用于娱乐机器人的红外定位系统的制作方法

本发明涉及一种用于确定对象的位置的设备。特别是，但非排他地，本发明涉及一种娱乐机器人，例如游戏机器人。该娱乐机器人包括用于确定另一娱乐机器人的距离和取向的红外定位系统。该娱乐机器人可由诸如智能电话或平板的计算装置来控制。该娱乐机器人可用在单人游戏活动或团体游戏活动中。

背景技术：

消费者机器人市场快速扩张，如今各种机器人装置可供消费者使用。然而，消费者机器人装置，特别是有腿机器人(例如，蜘蛛式机器人)往往符合两种不同的类别。

第一种类别的有腿机器人可被称为玩具机器人。玩具机器人通常可通过主流零售商获得，并且销售时已完全组装好并准备使用。它们具有成品的外观，并且在美学上令人愉悦，这是因为机器人的功能仅对机器人的形式产生有限影响。本质上，这是因为玩具机器人仅具有有限的功能以及减少的运动以限制购买成本，因此往往范围有限。通常，玩具机器人也不设计成用户可维修的，因此被认为是一次性物品。

第二种类别的有腿机器人可被称为业余机器人。这样的机器人装置通常只能通过专业零售商获得，并且由于成本和复杂性对于这些装置所针对的市场而言不是问题，因此往往比玩具机器人更先进。业余机器人常常以零件套件的形式出现，以供用户自行组装。它们与玩具机器人相比具有更大的运动自由从而改进移动性，并且如果需要延长产品寿命，则可由用户进行维修。然而，这样的业余机器人没有玩具机器人的完成后的外观，而是在某种程度上具有工业式的外观，这是因为机器人的形式受到其功能的影响很大。

消费者机器人装置常常需要在其环境内定位自己和其它对象。为此，机器人装置常常采用两种解决方案之一。第一种解决方案使用红外或超声波测距传感器来确定装置前方的硬表面的距离。该解决方案基于反射信号进行操作。第二种解决方案使用数字摄像头和先进图像处理技术来构建周围空间的模型。第一种解决方案通常是低成本和低功率的，因此适合于容量有限的玩具机器人。然而，仅有限的定位信息可用。第二种解决方案的部件成本很高，并且需要强大的处理能力，例如大功率膝上型计算机。

因此，在低成本和低功率机器人装置中期望有更先进的定位信息。同样，期望能够提供此信息的部件子系统。

us2004/0236470a1公开了一种用于在彼此附近航行(navigate)的移动体之间提供位置信息的通信的系统。可经由相同的系统来通信消息。通过发送特定于移动体周围的各个区域的红外数字信号来提供取向信息。通过了解区域的位置与特定信号之间的关系，接收体可推断出取向。通过以相应功率级从发送器发送红外数字信号来提供距离信息，在该功率级下，信号包括用于标识特定功率级的信息。通过了解区域的范围与特定信号之间的关系，可推断出从接收体到发送器的距离。通过了解接收区域的位置和所接收的信号，提供方向信息。

2004/0236470a1的系统使用多个功率级来发送红外数字信号。使用时间复用，其中，来自发射器的低/中ping信号包括以中等功率级在第一时隙中发送的三个字节以及以低功率级在第二时隙中发送的一个字节。第一时隙中的三个字节中的最后一个字节和第二时隙的字节包括循环冗余校验(crc)字节。该通用crc字节以两个不同的功率级发送。对于三个功率级，可发送另一组高功率ping信号。使用状态机来遍历一系列发射器，并针对各个发射器来构造四字节序列。单独的状态机用于高功率ping信号。

wo2010/085877a1公开了一种用于信号发送装置的测距的方法和设备。其可应用于工业机器人(例如，在装配线上的工业机器人)。在这种情况下，发送装置可位于工业机器人的可移动点上。可使用接近机器人的接收器单元阵列来确定工业机器人的绝对位置。

技术实现要素：

本发明的各方面在所附独立权利要求中陈述。

然后，这些方面的某些变型在所附从属权利要求中陈述。

从以下参照附图对某些示例进行的描述，本发明的另外的特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是示例红外传感器组件的示意图；

图2是根据示例的用于机器人装置的定位系统的示意图；

图3是示例红外传感器组件的支架的示意图；

图4a是示例机器人装置的立体图；

图4b是示出图4a的示例机器人装置的左侧的图；

图4c是示出图4a的示例机器人装置的第一主体部件与第二主体部件的左侧的图；

图5a是示出根据示例的受控电压源的电路图；

图5b是示出根据示例的传输电路的电路图；以及

图5c是示出根据示例的红外接收器的电路图。

具体实施方式

提供了机器人装置的示例，特别是，用在娱乐机器人(例如，游戏机器人)中以确定对象(例如，另一机器人)的位置的红外设备。可按照红外传感器组件、定位系统、嵌入式控制器以及确定对象的位置的方法的形式提供示例。在这些示例中，改变多个红外发送器的电源变化，其中，由多个红外发送器发送用于设定电源的控制值。这些示例可用在具有可控三维运动的娱乐机器人中，例如，以使用所接收的红外信号来确定另一娱乐机器人的距离和取向。机器人装置可包括由诸如智能电话或平板的计算装置控制的游戏机器人。游戏机器人可用在单人游戏活动或团体游戏活动中。

如上所述，本文所描述的某些示例提供了一种用于娱乐机器人的红外定位系统。该定位系统被配置为确定另一娱乐机器人(例如，具有定位系统的另一娱乐机器人)的距离和取向。该定位系统是低功率和低成本的，因此可在以电池为动力的消费者机器人装置内实现。

