本實(shí)用新型涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人。

背景技術(shù)：

擁有一款鐘愛的機(jī)器人玩具是許多孩子的夢想，但是現(xiàn)在市面上的機(jī)器人玩具僅僅是一個(gè)縮小版的比例模型，只能在機(jī)器人外形上做得絢麗逼真，毫無生氣可言，趣味性以及寓教于樂的本領(lǐng)自然大打折扣，完全不足以滿足人們的機(jī)器人的玩具的期望。

目前中國市場上的機(jī)器人大部分都是用遙控器控制的，人們通過遙控器上面的操作按鈕和按鍵實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的控制，例如實(shí)現(xiàn)機(jī)器人跳舞功能、拿東西功能等等，但是對于一個(gè)娛樂型的機(jī)器人，遙控并不能滿足人們的娛樂需求，用遙控器控制的機(jī)器人缺少了人們和機(jī)器人的互動(dòng)，僅僅手指的按鍵運(yùn)動(dòng)也不能很好得調(diào)動(dòng)整個(gè)身體，讓人全身都參與進(jìn)來，而本項(xiàng)目提出的體感交互這恰恰是人們正需要的交互概念，針對這個(gè)問題，設(shè)計(jì)了一款交互對戰(zhàn)機(jī)器人，來填補(bǔ)這個(gè)一空缺，讓仿生機(jī)器人復(fù)制自己的動(dòng)作，顯然是一種新奇而且刺激的體驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人，通過kinect實(shí)時(shí)準(zhǔn)確捕獲人體的肢體動(dòng)作及移動(dòng)位置，具備智能和有趣優(yōu)點(diǎn)，并且kinect可同時(shí)捕獲幾個(gè)人的動(dòng)作，使得機(jī)器人可同時(shí)幾個(gè)一起對戰(zhàn)或者同時(shí)混合動(dòng)作，具有較好的游戲樂趣。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人，包括依次連接的kinect、PC上位機(jī)、單片機(jī)下位機(jī)、若干機(jī)器人以及供電單元；其中

所述kinect用于采集若干個(gè)人的四肢動(dòng)作和移動(dòng)位置的圖像信息，并將圖像信息發(fā)送至PC上位機(jī)；

所述PC上位機(jī)用于接受來自kinect發(fā)送過來的圖像信息，并將圖像信息轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送至所述單片機(jī)；

所述單片機(jī)下位機(jī)用于接收的PC上位機(jī)發(fā)送過來的電信號，并根據(jù)電信號做出相應(yīng)的動(dòng)作指令且操控所述機(jī)器人的四肢動(dòng)作和移動(dòng)位置；

所述機(jī)器人根據(jù)人的動(dòng)作做出一致的動(dòng)作，機(jī)器人數(shù)量跟人的數(shù)量一致；

所述供電單元用于給所述單片機(jī)下位機(jī)和機(jī)器人提供電源；

所述單片機(jī)下位機(jī)包括單片機(jī)、無線通信模塊、電機(jī)以及舵機(jī)，所述機(jī)器人機(jī)械骨架包括機(jī)器人機(jī)械骨架、機(jī)器人底座和激光武器，所述機(jī)器人機(jī)械骨架固定于所述機(jī)器人底座上，所述激光武器固定于所述機(jī)器人機(jī)械骨架的手部位置；所述PC上位機(jī)通過所述無線通信模塊與單片機(jī)連接；所述單片機(jī)用于控制所述電機(jī)和舵機(jī)運(yùn)動(dòng)；所述電機(jī)和舵機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于控制著機(jī)器人的行走、運(yùn)動(dòng)、肢體動(dòng)作以及所述激光武器開火；所述機(jī)器人底座用于控制機(jī)器人的行走。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人機(jī)械骨架包括頭部、軀干和四肢。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人數(shù)量小于或等于6個(gè)。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人還包括LED燈組，在若干機(jī)器人間進(jìn)行游戲?qū)?zhàn)時(shí)，所述LED燈組用于顯示機(jī)器人的生命值。

