一种具有多种功能的可更换外壳机器人及其装饰外壳的制作方法

本实用新型涉及一种机器人领域应用的一种具有多种功能的可更换外壳机器人及其装饰外壳。

背景技术：

随着技术的进步以及生产成本的降低，机器人不仅仅用于生活领域的生产操作中，更被用于儿童玩具被广泛使用。因其灵活性具有较高的娱乐价值，而且还可以用作儿童教育工具，利用其人机交互优势，有效提高了孩子的学习积极性以及学习效果。

现在玩具可生产为一个自我推进的玩具机器人，可以自动检测和跟踪出现在活动表面的线段。该线段由机器人自动检测，并作为响应，进而推进子系统发出信号，使机器人沿着线段移动，而不需要与外部设备进行任何通信。同时其内部为可编程的，则它可以被指示以特定的方式对它检测到的特定颜色模式做出反应。在笔记本电脑或平板电脑等计算机设备上运行的软件程序编辑器可以让用户创建一个基于块的程序，然后将该程序加载到玩具机器人的内存中。例如，如果机器人检测到一条直线上的蓝色线段，它可以对蓝色线段做出反应，或者将其设置为以快的速度向前走5步；而如果检测到不同颜色的线段，它会以慢的速度向前走5步。为提高玩具的观赏性，通常其外部会根据用户受欢迎的电影或卡通角色进行设置，有效提高用户体验，提高使用积极性。但是，现有的机器人虽然和其他玩具相比自主性能较强，但行为功能较为单一，不利于用户使用兴趣的保持，容易造成玩具的浪费，同时，每个机器人都需要在生产过程中根据设定进行外观的选择，选择局限性较高。当用户喜欢多个机器人外观时，则需要进行多个对应机器人的购买，增加了购物成本，容易造成浪费，不利于资源的合理分配。此外，当机器人的外观在使用过程出现破损时，则很难进行修复，不利于娱乐效果的持续进行。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是提供一种有效提高玩具灵活多变性的一种具有多种功能的可更换外壳机器人。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有多种功能的可更换外壳机器人，包括上壳体、驱动机构、感应器和处理器，所述感应器用于实现对外部刺激信号的感知，所述处理器用于感应器的信号处理从而实现对机器人的行为改变，其特征在于，所述机器人还包括覆盖于上壳体外表面的装饰外壳，所述装饰外壳设置有信号源和信号发送端口，所述上壳体设置有与信号发送端口相吻合的信号接收端口，所述信号发送端口与信号接收端口相连接以实现信号源与处理器之间的信息传递，所述信号源与处理器相配合实现对机器人的行为控制，所述装饰外壳与上壳体为可拆卸连接。

该机器人通过处理器和信号源共同实现对机器人行为的控制，使机器人在活动面板进行不同的操作，同时不同的装饰外壳应用于同一机器人的上壳体时也能出现不同的行为模式，有效提高了机器人行为的灵活度，提升了用户体验。

进一步的是，所述信号发送端口与信号接收端口的连接方式为无线数据通信连接。

进一步的是，所述处理器设置有可编程字符处理器，所述可编程字符处理器包括若干机器人控制软件，所述机器人控制软件的配置与装饰外壳内的信号源一一对应，所述上壳体设置有用于与外部编程设备连接的上壳体编程控制端口。

进一步的是，所述装饰外壳的信号源内设置有可编程子处理器和与外部设备连接的外壳编程控制端口。

进一步的是，所述装饰外壳设置有透明窗口。

进一步的是，所述上壳体朝外设置有若干距离传感器。

一种具有多种功能的可更换外壳机器人的装饰外壳，包括与机器人相连接的连接部、装饰外表面、外壳底面和信号源，所述装饰外表面和外壳底面包围形成用于放置信号源的容纳腔室，当装饰外壳与机器人相连时，信号源通过连接部与机器人内部处理器实现信号传递，所述信号源与处理器相配合实现机器人行为控制操作。

进一步的是，所述信号源与处理器的信号传递方式为无线数据通信，所述外壳底部设置有朝向机器人的识别标签.

