CN110315528A - 沿着边缘行进的线追踪编码机器人的指令执行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沿着边缘行进的线追踪编码机器人的指令执行方法。其中，用于执行所述指令的各指令代码，以彼此相邻且连续的起始颜色部分(11)、中间色部分(12)和基本色部分(13)的顺序来构成，并配置在所述线的边缘侧；根据所述中间色部分(12)和基本色部分(13)的颜色组合来分配相应的指令；所述编码机器人在沿着所述线的边缘行进时，通过由设置在所述编码机器人下端的颜色传感器(10)依次识别的中间色部分(12)和基本色部分(13)的颜色组合，以此执行与指令代码对应的动作。利用如上所述的本发明，在本发明中可用的代码数量会得到大幅扩展，从而边缘行进编码机器人在行进的同时能够执行各种指令。

Description

沿着边缘行进的线追踪编码机器人的指令执行方法

技术领域

本发明涉及一种沿着边缘行进的线追踪编码机器人的指令执行方法。

背景技术

随着计算机编码的早期教育的重要性变得突显，利用机器人对儿童进行编码教育的编码机器人大受青睐，且已经开发了利用编码机器人沿线行进的线追踪编码机器人。

然而，在Ozobot公司最近推出的Ozobot机器人等现有技术的线追踪编码机器人，如图1所示，使用了将一个代码由多个颜色(在图1中，由于中国对图纸方面的要求，虽然用黑色示出，但是其实际颜色为绿色、红色和蓝色三种颜色)组合来形成的颜色代码1，配置在衬垫2上的线3(图1中的黑色线)上方，该颜色代码1通过在编码机器人4底部的颜色传感器(未示出)识别，并且通过该颜色代码1来确定线3上方的编码机器人4的行进方向(直线、左转、右转等)，从而沿着线对应于相关颜色代码1行进的方式，且使用了编码机器人4沿着黑色线的中心上方行进的方式。

因此，在这种现有技术中，由于使用由多个颜色的组合形成的颜色代码1，因此其儿童用户无法轻松且快速地记忆由各种颜色组合的指令，因此难以快速且轻松地做出颜色代码1的配置，以按照自己所希望的行进路径行进。

另外，由于使用将颜色代码1配置在黑色线3上，使得编码机器人4在黑色线的中心上方行进的方式，因此需要在编码机器人4的底部左右配置两个黑白传感器(未示出)，以此控制机器人不偏离黑色线3，以微小范围的“之”字形方式向前移动。因此，除了颜色传感器之外，还需要再安装两个黑白传感器，从而增加了制造成本。

而且，由于使用编码机器人4在黑色线的中心上方行进的方式，与在中心线的右侧行进的一般的道路行进方式不同，因此无法获得公路行进的学习效果。

总之，如Ozobot机器人等现有技术的行进机器人4，由于使用以多个颜色组合的颜色代码为行进指令，因此其儿童用户无法快速且轻松地进行编码操作(编程)，另外，为了在黑色线的中心上方行进，还需要添加两个黑白传感器，因此又成为一个增加制造成本的原因，而且，是沿着黑色线的中心行进，这与在中心线的右侧行进的一般的道路行进方式不同，因此难以给儿童进行有关道路交通的安全教育。

为了解决现有技术中存在的机器人沿线的中心行进的问题，本专利申请人的在先申请即韩国专利申请2017-16922号(2017年2月7日申请)公开了具有如图2(a)和图2(b)一样的形状的沿着边缘行进的线追踪编码机器人(以下简称为边缘行进编码机器人)，其作为用于控制边缘行进编码机器人行进动作的代码，使用了单色贴纸，并将用于该代码的单色贴纸粘贴在线的侧面，如图3所示，当边缘行进机器人5沿着线6的边缘7行进时，通过底部的颜色传感器(对应于图2(b)中的符号10)识别贴纸8的颜色，从而执行与该颜色对应的代码的动作。

然而，如上所述，使用单色贴纸8，以不同颜色能够显示的代码的数过于局限，又不能大幅扩展能够使边缘行进编码机器人5识别的代码的数量，因此如用于音乐演奏的乐谱代码一样，需要大量的代码时，现有技术的单色贴纸8无法派上用场。

发明内容

[技术课题]

