本發(fā)明涉及一種玩具搜集機器人，具體是一種多模式智能玩具搜集機器人。

背景技術：

隨著工業(yè)自動化迅速普及，機器人代替人工已成為成千上萬公司發(fā)展的焦點。目前，工業(yè)搬運機器人以及家庭服務機器人情況如下。

工業(yè)機器人方面，主要應用搬運機器人來代替人工搬運，該類搬運機器人通過安裝不同的末端執(zhí)行器，完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運工作，要求強電狀態(tài)運行，控制器件大，處理速度快，操作人員均需要安全培訓，無法進行語音遙控，有些加入高端圖像處理算法識別工作對象。但是此類機器人只適用于工業(yè)，成本高體積大，工作在強電下，圖像識別算法對控制器內存以及處理速度要求非常高，從而使得部件增多、體積增大，且能耗高、原材料消耗多、控制、使用不便，環(huán)境污染嚴重，不適用與家庭日常小型用品搬運。

服務機器人方面，家庭服務類機器人是能夠代替人完成家庭服務工作的機器人，市場已有如掃地機器人、空氣凈化機器人等，均可代替用戶完成家庭日常相應的工作，掃地機器人可掃地，空氣凈化機器人可完成空氣凈化。但是功能單一，服務種類較少，精度低能耗高，代替人力較小，不可供家庭日常娛樂。但該領域存在著工業(yè)成本高，安全性低，內部圖像處理算法復雜昂貴與用戶市場成本低，安全性高、娛樂以及貢獻大等矛盾。

為了解決以上問題急需一款能將工業(yè)功能與家庭服務有機結合的產品。多模式智能玩具搜集機器人，屬于家庭服務類機器人，具有與工業(yè)搬運機器人相類似的物體識別搬運功能，且兼容多模式智能控制，是融合現(xiàn)有技術設計出的一款家庭服務機器人，既能像工業(yè)機器人一樣能搬運東西服務用戶，又可進入家庭融入家庭。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述服務機器人功能單一，服務種類少的問題，目的在于提供一種多模式智能玩具搜集機器人。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機器人，包括一種多模式智能玩具搜集機器人，其特征在于，包括：智能車裝置，具有：智能車裝置，具有四輪車、至少一個電機、電機驅動模塊以及舵機；

四輪車，其上固定有若干紅外傳感器；至少一個電機，位于四輪車的后輪內側，其上設置有小型編碼器，用于驅動四輪車運動的速度和前后運動反向；電機驅動模塊，設置在電機上，與電機連接，用于驅動電機；舵機，位于四輪車的兩個前輪之間，與兩個前輪連接，用于控制四輪車運動的左右方向，

機械臂，搭載在智能車裝置上，包含機械爪、攝像頭以及機械臂控制器，用于抓取玩具；以及

控制系統(tǒng)，設置在智能車裝置上，和智能車裝置及機械臂分別連接，用于控制智能車及機械臂的運動，包括：顯示屏，用于輸入和顯示系統(tǒng)運行參數；電源，用于供電；語音裝置，包括語音接收單元和語音輸出單元；主控制器，包括系統(tǒng)板與主板，其中，主板包括：紅外感應接口、攝像頭接口、編碼器接口、電源接口、電機接口、顯示屏接口以及語音接口，且主板上還設置有語音識別模塊、語音播放模塊以及編碼器測速模塊、機械臂控制器模塊、圖像處理模塊以及藍牙通信模塊，

紅外感應接口與紅外感應器連接的，攝像頭接口與攝像頭連接，編碼器接口與小型編碼器連接，電源接口與電源，電機接口與電機和舵機分別連接，顯示屏接口與顯示屏連接，語音接口與語音裝置連接，

語音識別模塊和語音播放模塊用于控制語音裝置的工作，編碼器測速模塊用于控制小型編碼器工作，機械臂控制器模塊用于控制機械臂工作，圖像處理模塊用于控制紅外感應器及攝像頭工作，藍牙通信模塊用于接收控制指令。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機器人，還可以具有這樣的特征：其中，紅外傳感器為八個，其中四個固定在四輪車上部，另外四個固定在四輪車下部。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機器人，還可以具有這樣的特征：其中，攝像頭為可錄入物體狀態(tài)的攝像頭。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機器人，還可以具有這樣的特征：其中，電機的個數為兩臺，分別位于四輪車的兩個后輪的內側。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機器人，還可以具有這樣的特征：其中，機械臂為至少兩個自由度的機械臂，其中一個自由度設置在機械爪上，用于控制機械爪的抓取和放置動作，其余的至少一個自由度用于控制機械臂的上下左右及伸縮運動。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機器人，還可以具有這樣的特征：其中，攝像頭固定在機械臂的自由度上，可隨自由度轉動。

本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機器人，還可以具有這樣的特征：其中，主控制器還可以為嵌入式單片機。