本文所描述的某些示例还提供了一种红外传感器组件和嵌入式控制器，所述红外传感器组件与所述嵌入式控制器可一起使用或独立地使用，以实现上述定位系统的某些子系统。红外传感器组件为各个红外发送器提供独立电流源，而非共同控制。该独立电流源提供可降低红外发送器损坏的风险的配置。还描述了一种确定第一娱乐机器人相对于第二娱乐机器人的位置的方法。

本文所描述的示例可用于向娱乐机器人的一个或更多个嵌入式处理器提供距离和/或取向信息。娱乐机器人可使用该信息来导航其环境和/或与其它娱乐机器人交互。可提供该信息而无需可能具有高昂的成本或尺寸的专业芯片集。

在某些示例中，游戏机器人可在“战斗”游戏中使用距离和/或取向信息来确定另一游戏机器人的位置。另一游戏机器人可以是竞争装置或盟友。距离和/或取向信息可用于战斗计算和/或在关联的计算装置(例如，智能电话)的显示器上渲染增强现实。在某些示例中，机器人装置的距离和/或取向信息可在装置之间共享(例如，通过装置之间建立的对等网络和/或经由通信地连接至装置的服务器装置)。

图1是示出根据示例的红外传感器组件100的示意图。

红外传感器组件100包括受控电压源105和多个传输电路110。在图1中，示出n个传输电路。受控电压源105被配置为接收数字控制信号c，并输出模拟电压v。数字控制信号c设定用于传输电路110集合的功率级，其中，功率级由模拟电压v控制。

如图1所示，各个传输电路包括压控电流源(vccs)115、红外发送器120和调制器130。传输电路110中的各个红外发送器120电连接至对应的压控电流源115，其中，后者基于受控电压源105的输出v来改变供应至红外发送器120的电流。因此，数字控制信号c设定多个红外发送器120的信号强度，其中，针对给定数字控制信号c，所有发送器具有共同的信号强度。

传输电路110中的各个红外发送器120还电连接至对应的调制器130。各个调制器130被配置为接收数据信号dn，并且根据该数据信号来控制连接的红外发送器120的传输。各个调制器130接收为连接的红外发送器120专门生成的数据信号，使得两个调制器120-1和120-2将接收不同的数据信号。在某些情况下，各个调制器可包括开关电路以根据调制的数据信号快速地打开和关闭红外发送器。

各个数据信号dn包括标识多个红外发送器中的相应一个红外发送器的数据以及指示取决于数字控制信号的值的信号强度的数据。例如，要由红外发送器120-1发送的用于调制器130-1的数据信号d1可包括标识红外端口“1”作为发送端口的位模式(bitpattern)(例如，位“00”或“01”，取决于端口从0还是1开始编号)。类似地，要由红外发送器120-2发送的用于调制器130-2的数据信号d2可包括标识红外端口“2”作为发送端口的位模式(例如，位“01”或“10”，取决于端口从0还是1开始编号)。类似地，各个数据信号dn可包括指示要发送数据信号的信号强度的位模式。该位模式可从传输期间要应用的数字控制信号的值推导出和/或由其组成。例如，如果数字控制信号c被量化并具有可能值范围(例如，是具有128个或256个可能值的7位或8位信号)，则指示信号强度的数据可包括该位信号的值。构成该位模式的位数可取决于不同信号强度级别的数量。在某些情况下，数字控制信号可被限制为值的子集，例如，即使使用7位或8位信号来控制受控电压源105，可仅使用2至4位信号强度值，从而指示使用4至16个不同信号强度级别的子集(例如，“01”可指示信号级别2，或者“0110”可指示信号级别6，其中，使用相同的位模式来控制受控电压源105)。所使用的信号强度值的数量可为可配置的，并且可针对各个实现方式变化。

各个红外发送器120可包括红外发光二极管(led)。在一个实现方式中，各个led可包括来自vishayintertechnology公司的vsly3850等。

在各个传输电路110中，红外发送器120可与关联的调制器130串联电连接。在一种情况下，关联的调制器130可电连接在红外发送器120与地之间。本文所使用的“电连接”包括直接和间接电连接二者。各个传输电路110可具有共同的部件布置，但具有与特定数据信号的单独电连接。

受控电压源105基于数字控制信号c来控制供应至红外发送器120的功率。在各个传输电路110中，压控电流源115具有由受控电压源105的输出设定的模拟电压v。各个压控电流源115继而基于该模拟电压来控制供应至对应的红外发送器120的电流。在一个示例中，受控电压源包括数字电压控制器。数字电压控制器可包括集成电路。在一种情况下，数字电压控制器包括数字电位计或数模转换器。数字控制信号可包括i²c串行协议信号。数字控制信号可包括指示信号强度的串行数据以及串行时钟信号。数字控制信号可指示值要被设定在给定数据地址处。数字电位计可包括来自microchiptechnology公司的mcp455x等。在某些示例中，受控电压源可使用处理器(例如，微控制器)上的数模端口来实现，其中通过处理器端口基于处理器内设定的数字控制信号来输出控制红外发送器的各个独立电流源的模拟信号。

在一个示例中，受控电压源105可包括电压缓冲器。各个压控电流源115可包括串联电连接在红外发送器120和调制器130之间的晶体管，其中，晶体管由电压缓冲器的输出控制，并且其中，电压缓冲器的输出控制多个传输电路中的各个晶体管。实现对应的压控电流源115的各个晶体管可包括npn双极结型晶体管。压控电流源115还可包括串联电连接在晶体管和调制器130之间的电阻器。该电阻器可包括使得各个红外发送器120能够被独立地调制并针对给定信号强度具有独立功率调制的负反馈电阻器。电阻器可从电连接至红外发送器的电压源汲取电流。

