专利名称：会投篮的机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动模型产品，特别是一种会自行移动找球并进行瞄准投篮的机器人。
背景技术：
一般的电动模型产品的控制方法都较为简单，多数是采用时序集成电路对电动模型的动作时间和动作顺序进行控制，使其重复进行有限的动作。虽然具有电路结构简单的优点，但都存在着动作速度和动作力度几乎无变化，且动作单一的缺陷，因此制作出来的产品观赏性和参与性都较差。现有的会投篮的机器人都是一种固定位置投篮的机器人，而且用于投篮的球也是定球，不能自行去寻找球和将球捡起来。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种会投篮的机器人，该种投篮机器人通过电路控制和机械传动，可以自行找球、捡球，并瞄准篮框进行准确的投球，以达到观赏性强、准确度高、驱动力强、提高稳定性和可靠性高的目的。
本实用新型的解决方案在于该种会投篮的机器人包括电器控制箱、底座、由电机驱动的设在底座下的滚轮、及固定在底座上的手臂、与手臂连接的用于投球的手爪，其特征在于电器控制箱包括设在其中的主机中央处理器，与主机中央处理器输入端口连接的位置传感回路、红外检测回路、防撞检测回路和投球保护回路，与主机中央处理器输出端口连接的从机中央处理器、电机驱动回路，分别与从机中央处理器输入端连接的温度检测回路、超声波测距回路、以及信号采集转换回路；手臂则包括大臂连杆和小臂连杆，大臂连杆固定在底座上，并可绕底座转动，小臂连杆一端与大臂连杆铰接，另一端通过手爪座与投球手爪连接，在投球手爪上设有控制其张合的装置，且在底座下方还设有捡球手爪，该手爪通过连接装置与底座连接。
上述主机中央处理器与从机中央处理器之间设有通讯接口。
上述视频信号采集回路包括与从机中央处理器连接的转换器和行、场、视频信号采集回路。
上述捡球手爪与底座间的连接装置包括固定在电机输出轴上的齿轮、与齿轮啮合的齿条、对应于齿条设置的滑槽、设在滑槽上的滑轮、设在齿条和滑槽上的滑块、固定在底座上的挡块，捡球手爪则通过滑块与底座连接。
上述投球手爪上的张合控制装置包括与电机输出轴连接的拉簧、与拉簧连接的钢丝绳、固定在手爪座上的滑套、与滑套配合并与拉簧连接的弹簧套杆、设在弹簧套杆和滑套之间的压簧，投球手爪通过连杆分别与手爪座和弹簧套杆连接。
上述滚轮包括主动轮和万向轮，主动轮通过齿轮与电机输出轴连接，万向轮均匀设置在底座下方，通过轴承与底座连接。
本实用新型的优点在于在单片机程序中设置了投篮机器人从找球到投球的系列动作，由单片机运行并控制输出一系列频率可变化的电脉冲，再由外部电路转换为相应变化的电压以控制该电动模型的执行机构。采用视频采集系统，通过视频采集与转换技术，运用转换后的行同步、场同步以及视频信号，经从机中央处理器计算处理，检测出在视野范围球的色彩与大小，经通讯接口将数据传送到主机中央处理器计算处理，使机器人在运动中调整自身位置，再根据球的色彩与大小去捡球。经捡球红外检测回路可检测球是否已抱住，当捡球手爪抱住球后，大臂转到相应的位置，伸开投球手爪，通过手爪红外检测回路，投球手爪抓住球后，抬起大臂。在选通信号的作用下，机器人通过视频采集，寻找投球篮框中心下面的色块，确定投球方向，再通过超声波和红外测距来确定机器人与球篮框中心的距离，并通过从机中央处理器再显示出距离，将两路信号送到主机中央处理器处理以调整投篮位置，进行准确投球。整个运动过程被控制在一定的信号源范围内，并通过防撞信号检测以控制机器人在一定的范围内实现找球投球动作，即在所设定的范围内完成找球、捡球、抓球、投球等一系列动作，并随着找球、投球等位置的变化，机器人身体各部位的动作随之协调配合，给人以灵活逼真的感觉，同时具有抗干扰能力强，不受外界气温的影响，安装调试方便，性能可靠的优点。
附图1是本实用新型主视图；附图2是附图1的左视图；附图3是附图1的A-A视图；附图4是本实用新型电路框图；附图5是大臂上下移动电机控制电路原理图；附图6是超声波测距电路原理图；附图7是投球保护控制电路原理图；附图8是温度检测控制电路原理图。
图中1、主动轮；2、万向轮；3、慑像头；4、控制捡球爪张合的电机；5、位置传感器；6、控制投球爪张合的电机；7、底座；8、控制手臂的电机；9、位置传感器；10、拉簧；11、连接座；12、13、大臂连杆；14、钢丝绳；15、16、小臂连杆；17、投球手爪；18、手爪座；19、位置传感器；20、弹簧导杆；21、弹簧；22、齿条；23、拉簧；24、挡块；25、线圈；26、连杆；27、滑轮；28、拉簧；29、捡球手爪；30、位置传感器；31、齿轮；32、轴；33、行走电机；34、位置传感器；35、滑块。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步祥述。
