一種基於體感控制的機器人對戰裝置的製作方法

2023-07-03 16:46:06 2

本實用新型涉及人機互動自動控制的研究領域，特別涉及一種基於體感控制的機器人對戰裝置。

背景技術：

目前市場上大部分的對戰遊戲主要軟體遊戲，或者是手柄遙控的對戰遊戲。軟體遊戲的操作方式主要是通過鍵盤和滑鼠等外設進行操作；而手柄遙控則是通過遙控器。這些種類的對戰遊戲，玩家只是通過敲擊按鍵進行擊打，沒有真實的戰鬥體驗，且長時間遊戲容易勞累身體，產生厭倦感。

Kinect是一種3D體感攝影機，同時具有即使動態捕捉、影像識別、麥克風輸入、語音識變等功能。微軟公司推出的Kinect體感設備在人體跟蹤以及姿態評估方面有著出色的表現，同時微軟公司還推出了Kinect for Windows SDK開發工具包，配合此工具包可以利用Kinect的體感技術，獲取人體深度信息，通過識別人體動作和手勢，來理解操作者的意圖，從而利用計算機對機器人進行有效的操作。

使用Kinect設備的體感控制系統來操控機器人對戰，增加了遊戲操作的多樣性和遊戲的娛樂性，同時這種操作方式更符合未來機器人發展的趨勢之一。其體現了人機互動的理念，使玩家真正體驗到「戰鬥」的快感。該體感控制的戰車機器人對戰裝置，允許兩個玩家可以分別選擇控制機器人部分、或者控制車子部分，雙人配合進行對戰遊戲。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種基於體感控制的機器人對戰裝置，通過Kinect可以實現對戰車機器人的控制。

為了達到上述目的，本實用新型採用以下技術方案：

一種基於體感控制的機器人對戰裝置，包括戰車機器人，還包括用於識別玩家動作並採集動作信息的Kinect裝置以及接收Kinect裝置採集的動作信息並依據該動作信息對戰車機器人進行控制的控制裝置；所述Kinect裝置包括Kinect感應器、用於動作識別的攝像頭、深度傳感器以及PC端，所述Kinect感應器、攝像頭以及深度傳感器均與PC端連接，所述控制裝置包括WIFI模塊，所述Kinect裝置通過WIFI模塊與控制裝置通信；所述控制裝置設置在戰車機器人內。

作為優選的技術方案，所述Kinect感應器採用Kinect Xbox one。

作為優選的技術方案，所述深度傳感器嵌入在Kinect感應器內部。

作為優選的技術方案，所述WIFI模塊採用ESP8266WIFI模塊。

作為優選的技術方案，所述控制裝置包括單片機、電源模塊、通訊模塊、電機驅動模塊以及功能按鍵模塊，所述電源模塊、通訊模塊、電機驅動模塊以及功能按鍵模塊均與單片機連接。

作為優選的技術方案，所述戰車機械人包括電機和舵機，所述單片機設定兩個用於控制電機的I/O口，通過改變兩個I/O口的高低電平以及方波佔空比來控制一個電機的正轉、反轉以及轉速；所述單片機上還設有一個用於控制舵機的I/O口，在舵機的工作周期內，通過改變該I/O口高低電平佔空比來控制舵機從0°～180°的轉動。

作為優選的技術方案，所述單片機採用Arduino mega 2560單片機。

作為優選的技術方案，所述電機驅動模塊採用L298P。

作為優選的技術方案，所述電源模塊採用7.4V充電電池及穩壓晶片對控制裝置進行供電。

作為優選的技術方案，所述戰車機器人上設有多個微動開關和多顆LED燈，所述多個微動開關和多顆LED燈均與控制裝置連接，當微動開關被擊打一次時，LED燈熄滅一顆，當LED燈全部熄滅時，則WIFI模塊斷開Kinect裝置與控制裝置的連接。

本實用新型與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：

1、本實用新型Kinect裝置通過WIFI模塊實現與控制裝置的連接，當Kinect裝置將採集到玩家的動作進行解析，得到所需的動作關節信息後，再通過無線通訊模塊將信號發至控制裝置中的單片機；單片機根據接收自通訊模塊的信號，並進行數據處理後，控制舵機和電機的轉動以控制戰車機器人的動作。

2、本實用新型使用電腦-人機互動模塊獲取玩家動作信號，對原始玩家動作進行採集和信息提取後，從而實現對戰車機器人的控制。

3、本實用新型Kinect的體感控制改變樂以往遊戲的單一操作，使人機互動的理念更加徹底地展現出來，使玩家真正投入到「戰鬥」之中。兩個玩家可以分別選擇控制機器人部分、或者控制車子部分，雙人配合進行對戰遊戲。控制機器人的玩家可以做出上半身動作，使機器人模仿；控制車子部分的玩家可以通過模擬開車姿勢來控制車的前進、後退以及轉彎等，實現機器人的移動功能。兩個玩家之間相互配合，一起戰鬥。