在上述示例中，电压缓冲器可包括射极跟随器，该射极跟随器提供足够的电流以驱动串联电连接在各个红外发送器120和调制器130之间的晶体管。电压缓冲器可包括npn双极结型晶体管，其中，电压缓冲器的基极处的电压由受控电压源105的输出设定。电压缓冲器可连接至电负载(例如，一个或更多个电阻器)，使得电压缓冲器的基极处的电流与受控电压源105所输出的模拟电压成比例。在这些情况下，改变电压缓冲器的基极处的电压会改变各个传输电路110的压控电流源115的输入，继而改变流过红外发送器120的电流，该电流控制所发送的红外光的强度。各个传输电路的电压供应可大于电压缓冲器的电压供应，例如前者可为6伏，后者为3.3伏。各个传输电路还可包括连接在电压供应与地之间的大容量电容器以调节所供应的功率，例如，以适应当红外发送器由调制器控制时电流需求的快速切换。

各个调制器130可包括诸如n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)的开关，以控制连接的红外发送器何时发送光。这种n沟道mosfet的栅极可电连接至给定红外发送器的数据线。数据线可提供数据信号以调制从红外发送器发送的光。数据信号可包括施加到mosfet的栅极以调制发送的光的调制信号。数据信号可包括施加到底层载波信号的二进制比特流。可使用若干载波频率。例如，可通过供应微控制器来配置载波频率。在一个实现方式中，可使用38khz的载波频率。

图1的红外传感器组件100使得多个红外发送器中的各个红外发送器120能够针对给定消息以相同的信号强度发送，同时使得各个消息的数据能够随各个发送器对应地变化。图1的红外传感器组件100提供低成本和低功率红外传输系统，该红外传输系统可用于发送信号，该信号可由接收器进行解码以确定传输系统的距离和取向。尽管下面陈述的示例描述了机器人装置内的实现方式，但其它实现方式也是可能的。例如，静态信标可包括红外传感器组件100，并且可移动装置可从该信标接收红外信号以确定其位置和取向。在某些情况下，调制器可与发送led一起形成单个红外传输传感器的一部分，其中传输传感器被配置为在预定载波上接收数据信号。

图2是用于机器人装置的定位系统200的示意图。定位系统200包括受控电压源(cvs)205和传输电路210。传输电路210包括多个红外发送器txn220。各个红外发送器220电连接至独立压控电流源。传输电路210可包括多个传输电路，例如图1中的电路110。在某些情况下，受控电压源205和传输电路210可包括图1的红外传感器组件100。受控电压源205电连接至红外发送器220并且基于数字控制信号c来改变供应至红外发送器220的功率。在某些情况下，多个红外发送器220分别连接至参照图1描述的多个相应调制器。在其它情况下，各个红外接收器被布置为基于调制的数据信号来发送红外辐射。

图2还示出至少一个处理器240，该至少一个处理器被配置为提供用于受控电压源205的数字控制信号c以及用于n个红外发送器220中的每一个红外发送器的传输数据信号dtn。各个数据信号dtn包括标识红外发送器220中的相应一个红外发送器的数据以及指示取决于数字控制信号c的值的信号强度的数据。数据信号dtn可包括调制信号。数据信号dtn还可包括标识包括处理系统200的机器人装置的数据，例如标识整数(例如，8或16位)或其它标识字符串。标识机器人装置的数据可包括机器人装置的全局唯一标识符，该全局唯一标识符被存储在机器人装置的存储器中并且对于至少一个处理器240而言可访问或通信。如前所述，数据信号dtn可包括在38khz载波上承载的各个位的流。载波可以是方波。

至少一个处理器240可包括一个或更多个集成电路、片上系统、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或嵌入式中央处理单元。至少一个处理器240可包括m位微控制器，其中m是8、16、32或64位以及其它值。在一个示例实现方式中，至少一个处理器240包括外围接口控制器(pic)微控制器等(例如，由microchiptechnology公司供应)。在某些实现方式中，至少一个处理器240可包括多个互连的处理器，例如电连接至中央控制微控制器的一个或更多个微控制器。尽管图2示出数字控制信号c和数据信号dtn二者源自单个处理器，但在某些实施方式中，数字控制信号c可由第一微控制器生成并通信至多个第二微控制器，多个第二微控制器中的各个第二微控制器被布置为针对相应红外发送器220生成数据信号。在某些实现方式中，受控电压源205可形成至少一个处理器240的一部分(例如，如上所述的数模输出的形式)。

图2的处理系统200还示出红外接收器电路255，该红外接收器电路255包括多个红外接收器260。在图2中，红外发送器的数量(n)等于红外接收器的数量(n)；然而，在不同的实现方式中发送器与接收器之比可不同。在简单的情况下，可基于由两个红外接收器中的一个红外接收器接收的来自单个红外发送器的传输来确定位置和取向。多个红外接收器260中的各个红外接收器被配置为接收所发送的红外信号drn，并将该信号通信至至少一个处理器240。在一种情况下，多个红外接收器260接收由另一机器人装置的另一处理系统发送的红外信号。

图2的至少一个处理器240被配置为从多个红外接收器260接收数据信号。在一个实现方式中，多个红外接收器260中的各个红外接收器都包括集成电路，以接收和解调红外信号。例如，各个红外接收器260可包括由vishayintertechnology公司供应的tsop382等，其被配置为解调数据信号(例如，38khz的数据信号)。在这种情况下，来自各个红外接收器260的输出可连接至诸如至少一个处理器240的中断引脚的接口。各个红外接收器可电连接至至少一个处理器240的不同的中断引脚或复用到共同中断引脚上。在其它实现方式中，可由至少一个处理器240或关联的中间电路执行解调。