控制机器人整体移动的行走电机33对称固定在底座7下侧两端，其输出轴通过齿轮与主动轮1相连。电机33通过齿轮的啮合传动及两个电机的正反转控制机器人的前后左右移动。万向轮2铰接在底座7下侧后端及前端两侧，起到支撑底座7及辅助机器人转向的作用。
控制手臂移动的电机8固定在底座7上端，大臂连杆12一端用键连接固定在电机8输出轴上，另一端则与小臂连杆15铰接。连接座11亦固定在底座7上端，大臂连杆13一端与连接座11铰接，另一端则与小臂连杆15铰接。小臂辅助连杆16一端与大臂连杆12铰接，其另一端和小臂连杆15分别与手爪座18铰接，用于控制投球爪17的方向。
控制投球手爪17张合的电机6固定在底座7上，其输出轴依次连接拉簧10、钢丝绳14、弹簧套杆20，由于运用拉簧10的作用，使控制投球手爪17张合的钢丝绳14的长度具有一定的可调性。弹簧套杆20与固定在手爪座18上的滑套配合，在弹簧套杆20和滑套之间设有压簧21，用于控制手爪17在闭合后张开。
控制捡球手爪29张合的电机4固定在底座7上，其输出轴上固定有齿轮31。轴32成对铰接在底座7下端，其上设有滑槽及滑轮27，供滑块35使用，滑块35一侧的齿条22与齿轮30啮合传动，另一侧与滑轮27滑配合。滑轮27通过连杆与底座7铰接，在拉簧28拉力作用下紧贴滑块35，拉簧28另一端固定在底座7上。成对的连杆26一端相互铰接，另一端与捡球手爪29铰接，捡球手爪29亦铰接在滑块35两侧。连杆26上设有拉簧23，拉簧23另一端与底座7连接。挡块24固定在底座7上，当滑块35向前移动碰撞到挡块24时，捡球手爪29闭合，而电机4反转时捡球手爪29则在拉簧23作用下张开。
大臂上下移动电机控制电路原理图中(图5)，当主机中央处理器输出的一路信号送到大臂上下稳压电源控制器，控制稳压电源控制器转换输出大臂上下移动的动力电源，即当输出信号为低电平时，输出电压为低电压(约5V)，当输出为高电平时，稳压电源控制器则输出高电压(约15V)，此高低电压送到继电器J2的触点，由继电器J2切换刹车后作为大臂上下移动电机的动力电源；当主机中央处理器输出的一路信号OUT1为高电平时，此信号经耦合电容E1，整流管D1，D2，滤波电容E2构成的倍压电路后，经过限流电阻R2送至三极管N1、P1构成的复合管驱动继电器J1的线包，继电器J1线包得电，J1的吸合使继电器J2得电，J2得电，常开变为常闭，常闭变为常开，即串进的二极管D5、D6与功率刹车电阻R1、R2同时脱开，以此切换大臂上下移动的电机电源是否带刹车；并将切换前后的电源电压作为大臂上下移动电机正转反转的动力电源。当主机中央处理器输出一路信号OUT2为高电平时，继电器J3得电吸合，J3的吸合使继电器J4线包得电，J4得电吸合，其常闭断开，而常开闭合，电机正转；反之主机中央处理器输出的一路信号OUT3控制电机反转。因而，在大臂控制捡球、投球、以及大臂在后半周到复位期间功率电阻断开，并去掉刹车，而其余运行时带刹车，从而协调控制电机在捡球或投球时的电压自动调整，以便准确捡球、投球。
超声波测距回路中(图6)，双时基电路556接成无稳态多谐振荡器，由556的3脚输出的周期调制脉冲送到由限流电阻R1、三极管T1、T2组成的红外驱动回路，而556同时又接成同步振荡器，经556的9脚输出同步脉冲信号，同步脉冲信号一路经反向器IC1、限流电阻R0送到红外驱动回路，由红外振荡信号与同步脉冲信号共同作用使红外传感器发射红外脉冲信号；同时，同步信号另一路经二极管D3送到由电阻R2、施密特反向器IC2、可调电阻P共同组成超声波振荡器，产生的超声脉波经IC3、IC4两级反向器反向放大后，分别经限流电阻R3、三极管T3、T4组成的复合管、反向器IC0反向和限流电阻R3与三极管T3、T4组成的复合管共同组成的超声波驱动回路，驱动超声波传感器产生超声脉冲波。同步信号控制红外与超声波传感器同时发射。当超声波接收传感器接收到超声波脉冲信号后，将超声波转换成电信号，经40106三组非门IC5、IC6、IC7与电阻R8组成的放大器放大后，经电容C1耦合后经电阻R19送到由反向器IC8、二极管D4、电阻R10、反向器IC9共同组成的脉冲展宽器，将缓慢变化的信号变换成跃变信号，再将此信号经非门IC10放大后经限流电阻R11限流，稳压管Z1稳压后送到从机CPU1计算处理；而红外接收传感器收到红外信号后，将红外信号转换为电信号，经由限流电阻R12，三极管T7、反向器IC11共同组成的整形回路整形后，再经限流电阻R13限流、稳压管Z2稳压后送到从机CPU2计算处理，从机CPU2将先后接收到的红外信号与超声波信号进行内部比较计算，计算出投篮机器人与蓝筐中心间的距离，再将此信号送到主机CPU，通过主机中央处理器计算推理，以此调整机器人的移动位置，以便准确投篮。利用超声波与红外线同时发射，而光波与声波在空气中的传播速度不同，因而超声波与红外传感器接收到的时间不同，利用其中的时间差，由主机中央处理器计算处理，可得出移动投篮机器人与球篮筐中心之间的距离，并通过数码显示，显示其中的距离，便于维修调试与观察。