进一步的是，还包括录音装置，所述装饰外表面设置有若干指示灯和/或扬声器。

进一步的是，还包括若干机械臂和机械臂驱动机构。

本实用新型的有益效果是：

1、该机器人通过处理器和信号源共同实现对机器人行为的控制操作，则不同的装饰外壳应用于同一机器人的上壳体时也能出现不同的行为模式，有效提高了机器人行为的灵活度，易于实现机器人与不同形象的装饰外壳的行为契合，极大地提升了用户体验，并实现了购买成本的降低，同时，可实现机器人与装饰外壳的分区生产，提高了生产效率，更利于用户对于物品的自主选择；

2、无线数据通信连接的方式，降低了生产成本，提高了信息传送的灵活性；

3、可编程字符处理器的设置，使用户可通过编程学习自行进行机器人行为的改变以及控制，扩大了玩具的实用性，实现了寓教于乐，易于引发用户的学习兴趣以及对新事物的探索精神；

4、可编程子处理器的设置，进一步扩大了机器人的可驱动范围，对用户的进一步学习探索提供了技术支撑；

5、透明窗口的设置，避免了装饰外壳对信号的阻挡或减损，有效扩大了信号传递范围，保证了机器人的使用控制效果，为机器人功能扩展提供了保障；

6、距离传感器的设置，降低了玩具在使用过程中的碰撞损坏，同时可实现多个机器人在同一活动面板上的同一时间的行驶操作，极大地扩大了玩具的适用范围。

7、录音装置的设置，可以根据不同的装饰外壳产生不同的音效，同时用户可自行进行定义，提升用户体验，此外指示灯和扬声器的设置，一方面可用于玩耍过程中的装饰或指示操作，另一方面可用于内部供能状态的显示以及编程操作中的指示功能，使机器人实现性能拓展。

8、机械臂和机械臂驱动机构的设置，有效提高了机器人的行为多样性，使其灵活性显著提升。

附图说明

图1为本实用新型的一种具有多种功能的可更换外壳机器人及其装饰外壳的机器人实施例一的整体结构示意图；

图2为本实用新型的一种具有多种功能的可更换外壳机器人及其装饰外壳的机器人实施例二的整体结构示意图；

图3为本实用新型的一种具有多种功能的可更换外壳机器人及其装饰外壳的上壳体的结构示意图；

图4为本实用新型的一种具有多种功能的可更换外壳机器人及其装饰外壳的机器人底部结构示意图；

图5为本实用新型的一种具有多种功能的可更换外壳机器人及其装饰外壳的机器人内部结构连接示意图；

图6为本实用新型的一种具有多种功能的可更换外壳机器人及其装饰外壳的活动面板和机器人的放置示意图；

图中标记为：活动面板1，轨迹信号源11，机器人2，底部21，测光元件211，线传感器212，光源213，稳定支件214，移动轮215，上壳体22，距离传感器221，装饰外壳3，识别标签31，透明窗口32，指示灯4，扬声器5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