鉴于现有技术的诸如问题，本发明提供一种边缘行进编码机器人在行进时执行很多种指令的方法。

[技术方案]

为了达成上述技术课题，本发明提供一种沿着边缘行进的线追踪编码机器人的指令执行方法，

用于执行所述指令的各指令代码，以彼此相邻且连续的起始颜色部分11、中间色部分12和基本色部分13的顺序来构成，并配置在所述线的边缘侧，

所述起始颜色部分11是显示所述指令代码开始的颜色，对各指令代码使用相同的颜色，

所述中间色部分12和基本色部分13为与起始颜色部分11不同的颜色，

根据所述中间色部分12和基本色部分13的颜色组合来分配相应的指令，

所述编码机器人在沿着所述线的边缘行进时，通过由设置在所述编码机器人下端的颜色传感器10依次识别中间色部分12和基本色部分13的颜色组合，以此执行与指令代码对应的动作。

[发明的效果]

如上所述，利用本发明，那么在本发明中可用的代码数量会得到大幅扩展，从而边缘行进编码机器人在行进的同时能够执行各种指令。

附图说明

图1是示出了根据现有技术的Ozobot编码机器人行进方法的图；

图2(a)和图2(b)示出了本发明的边缘行进编码机器人的侧面立体图和底面立体图；

图3示出了使用本发明的边缘行进编码机器人沿着黑色中心线的边缘行进的图；

图4示出了根据本发明的多种颜色代码的结构；

图5示出了在本发明中，边缘行进编码机器人在沿着边缘行进中识别根据本发明的多种颜色代码的图；

图6示出了适用根据本发明的多种颜色代码，以此分配用于音乐演奏的动作代码的方法；

图7示出了在本发明中边缘行进编码机器人旋转180度后行进的图；

图8示出了在本发明中边缘行进编码机器人执行JUMP_RIGHT代码的图；

图9显示在本发明中分配到键盘的中间色和基本色；

图10示出了在本发明中分配到用于音乐演奏代码的颜色组合表；

图11示出了在本发明中颜色传感器识别中间色和基本色的方法；

图12示出了在本发明中用于音乐演奏的代码分配在线的左右的图；

图13示出了在本发明中具有用于音乐演奏的代码配置的双向直线型线轨道；

图14示出了在本发明中可以配置用于音乐演奏的代码的双向直线型线轨道；

图15示出了在本发明中可在外围配置用于音乐演奏的代码的圆形线轨道；

图16示出了在本发明中可在外围配置的用于音乐演奏的代码的椭圆形线轨道。

具体实施方式

首先，对图2(a)和图2(b)示出的边缘行进编码机器人的颜色传感器10进行简单地说明。

如图2(a)和图2(b)所示，颜色传感器10位于边缘行进编码机器人的前面底部的长度方向的中心线处，并识别底部衬垫的颜色。在这里，颜色传感器10通常检测RGB三种颜色(红色、绿色和蓝色)，并同时输出各颜色的亮度值。此时，也有一个根据颜色传感器7单独输出黑色级(灰度级)的传感器，但是如果没有灰度级输出，就可以对输出的RGB三种颜色值通过数值的合算来获得灰度级值。

下面，参照图3对编码机器人沿着黑色线的边缘行进的方法(运算法)进行说明。

粘贴在边缘行进编码机器人5的颜色传感器10的前表面设有大约5×5mm的开口部。开口部以黑色部件(橡胶)制成，因此不影响颜色识别。也就是说，颜色传感器10通过开口部检测通过开口部面积所看到的颜色的平均颜色。

因此，如果颜色传感器10位于黑色线(厚度为5mm以上)的中心上方，灰度级值就接近为0，如果完全脱离线而位于白色纸上方，那么就接近为100％，如果位于在黑色线和白色纸上各占一半位置的话，灰度极值则为50％。此外，如有必要，为了这样设置，需提前进行校准。

在开始前，将边缘行进编码机器人5置于黑色线6的右侧，然后将其启动，那么将控制编码机器人5向左侧倾斜地行进，以接近黑色线方向。且继续导出通过颜色传感器计算的灰度级，当颜色传感器10的中心与图3所示的黑色线6(由于边缘行进编码机器人5横跨黑色线6的上部，为了在图纸上便于示出，黑色线6显示为断开的状态，但是在边缘行进机器人5的底部也有黑色线6)的右侧边缘几乎保持一致时，颜色传感器10在黑色中心线6和白色部分中几乎各占一半，因此，颜色传感器10计算出的灰度级几乎变为50％。

