至可以玩大富翁这类游戏，可培养孩子的财商管理能力。

前述固定层为圆柱结构，固定层的圆心上设有固定转轴，固定层的边缘内侧设有内凹台，转动层外形为圆形结构，转动层可旋转地置于固定层的内凹台上，转动层可转动设于固定转轴上；所述琴架设有分开的支撑脚，支撑脚的一边与固定层的侧面固定为一体。这样，琴架不会移位，转动层转动稳定。

前述行走机构还包括轮盖组件，行走从动轮设置在轮盖组件上，轮盖组件通过弹簧机构可避震地设置在弹琴智能玩具机器人脚部；前述弹琴智能玩具机器人的体内设有驱动手部摆动的手部驱动电机。使得手部可以动作，不但可以配合显示的表情来作手部动作表情，还方便拓展其它如打鼓、弹琴等功能。弹簧机构能够使智能玩具机器人适应不同的地形平稳行走。

前述智能玩具机器人还包括头部、以及设于智能玩具机器人体内的电子中心控制装置；智能玩具机器人的脸部设有可显示各种拟人表情的显示屏；所述智能玩具机器人颈部设有多自由度的内藏式关节；内藏式关节主要由多自由度的碗形壳组件、可旋转的头部转动机构、以及可上下摆动的头部点头机构组成；其中，碗形壳组件套在头部转动机构外部，连接智能玩具机器人头部和身体与颈部的连接部位，智能玩具机器人头部和身体与颈部的连接部位分别设有将碗形壳组件上下两端容纳在其内的匹配孔；头部点头机构设于头部内部，并与头部转动机构上端部连接，受头部转动机构驱动。智能玩具机器人的颈部作为关键部位，通过碗形壳组件解决多自由度的内藏式关节的水平旋转和点头时颈部衔接问题，将多自由度关节机构不外露，得到碗形壳组件的保护，而且外观上也更美观。通过前述的方案，智能玩具机器人能更好地拓展其功能。

作为上述方案的优选方案，前述头部转动机构包括头部转动电机、电机转动轴、轴承和支架；其中，头部转动电机设于智能玩具机器人身体内部，轴承固定在智能玩具机器人身体内部并设于头部转动电机上方，电机转动轴通过设轴承伸进智能玩具机器人头部内部，碗形壳组件套在轴承上方部分的电机转动轴外，支架设于进智能玩具机器人头部内部并与电机转动轴连接，头部点头机构可摆动地设于支架上。头部转动机构和碗形壳组件匹配，解决了智能玩具机器人头部水平转动的技术问题。电机转动采用轴承固定，保证了动作的流畅度的同时增加了关节的稳定性。

作为上述方案的优选方案，前述碗形壳组件主要由上下两个互相匹配套接的半球面结构的碗形壳体，以及环状结构的固定环组成，由下到上分别为内碗和外碗，外碗的上部碗口伸入头部并固定在头部下端与头部连成一体，外碗的碗体可在内碗内水平旋转或小角度摆动匹配；内碗通过固定环固定在智能玩具机器人身体内，外碗将头部转动机构的支架容纳在其内。内碗和外碗的匹配，解决了智能玩具机器人颈部的内藏式关节多自由度活动的技术问题，保护头部转动机构、头部点头机构的相关部件不外露。

作为上述方案的优选方案，前述头部点头机构包括头部点头电机、摆架和头壳固定板；所述支架为叉形结构并从内碗人向上伸出，外碗支架包藏在外碗内；头部点头电机设于叉形结构的内侧；摆架可摆动地设于叉形结构外侧，并将头部点头电机包围在其内；头部点头电机的转动轴与摆架连接驱动摆架摆动；头壳固定板与支架固定为一体，智能玩具机器人的整个头部固定在头壳固定板上。头部点头机构和碗形壳组件匹配，解决了智能玩具机器人头部在一定角度摆动的技术问题。头部转动机构、头部点头机构和碗形壳组件的内碗和外碗的配合，解决了智能玩具机器人颈部的内藏式关节前后左右多自由度活动的技术问题。