進(jìn)一步地，所述LED燈組數(shù)量為10，所述機(jī)器人在游戲中，若10盞LED燈顯示為綠燈且為不閃爍狀態(tài)，則表示機(jī)器人生命狀態(tài)為滿血和生命值為10；每當(dāng)機(jī)器人受到一次攻擊，綠燈就熄滅一盞；當(dāng)機(jī)器人生命值剩下3的時(shí)候，指示燈由不閃爍的綠燈變?yōu)殚W爍的紅燈；當(dāng)機(jī)器人生命值為0時(shí)，所有燈熄滅，表示機(jī)器人陣亡。

進(jìn)一步地，所述無線通信模塊包括移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模塊、WIFI模塊和藍(lán)牙模塊。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人底座包括支撐板和4個(gè)輪子，所述輪子固定于支撐板的底部。

進(jìn)一步地，所述供電單元采用7.4伏航模電池對所述仿人形玩具機(jī)器人進(jìn)行供電，所述供電單元包括D25XB60減壓芯片。

進(jìn)一步地，所述供電單元還包括單片機(jī)電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和舵機(jī)供電模塊，所述供電單元通過單片機(jī)電源模塊給所述單片機(jī)提供電源，所述供電單元通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊給所述電機(jī)提供電源，所述供電單元通過舵機(jī)供電模塊給所述舵機(jī)提供電源；其中

所述單片機(jī)電源模塊包括包括穩(wěn)壓芯片和兩組20pF電解電容。

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括L298P芯片、8個(gè)二極管以及2個(gè)電容組，8個(gè)二極管先與L298P芯片并聯(lián)再串聯(lián)電容組。

所述舵機(jī)供電模塊包括D25XB60減壓芯片。

采用上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型至少具有如下有益效果：

(1)本實(shí)用新型提供了玩具控制的一個(gè)新方向——體感控制：體感互動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)⑦\(yùn)動(dòng)與娛樂融入人們的生活中；操作者可以通過自己的肢體去控制機(jī)器人，并且實(shí)現(xiàn)與玩具的互動(dòng)，得心應(yīng)手地控制機(jī)器人完成既定的任務(wù)；

(2)本實(shí)用新型將新型體感控制技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，增加了玩具的科技趣味性：將前沿技術(shù)運(yùn)動(dòng)到玩具當(dāng)中，讓孩子們最直接的感受到科技的魅力，培養(yǎng)孩子們對科學(xué)的濃厚興趣，讓人們認(rèn)識科學(xué)、尊重科學(xué)、參與到科學(xué)中來；

(3)本實(shí)用新型能夠?qū)⑼婕胰碚{(diào)動(dòng)起來，讓玩具變成一種很好的娛樂以及運(yùn)動(dòng)方式：體感控制使人們擺脫了按鍵的禁錮，將全身解放了出來，體感玩具不僅僅是一種消遣和娛樂方式，它更是一種像籃球、慢跑一樣，能調(diào)動(dòng)全身的運(yùn)動(dòng)；機(jī)器人手部可以裝配上特制的激光發(fā)射裝置，配合機(jī)器人身體上的光敏電阻和用作生命值顯示的RGB LED燈組，可以進(jìn)行一場精彩的機(jī)器人槍擊大戰(zhàn)；

(4)本實(shí)用新型的機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、運(yùn)動(dòng)靈活、電氣以及程序設(shè)計(jì)合理、反應(yīng)靈敏和精度高：采用stm32單片機(jī)和kinect的軟件開發(fā)應(yīng)用結(jié)合；stm32是高性能的單片機(jī)，能夠高速穩(wěn)定執(zhí)行指令代碼，同時(shí)功耗也比較理想，而Kinect是一款體感儀，能夠精確的識別人體的肢體動(dòng)作，包括關(guān)節(jié)角度和特定手勢等，準(zhǔn)確率高，計(jì)算速度快；通過kinect開發(fā)準(zhǔn)確捕獲人體的肢體動(dòng)作，使用wifi無線穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)到stm32單片機(jī)，單片機(jī)執(zhí)行程序代碼輸出pwm方波控制十路舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)人體與機(jī)器人的無縫交互對接。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人的系統(tǒng)架構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人的機(jī)器人正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人的機(jī)器人底座結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人的單片機(jī)電源模塊電路圖；