投球保护回路中(图7)，当投球电源电压高于20V时，此电压经R3、R4分压后，送到比较器IC2的正端，与负端送来的基准电压比较，调节可调电阻P2，使输出高电平，经限流电阻R6送到主机CPU处理，使移动投篮机器人不投球，同理，当抓球时电源高于10V，此电压经R1、R2分压后送到比较器IC1正端，与负端送来的基准电压比较，调节可调电阻P1，输出低电平，经限流电阻R5送到主机CPU处理，使移动投篮机器人不捡球。
温度检测回路中(图8)，由比较器IC1与三极管T1以及电阻R1-R7、稳压管Z1、Z2以及温度检测元件A共同组成温度传感器检测回路，当外界温度升高时，传感器输出的电压降低，此电压输入到反向放大器IC2的负端，使反向电压升高，此反向电压送到V/f变换器后，将电压转换为频率，送到从机2中央处理器处理，以此确定超声波在空气中的实际传播时间，补偿超声波测距受环境温度所受的影响，进而准确计算出投篮机器人与篮框之间的实际距离，实现准确投篮。
权利要求1.一种会投篮的机器人，包括电器控制箱、底座、由电机驱动的设在底座下的滚轮、及固定在底座上的手臂、与手臂连接的用于投球的手爪，其特征在于电器控制箱包括设在其中的主机中央处理器，与主机中央处理器输入端口连接的位置传感回路、红外检测回路、防撞检测回路和投球保护回路，与主机中央处理器输出端口连接的从机中央处理器、电机驱动回路，分别与从机中央处理器输入端连接的温度检测回路、超声波测距回路、以及信号采集转换回路；手臂则包括大臂连杆和小臂连杆，大臂连杆固定在底座上并可绕底座转动，小臂连杆一端与大臂连杆铰接，另一端通过手爪座与投球手爪连接，在投球手爪上设有张合控制装置，且在底座下方还设有捡球手爪，该手爪通过连接装置与底座连接。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的主机中央处理器与从机中央处理器之间设有通讯接口。
3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的信号采集转换回路包括与从机中央处理器连接的转换器和行、场、视频信号采集回路。
4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的捡球手爪与底座间的连接装置包括固定在电机输出轴上的齿轮、与齿轮啮合的齿条、对应于齿条设置的滑槽、设在滑槽上的滑轮、设在齿条和滑槽上的滑块、固定在底座上的挡块，捡球手爪则通过滑块与底座连接。
5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的投球手爪上的张合控制装置包括与电机输出轴连接的拉簧、与拉簧连接的钢丝绳、固定在手爪座上的滑套、与滑套配合并与拉簧连接的弹簧套杆、设在弹簧套杆和滑套之间的压簧，投球手爪通过连杆分别与手爪座和弹簧套杆连接。
6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的滚轮包括主动轮和万向轮，主动轮通过齿轮与电机输出轴连接，万向轮均匀设置在底座下方，通过轴承与底座连接。
专利摘要本实用新型提供了一种会投篮的机器人，包括电器控制箱、底座、滚轮、固定在底座上的手臂、投球手爪，其特征是电器控制箱包括主机中央处理器，与其输入端口连接的位置传感回路、红外检测回路、防撞检测回路和投球保护回路，与输出端口连接的从机中央处理器、电机驱动回路，分别与从机中央处理器输入端连接的温度检测回路、超声波测距回路、信号采集转换回路。手臂包括大臂连杆和小臂连杆，大臂连杆固定在底座上，小臂连杆通过手爪座与投球手爪连接，在投球手爪上设有张合控制装置，在底座下方还设有捡球手爪，该手爪通过连接装置与底座连接。其优点在于机器人可在设定的范围内完成找球、捡球、抓球、投球等一系列动作，且各部位动作配合协调，灵活逼真，同时具有抗干扰能力强，不受外界气温的影响，安装调试方便，性能可靠的优点。
文档编号B25J5/00GK2719508SQ20042006024
公开日2005年8月24日 申请日期2004年7月13日 优先权日2004年7月13日
发明者孙帆 申请人:自贡市挚友电器有限公司