人工智慧機器人玩具及其控制方法
2023-05-12 08:07:21 4
專利名稱：人工智慧機器人玩具及其控制方法
技術領域：
本發明涉及人工智慧機器人玩具，更具體地，涉及一種人工智慧機器人玩具，通過使用一種關節電機將其簡單組裝並控制成為多種形狀。特別是，本發明涉及一種人工智慧機器人玩具及其控制方法，其中關節的額外延伸在修改設計和處理設計時相當容易。
背景技術：
一般地，玩具，特別是需要運動的機器人玩具，可以分成高級型和簡單型，在高級型中電機是由電源驅動的，在簡單型中則使用主發條或類似裝置。高級型機器人玩具是用無線遙控器或有線遙控器控制的，並且其運動是通過控制身體內的電機運轉來移動關節而實現的。
在使用這種遙控器控制機器人玩具時，只有熟練操作遙控器的人才能控制機器人玩具，但是那些不習慣操作遙控器的使用者則感到沒有興趣並且不喜歡機器人玩具。特別是，如上所述操作需要運動的這種機器人玩具的所有功能幾次後，使用者容易厭煩和不關注這些機器人玩具，從而其中存在的問題是這些機器人玩具的實際使用壽命短。
而且，由於使用關節運動的機器人玩具是以單件產品的形式銷售的，因此使用者不可能將一種機器人玩具的組裝結構擴展到不同形狀，例如，機器狗、機器恐龍或者機器人。特別是，對於機械組裝用於控制關節的電子線路和控制電路，需要特殊的裝備以及高的成本，這對於普通使用者是難以負擔的。另外，當電機或控制電路失調或者機器人機械結構斷裂時，失調的不可能維修就成為一個問題。
發明內容
因此，希望提供一種能解決上述問題的機器人玩具，並且成本低，在可靠性前提下形狀可以不同地擴張和縮小，並易於組裝。
本發明的一個目的是提供一種人工智慧機器人玩具及其控制方法，其中使用一種關節電機使需要運動的不同形狀機器人玩具易於組裝、改變形狀和控制。
本發明的另一個目的是提供一種人工智慧機器人玩具及其控制方法，其中包括腿在內的各個零件可以組裝成獨立單元，大大減少了組裝時間和零件數量。
本發明的另一個目的是提供一種人工智慧機器人玩具，其中關節的額外延伸、機器人玩具的設計修改以及失調處理都容易執行。
本發明的再一個目的是提供一種人工智慧機器人玩具，其中根據不同形狀的機器人機構執行恰當運動和反饋，並且保證了價格競爭性和運動可靠性。
本發明的額外優點、目的和特徵，一部分將在下面的描述中闡明，一部分對於本領域普通技術人員在閱讀下面的描述時將變得更清楚，或者可以從本發明的實踐中領會。本發明的目的和其它優點可以從書寫的描述和這裡的權利要求以及附圖中特別指出的結構中認識和獲得。
為了達到這些目的和其它優點並根據本發明的意圖，如同這裡實施的和廣泛描述的，提供了一種人工智慧機器人玩具，包括多個關節機構部分，可以組裝和拆卸，用於形成不同形狀的機器人；主處理器單元主板，位於多個關節機構部分中的一個上，用於輸出機器人控制信號，使其他關節機構部分具有預定的操作模式；多個關節控制裝置，裝在除了選定的關節機構部分以外的其餘關節機構部分上，用於向主處理器單元主板發送數據以及從主處理器單元主板接收數據，同時根據主處理器單元主板的操作模式，使用至少一種模式操作相應的關節機構部分；以及關節裝置，用於聯接多個關節機構部分，從而形成不同形狀的機器人。
另外，關節機構部分包括下殼，在其一端形成導向部分，在其另一端形成開口，在其外壁形成聯接孔，以便插入關節裝置；殼體，與下殼接合，用於穩定地支撐主處理器單元主板或關節控制裝置，殼體具有齒輪軸和插入部分，齒輪軸在殼體的一端與關節裝置聯接並沿垂直方向伸出旋轉，插入部分上插入關節裝置；上殼，與下殼接合併在一側形成槽，密封性地閉合殼體；以及聯接軸，從齒輪軸一端伸出並通過上殼的槽伸出，聯接軸與關節裝置聯接。