然后，当边缘行进编码机器人5的颜色传感器10的中心越过右边缘7时，灰度级则小于50％，而此时，会控制边缘行进编码机器人5重新转向右侧倾斜，从而向右侧倾斜移动。

这样一来，边缘行进编码机器人5的颜色传感器10的中心再次脱离右侧边缘7，当灰度级大于50％时，控制边缘行进编码机器人5又转向左倾斜的方向，从而向左侧倾斜移动。

最终，如果以这种方式控制边缘行进编码机器人5在行进时，将由颜色传感器10导出的灰度级保持为标准灰度级的50％，那么边缘行进编码机器人5以黑色线6的右侧边缘7为中心，以左右一定量地走“之”字形方式变换行进，从而最终沿着黑色线6的右侧边缘7行进。

当然，如果改变灰度级的设定值，那么在行进时颜色传感器10的中心与黑色线6的边缘7的分离程度得到调节。因此，如果把灰度级设定为小于50％，就会沿着离黑色线6更接近的黑色线6的边缘7行进，如果设定为大于50％，那么会沿着离黑色线6更远的黑色线6的边缘7行进。

综上所述，边缘行进编码机器人5通过一个颜色传感器10，就可以沿着黑色线6的边缘7行进，因此不需要设置如Ozobot这样的现有技术中沿着黑色线6的中心移动时必不可少的两个左右配置的黑白传感器，从而降低了制造成本。

为了识别在图4中描述的本发明的多种颜色代码，如图5所示，沿着边缘行进的边缘行进编码机器人5的颜色传感器10需识别底部的多种颜色代码的颜色，因此下面对边缘行进编码机器人5通过利用颜色传感器10的灰度级值行进时，利用其颜色传感器10的RGB值识别底部颜色时的RGB值进行说明。

在利用RGB三种颜色的颜色传感器10的情况下，当边缘行进编码机器人5沿着黑色线的边缘行进时，检测到的底部为白色时，RGB三种颜色的各亮度比较均匀地输出，但当进入不是白色的特定颜色的颜色区间时，其输出值则根据不同的颜色而有所不同。

因此，当颜色传感器10检测到红色时，R信号增加到最大值，当检测到绿色时，G信号增加到最大值，当检测到黄色时，R和G信号同时增加到最大值，当检测蓝色时，B信号增加到最大值，当检测到紫红色时，R和B值增加到最大值，鉴于此，边缘行进编码机器人5沿着黑色中心线的边缘行进时，利用来自于颜色传感器10的RGB输出值来识别颜色传感器10检测到的颜色。

另外，如本发明一样，使用一个颜色传感器10时，边缘行进编码机器人5在没有颜色传感器10的白色部分行进时，灰度级约为50％，但进入配置多种颜色代码的颜色区间，因多种颜色代码的原因，灰度级则降低，因此边缘行进代码机器人5误认为进入黑色线方向，从而被控制为脱离黑色线，因此出现边缘行进编码机器人5明显偏离黑色线边缘的问题。

为了解决这个问题，在现有技术中，除颜色传感器10外单独使用为识别黑色线的红外线LED和一对红外线传感器，此时利用通过红外线传感器输出的灰度级执行边缘行进，而颜色传感器是为了识别颜色代码而使用。由于在现有技术中单独添加了红外线传感器，因此增加了成本。另外，此时，黑色线应该用含有只能使用红外线检测的碳黑的油墨印制。

但是，在本发明中，颜色传感器10虽然识别R、G和B三个值，但是取其中的最大值用于所述的边缘运行算法当中。也就是说，例如，红色(RED)的情况是，R＝255、G＝0、B＝0，因此其最大值为255，被识别为与白色相等的颜色。黄色(YELLOW)时，R＝255、G＝255、B＝0，因此其最大值也是255，被识别为白色，而行进线的黑色是，因为R＝0、G＝0、B＝0，因此其最大值为0。