至少一个处理器240被编程为基于来自多个红外接收器260的解调数据信号来确定另一机器人装置的距离和取向。例如，至少一个处理器240可从关联的存储器检索计算机程序代码并执行该代码。在其它情况下，至少一个处理器240可被专门构造为提供编程的功能(例如，以asic或fpga的形式)。另一机器人装置可包括诸如图2所示的处理系统。

至少一个处理器240首先被编程以确定接收到数据信号的红外接收器。如果至少一个处理器240包括多个红外接收器260中的各个红外接收器的接口(例如，中断引脚)，则可通过确定接收到数据信号的中断引脚来确定红外接收器。在至少一个处理器240中包括接收复用的信号的单个接口，然后可基于与所接收的数据信号关联的定时和/或频率信息来确定红外接收器。

一旦确定红外接收器，至少一个处理器240就被编程为从所接收的数据信号将消息数据解码以确定：标识多个红外发送器中发送该数据信号的一个红外发送器的数据，以及指示该数据信号的传输强度的数据。这可包括将标识多个红外发送器中的一个的数据设定为第一位模式并且将指示数据信号的传输强度的数据设定为第二位模式(例如，110100可指示红外传输端口“3”(11)以及16个级别中的发送信号强度“4”(0100))的比特流进行解码。

然后，至少一个处理器240被编程为使用所确定的红外接收器、指示数据信号的传输强度的数据以及标识发送数据信号的红外发送器的数据来确定机器人装置相对于另一机器人装置的取向。如果处理系统200和发送机器人装置的处理系统具有共同或约定的发送器和接收器配置，则所确定的红外接收器以及标识发送数据信号的红外发送器的数据使得至少一个处理器240能够计算给定接收端口可“看见”(即，可从其接收信号)哪些发送端口。根据该信息，可确定取向。取向的角分辨率取决于红外发送器的数量和/或红外接收器的数量。例如，在关联的机器人装置的主体周围具有四个等距隔开的红外发送器和接收器的定位系统200可具有45度取向保真度。稍后在下面提供示例取向确定处理的进一步的细节。

至少一个处理器240还被编程为使用指示数据信号的传输强度的数据来确定机器人装置距另一机器人装置的距离。在某些示例中，信号强度集合可应用于所发送的信号。在这种情况下，可通过至少一个处理器240确定所接收的信号的子集。然后，所接收的信号的子集可以例如基于在所接收的信号的集合中成功接收的最低信号强度来指示距离。这可假设随距离的平均衰减。在这些示例中，无需直接测量所接收的数据信号的信号强度；相反，具有指示信号强度的数据的信号是被正确接收或未被接收的。这可避免需要模拟接收器部件来测量信号强度，从而降低了成本和复杂性。

在一种情况下，至少一个处理器240连接至包括可能位模式的列表的存储器。如果所接收到的数据信号与列表中的一个匹配，则将其视为匹配的位模式而接收。如果所接收到的数据信号不与列表中的一个匹配，则将其视为不是有效的位模式并被丢弃。在这种情况下，太弱而无法正确地接收的信号被丢弃，因为它们包含损坏的位。在其它情况下，可使用错误控制方案来确定是否已将一个或更多个错误引入到比特流中。如果检测到一个或更多个错误，则所接收的数据信号可因为无效而被丢弃。在红外接收器包括集成解调器的情况下，该解调器可过滤低于预设或可配置功率级接收的红外信号。在这些情况下，所接收的弱数据信号可不被传递到至少一个处理器240。

在上述情况下，至少一个处理器240确定成功接收的数据信号集合。该集合可包括所发送的数据信号集合的子集。所发送的数据信号集合可包括以预设信号强度范围从另一机器人装置的一个或更多个发送器端口发送的数据信号。

在一个实现方式中，各个信号强度级别可具有关联的传输半径或边界，其中可在该边界内成功接收信号，但在该边界之外无法接收信号。可基于测试数据和/或衰减计算来设定半径或边界。例如，近距离信号可具有信号强度级别“1”(例如，值集合中的第一数字控制值)并且最远20cm可接收到，中距离信号可具有信号强度级别“2”(例如，值集合中的第二数字控制值)并且最远50cm可接收到。在数据信号循环通过信号强度级别(例如，通过循环通过数字控制值)的情况下，如果至少一个处理器240接收到具有相应信号强度“1”和“2”的两个数据信号，则另一机器人装置被确定为在20cm内；类似地，如果仅成功接收到具有更高的信号强度“2”的一个数据信号，则另一机器人装置被确定为在20cm至50cm的范围内。

在上述实现方式中，可基于所使用的信号强度级别的数量来设定距离分辨率，例如，增加扫掠(sweep)级别的数量允许确定更精确的相对距离范围。可确定的最大距离取决于红外发送器的电压供应级别。对于6伏电源，最大信号强度级别可允许确定至多9米的最大(机器人到机器人)距离。

图3是示例红外传感器组件的支架300的示意图。示意图提供支架300的俯视图。支架300可包括机械连接至机器人装置(例如，紧固到聚合物主体部分)的印刷电路板。支架300容纳四组红外发送器310和接收器360。多个红外发送器310围绕支架的外周等距隔开。多个红外接收器360中的各个接收器安装在多个红外接收器360中的对应的发送器旁边，使得红外接收器也等距周向隔开，并且多个红外接收器插在多个红外发送器之间。各个发送器和接收器对连接到电路370。该电路370可包括图1或图2所示的一个或更多个部件。在某些情况下，电路370可包括到安装在机器人装置中的别处的一个或更多个处理器的一个或更多个有线接口。在一种情况下，电路370至少包括图1的红外传感器组件。