另外，關節控制裝置包括反向電源阻止部分，向其提供非驅動電壓，用以阻止反向電壓；穩壓部分，用於將反向電源阻止部分的輸出非驅動電壓轉換成大小不變的數字電壓並將之輸出；濾波器部分，用於過濾噪音，包括穩壓部分提供的電源的波紋電壓，並提供濾波後的電壓；電壓檢測部分，用於檢測從反向電源阻止部分獲得的非驅動電壓的大小；電機，聯接在關節機構部分的殼體上並且順時針或逆時針旋轉；電機驅動部分，根據穩壓部分和反向電源阻止部分得到的電壓，以脈寬調製(PWM)方式控制並驅動電機；齒輪部分，聯接在電機軸上，用於減速電機的轉動比，並將減速的轉動比傳遞到齒輪軸，並控制關節機構部分的操作模式；轉動檢測部分，由濾波器部分提供的電壓驅動，用於檢測齒輪部分的轉動；電流檢測部分，用於通過電機驅動部分檢測電機的負載電流；第一到第三A/D轉換器，分別將電壓檢測部分、電流檢測部分和轉動檢測部分的輸出信號轉換成數位訊號並將之輸出；以及主處理器單元，根據主處理器單元主板提供的操作模式輸出PWM信號和方向信號，用於驅動電機，並且分別計算第一到第三A/D轉換器得到的電壓值、電流值和轉動比，並將計算得到的電壓值、電流值和轉動比發送到主處理器單元主板。
在本發明的一個方面中，提供了一種控制人工智慧機器人玩具的方法，方法包括如下步驟(a)從獲得關節機構部分當前位置信息的轉動檢測部分確定關節的當前位置；(b)得到確定的當前位置與主處理器單元主板提供的目標位置之間的誤差；(c)計算得到的誤差的變化率並接著執行計算的變化率的比例微分控制算法；(d)計算由主處理器單元主板提供的電機的應用電壓並在提供計算的電壓時檢測電機的電流；以及(e)判斷檢測的電流是否超過極限電流，當確定檢測的電流超過極限電流時，斷開施加於電機的電壓，當確定檢測的電流沒有超過極限電流時，重複步驟(a)以後的步驟。
根據本發明，使用一種關節電機就能容易地將需要運動的機器人玩具組裝成不同形狀。
結果，可以在低製造成本下發揮機器人玩具的所有功能。而且，不同形狀的機器人機構更加容易擴展、組裝和控制。並且，失調處理也容易。
應該理解的是，本發明上述一般性的描述和下面詳細的描述是例證性的和解釋性的，是用於提供對權利要求限定的本發明的進一步解釋。
所提供的附圖是為了進一步理解本發明，附圖包括在本申請中並作為本申請的一部分。附解了本發明的實施例，並與描述一起用於解釋本發明的原理。在附圖中圖1是本發明人工智慧機器人玩具的框圖；圖2A和和2B是表示本發明人工智慧機器人玩具操作流程的流程圖；圖3A和3B是本發明人工智慧機器人玩具中關節機構部分的分解透視圖；圖4A和4B到圖7A和7B是用於聯接關節機構部分的第一到第十一關節零件的透視圖；
圖8A到18A是關節機構部分與第一到第十一關節零件之間聯接狀態的分解透視圖；圖8B到18B是關節機構部分與第一到第十一關節零件之間聯接狀態的裝配透視圖；圖19是本發明一個實施例的聯接狀態的透視圖；以及圖20是本發明另一個實施例的機器人玩具的聯接狀態。
具體實施例方式
下面詳細描述本發明優選的實施例，其實例圖解在附圖中。無論何時，相同的參考數字在所有附圖中用於表示相同或相似的零件。
圖1是本發明人工智慧機器人玩具的框圖；圖3A和3B是本發明人工智慧機器人玩具中關節機構部分的分解透視圖；圖4A和4B到圖7A和7B是用於聯接關節機構部分的第一到第十一關節零件的透視圖。
在本發明的一個實施例中，如圖1和3所示，人工智慧機器人玩具包括多個關節機構部分40，能組裝和分解形成不同形狀的機器人；主處理器單元主板10，裝在多個關節機構部分40中的每一個上，用於輸出機器人控制信號，從而使其他關節機構部分具有預定的操作模式；多個關節控制部分20，分別裝在其餘關節機構部分上，用於向主處理器單元主板10發送數據以及從其接收數據，同時根據主處理器單元主板10的操作模式，利用至少一種模式操作相應的關節機構部分；以及第一到第十一關節部分50到60，用於聯接多個關節機構部分40，從而形成不同形狀的機器人。
如圖3A和3B所示，關節機構部分40包括下殼41，在其一端形成導向部分41a，在與導向部分41a相對的另一端形成開口41b，兩個聯接孔41c從其外壁上向外突出，使第二到第五關節部分51到54可以插入其中；殼體42，它與下殼41接合，在殼體42的一個側面裝有主處理器單元主板10或關節控制部分20，在其一端裝有旋轉齒輪軸42a，齒輪軸42a沿垂直方向伸出並具有螺栓孔42c，使第二到第五關節部分51到54可以固定或拆卸，殼42具有矩形插入部分42b，其一個表面是開放的並且第一到第三關節部分50到53、第六關節部分55、第七到第十一關節部分56到60可拆卸地插入並連接在其中，螺栓孔45a和46a沿垂直方向形成在插入部分42b的兩個側壁中並且兩根螺栓45和46插在其中，螺母由下定向裝置插入；上殼43，通過四根螺栓與下殼41聯接，並且在其一端具有槽43a，用於密封性地關閉殼體42；以及五邊形聯接軸47，從齒輪軸42a的一端延伸到伸出上殼43的槽43a，聯接軸47的上部中心具有螺栓孔47a，第一、第五、第九和第十關節部分50、54、58和59可拆卸地聯接在其中。
