专利名称：仿真模特的控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种仿真模特的控制装置，也就是一种多用途商业娱乐机器人的仿真控制装置。
机器人是集机械、电子、计算机技术、人工智能于一体的高科技产品。自1960年美国机床和铸造公司研制出第一台机器人起，机器人的制造技术已经历了三十多年的迅猛发展。目前机器人的性能越来越完善，机器人的应用也越来越广泛。尽管如此，机器人的应用还是多局限于工业机器人，且集中在危险、有毒等恶劣环境下，如喷漆机器人、高温搬运机器人和深海作业机器人，它们技术复杂、制造成本高、在我国目前国情及产业政策下，一时难以普遍推广应用。
在商业娱乐机器人方面，国外虽有“机器佣人”、“机器护士”，以国内有成都科大电脑电器总厂研制成功的礼仪机器人，在控制上，电路简单单调，集成化程度不高，技术落后，所以虽然具有一定视觉、触觉和语音功能，能走动和招手拥抱，但手臂僵硬、动作简单、运动失真，外形失真，不能满足市场对产品的要求。
本实用新型的目的是针对以上技术的不足，提出一种仿真模特的控制装置，其可使仿真模特具有一定的视觉、触觉和分析判断能力及语言功能，执行机构采用逻辑控制微型直流减速电机和步进电机，由中央控制器控制完成一系列的顺序活动，并通过信号检测外部信息，针对“人”或“物”、“进”或“出”分别作出不同的反应和动作，使其个部位均可较为逼真地模仿人的动作。
本实用新型的目的是这样实现的一种仿真模特的控制装置，它由微机控制电路输入接遥控电路，视觉及触觉信号电路，输出接语音合成电路，电机执行机构以及电源电路构成，其中所述的微机控制电路的中央处理器CPU接存储器EPROM及锁存器、三态施密特触发器，CPU还通过两个扩展芯片接语音合成电路，电机执行机构。
所述的语音合电路接有存储器EPROM锁存器、译码器的语音芯所构成，语音芯片的输出接有扬声器和插孔。
所述的电机执行机构包括直流电机控制驱动电路接直流电机控制的执行机构，以及步进电机控制驱动电路接步进电机控制的执行机构。
所述的执行机构设有光电位置检测电路，其信号输出至微机控制器的扩展芯片。
所述的视觉及触觉电路还包括有一范围遥测的红外发射及接收电路。
所述的直流电机控制电路由光电隔离元件接三极管放大，再接继电器构成。
所述的步进电机控制电路由光电隔离元件接场效应管放大输出构成。
所述的电源电路包括控制电源电路和功率电源电路，以及步进电机恒流驱动电源电路。
本实用新型具有以下的特点1、通过红外线传感器完成外界信号的检测，并经电脑识别给出动作指令，使仿真模特能看清前面3米以内的人和物，并能判别人和物的静止与运动，若是人则自动表示欢迎和问候，若是物则退让或回避。
2、采用了先进的电脑控制系统和目前最新的大容量语音处理芯片，使仿真模特具有存贮记忆功能和分析判断能力，能根据机器人感知的信息进行分析与判断，并按预定的程序，自动作出动作选择并协调各关节运动，完成各种动作组合，加上机械动作与相应语音的配合，从而进行人类活动的模仿。
3、本实用新型市场适应性强，产品制造费用低，具有很大的商业推广价值。
以下结合附图及具体实施方案对本实用新型做进一步的详细说明。
图1为本实用新型微机控制电路原理图；图2为本实用新型语音合成电路原理图；图3为本实用新型控制电源电路原理图；图4为本实用新型功率电源电路原理图；图5为本实用新型步进电机恒流驱动电源电路原理图；图6为本实用新型直流电机控制电路原理图；图7为本实用新型步进电机控制电路原理图；图8为本实用新型视觉电路原理图；图9为本实用新型触觉电路原理图；
图10为本实用新型位置检测电路原理图。
参见
图1-10。
仿真模特微机控制电路原理图如
图1所示。其微机控制电路采用以MCS8051系列单片微机为主构成的专用微机控制系统。其主要组成有8031CPU(IC1)、64KB的程序存贮器EPROM2764(IC2)，作地址锁存用的8D锁存器74LS373(IC3)，用一片8155(IC4)和三片74LS245(IC5、IC6、IC7)及8255(IC8、IC9(扩展I/O通道，以满足由于动作要求的48个输出口和20个输入品，及遥控输入、触摸开关，红外输入输出等10个输入口和2个输出口，还语言电路所需的8个输出口和一个输入口。此外，还用到了8031内部的两个定时/计数器、特殊功能寄存器、四个并行I/O口(P0、P1、P2、P3)，一个串行通讯口和5个中断源。以单片机构成的硬件系统具有功耗低，体积小，可靠性高，价格低廉等特点。