图3中的四组发送器-接收器对各自相对于彼此以90度左右安装。因此，存在前发送器-接收器对(f)、左发送器-接收器对(l)、右发送器-接收器对(r)和后发送器-接收器对(b)。各个发送器-接收器对被滤光器380覆盖，滤光器380包括对红外辐射透明但对可见光不透明的材料。在图3的示例中，发送器-接收器对位于机器人装置的前、后、左和右(从上方看)。

现在将参照图3说明如何通过图2的至少一个处理器240确定取向的进一步的细节。

具有支架300的第一机器人装置将数据信号集合发送至具有支架300的第二机器人装置。如上所述，针对第二机器人装置的支架300中的各个接收器360确定成功接收的数据信号集合。由于发送器-接收器对被垂直地安装，所以给定接收器仅可从一个或两个传输端口接收数据信号。

如果在给定接收器处仅接收到一个数据信号集合，则使用消息数据来确定那些数据信号的传输端口并且该传输端口被确定为面向所确定的接收器。例如，如果来自第一机器人装置的发送器txr的数据信号是在第二机器人装置的txf处接收的仅有数据信号，则第二机器人装置被确定为面向第一机器人装置的右侧(即，第一机器人装置相对于第二机器人装置旋转了90度)。

如果在给定接收器处从两个不同的传输端口接收到两个数据信号，则第二机器人装置被确定为以第一机器人装置的两个发送器之间的角度(例如，在具有成45度的倍数的边界的扇区中)来面向第一机器人装置。在这种情况下，两个不同的扇区均是可能的取向。例如，如果在第二机器人装置的txb处接收到来自第一机器人装置的发送器txl和txb的数据信号，则第二机器人装置的背面面向第一机器人装置的后侧和左侧之间的两个45度扇区中的一个(例如，第一机器人装置相对于第二机器人装置在180度和225度之间或在225度和270度之间旋转)。在这种情况下，通过比较来自两个发送器的消息数据中的接收信号强度值来确定特定旋转范围。如果从txl发送的数据信号的信号强度级别比从txb发送的数据信号的信号强度级别弱，则发送器txl更与第二机器人装置的接收器txb对准(否则它无法被成功接收)。这使得至少一个处理器240能够选择225度和270度之间的更大旋转范围。类似地，如果从txb发送的数据信号的信号强度级别比从txl发送的数据信号的信号强度级别弱(例如，具有较低的值)，则发送器txb必须更与第二机器人装置的接收器txb对准，并且第一机器人装置在180度和225度之间旋转。

通常，当成功接收来自多个传输端口的消息时，本文中的某些示例使得处理器能够比较信号强度，并且包含最低信号强度级别的消息会确定用于机器人装置的取向的两个可能扇区范围之一。这样，可确定第一机器人装置相对于第二机器人装置的取向。在其它实现方式中，可使用数量增加的发送器-接收器对来增加取向检测的角分辨率。例如，使用等距周向隔开的8对将使分辨率翻倍，从而允许确定到最近的22.5度扇区的取向。还可使用非等距隔开的发送器和/或接收器，其中，在任一点处使用的间距确定可用的角分辨率。例如，机器人装置可在装置前方具有减小的间距以更精确地确定面向该机器人装置的其它机器人装置的取向。

图1、图2和图3的示例的优点在于，红外发送器和接收器还可用于在机器人装置之间通信数据，即，建立红外通信信道。例如，信号强度级别可周期性地扫掠。在这些周期性扫掠之间，可为数据交换预留时间周期。可以预定信号强度级别(例如，以最大强度)执行该数据交换。数据交换可允许机器人装置之间的协调行为。例如，给定比特流消息可指示各个机器人装置以同步方式执行的一组运动。在其它情况下，距离和取向信息可经由红外信道(例如，与机器人装置的标识符相关联)在机器人装置之间交换。

图1、图2和图3的示例的另一优点在于，适用于红外通信的低成本部件(例如，在电视遥控器等中)可用于确定位置和取向信息，以及用于通信。例如，用于遥控的标准频率可用于调制数据信号。这降低了部件成本并增加了简单性。这是不寻常的，通常机器人装置使用单独的红外系统来测距和通信。

在某些示例中，至少一个处理器240是机器人装置的主处理模块。主处理模块可被安装在机器人装置的主体内。在这些情况下，主处理模块可包括使用微处理器的精简指令集计算机(risc)而不使用互锁流水线级(mips)指令集。其可包括若干寄存器(例如，32)并且可以例如是32位或64位。用于主处理模块的控制固件可以c/c++来编写并使用适当调整的c编译器来编译。在一个示例实现方式中，主处理模块包括pic32x微控制器。在其它实现方式中可使用其它微控制器。除了确定定位信息之外，主处理模块可与跟踪灯、音频和视频装置、参考传感器、有线和无线通信单元、电源单元和机器人装置的运动模块中的一个或更多个对接。

