智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球的製作方法
2023-07-03 09:19:21 2
專利名稱：智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球。
背景技術：
目前推行的中小學智慧機器人足球競賽，是一項很好的競技活動，但由於現有用於智慧機器人足球競賽的紅外線發光球只限於產生一定強度的紅外線，與天然存在的紅外線沒有區別，因此要使智慧機器人辨別出紅外線發光球，就只能儘量提高紅外線發光球的發光強度，或者儘量限制紅外線發光球以外的環境紅外線光源的強度。由於紅外線發光球的發光強度是有限的，因此目前採取遮光措施，並禁止使用帶紅外線側距功能的攝像器材，以避免環境紅外線的幹擾。由於採取了嚴密的遮光措施，因此比賽的可見度極差，比賽場地通常是既狹小又通風不良，比賽現場只能留下少數參賽選手和裁判，不利於比賽的觀賞，也不利於該項活動的推廣；比賽時禁止使用帶紅外線側距功能的攝像器材進行拍攝，這對比賽情況的傳播和該項活動的推廣也有不利影響。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，這種紅外線發光球產生的紅外線不同於天然存在的紅外線，使智慧機器人足球競賽不受環境光的幹擾。採用的技術方案如下一種智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，包括球形殼體以及設於球形殼體內的紅外發光器和電源，其特徵是所述球形殼體內還設有編碼發生器和驅動電路，編碼發生器與電源連接，編碼發生器的信號輸出端與驅動電路的輸入端連接，驅動電路的輸出端與紅外發光器的一極連接，紅外發光器的另一極與電源相應的極連接。
當驅動電路的輸出端與紅外發光器的正極連接時，紅外發光器的負極與電源負極連接；當驅動電路的輸出端與紅外發光器的負極連接時，紅外發光器的正極與電源正極連接。
所述球形殼體可採用透明塑料製成。
所述編碼發生器可採用能夠產生數字編碼信號的晶片，在市場上可購買到，如PT2262(臺灣普誠科技生產)、MC145026(摩託羅拉公司生產)、SD8262(深圳市斯達微電子有限公司生產)、HC6010(臺灣盛群半導體生產)等。
所述紅外發光器可以是一個紅外發光二極體，為保證紅外發光二極體的均流，可串聯一個均流電阻。
為了克服紅外發光二極體元件特性的離散性，保證紅外發光二極體的均流，利用二極體元件特徵離散性的隨機分布特點，所述紅外發光器由二個或二個以上的紅外發光二極體串聯組成，即可不加均流電阻也可保證各紅外發光二極體的均流，電能利用率高。
優選所述紅外發光器由二個或二個以上的支路並聯組成，每個支路由一個紅外發光二極體和一個均流電阻串聯組成或者由二個或二個以上的紅外發光二極體串聯組成，並聯的各支路的紅外發光二極體個數相同，形成一個紅外發光二極體陣列。這樣提高了紅外線發光球的可靠性，在部分支路損壞的情況下紅外線發光球仍能發射紅外線。每個支路串聯的紅外發光二極體數量依電壓高低而定。各紅外發光二極體設於球形殼體中的不同位置，使紅外線發光球不同的空間方向上得到基本一致的紅外線發光強度，從而使機器人在紅外線發光球不同的空間方向上均可探測到紅外發光器發出的信號。
採用的紅外發光二極體發出的紅外線是單一頻譜的，其可利用率高，因此可在耗電較低的條件下，使紅外線發光球具有較高的可感知度。
為了使參賽人員及時了解各支路的紅外發光二極體的工作狀態(包括只有一個支路和有多個支路兩種情況)，所述紅外發光器的每個支路上設置有一可見光二極體，該可見光二極體可與各紅外發光二極體串聯，也可與部分紅外發光二極體並聯。在可見光二極體與各紅外發光二極體串聯的情況下，當支路正常工作時可見光二極體發光，當有紅外發光二極體損壞時可見光二極體不發光。在可見光二極體與部分紅外發光二極體並聯的情況下，當所有紅外發光二極體都正常工作時可見光二極體發光；當與可見光二極體並聯的紅外發光二極體損壞時，如果與可見光二極體串聯的紅外發光二極體沒有損壞，則與可見光二極體串聯的紅外發光二極體仍可工作，可見光二極體仍能發光；當與可見光二極體串聯的紅外發光二極體損壞時，可見光二極體不發光。在可見光二極體與部分紅外發光二極體並聯的情況下，可見光二極體可採用雙色二極體，當所有紅外發光二極體都正常工作時可見光二極體發光；當與可見光二極體並聯的紅外發光二極體損壞時，如果與可見光二極體串聯的紅外發光二極體沒有損壞，則可見光二極體仍能發光，但光的顏色改變；當與可見光二極體串聯的紅外發光二極體損壞時，可見光二極體不發光。該可見光二極體可與一限流電阻串聯，然後與二個串聯的紅外發光二極體並聯。可以把可見光二極體的亮度控制到適宜的水平上，儘量降低其對眼睛的刺激，以避免眼睛疲勞，保護視力。
