具有温度监测功能的科技馆轮式迎宾机器人的制作方法

本发明涉及智能服务机器人领域，具体涉及具有温度监测功能的科技馆轮式迎宾机器人。

背景技术

会说话、能移动行走,还能打招呼卖萌……说起迎宾机器人，不少人都回想起2010年万众瞩目的上海世博会吉祥物“海宝”，从那以后迎宾机器人迅速蹿红，各大会场、宾馆、商场、科技馆等都争先添置这种充满新鲜感的“活宝”，但是近日走在市区中曾经红极一时的迎宾机器人如今要么销声匿迹，要么成为摆设。

本发明公开了具有温度监测功能的科技馆轮式迎宾机器人，针对科技馆参观人数较多机器人活动空间受限的问题，所述机器人由三个自驱动全向轮呈三角形分布在辅支撑上构成全向移动底盘，相对于传统迎宾机器人两个驱动轮一个导向轮的普通底盘布局，本发明所述机器人移动更加灵活，可以实现原地转向且结构简洁布局合理；对于传统迎宾机器人功能单一的问题，本发明所述数字温度计模块可以实现科技馆内部温度的实时监测，将温度模拟信号转变成数字信号，在所述lcd屏上展示出来，所述lcd屏屏幕左侧显示历史温度，所述lcd屏屏幕右侧显示当前温度，所述播音装置包括温度播报装置和迎宾播报装置，温度播报装置可以播报lcd屏上显示的当前室内场馆的温度，所述迎宾播报装置可以根据所述超声波模块反馈给控制系统参观者的位置信息，实现迎宾语音的播报；针对于人们对于迎宾机器人新鲜感降低的问题，本发明所述机器人挑眉机构可以实现机器人做出“挑眉”的面部动作，所述手臂可以实现迎宾抬手的动作使整个机器人动感十足。

技术实现要素：

本发明为了解决现如今市面上的迎宾机器人所需活动空间较大、功能单一，人们对于其新鲜感降低的问题，公布了一种可灵活移动、外形结构趣味性强、且有温度监测和温度播报功能的科技馆迎宾机器人。

本发明为了解决上述问题所采取的技术方案是：所述机器人包括头部、身躯、全向移动底盘和控制系统，所述头部包含外壳、lcd屏、播音装置、数字温度计模块、挑眉机构，所述播音装置包括温度播报装置和迎宾播报装置，所述温度播报装置包括温度监测控制器和第一喇叭，所述迎宾播报装置包括放音模块和第二喇叭，所述播音装置安装在所述外壳的下底板的位置，所述lcd屏安装在所述外壳的中间板的位置，所述数字温度计模块与外壳的上板固接，所述挑眉机构包括第一舵机支架、舵机、眉毛构件、舵盘，所述舵机通过第一舵机支架与所述外壳的上板固接，所述舵机的输出轴与所述舵盘固接，舵盘与所述眉毛构件固接；

所述身躯包括手臂、超声波模块和主支撑，所述手臂包括全金属大扭矩舵机、舵盘、手臂构件、第二舵机支架，所述主支撑包括主支撑上板和主支撑中板，所述全金属大扭矩舵机通过第二舵机支架与主支撑中板固接，主支撑上板与所述头部固接，所述超声波模块固定安装在主支撑中板；

所述全向移动底盘包括辅支撑和移动装置，所述辅支撑包括辅支撑上板、辅支撑下板、三个电机固定支撑、三根支柱，所述移动装置包括三个两相步进电机、六个联轴器、驱动器、三个全向轮、三组带传动装置、电池模块，所述三个两相步进电机呈三角形布置在辅支撑上，并由所述对应的三个电机固定支撑固定，三个两相步进电机的输出轴与三组对应的带传动装置的输入轴通过联轴器传动连接，所述带传动装置的输出轴通过联轴器与对应的全向轮传动连接，所述驱动器布置在所述电池模块上，电池模块放置在所述辅支撑下板上；