根据示例，机器人装置的嵌入式控制器包括：接收器接口，该接收器接口从连接至机器人装置的多个红外接收器中的各个红外接收器接收数据信号，所述数据信号包括由另一机器人装置发送的红外信号；以及处理器，该处理器连接至接口。处理器可包括图2的至少一个处理器240，并且接收器接口可包括用于至少一个处理器的一组输入引脚(例如，微控制器的输入引脚)。在此示例中，处理器被编程为针对各个所接收到的数据信号：确定接收到数据信号的红外接收器；从所接收的数据信号将消息数据解码以确定：标识发送数据信号的红外发送器的数据，以及指示数据信号的传输强度的数据；并且使用所确定的红外接收器、指示数据信号的传输强度的数据以及标识发送数据信号的红外发送器的数据，确定机器人装置相对于另一机器人装置的取向以及机器人装置距该另一机器人装置的距离。可使用上述处理来进行该确定。红外发送器可以是安装在另一机器人装置上的多个红外发送器之一或静态信标。

在此示例的变型中，可通过将所接收的比特序列与可能发送的比特序列的集合进行匹配来提供高效解码机制。例如，可对所接收的比特序列与可能发送的比特序列的集合之一应用简单逻辑运算。这可针对集合的各个成员重复。如果发现匹配，则可从查找表读取信号强度和传输端口；如果没有发现匹配，则所接收的数据信号可被丢弃(例如，删除并且不用于未来处理)。例如，如果娱乐机器人处于特定信号强度的接收边界上，则损坏的可能性高。代替尝试处理损坏信号的比特序列，此变型允许这些损坏信号的比特序列被简单地忽略。因此，不会浪费处理资源。

在一种情况下，嵌入式控制器还包括：以将数据信号发送至连接至机器人装置的多个红外发送器中的各个红外发送器的发送器接口；以及将控制信号发送至电源的控制接口。电源可包括图1和图2的受控电压源和压控电流源。控制信号可包括这些示例的数字控制信号。在其它情况下，控制信号可包括基于处理器可访问的初始数字值生成的用于电源电路的模拟控制信号。发送器和控制接口可包括微控制器的不同输出引脚。

在上述情况下，处理器被编程为生成用于多个红外发送器中的各个红外发送器的数据信号集合。数据信号集合中的各个数据信号包括标识与该数据信号相关联的红外发送器的数据以及指示数据信号的传输强度的数据。生成数据信号可包括将比特序列应用于载波以生成调制数据信号。比特序列可包括标识信号强度的位模式和标识传输端口的位模式。处理器还被编程为生成用于电源的控制信号。然后，经由发送器接口将数据信号发送至多个红外发送器，并且经由控制接口将控制信号供应至电源。在这种情况下，指示数据信号的传输强度的数据是基于在数据信号被发送至红外发送器时用于电源的控制信号的值来设定的，并且其中，用于电源的控制信号的值是针对各个数据信号集合在预定值集合上变化的。例如，控制信号可包括用于数字电压控制器(例如，数字电位计)的数字值范围。另选地，控制信号可包括由处理器数字地控制(例如，由微控制器的数模端口生成)的模拟电流或电压。模拟电流或电压可用于控制参照图1描述的电压缓冲器(即，以调节穿过led的电流)。

根据一个示例，提供了一种确定第一机器人装置相对于第二机器人装置的位置的方法。该方法可包括如上所述的操作。这些操作可包括经由第一机器人装置的多个红外接收器接收由第二机器人装置发送的红外数据信号集合中的一个或更多个红外数据信号。在这种情况下，从第二机器人装置的多个红外发送器中的各个红外发送器发送红外数据信号集合，并且各个红外数据信号包括标识多个红外发送器中相应一个红外发送器的数据以及指示信号强度的数据，其中，信号强度会在红外数据信号集合上变化。然后，该方法还包括处理所接收的一个或更多个红外数据信号以确定第一机器人装置相对于第二机器人装置的取向以及第一机器人装置距第二机器人装置的距离。上面提供了此处理的示例。此方法可由机器人装置的处理器执行。

图4a至图4c示出可集成图1的红外传输组件100、图2的定位系统200和/或图3的支架300的示例机器人装置。

图4a至图4c示出有腿消费者“游戏”机器人的示例，其集成有被设计为对机器人关节进行致动的机动模块。尽管在此部分中参照了游戏机器人实现方式，但其它机器人装置中的实现方式也是可能的。在一些实现方式中，原动机被集成在机器人部件(例如，手臂、腿或身体)的设计内。这些原动机的控制可基于使用集成电路标识的附接的辅助模块(例如，“盾牌”或“武器”)来修改。这样，与其它形式的“玩具”或“业余”机器人相比，游戏机器人具有先进的功能。

游戏机器人为消费者机器人或娱乐机器人而非工业机器人的形式，即，该游戏机器人被设计为由公众获得并使用，而不是提供有用的工业输出。尽管包括针对相比而言的“玩具”更先进的功能，其仍可被视为一种玩具机器人。可以即用型形式来供应游戏机器人，例如，不需要某些“业余”机器人套件所要求的实质性组装。例如，与工业机器人相比，游戏机器人的使用不需要专业技术知识。游戏机器人还被设计为由单个用户来操纵和操作，例如，在使用中包括可手动抬起和携带的一个或更多个单元。与另选“玩具”相比，本文所描述的游戏机器人的功能范围大，例如，游戏机器人具有更广、更复杂的运动范围，而相比而言的“玩具”机器人可具有相对小的运动自由度(例如，1-10运动范围)和/或相对少的控制能力(例如，在狭窄的行为范围内操作(例如，沿着轨道向前或向后移动)。相比而言的“玩具”物品也被设计为作为单个单元为一次性使用，而非模块化构造。某些相比而言的“玩具”可作为模块化构造套件使用，然而这些套件通常也具有相对小的运动自由度(例如，简单的电机旋转)和/或相对少的控制能力(例如，限制为开或关)。本文所描述的某些示例提供了一种具有多功能性、运动自由度和可维修性的游戏机器人，并且这种游戏机器人还可廉价地制造并且在美学上令人愉悦。

