一種基於超聲測距控制的玩具機器人的製作方法

2023-06-21 12:45:16 2

本實用新型涉及是一種基於超聲測距控制的玩具機器人。

背景技術：

現有玩具機器人配備的遙控器都是通過手柄按鍵來實現的，並大多還使用有線連接的方式，接線冗長而不便，還有很多玩具機器人的移動和動作是都是預先設置好的，動作就只有幾個，對於玩家來說，新鮮度、吸引力以及持續力都不夠，很容易在玩耍幾次後就被雪藏了，降低了使用率和觀賞性，而且玩家與玩具機器人之間操作比較死板，缺乏互動性，操控性差，大大降低了玩具機器人的可玩性。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種操控性好、互動性高、觀賞使用率高的基於超聲測距控制的玩具機器人及其相應的控制方法。

一種基於超聲測距控制的玩具機器人，包括玩具機器人主體和輸出控制信號給其的超聲遙控器，玩具機器人主體與超聲遙控器之間無線通訊連接；玩具機器人主體上設置有前輪、左驅動輪和右驅動輪、控制相應驅動輪動作和速度的驅動電機、控制驅動電機運轉的主控板、與主控板連接的無線接收模塊；超聲遙控器包括遙控器主板，遙控器主板上連接有與玩具機器人主體通訊的無線發射模塊、超聲測距模塊、電源，超聲測距模塊測量兩手與超聲遙控器之間的距離，遙控器主板根據距離信息輸出相應的動作和速度指令給主控板或直接輸出距離信息給主控板，主控板將接收到的動作和速度指令或根據接收到的距離信息輸出相應的動作和速度指令給驅動電機，驅動輪執行驅動電機輸出的相應動作和速度指令。本實用新型的玩具機器人的動作和指令是根據手與超聲遙控器之間的距離變化來控制的，可以隨心所欲變換玩具機器人的移動和速度，增加了互動性和操控性。

進一步，前輪是一萬向輪，安裝在玩具機器人主體的中間，方便玩具機器人變換方向。

進一步，超聲遙控器還設有對應玩具機器人各行駛方向的指示燈，指示燈與遙控器主板連接。玩具機器人分別有前進、後退、左轉、右轉4個行駛方向，超聲遙控器上相應的設有分別對應四個方向的指示燈。

進一步，超聲遙控器設有兩個或多個超聲測距模塊，超聲測距模塊分布在兩側，超聲探測頭朝上並露出殼體外。兩側的超聲測距模塊分別用於測量探測到手到超聲探測頭的距離，輸出相應的轉向和速度給相應的驅動輪，比如左手對應左驅動輪，右手對應右驅動輪。

進一步，玩具機器人主體的底部安裝有兩個或多個驅動電機，分布在其兩側；每個驅動輪對應一個驅動電機。

進一步，玩具機器人主體的主控板與遙控器主板均採用stm32為主控晶片；無線接收模塊和無線發射模塊均採用nrf24l01為無線通信晶片；驅動電機採用L298為電機驅動晶片。

本實用新型的優點在於：玩家可以改變兩隻手到超聲遙控器的距離來控制玩具機器人主體的前進後退轉向等動作，方式新穎獨特，大大增加了玩家的互動性，提高了玩具的趣味性，並且操控性好、可觀賞性高。

附圖說明

圖1是本實用新型的超聲遙控器內部結構示意圖。

圖2是本實用新型的超聲遙控器的正面結構示意圖。

圖3是本實用新型玩具機器人的結構示意圖。

圖4是本實用新型的電路結構示意圖。

圖5是本實用新型的算法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方法做進一步的詳細說明。

參照圖1-4，一種基於超聲測距控制的玩具機器人，包括玩具機器人主體和輸出控制信號給其的超聲遙控器，玩具機器人主體與超聲遙控器之間無線通訊連接；玩具機器人主體上設置有前輪10、左驅動輪11和右驅動輪12、控制相應驅動輪動作和速度的驅動電機7、控制驅動電機7運轉的主控板6、與主控板6連接的無線接收模塊9；超聲遙控器包括殼體4，殼體4內設置有遙控器主板2、玩具機器人主體通訊的無線發射模塊8、兩個或多個超聲測距模塊1、電源，遙控器主板2分別與無線發射模塊8、超聲測距模塊1、電源連接，超聲測距模塊1分布在兩側，超聲探測頭朝上並露出殼體4外，兩側的超聲測距模塊1分別用於測量探測到手到超聲探測頭的距離，輸出相應的轉向和速度給相應的驅動輪，比如左手對應左驅動輪，右手對應右驅動輪，遙控器主板2輸出根據距離信息輸出相應的動作和速度指令給主控板或直接輸出距離信息給主控板6，主控板6將接收到的動作和速度指令或根據接收到的距離信息輸出相應的動作和速度指令給驅動電機7，驅動輪執行驅動電機7輸出的相應動作和速度指令。本實用新型的玩具機器人的動作和指令是根據手與超聲遙控器之間的距離變化來控制的，可以隨心所欲變換玩具機器人的移動和速度，增加了互動性和操控性，提高提高可觀賞性。