發(fā)明的作用與效果

根據本發(fā)明所涉及的多模式智能玩具搜集機器人，由于采用了嵌入式微處理器，集成了多個功能模塊以及提供了一種新型的圖像處理算法，因此具有以下優(yōu)點：

首先，多模式智能玩具搜集機器人解決了家庭物體搬運抓取問題，普通弱電即可工作。主控制器采用應用廣泛的嵌入式微處理器，該處理器體積小，低功耗，益于控制和集成，發(fā)明產品中主控制器連接各個功能模塊，可實現(xiàn)模塊功能。本發(fā)明實現(xiàn)家庭兒童玩具的搜集和整理的同時，其自身也應作為玩具進行人機交互，供家庭娛樂使用，是工業(yè)自動或遙控搬運與家庭服務娛樂結合的產物。

其次，本發(fā)明提供一種新型圖像處理算法，適用于低功耗常用的微處理器，計算量相對與一般圖像識別計算量小，解決工業(yè)或其他技術領域圖像處理繁瑣且對控制器要求較高的問題。應用小型常用攝像頭采集圖像，該算法可識別出是玩具還是障礙物，進而傳送信息給控制器進行相關處理，解決家庭服務機器人識別物體的困難，為以后機器人進入家庭服務男女老少奠定基礎。

第三，本發(fā)明成本低、可靠性和安全性高、服務種類多還具有一定的娛樂性，市場前景曠闊，以后將逐步發(fā)展成為完整的家庭服務機器人，可走進千家萬戶搜集抓取以玩具為代表的任何物體。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的多模式智能玩具搜集機器人的結構圖示意圖；

圖2是本發(fā)明的多模式智能玩具搜集機器人的工作原理框圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結合附圖對本發(fā)明提供的多模式智能玩具搜集機器人的組成、工作原理以及有益效果作具體闡述。

圖1是本發(fā)明的多模式智能玩具搜集機器人的結構圖示意圖。

如圖1所示，本實施例中的模式智能玩具搜集機器人包括：智能車裝置，機械臂2及控制系統(tǒng)4。

智能車包括：四輪車1，兩個電機、舵機以及電機驅動模塊，

四輪車1其上固定有八個紅外傳感器；

四個紅外傳感器固定在四輪車上部，另外四個紅外傳感器固定在四輪車下部；

兩個電機，分別位于四輪車的兩個后輪的內側，其上設置有小型編碼器，用于驅動四輪車運動的速度和前后運動反向；

電機驅動模塊，設置在電機上，與電機連接，用于驅動電機；

舵機，位于四輪車的兩個前輪之間，與兩個前輪連接，用于控制四輪車運動的左右方向。

機械臂2，搭載在智能車裝置上，包含機械爪3、攝像頭以及機械臂控制器，機械臂2為四個自由度的機械臂，其中一個自由度10設置在機械爪3上，用于控制機械爪3的抓取和放置動作，其余的自由度7、自由度8，自由度9控制機械臂2的左右、上下及伸縮運動，攝像頭固定在自由度7上。

控制系統(tǒng)4，設置在智能車裝置上，和智能車裝置及機械臂分別連接，用于控制智能車及機械臂的運動，包括：顯示屏，用于輸入和顯示系統(tǒng)運行參數；電源，用于供電；語音裝置，包括語音接收單元和語音輸出單元；主控制器，包括系統(tǒng)板與主板，主板通過紅外感應接口與外感應器連接，通過攝像頭接口與攝像頭連接，通過編碼器接口與小型編碼器連接，通過電源接口與電源，通過電機接口與電機，舵機分別連接，通過顯示屏接口與顯示屏連接，通過語音接口與語音裝置連接，主板上還設置有語音識別模塊和語音播放模塊用于控制語音裝置工作，編碼器測速模塊用于控制小型編碼器工作，機械臂控制器模塊用于控制機械臂工作，圖像處理模塊用于控制紅外感應器及攝像頭工作，藍牙通信模塊用于接收控制指令；系統(tǒng)板為k60。

主板上的圖像處理模塊包括一種圖像處理算法，將攝像頭獲得的圖像二值化后數據分析，再通過相應邏輯運算提取元素特征值，加以對比分析，適用于小型一般常用的微控制器。

本實施例還包含一個客戶端，安裝在手機上，通過藍牙信號與主板通信連接，用于控制多模式智能玩具搜集機器人運動。

圖2是本發(fā)明的多模式智能玩具搜集機器人的工作原理框圖。

如圖2所示嗎，攝像頭采集玩具形狀信息，傳輸給控制器完成相關操作；紅外傳感器輔助攝像頭檢測，檢測玩具的高度和距離；液晶顯示屏模塊用于顯示系統(tǒng)運行參數和輸入指令；語音識別模塊，語音遙控，識別用戶輸入的語音口令，完成相應的控制動作；語音播放模塊，播報客戶遙控指令，完成人機交互；無線藍牙模塊和手機，手機遙控，識別用戶通過手機發(fā)送的遙控指令；舵機，完成機器人方向控制；電機驅動模塊、雙路電機和編碼器，完成機器人的速度控制；電源，采用可充電鋰電池供電。