在使用过程中，首先根据应用环境需求选择对应的装饰外壳3安装于机器人2的上壳体22上，进而将机器人2放置于活动面板1的对应位置。活动面板1可能是计算设备的电子显示屏，如图6所示，即为平板电脑的显示屏。此时，机器人提供一个具体的、三维物体移动的智能手机或平板电脑的显示表面,机器人2与显示表面实现交互操作，用户不仅要专注于智能手机或平板电脑的二维显示屏，还要专注于三维娱乐单元，这对用户尤其是儿童来说是一个更有趣、更有挑战性的组合。此外，活动面板1也可为桌面或平整的野餐垫等。该机器人2既可选用发光(如平板电脑)的基底表面，也可用于反射但不发光的基底表面，如桌子、桌面、柜台或床单。活动面板1可以是发射光的自发射装置的一部分，也可以是非发射物体的一部分。此时将路径信号源11设置为可识别的线段。机器人2可以在两种类型的底座表面上跟随线段，并且可以在从不同类型的活动面板1上实现无缝地过渡。该轨迹信号源11即为外部刺激信号，感应器可对轨迹信号源11进行感应，并传送至处理器内。此时装饰外壳3通过连接部即信号接收端口和位于上壳体22上的信号发送端口进行连接即实现信息的传递，进而对机器人2的行为进行相应控制。此时，处理器和信号源共同实现对机器人2的控制操作，则不同的装饰外壳3应用于同一机器人2的上壳体22时，也会出现不同的行为模式。该控制方法有效提高了机器人行为的灵活度，易于实现机器人2与不同形象的装饰外壳3的行为契合，极大地提升了用户体验，并实现了购买成本的降低，同时，可实现机器人2与装饰外壳3的分区生产，提高了生产效率，更利于用户对于物品的自主选择。

其结构如图5所示，该处理器内设置有可编程字符处理器，可编程字符处理器包括若干机器人控制软件，所述机器人控制软件的配置与装饰外壳3内的信号源一一对应，从而保证控制信号的稳定输出。同时上壳体22上设置有用于与外部编程设备连接的上壳体编程控制端口。此时，装饰外壳3的信号源内也设置有可编程子处理器和与外部设备连接的外壳编程控制端口。当装饰外壳3与上壳体22处于信号连通状态时，可编程字符处理器和可编程子处理器的内部信息可通过上壳体编程控制端口和\或外壳编程控制端口进行传递，即用户可通过一个端口进行两个存储部位的编程操作。，用户可通过编程学习自行进行机器人行为的改变以及控制，扩大了玩具的实用性，实现了寓教于乐，易于引发用户的学习兴趣以及对新事物的探索精神。除上述设置方式，装饰外壳3内可仅仅进行简单电子设备的铺设，通过上壳体22内部的处理器内部的编程处理，进行机器人行为的更改。即装饰外壳3可能不会为机器人2增加任何数据处理能力，但包括电子产品，并由机器人上壳体22中的处理器进行控制，例如，光源213、指示灯4、扬声器5、传感器(例如，包括麦克风或摄像头)、执行器和马达等。此外，装饰外壳3内设置有录音装置，则机器人可以根据不同的装饰外壳3产生不同的音效，同时用户可通过录音装置对不同环境下的音效自行进行定义，在提升用户体验的同时，实现了使用者能力的拓展以及想象力的激发。

机器人2的底部21如图4所示，当机器人2放置于活动面板1上时，位于底部21的感应器则对路径信号源进行检测，进而通过内部的推进系统进行控制操作，该推进系统可包括一个直线运行模块和一个转向模块。机器人2利用内部的驱动机构驱动底部的移动轮215进行滚动，从而实现移动。为保证整体结构的稳定性，底部21设置有稳定支件214，进而避免了机器人2运行过程中的倾倒。底部21与上壳体22相配合形成用于放置元器件的腔室，如图3所示，上壳体22的结构为半球形，则根据实际情况可自行选择上壳体22形状如长方体、圆柱体等。上壳体22和底部21可由塑料、橡胶或其他玩具常用材料制成。

上述的转向模块使机器人2能够旋转或旋转。转向模块可以包括连接到旋转轴的轮子，也可以包括一对移动轮215，通过增加一个移动轮215的功率来实现旋转，同时减少另一个移动轮215的功率以产生差速，还可以采用其他转向或转向机构。转向模块也通信耦合到处理器，并接收命令或信号，以实现转弯或旋转。此外，推进系统可以使用类似气垫船的螺旋桨来推动机器人向前。

