一種具有初級智能行為的沃特龜的製作方法

2023-05-28 16:59:56

專利名稱：一種具有初級智能行為的沃特龜的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有初級智能行為的沃特龜，屬於機器人領域。
背景技術：
機器人領域一直是人們關注和研究的熱點，尤其在仿生機器人方面。早在19世紀40年代，英國神經生理學家William Grey Walter就認為簡單的機器能表達複雜的生命行為，並且根據這一思想，他相繼製造了兩個機器生命Elmer和Elsie，因為它們形態笨拙，行動緩慢，還有甲殼，讓人聯想到龜，人們將其稱為Walter龜。作為機器生命，Elmer和Elsie首先是一種機器，具有機器的機電結構，然而，它們又不是普通的機器，而是具有生命的機器，具有類似生物的機體和器官。
而目前，仿生機器人主要體現在結構和外形上與自然生命有相似之處，具有自然生命的外部形態，能夠模仿自然生命的行走特徵。經文獻檢索發現，李嘉奇的實用新型專利——機器龜(專利號200420058346.9)和上海交通大學孫安、吳斌、高雪官的發明專利——水陸兩棲仿生機器龜(專利號200310108109.9)，都只是一種機械仿生體，它們只能在特定的環境中做固定的動作，當外部環境有所改變時，不能依據環境而做出相應的改變。嚴格來說，它們只是一種能夠行走的自動機器，而不具備自然生命的特性，不能表現自然生命的行為。所以，缺乏智能的行為，正是當前仿生機器人領域存在的一個缺陷。

發明內容
受William Grey Walter關於機器生命的思想和它所製造出的兩個機器生命的啟發，為了克服現有的仿生機器人不具有自然生命特性和行為的不足，本發明提供了一種具有初級智能行為的沃特龜，通過電系統和計算機來模擬自然生命的生活習性和生態特性，使其具有初級的智能行為。自然界的動物大多喜歡在陰暗、潮溼的地方生活，它們通常會避開光亮的地方，向著光線弱的地方爬行，龜也具有這種習性，也就是所謂的「負趨光性」，本發明所要實現的是使沃特龜具有負趨光性，同時具有避障的功能。
本發明採用了如下技術方案本裝置主要包括由兩個驅動足2、一個轉向足1，兩個驅動足2分別與兩個電機相連並位於殼體的兩側，轉向足1位於殼體的前方中央。此外，還包括有四個紅外傳感器5、兩個光敏電阻3和主控制器，紅外傳感器5分別位於殼體的前、後、左、右，每個紅外傳感器5由兩個LED組成，一個是紅外發射，一個是紅外接收。兩個光敏電阻3分別位於殼體前部左右兩側。四個紅外傳感器5、兩個光敏電阻3分別與主控制器連接，四個紅外傳感器5用於檢測障礙物，光敏電阻3用於檢測光強，主控制器根據紅外傳感器5、光敏電阻3輸入的信號控制電機，進而控制驅動足2。
本發明的工作過程打開電源開關，沃特龜將開進入工作狀態，此時沃特龜的左、右輪同時正轉，沿直線向前行走。行進過程中，左、右兩側的光敏電阻3開始感知沃特龜前方的光強，分別以數位訊號值的形式傳給主控制器，然後主控制器將兩個值進行比較，如果左側光強值大於右側光強值，左輪正轉，右輪反轉，轉向輪向右轉動，驅使沃特龜向右側前進；反之，左輪反轉，右輪正轉，轉向輪向左轉動，驅使沃特龜向左側前進，以實現沃特龜的負趨光性。沃特龜在行進過程中，四個紅外傳感器5同時感知四周的障礙物信息，當沃特龜前部的紅外傳感器5感知到障礙物時，準備轉彎，此時光敏電阻3首先比較左、右兩側的光強，以使沃特龜向著光線較弱的一側轉彎，如果兩側光強一樣，則左、右兩側的紅外傳感器5比較兩側障礙物的距離信息，並向著與障礙物距離遠的一側轉彎。
本發明的有益效果，給常規的自動機器賦予生命的特性和行為，使它們具有智能的特性，表現智能的行為，可用於人工智慧開發學習的載體，也可作為一種新型的智能玩具。