作为上述方案的优选方案，前述智能玩具机器人的脸部设有两个摄像头，其中一个摄像头来平视的角度设置，另一个摄像头为倾斜的视角角度设置；所述显示屏为触摸屏。图像识别可以识别图形、文字、字母、数字等，可以通过屏幕显示一个拼图形状，用户用真实的七巧板在智能玩具机器人面前拼出形状，智能玩具机器人通过摄像头识别后，作出不同的反应，比如称赞，加分等，类似的游戏还有拼单词、拼拼图、拼积木、算算术等。不同角度设置的双摄像头模式，增加了视角范围。触摸屏的使用，增加了互动的便利性，操作更直观方便。

前述智能玩具机器人的肢体为可拆装的模块化结构；或者智能玩具机器人的肢体设有扩展肢体动作配件用的扩展接口；所述智能玩具机器人的肢体、头部、腹部设有触摸开关、按钮或触摸传感器，其中，头部的触摸开关、按钮或触摸传感器处设有LED指示灯；智能玩具机器人内部设有重力感应器、扬声器。通过安装配件或者更换手部扩充功能，如打鼓、弹琴等；腿部可通过扩建清洁配件进行扫地，也可通过扩建充电基站进行无线充电。触摸开关、按钮或触摸传感器使智能玩具机器人能够感知外界的情况以及人的行为，比如触摸、拍打等，重力感应是智能玩具机器人能够检测重心变化，配合脚步光栅传感能控制行走重心，使其保持平衡。重力感应还能是智能玩具机器人感知其姿态的变化，如倒挂、平躺、趴下等，通过其电机控制，能使智能玩具机器人进行从趴下到站立等动作。

作为改进，前述智能玩具机器人脸部还设有可拆卸的装饰触发配件，装饰触发配件和智能玩具机器人之间设有互相匹配的信号触发开关装置，该信号触发开关装置将触发智能玩具机器人在显示屏上显示相关联的表情，和/或发出相关的声音。通过设置一个或多个可拆卸部件装饰触发配件可构成不同的表情表现形式，再通过不同的信号触发开关装置的触发方式，使智能玩具机器人能够根据所获得的信号在显示屏的显示与装饰触发配件匹配动态表情，可以形象逼真的显示近乎于立体效果的表情。前述信号触发开关装置为磁吸开关、触摸开关、距离开关、重力感应开关、摩尔开关、红外感应开关和行程开关之中的任一种或多种并存。信号触发开关装置为可以向智能玩具机器人提供相关信号，向智能玩具机器人发出相关信息。另外，通过一个或多个可拆卸装饰触发配件，通过不同的触发方式，使智能玩具机器人的显示屏能够在显示表情和显示内容之间切换，通过装饰触发配件，智能玩具机器人显示表情的时候，可淡化显示屏的功能特征，更为自然地和智能玩具机器人更好地融为一体，克服显示屏生硬的感觉；拆下装饰触发配件后，又可作以为一个正常屏幕显示UI界面或者进行触摸等人机交互。

由上可知，本发明主要有以下优点：弹琴智能玩具机器人可通过智能玩具机器人内置的音乐控制程序，智能玩具机器人通过驱动双手动作，带动棒椎来敲击两个八度音阶的金属琴键，从而实现模拟弹琴动作的表演。达到声情并并茂的表演，给小孩带来更生动的早教感受。智能玩具机器人结构科学紧凑，智能玩具机器人的颈部作为关键部位，通过碗形壳组件解决内藏式关节的水平旋转和点头时颈部衔接问题，将多自由度关节机构不外露，得到碗形壳组件的保护，而且外观上也更美观。肢体模块化的结构，更方便智能玩具机器人拓展不同的功能。通过显示屏可显示表情动画，配合喇叭发出的声音，可表现喜怒哀乐等不同情感；也可以表现饥饿、口渴等状态；配合电子中心控制装置控制的肢体动作可形神兼备地丰富表情的表达，更好地与儿童良好互动，智能玩具机器人就像孩子的小伙伴，充分调动儿童与之互动的乐趣和积极性。然后可以通过显示屏的触摸功能可以使枯燥的学习视频变成带有更多交互内容的学习游戏，使孩子在玩耍中学习，帮助家长达到教育的目的，还能更好地激发儿童的创造力。