底部21朝下设置的感应器包括线传感器212和测光元件211。入射到底部21外表面的光可能是自发射基面发出的光，也可能是由非发射物体反射的光。如图4所示，在底部21上设置光源213，用于照亮活动面板1。当测光元件211检测到活动面板1亮度过低时，玩具机器人的处理器可能会决定打开光源213，以便更好地照亮活动面板1，使其更容易检测到上面的活动路径。但是，当测光元件211检测到活动面板1亮度级别过高时，处理器可能会决定关闭光源213，保证活动路径的正常显示。

随后，用户可以将机器人2从自发光装置中抬起，并将机器人2放置在一个不发光物体上，以遵循上面描述的单独线段。当将机器人2放置在自发光装置上时，亮度水平通常高于阈值，因此光源213处于关闭状态。然而，当用户将机器人2放置在不发光的表面上时，亮度水平通常低于阈值，因此光源213可通过处理器控制过渡到打开状态。反之，当机器人2从一个不发光的物体上举起并放置在一个自发光装置上时，光源213通常从打开状态转换到关闭状态。在图4所示的实施例中，光源213包括三个发光器件，并将其设置于底部21的外围部分。此时发光器件的数量、位置或等效的照明机构可以根据实际情况进行改变。

该底部21的线传感器211用于感知活动面板1上线段即活动轨迹。在一个实施例中，线传感器211可能具有足够的分辨率，例如，它可能是一个成像传感器像素阵列，可以检测线段的边缘，但也可以检测出出现在活动面板1上的其他对比度元素。线传感器211可被处理器用来确定线段和背景颜色或背景特征之间的边界、背景颜色或背景特征等。

上壳体22设置有电能驱动装置和供能器件，该供能器件包括储电元件和太阳能电池板。即该供能器件包括可充电的电能储存元件，包括电池和/或超级电容器，但也包括能量收集机制，如光伏电池、太阳能电池。机器人2可能包括一个电源端口用于充电供能操作。电源端口可以是集成在上壳体22中的电源总线接口，即连接外部电源的对应总线接口。电源端口可能是微型通用串行总线接口电路的一部分，它可以接收usb连接器，以便为电源设备充电。其他类型电源端口也可根据实际情况进行使用。机器人2还包括与底部21耦合的指示灯4，并与处理器进行操作通信。指示灯4可以驱动或配置为发出光信号代表一种或多种操作条件。例如，指示灯4可以发出与功率器件的功率水平相对应的第一个信号。例如，当功率器件的功率较高时，第一个信号可能较亮，当功率器件的功率较低时，第一个信号可能较暗。此外，当机器人2移动时，指示灯4可以发出第二个信号；当机器人2静止时，指示灯4可以发出第三个信号，其中第二个信号与第三个信号为不同的表现形式。第二个信号可设置为包括一个闪烁信号，其中信号的频率对应于机器人2的速度，即，当机器人2移动的更快，频率增加，反之亦然。第三个信号可以是一个常数信号，可以是连续的，也可以是不连续的，以区别于第二个信号。指示灯4发出的各种信号不仅可以根据频率和亮度变化，还可以根据颜色变化。此时，指示灯4可能包括一个或多个发光器件，能够产生多种不同颜色的光。更普遍的是,光的模式产生的指示灯4可以由或机器人角色定义的软件程序进行定义,使其各有不同的指示灯模式符合分配的特定角色。

机器人2可能进一步包括一个通信端口，用于接收机器人行为的编程指令。这些可以从外部收到编程设备，如计算机、智能手机、平板电脑或其他已知的编程设备。机器人2可以通过这些编程指令进行内部程序的修改。例如，指示灯4发出的信号可以通过编程指令进行更改或分配。此外，在供能器件停止向机器人2中的其他电子元件供电的预定时间内，也可以通过编程进行修改或修改。此外，通讯端口42可设置为一个通信总线接口,与电源端口形成一个统一的电力和通讯总线接口的一部分,同样的例子是一个微型usb接口四针或终端连接器或插头,其中为两个电源和两个双向通信。电源端口和通信端口可以使用其他电源和通信总线接口技术实现。