因此，在不存在多种颜色代码的区间，边缘行进编码机器人5，因颜色传感器10均等识别行进线的黑色(最大值0)和行进衬垫的白色(最大值255)，因此沿着灰度级为50％的黑色线的边缘行进，即使进入存在多种颜色代码的颜色区间，在边缘行进运行算中，对多种颜色代码的中间色和基本色都被识别为白色，因此可以忽略多种颜色代码的存在，从而仍然沿着黑色线的边缘行进，因此不会产生因多种颜色代码的存在而干扰边缘行进的现象。

下面，参照图4详细说明本发明的多种颜色代码的构成，其用于边缘行进编码机器人读取指令代码并执行相应的动作。

如图4的上部和底部所示，本发明的多种颜色代码基本上按起始颜色部分11、中间色部分12、12-1、12-2、12-3和基本色部分13顺序构成，并且按此顺序通过颜色传感器10识别。

另外，中间色部分12、12-1、12-2、12-3如图4的上部图纸所示，可以具有一个中间色部分12，也可以如图4的底部图纸所示，可以具有多个中间色部分12-1、12-2、12-3(在图4的底部图中则具有三个中间色部分)。此时，由于起始颜色部分11显示所有多种颜色代码的开始部分，所以对于所有多种颜色代码使用相同的颜色，因此如图4一样，可以使用与用于追踪线的衬垫的背景颜色相同的白色，也可以使用任何其它颜色。但是，如果使用除白色之外的颜色作为起始颜色，就会出现下面描述的混合颜色部分的问题，即与中间色部分12混合而被识别，因此识别时需要注意。

另外，中间色部分12、12-1、12-2、12-3和基本色部分13应使用与起始颜色部分11的颜色不同的颜色，而中间色部分12、12-1、12-3和基本色部分13可以是不同的颜色，也可以是相同的颜色。

因此，在如图4的上部所示的单一中间色部分12的情况下，可以具有[(中间色部分的颜色数量)×(基本色部分的颜色数量)]的功能(代码)种类(数量)，在如图4的底部所示的三种中间色部分的情况下，可以具有[(中间色1部分的颜色数量)×(中间色2部分的颜色数量)×(中间色3部分的颜色数量)×(基本色部分的颜色数量)]的功能(代码)种类，因此随着中间色部分的数量增加，可用功能的数量呈几何级数增加。

另外，由于颜色传感器10识别包括在底部的特定面积(例如，3mm×3mm面积)的颜色，因此在印制的颜色的边界处会显示包括两个相邻颜色的混合颜色部分，但该混合色部分与代码无关，需忽略它。该混合颜色部分的宽度与中间色部分12或基本色部分13的宽度相比非常小(例如，识别所需时间小于0.1秒)，因此如果使用对相同颜色的连续识别时间低于0.1秒时，即这一时间相当于识别混合颜色时间的小于0.1秒，通过使用忽略它的方法，就可以预防由于这种混合颜色部分而导致错误识别的可能性。

总之，利用如上所述的本发明，因使用单一颜色传感器，从而降低制造成本。

另外，即使在使用单一颜色传感器的情况下，本发明的多种颜色代码，其起始颜色部分显示为代码的开始部分，在起始颜色部分后，则通过印制的中间色部分(复数)与基本色部分的顺序组合数量来形成代码。

还有，即使使用单一颜色传感器，但由于多种颜色代码可以配置多个中间色部分，因此颜色序列组合能够显著增加，从而使代码数量显著性地剧增。

此外，在上面描述了本发明的多种颜色代码的中间色部分和基本色部分是印制的，但是，也可以通过用户用彩色笔涂抹来形成中间色部分和基本色部分等，可以采用各种方法。

下面，将对如上所述的本发明的以多种颜色代码作为音乐演奏的代码来使用，从而使边缘行进编码机器人在沿线边缘移动时，读取本发明的多种颜色代码，以演奏各种音乐的音乐演奏代码的分配方法进行说明。

图5示出了本发明的边缘行进编码机器人20，沿着线21的边缘向虚线箭头的方向移动时，通过颜色传感器10读取本发明的多种颜色代码22-1、22-2和22-3的图。此时，在图5中示出了本发明的多种颜色代码22-1、22-2和22-3，如图4的上部所示一样，分别包括一个起始颜色部分22-1白色、中间色部分22-2和基本色部分22-3，在图5中，为了便于示出，中间色部分22-2和基本色部分22-3未示出颜色，但是，实际上通过使用下面描述的方法以对应于音乐演奏代码的颜色显示。