再看圖1，關節控制部分20包括反向電源防止部分21，供給主處理器單元主板10的非驅動電壓，防止電壓反向輸入到主處理器單元主板10；穩壓部分22，將反向電源阻止部分21的輸出非驅動電壓轉換成不變的數字電壓並將之輸出；濾波器部分23，用於過濾噪音，包括穩壓部分22提供的電源的波紋電壓，並提供濾波後的電壓；電壓檢測部分25，用於檢測反向電源阻止部分21輸入的非驅動電壓的大小並輸出得到的電壓；電機30，通過兩根螺栓聯接在關節機構部分40的殼體42的下表面上，可以順時針或逆時針旋轉；電機驅動部分27，根據穩壓部分22和反向電源阻止部分21得到的電壓，以脈寬調製(PWM)方式控制並驅動電機30；齒輪部分31，與穿過殼體42上表面的電機30的軸配合，用於減小電機30的轉動比，並將減小的轉動比傳遞到齒輪軸42a，並控制關節機構部分40的操作模式；轉動檢測部分32，由濾波器部分23提供的電壓驅動，用於檢測齒輪部分31的轉動；電流檢測部分28，用於通過電機驅動部分27檢測電機30的負載電流；第一到第三A/D轉換器26、29和33，分別將電壓檢測部分25、電流檢測部分28和轉動檢測部分32的輸出信號轉換成數位訊號並將之輸出；以及主處理器單元24，根據主處理器單元主板10提供的操作模式輸出脈寬調製(PWM)信號和方向(DIR)信號，用於通過電機驅動部分27控制電機的運轉，並且分別計算第一到第三A/D轉換器26、29和33得到的電壓、電流和轉動比，並將在任一個關節機構部分中接收的、計算得到的電壓、電流和轉動比發送到主處理器單元主板。
齒輪部分31，如圖3A和3B所示，包括第一齒輪31a，連接在電機30的軸上，從殼體42的上表面伸出並旋轉；與第一齒輪31a嚙合的第二齒輪；以及第三齒輪31c，形成在關節機構部分40的齒輪軸42a上，與第二齒輪31b嚙合，用於減小轉動比。
如圖4a所示，第一關節部分50是一個圓柱形軸，圓柱形軸具有預定的長度，並在其一端具有五邊形插入槽50a，在其另一端形成矩形插入片50b，從而關節部分50穿過關節機構部分40的槽43a插在聯接軸47上，以及通過其他關節機構部分的導向部分41a插入到插入部分42b中。而且，第一關節部分50具有垂直的穿透孔50c，從五邊形插入槽50a穿透到插入片50b。
如圖4b和4c所示，第二和第三關節部分51和52的每一個具有扳手形插入孔51b、52b，在軸的一端具有軸向孔51c、52c，在軸的另一端具有矩形插入片51a、52a，從而插入齒輪軸42a以及通過一個關節機構部分40的導向部分41a插入其他關節機構部分的插入部分42b。這裡，第二關節部分51的軸是直線型的，插入孔51b與插入片51a之間的距離短；而第三關節部分52的軸是彎曲型的，插入孔52b與插入片52a之間的距離長。
如圖5A所示，第四關節部分53在其軸的兩端都是扳手形的插入孔53a和53b，從而通過一個關節機構部分40的齒輪軸42a以及其他關節機構部分的導向部分41a插入齒輪軸42a。第四關節部分53的兩個插入孔53a和53b相對於軸成90度排列。
如圖5B所示，第五關節部分54在其一端具有五邊形插入槽54a，在其另一端形成扳手形插入孔54b，從而分別通過一個關節機構部分的槽43a插入聯接軸47以及通過其他關節機構部分的導向部分41a插入齒輪軸42a。另外，第五關節部分54具有一個垂直穿透孔，從五邊形插入槽54a穿透到插入孔54b，並且在插入孔54b一側具有軸向孔54c，與垂直穿透孔54d垂直。
如圖6A和6B所示，第六和第七關節部分55和56的每一個都在軸兩端具有矩形插入片55a、55b、56a、56b，從而當一個關節機構部分40與其他關節機構部分聯接時，矩形插入片55a、55b、56a、56b插入關節機構部分40的插入部分42b中。這裡，第六關節部分55的軸在插入片55a和55b之間的距離短，而第七關節部分56的軸在插入片56a和56b之間的距離長。
