CN107253203A - 多模式智能玩具搜集机器人 - Google Patents

Abstract

一种多模式智能玩具搜集机器人包括：四轮车，其上固定有若干红外传感器，设置有小型编码器的电机，位于四轮车的后轮内侧，电机连接的电机驱动模块，设置在电机上，舵机，位于四轮车的两个前轮之间，与两个前轮连接；机械臂，搭载在智能车装置上，包含机械爪、摄像头以及机械臂控制器，用于抓取玩具；以及控制系统，和智能车装置及机械臂分别连接，包括显示屏、电源、语音装置、主控制器；主控制器，包括系统板与主板，主板包括：红外感应接口、摄像头接口、编码器接口、电源接口、电机接口、显示屏接口以及语音接口，且主板上还设置有语音识别模块、语音播放模块以及编码器测速模块、机械臂控制器模块、图像处理模块以及蓝牙通信模块。

Description

多模式智能玩具搜集机器人

技术领域

本发明涉及一种玩具搜集机器人，具体是一种多模式智能玩具搜集机器人。

背景技术

随着工业自动化迅速普及，机器人代替人工已成为成千上万公司发展的焦点。目前，工业搬运机器人以及家庭服务机器人情况如下。

工业机器人方面，主要应用搬运机器人来代替人工搬运，该类搬运机器人通过安装不同的末端执行器，完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，要求强电状态运行，控制器件大，处理速度快，操作人员均需要安全培训，无法进行语音遥控，有些加入高端图像处理算法识别工作对象。但是此类机器人只适用于工业，成本高体积大，工作在强电下，图像识别算法对控制器内存以及处理速度要求非常高，从而使得部件增多、体积增大，且能耗高、原材料消耗多、控制、使用不便，环境污染严重，不适用与家庭日常小型用品搬运。

服务机器人方面，家庭服务类机器人是能够代替人完成家庭服务工作的机器人，市场已有如扫地机器人、空气净化机器人等，均可代替用户完成家庭日常相应的工作，扫地机器人可扫地，空气净化机器人可完成空气净化。但是功能单一，服务种类较少，精度低能耗高，代替人力较小，不可供家庭日常娱乐。但该领域存在着工业成本高，安全性低，内部图像处理算法复杂昂贵与用户市场成本低，安全性高、娱乐以及贡献大等矛盾。

为了解决以上问题急需一款能将工业功能与家庭服务有机结合的产品。多模式智能玩具搜集机器人，属于家庭服务类机器人，具有与工业搬运机器人相类似的物体识别搬运功能，且兼容多模式智能控制，是融合现有技术设计出的一款家庭服务机器人，既能像工业机器人一样能搬运东西服务用户，又可进入家庭融入家庭。

发明内容

本发明是为了解决上述服务机器人功能单一，服务种类少的问题，目的在于提供一种多模式智能玩具搜集机器人。

本发明提供的多模式智能玩具搜集机器人，包括一种多模式智能玩具搜集机器人，其特征在于，包括：智能车装置，具有：智能车装置，具有四轮车、至少一个电机、电机驱动模块以及舵机；

四轮车，其上固定有若干红外传感器；至少一个电机，位于四轮车的后轮内侧，其上设置有小型编码器，用于驱动四轮车运动的速度和前后运动反向；电机驱动模块，设置在电机上，与电机连接，用于驱动电机；舵机，位于四轮车的两个前轮之间，与两个前轮连接，用于控制四轮车运动的左右方向，

机械臂，搭载在智能车装置上，包含机械爪、摄像头以及机械臂控制器，用于抓取玩具；以及

控制系统，设置在智能车装置上，和智能车装置及机械臂分别连接，用于控制智能车及机械臂的运动，包括：显示屏，用于输入和显示系统运行参数；电源，用于供电；语音装置，包括语音接收单元和语音输出单元；主控制器，包括系统板与主板，其中，主板包括：红外感应接口、摄像头接口、编码器接口、电源接口、电机接口、显示屏接口以及语音接口，且主板上还设置有语音识别模块、语音播放模块以及编码器测速模块、机械臂控制器模块、图像处理模块以及蓝牙通信模块，

红外感应接口与红外感应器连接的，摄像头接口与摄像头连接，编码器接口与小型编码器连接，电源接口与电源，电机接口与电机和舵机分别连接，显示屏接口与显示屏连接，语音接口与语音装置连接，