其次，为了音乐演奏，需要音乐演奏所需的动作代码(分配到机器人动作的的代码)和音阶代码(分配到音阶的代码)，因此，首先，参照图6，对用于音乐演奏所需的动作代码的中间色和基本色组合进行说明，此时，起始颜色始终为白色。

例如，为了停止动作代码(END_SCORE)，分配了中间色为红色和基本色为蓝色的中间色和基本色的组合；对控制机器人速度为BPM_60的动作代码BPM_60，分配了中间色为蓝色和基本色为淡绿色的组合；而对控制BPM_120的动作代码BPM_120，则分配了中间色为淡绿色和基本色为蓝色的中间色和基本色的组合。

另外，如图7所示，为了移动至线的反方向后重新沿着边缘行进的同时读取乐谱代码，而执行向线的反方向旋转180度并重新沿着线的边缘移动的动作，此时，动作代码(REPEAT_MARK)则分配了中间色为粉红色和基本色为蓝色的颜色组合。

另外，作为更复杂的动作，如图8所示，为了移动到另一条线后重新行进的同时读取代码，而执行在沿着线的边缘行进时(1号机器人)，如果检测到代码，就旋转90度后向前行进，直到检测到黑色线(机器人2)，当检测到黑色线时，又向左旋转90度后沿着该线行进(机器人3)这一动作时，如图8所示，作为JUMP_RIGHT代码，分配了中间色为橙色和基本色为蓝色。

下面，参照图9和图10，对分配音阶代码的方法进行说明。

在图9中，说明了分配到各键盘的中间色和基本色的组合。

为了使其儿童用户容易理解，基本模仿彩虹颜色来对do、re、mi、fa、sol、ra、si分配相同的中间色和基本色，为了便于识别，青绿色取代绿色、湛蓝色取代蓝色、深红色取代紫色来分配(由于对图纸方面中国的要求，在图9中用黑色来示出)。

此外，八度音，为了使用低一个音组的音阶或高一个音组的音阶，需增加一个其他颜色，因此在低一个音组的音阶和高一个音组的音阶分别增加黄色和青绿色。例如，它被指定为(图1＝红色，图0＝红色+黄色，图2＝红色+青绿色)。

另外，对单调和升音符，在低音阶中添加红色而不是八度音颜色，在基本音阶中添加深红色，而在高音阶中添加草绿色。例如，它被指定为(红0_#＝橙色+红色，红1_#＝橙色+深红，红2_#＝橙色+草绿色)。

因此，适用如图10所示的分配方式，在图9中的键盘的每个键上显示根据图10分配到每个键的中间色与基本色的组合。此时，如图10的表格所示，do、re、mi、fa、sol、ra、si被指定为中间色和基本色相同的颜色。

下面，参照图11的顺序图，对如图5所示的边缘行进机器人20沿着线21的边缘行进时，通过颜色传感器10识别起始颜色部分22白色和中间色部分22-2和基本色部分22-3的各颜色的方法进行说明。

首先，颜色传感器10识别底部的颜色(S1)。

然后，辨别所识别的颜色是否为起始颜色白色(S2)。

如果仍然为白色，就意味着颜色传感器10尚未到达中间色部分22-2，因此，返回到步骤S1后，颜色传感器10继续识别底部的颜色。

现在，如果步骤S2中识别的颜色不是起始颜色白色，就意味着此时颜色传感器10已开始进入中间色部分22-2，因此识别的颜色被指定为中间色(S3)。

其次，颜色传感器10重新识别颜色(S4)，并对重新识别的颜色是否为起始颜色白色进行判断(S5)，如果不是白色，就意味着颜色传感器10仍然在中间色部分22-2或者基本色部分22-3的上部，因此返回到步骤S4，颜色传感器10继续识别颜色。

如果在步骤S5中通过判断确定为白色，就意味着通过基本色部分22-3，又已进入起始颜色或者衬垫背景颜色的白色部分，因此，就在此之前识别的颜色为相当于基本色，因此将在此之前的颜色指定为基本色(S6)。