图4a至图4c所示的游戏机器人可被认为是“智能的”。智能游戏机器人在用户(也可称为玩家或游戏者)的控制下操作。游戏机器人是“智能的”，因为其实现了与计算或智能连接装置结合操作(并与之通信)的半自主控制功能，用户使用该计算或智能连接装置来控制游戏机器人。连接装置可采取现代移动电话(例如，智能电话)、平板计算机或一对增强现实护目镜的形式。智能连接装置可经由由多个按钮和一个或更多个操纵杆组成的物理或虚拟游戏手柄(例如，视频游戏控制器)从用户接收输入。使用连接装置的游戏手柄，用户能够将顶级命令无线地发送至智能机器人(例如，向前移动、向左转、发射武器、跪倒、跳跃……)。来自用户的顶级命令由连接装置处理并发送至游戏机器人，其中游戏机器人的运动学引擎对这些顶级命令进行解释以生成低级命令并控制智能机器人关节。在示例中，连接装置基于来自用户(例如，经由游戏控制器输入)的顶级命令并基于机器人属性集合来生成高级命令集。在某些示例中，连接装置可从一个或更多个游戏机器人接收使用本文所描述的方法确定的位置和取向信息。

图4a至图4c所示的游戏机器人可能能够检测其环境(例如，其它机器人、障碍物)。这可使用本文所描述的设备、系统和方法来执行。关于环境的数据(例如，参照另一机器人的距离和取向)可被无线地中继到连接装置以被并入游戏设置内。当超过一个游戏机器人和用户一起玩时，他们可通过游戏机器人彼此“战斗”。如本文所讨论的“战斗”是模拟的，游戏机器人不会遭受物理损坏，相反损坏是虚拟的并在游戏机器人软件应用内进行管理。例如，游戏机器人和连接装置可在对等自组织网状网络中或经由连接至局域网或广域网的协调游戏服务器来无线地连接，以进一步增强游戏体验。红外信道可用于无线地通信信息，该信息可包括使用本文所描述的系统实现的红外信道。基于各个游戏机器人的配置(例如，附接的辅助模块、可用的虚拟物品和机器人环境)以及各个用户的输入和技能，所使用的连接装置内的战斗系统(例如，作为游戏机器人软件应用的一部分实现)计算各个战斗的结果。各个战斗的结果(包括攻击计算和模拟的武器动作)可使用如本文所计算的位置和/或取向数据。例如，某些武器可能仅在固定的距离上操作，可能需要特定取向(例如，面对面)，或者可能基于取向而具有更大的影响(例如，游戏机器人可被认为在其左侧或右侧“较弱”)。

在某些示例中，游戏机器人可形成增强现实系统的一部分。在某些情况下，游戏机器人以跟踪系统为特征，该跟踪系统允许连接装置计算机器人的位置、取向、比例和姿态。本文所描述的红外系统可为该跟踪系统提供信息。当连接装置配备有视频摄像头和足够的显示屏时，其可通过添加例如特殊效果(例如，爆炸、火焰、激光束)、虚拟对手或虚拟环境经由其显示屏来跟踪机器人与增强现实。在某些情况下，可通过将虚拟特殊效果转换到物理世界(例如，通过控制游戏机器人的物理移动)来改进增强现实体验。当用户仅利用一个游戏机器人自己玩时，增强现实对于改进单人游戏体验而言尤为重要。

转向图4a，其示出了示例游戏机器人400的立体图。游戏机器人的设计和配置并非旨在限制，可使用其它设计和配置。游戏机器人400是具有四个相同的腿的有腿机器人。游戏机器人400是模块化的，并且包括三种不同的模块类型(四个运动模块401、一个主模块402和一个主体模块403)。图4c单独地示出主模块402和主体模块403。

运动模块不需要仅限于一种类型的运动，可采取若干形式，包括创建所示出的步行模块化机器人的腿模块、创建滚动模块化机器人(未示出)的轮模块、或者创建飞行模块化机器人(未显示)的推进器模块。运动模块也可混合在给定机器人中。

在图4a中，各个腿模块401包括髋部411、大腿412、膝盖413和小腿414。各个腿由三个原动机415、416和417致动，该三个原动机各自被集成在游戏机器人400内。各个原动机415、416和417赋予各个腿三个自由度，从而允许腿绕三个旋转轴线424、425和426旋转。两个原动机415、416被集成到各个大腿412中。剩余原动机417被包含在主体模块403中。在其它示例游戏机器人中，可使用不同的关节配置，包括在髋部具有可拆卸的腿模块的那些关节配置。在后一种情况下，所有原动机均可被集成到腿中。

图4b示出与图3中类似的支架可如何布置在图4a的游戏机器人上。在此示例中，与图3中的支架300类似的支架被集成到主体模块403中，其中，针对左面板450示出外滤光器380。因此，红外发送器-接收器对被居中安装在游戏机器人400上运动模块401之间。因此，各组红外发送器-接收器对被布置为从机器人装置的前、后、左或右之一发送/接收红外信号。

图4c示出至少主模块402和主体模块403可如何模块化，即，可如何拆卸和互换。在一种情况下，可用最少的技能或工具将各个模块机械地和电气地连接到游戏机器人400的其余部分以及从游戏机器人400的其余部分断开。在此配置中，图2的至少一个处理器240可被集成在主模块402内并连接至主体模块403内的传感器支架。