圖5為本實(shí)用新型一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路圖；

圖6為本實(shí)用新型一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人的舵機(jī)供電模塊電路圖；

圖7為本實(shí)用新型一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人的控制程序流程圖；

圖8為本實(shí)用新型一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人的操作流程圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本申請作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人，主要包括kinect、PC上位機(jī)、單片機(jī)下位機(jī)、若干機(jī)器人以及供電單元，單片機(jī)下位機(jī)包括單片機(jī)、無線通信模塊、電機(jī)以及舵機(jī)，玩家通過自身大腦來控制人體的肢體動(dòng)作，而kinect就會自動(dòng)識別人體肢體信息，并將人體肢體信息發(fā)送至PC上位機(jī)，PC上位機(jī)經(jīng)過一系列的信息處理號，把人體肢體信息的圖像信息轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送至單片機(jī)，發(fā)送信號途徑可通過WIFI或者藍(lán)牙通信。電機(jī)以及舵機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，操控著機(jī)器人的行走、運(yùn)動(dòng)、肢體動(dòng)作以及開火。供電單元負(fù)責(zé)給整個(gè)仿人形玩具機(jī)器人供電。本發(fā)明通過一臺Kinect設(shè)備就能識別多個(gè)玩家，一臺設(shè)備最多同時(shí)支持6人進(jìn)行對戰(zhàn)游戲，每位玩家操縱著自己的機(jī)器人在戰(zhàn)場上縱橫捭闔。

如圖2所示，為本發(fā)明機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖，包括機(jī)器人機(jī)械骨架11、機(jī)器人底座12和激光武器13。如圖3所示，機(jī)器人采用輪式行走方式，底部設(shè)計(jì)為一個(gè)四輪車底座，即為機(jī)器人底座12，其包括包括支撐板121和4個(gè)輪子122。安裝四個(gè)直流電機(jī)，每側(cè)輪子前后同步，不同側(cè)輪子獨(dú)立控制，固定方式為螺釘螺母固定。

對于整個(gè)仿人形玩具機(jī)器人的供電單元，采用一個(gè)7.4伏的航模電池對交互機(jī)器人進(jìn)行供電。機(jī)器人一共用十個(gè)舵機(jī)，其中有兩個(gè)270度和八個(gè)180度舵機(jī)，由于舵機(jī)的使用電壓是5～6.7伏，所以采用D25XB60減壓芯片進(jìn)行減壓，輸出6.2伏左右電壓供給舵機(jī)，這樣舵機(jī)就不會因發(fā)熱過度而損壞。如圖4所示，供電單元還包括單片機(jī)電源模塊，供電單元通過單片機(jī)電源模塊給單片機(jī)提供電源。單片機(jī)電源模塊包括穩(wěn)壓芯片和兩組20pF電解電容，單片機(jī)的工作電壓是3.3伏，由于本發(fā)明是采用7.4伏的航模電池，在L298p把電源穩(wěn)壓到5伏的基礎(chǔ)上，用1117-3.3穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓到3.3伏供給單片機(jī)，其中兩組20pF電解電容實(shí)現(xiàn)濾波的作用，在研發(fā)過程中，會出現(xiàn)舵機(jī)因功率過高，把供給單片機(jī)的電壓拉低，導(dǎo)致單片機(jī)重啟的情況，所以采用220uF電解電容實(shí)現(xiàn)電壓補(bǔ)償功能。

如圖5所示，供電單元還包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，供電單元通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊給電機(jī)提供電源。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括L298P芯片、8個(gè)二極管以及2個(gè)電容組，8個(gè)二極管先與L298P芯片并聯(lián)再串聯(lián)電容組。

