一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人。

背景技术：

拥有一款钟爱的机器人玩具是许多孩子的梦想，但是现在市面上的机器人玩具仅仅是一个缩小版的比例模型，只能在机器人外形上做得绚丽逼真，毫无生气可言，趣味性以及寓教于乐的本领自然大打折扣，完全不足以满足人们的机器人的玩具的期望。

目前中国市场上的机器人大部分都是用遥控器控制的，人们通过遥控器上面的操作按钮和按键实现对机器人的控制，例如实现机器人跳舞功能、拿东西功能等等，但是对于一个娱乐型的机器人，遥控并不能满足人们的娱乐需求，用遥控器控制的机器人缺少了人们和机器人的互动，仅仅手指的按键运动也不能很好得调动整个身体，让人全身都参与进来，而本项目提出的体感交互这恰恰是人们正需要的交互概念，针对这个问题，设计了一款交互对战机器人，来填补这个一空缺，让仿生机器人复制自己的动作，显然是一种新奇而且刺激的体验。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人，通过kinect实时准确捕获人体的肢体动作及移动位置，具备智能和有趣优点，并且kinect可同时捕获几个人的动作，使得机器人可同时几个一起对战或者同时混合动作，具有较好的游戏乐趣。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人，包括依次连接的kinect、PC上位机、单片机下位机、若干机器人以及供电单元；其中

所述kinect用于采集若干个人的四肢动作和移动位置的图像信息，并将图像信息发送至PC上位机；

所述PC上位机用于接受来自kinect发送过来的图像信息，并将图像信息转换为电信号发送至所述单片机；

所述单片机下位机用于接收的PC上位机发送过来的电信号，并根据电信号做出相应的动作指令且操控所述机器人的四肢动作和移动位置；

所述机器人根据人的动作做出一致的动作，机器人数量跟人的数量一致；

所述供电单元用于给所述单片机下位机和机器人提供电源；

所述单片机下位机包括单片机、无线通信模块、电机以及舵机，所述机器人机械骨架包括机器人机械骨架、机器人底座和激光武器，所述机器人机械骨架固定于所述机器人底座上，所述激光武器固定于所述机器人机械骨架的手部位置；所述PC上位机通过所述无线通信模块与单片机连接；所述单片机用于控制所述电机和舵机运动；所述电机和舵机作为执行机构，用于控制着机器人的行走、运动、肢体动作以及所述激光武器开火；所述机器人底座用于控制机器人的行走。

进一步地，所述机器人机械骨架包括头部、躯干和四肢。

进一步地，所述机器人数量小于或等于6个。

进一步地，所述机器人还包括LED灯组，在若干机器人间进行游戏对战时，所述LED灯组用于显示机器人的生命值。

进一步地，所述LED灯组数量为10，所述机器人在游戏中，若10盏LED灯显示为绿灯且为不闪烁状态，则表示机器人生命状态为满血和生命值为10；每当机器人受到一次攻击，绿灯就熄灭一盏；当机器人生命值剩下3的时候，指示灯由不闪烁的绿灯变为闪烁的红灯；当机器人生命值为0时，所有灯熄灭，表示机器人阵亡。

进一步地，所述无线通信模块包括移动网络模块、WIFI模块和蓝牙模块。

进一步地，所述机器人底座包括支撑板和4个轮子，所述轮子固定于支撑板的底部。

进一步地，所述供电单元采用7.4伏航模电池对所述仿人形玩具机器人进行供电，所述供电单元包括D25XB60减压芯片。

进一步地，所述供电单元还包括单片机电源模块、电机驱动模块和舵机供电模块，所述供电单元通过单片机电源模块给所述单片机提供电源，所述供电单元通过电机驱动模块给所述电机提供电源，所述供电单元通过舵机供电模块给所述舵机提供电源；其中

所述单片机电源模块包括包括稳压芯片和两组20pF电解电容。

所述电机驱动模块包括L298P芯片、8个二极管以及2个电容组，8个二极管先与L298P芯片并联再串联电容组。

所述舵机供电模块包括D25XB60减压芯片。

采用上述技术方案后，本实用新型至少具有如下有益效果：

(1)本实用新型提供了玩具控制的一个新方向——体感控制：体感互动系统能够将运动与娱乐融入人们的生活中；操作者可以通过自己的肢体去控制机器人，并且实现与玩具的互动，得心应手地控制机器人完成既定的任务；

(2)本实用新型将新型体感控制技术与机器人技术进行结合，增加了玩具的科技趣味性：将前沿技术运动到玩具当中，让孩子们最直接的感受到科技的魅力，培养孩子们对科学的浓厚兴趣，让人们认识科学、尊重科学、参与到科学中来；

(3)本实用新型能够将玩家全身调动起来，让玩具变成一种很好的娱乐以及运动方式：体感控制使人们摆脱了按键的禁锢，将全身解放了出来，体感玩具不仅仅是一种消遣和娱乐方式，它更是一种像篮球、慢跑一样，能调动全身的运动；机器人手部可以装配上特制的激光发射装置，配合机器人身体上的光敏电阻和用作生命值显示的RGB LED灯组，可以进行一场精彩的机器人枪击大战；

(4)本实用新型的机器人结构设计巧妙、运动灵活、电气以及程序设计合理、反应灵敏和精度高：采用stm32单片机和kinect的软件开发应用结合；stm32是高性能的单片机，能够高速稳定执行指令代码，同时功耗也比较理想，而Kinect是一款体感仪，能够精确的识别人体的肢体动作，包括关节角度和特定手势等，准确率高，计算速度快；通过kinect开发准确捕获人体的肢体动作，使用wifi无线稳定传输数据到stm32单片机，单片机执行程序代码输出pwm方波控制十路舵机，实现人体与机器人的无缝交互对接。