如圖6C所示，第八關節部分57大致是具有固定厚度的三角板，並具有矩形插入孔57a、57b排列成90度，用於將一個關節機構部分40與其他關節機構部分聯接。矩形孔57a、57b的特徵是每個孔的外表面是開放的。
並且，如圖7A和7B所示，第九和第十關節部分58和59插入關節機構部分40的聯接軸47，起到輪子或翅膀的功能，它們中的每一個都具有五邊形插入孔58a、59a，從其中心部分突出。並且，第九和第十關節部分58和59中的每一個具有軸向孔58b、59b穿入五邊形插入槽58a、59a。
最後，第十一關節部分60，如圖7C所示，插入關節機構部分40的插入部分42b中，作為機器人玩具的腳，並且在軸的一端具有矩形插入片60a，以及半球形滾動部分60b，其面積比插入片60a大。
下面將參考圖1到20詳細描述根據本發明具有上述結構的優選實施例。
為了使用圖3A和圖3B所示的一種類型的關節機構部分組裝需要運動的不同形狀的機器人，將殼體42裝在下殼41上，下殼41的一端具有導向部分41a，在其另一端具有開口41b。此時，殼體42裝有電機30、齒輪部分31和關節控制部分20。另外，主處理器單元主板10等，也裝在殼體42中。然後，將上殼43蓋在下殼41上。上殼43、下殼41以及殼體42通過擰入四根螺栓而牢固地固定在一起，從而形成一個關節機構部分40。此時，裝有齒輪部分31的第三齒輪31c的聯接軸47，定位在上殼43的槽43a中，齒輪軸42a和殼42的插入部分42b分別露出在下殼41的導向部分41a以及下殼41的開口41b中。
為了使用具有上述結構的多個關節機構部分組裝所需形狀的機器人玩具，需要如圖4到7所示的第一到第十一關節部分50到60。
圖4A所示的第一關節部分50在其軸的一端具有五邊形插入槽50a，在其軸的另一端具有矩形插入片50b。如圖10A和10B所示，它用於聯接一個關節機構部分40的聯接軸與其他關節機構部分的插入部分42b。換言之，如圖10A所示，第一關節部分50通過其插入槽50a插入一個關節機構40的聯接軸47中，接著將螺栓48通過第一關節部分50的插入槽50a擰入聯接軸47的螺栓孔47a，從而第一關節部分50聯接到關節機構部分40的聯接軸47上。此後，將第一關節部分50的插入片50b插入其他關節機構部分的插入部分42b中，接著將兩根螺栓45和46插入到插入部分42b的螺栓孔45a和46a中，並擰上螺母，從而兩個關節機構部分組裝在一起，如圖10B所示。
圖4B和4C所示的第二和第三關節部分51和52中的每一個，在其軸的一端具有扳手形的插入孔51b和52b，在其軸的另一端具有矩形插入片51a和52a。如圖8a、8b、13a和13b所示，它們用於聯接一個關節機構部分40的齒輪軸42a與其他關節機構部分的插入部分42b。換言之，如圖8a和13a所示，第二和第三關節部分51和52通過插入孔51b和52b插入一個關節機構部分40的齒輪軸42a，接著在插入孔51b和52b的軸向孔51c和52c中插入螺栓49，以及與軸向孔51c和52c對應的齒輪軸42a的螺栓孔42c，並且擰緊，從而第二和第三關節部分51和52不會從齒輪軸42a上鬆開。此後，按與第一關節部分50相同的方式聯接第二和第三關節部分51和52的插入片51a和52a，從而完成組裝，如圖8B和13B所示。
圖5A所示的第四關節部分53，在其軸的兩端都是扳手形插入孔53a和53b，如圖17所示，用於聯接一個關節機構部分40的齒輪軸42a和其他關節機構部分的齒輪軸42a。這裡，兩個插入孔53a和53b的聯接方法與第二和第三關節部分51和52的插入孔51b和52b聯接到齒輪軸42a的方法相同。
與第四關節部分53相似，圖5B所示的第五關節部分54，在其軸的一端具有五邊形插入槽54a，在其軸的另一端具有扳手形的插入孔54b。如圖9A和9B所示，第五關節部分54的插入槽54a通過一個關節機構部分的槽43a插入聯接軸47，插入孔54b通過其他關節機構部分的導向部分41a插入齒輪軸42a。此時，五邊形插入槽54a的聯接方式與第一關節部分50的插入槽50a的聯接方式相同，扳手形插入孔54b的聯接方式與第二關節部分51的插入孔51b聯接到齒輪軸42a的方式相同。