附圖說明

圖1是本實用新型基於體感控制的機器人對戰裝置的電路結構框圖；

圖2(a)是本實用新型Arduino mega 2560最小系統電路原理圖；

圖2(b)是本實用新型電機驅動模塊電路原理圖；

圖2(c)是本實用新型5V、3V穩壓模塊電路原理圖；

圖2(d)是本實用新型WIFI模塊以及各電路接口所對應的晶片引腳的電路原理圖；

圖3是是本實用新型基於體感控制的機器人對戰裝置單片機的工作流程圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限於此。

實施例

如圖1、圖2(a)-圖2(d)所示，本實施例一種基於體感控制的機器人對戰裝置，包括戰車機器人、用於識別玩家動作並採集動作信息的Kinect裝置以及接收Kinect裝置採集的動作信息並依據該動作信息對戰車機器人進行控制的控制裝置；所述Kinect裝置包括Kinect感應器、用於動作識別的攝像頭、深度傳感器以及PC端，所述Kinect感應器、攝像頭以及深度傳感器均與PC端連接，所述控制裝置包括WIFI模塊，所述Kinect裝置通過WIFI模塊與控制裝置通信；所述控制裝置設置在戰車機器人內。

所述Kinect感應器採用Kinect Xbox one，所述深度傳感器嵌入在Kinect感應器內部。

所述WIFI模塊採用ESP8266WIFI模塊，實現上位機(電腦)與下位機(單片機)之間數據的無線傳輸。

所述控制裝置包括單片機、電源模塊、通訊模塊、電機驅動模塊以及功能按鍵模塊，所述電源模塊、通訊模塊、電機驅動模塊以及功能按鍵模塊均與單片機連接。

所述戰車機械人包括電機和舵機，所述單片機設定兩個用於控制電機的I/O口，通過改變兩個I/O口的高低電平以及方波佔空比來控制一個電機的正轉、反轉以及轉速；所述單片機上還設有一個用於控制舵機的I/O口，在舵機的工作周期內，通過改變該I/O口高低電平佔空比來控制舵機從0°～180°的轉動。

所述單片機採用Arduino mega 2560單片機，以Arduino mega 2560單片機作為主控晶片實現對電腦實時採集到並傳來的動作數據進行解析。

所述電機驅動模塊採用L298P，通過L298P驅動電機進相應的動作。

所述電源模塊採用7.4V充電電池及穩壓晶片對控制裝置進行供電，可以給控制裝置提供穩定的電壓，保證機器人對戰裝置可以持續工作。

所述戰車機器人上設有多個微動開關和多顆LED燈，所述多個微動開關和多顆LED燈均與控制裝置連接，當微動開關被擊打一次時，LED燈熄滅一顆，當LED燈全部熄滅時，則WIFI模塊斷開Kinect裝置與控制裝置的連接。

所述的對戰機器人的工作電壓在7.4VDC～8.6VDC；Kinect裝置的工作電壓為220V。

所述的AT系列單片機控制單元由ATMEL公司產生的MEGA2560單片機及其外圍電路構成。

本實施例的機器人對戰裝置的工作過程如下：

參見圖3並結合圖2，當ATmega2560單片機在完成初始化後，單片機上的ESP8255WIFI模塊通過初始化設置將會建立單片機與Kinect裝置連接的PC機的聯繫，此時WIFI模塊作為客戶端，PC機作為伺服器；無線通訊建立完成後，Kinect裝置將開始識別玩家的動作，並採集有效信息，通過一定處理後，將數據通過WIFI模塊發送給單片機。單片機將接收到的信息進行解析，提取出所需要的舵機與電機的控制信息，解析以及信息提取的過程採用常規的手段。同時，設定兩個輸出I/O口，通過改變兩個I/O口的高低電平以及方波佔空比來控制一個電機的正轉、反轉以及轉速。設定一個輸出I/O口，在舵機的工作周期內，改變高低電平佔空比來控制舵機從0°～180°的轉動。Kinect裝置採集的電機信息可包含正反轉與轉速；採集的舵機信息可包含機器人每個關機的舵機角度。單片機將處理後的信息輸出在驅動電路後，即可控制戰車的移動和機器人的動作。此外，在機器人身體部位安裝了若干個微動開關，當微動開關被擊打到時，戰車上的5顆LED燈則會滅掉一顆。當燈全部熄滅時，則WIFI模塊將會斷開與PC機的聯繫，機器人將無法接收到信息，而玩家也無法通過Kinect裝置控制戰車機器人。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。