附图说明

图1为本实用新型一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人的系统架构框图；

图2为本实用新型一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人的机器人正面结构示意图；

图3为本实用新型一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人的机器人底座结构示意图；

图4为本实用新型一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人的单片机电源模块电路图；

图5为本实用新型一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人的电机驱动模块电路图；

图6为本实用新型一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人的舵机供电模块电路图；

图7为本实用新型一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人的控制程序流程图；

图8为本实用新型一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人的操作流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人，主要包括kinect、PC上位机、单片机下位机、若干机器人以及供电单元，单片机下位机包括单片机、无线通信模块、电机以及舵机，玩家通过自身大脑来控制人体的肢体动作，而kinect就会自动识别人体肢体信息，并将人体肢体信息发送至PC上位机，PC上位机经过一系列的信息处理号，把人体肢体信息的图像信息转换为电信号发送至单片机，发送信号途径可通过WIFI或者蓝牙通信。电机以及舵机作为执行机构，操控着机器人的行走、运动、肢体动作以及开火。供电单元负责给整个仿人形玩具机器人供电。本发明通过一台Kinect设备就能识别多个玩家，一台设备最多同时支持6人进行对战游戏，每位玩家操纵着自己的机器人在战场上纵横捭阖。

如图2所示，为本发明机器人的整体结构示意图，包括机器人机械骨架11、机器人底座12和激光武器13。如图3所示，机器人采用轮式行走方式，底部设计为一个四轮车底座，即为机器人底座12，其包括包括支撑板121和4个轮子122。安装四个直流电机，每侧轮子前后同步，不同侧轮子独立控制，固定方式为螺钉螺母固定。

对于整个仿人形玩具机器人的供电单元，采用一个7.4伏的航模电池对交互机器人进行供电。机器人一共用十个舵机，其中有两个270度和八个180度舵机，由于舵机的使用电压是5～6.7伏，所以采用D25XB60减压芯片进行减压，输出6.2伏左右电压供给舵机，这样舵机就不会因发热过度而损坏。如图4所示，供电单元还包括单片机电源模块，供电单元通过单片机电源模块给单片机提供电源。单片机电源模块包括稳压芯片和两组20pF电解电容，单片机的工作电压是3.3伏，由于本发明是采用7.4伏的航模电池，在L298p把电源稳压到5伏的基础上，用1117-3.3稳压芯片稳压到3.3伏供给单片机，其中两组20pF电解电容实现滤波的作用，在研发过程中，会出现舵机因功率过高，把供给单片机的电压拉低，导致单片机重启的情况，所以采用220uF电解电容实现电压补偿功能。

如图5所示，供电单元还包括电机驱动模块，供电单元通过电机驱动模块给电机提供电源。电机驱动模块包括L298P芯片、8个二极管以及2个电容组，8个二极管先与L298P芯片并联再串联电容组。

如图6所示，供电单元还包括舵机供电模块，供电单元通过舵机供电模块给舵机提供电源。舵机供电模块包括D25XB60减压芯片。

如图7所示，本发明控制程序流程图，步骤为：单片机接通电源后设置ESP8266WIFI模块为透传模式并跳转到接收指令程序，上位机通过WIFI传送指令条到下位机，下位机通过ESP8266WIFI模块接收指令条；接收到指令条后跳转到解析代码程序，下位机解析指令条并获得指令内容，通过L298p直流电机驱动模块，驱动直流电机；通过相应io口输出pwm，控制舵机的转动。

如图8所示，本发明一种基于体感交互式的仿人形玩具机器人，其具体操作流程为：

首先程序会先启动等待机器人连入局域网，待机器人连入成功后，便开始启动Kinect设备；Kinect设备启动之后将自动识别当前玩家，并检测玩家人数，是否为两个或以上，当正确识别玩家后便开始进入程序的主要部分了；Kinect设备将不断循环识别两位玩家的手势坐标同时计算各个关节的角度并发送数据到机器人，直至游戏结束；在游戏过程中，Kinect设备不断检测玩家是否离开或者是否加入新玩家，当玩家越出Kinect的视野时，程序将自动等待新的玩家进入，直至识别到新的玩家时便重新控制机器人，然后继续进入主程序部分。

本发明机器人主要服务于游戏对战，参加游戏的玩家应不少于两人，才能分派别进行对战。机器人中装有相应的传感器，当被激光击中时，机器人的受伤情况和生命状态会在机器人上的RGB LED灯组上体现出来。灯组共10盏小灯。游戏初始时，10盏LED灯为不闪烁的10盏绿灯，表示机器人生命状态为满血，生命值为10。每当机器人受到一次攻击，绿灯就熄灭一盏。当机器人生命值剩下3的时候，指示灯由不闪烁的绿灯变为闪烁的红灯。到机器人生命值为0时，所有灯熄灭，机器人阵亡。

游戏模式包括：

1.生存模式

生存模式的游戏最终目标是生存下去，在规定时间内，双方相互攻击，直到一方完全阵亡或规定时间到时游戏结束，幸存方或生命值较高的一方获得游戏胜利；

2.守护模式

守护模式的游戏最终目的是守护己方的“生命中枢”并摧毁对方“生命中枢”；游戏在特定的区域中进行，没有时间限制，玩家阵亡后，经过一定时间可以复活，并重新进入战场参加战斗。在成功守护己方“生命中枢”的情况下摧毁对方的“生命中枢”视为获得游戏最终胜利。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同范围限定。