语音识别模块和语音播放模块用于控制语音装置的工作，编码器测速模块用于控制小型编码器工作，机械臂控制器模块用于控制机械臂工作，图像处理模块用于控制红外感应器及摄像头工作，蓝牙通信模块用于接收控制指令。

本发明提供的多模式智能玩具搜集机器人，还可以具有这样的特征：其中，红外传感器为八个，其中四个固定在四轮车上部，另外四个固定在四轮车下部。

本发明提供的多模式智能玩具搜集机器人，还可以具有这样的特征：其中，摄像头为可录入物体状态的摄像头。

本发明提供的多模式智能玩具搜集机器人，还可以具有这样的特征：其中，电机的个数为两台，分别位于四轮车的两个后轮的内侧。

本发明提供的多模式智能玩具搜集机器人，还可以具有这样的特征：其中，机械臂为至少两个自由度的机械臂，其中一个自由度设置在机械爪上，用于控制机械爪的抓取和放置动作，其余的至少一个自由度用于控制机械臂的上下左右及伸缩运动。

本发明提供的多模式智能玩具搜集机器人，还可以具有这样的特征：其中，摄像头固定在机械臂的自由度上，可随自由度转动。

本发明提供的多模式智能玩具搜集机器人，还可以具有这样的特征：其中，主控制器还可以为嵌入式单片机。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的多模式智能玩具搜集机器人，由于采用了嵌入式微处理器，集成了多个功能模块以及提供了一种新型的图像处理算法，因此具有以下优点：

首先，多模式智能玩具搜集机器人解决了家庭物体搬运抓取问题，普通弱电即可工作。主控制器采用应用广泛的嵌入式微处理器，该处理器体积小，低功耗，益于控制和集成，发明产品中主控制器连接各个功能模块，可实现模块功能。本发明实现家庭儿童玩具的搜集和整理的同时，其自身也应作为玩具进行人机交互，供家庭娱乐使用，是工业自动或遥控搬运与家庭服务娱乐结合的产物。

其次，本发明提供一种新型图像处理算法，适用于低功耗常用的微处理器，计算量相对与一般图像识别计算量小，解决工业或其他技术领域图像处理繁琐且对控制器要求较高的问题。应用小型常用摄像头采集图像，该算法可识别出是玩具还是障碍物，进而传送信息给控制器进行相关处理，解决家庭服务机器人识别物体的困难，为以后机器人进入家庭服务男女老少奠定基础。

第三，本发明成本低、可靠性和安全性高、服务种类多还具有一定的娱乐性，市场前景旷阔，以后将逐步发展成为完整的家庭服务机器人，可走进千家万户搜集抓取以玩具为代表的任何物体。

附图说明

图1是本发明的多模式智能玩具搜集机器人的结构图示意图；

图2是本发明的多模式智能玩具搜集机器人的工作原理框图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明提供的多模式智能玩具搜集机器人的组成、工作原理以及有益效果作具体阐述。

图1是本发明的多模式智能玩具搜集机器人的结构图示意图。

如图1所示，本实施例中的模式智能玩具搜集机器人包括：智能车装置，机械臂2及控制系统4。

智能车包括：四轮车1，两个电机、舵机以及电机驱动模块，

四轮车1其上固定有八个红外传感器；

四个红外传感器固定在四轮车上部，另外四个红外传感器固定在四轮车下部；

两个电机，分别位于四轮车的两个后轮的内侧，其上设置有小型编码器，用于驱动四轮车运动的速度和前后运动反向；

电机驱动模块，设置在电机上，与电机连接，用于驱动电机；

舵机，位于四轮车的两个前轮之间，与两个前轮连接，用于控制四轮车运动的左右方向。

机械臂2，搭载在智能车装置上，包含机械爪3、摄像头以及机械臂控制器，机械臂2为四个自由度的机械臂，其中一个自由度10设置在机械爪3上，用于控制机械爪3的抓取和放置动作，其余的自由度7、自由度8，自由度9控制机械臂2的左右、上下及伸缩运动，摄像头固定在自由度7上。

控制系统4，设置在智能车装置上，和智能车装置及机械臂分别连接，用于控制智能车及机械臂的运动，包括：显示屏，用于输入和显示系统运行参数；电源，用于供电；语音装置，包括语音接收单元和语音输出单元；主控制器，包括系统板与主板，主板通过红外感应接口与外感应器连接，通过摄像头接口与摄像头连接，通过编码器接口与小型编码器连接，通过电源接口与电源，通过电机接口与电机，舵机分别连接，通过显示屏接口与显示屏连接，通过语音接口与语音装置连接，主板上还设置有语音识别模块和语音播放模块用于控制语音装置工作，编码器测速模块用于控制小型编码器工作，机械臂控制器模块用于控制机械臂工作，图像处理模块用于控制红外感应器及摄像头工作，蓝牙通信模块用于接收控制指令；系统板为K60。