以下對使用本實施例提供的多模式智能玩具搜集機器人運行過程和原理做詳細說明。

機器人自動運行搜集模式時，為實現(xiàn)機器人隨機行進搜集運輸玩具的功能，機器人其他部件正常工作同時，主要采用攝像頭和多路紅外傳感器檢測物體識別玩具還是障礙物，攝像頭和紅外連接主控制器，所使用的k60系統(tǒng)板與主板作為主控制器，它支持具有攝像頭接口、編碼器接口、電源與電機接口、顯示屏接口、藍牙接口等其他元器件均與它連接。攝像頭采集當前環(huán)境圖像信息傳送給控制器，紅外檢測玩具距離，通過兩部件結合識別玩具進行抓取，如果是障礙物則進行避障處理。

關于用戶語音遙控機器人搜集玩具功能的技術方案詳解。用戶語音遙控主要通過語音識別解析模塊和語音合成模塊連接主控制器實現(xiàn)，兩個模塊連接主控制板上的相應串口，其中語音解析模塊連接主控制器的一個rxd端，把接收到的語音通過此口給主控制器，主控制器判斷語音信號后，發(fā)送相應信息給合成播放模塊完成播放。

關于用戶通過手機app遙控機器人搜集玩具功能的技術方案詳解。手機與機器人通信主要以藍牙作為橋梁實現(xiàn)，藍牙安裝在機器人上，與控制器固定串口相連，另外還可通過手機app連接，通過收發(fā)手機的數據來給控制器，從而實現(xiàn)手機遙控功能。此部分為實現(xiàn)用戶手機遙控功能，手機界面設置有對相關按鍵對機械臂和智能車體對應動態(tài)控制，如機械臂抓取對應抓取指令，車體后退對應后退指令等。

系統(tǒng)應用輔助器件來增加機器人功能多樣性及可視性。采用小型顯示屏與主控制器相連，顯示用戶應用時需要觀測的信息；采用兩個小型編碼器位于電機上端，接口與主控制器連接，實現(xiàn)機器人速度控制。

系統(tǒng)軟件設計方案，根據所需功能，系統(tǒng)通過串口1資源，和藍牙模塊建立聯(lián)系，完成手機app的遙控功能；系統(tǒng)通過串口2資源，完成與機械臂控制板的通信任務，從而實現(xiàn)機械臂的控制；系統(tǒng)通過串口3資源，實現(xiàn)語音播報模塊的語音合成播報任務，同時，也通過串口3資源，完成語音識別結果的數據接收；系統(tǒng)通過自帶的定時器，產生五路pwm，其中四路pwm用來實現(xiàn)速度控制。系統(tǒng)通過dma資源，對攝像頭采集的數據進行接收處理，通過圖像處理算法，實現(xiàn)物體的識別。通過對單片機編寫程序完成相應的控制，系統(tǒng)會按照軟件流程圖運行。

另外，圖像識別中，圖像處理算法原創(chuàng)，適合小型控制器處理速度，主要是通過攝像頭進行的硬件二值化，然后對圖像進行分割，得到有效物體的像素點。

實施例的作用與效果

根據本發(fā)明所涉及的多模式智能玩具搜集機器人，屬于家庭服務類機器人，具有與工業(yè)搬運機器人相類似的物體識別搬運功能，且兼容多模式智能控制，目前，工業(yè)搬運機器人以及家庭服務機器人情況如下。

工業(yè)機器人方面，主要應用搬運機器人來代替人工搬運，該類搬運機器人通過安裝不同的末端執(zhí)行器，完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運工作，要求強電狀態(tài)運行，控制器件大，處理速度快，操作人員均需要安全培訓，無法進行語音遙控，有些加入高端圖像處理算法識別工作對象。但是此類機器人只適用于工業(yè)，成本高體積大，工作在強電下，圖像識別算法對控制器內存以及處理速度要求非常高，從而使得部件增多、體積增大，且能耗高、原材料消耗多、控制、使用不便，環(huán)境污染嚴重，不適用與家庭日常小型用品搬運。

服務機器人方面，家庭服務類機器人是能夠代替人完成家庭服務工作的機器人，市場已有如掃地機器人、空氣凈化機器人等，均可代替用戶完成家庭日常相應的工作，掃地機器人可掃地，空氣凈化機器人可完成空氣凈化。但是功能單一，服務種類較少，精度低能耗高，代替人力較小，不可供家庭日常娛樂。但該領域存在著工業(yè)成本高，安全性低，內部圖像處理算法復雜昂貴與用戶市場成本低，安全性高、娛樂以及貢獻大等矛盾。

為了解決以上問題急需一款能將工業(yè)功能與家庭服務有機結合的產品。融合現(xiàn)有技術設計出一款家庭服務機器人，既能像工業(yè)機器人一樣能搬運東西服務用戶，又可進入家庭融入家庭。

進一步的，本發(fā)明圖像分析算法原創(chuàng)，并兼容多模式控制、多模式人機交互、多模式智能識別，集攝像頭自動識別、語音以及移動終端遙控搜集功能為一體，軟硬件結合，既可搜集玩具，又可作為遙控玩具，在玩耍的同時幫助兒童養(yǎng)成整理玩具的好習慣。用途廣泛，服務對象多種多樣，對于服務型機器人走進家庭具有重要意義。

上述實施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護范圍。