本文所描述的某些示例提供了一种用于确定另一娱乐机器人的距离和取向的高效设备。不需要要求昂贵且耗电的电子设备的复杂时间复用系统，提供了一种简单且高效的控制配置。通过改变压控电流源的电流来设定各个红外发送器的功率级。各个传输电路都连接至共同的功率级信号线，使得可设定单个模拟电压以并行控制所有发送器的功率级。如果使用数模转换器或等效的数字控制电路来设定模拟电压，则可使用用于设定模拟电压的数字控制信号的值来高效地推导可作为数据信号的部分发送以标识信号强度的位模式。在一种情况下，数字控制信号的值可包括直接编码并连同传输端口标识符一起发送的位模式。然后，这减少了对复杂的编码和解码电路(同样可具有高功耗)的需求，并提供了在娱乐机器人中有效的简单协议。在游戏机器人中，高效的实现方式特别重要，因为它们可能依赖电池电量来运行，并且可能需要位置和取向的快速更新以用于增强现实游戏。

图5a示出示例电压控制器，该电压控制器可形成受控电压源505的一部分。在此示例中，电压控制器包括经由串行数据线(sda)控制的数字电位计(来自microchiptechnology公司的mcp4551集成电路)。还在串行时钟(scl)线上供应时钟信号。这些信号可使得能够使用i²c接口从微控制器访问和控制电压控制器。vdd和vss分别提供3.3v的电源电压和接地连接。使用经由sda和scl信号线提供的i²c接口设定的数据值设定在poa、pow和pob输出引脚之间配置的电阻器网络的电阻值。因此，经由i²c接口施加的不同数据值改变了在poa、pow和pob输出引脚之间建立的分压器的配置。这继而改变了施加到晶体管q8的基极端子的电流并设定流过q8(即，从集电极到发射极)的电流。晶体管q8因此实现了如前所述的电压缓冲器515。q8的发射极上的电流充当各个传输电路的模拟红外功率控制(“ir-power-ctrl”)信号。可从mcp4551集成电路的数据手册获得图5a所示的电压控制器的操作的进一步的示例细节。

图5b示出一个红外发送器的示例传输电路510。所示的传输电路510是用于“后”红外发送器(例如，图3的txb)的。其它红外发送器的其它传输电路对该电路进行镜像，但具有不同的调制数据信号线。在图5b中，示出了压控电流源515、红外发送器520和调制器530的示例实施方式。来自图5a中的q8的功率控制信号电连接至另一晶体管q12的基极端子。在此示例电路中，晶体管q12和电阻器r60形成压控电流源515。随着来自q8的功率控制信号上供应的电流变化，这改变了通过电阻r60汲取的穿过q12的电流。红外led“birt”串联连接在6v电源与晶体管q12之间。这实现了红外发送器520。led包括如上所述的vsly3850。开关n沟道mosfetq15电连接在电阻r60下方，并由38khz调制数据信号驱动。mosfetq15串联电连接在地与电阻器r60之间，并且在此示例中实现了调制器530。此示例实现方式中的电阻器r60具有10欧姆的值。在6v电压源与地之间还包括具有22μf的示例电容的大容量电容器c62。

图5c示出示例性接收器电路560。tsop382形式的红外接收器电连接在3.3v电压源与地之间。在电压源与地之间还提供了具有0.1μf的示例电容的去耦电容器。500欧姆的电阻器串联电连接在电压源与红外接收器的电源输入引脚(v+)之间。红外接收器的输出引脚提供所接收的解调数据信号。该输出引脚可电连接至微控制器的输入引脚。

应该注意，图5a至图5c所示的部件值和配置仅是示例，可根据需求在实现方式之间进行改变。

在某些示例中，提供了一种红外发送器组件。发送器组件可包括基于数字控制信号来提供一定范围的模拟输出电压的受控电压源以及多个传输电路。在这种情况下，各个传输电路可包括：红外发送器；压控电流源，该压控电流源基于受控电压源的输出来改变供应至红外发送器的电流；以及调制器，该调制器电连接至数据线以根据数据线上供应的用于所述发送器的数据信号来控制红外发送器。在这种情况下，各个发送的数据信号包括标识多个红外发送器中的相应一个红外发送器的数据以及指示取决于数字控制信号的值的信号强度的数据。红外发送器组件可用在游戏机器人以外的装置中。红外发送器组件可与红外接收器组件一起使用，或者独立于任何红外接收器组件使用。

在某些示例中，提供了一种用于机器人装置(例如，游戏机器人)的定位系统。该定位系统包括传输电路。该传输电路包括多个红外发送器，其中各个红外发送器由相应数据信号控制，以及相应多个压控电流源，使得给定压控电流源通过改变电流来控制各个红外发送器的功率。该定位系统还包括：多个红外接收器；至少一个处理器，该至少一个处理器为红外发送器生成数据信号，并从红外接收器接收数据信号；以及受控电压源，该受控电压源基于数字控制信号来控制多个压控电流源。各个数据信号(例如，所生成和/或所接收的数据信号中的各个数据信号)包括标识相应一个红外发送器的数据以及指示取决于数字控制信号的值的信号强度的数据。至少处理器被编程为基于从多个红外接收器接收的数据信号来确定另一机器人装置的距离和取向。

上述特征应被理解为本发明的例示性示例。可以想到本发明的另外的示例。将理解，关于任一个示例描述的任何特征可单独使用，或者与所描述的其它特征组合使用，并且也可与任何其它示例或者其它任何示例的任何组合的一个或更多个特征组合使用。此外，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，也可采用上面未描述的等同物和修改。