CN106139611B - 一种基于超声测距控制的玩具机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于超声测距控制的玩具机器人，包括玩具机器人主体和输出控制信号给其的超声遥控器，玩具机器人主体与超声遥控器之间无线通讯连接；玩具机器人主体上设置有前轮、驱动轮、控制相应驱动轮动作和速度的驱动电机、控制驱动电机运转的主控板；超声遥控器包括遥控器主板，遥控器主板上连接有超声测距模块，超声测距模块测量两手与超声遥控器之间的距离，遥控器主板输出根据距离信息输出相应的动作和速度指令给主控板，或直接输出距离信息给主控板，主控板将接收到的动作和速度指令，或根据接收到的距离信息输出相应的动作和速度指令给驱动电机，驱动轮执行驱动电机输出的相应动作和速度指令。本发明操控性好、互动性高、可观赏性强。

Description

一种基于超声测距控制的玩具机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及是一种基于超声测距控制的玩具机器人及其控制方法。

背景技术

现有玩具机器人配备的遥控器都是通过手柄按键来实现的，并大多还使用有线连接的方式，接线冗长而不便，还有很多玩具机器人的移动和动作是都是预先设置好的，动作就只有几个，对于玩家来说，新鲜度、吸引力以及持续力都不够，很容易在玩耍几次后就被雪藏了，降低了使用率和观赏性，而且玩家与玩具机器人之间操作比较死板，缺乏互动性，操控性差，大大降低了玩具机器人的可玩性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操控性好、互动性高、观赏使用率高的基于超声测距控制的玩具机器人及其相应的控制方法。

一种基于超声测距控制的玩具机器人，包括玩具机器人主体和输出控制信号给其的超声遥控器，玩具机器人主体与超声遥控器之间无线通讯连接；玩具机器人主体上设置有前轮、左驱动轮和右驱动轮、控制相应驱动轮动作和速度的驱动电机、控制驱动电机运转的主控板、与主控板连接的无线接收模块；超声遥控器包括遥控器主板，遥控器主板上连接有与玩具机器人主体通讯的无线发射模块、超声测距模块、电源，超声测距模块测量两手与超声遥控器之间的距离，遥控器主板输出根据距离信息输出相应的动作和速度指令给主控板或直接输出距离信息给主控板，主控板将接收到的动作和速度指令或根据接收到的距离信息输出相应的动作和速度指令给驱动电机，驱动轮执行驱动电机输出的相应动作和速度指令。本发明的玩具机器人的动作和指令是根据手与超声遥控器之间的距离变化来控制的，可以随心所欲变换玩具机器人的移动和速度，增加了互动性和操控性，提高可观赏性。

进一步，前轮是一万向轮，安装在玩具机器人主体的中间，方便玩具机器人变换方向。

进一步，超声遥控器还设有对应玩具机器人各行驶方向的指示灯，指示灯与遥控器主板连接。玩具机器人分别有前进、后退、左转、右转4个行驶方向，超声遥控器上相应的设有分别对应四个方向的指示灯。

进一步，超声遥控器设有两个或多个超声测距模块，超声测距模块分布在两侧，超声探测头朝上并露出壳体外。两侧的超声测距模块分别用于测量探测到手到超声探测头的距离，输出相应的转向和速度给相应的驱动轮，比如左手对应左驱动轮，右手对应右驱动轮。

进一步，玩具机器人主体的底部安装有两个或多个驱动电机，分布在其两侧；每个驱动轮对应一个驱动电机。

进一步，玩具机器人主体的主控板与遥控器主板均采用stm32为主控芯片；无线接收模块和无线发射模块均采用NRF24l01为无线通信芯片；驱动电机采用L298为电机驱动芯片。