所述驅動電路可採用下述結構，它包括一個NPN型三極體，該三極體的基極(即驅動電路的輸入端)連接編碼發生器的信號輸出端，集電極連接電源正極，發射極(即驅動電路的輸出端)連接紅外發光器的正極，紅外發光器的負極連接電源負極。驅動電路的作用是，在一定變化範圍內的電源供給電壓的情況下，為紅外發光器提供足夠高的脈衝電壓，從而使紅外發光器發出足夠強的紅外線。作為優選方案，所述編碼發生器的信號輸出端與三極體的基極之間設有一電阻，所述三極體的基極和電源負極之間設有一穩壓二極體，穩壓二極體的正極連接電源負極，穩壓二極體的負極連接三極體的基極。電阻和穩壓二極體對編碼發生器的信號輸出端輸出的驅動脈衝進行削波，保證對於一定變化範圍內的電源供給電壓，為NPN型三極體提供穩定的驅動脈衝。
所述驅動電路也可以採用下述結構，它包括一個PNP型三極體，編碼發生器的信號輸出端通過反相器連接三極體的基極，三極體的集電極連接電源負極，發射極連接紅外發光器的負極，紅外發光器的正極連接電源正極。作為優選方案，編碼發生器的信號輸出端與反相器之間設有由一電阻和一穩壓二極體組成的削波電路，其中電阻一端連接編碼發生器的信號輸出端、另一端連接反相器的輸入端，穩壓二極體的負極連接反相器的輸入端、正極連接電源負極。
所述驅動電路也可以採用場效應管。
上述的編碼發生器、驅動電路、紅外發光器和電源可安裝在一支承板上，支承板與球形殼體固定連接。
電源可用高容量的鋰電池，它帶有充放電和溫度自動保護，不會出現過充或過放狀態，保證了紅外線發光球的使用壽命；配套的充電器能夠自動檢測充電情況，使充電快速、安全。
編碼發生器產生的編碼信息通過其信號輸出端，並通過驅動電路，再輸送給紅外發光器，使紅外發光器發射的紅外線帶有編碼信息，從而與天然存在的紅外線區別開。在機器人上設置帶相應的解碼功能的傳感器，即可使機器人能夠接收紅外線發光球發出的紅外線，進行通信，不受天然存在的紅外線、其他沒有編碼的紅外線以及編碼不同的紅外線的幹擾，準確得到發光球的信息。另外，本紅外線發光球發出的紅外線也可以被與現有競賽規則兼容的各類機器人紅外線傳感器接收。
本實用新型由於能夠發射帶有編碼信息的紅外線，這種紅外線不同於天然存在的紅外線，也區別於其他沒有編碼的紅外線以及編碼不同的紅外線，使智慧機器人足球競賽不受環境光的幹擾，因此競賽可以在明亮寬敞的場地進行，也可以用攝像器材進行拍攝，有利於提高競賽的觀賞性，也有利於此項活動的推廣。本實用新型耗電較低，而採用高容量的電池作為電源，因此延長了每個充電周期的有效工作時間，比賽中不需經常換球。本實用新型與設置有帶解碼功能的傳感器機器人結合，可以為競賽水平的提高提供良好的基礎，增強競賽的可觀賞性。
圖1是本實用新型優選實施例1的結構示意圖(剖視圖)；圖2是本實用新型優選實施例1的電路原理方框圖；圖3是本實用新型優選實施例1的電路原理圖；圖4是本實用新型優選實施例2的電路原理圖；圖5是本實用新型優選實施例3的電路原理圖。
具體實施方式
實施例1如圖1所示，這種智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球包括球形殼體1，球形殼體1內設有電源2、編碼發生器3、驅動電路4和紅外發光器5。球形殼體1採用透明塑料製成。編碼發生器3、驅動電路4、紅外發光器5和電源2安裝在一支承板6上，支承板6與球形殼體1固定連接。
如圖2所示，編碼發生器3的信號輸出端與驅動電路4的輸入端連接，驅動電路4的輸出端與紅外發光器5的一極連接，紅外發光器5的另一極與電源2相應的極連接，電源正極Vcc、電源負極Vdd。
如圖3所示，編碼發生器3採用晶片MC145026(摩託羅拉公司生產)，編碼發生器3與電源連接。R1、C1、R2組成的RC網絡產生編碼發生器3內部的主振；編碼發生器3根據其相應引腳設置的電平高低分別產生相應的0、1編碼序列。編碼發生器3通過驅動電路4控制紅外發光器5，使之發出帶有相應編碼信息的紅外線。