处理器中的可编程字符处理器可以配置为执行一种算法，该算法控制机器人2跟随线段移动。例如,当线段到达一个十字路口或分支形成一个叉或“y”线段时，机器人2可以被编程随机遵循线段选项之一。或者，机器人2可以被编程成在选择的时候总是向右转，或者在选择的时候总是向左转，或者在向右和向左转之间交替。此外，机器人2可以在某些条件下被编程以反向方向，例如到达线段的末端或到达交叉点时。

机器人2的行为也受其对代码的响应控制，这些代码构成了线段的一部分或位于线段附近。例如，如果机器人2检测到5个相邻的或序列中的空格，那么这可能是机器人2停止的规则。但是，如果只填写了最左边的框，那么这可能是另一条指令，当它到达一个交叉口时，要做最左边的那个转弯。这些代码并不局限于任何特定的形状或颜色，这些颜色可以用作代码来引导玩具机器人的某些动作或转弯。例如，线段的黄色部分可能代表一个命令，而线段的红色部分可能代表第二个不同的命令。

机器人还可以包括集成在其上壳体22内的一个音频回放子系统，其中包括一个扬声器5，在机器人2的操作过程中产生声音。该音频回放子系统可包括一个音频放大器和数字音频接口,允许各种形式的数字音频作品通过扬声器回放，包括歌曲、演讲或者警报或短音调。这些声音信息可以与机器人2的运动同步，例如，随着机器人速度的增加，蜂鸣声的频率可能会增加。声音也可以作为操作模式的功能或同步产生，例如当向左转弯时，机器人2会发出不同于向右转弯时的声音。因此，除了向推进系统发出以某种方式移动机器人身体的信号外，程序处理器对检测到外部刺激的响应也可能向音频回放子系统发出信号，以产生特定的声音。

机器人2所提供的娱乐和教育价值可以通过增加角色皮肤来增强。机器人体的装饰外壳3和上壳体22的设计使所述装饰外壳3可以安装在上壳体22上，且用户无需使用任何工具即可从上壳体22上拆卸下来。装饰外壳3可能由弹性材料制成的,如塑料、橡胶、硅胶tpu或tpe等。装饰外壳3也可以由几个部分组成，这些部分可以折断或以其他方式连接在一起，例如，一个柔软的部分，适合于身体上壳体22的顶部部分，并且有几个接点接收角色的头部和手臂。同时，装饰外壳3设置有两个机械臂用作机器人的手臂控制，其内部设置有机械臂驱动机构。当装饰外壳3与上壳体22连接时，根据信号源与处理器的信息传递进而选择对机械臂驱动机构的控制程序，此时，机械臂可根据不同的角色设定以及应用环境实现不同的行为操作，有效提高了机器人的灵活性。机械臂的数量可根据实际情况进行选择连接，例如装饰外壳3可设置三个机械臂，同时用于机器人手臂和头部的行为转换等。

此外，上壳体22内的处理器可以使用一个传感器检测到外部刺激(如线传感器或射频模块)。附近的机器人2可被相邻机器人2使用任何组合的内置传感器检测到。在检测到外界刺激时，机器人2可以自动向推进系统发出信号，产生力，从而移动机器人身体，同时音频回放子系统产生声音。

当新的装饰外壳3安装于上壳体22上时，处理器就会自动重新配置按照机器人角色已经分配给软件检测识别,使机器人的行为改变为与机器人角色软件程序一致。信号发送端口与信号接收端口的连接方式可选择为无线数据通信连接，从而降低了生产成本，提高了信息传送的灵活性。如图2所示，装饰外壳3内嵌了一个适用于射频识别(rfid)的识别标签31，其中上壳体22包含一个相应的rfid阅读器，用于检测已编码到识别标签31中的标识。同时，信号发送端口与信号接收端口的连接方式也可选择为有线数据通信连接，可保障了信息传送的稳定性，更利于形成稳定的内部控制环境。此时信号源的内部信息识别可以通过装饰外壳3的有线电流路径检测识别。此时编码的无源电阻集成到装饰外壳3中，一旦接触到直接暴露在其下上壳体22中的一对端子，则对其电阻进行测量。处理器可以通过上述任何可用的硬件特性来检测装饰外壳3的id。机器人内部的程序或配置文件可能是以前下载并存储在其内部的。每当机器人被提供到互联网的连接，在机器人内部信息也可以自动更新到最新版本。