圖6A和6B所示的第六和第七關節部分55和56，在其軸的兩端都是矩形插入片55a、55b、56a、56b，如圖11A、11B、15A和15B所示，這些插入片分別插入一個關節機構部分的插入部分42b以及其他關節機構部分的插入部分，並聯接起來。這裡，第六關節部分55在兩個插入片55a和55b之間具有軸短，而第七關節部分56的軸比第六關節部分55的軸長。第六和第七關節部分55和56的聯接方法與第二關節部分51插入片51a聯接到插入部分42b的方法相同。
圖6C所示的第八關節部分57具有排列成90度的矩形插入孔57a和57b，並且如圖14A和14B所示，用於旋轉性地聯接一個關節機構部分40的齒輪軸42a與其他關節機構部分的聯接軸47。換言之，當按上述方式聯接第一關節部分50的插入槽50a以及第二關節部分51的插入孔51b時，第八關節部分57的插入孔57a和57b用力插入並聯接到第一和第二關節部分50和51的插入片50b和51a，從而完成組裝，如圖14B所示。
圖7A和圖7B所示的輪形第九關節部分58和翅膀形第十關節部分59具有五邊形插入孔58a、59a從其中心部分伸出，如圖12A、12B、16A和16B所示，插入關節機構部分40的聯接軸47作為輪子或翅膀。首先，將兩個關節機構部分相互接觸，在聯接孔41c中插入螺栓並擰緊，從而將兩個關節機構部分牢固聯接。此後，將第九和第十關節部分58和59的插入槽58a、59a插入兩個關節機構部分58和59的聯接軸47中，在插入槽58a、59a的軸向孔58b、59b中插入螺栓並擰緊，從而完成組裝，如圖12B和16B所示。特別是，第十關節部分59與關節機構部分40聯接，其優勢當轉動的同時攀登臺階具有小的高度差。
圖7C所示的第十一關節部分60，在其軸的一端具有矩形插入片60a，在其軸的另一端具有半球形滾動部分60b並且其面積比插入片60a大。如圖18A和18B所示，第十一關節部分60用於插入關節機構部分40的插入部分42b中。特別是，滾動部分60b作為機器人玩具運動過程中機器人玩具的腳，插入片60a按與上述關節部分聯接方式相同的方式聯接，從而完成組裝，如圖18B所示。
並且，多個關節機構部分40可以通過兩根電源線、單獨的發送線和接收線以串聯或並聯的方式聯接，並且裝在主處理器單元主板10上。
這樣，根據所需組裝的機器人玩具的形狀，可以選擇性地使用第一到第十一關節部分50到60，並將多個關節機構部分40順序地聯接。當如圖19或圖20所示的需要運動的所需機器人玩具組裝之後，如果通過一個開關(未圖示)啟動運行，則裝在一個關節機構部分中的主處理器單元主板10，從裝在多個關節機構部分40中的關節控制部分20的主處理器單元24讀出當前的位置，即，如果關節機構部分40是手，則通過一條線的接口(Rx)讀入關節的角度；如果關節機構部分40是腳，則通過一條線的接口(Rx)讀入運動的距離；如果關節機構部分40是尾或頭，則通過一條線的接口(Rx)讀入運動的角度。
接著，每個關節機構部分40的動作模式(操作模式)設定為電機關閉模式。然後，通過一條線的發送埠(Tx)將命令發送到每個關節機構部分40，接著通過一條線的接收埠(Rx)接收當前位置和電流。
當每個關節機構部分40的當前位置確定後，根據接收的當前位置計算預定的目標位置和速度，接著按照通訊協議通過發送埠(Tx)發送計算的新目標位置和取樣時間(速度值，即，關節的運動角度)。然後，多個關節機構部分40的動作模式(操作模式)設定為位置敏感模式，接著將命令發送到各個關節機構部分40。換言之，緊接著目標位置和速度值發送之後，接收當前位置和當前電流，以便確定先前位置和當前位置之間是否存在變化，以及確定當前電流的狀態。然後，利用確定的位置變化和電流狀態信息計劃新的動作。如果計劃完成，重複執行計算適合於新動作的每個關節機構部分的下一個位置和速度的步驟，即，計算關節運動角度的步驟同時，如果通過開關啟動操作，則裝在每個關節機構部分40中的關節控制部分20的主處理器單元24初始化變量(S10)。