整个系统的晶振频率为12MHZ，单周期指令执行时间为1＝μs。电脑控制器硬件原理电路结构有用单板式，即所有的IC芯片及其元器中均安装在一个双面PCB板上，与其它相关功能电路的连接，通过两个44线双列插座以总线方式实现，使整个电路部分结构紧凑，且便于维修和功能扩展。电脑控制器外在功能是在硬件环境下，借助于专用软件来实现的，该控制软件是用MCS-51汇编语言编写并经调式后，固化在EPROM中的驻机程序，系统上电或人工复位后均可从首地址运行该程序。该程序可指挥机器人完成14个不同的动作，而具体实现那一种组合动作则取决于微机系统对来自红外信号、触摸开关或遥控控制输入信息等命令的识别，组合动作的完成则是通过微机系统各输出品线上控制信息的组合和变化来实现的。
语言合成电路采用SR460型专用语音信号处理芯片，可配上1～4片静态RAM681000或62256，也可配上不怕掉电的EPROM(如27256、27512、27010、27020或27040)。配上SRAM通过SR460的控制作用可以把人的语言或音乐经模/数变换以后以数字量开式存入SRAM中，通过单片机控制可以把语言或音乐固化到EPROM。外部语音可用拾音器录入语言电路中，也可以内录方式录入，以减小外界干扰。一组语音电路录音最长时间为8分钟，系统可以根据用户要求配上多组，通过单片机控制语言的放音，能很好地在说话时与嘴巴张合配合起来。通过与单片机以总线开式连接，便于扩展语言电路。语言电路构成主要有语言合成器SR460，作地址锁存用的74LS273、作片选的3/8译码器(74LS138)、存贮语音的存贮器SRAM或EPROM(如62256或27256、27010、27020、27040)；SR460的控制品P0、P1、P2、P3、PH0、PH1、PH2、PH3通过44线插座与单板机上8255的PC口相连，这样就可以由单片机控制语音电路的录音和放音。语音合成电路原理图见图2。
电子线路部分大体上分为电源部分、逻辑控制部分、功率驱动部分和信号检测部分；电源部分由于负载的感性特性及电机的驱动方式不同，故电源部分包括给单片机及传感器等供电的前道供电电源(下称控制电源)和给后道不同直流电机，IC及步进电机供电的功率电源。
控制电源如图3所示，变压器输出的9V交流电压，经B1全桥整流E1、C1滤波后变为直流电压，经F1保险线进入三端稳压器78H05的输入端，稳压后输出+5V直流电压，再经E2、C2后输出恒定+5V电原给单片机及传感器等控制线路及器件供电。
功率电源如图4所示，功率变压器输出10V、20V交流电压，经全桥B2整流，E3、C3滤波后变为直流电交流20V变为直流+24V，经78H12稳压为+12V直流，经78H05稳压为+5V，这样供输出+24V、+12V、+5V三组电压，+24V供恒源源及24V直流电机驱动用，+12V供直流12V电机及IC输出提拉电压用，+5V供光耦及后道IC用。
步进电机恒流电源电路如图5所示，Z1、R1、R17、P1、Z2、R2、R18、P2组成互助2.44A的恒定电流源。一台步进电机工作在4相8拍情况下需2组2.4A恒流源，四台电机共需8组2.4A恒流电源。
本控制装置的逻辑控制部分根据电机的特性由直流电机逻辑控制与步进电机逻辑控制两部分组成；直流电机逻辑控制部分如图6所示，在控制过程中，直流电机可正转、反转、停止。台直流电机由U1A、U1B、R1、R2、01、02、R9、R11、N2、D1、D2、J1、J2组成。当U1的第1，3端为高电位或低电位，电机停止；U1第1端为低电位，第3端为高电位，电机正转；反之，电机反转。具体工作原理如下来自单片机的控制信号加在U1的第1，3端，当第1端为低电位吋，U1的第2脚输出低电位，光耦01的发光管有电流流过，光耦O1输出端E输出高电位，三极管N1的基极为高电位，N1导通，N1的C极输出低电位，继电器J1吸合，这样加在电机上的电压为+12V，电机正转；反之，为-12V，电机反转。如U1的1，3端为高电位，光耦01，02不工作，继电器J1、J2不吸合，加在电机两端电压为0；同样U1的1，3端为低电位，光耦01、02同时工作，继电器J1、J2都吸合，加在电机两端电压仍为0V，电机同样不转。
