一种基于物联网的时钟机器人系统及工作方法
【专利摘要】一种基于物联网的时钟机器人系统，其特征在于它包括手持物联网设备、无线传感器设备、主控芯片、电机驱动单元和写字机器人；其工作方法包括：①无线传感器设备接收手持物联网设备信号；②信号的处理和传输；③写字机器人的运动；其优越性在于：灵活性强；增强了视觉上的可读性；结构更加紧凑、美观；方便使用者的携带。
【专利说明】一种基于物联网的时钟机器人系统及工作方法
(—)【技术领域】:
[0001]本发明属于微小型机器人领域，尤其是一种基于物联网的时钟机器人系统及工作方法，能够通过手持物联网设备(如手机等)对其发送指令从而实现时间的书写以及图形绘画功能。
(二)【背景技术】:
[0002]30年前，诺贝尔奖获得者美国物理学家理查德.费恩曼提出了研制微型机械系统的设想。现在，微型机械电子学、微型机械和真空微型电子学以及其相应的结构、装置和系统的开发研究出现了新的势头。在微型机械电子学方面，通过近30年来对集成电路细微加工技术的研究与发展，能将机构以及其驱动器和传动装置、传感器、控制器和电源集成到一片几立方毫米的多晶硅片上，从而制造出价格低廉、用途广泛的各种微型机器人上。
[0003]利用微系统技术设计的机器人分为两大类:1.使结构器件微小化、精密化以及提高其定位精度或可进行微细操作的机器人，这种机器人成为微动机器人；2.是机器人本身微小化的微型机器人。目前国内对微型机器人的研究则主要集中在三个领域:1.面向化工、发电设备细小管道探测的微型机器人；2.针对人体、进入肠道的无创诊疗微型机器人；3.面向复杂机械系统非拆卸检修的微型机器人。而机械结构的可靠性与安全性以及自我的故障排除能力则需要进一步完善实现。
[0004]物联网，则是新一代信息技术的重要组成部分，其是在互联网的基础上扩展和延伸出来的物物相连的网络。物联网通过各种信息传感设备，实时采集需要监控、连接的终端等各种信息，并将所述信息发送至连接平台或终端。
[0005]时钟机器人体型较小，具有一双固定好的仿生手臂，通过物联网技术使控制器收到信号后，驱动电机会转动相应的角度，控制机械手臂沿着规划好的路径进行时间的书写。时钟机器人能在一分钟的时间内写下时间数字并且擦除，然后跳转到下一分钟继续不厌其烦地重复精确到分钟的计时，使观察者能直接清晰的观测到当前时间。
(三)
【发明内容】
:
[0006]本发明的目的在于提供一种基于物联网的时钟机器人系统及工作方法，构建出一个手持物联网设备发送数据-无线传感器设备接受指令-主控芯片对信息的处理与控制-驱动单元-机械手臂-主控芯片这样一种循环控制系统；可以让使用者直观的观测到当前的时间，并且可以通过无线传感器设备接收到相应的数据进行图形绘制，是一种基于嵌入式控制的微小型机器人系统。
[0007]本发明的技术方案:一种基于物联网的时钟机器人系统，其特征在于它包括手持物联网设备、无线传感器设备、主控芯片、电机驱动单元和写字机器人；其中，所述无线传感器设备接收从外部输入的时钟信号以及绘图指令信号，其输出端连接主控芯片；所述写字机器人与电机控制单元的输出端相连接，输入端则与主控芯片相连接；所述主控芯片的输入端获取到无线传感器设备所发送的数据后，将其传递给电机驱动单元，以控制写字机器人的运动。
[0008]所述手持物联网设备由物联网设备数据处理器、输入模块、存储模块和无线发送模块构成；其中所述输入模块和存储模块分别与物联网设备数据处理器呈双向连接；所述无线发送模块的输出端分别发送信号给物联网设备数据处理器的输入端以及无线传感器设备的输入端。
[0009]所述无线传感器设备由无线传感器数据处理器和无线接收模块构成；所述无线接收模块的输出端与无线传感器数据处理器的输入端连接；所述无线传感器数据处理器的输出端与所述主控芯片的输入端连接；所述无线接收模块用于接收来自所述无线发送模块的无线信号并传送给无线传感器数据处理器。
[0010]一种基于物联网的时钟机器人系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤:
[0011]①无线传感器设备接收手持物联网设备信号:手持物联网设备通过无线发送模块发送媒体信息给无线传感器设备；存储模块用于储存所有媒体信息，输入模块用于输入媒体信息和发送操作指令；当物联网设备数据处理器在接收到来自输入模块的媒体信息时，将媒体信息转送给存储模块，并储存在存储模块中；当物联网设备数据处理器在接收到来自输入模块的操作指令后，根据操作指令从存储模块读取相应的预存的媒体信息，然后将读取的媒体信息转换为适用于无线通信的无线信号，传送到无线发送模块；无线发送模块用于接收来自物联网设备数据处理器的无线信号并转发；