所述控制系统以主控芯片stm32f103c8t为主，搭配stc89c52芯片、ds18b20芯片、xfs5152ce芯片、at24c02芯片和tpa2005didrbr芯片，与所述lcd屏、播音装置、数字温度计模块、挑眉机构、超声波模块、手臂和全向移动底盘控制连接，所述播音装置包括温度播报装置和迎宾播报装置，所述温度播报装置包括温度监测控制器和第一喇叭，所述温度监测控制器以xfs5152ce芯片、tpa2005didrbr芯片为主，并与主控芯片stm32f103c8t连接用于播报场馆内部温度；所述迎宾播报装置与主控芯片stm32f103c8t连接用于播报迎宾语音；所述lcd屏与数字温度计模块连接用于显示当前场馆温度和历史温度；数字温度计模块以stc89c52芯片、ds18b20芯片和at24c02芯片为主，用于监测和储存当前温度；所述挑眉机构与所述主控芯片stm32f103c8t连接，用于实现俏皮多变的面部表情；所述超声波模块与主控芯片stm32f103c8t连接用于检测周围的参观者的位置信息；所述手臂包括的全金属大扭矩舵机与主控芯片stm32f103c8t控制连接，用于完成迎宾抬手的动作；所述全向移动底盘包括辅支撑和移动装置，所述移动装置由主控芯片stm32f103c8t控制移动；

所述控制系统的主控芯片stm32f103c8t的pa2/usart2_tx、pa3/usart2_rx引脚分别与所述stc89c52芯片的rxd、txd引脚连接，进行单片机双机通信并共地，所述stc89c52芯片的p2.2引脚与所述ds18b20芯片的i/o引脚连接，所述stc89c52芯片的p2.0/scl、p2.1/sda引脚分别于所述at24c02芯片的scl、sda引脚连接遵循iic通信协议，所述主控芯片stm32f103c8t的pb15/spi2_mosi引脚、pb14/spi2_miso引脚、pb13/spi2_sck引脚、pb12/spi2_nss引脚分别于xfs5152ce芯片的spi_si引脚、sp1_so引脚、spi_sck引脚、spi_ssel引脚连接，所述xfs5152ce芯片的ao_n引脚、ao_p引脚与tpa2005didrbr芯片的ni+、ni-引脚连接，所述tpa2005didrbr芯片的vo+引脚、vo-引脚分别与电容c1和电阻r1并联在与第一喇叭的正负级输入端连接；

所述迎宾播报装置包括放音模块和第二喇叭，所述主控芯片stm32f103c8t的pb6/i2c1_scl/tim4_ch1引脚和pb7/i2c1_sda/tim4_ch2引脚分别于所述放音模块的sda、scl引脚连接，所述放音模块的out+、out-引脚分别于所述第二喇叭的正负级输入端连接；

所述stc89c52芯片的p1.0、p1.1、p1.2、p1.3、p1.4、p1.5、p1.6、p1.7、p0.0、p0.1、p0.2引脚分别与lcd屏的d7、d6、d5、d4、d3、d2、d1、d0、rs、rw、e引脚连接；

所述挑眉机构中左边眉毛位置的舵机的s1引脚与主控芯片stm32f103c8t的pb3引脚连接，所述挑眉机构中右边眉毛位置的舵机的s2引脚与主控芯片stm32f103c8t的pb10引脚连接；

所述超声波模块的trig、echo引脚分别于主控芯片stm32f103c8t的pb8、pb9引脚连接;

所述手臂的左侧位置的全金属大扭矩舵机的sig1引脚与主控芯片stm32f103c8t的pb11引脚连接，所述手臂的右侧位置的全金属大扭矩舵机的sig2引脚与主控芯片stm32f103c8t的pa15引脚连接；

所述移动装置的驱动器主要以lv8731_2芯片为主，所述主控芯片stm32f103c8t的pc13、pc14、pc15、pa4、pa5、pa6、pb0、pb1、pb2引脚分别于三个lv8731_2芯片的step/dc22、fr/dc21、st三个引脚连接，所述三个lv8731_2芯片的out1a、out1b、out2a、out2b引脚分别与三个所述两相步进电机motor_1、motor_2、motor_3的1、2、3、4引脚连接。