步进电机逻辑控制部分如图7所示，来自单片机的低电平信号，经反相器7407驱动光耦G11，光耦G11输出低电平，经U12反相后，通过+12V电压提升输出12V电压，NMOS场效应管IR740导通，输出低电平，这样恒定的电流，通过步进电机的绕组，使得电机一步步的转动。
信号检测部分是根据仿真模特对外界不同信息接收与处理后所实现的功能不同，仿真模特控制系统中由红外发射与接收、光电开关信号检测、触摸信号检测三部分组成信号检测电路，实现对外界信号的检测。
其中，红外发射与接收如图8所示，K2，K3，K4，K5，K6，K8组成按键，SN5021为编码、调制集成电路，C1，C2，C3组成振荡电路为SN5021提供时钟，L1为按键按下指示灯，N1，N2，L2组成发射电路。遥控信号通过红外光发光管L2发射，红外接收头IR接受后，经N3放大进入SM5032解调，T3为解调出的K2……K5按钮信号，T1为解调出的功率开关控制信号，T2为解调出的单片机复位信号。
S2，S3，U2，U3组成两组红外发射与接收，以区别人或物是左还是右，是进还是出。
触摸电路如图9所示，T10的3，4端平常无信号输入，L2时基电路555输出端为低电平。当人体接触到L2的触发端TRIG时，输出端输出高电位，计算机收到不同的触摸信号，使仿真模特实现不同的动作与语言。
仿真模特位置检测控制电路(光电开关检测控制)如
图10所示，+5V电压经200Ω电路加在光耦01的C的发光管上，01的C极输出低电位。当仿真模特的关节运动到位时，发光二极管的光被挡，01的C极输出为高电平，以此来检测机器人各关节的到位与否，从而实现仿真模特各运动关节的位置控制。
权利要求1.一种仿真模特的控制装置，它由微机控制电路输入接遥控电路，视觉及触觉信号电路，输出接语音合成电路，电机执行机构以及电源电路构成，其特征在于所述的微机控制电路的中央处理器CPU接存储器EPROM及锁存器、三态施密特触发器，CPU还通过两个扩展芯片接语音合成电路，电机执行机构。
2.根据权利要求1所述的仿真模特的控制装置，其特征在于所述的语音合电路接有存储器EPROM锁存器、译码器的语音芯所构成，语音芯片的输出接有扬声器和插孔。
3.根据权利要求1所述的仿真模特的控制装置，其特征在于所述的电机执行机构包括直流电机控制驱动电路接直流电机控制的执行机构，以及步进电机控制驱动电路接步进电机控制的执行机构。
4.根据权利要求1所述的仿真模特的控制装置，其特征在于所述的执行机构设有光电位置检测电路，其信号输出至微机控制器的扩展芯片。
5.根据权利要求1所述的仿真模特的控制装置，其特征在于所述的视觉及触觉电路还包括有一范围遥测的红外发射及接收电路。
6.根据权利要求3所述的仿真模特的控制装置，其特征在于所述的直流电机控制电路由光电隔离元件接三极管放大，再接继电器构成。
7.根据权利要求3所述的仿真模特的控制装置，其特征在于所述的步进电机控制电路由光电隔离元件接场效应管放大输出构成。
8.根据权利要求1所述的仿真模特的控制装置，其特征在于所述的电源电路包括控制电源电路和功率电源电路，以及步进电机恒流驱动电源电路。
专利摘要一种仿真模特的控制装置，它由微机控制电路输入接遥控电路，视觉及触觉信号电路，输出接语音合成电路，电机执行机构以及电源电路构成，其微机控制电路的中央处理器CPU接存储器EPROM及锁存器、三态施密特触发器，CPU通过两个扩展芯片接语音合成电路，电机执行机构，执行机构设有光电位置检测电路，其信号输出至微机控制器的扩展芯片，其市场适应性强，产品制造费用低，具有很大的商业推广价值。
文档编号A47F8/02GK2249031SQ96215950
公开日1997年3月12日 申请日期1996年7月22日 优先权日1996年7月22日
发明者于明辉 申请人:于明辉