[0012]②信号的处理和传输:将无线传感器设备采集到的信号通过无线传感器数据处理器传送给主控芯片，由主控芯片将接收到的信号反转成ASCII码值，并将处理后的结果输出给电机驱动单元；电机驱动单元通过定时器的控制，根据机械臂所需转动的角度，输出脉冲波来产生PWM波；
[0013]③写字机器人的运动:当写字机器人身上的电机接受到电机驱动单元所发送的PWM波后，通过调节PWM波的占空比，转动相对应的角度以控制机器人的机械手臂的起降以及沿着指定路径进运动；写字行为结束后机械臂会控制板擦对台板上的字迹进行擦除。
[0014]所述步骤①中的媒体信息是时间信号或者绘图指令。
[0015]所述步骤②中的机械臂所需转动的角度为O?180度，输出的能够产生PWM波的脉冲波的信号周期为20ms，有效脉冲宽度为0.4-2.4ms。
[0016]所述步骤③中对PWM波占空比的调节由以下步骤构成:
[0017](I)当脉冲宽度为1.5ms时，写字机器人身上的电机不转动，机械臂的角度为90度；
[0018](2)而当脉冲宽度每增加1us时，则电机右转I度，当脉冲宽度增加至2.4ms时，机械臂的角度达到180度；
[0019](3)脉冲宽度每减小1us时电机左转I度，当脉冲宽度减小到0.4ms时，机械臂的角度为O度。
[0020]本发明的优越性在于:1、本发明基于物联网技术，可实现对产品实时性能信息的分析，并且手持物联网设备可使用移动电话以及PC代替，具有很大的灵活性；2、使用笔写出当前时间，使得时间能够更直观的被观测者所捕获，增强了视觉上的可读性；3、采用电机驱动方式，使驱动装置和运动装置紧密结合，使时间机器人的结构更加紧凑，同时，机器人表面结构的连接采用了凹槽凸块连接，使外观能够连贯美观；4、时间机器人主要采用亚克力材料，大大减轻了装置的重量，且体积小巧，与一般所使用的时钟体积相仿，方便使用者的携带。
(四)【专利附图】
【附图说明】:
[0021]图1为本发明所涉一种基于物联网的时钟机器人系统的整体结构框图。
(五)【具体实施方式】:
[0022]实施例:一种基于物联网的时钟机器人系统(见图1)，其特征在于它包括手持物联网设备、无线传感器设备、主控芯片、电机驱动单元和写字机器人；其中，所述无线传感器设备接收从外部输入的时钟信号以及绘图指令信号，其输出端连接主控芯片；所述写字机器人与电机控制单元的输出端相连接，输入端则与主控芯片相连接；所述主控芯片的输入端获取到无线传感器设备所发送的数据后，将其传递给电机驱动单元，以控制写字机器人的运动。
[0023]所述手持物联网设备(见图1)由物联网设备数据处理器、输入模块、存储模块和无线发送模块构成；其中所述输入模块和存储模块分别与物联网设备数据处理器呈双向连接；所述无线发送模块的输出端分别发送信号给物联网设备数据处理器的输入端以及无线传感器设备的输入端。
[0024]所述无线传感器设备(见图1)由无线传感器数据处理器和无线接收模块构成；所述无线接收模块的输出端与无线传感器数据处理器的输入端连接；所述无线传感器数据处理器的输出端与所述主控芯片的输入端连接；所述无线接收模块用于接收来自所述无线发送模块的无线信号并传送给无线传感器数据处理器。
[0025]一种基于物联网的时钟机器人系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤:
[0026]①无线传感器设备接收手持物联网设备信号:手持物联网设备通过无线发送模块发送媒体信息给无线传感器设备；存储模块用于储存所有媒体信息，输入模块用于输入媒体信息和发送操作指令；当物联网设备数据处理器在接收到来自输入模块的媒体信息时，将媒体信息转送给存储模块，并储存在存储模块中；当物联网设备数据处理器在接收到来自输入模块的操作指令后，根据操作指令从存储模块读取相应的预存的媒体信息，然后将读取的媒体信息转换为适用于无线通信的无线信号，传送到无线发送模块；无线发送模块用于接收来自物联网设备数据处理器的无线信号并转发；
[0027]②信号的处理和传输:将无线传感器设备采集到的信号通过无线传感器数据处理器传送给主控芯片，由主控芯片将接收到的信号反转成ASCII码值，并将处理后的结果输出给电机驱动单元；电机驱动单元通过定时器的控制，根据机械臂所需转动的角度，输出脉冲波来产生PWM波；
[0028]③写字机器人的运动:当写字机器人身上的电机接受到电机驱动单元所发送的PWM波后，通过调节PWM波的占空比，转动相对应的角度以控制机器人的机械手臂的起降以及沿着指定路径进运动；写字行为结束后机械臂会控制板擦对台板上的字迹进行擦除。