附图说明

图1为本发明的弹琴智能玩具机器人的立体图。

图2为图1的立体图分解图。

图3为本发明的智能玩具机器人的立体图。

图4为图3中的内藏式关节的结构示意图（图中箭头为运动方向指示）。

图5为图4中的内藏式关节装配在弹琴智能玩具机器人身体上的示意图（图中箭头为运动方向指示）。

图6为图4中的内藏式关节与弹琴智能玩具机器人头部连接的示意图。

图7为图3中的脚部的行走机构的结构示意图。

图8为图7中的行走机构的轮盖组件和弹簧机构结构示意图。

图9为图3中的手部结构图。

图10为图1中的琴键组件的结构图。

附图标号说明：

0-智能玩具机器人，02-琴键组件，021-金属琴键，022-琴架，03-底座，031-固定层，032-转动层，033-镂空孔，034-内凹台，04-棒椎，041-圆球，042-连接套件；1-肢体，2-头部，3-颈部，4-身体，5-显示屏，6-内藏式关节，7-碗形壳组件，71-内碗，72-外碗，73-固定环，8-头部转动机构，81-头部转动电机，82-电机转动轴，83-轴承，84-支架，9-头部点头机构，91-头部点头电机，92-摆架，93-头壳固定板，94-转动轴，11-行走机构，111-行走电机，112-行走主动轮，113-行走从动轮，114-光栅轮，115-光栅编码器，116-行走传感器，117-轮盖组件，118-弹簧机构，12-手部驱动电机，13-摄像头，14-触摸开关、按钮或触摸传感器，15-LED指示灯。

具体实施方式

下面结合附图和优选的实施方式，对本发明及其有益技术效果进行进一步详细说明。

参见图1~图10，弹琴智能玩具机器人0包括相互独立的智能玩具机器人0和琴键组件02；智能玩具机器人0具有可以活动的手部；琴键组件02摆放在智能玩具机器人0前方，琴键组件02包括：固定机器人的底座03，可发出两个八度音阶的金属琴键021，摆放金属琴键021的琴架022，以及敲打琴键的棒椎04；棒椎04一端设有圆球041，另一端设有与智能玩具机器人0的手部连接的连接套件042；琴键按顺序水平围绕智能玩具机器人0前方呈弧形顺序排列，两个八度音阶的金属琴键021左右对称的方式设置。

参见图2、图7~图8，前述智能玩具机器人0的脚部设有行走机构11，行走机构11包括行走电机111、行走主动轮112、行走从动轮113、光栅轮114、光栅编码器115和行走传感器116；行走主动轮112和行走从动轮113部分从智能玩具机器人0的脚底露出；行走主动轮112由行走电机111驱动，光栅轮114和行走主动轮112同轴连接，光栅编码器115靠近光栅轮114的里侧或外侧设置；行走传感器116为两个，分别设置于智能玩具机器人0的脚底的前后两个位置；所述底座03分为上下两层，下层为与平台接触的固定层031，上层为匹配固定智能玩具机器人0脚底的转动层032，转动层032通过转动连接机构可旋转地设置在固定层031上；转动层032设有与智能玩具机器人0的脚底形状匹配的镂空孔033，行走机构11通过镂空孔033与固定层031接触。

参见图10，前述固定层031为圆柱结构，固定层031的圆心上设有固定转轴，固定层031的边缘内侧设有内凹台034，转动层032外形为圆形结构，转动层032可旋转地置于固定层031的内凹台034上，转动层032可转动设于固定转轴上；所述琴架022设有分开的支撑脚，支撑脚的一边与固定层031的侧面固定为一体。

参见图8，前述行走机构11还包括轮盖组件117，行走从动轮113设置在轮盖组件117上，轮盖组件117通过弹簧机构118可避震地设置在弹琴智能玩具机器人0脚部；前述弹琴智能玩具机器人0的体内设有驱动手部摆动的手部驱动电机12。