主板上的图像处理模块包括一种图像处理算法，将摄像头获得的图像二值化后数据分析，再通过相应逻辑运算提取元素特征值，加以对比分析，适用于小型一般常用的微控制器。

本实施例还包含一个客户端，安装在手机上，通过蓝牙信号与主板通信连接，用于控制多模式智能玩具搜集机器人运动。

图2是本发明的多模式智能玩具搜集机器人的工作原理框图。

如图2所示吗，摄像头采集玩具形状信息，传输给控制器完成相关操作；红外传感器辅助摄像头检测，检测玩具的高度和距离；液晶显示屏模块用于显示系统运行参数和输入指令；语音识别模块，语音遥控，识别用户输入的语音口令，完成相应的控制动作；语音播放模块，播报客户遥控指令，完成人机交互；无线蓝牙模块和手机，手机遥控，识别用户通过手机发送的遥控指令；舵机，完成机器人方向控制；电机驱动模块、双路电机和编码器，完成机器人的速度控制；电源，采用可充电锂电池供电。

以下对使用本实施例提供的多模式智能玩具搜集机器人运行过程和原理做详细说明。

机器人自动运行搜集模式时，为实现机器人随机行进搜集运输玩具的功能，机器人其他部件正常工作同时，主要采用摄像头和多路红外传感器检测物体识别玩具还是障碍物，摄像头和红外连接主控制器，所使用的K60系统板与主板作为主控制器，它支持具有摄像头接口、编码器接口、电源与电机接口、显示屏接口、蓝牙接口等其他元器件均与它连接。摄像头采集当前环境图像信息传送给控制器，红外检测玩具距离，通过两部件结合识别玩具进行抓取，如果是障碍物则进行避障处理。

关于用户语音遥控机器人搜集玩具功能的技术方案详解。用户语音遥控主要通过语音识别解析模块和语音合成模块连接主控制器实现，两个模块连接主控制板上的相应串口，其中语音解析模块连接主控制器的一个RXD端，把接收到的语音通过此口给主控制器，主控制器判断语音信号后，发送相应信息给合成播放模块完成播放。

关于用户通过手机APP遥控机器人搜集玩具功能的技术方案详解。手机与机器人通信主要以蓝牙作为桥梁实现，蓝牙安装在机器人上，与控制器固定串口相连，另外还可通过手机APP连接，通过收发手机的数据来给控制器，从而实现手机遥控功能。此部分为实现用户手机遥控功能，手机界面设置有对相关按键对机械臂和智能车体对应动态控制，如机械臂抓取对应抓取指令，车体后退对应后退指令等。

系统应用辅助器件来增加机器人功能多样性及可视性。采用小型显示屏与主控制器相连，显示用户应用时需要观测的信息；采用两个小型编码器位于电机上端，接口与主控制器连接，实现机器人速度控制。

系统软件设计方案，根据所需功能，系统通过串口1资源，和蓝牙模块建立联系，完成手机APP的遥控功能；系统通过串口2资源，完成与机械臂控制板的通信任务，从而实现机械臂的控制；系统通过串口3资源，实现语音播报模块的语音合成播报任务，同时，也通过串口3资源，完成语音识别结果的数据接收；系统通过自带的定时器，产生五路PWM，其中四路PWM用来实现速度控制。系统通过DMA资源，对摄像头采集的数据进行接收处理，通过图像处理算法，实现物体的识别。通过对单片机编写程序完成相应的控制，系统会按照软件流程图运行。

另外，图像识别中，图像处理算法原创，适合小型控制器处理速度，主要是通过摄像头进行的硬件二值化，然后对图像进行分割，得到有效物体的像素点。

实施例的作用与效果

根据本发明所涉及的多模式智能玩具搜集机器人，属于家庭服务类机器人，具有与工业搬运机器人相类似的物体识别搬运功能，且兼容多模式智能控制，目前，工业搬运机器人以及家庭服务机器人情况如下。

