循迹机器人骑自行车玩具的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种玩具装置，尤其是能沿着预定路线骑车行进的循迹机器人骑自行 车玩具。
【背景技术】
[0002] 玩具市场上的小人骑车玩具，自行车是主动件，小人是辅助件。虽然具有转弯功 能，但不是由小人胳膊来执行的，而是事先将自行车前叉旋转一定角度，来实现转弯，但实 际效果就是绕地转圈，不能按照人们的预定路线行走。小人的眼睛是雕刻出来的，不能实现 眨眼。小人胳膊的弯曲角度也是固定的，不能伸缩。头部虽可转动，但还是需要手动旋转。 小人的手部虽有握车把的动作，但手部也是固定死的。车体的动力传递装置是橡皮筋，因压 力不足，经常会出现打滑现象。
【发明内容】
[0003] 为了解决小人骑车玩具不能按人们预定路线自行行进、小人不能眨眼、胳膊不能 自动伸缩、头部不能自行旋转、手部不能自由活动、车体传动装置打滑等不足，本发明提供 了一种能实现智能化的循迹机器人骑自行车玩具，此款玩具具有自行循迹功能，自行转弯 功能，头部自行左右旋转功能，手部自由活动，并且执行刹车功能。以实现人是车的主人的 效果。
[0004] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] 1 ?循迹功能的实现
[0006] 流程图
[0007] 光电传感器一A\D转换器（模数转换）一STC89C52单片机一L298N电机驱动芯 片一各功能模块电机
[0008] 循迹的原理是通过改变输入给电动机的高低电平，来实现电动机的正反转，来控 制胳膊的伸缩。改变电平状态，是控制光电传感器的开与关。光电传感器的开关控制，是利 用光学中的黑色可完全吸光，白色几乎不吸光的原理。本装置中的光电传感器在处于开的 状态时，电平状态为0。光电传感器处于开或关时电动机的状态如下（本玩具采用两个光电 传感器）。
[0009]
[0010] 注：1表示光电传感器处于断开状态，〇表示光电传感器处于开状态。
[0011] 光电传感器处于不同状态时控制电动机的程序如下（只写主程序，是从整体程序 中截取的）：
[0012]
[0014] 光电传感器安装在一块板子上，位于车体之下而且水平布置。两个传感的间距由 路线条宽决定（一般为10-17mm左右），并且光电传感器距地面高度需在（8mm-3mm)之间， 路线条夹在两光电传感器之间。
[0015] 2?眨眼功能的实现
[0016] 机器人眨眼功能的实现，主要是通过控制二极管的亮灭频率。二极管亮灭频率的 控制，主要是启用单片机的定时器功能，控制程序如下（从整体程序中截取的）
[0017]
[0019] 3.胳膊伸缩功能的实现
[0020] 胳膊的伸缩功能是靠电动机的正反转来实现。整个驱动装置主要由电动机、相互 啮合的圆锥齿轮、动力输出轴组成。圆锥齿轮啮合处必须密封而且用脂润滑。电动机的电 压范围在5V-12V。
[0021] 4?头部旋转功能实现
[0022] 此款玩具头部的旋转形式有左右旋转、抬头、低头、边转边抬/低头等。左右旋转 功能的实现是由电动机直接驱动，旋转角度由单片机的延时程序决定，其中电动机外壳作 为机器人的脖子。抬头功能的实现由身体内部的电动机驱动，驱动抬头的机构为曲柄摇杆 机构，其中的摇杆为十字轴。