综上所述，在本发明中，使用了当识别的颜色从一开始时的白色被识别为非白色颜色的那一瞬间(也就是进入中间色部分的一瞬间)时的颜色被指定为中间色，当重新识别的颜色从一开始时的非白色的颜色被识别为白色的那一瞬间(刚刚通过基本色部分的瞬间)之前的颜色为基本色，因此将此之前的颜色指定为基本色的方式，从而执行对应于颜色传感器10识别的中间色和基本色组合的动作(例如，根据表10的用于音乐演奏的动作或对应于音阶代码的音乐演奏)。

因此，在如图12所示的沿线的边缘连续设置用于音乐演奏的代码时，如果边缘行进编码机器人5沿着线的边缘移动，那么图11的方法就连续地执行，因此用于音乐演奏的代码连续被识别，从而使得边缘行进编码机器人20连续地演奏音乐。

当然，在实际乐谱中显示音阶(维持时段)的长度，因此，如图13所示，如果在用于特定音阶的代码后面留有对应于该维持时段的用于音乐演奏的代码的未配置区间，那么在通过该未配置区间到识别新的音阶代码的这一期间，会维持现有音阶的发声。另外，为了停止音的发声，可以配置用于静音指令(图6或图10中的Mute_Score指令)的多种颜色代码即可。

另外，为了减少音乐演奏相关线的数量，在如图12和图14一样的直线型线轨道时，优选地在线的上下(图14)或者左右(图12)双方向都配置用于音乐演奏的代码(印制或者涂色)。

另外，在图12和14所示的直线型线轨道时，为了继续循环行进以及演奏，在线的两端配置用于180度旋转的动作代码(图6的REPEAT_MARK代码)。

还有，在如图15和图16所示，使用圆形或椭圆形的线轨道时，优选地在线的外围配置本发明的多种颜色代码(印制或涂色)，此时，边缘行进编码机器人就会自动地沿着线轨道的边缘继续循环行进，并读取代码，从而重复演奏。

另外，如上所述，对本发明的优选的实施例进行了说明，但本发明并不限定于这些实施例，因此应理解为，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种修改。

例如，尽管在上面将本发明的多种颜色代码描述为用于边缘行进机器人的音乐演奏的代码，但是可以将其使用为边缘行进机器人其它动作(如，各种颜色的照明或动作)代码。

Claims (7)

1.一种沿着边缘行进的线追踪编码机器人的指令执行方法，其特征在于，

用于执行所述指令的各指令代码，以彼此相邻且连续的起始颜色部分(11)、中间色部分(12)和基本色部分(13)的顺序来构成，并配置在所述线的边缘侧；

所述起始颜色部分(11)是显示所述指令代码开始的颜色，对各指令代码使用相同的颜色；

所述中间色部分(12)和基本色部分(13)为与起始颜色部分(11)不同的颜色；

根据所述中间色部分(12)和基本色部分(13)的颜色组合来分配相应的指令；

所述编码机器人在沿着所述线的边缘行进时，通过由设置在所述编码机器人下端的颜色传感器(10)依次识别中间色部分(12)和基本色部分(13)的颜色组合，以此执行与指令代码对应的动作。

2.根据权利要求1所述的一种沿着边缘行进的线追踪编码机器人的指令执行方法，其特征在于，

对所述中间色部分(12)和基本色部分(13)的识别是，通过将开始识别与起始颜色部分(11)不同的颜色的那一瞬间的颜色，识别为中间色部分(12)的颜色，将重新开始识别与起始颜色部分(11)相同的颜色的那一瞬间之前的颜色为基本色部分(13)的识别方法执行。

3.根据权利要求1所述的一种沿着边缘行进的线追踪编码机器人的指令执行方法，其特征在于，

所述起始颜色部分(11)为白色。

4.根据权利要求1所述的一种沿着边缘行进的线追踪编码机器人的指令执行方法，其特征在于，

所述线为直线。

5.根据权利要求1所述的一种沿着边缘行进的线追踪编码机器人的指令执行方法，其特征在于，

所述线为圆形线。

6.根据权利要求1所述的一种沿着边缘行进的线追踪编码机器人的指令执行方法，其特征在于，

所述线为椭圆形线。

7.根据权利要求1所述的一种沿着边缘行进的线追踪编码机器人的指令执行方法，其特征在于，

所述指令代码为用于音乐演奏的指令代码，所述操作为音乐演奏。