参见图3、图4，前述智能玩具机器人0还包括头部2、以及设于智能玩具机器人0体内的电子中心控制装置；智能玩具机器人0的脸部设有可显示各种拟人表情的显示屏5；所述智能玩具机器人0颈部3设有多自由度的内藏式关节6；内藏式关节6主要由多自由度的碗形壳组件7、可旋转的头部转动机构8、以及可上下摆动的头部2点头机构组成；其中，碗形壳组件7套在头部转动机构8外部，连接智能玩具机器人0头部2和身体4与颈部3的连接部位，智能玩具机器人0头部2和身体4与颈部3的连接部位分别设有将碗形壳组件7上下两端容纳在其内的匹配孔；头部2点头机构9设于头部2内部，并与头部转动机构8上端部连接，受头部转动机构8驱动。

参见图6，前述头部转动机构8包括头部转动电机81、电机转动轴82、轴承83和支架84；其中，头部转动电机81设于智能玩具机器人0身体4内部，轴承83固定在智能玩具机器人0身体4内部并设于头部转动电机81上方，电机转动轴82通过设轴承83伸进智能玩具机器人0头部2内部，碗形壳组件7套在轴承83上方部分的电机转动轴82外，支架84设于进智能玩具机器人0头部2内部并与电机转动轴82连接，头部2点头机构9可摆动地设于支架84上。

参见图5、图6，前述碗形壳组件7主要由上下两个互相匹配套接的半球面结构的碗形壳体，以及环状结构的固定环73组成，由下到上分别为内碗71和外碗72，外碗72的上部碗口伸入头部2并固定在头部2下端与头部2连成一体，外碗72的碗体可在内碗71内水平旋转或小角度摆动匹配；内碗71通过固定环73固定在智能玩具机器人0身体4内，外碗72将头部转动机构8的支架84容纳在其内。

前述头部2点头机构9包括头部点头电机91、摆架92和头壳固定板93；所述支架84为叉形结构并从内碗71人向上伸出，外碗72支架84包藏在外碗72内；头部点头电机91设于叉形结构的内侧；摆架92可摆动地设于叉形结构外侧，并将头部点头电机91包围在其内；头部点头电机91的转动轴94与摆架92连接驱动摆架92摆动；头壳固定板93与支架84固定为一体，智能玩具机器人0的整个头部2固定在头壳固定板93上。

前述智能玩具机器人0的脸部设有两个摄像头13，其中一个摄像头13来平视的角度设置，另一个摄像头13为倾斜的视角角度设置；所述显示屏5为触摸屏。

前述智能玩具机器人0的肢体1为可拆装的模块化结构；或者智能玩具机器人0的肢体1设有扩展肢体1动作配件用的扩展接口；所述智能玩具机器人0的肢体1、头部2、腹部设有触摸开关、按钮或触摸传感器14，其中，头部2的触摸开关、按钮或触摸传感器14处设有LED指示灯15；智能玩具机器人0内部设有重力感应器、扬声器。

根据上述说明书及具体实施例并不对本发明构成任何限制，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变形，也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种弹琴智能玩具机器人，包括相互独立的智能玩具机器人和琴键组件；智能玩具机器人具有可以活动的手部；其特征在于：琴键组件摆放在智能玩具机器人前方，琴键组件包括：固定机器人的底座，可发出两个八度音阶的金属琴键，摆放金属琴键的琴架，以及敲打琴键的棒椎；棒椎一端设有圆球，另一端设有与智能玩具机器人的手部连接的连接套件；琴键按顺序水平围绕智能玩具机器人前方呈弧形顺序排列，两个八度音阶的金属琴键左右对称的方式设置。

2.如权利要求1所述的弹琴智能玩具机器人，其特征是：所述智能玩具机器人的脚部设有行走机构，行走机构包括行走电机、行走主动轮、行走从动轮、光栅轮、光栅编码器和行走传感器；行走主动轮和行走从动轮部分从智能玩具机器人的脚底露出；行走主动轮由行走电机驱动，光栅轮和行走主动轮同轴连接，光栅编码器靠近光栅轮的里侧或外侧设置；行走传感器为两个，分别设置于智能玩具机器人的脚底的前后两个位置；所述底座分为上下两层，下层为与平台接触的固定层，上层为匹配固定智能玩具机器人脚底的转动层，转动层通过转动连接机构可旋转地设置在固定层上；转动层设有与智能玩具机器人的脚底形状匹配的镂空孔，行走机构通过镂空孔与固定层接触。