[0029]所述步骤①中的媒体信息是时间信号或者绘图指令。
[0030]所述步骤②中的机械臂所需转动的角度为O?180度，输出的能够产生PWM波的脉冲波的信号周期为20ms，有效脉冲宽度为0.4-2.4ms。
[0031]所述步骤③中对PWM波占空比的调节由以下步骤构成:
[0032](I)当脉冲宽度为1.5ms时，写字机器人身上的电机不转动，机械臂的角度为90度；
[0033](2)而当脉冲宽度每增加1us时，则电机右转I度，当脉冲宽度增加至2.4ms时，机械臂的角度达到180度；
[0034](3)脉冲宽度每减小1us时电机左转I度，当脉冲宽度减小到0.4ms时，机械臂的角度为O度。
【权利要求】
1.一种基于物联网的时钟机器人系统，其特征在于它包括手持物联网设备、无线传感器设备、主控芯片、电机驱动单元和写字机器人；其中，所述无线传感器设备接收从外部输入的时钟信号以及绘图指令信号，其输出端连接主控芯片；所述写字机器人与电机控制单元的输出端相连接，输入端则与主控芯片相连接；所述主控芯片的输入端获取到无线传感器设备所发送的数据后，将其传递给电机驱动单元，以控制写字机器人的运动。
2.根据权利要求1所述一种基于物联网的时钟机器人系统，其特征在于所述手持物联网设备由物联网设备数据处理器、输入模块、存储模块和无线发送模块构成；其中所述输入模块和存储模块分别与物联网设备数据处理器呈双向连接；所述无线发送模块的输出端分别发送信号给物联网设备数据处理器的输入端以及无线传感器设备的输入端。
3.根据权利要求1所述一种基于物联网的时钟机器人系统，其特征在于所述无线传感器设备由无线传感器数据处理器和无线接收模块构成；所述无线接收模块的输出端与无线传感器数据处理器的输入端连接；所述无线传感器数据处理器的输出端与所述主控芯片的输入端连接；所述无线接收模块用于接收来自所述无线发送模块的无线信号并传送给无线传感器数据处理器。
4.一种基于物联网的时钟机器人系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤: ①无线传感器设备接收手持物联网设备信号:手持物联网设备通过无线发送模块发送媒体信息给无线传感器设备；存储模块用于储存所有媒体信息，输入模块用于输入媒体信息和发送操作指令；当物联网设备数据处理器在接收到来自输入模块的媒体信息时，将媒体信息转送给存储模块，并储存在存储模块中；当物联网设备数据处理器在接收到来自输入模块的操作指令后，根据操作指令从存储模块读取相应的预存的媒体信息，然后将读取的媒体信息转换为适用于无线通信的无线信号，传送到无线发送模块；无线发送模块用于接收来自物联网设备数据处理器的无线信号并转发； ②信号的处理和传输:将无线传感器设备采集到的信号通过无线传感器数据处理器传送给主控芯片，由主控芯片将接收到的信号反转成ASCII码值，并将处理后的结果输出给电机驱动单元；电机驱动单元通过定时器的控制，根据机械臂所需转动的角度，输出脉冲波来产生PWM波； ③写字机器人的运动:当写字机器人身上的电机接受到电机驱动单元所发送的PWM波后，通过调节PWM波的占空比，转动相对应的角度以控制机器人的机械手臂的起降以及沿着指定路径进运动；写字行为结束后机械臂会控制板擦对台板上的字迹进行擦除。
5.根据权利要求4所述一种基于物联网的时钟机器人系统的工作方法，其特征在于所述步骤①中的媒体信息是时间信号或者绘图指令。
6.根据权利要求4所述一种基于物联网的时钟机器人系统的工作方法，其特征在于所述步骤②中的机械臂所需转动的角度为O?180度，输出的能够产生PWM波的脉冲波的信号周期为20ms，有效脉冲宽度为0.4-2.4ms。
7.根据权利要求4所述一种基于物联网的时钟机器人系统的工作方法，其特征在于所述步骤③中对PWM波占空比的调节由以下步骤构成: (1)当脉冲宽度为1.5ms时，写字机器人身上的电机不转动，机械臂的角度为90度； (2)而当脉冲宽度每增加1us时，则电机右转I度，当脉冲宽度增加至2.4ms时，机械臂的角度达到180度； (3)脉冲宽度每减小1us时电机左转I度，当脉冲宽度减小到0.4ms时，机械臂的角度为O度。
【文档编号】B25J11/00GK104308847SQ201410660608
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】魏巍, 李世远, 李双鲲, 蔡杰, 高翔 申请人:天津理工大学