如圖6所示，供電單元還包括舵機(jī)供電模塊，供電單元通過舵機(jī)供電模塊給舵機(jī)提供電源。舵機(jī)供電模塊包括D25XB60減壓芯片。

如圖7所示，本發(fā)明控制程序流程圖，步驟為：單片機(jī)接通電源后設(shè)置ESP8266WIFI模塊為透傳模式并跳轉(zhuǎn)到接收指令程序，上位機(jī)通過WIFI傳送指令條到下位機(jī)，下位機(jī)通過ESP8266WIFI模塊接收指令條；接收到指令條后跳轉(zhuǎn)到解析代碼程序，下位機(jī)解析指令條并獲得指令內(nèi)容，通過L298p直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)；通過相應(yīng)io口輸出pwm，控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖8所示，本發(fā)明一種基于體感交互式的仿人形玩具機(jī)器人，其具體操作流程為：

首先程序會先啟動(dòng)等待機(jī)器人連入局域網(wǎng)，待機(jī)器人連入成功后，便開始啟動(dòng)Kinect設(shè)備；Kinect設(shè)備啟動(dòng)之后將自動(dòng)識別當(dāng)前玩家，并檢測玩家人數(shù)，是否為兩個(gè)或以上，當(dāng)正確識別玩家后便開始進(jìn)入程序的主要部分了；Kinect設(shè)備將不斷循環(huán)識別兩位玩家的手勢坐標(biāo)同時(shí)計(jì)算各個(gè)關(guān)節(jié)的角度并發(fā)送數(shù)據(jù)到機(jī)器人，直至游戲結(jié)束；在游戲過程中，Kinect設(shè)備不斷檢測玩家是否離開或者是否加入新玩家，當(dāng)玩家越出Kinect的視野時(shí)，程序?qū)⒆詣?dòng)等待新的玩家進(jìn)入，直至識別到新的玩家時(shí)便重新控制機(jī)器人，然后繼續(xù)進(jìn)入主程序部分。

本發(fā)明機(jī)器人主要服務(wù)于游戲?qū)?zhàn)，參加游戲的玩家應(yīng)不少于兩人，才能分派別進(jìn)行對戰(zhàn)。機(jī)器人中裝有相應(yīng)的傳感器，當(dāng)被激光擊中時(shí)，機(jī)器人的受傷情況和生命狀態(tài)會在機(jī)器人上的RGB LED燈組上體現(xiàn)出來。燈組共10盞小燈。游戲初始時(shí)，10盞LED燈為不閃爍的10盞綠燈，表示機(jī)器人生命狀態(tài)為滿血，生命值為10。每當(dāng)機(jī)器人受到一次攻擊，綠燈就熄滅一盞。當(dāng)機(jī)器人生命值剩下3的時(shí)候，指示燈由不閃爍的綠燈變?yōu)殚W爍的紅燈。到機(jī)器人生命值為0時(shí)，所有燈熄滅，機(jī)器人陣亡。

游戲模式包括：

1.生存模式

生存模式的游戲最終目標(biāo)是生存下去，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，雙方相互攻擊，直到一方完全陣亡或規(guī)定時(shí)間到時(shí)游戲結(jié)束，幸存方或生命值較高的一方獲得游戲勝利；

2.守護(hù)模式

守護(hù)模式的游戲最終目的是守護(hù)己方的“生命中樞”并摧毀對方“生命中樞”；游戲在特定的區(qū)域中進(jìn)行，沒有時(shí)間限制，玩家陣亡后，經(jīng)過一定時(shí)間可以復(fù)活，并重新進(jìn)入戰(zhàn)場參加戰(zhàn)斗。在成功守護(hù)己方“生命中樞”的情況下摧毀對方的“生命中樞”視為獲得游戲最終勝利。

盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解的是，在不脫離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種等效的變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同范圍限定。