3.如权利要求2所述的弹琴智能玩具机器人，其特征是：所述固定层为圆柱结构，固定层的圆心上设有固定转轴，固定层的边缘内侧设有内凹台，转动层外形为圆形结构，转动层可旋转地置于固定层的内凹台上，转动层可转动设于固定转轴上；所述琴架设有分开的支撑脚，支撑脚的一边与固定层的侧面固定为一体。

4.如权利要求3所述的弹琴智能玩具机器人，其特征是：所述行走机构还包括轮盖组件，行走从动轮设置在轮盖组件上，轮盖组件通过弹簧机构可避震地设置在弹琴智能玩具机器人脚部；所述弹琴智能玩具机器人的体内设有驱动手部摆动的手部驱动电机。

5.如权利要求1~4任一项所述的弹琴智能玩具机器人，其特征是：所述智能玩具机器人还包括头部、以及设于智能玩具机器人体内的电子中心控制装置；智能玩具机器人的脸部设有可显示各种拟人表情的显示屏；所述智能玩具机器人颈部设有多自由度的内藏式关节；内藏式关节主要由多自由度的碗形壳组件、可旋转的头部转动机构、以及可上下摆动的头部点头机构组成；其中，碗形壳组件套在头部转动机构外部，连接智能玩具机器人头部和身体与颈部的连接部位，智能玩具机器人头部和身体与颈部的连接部位分别设有将碗形壳组件上下两端容纳在其内的匹配孔；头部点头机构设于头部内部，并与头部转动机构上端部连接，受头部转动机构驱动。

6.如权利要求5所述的弹琴智能玩具机器人，其特征是：所述头部转动机构包括头部转动电机、电机转动轴、轴承和支架；其中，头部转动电机设于智能玩具机器人身体内部，轴承固定在智能玩具机器人身体内部并设于头部转动电机上方，电机转动轴通过设轴承伸进智能玩具机器人头部内部，碗形壳组件套在轴承上方部分的电机转动轴外，支架设于进智能玩具机器人头部内部并与电机转动轴连接，头部点头机构可摆动地设于支架上。

7.如权利要求6所述的弹琴智能玩具机器人，其特征是：所述碗形壳组件主要由上下两个互相匹配套接的半球面结构的碗形壳体，以及环状结构的固定环组成，由下到上分别为内碗和外碗，外碗的上部碗口伸入头部并固定在头部下端与头部连成一体，外碗的碗体可在内碗内水平旋转或小角度摆动匹配；内碗通过固定环固定在智能玩具机器人身体内，外碗将头部转动机构的支架容纳在其内。

8.如权利要求7所述的弹琴智能玩具机器人，其特征是：所述头部点头机构包括头部点头电机、摆架和头壳固定板；所述支架为叉形结构并从内碗人向上伸出，外碗支架包藏在外碗内；头部点头电机设于叉形结构的内侧；摆架可摆动地设于叉形结构外侧，并将头部点头电机包围在其内；头部点头电机的转动轴与摆架连接驱动摆架摆动；头壳固定板与支架固定为一体，智能玩具机器人的整个头部固定在头壳固定板上。

9.如权利要求8所述的弹琴智能玩具机器人，其特征是：所述智能玩具机器人的脸部设有两个摄像头，其中一个摄像头来平视的角度设置，另一个摄像头为倾斜的视角角度设置；所述显示屏为触摸屏。

10.如权利要求9所述的弹琴智能玩具机器人，其特征是：所述智能玩具机器人的肢体为可拆装的模块化结构；或者智能玩具机器人的肢体设有扩展肢体动作配件用的扩展接口；所述智能玩具机器人的肢体、头部、腹部设有触摸开关、按钮或触摸传感器，其中，头部的触摸开关、按钮或触摸传感器处设有LED指示灯；智能玩具机器人内部设有重力感应器、扬声器。