初始化結束後，主處理器單元24通過第三A/D轉換器33和轉動檢測部分32確定齒輪部分31的當前輸出位置(S12)，並計算主處理器單元主板10提供的新目標位置與確定的當前位置之間的誤差(S14)。接著，對計算的誤差的變化率進行計算(S16)，並執行比例微分控制算法(S18)。
然後，通過反向電壓阻止部分21、電壓檢測部分25和第一A/D轉換器26檢測主處理器單元主板10提供的非驅動電壓(S20)，根據比例微分算法數值和檢測的非驅動電壓計算作用在電機30上的實際電壓。算出的電壓調製成PWM信號，PWM信號通過電機驅動部分27與方向信號(DIR)一起應用於電機30，用於驅動電機30(S22)。
當驅動電機30時，相應關節機構部分40的齒輪部分31的第一到第三齒輪31a、31b、31c轉動，通過第一到第十一關節部分50到60聯接到齒輪軸42a和聯接軸47上的相應關節機構部分跟蹤主處理器單元主板10提供的目標位置。
在上面描述中，如果關節機構部分對應的是手，則關節的角度跟蹤目標位置。如果關節機構部分對應的是腳，則運動的距離跟蹤目標位置。如果關節機構部分對應的是尾或頭，則左和右運動角度跟蹤目標位置。
這樣，當各個關節機構部分40由電機30和齒輪部分31驅動時，主處理器單元24通過電流檢測部分28和第二A/D轉換器29檢測電機30的電流(S24)，並判斷檢測的電流是否超過設定的極限電流(S26)。如果確定檢測的電流超過設定的極限電流，則主處理器單元24斷開作用於電機30的電壓(S28)。如果確定檢測的電流沒有超過設定的極限電流，則處理器單元24判斷極限電流是否超過1ms，即重複例行時間是否逝去(S30)。如果確定限制時間沒有超過重複例行時間，則主處理器單元24保持等待狀態；而如果確定限制時間超過重複例行時間，則主處理器單元24重複執行步驟S10以後的步驟。
這樣，在執行跟蹤主處理器單元主板10提供的目標位置的運動時，如果產生中斷(S40)，則裝在各個關節機構部分40中的關節控制部分20的主處理器單元24通過接收埠(Rx)接收數據(S42)，並且分類成下面所述的操作模式(S44)。
並且，主處理器單元24改變操作模式變量以及目標位置(S46)，並將其發送埠(Tx)變成輸出埠(S48)。這裡，主處理器單元24通過在正規狀態下使用發送埠(Tx)作為輸入埠而從主處理器單元主板10接收數據。如果其中的每項操作都結束了，則主處理器單元24將發送埠(Tx)變成輸出埠，從而以數據格式發送各項操作的結果。
接著，在將發送埠(Tx)變成輸出埠之後，主處理器單元24檢測電機30的當前位置，即，相應關節機構部分40的當前位置以及電機30的電流，並將檢測的結果通過改變的輸出埠發送到主處理器單元主板10(S50)。在發送檢測的當前位置和電流之後，主處理器單元24將發送埠(Tx)變成輸入埠(S52)，並結束中斷操作。
上述操作模式分類成位置發送模式、電機關閉模式、電源關閉模式以及輪子動作模式。
位置發送模式表示操縱電機30進行位置控制的一種操作模式，位置控制範圍為0-332.3°，並在接收位置控制命令之後發送當前位置和電流。
電機關閉模式表示電機電源變為0的一種模式，使用者可以通過他(或她)的電源任意地改變電機位置，並在接收命令後返回當前位置和電流。電機關閉模式起到傳感器的作用，用於通過外力改變位置。
電源關閉模式用於將電機系統和系統動力的操作電源消耗減小到最低程度。電源關閉模式在接收命令之後返回相應關節機構部分40的ID和位置，並用於獲得相應關節機構部分40的電機ID。
最後，輪子動作模式操縱電機驅動輪子，從而可以順時針或逆時針旋轉輪子360°並控制輪子的速度。在輪子動作模式中，在接收命令之後發送轉動量和當前位置。
上述操作模式從主處理器單元主板10接收命令。
在傳統技術中，不能允許使用者將一套機器人玩具擴展組裝成不同形狀的機器人玩具，例如機器狗、機器恐龍或機器人。而從上面描述中可以清楚看出，與傳統技術不同，本發明使用對應於一種類型的多個關節機構部分，可以擴展組裝成需要運動的不同形狀機器人玩具。
如上所述，根據本發明的機器人玩具為使用者提供了熱愛和興趣。而且，可以將這種機器人玩具的所有功能以低的製造成本發揮到最大程度，並且使用一種關節機構部分就能容易地組裝和控制需要運動的機器人玩具成為不同形狀。另外，本發明機器人玩具為使用者提供容易的失調處理以及可擴展的組裝能力。