工业机器人方面，主要应用搬运机器人来代替人工搬运，该类搬运机器人通过安装不同的末端执行器，完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，要求强电状态运行，控制器件大，处理速度快，操作人员均需要安全培训，无法进行语音遥控，有些加入高端图像处理算法识别工作对象。但是此类机器人只适用于工业，成本高体积大，工作在强电下，图像识别算法对控制器内存以及处理速度要求非常高，从而使得部件增多、体积增大，且能耗高、原材料消耗多、控制、使用不便，环境污染严重，不适用与家庭日常小型用品搬运。

服务机器人方面，家庭服务类机器人是能够代替人完成家庭服务工作的机器人，市场已有如扫地机器人、空气净化机器人等，均可代替用户完成家庭日常相应的工作，扫地机器人可扫地，空气净化机器人可完成空气净化。但是功能单一，服务种类较少，精度低能耗高，代替人力较小，不可供家庭日常娱乐。但该领域存在着工业成本高，安全性低，内部图像处理算法复杂昂贵与用户市场成本低，安全性高、娱乐以及贡献大等矛盾。

为了解决以上问题急需一款能将工业功能与家庭服务有机结合的产品。融合现有技术设计出一款家庭服务机器人，既能像工业机器人一样能搬运东西服务用户，又可进入家庭融入家庭。

进一步的，本发明图像分析算法原创，并兼容多模式控制、多模式人机交互、多模式智能识别，集摄像头自动识别、语音以及移动终端遥控搜集功能为一体，软硬件结合，既可搜集玩具，又可作为遥控玩具，在玩耍的同时帮助儿童养成整理玩具的好习惯。用途广泛，服务对象多种多样，对于服务型机器人走进家庭具有重要意义。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多模式智能玩具搜集机器人，其特征在于，包括：

智能车装置，具有四轮车、至少一个电机、电机驱动模块以及舵机，

所述四轮车，其上固定有若干红外传感器，

所述至少一个电机，位于所述四轮车的后轮内侧，其上设置有小型编码器，用于驱动所述四轮车运动的速度和前后运动反向，

所述电机驱动模块，设置在所述电机上，与所述电机连接，用于驱动所述电机，

所述舵机，位于所述四轮车的两个前轮之间，与两个所述前轮连接，用于控制所述四轮车运动的左右方向；

机械臂，搭载在所述智能车装置上，包含机械爪、摄像头以及机械臂控制器，用于抓取所述玩具；以及

控制系统，设置在所述智能车装置上，和所述智能车装置及所述机械臂分别连接，用于控制所述智能车装置及所述机械臂的运动，包括显示屏、电源、语音装置、主控制器，

显示屏，用于输入和显示系统运行参数，

电源，用于供电，

语音装置，包括语音接收单元和语音输出单元，

主控制器，包括系统板与主板，

其中，所述主板包括：红外感应接口、摄像头接口、编码器接口、电源接口、电机接口、显示屏接口以及语音接口，

且所述主板上还设置有语音识别模块、语音播放模块以及编码器测速模块、机械臂控制器模块、图像处理模块以及蓝牙通信模块，

所述红外感应接口与所述红外感应器连接的，所述摄像头接口与所述摄像头连接，所述编码器接口与所述小型编码器连接，所述电源接口与所述电源，所述电机接口与所述电机和所述舵机分别连接，所述显示屏接口与所述显示屏连接，所述语音接口与所述语音装置连接，

所述语音识别模块和所述语音播放模块用于控制所述语音装置的工作，所述编码器测速模块用于控制所述小型编码器工作，所述机械臂控制器模块用于控制所述机械臂工作，所述图像处理模块用于控制所述红外感应器及所述摄像头工作，所述蓝牙通信模块用于接收控制指令。

2.根据权利要求1所述的多模式智能玩具搜集机器人，其特征在于：

其中，所述红外传感器为八个，其中四个固定在所述四轮车上部，另外四个固定在所述四轮车下部。

3.根据权利要求1所述的多模式智能玩具搜集机器人，其特征在于：

其中，所述摄像头为可录入物体状态的摄像头。

4.根据权利要求1所述的多模式智能玩具搜集机器人，其特征在于：

其中，所述电机的个数为两台，分别位于所述四轮车的两个后轮的内侧。

5.根据权利要求1所述的多模式智能玩具搜集机器人，其特征在于：

其中，所述机械臂为至少两个自由度的机械臂，其中一个自由度设置在所述机械爪上，用于控制所述机械爪的抓取和放置动作，

其余的至少一个自由度用于控制所述机械臂的上下左右及伸缩运动。

6.根据权利要求1所述的多模式智能玩具搜集机器人，其特征在于：

其中，所述摄像头固定在所述机械臂的所述自由度上，可随所述自由度转动。