上述基于超声测距控制的玩具机器人的控制方法，其具体步骤如下：

（1）超声遥控器的超声测距模块分别测量两手离超声遥控器的距离D1、D2；

（2）遥控器主板或玩具机器人主体的主控板判断距离D1、D2是否有效，如有效则执行步骤（3），如无效则返回至步骤（1）；

（3）遥控器主板或玩具机器人主体将距离D1、D2与预设的平衡距离Ds比较，若D1、D2是大于Ds，则相应的驱动轮是正转前进，若D1、D2是等于Ds，则相应的驱动轮是停转，若D1、D2是小于Ds，则相应的驱动轮是反转后退，同时根据D1、D2偏离Ds的大小计算得出相应驱动轮的速度，并根据速度的不同来实现机器人主体的转向；

（4）玩具机器人主体将遥控器主板输出的动作和速度指令或自己计算得出的动作和速度指令输出给驱动电机，驱动轮执行驱动电机输出的相应动作和速度指令，实现玩具机器人的前进后退转向。

进一步，步骤（3）前对有效的距离D1、D2进行滤波处理。

进一步，步骤（1）中的超声测距模块每次测量结束后停顿固定时间t再进行下一次测量，固定时间t的范围在2-12ms之间，优选8ms。

本发明的优点在于：玩家可以改变两只手到超声遥控器的距离来控制玩具机器人主体的前进后退转向等动作，方式新颖独特，大大增加了玩家的互动性，提高了玩具的趣味性，并且操控性好、可观赏性强。

附图说明

图1是本发明的超声遥控器内部结构示意图。

图2是本发明的超声遥控器的正面结构示意图。

图3是本发明玩具机器人的结构示意图。

图4是本发明的电路结构示意图。

图5是本发明的算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方法做进一步的详细说明。

实施例一

参照图1-4，一种基于超声测距控制的玩具机器人，包括玩具机器人主体和输出控制信号给其的超声遥控器，玩具机器人主体与超声遥控器之间无线通讯连接；玩具机器人主体上设置有前轮10、左驱动轮11和右驱动轮12、控制相应驱动轮动作和速度的驱动电机7、控制驱动电机7运转的主控板6、与主控板6连接的无线接收模块9；超声遥控器包括壳体4，壳体4内设置有遥控器主板2、玩具机器人主体通讯的无线发射模块8、两个或多个超声测距模块1、电源，遥控器主板2分别与无线发射模块8、超声测距模块1、电源连接，超声测距模块1分布在两侧，超声探测头朝上并露出壳体4外，两侧的超声测距模块1分别用于测量探测到手到超声探测头的距离，输出相应的转向和速度给相应的驱动轮，比如左手对应左驱动轮，右手对应右驱动轮，遥控器主板2输出根据距离信息输出相应的动作和速度指令给主控板或直接输出距离信息给主控板6，主控板6将接收到的动作和速度指令或根据接收到的距离信息输出相应的动作和速度指令给驱动电机7，驱动轮执行驱动电机7输出的相应动作和速度指令。本发明的玩具机器人的动作和指令是根据手与超声遥控器之间的距离变化来控制的，可以随心所欲变换玩具机器人的移动和速度，增加了互动性和操控性，提高了可观赏性。

本实施例前轮10是一万向轮，安装在玩具机器人主体的中间，方便玩具机器人变换方向。

本实施例超声遥控器还设有对应玩具机器人各行驶方向的指示灯5，指示灯5与遥控器主板2连接。玩具机器人分别有前进、后退、左转、右转4个行驶方向，超声遥控器上相应的设有分别对应四个方向的指示灯5。

本实施例玩具机器人主体的底部安装有两个或多个驱动电机7，分布在其两侧；每个驱动轮对应一个驱动电机7。

本实施例玩具机器人主体的主控板6与遥控器主板2均采用stm32为主控芯片；无线接收模块9和无线发射模块8均采用NRF24l01为无线通信芯片；驱动电机7采用L298为电机驱动芯片。