本領域普通技術人員應該清楚的是，在不偏離本發明精神或範圍的情況下可以做出不同修改和變化。這樣，只要對本發明的修改和變化落在所附權利要求及其等價內容的範圍，則本發明將覆蓋這些修改和變化。
權利要求
1.一種人工智慧機器人玩具，其包括多個關節機構部分，可以組裝和拆卸，用於形成不同形狀的機器人；主處理器單元主板，位於多個關節機構部分中的一個上，用於輸出機器人控制信號，使其他關節機構部分具有預定的操作模式；多個關節控制裝置，裝在除了選定的關節機構部分以外的其餘關節機構部分上，用於向主處理器單元主板發送數據以及從主處理器單元主板接收數據，同時根據主處理器單元主板的操作模式，使用至少一種模式操作相應的關節機構部分；以及關節裝置，用於聯接多個關節機構部分，從而形成不同形狀的機器人。
2.如權利要求1所述的人工智慧機器人玩具，其中關節機構部分包括下殼，在其一端形成導向部分，在其另一端形成開口，在其外壁形成聯接孔以便插入關節裝置；殼體，與下殼接合，用於穩定地支撐主處理器單元主板或關節控制裝置，殼體具有齒輪軸和插入部分，齒輪軸在殼體的一端與關節裝置聯接並沿垂直方向伸出旋轉，插入部分上插入關節裝置；上殼，與下殼接合併在一側形成槽，密封性地閉合殼體；以及聯接軸，從齒輪軸一端伸出並穿過上殼的槽，該聯接軸與關節裝置聯接。
3.如權利要求1所述的人工智慧機器人玩具，其中關節控制裝置包括反向電源阻止部分，被提供非驅動電壓，用以阻止反向電壓；穩壓部分，用於將反向電源阻止部分的輸出非驅動電壓轉換成大小不變的數字電壓並將之輸出；濾波器部分，用於過濾噪音，包括穩壓部分提供的電源的波紋電壓，並提供濾波後的電壓；電壓檢測部分，用於檢測從反向電源阻止部分獲得的非驅動電壓的大小；電機，聯接在關節機構部分的殼體上並且順時針或逆時針轉動；電機驅動部分，根據穩壓部分和反向電源阻止部分得到的電壓，以脈寬調製(PWM)方式控制並驅動電機；齒輪部分，聯接在電機軸上，用於減速電機的轉動比，並將減速的轉動比傳遞到齒輪軸，並控制關節機構部分的操作模式；轉動檢測部分，由濾波器部分提供的電壓驅動，用於檢測齒輪部分的轉動；電流檢測部分，用於通過電機驅動部分檢測電機的負載電流；第一到第三A/D轉換器，分別將電壓檢測部分、電流檢測部分和轉動檢測部分的輸出信號轉換成數位訊號並將之輸出；以及主處理器單元，根據主處理器單元主板提供的操作模式輸出PWM信號和方向信號，用於驅動電機，並且分別計算第一到第三A/D轉換器得到的電壓值、電流值和轉動比，並將計算得到的電壓值、電流值和轉動比發送到主處理器單元主板。
4.如權利要求1所述的人工智慧機器人玩具，其中一個主處理器單元主板與多個主處理器單元通過單獨的發送埠和單獨的接收埠串行連接，用於發送和接收數據。
5.如權利要求1所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置在其軸的一端形成扳手形插入孔，在軸的另一端形成矩形插入片，用於通過一個關節機構部分的導向部分插入其他關節機構部分的齒輪軸和插入部分。
6.如權利要求5所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置的扳手形插入孔通過軸相對於矩形插入片傾斜預定的角度。
7.如權利要求5所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置的扳手形插入孔通過軸與矩形插入片排成直線。
8.如權利要求1所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置是具有預定長度的圓柱形軸，圓柱形軸在其一端具有五邊形插入槽，在其另一端具有矩形插入片，從而關節裝置通過一個關節機構部分的槽插入聯接軸，並插入其他關節機構部分的插入部分。
9.如權利要求1所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置在其軸的兩端形成扳手形插入孔，從而關節裝置通過一個關節機構部分的齒輪軸和其他關節機構部分的導向部分插入齒輪軸。