[0023] 头部自动旋转主要由装在耳朵部位的光电传感器控制，哪侧有障碍物，头部就往 哪侧旋转，旋转之后通过单片机复位程序将头部扶正。边旋转边抬\低头功能的实现主要 由头顶上的光电开关控制。
[0032] 5?手部执行刹车功能的实现
[0033] 此功能实现的主动件为车闸的扳手，辅助件为手指。车闸扳手与车闸底座的分开 通过电生磁实现，在扳手顶尖出装有一小块磁铁，车把上有电生磁线圈。线圈是否通电由装 在前方的传感器的开合状态决定，传感器的开合状态主要由前方是否有障碍物决定。
[0034] 控制程序如下（截取一段）：
[0035]
[0036] 注意：此处的传感器只用一个来检测前方是否有障碍物，另一个传感器必须始终 处于高电平状态。
[0037] 6.动力传递装置
[0038] 本装置采用齿轮和齿条，这样做可保证严格的传动比，并且还可克服打滑现象。
[0039] 7?实现全部功能的控制程序（完整）如下：
[0048] 本发明的有益效果是：运行轨迹由人们随意设定，设定路线完成之后，打开玩具开 关，玩具就会沿着设定路线行进，当前方有障碍物时会自动停车，绝不会出现碰壁现象。而 且人们在玩具的哪一侧，机器人头部就会转向人们所在的方向，注视人们，给人以真实的 视觉感受。
【附图说明】
[0049] 下面结合附图和实施方式对本发明做进一步说明。
[0050] 图1是玩具的总装配简图。
[0051] 图2是内部整体电路图。
[0052] 图3是L298N电机驱动芯片的外围电路图。
[0053] 图4是驱动胳膊伸缩的驱动装置。
[0054] 图5是驱动胳膊伸缩装置的动力输出轴。
[0055] 图6是机器人眼睛的电路图。
[0056] 图7为驱动装置。
[0057] 图8为机器人蹬车原理。
[0058] 图9为机器人的低头或抬头的控制机构。
[0059] 图10为传感器固定及传感器间距调节装置。
[0060] 实施方式
[0061] 图1中：1是机器人的耳朵（头部左右两侧），该位置装光电传感器，传感器的名称 为GZ和GY，用于控制头部的左右转向。2是机器人肩部，左右两肩上各有一个光电传感器， 用于控制头部的抬头或低头动作的执行，左右传感器名称为GDl和GD2。3为十字轴的接 口，此处为轴承孔。4为机器人的眼睛。5为机器人的体腔，内装电子器件。6为胳膊驱动装 置的装配处。7为车把扳手和车闸底座，其中，车把需缠线圈，在扳手的顶尖处需固定磁铁， 当顶尖的磁铁和线圈铜芯吸合时，就实现了拉闸刹车功能。8是电池固定位置。9是齿轮齿 条传动装置。10为驱动装置安装处，驱动装置由涡轮蜗杆构成。11为机器人的腿，依据原 理为：曲柄摇杆机构的构成条件（最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和。最短杆 的邻杆为机架）。12为避障传感器安装位置，传感器名称为GQ。13为循迹传感器的安装位 置，传感器名称为Gl和G2。
[0062] 图2中：1是光电传感器。2是D\A模数转换模块。3是单片机，型号STC89C52。4 是晶振电路，电容为30PF，晶振值为11. 0592。5和7是头部电机。8是胳膊驱动电机。6是 整车驱动电机。9是电机驱动芯片，型号为L298N.