本发明使用时超声遥控器由玩家操作，玩具机器人主体置于地面上用于***作，先通过超声测距模块1测量得到玩家两只手分别与超声遥控器的距离（超声遥控器不是用手拿着），遥控器主板2通过无线模块将测距结果或直接输出控制指令发送给玩具机器人主体，测得的距离信息通过一定的算法实现对玩具机器人的两个驱动轮的运动速度和运动方向的控制，最终实现玩具机器人的动作，并将方向控制信息传递到指示灯5，指示灯5相应方向亮起。

实施例二

参照图1-4，一种基于超声测距控制的玩具机器人，包括玩具机器人主体和输出控制信号给其的超声遥控器，玩具机器人主体与超声遥控器之间无线通讯连接；玩具机器人主体上设置有前轮10、左驱动轮11和右驱动轮12、控制相应驱动轮动作和速度的驱动电机7、控制驱动电机7运转的主控板6、与主控板6连接的无线接收模块9；超声遥控器包括壳体4，壳体4内设置有遥控器主板2、玩具机器人主体通讯的无线发射模块8、两个或多个超声测距模块1、电源，遥控器主板2分别与无线发射模块8、超声测距模块1、电源连接，超声测距模块1分布在两侧，超声探测头朝上并露出壳体4外，两侧的超声测距模块1分别用于测量探测到手到超声探测头的距离，输出相应的转向和速度给相应的驱动轮，比如左手对应左驱动轮，右手对应右驱动轮，遥控器主板2输出根据距离信息输出相应的动作和速度指令给主控板或直接输出距离信息给主控板6，主控板6将接收到的动作和速度指令或根据接收到的距离信息输出相应的动作和速度指令给驱动电机7，驱动轮执行驱动电机7输出的相应动作和速度指令。本发明的玩具机器人的动作和指令是根据手与超声遥控器之间的距离变化来控制的，可以随心所欲变换玩具机器人的移动和速度，增加了互动性和操控性，提高了可观赏性。

本实施例前轮10是一万向轮，安装在玩具机器人主体的中间，方便玩具机器人变换方向。

本实施例超声遥控器还设有对应玩具机器人各行驶方向的指示灯5，指示灯5与遥控器主板2连接。玩具机器人分别有前进、后退、左转、右转4个行驶方向，超声遥控器上相应的设有分别对应四个方向的指示灯5。

本实施例玩具机器人主体的底部安装有两个或多个驱动电机7，分布在其两侧；每个驱动轮对应一个驱动电机7。

本实施例玩具机器人主体的主控板6与遥控器主板2均采用stm32为主控芯片；无线接收模块9和无线发射模块8均采用NRF24l01为无线通信芯片；驱动电机7采用L298为电机驱动芯片。

参照图5，上述基于超声测距控制的玩具机器人的控制方法，其具体步骤如下：

（1）超声遥控器的超声测距模块1分别测量两手离超声遥控器的距离D1、D2；

（2）遥控器主板2或玩具机器人主体的主控板6判断距离D1、D2是否有效，如有效则执行步骤（3），如无效则返回至步骤（1）；

（3）遥控器主板2或玩具机器人主体6将距离D1、D2与预设的平衡距离Ds比较，若D1、D2是大于Ds，则相应的驱动轮是正转前进，若D1、D2是等于Ds，则相应的驱动轮是停转，若D1、D2是小于Ds，则相应的驱动轮是反转后退，同时根据D1、D2偏离Ds的大小计算得出相应驱动轮的速度，并根据速度的不同来实现机器人主体的转向；

（4）玩具机器人主体6将遥控器主板2输出的动作和速度指令或自己计算得出的动作和速度指令输出给驱动电机7，驱动轮执行驱动电机7输出的相应动作和速度指令，实现玩具机器人的前进后退转向。