如图1和图2所示，装饰外壳3设置有透明窗口32.该透明窗口32可以覆盖或对准上壳体22内的传感器(发射器和/或检测器)，图中为指示灯4。透明窗口32被设计成足够透明的,或者是一个断路或打开,通过它所使用的光传感器或通过指示灯,以便传感器继续运行或使指示灯4可见。此时传感器可以集成在上壳体22内，并且应该与透明窗口32正上方的部分对齐，其中包括红外传感器和环境可见光传感器。

当处理器被配置为一个特定的配置文件,配置文件可能还包括电气控制项的定义集成在装饰外壳3和可访问的体侧处理器通过通信接口外覆盖接口。例如装饰外壳3可能包括若干指示灯4和相关的驱动电路。在这种情况下，上壳体22内的处理器可以通过外盖接口和串行通信接口发送命令，例如控制指示灯4的颜色或强度。指示灯4也可能有多个元素的控制逻辑集成的装饰外壳3。

在另一个实施例中，装饰外壳3包括集成在装饰外壳3中的传感器，通过电源总线接口提供的供电链路供电，如包括一个接近传感器和一个数码相机。另一方面,装饰外壳3可包括一个或多个麦克风耦合的模拟数字转换电路(adc),以便捕捉数字音频可以通过通信链路发送。装饰外壳3具有由电机驱动的螺旋桨机构，可以使机器人2在上壳体22内的编程处理器控制下飞行。

在一个实施例中，不同的机器人字符软件程序分别根据各自的字符用电子方式定义了不同的声音。机器人的声音也可与之前录制的人类声音密切相关，这些声音被记录并存储在音频文件中。因此，机器人2除了表现出一种特有的运动外，一旦安装了给定的装饰外壳3，就会有扬声器5发出的独特声音，这是它目前的装饰外壳3所独有的。此外，机器人具有一个照明子系统(包括光源213)，其为根据特定角色的颜色或图案的独特组合。该照明子系统被配置成能够反射机器人特定角色的光线。在这种情况下，机器人角色软件程序可能包含一个数据结构，该数据结构为机器人2的照明子系统定义了特定的颜色或图案组合。因此,字符软件程序可能定义一个独特的颜色或图案组合照明子系统,一个特定的合成声音文件或选择机器人的语音和音频文件的定义一个特定的运动模式,这样的玩具机器人可表达情感或反应在几个不同的维度包括声音、照明、和运动。此时，指示灯4和扬声器5可根据需要选择在上壳体22和装饰外壳3上进行安装。

当同时在一定范围内出现多个机器人2，机器人2均装有一个装饰外壳3,即机器人2与一个特定的字符或形象。当一个机器人2进入另一个机器人2的可检测范围内时，机器人2的编程处理器根据一些规则进行重新配置，这些规则定义了它与其他玩具机器人的交互。这些规则根据检测到的另一个机器人2的身份而有所不同。机器人2自动检测一个角色附近的机器人2,根据其不同的特点选择应答方式,例如,语音应答、视觉响应等。此时，机器人2的声音也可以通过这些规则进行修改，例如在某些情况下选择音调高的声音，在其他情况下选择音调低的声音。同时，照明控制子系统可能进行不同反应控制。一旦机器人2发现它不再靠近另一个玩具机器人2，编程处理器可自动恢复到基本规则集。该机器人2的通信端口可以是无线的，例如，通过感应充电将电力从外部电源传输到电力设备，而数字通信信号通过无线链路传输和发送到外部设备。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。