10.如權利要求9所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置的兩個插入孔彼此之間呈90度角排列。
11.如權利要求1所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置是一根軸，在其一端形成五邊形插入槽，在其另一端形成矩形插入片，從而關節裝置通過一個關節機構部分的槽插入聯接軸，通過其他關節機構部分的導向部分插入齒輪軸。
12.如權利要求1所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置在其軸的兩端具有矩形插入片，從而當一個關節機構部分與其他關節機構部分聯接時，聯接部分插入其他關節機構部分的插入部分。
13.如權利要求12所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置具有短軸，短軸是指兩個插入片之間的長度較短。
14.如權利要求12所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置具有長軸，短軸是指兩個插入片之間的長度較長。
15.如權利要求1所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置具有五邊形插入槽從其中心伸出，使關節裝置插入關節機構部分的聯接軸。
16.如權利要求15所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置為輪子形狀。
17.如權利要求15所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置為翅膀形狀。
18.如權利要求1所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置在其一端形成矩形插入片，在其另一端形成半球形滾動部分，滾動部分相對於插入片傾斜預定的角度並且具有大的面積，從而使關節裝置能插入關節機構部分的插入部分。
19.如權利要求1所述的人工智慧機器人玩具，其中關節裝置在其一個表面具有排列成90度的矩形插入孔，從而將一個關節機構部分與其他關節機構部分聯接。
20.一種控制人工智慧機器人玩具的方法，方法包括如下步驟(a)從獲得關節機構部分當前位置信息的轉動檢測部分確定關節的當前位置；(b)得到確定的當前位置與主處理器單元主板提供的目標位置之間的誤差；(c)計算得到的誤差的變化率並接著執行計算的變化率的比例微分控制算法；(d)計算由主處理器單元主板提供的電機的應用電壓並在提供計算的電壓時檢測電機的電流；以及(e)判斷檢測的電流是否超過極限電流，當確定檢測的電流超過極限電流時，斷開應用於電機的電壓，當確定檢測的電流沒有超過極限電流時，重複步驟(a)以後的步驟。
21.如權利要求20所述的方法，還包括以下步驟當主處理器單元主板產生中斷時，改變當前操作模式變量和目標值，將發送埠改為輸出埠，並發送檢測的關節當前位置和電機電流；以及在發送檢測的關節當前位置和電機電流之後，將發送埠改為輸入埠。
全文摘要
本發明公開了一種人工智慧機器人玩具，通過使用一種關節電機將其容易地組裝並控制成不同形狀。該機器人玩具包括多個關節機構部分，可以組裝和拆卸，用於形成不同形狀的機器人；主處理器單元主板，位於多個關節機構部分中的一個上，用於輸出機器人控制信號，使其他關節機構部分具有預定的操作模式；多個關節控制裝置，裝在除了選定的關節機構部分以外的其餘關節機構部分上，用於向主處理器單元主板發送數據以及從主處理器單元主板接收數據，同時根據主處理器單元主板的操作模式，使用至少一種模式操作相應的關節機構部分；以及關節裝置，用於聯接多個關節機構部分，從而形成不同形狀的機器人。本發明的機器人玩具可以在低製造成本下將所有功能發揮到最大程度，並且容易以不同形狀擴展、組裝和控制機器人玩具。
文檔編號A63H11/00GK1517138SQ20031012341
公開日2004年8月4日 申請日期2003年12月26日 優先權日2003年1月3日
發明者樸昶培, 金大經, 李南榮 申請人:梅加羅博蒂克斯有限公司