驅動電路4包括一個NPN型三極體10，該三極體10的基極(即驅動電路的輸入端)連接編碼發生器3的信號輸出端，集電極連接電源正極，發射極(即驅動電路的輸出端)連接紅外發光器5的正極，紅外發光器5的負極連接電源負極。編碼發生器3的信號輸出端與三極體10的基極之間設有一電阻R3，三極體10的基極和電源負極之間設有一穩壓二極體Dz，穩壓二極體Dz的正極連接電源負極，穩壓二極體Dz的負極連接三極體的基極。電阻R3和穩壓二極體Dz對編碼發生器3的信號輸出端輸出的驅動脈衝進行削波，為NPN型三極體6提供穩定的驅動脈衝。
紅外發光器5由四個支路並聯組成，並聯的各支路均由五個紅外發光二極體串聯組成(分別為D1～D5、D6～D10、D11～D15、D16～D20)，形成一個紅外發光二極體陣列。各紅外發光二極體設於球形殼體1中的不同位置，使紅外線發光球不同的空間方向上得到基本一致的紅外線發光強度。採用的紅外發光二極體發出的紅外線是單一頻譜的。
紅外發光器5的每個支路上設置有一可見光二極體(分別為D21、D22、D23、D24)，該可見光二極體與一限流電阻串聯(分別為R4、R5、R6、R7)，然後與二個串聯的紅外發光二極體並聯。可見光二極體採用雙色二極體，在一支路上，當所有紅外發光二極體都正常工作時可見光二極體發光；當與可見光二極體並聯的紅外發光二極體損壞時，如果與可見光二極體串聯的紅外發光二極體沒有損壞，則可見光二極體仍能發光，但光的顏色改變；當與可見光二極體串聯的紅外發光二極體損壞時，可見光二極體不發光。
電源2採用高容量的鋰電池；配套的充電器能夠自動檢測充電情況，使充電快速、安全。
編碼發生器3產生的編碼信息通過其信號輸出端，並通過驅動電路4，再輸送給紅外發光器5，使紅外發光器5發射的紅外線帶有編碼信息，從而與天然存在的紅外線區別開。在機器人上設置帶相應的解碼功能的傳感器，即可使機器人能夠接收紅外線發光球發出的紅外線，進行通信，不受天然存在的紅外線、其他沒有編碼的紅外線以及編碼不同的紅外線的幹擾，準確得到發光球的信息。另外，本紅外線發光球發出的紅外線也可以被與現有競賽規則兼容的各類機器人紅外線傳感器接收。
實施例2
如圖4所示，本智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球的編碼發生器3採用晶片HC6010。編碼發生器3根據其相應引腳設置的電平高低分別產生相應的0、1編碼序列。編碼發生器3通過驅動電路4控制紅外發光器5，使之發出帶有相應編碼信息的紅外線。
驅動電路4包括一個PNP型三極體7，編碼發生器3的信號輸出端通過反相器8連接三極體7的基極，三極體7的集電極連接電源負極，發射極連接紅外發光器5的負極，紅外發光器5的正極連接電源正極。編碼發生器3的信號輸出端與反相器8之間設有由電阻R3和穩壓二極體Dz組成的削波電路，其中電阻R3一端連接編碼發生器3的信號輸出端、另一端連接反相器8的輸入端，穩壓二極體Dz的負極連接反相器8的輸入端、正極連接電源負極。
本紅外線發光球的其它結構與實施例1相同。
實施例3如圖5所示，本智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球的編碼發生器3採用晶片SD8262。編碼發生器3根據其相應引腳設置的電平高低分別產生相應的0、1編碼序列。編碼發生器3通過驅動電路4控制紅外發光器5，使之發出帶有相應編碼信息的紅外線。
驅動電路4包括一個N溝道D型MOS場效應管9，該場效應管9的柵極G連接編碼發生器3的信號輸出端，源極S和襯底引線U均連接電源負極，漏極D連接紅外發光器5的負極，紅外發光器5的正極連接電源正極。編碼發生器3的信號輸出端與柵極G之間連接電阻Rb(用於限流)，柵極G與電源負極之間連接電阻Rc(用於抗幹擾)。
紅外發光器5由四個支路並聯組成，並聯的各支路均由六個紅外發光二極體串聯組成(與實施例1相比，四個支路中分別多串聯紅外發光二極體D25、D26、D27、D28)，形成一個紅外發光二極體陣列。各紅外發光二極體設於球形殼體中的不同位置，使紅外線發光球不同的空間方向上得到基本一致的紅外線發光強度。採用的紅外發光二極體發出的紅外線是單一頻譜的。
本紅外線發光球的其它結構與實施例1相同。