本发明具有以下有益效果：1、本发明设计的全向移动底盘可以实现迎宾机器人原地转向，所述两相步进电机通过带传动装置与全向轮传动连接，合理利用所述辅支撑下板有限空间且结构紧凑简洁，稳定性和减震性相对于传统迎宾机器人两个驱动轮一个导向轮的普通底盘布局均有大幅提高；2、与传统迎宾机器人呆滞死板的面部表情和固定作为摆设的手臂结构相比，本发明提供了一种头部所述挑眉机构可以实现机器人做出“挑眉”的生动面部动作，手臂可以实现迎宾抬手的动作；3、相比传统迎宾机器人功能单一，没有温度监测功能，而温度监测设备一般没有移动功能的问题，本发明可以实现迎宾机器人移动监测科技馆场馆内的实时温度。

附图说明

图1本发明整体的结构示意图；

图2本发明头部的结构示意图；

图3本发明全向移动底盘的局部示意图；

图4本发明控制系统示意图；

图5本发明控制系统主控芯片stm32d103c8t、超声波模块hc_sr04和播音装置的电路原理图；

图6本发明控制系统数字温度计模块和lcd屏的电路原理图；

图7本发明控制系统所述驱动器三个lv8731_2芯片与三个两相步进电机motor_1、motor_2、motor_3的电路原理图；

图8本发明控制系统左边眉毛位置的舵机、右边眉毛位置的舵机、左侧位置的全金属大扭矩舵机、右侧位置的全金属大扭矩舵机的电路原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3说明本实施方式，本实施方式所述具有温度监测功能的科技馆轮式迎宾机器人包括头部1、身躯2、全向移动底盘3和控制系统4，所述头部包含外壳1-1、lcd屏1-2、播音装置1-3、数字温度计模块1-4、挑眉机构1-5，所述播音装置1-3包括温度播报装置1-31和迎宾播报装置1-32，所述温度播报装置1-31包括温度监测控制器1-31a和第一喇叭1-31b，所述迎宾播报装置1-32包括放音模块1-32a和第二喇叭1-32b，所述播音装置1-3安装在所述外壳1-1的下底板的位置，所述lcd屏1-2安装在所述外壳1-1的中间板的位置，所述数字温度计模块1-4与外壳1-1的上板固接，所述挑眉机构1-5包括第一舵机支架1-51、舵机1-52、眉毛构件1-53、舵盘1-54，所述舵机1-52通过第一舵机支架1-51与所述外壳1-1的上板固接，所述舵机1-52的输出轴与所述舵盘1-54固接，舵盘1-54与所述眉毛构件1-53固接。

本实施方式中lcd屏1-2为现有技术，生产厂家为深圳显事电子有限公司，型号为lcd16x04(g)。

本实施方式中迎宾播报装置1-32为现有技术，生产厂家为深圳勤雄科技有限公司，型号为mper。

本实施方式中舵机1-52为现有技术，生产厂家为特优机器人模型科技有限公司，型号为ds3115。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述身躯2包括手臂2-1、超声波模块2-2和主支撑2-3，所述手臂2-1包括全金属大扭矩舵机2-1a、舵盘2-1b、手臂构件2-1c、第二舵机支架2-1d，所述主支撑2-3包括主支撑上板2-3a和主支撑中板2-3b，所述全金属大扭矩舵机2-1a通过第二舵机支架2-1d与主支撑中板2-3b固接，主支撑上板2-3a与所述头部1固接，所述超声波模块2-2固定安装在主支撑中板2-3b。

本实施方式中全金属大扭矩舵机2-1a为现有技术，生产厂家为乐幻索尔科技有限公司，型号为lf-20mg。

本实施方式中超声波模块2-2为现有技术，生产厂家为北京微控天祥电子有限公司，型号为hc-sr04。

具体实施方式三：结合图1、图3说明本实施方式，本实施方式所述全向移动底盘3包括辅支撑3-1和移动装置3-2，所述辅支撑3-1包括辅支撑上板3-1a、辅支撑下板3-1b、三个电机固定支撑3-1c、三根支柱3-1d，所述移动装置3-2包括三个两相步进电机3-2a、六个联轴器3-2b、驱动器3-2c、三个全向轮3-2d、三组带传动装置3-2e、电池模块3-2f，所述三个两相步进电机3-2a呈三角形布置在辅支撑3-1上，并由所述对应的三个电机固定支撑3-1c固定，三个两相步进电机3-2a的输出轴与三组相对应的带传动装置3-2e的输入轴通过联轴器3-2b传动连接，所述带传动装置3-2e的输出轴通过联轴器3-2b与对应的全向轮3-2d传动连接，所述驱动器3-2c布置在所述电池模块3-2f上，电池模块3-2f放置在所述辅支撑下板3-1b上。