本實施例前輪10是一萬向輪，安裝在玩具機器人主體的中間，方便玩具機器人變換方向。

本實施例超聲遙控器還設有對應玩具機器人各行駛方向的指示燈5，指示燈5與遙控器主板2連接。玩具機器人分別有前進、後退、左轉、右轉4個行駛方向，超聲遙控器上相應的設有分別對應四個方向的指示燈5。

本實施例玩具機器人主體的底部安裝有兩個或多個驅動電機7，分布在其兩側；每個驅動輪對應一個驅動電機7。

本實施例玩具機器人主體的主控板6與遙控器主板2均採用stm32為主控晶片；無線接收模塊9和無線發射模塊8均採用nrf24l01為無線通信晶片；驅動電機7採用L298為電機驅動晶片。

本實用新型使用時超聲遙控器由玩家操作，玩具機器人主體置於地面上用於被操作，先通過超聲測距模塊1測量得到玩家兩隻手分別與超聲遙控器的距離（超聲遙控器不是用手拿著），遙控器主板2通過無線模塊將測距結果或直接輸出控制指令發送給玩具機器人主體，測得的距離信息通過一定的算法實現對玩具機器人的兩個驅動輪的運動速度和運動方向的控制，最終實現玩具機器人的動作，並將方向控制信息傳遞到指示燈5，指示燈5相應方向亮起。

參照圖5，本實用新型的具體控制方法，其步驟如下：

（1）超聲遙控器的超聲測距模塊1分別測量兩手離超聲遙控器的距離D1、D2；

（2）遙控器主板2或玩具機器人主體的主控板6判斷距離D1、D2是否有效，如有效則執行步驟（3），如無效則返回至步驟（1）；

（3）遙控器主板2或玩具機器人主體6將距離D1、D2與預設的平衡距離Ds比較，若D1、D2是大於Ds，則相應的驅動輪是正轉前進，若D1、D2是等於Ds，則相應的驅動輪是停轉，若D1、D2是小於Ds，則相應的驅動輪是反轉後退，同時根據D1、D2偏離Ds的大小計算得出相應驅動輪的速度，並根據速度的不同來實現機器人主體的轉向；

（4）玩具機器人主體6將遙控器主板2輸出的動作和速度指令或自己計算得出的動作和速度指令輸出給驅動電機7，驅動輪執行驅動電機7輸出的相應動作和速度指令，實現玩具機器人的前進後退轉向。

本實施例步驟（3）前對有效的距離D1、D2進行濾波處理，去除噪聲幹擾。

本實施例步驟（1）中的超聲測距模塊1每次測量結束後停頓固定時間t再進行下一次測量，固定時間t的範圍在2-12ms之間，優選8ms。

本實用新型將超聲測距模塊1測量到的兩個距離信息，與提前設定一個平衡距離比較，若高於平衡距離時輪子正轉，低於平衡距離時輪子反轉，處於平衡距離時輪子靜止不動，離開平衡距離的距離越大玩具機器人驅動輪的速度越大。通過兩個距離信息來控制玩具機器人兩個驅動輪的轉動速度和方向，若玩家保持兩個手與超聲遙控器距離相同，且高於平衡距離，則玩具機器人主體向前直行，超聲遙控器上前方向指示燈相應亮起；其他情況依此類推，總而言之，即玩家分別控制兩隻手與超聲遙控器之間的距離，通過這兩個距離獨立控制玩具機器人主體上兩個驅動輪，從而實現玩具機器人的前進後退轉向等。

本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本實用新型的保護範圍不應當被視為僅限於實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護範圍也及於本領域技術人員根據本實用新型構思所能夠想到的等同技術手段。