以上通過三個實施例對本實用新型作了詳細的描述，但本實用新型可採用的實施方式不止這些，其中的編碼發生器還可採用其它晶片，驅動電路還可採用其它結構，紅外發光器可在技術方案描述的範圍內進行適當的改變，上述的編碼發生器、驅動電路和紅外發光器可靈活進行配合。
權利要求1.一種智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，包括球形殼體以及設於球形殼體內的紅外發光器和電源，其特徵是所述球形殼體內還設有編碼發生器和驅動電路，編碼發生器與電源連接，編碼發生器的信號輸出端與驅動電路的輸入端連接，驅動電路的輸出端與紅外發光器的一極連接，紅外發光器的另一極與電源相應的極連接。
2.根據權利要求1所述的智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，其特徵是所述紅外發光器是一個紅外發光二極體，與一個均流電阻串聯。
3.根據權利要求1所述的智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，其特徵是所述紅外發光器由二個或二個以上的紅外發光二極體串聯組成。
4.根據權利要求1所述的智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，其特徵是所述紅外發光器由二個或二個以上的支路並聯組成，每個支路由一個紅外發光二極體和一個均流電阻串聯組成或者由二個或二個以上的紅外發光二極體串聯組成，並聯的各支路的紅外發光二極體個數相同。
5.根據權利要求4所述的智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，其特徵是所述紅外發光器的每個支路上設置有一可見光二極體，該可見光二極體與各紅外發光二極體串聯，或者與部分紅外發光二極體並聯。
6.根據權利要求1～5任一項所述的智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，其特徵是所述驅動電路包括一個NPN型三極體，該三極體的基極連接編碼發生器的信號輸出端，集電極連接電源正極，發射極連接紅外發光器的正極，紅外發光器的負極連接電源負極。
7.根據權利要求6所述的智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，其特徵是所述編碼發生器的信號輸出端與三極體的基極之間設有一電阻，所述三極體的基極和電源負極之間設有一穩壓二極體，穩壓二極體的正極連接電源負極，穩壓二極體的負極連接三極體的基極。
8.根據權利要求1～5任一項所述的智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，其特徵是所述驅動電路包括一個PNP型三極體，編碼發生器的信號輸出端通過反相器連接三極體的基極，三極體的集電極連接電源負極，發射極連接紅外發光器的負極，紅外發光器的正極連接電源正極。
9.根據權利要求1～5任一項所述的智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，其特徵是所述驅動電路包括一個場效應管。
10.根據權利要求1～5任一項所述的智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，其特徵是所述編碼發生器、驅動電路、紅外發光器和電源安裝在一支承板上，支承板與球形殼體固定連接。
專利摘要一種智慧機器人帶編碼的紅外線足球專用發光球，包括球形殼體以及設於球形殼體內的紅外發光器和電源，其特徵是所述球形殼體內還設有編碼發生器和驅動電路，編碼發生器與電源連接，編碼發生器的信號輸出端與驅動電路的輸入端連接，驅動電路的輸出端與紅外發光器的一極連接，紅外發光器的另一極與電源相應的極連接。本實用新型由於能夠發射帶有編碼信息的紅外線，使智慧機器人足球競賽不受環境光的幹擾，因此競賽可以在明亮寬敞的場地進行，也可以用攝像器材進行拍攝，有利於提高競賽的觀賞性，也有利於此項活動的推廣。本實用新型與設置有帶解碼功能的傳感器機器人結合，可以為競賽水平的提高提供良好的基礎，增強競賽的可觀賞性。
文檔編號A63B43/06GK2865786SQ200620055008
公開日2007年2月7日 申請日期2006年2月17日 優先權日2006年2月17日
發明者蔡希人 申請人:汕頭市快暢計算機有限公司