本实施方式中两相步进电机3-2a为现有技术，生产厂家为深圳市兴丰元机电有限公司，型号为fy42em150a。

具体实施方式四：结合图4、图5、图6、图7、图8说明本实施方式，本实施方式所述控制系统4以主控芯片stm32f103c8t为主，搭配stc89c52芯片、ds18b20芯片、xfs5152ce芯片、at24c02芯片和tpa2005didrbr芯片，与所述lcd屏1-2、播音装置1-3、数字温度计模块1-4、挑眉机构1-5、超声波模块2-2、手臂2-1和全向移动底盘3控制连接，所述播音装置1-3包括温度播报装置1-31和迎宾播报装置1-32，所述温度播报装置1-31包括温度监测控制器1-31a和第一喇叭1-31b，所述温度监测控制器1-31a以xfs5152ce芯片、tpa2005didrbr芯片为主，并与主控芯片stm32f103c8t连接用于播报场馆内部温度；所述迎宾播报装置1-32与主控芯片stm32f103c8t连接用于播报迎宾语音；所述lcd屏1-2与数字温度计模块1-4连接用于显示当前场馆温度和历史温度；数字温度计模块1-4以stc89c52芯片、ds18b20芯片和at24c02芯片为主，用于监测和储存当前温度；所述挑眉机构1-5与所述主控芯片stm32f103c8t连接，用于实现俏皮多变的面部表情；所述超声波模块2-2与主控芯片stm32f103c8t连接用于检测周围的参观者的位置信息；所述手臂2-1包括的全金属大扭矩舵机2-1a与主控芯片stm32f103c8t控制连接，用于完成迎宾抬手的动作；所述全向移动底盘3包括辅支撑3-1和移动装置3-2，所述移动装置3-2由主控芯片stm32f103c8t控制移动；

所述控制系统4的主控芯片stm32f103c8t的pa2/usart2_tx、pa3/usart2_rx引脚分别与所述stc89c52芯片的rxd、txd引脚连接，进行单片机双机通信并共地，所述stc89c52芯片的p2.2引脚与所述ds18b20芯片的i/o引脚连接，所述stc89c52芯片的p2.0/scl、p2.1/sda引脚分别于所述at24c02芯片的scl、sda引脚连接遵循iic通信协议，所述主控芯片stm32f103c8t的pb15/spi2_mosi引脚、pb14/spi2_miso引脚、pb13/spi2_sck引脚、pb12/spi2_nss引脚分别于xfs5152ce芯片的spi_si引脚、sp1_so引脚、spi_sck引脚、spi_ssel引脚连接，所述xfs5152ce芯片的ao_n引脚、ao_p引脚与tpa2005didrbr芯片的ni+、ni-引脚连接，所述tpa2005didrbr芯片的vo+引脚、vo-引脚分别与电容c1和电阻r1并联在与第一喇叭1-31b的正负级输入端连接；

所述迎宾播报装置1-32包括放音模块1-32a和第二喇叭1-32b，所述主控芯片stm32f103c8t的pb6/i2c1_scl/tim4_ch1引脚和pb7/i2c1_sda/tim4_ch2引脚分别于所述放音模块1-32a的sda、scl引脚连接，所述放音模块1-32a的out+、out-引脚分别于所述第二喇叭1-32b的正负级输入端连接；

所述stc89c52芯片的p1.0、p1.1、p1.2、p1.3、p1.4、p1.5、p1.6、p1.7、p0.0、p0.1、p0.2引脚分别与lcd屏1-2的d7、d6、d5、d4、d3、d2、d1、d0、rs、rw、e引脚连接；