[0063] 图4中，驱动装置为90度圆锥齿轮互相啮合，因为90度圆锥齿轮可实现电机转轴 和动力输出轴成90度传动，1为动力输出轴，而为联轴器。齿轮啮合处的润滑形式为脂润 滑，并且密封。齿轮在加工时齿数大于17,如果小于17,会发生根切现象。
[0064] 图5中，动力输出轴的两端为四方形，这样做即可稳固可靠的输出动力又可稳定 的和大胳膊联接，中间为圆柱，和齿轮配合处的网花为四方形，以防止齿轮移动。
[0065] 图6中眼睛的眨眼功能主要是由二极管的亮灭频率来实现，二极管的亮灭频率由 单片机的定时程序控制。
[0066] 图7中1是动力传动装置。2是动力源，形式为涡轮蜗杆组合。3是脚蹬。5是机 器人的腿部。腿部原理如图7。
[0067] 图8中，机器人的腿和自行车轮盘构成一个曲柄摇杆机构。依据原理为：最短杆与 最长杆之和小于或等于其余两杆之和。最短杆的邻杆为机架。
[0068] 图9中1为支架，就是图1中的3。2是固定控制头部左右旋转电机的位置。3是 连杆。4是电动机。通过控电动机主轴旋转角度，来拉动连杆向前或向后移动一段距离，进 而拉动十字轴的前后摆动，从而实现头部的抬头或低头。电动机主轴的旋转角度主要由延 时程序控制，除了延时程序外还可引用角度陀螺仪，但成本会稍有增加，故采用延时程序。 [0069] 图10中1为滑轨上有刻度，用于固定光电传感器高度及确定两传感器之间的距 离。2为燕尾槽滑块，与1配合使用，上有锁紧螺钉用于定位。3为梯形槽，用于固定传感器。
【主权项】
1. 一种循迹机器人骑自行玩具，其特征在于能自行循着设定路线骑自行车行进，转弯 功能由胳膊的伸缩来执行，头部能自行左右旋转和抬低头，手部能执行刹车动作。2. 根据权利要求1中所述的特征，能自行循着设定路线骑自行车行进，由装在车底部 的光电传感器进行路线检测，但由于设定路线的线条宽窄不同，须有传感器间距调节装置。3. 根据权利要求2中所述的特征，传感器间距调节装置，由一组相互配合的燕尾槽滑 块构成，其中作为滑轨的燕尾槽与机器人的宽度相同，在其正中位置是零刻度线，刻度以中 线为基准，向左右两侧对称分布，另外两个小燕尾槽滑块固定传感器，小滑块上带有锁紧螺 钉，用于位置固定。4. 根据权利要求1中所述的特征，转弯功能由胳膊的伸缩来执行，胳膊的伸缩由驱动 装置执行，驱动装置由一组相互啮合的圆锥齿轮，联轴器，电动机，动力输出轴组成。5. 根据权利要求4中所述的特征，其中的动力输出轴的两端为方形，中间是圆柱形，和 齿轮配合处的滚花形状呈方格型。6. 根据权利要求1中所述的特征，头部能自行左右旋转和抬低头，头部左右旋转由电 动机直接驱动，即头部和电动机的转轴相连，旋转角度由延时程序控制，抬低头由十字芯轴 控制。7. 根据权利要求6中所述的特征，十字芯轴的对称两端通过轴承与机器人的肩部联 接，另外的对称两端，一端和头部即电动机联接，另一端通过连杆和与电动机转轴相连的摇 杆相连，组成双摇杆机构。8. 根据权利要求1中所述的特征，手部能执行刹车动作，是在车闸扳手的顶尖处安装 一小块磁铁，车把上缠绕线圈，当线圈通电，铜芯产生磁场，吸引磁铁，是车闸扳手和车闸底 座分离，实现刹车功能。
【专利摘要】一种能够按人们预先设定路线骑车行进的循迹机器人骑自行车玩具。本款玩具能按人们的预定路线行进，无论转弯处的角度多大或多小均能按原路线行进。转弯功能的实现是通过胳膊的伸缩来推拉车把，驱动胳膊伸缩的装置由一组锥齿轮构成，胳膊在伸出或收缩之后，用复位程序将胳膊复位，即把车把扶正，使整车直线行走。眼睛的眨眼功能，通过编写定时程序用单片机的定时功能控制二极管的闪烁频率。人们无论在机器人的哪一侧，只要传感器能检测得到，头部就会转向人们所在的方向，同时眼睛也会注视着人们，给人们以真实的视觉感受。
【IPC分类】A63H17/26, A63H17/16, A63H17/395
【公开号】CN105080152
【申请号】CN201410212556
【发明人】郭佳
【申请人】郭佳
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月13日