圖1本發明的整體系統結構2本發明的主控制器電路原理3本發明的電源變換電路圖4本發明發聲電路的原理5本發明聲控電路的原理6本發明外部結構的主視7本發明外部結構的俯視8本發明外部結構的左視中1、轉向足，2、驅動足，3、光敏電阻，4、發光二極體，5、紅外傳感器，6、電源開關，7、麥克風，8、喇叭，9、下載埠。
具體實施例方式
下面結合圖1～圖8說明本發明的實施例。
本實施例由殼體和主控制器組成，殼體的前部有一對檢測光線的光敏電阻3，殼體的前、後、左、右分別設置有一個紅外傳感器5。底座有對稱連接在左右兩側的兩個驅動足2，帶動沃特龜的前進，前面中央還安裝有一個轉向足1，控制沃特龜的轉向。主控制器主要由單片機ATMEGA16L及其外圍電路組成，四個紅外傳感器5分別與單片機ATMEGA16L的PA2、PC2、PA7、PC7引腳相連，兩個光敏電阻3分別與單片機ATMEGA16L PA1和PC1引腳相連。
此外，單片機ATMEGA16L還連接有麥克風7、兩個發光二極體4、喇叭8，麥克風7麥克的信號線與單片機ATMEGA16L的PB2引腳相連，用來實現聲控的功能，喇叭8的信號線與單片機ATMEGA16L的PC0引腳相連。
發光二極體4分別位於殼體前部的左右兩側，光敏電阻3和紅外傳感器5獲得一個外部環境信息，轉化為一個信號值傳遞給單片機ATMEGA16L，單片機ATMEGA16L將獲得的信號值進行比較和判斷，然後發出控制指令來控制沃特龜的運行。沃特龜在轉彎的同時模擬汽車轉向燈的工作方式來控制沃特龜的左、右發光二極體的工作方式。沃特龜直線行走時，兩側發光二極體4同時亮；沃特龜左轉時，左側發光二極體亮，右側發光二極體滅；沃特龜右轉時，右側發光二極體亮，左側發光二極體滅；沃特龜後退時，兩側發光二極體同時滅。在轉彎或者後退時，喇叭8發出蜂鳴聲。
單片機ATMEGA16L是一個8位的AVR微處理器，有32個8位通用工作寄存器，有16K字節的系統內可編程Flash和512位元組的EEPROM，能夠實現反覆擦寫的功能。通過外圍擴展電路來實現各部分的功能。外圍電路包括有復位電路、晶振電路、ISP下載電路、電源變換電路和外部擴展接口。
復位電路ATMEGA16L已經內置了上電復位設計，並且在熔絲位裡，可以控制復位時的額定時間，故AVR外部的復位線路在上電時，可以設計得很簡單直接拉一隻4.7K的電阻R4到VCC即可。為了可靠，再加上一隻10uF的電容C5以消除幹擾、雜波。S2為復位開關，當AVR在工作時，按下S2開關時，復位腳變成低電平，觸發AVR晶片復位。
晶振電路雖然ATMEGA16L已經內置RC振蕩線路，可以產生1M、2M、4M、8M的振蕩頻率。不過，內置的畢竟是RC振蕩，為了得到比較精確的波特率時，這裡使用外部的晶振線路。將一個8M的晶振Y1並接在XTAL1和XTAL2上，同時在晶振兩端並接兩個22pf的電容C3、C4，以減少起振時間，提高振蕩頻率。
ISP下載接口這裡採用並口下載，不需要任何的外圍零件，使用雙排2×5插座JP1，JP1的管腳4、6、8、10同時接地，管腳2接VCC，管腳1、5、7、9分別接PB5、PB6、PB7和復位腳RESET，管腳3空閒，由於沒有外圍零件，故PB5(MOSI)、PB6(MISO)、PB7(SCK)、復位腳仍可以正常使用，不受ISP的幹擾。
電源變換電路沃特龜的供電系統分為兩部分，單片機需要+5V的電源，而直流電機需要+9V的電壓驅動。沃特龜系統採用+9V電池組供電，通過78L05穩壓晶片來獲得+5V電源，發光二極體D1用於電源狀態指示，S1為電源開關，控制程序的下載和沃特龜的工作。
外部擴展接口主控制晶片ATMEGA16L有32個可編程的I/O口，分別為PA0-PA7，PB0-PB7，PC0-PC7，PD0-PD7，其中，PA0-PA7同時為8路10位A/D轉換。連接PA0-PA7，PB0-PB7，PC0-PC7，PD0-PD7的分別為四個8排的排阻RP1、RP2、RP3、RP4，它們作為上拉電阻，作用是增加驅動電流，提高信號的可靠性。連接排阻的是外部擴展接口，用來連接傳感器和執行器的信號端。電機、光敏電阻、紅外傳感器都是由三根線與主控制器連接，一根為地線，一根為電源線，另外一根為信號線。它們的信號端與擴展接口的連接方式為左、右電機的信號線分別連接PD0和PD2。
權利要求
1.一種具有初級智能行為的沃特龜，主要包括有兩個驅動足(2)、一個轉向足(1)，兩個驅動足(2)分別與兩個電機相連並位於殼體的兩側，轉向足1位於殼體的前方中央，其特徵在於還包括有四個紅外傳感器(5)、兩個光敏電阻(3)和主控制器，紅外傳感器(5)分別位於殼體的前、後、左、右，兩個光敏電阻(3)分別位於殼體前部左右兩側；四個紅外傳感器(5)、兩個光敏電阻(3)分別與主控制器連接，紅外傳感器(5)用於檢測障礙物，光敏電阻(3)用於檢測光強，主控制器根據紅外傳感器(5)、光敏電阻(3)輸入的信號控制電機，進而控制驅動足(2)。
全文摘要
本發明涉及一種具有初級智能行為的沃特龜，屬於機器人領域。包括由兩個驅動足(2)、一個轉向足(1)、四個紅外傳感器(5)、兩個光敏電阻(3)和單片機ATMEGA16L，紅外傳感器(5)分別位於殼體的前、後、左、右。兩個光敏電阻(3)分別位於殼體前部左右兩側。四個紅外傳感器(5)、兩個光敏電阻(3)分別與單片機ATMEGA16L連接，四個紅外傳感器(5)用於檢測障礙物，光敏電阻(3)用於檢測光強，單片機ATMEGA16L根據紅外傳感器(5)、光敏電阻(3)輸入的信號控制電機，進而控制驅動足(2)。本發明給常規的自動機器賦予智能的行為，可用於人工智慧開發學習的載體，也可作為一種新型的智能玩具。
文檔編號B25J9/00GK1887536SQ20061008899
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月28日 優先權日2006年7月28日
發明者孫亮, 趙永剛, 左國玉, 阮曉鋼, 喬俊飛, 李明愛, 於建均, 於乃功, 李建更, 龔道雄 申請人:北京工業大學