所述挑眉机构1-5中左边眉毛位置的舵机1-52的s1引脚与主控芯片stm32f103c8t的pb3引脚连接，所述挑眉机构1-5中右边眉毛位置的舵机1-52的s2引脚与主控芯片stm32f103c8t的pb10引脚连接；

所述超声波模块2-2的trig、echo引脚分别于主控芯片stm32f103c8t的pb8、pb9引脚连接;

所述手臂2-1的左侧位置的全金属大扭矩舵机2-1a的sig1引脚与主控芯片stm32f103c8t的pb11引脚连接，所述手臂2-1的右侧位置的全金属大扭矩舵机2-1a的sig2引脚与主控芯片stm32f103c8t的pa15引脚连接；

所述移动装置3-2的驱动器3-2c主要以lv8731_2芯片为主，所述主控芯片stm32f103c8t的pc13、pc14、pc15、pa4、pa5、pa6、pb0、pb1、pb2引脚分别于三个lv8731_2芯片的step/dc22、fr/dc21、st三个引脚连接，所述三个lv8731_2芯片的out1a、out1b、out2a、out2b引脚分别与三个所述两相步进电机3-2a：motor_1、motor_2、motor_3的1、2、3、4引脚连接。

工作原理

本发明的温度监测控制过程如下：

所述数字温度计模块以stc89c52芯片、ds18b20芯片和at24c02芯片为主，ds18b20芯片采用单总线技术，即传输时钟又可以实现传输数据，通过软件编程写入stc89c52芯片获取ds18b20芯片监测到的温度相关的数据，stc89c52芯片在读取数据时，一次会读2字节共16位，读完后再乘以0.0625转化成当前的实际温度值，stc89c52芯片把转化好的温度值，通过led屏展示给科技馆的参观者，stc89c52芯片的p0.0引脚与led屏rs引脚连接，用于控制读信息或者写信息在led屏上，led屏上的rw引脚为低电平时是写信息，配置好rs和rw引脚后，将温度信息传送到数据线总线上，给e引脚一个高脉冲将温度信息送入led屏，最终可将当前室内温度显示在所述lcd屏屏幕左侧，所述at24c02芯片与stc89c52芯片通过iic总线协议通信，at24c02芯片的sda串行数据输入/输出端与stc89c52芯片的p2.1/sda串行数据输入/输出端连接，用于stc89c52芯片写入或者读取at24c02芯片里面温度信息，at24c02芯片的scl串行时钟输入端与stc89c52芯片的p2.0/scl串行时钟端连接，通与实现时钟两片ic之间的同步串行通信，stc89c52芯片把读取的实时温度数据通过sda端发送到i2c数据总线上，at24c02芯片将温度数据存储起来，再被stc89c52芯片读出来显示在lcd屏屏幕左侧用于历史温度的展示。

本发明温度播报装置播报当前室内场馆的温度的控制过程如下：

所述主控芯片stm32f103c8t与stc89c52芯片用交叉串口线连接并共地，达到相同的参考电压，stc89c52芯片把ds18b20芯片采集到的温度信息，通过txd发送数据给stm32f103c8t芯片的pa3/usart2_rx数据接收端，所述stm32f103c8t芯片通过语音合成芯片xfs5152ce把文本格式的温度信息的转化为音频文件，输出给功率放大芯片tpa2005didrbr，经过tpa2005didrbr芯片放大后的电信号最后传给所述第一喇叭，完成播报当前室内场馆温度的工作。

本发明所述机器人工作流程如下：

所述超声波传感器hc-sr04检测到机器人前方5m有参观者时，位置信息反馈给主控芯片stm32f103c8t，主控芯片stm32f103c8控制所述驱动器中lv8731_2芯片，驱动三个两相步进电机动作，控制全向移动底盘向前移动，于此同时迎宾播报装置中的放音模块播放迎宾语音，手臂完成动感十足的迎宾抬手动作，挑眉机构做出“挑眉”的生动面部动作，当检测到机器人前方1m有参观者时，全向移动底盘停止移动，温度播报装置播报当前室内场馆的温度，当参观者离开以后，全向移动底盘向后移动回到原来的位置，所述手臂和挑眉机构恢复初始的角度位置并停止动作。