本实施例步骤（3）前对有效的距离D1、D2进行滤波处理。

本实施例步骤（1）中的超声测距模块1每次测量结束后停顿固定时间t再进行下一次测量，固定时间t的范围在2-12ms之间，优选8ms。

本发明将超声测距模块1测量到的两个距离信息，与提前设定一个平衡距离比较，若高于平衡距离时轮子正转，低于平衡距离时轮子反转，处于平衡距离时轮子静止不动，离开平衡距离的距离越大玩具机器人驱动轮的速度越大。通过两个距离信息来控制玩具机器人两个驱动轮的转动速度和方向，若玩家保持两个手与超声遥控器距离相同，且高于平衡距离，则玩具机器人主体向前直行，超声遥控器上前方向指示灯相应亮起；其他情况依此类推，总而言之，即玩家分别控制两只手与超声遥控器之间的距离，通过这两个距离独立控制玩具机器人主体上两个驱动轮，从而实现玩具机器人的前进后退转向等。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.一种基于超声测距控制的玩具机器人，包括玩具机器人主体和输出控制信号给其的超声遥控器，玩具机器人主体与超声遥控器之间无线通讯连接；玩具机器人主体上设置有前轮、左驱动轮和右驱动轮、控制相应驱动轮动作和速度的驱动电机、控制驱动电机运转的主控板、与主控板连接的无线接收模块；超声遥控器包括遥控器主板，遥控器主板上连接有与玩具机器人主体通讯的无线发射模块、超声测距模块、电源，超声测距模块测量两手与超声遥控器之间的距离，遥控器主板输出根据距离信息输出相应的动作和速度指令给主控板或直接输出距离信息给主控板，主控板将接收到的动作和速度指令或根据接收到的距离信息输出相应的动作和速度指令给驱动电机，驱动轮执行驱动电机输出的相应动作和速度指令。

2.如权利要求1所述的基于超声测距控制的玩具机器人，其特征在于：前轮是一万向轮，安装在玩具机器人主体的中间。

3.如权利要求1所述的基于超声测距控制的玩具机器人，超声遥控器还设有对应玩具机器人各行驶方向的指示灯，指示灯与遥控器主板连接。

4.如权利要求1所述的基于超声测距控制的玩具机器人，超声遥控器设有两个或多个超声测距模块，超声测距模块分布在两侧，超声探测头朝上并露出壳体外。

5.如权利要求1所述的基于超声测距控制的玩具机器人，玩具机器人主体的底部安装有两个或多个驱动电机，分布在其两侧；每个驱动轮对应一个驱动电机。

6.如权利要求1~5之一所述的基于超声测距控制的玩具机器人，玩具机器人主体的主控板与遥控器主板均采用stm32为主控芯片；无线接收模块和无线发射模块均采用NRF24l01为无线通信芯片；驱动电机采用L298为电机驱动芯片。

7.如权利要求1所述的基于超声测距控制的玩具机器人的控制方法，其具体步骤如下：

（1）超声遥控器的超声测距模块分别测量两手离超声遥控器的距离D1、D2；

（2）遥控器主板或玩具机器人主体的主控板判断距离D1、D2是否有效，如有效则执行步骤（3），如无效则返回至步骤（1）；

（3）遥控器主板或玩具机器人主体将距离D1、D2与预设的平衡距离Ds比较，若D1、D2是大于Ds，则相应的驱动轮是正转前进，若D1、D2是等于Ds，则相应的驱动轮是停转，若D1、D2是小于Ds，则相应的驱动轮是反转后退，同时根据D1、D2偏离Ds的大小计算得出相应驱动轮的速度，并根据速度的不同来实现机器人主体的转向；

（4）玩具机器人主体将遥控器主板输出的动作和速度指令或自己计算得出的动作和速度指令输出给驱动电机，驱动轮执行驱动电机输出的相应动作和速度指令，实现玩具机器人的前进后退转向。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于：步骤（3）前对有效的距离D1、D2进行滤波处理，去除噪声干扰。

9.如权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于：步骤（1）中的超声测距模块每次测量结束后停顿固定时间t再进行下一次测量，固定时间t的范围在2-12ms之间。