循跡機(jī)器人騎自行車玩具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種玩具裝置，尤其是能沿著預(yù)定路線騎車行進(jìn)的循跡機(jī)器人騎自行 車玩具。
【背景技術(shù)】
[0002] 玩具市場上的小人騎車玩具，自行車是主動件，小人是輔助件。雖然具有轉(zhuǎn)彎功 能，但不是由小人胳膊來執(zhí)行的，而是事先將自行車前叉旋轉(zhuǎn)一定角度，來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，但實(shí) 際效果就是繞地轉(zhuǎn)圈，不能按照人們的預(yù)定路線行走。小人的眼睛是雕刻出來的，不能實(shí)現(xiàn) 眨眼。小人胳膊的彎曲角度也是固定的，不能伸縮。頭部雖可轉(zhuǎn)動，但還是需要手動旋轉(zhuǎn)。 小人的手部雖有握車把的動作，但手部也是固定死的。車體的動力傳遞裝置是橡皮筋，因壓 力不足，經(jīng)常會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決小人騎車玩具不能按人們預(yù)定路線自行行進(jìn)、小人不能眨眼、胳膊不能 自動伸縮、頭部不能自行旋轉(zhuǎn)、手部不能自由活動、車體傳動裝置打滑等不足，本發(fā)明提供 了一種能實(shí)現(xiàn)智能化的循跡機(jī)器人騎自行車玩具，此款玩具具有自行循跡功能，自行轉(zhuǎn)彎 功能，頭部自行左右旋轉(zhuǎn)功能，手部自由活動，并且執(zhí)行剎車功能。以實(shí)現(xiàn)人是車的主人的 效果。
[0004] 本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] 1 ?循跡功能的實(shí)現(xiàn)
[0006] 流程圖
[0007] 光電傳感器一A\D轉(zhuǎn)換器（模數(shù)轉(zhuǎn)換）一STC89C52單片機(jī)一L298N電機(jī)驅(qū)動芯 片一各功能模塊電機(jī)
[0008] 循跡的原理是通過改變輸入給電動機(jī)的高低電平，來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，來控 制胳膊的伸縮。改變電平狀態(tài)，是控制光電傳感器的開與關(guān)。光電傳感器的開關(guān)控制，是利 用光學(xué)中的黑色可完全吸光，白色幾乎不吸光的原理。本裝置中的光電傳感器在處于開的 狀態(tài)時，電平狀態(tài)為0。光電傳感器處于開或關(guān)時電動機(jī)的狀態(tài)如下（本玩具采用兩個光電 傳感器）。
[0009]
[0010] 注：1表示光電傳感器處于斷開狀態(tài)，〇表示光電傳感器處于開狀態(tài)。
[0011] 光電傳感器處于不同狀態(tài)時控制電動機(jī)的程序如下（只寫主程序，是從整體程序 中截取的）：
[0012]
[0014] 光電傳感器安裝在一塊板子上，位于車體之下而且水平布置。兩個傳感的間距由 路線條寬決定（一般為10-17mm左右），并且光電傳感器距地面高度需在（8mm-3mm)之間， 路線條夾在兩光電傳感器之間。
[0015] 2?眨眼功能的實(shí)現(xiàn)
[0016] 機(jī)器人眨眼功能的實(shí)現(xiàn)，主要是通過控制二極管的亮滅頻率。二極管亮滅頻率的 控制，主要是啟用單片機(jī)的定時器功能，控制程序如下（從整體程序中截取的）
[0017]
[0019] 3.胳膊伸縮功能的實(shí)現(xiàn)
[0020] 胳膊的伸縮功能是靠電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。整個驅(qū)動裝置主要由電動機(jī)、相互 嚙合的圓錐齒輪、動力輸出軸組成。圓錐齒輪嚙合處必須密封而且用脂潤滑。電動機(jī)的電 壓范圍在5V-12V。
[0021] 4?頭部旋轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn)
[0022] 此款玩具頭部的旋轉(zhuǎn)形式有左右旋轉(zhuǎn)、抬頭、低頭、邊轉(zhuǎn)邊抬/低頭等。左右旋轉(zhuǎn) 功能的實(shí)現(xiàn)是由電動機(jī)直接驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)角度由單片機(jī)的延時程序決定，其中電動機(jī)外殼作 為機(jī)器人的脖子。抬頭功能的實(shí)現(xiàn)由身體內(nèi)部的電動機(jī)驅(qū)動，驅(qū)動抬頭的機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿 機(jī)構(gòu)，其中的搖桿為十字軸。
[0023] 頭部自動旋轉(zhuǎn)主要由裝在耳朵部位的光電傳感器控制，哪側(cè)有障礙物，頭部就往 哪側(cè)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)之后通過單片機(jī)復(fù)位程序?qū)㈩^部扶正。邊旋轉(zhuǎn)邊抬\低頭功能的實(shí)現(xiàn)主要 由頭頂上的光電開關(guān)控制。





[0032] 5?手部執(zhí)行剎車功能的實(shí)現(xiàn)
[0033] 此功能實(shí)現(xiàn)的主動件為車閘的扳手，輔助件為手指。車閘扳手與車閘底座的分開 通過電生磁實(shí)現(xiàn)，在扳手頂尖出裝有一小塊磁鐵，車把上有電生磁線圈。線圈是否通電由裝 在前方的傳感器的開合狀態(tài)決定，傳感器的開合狀態(tài)主要由前方是否有障礙物決定。
[0034] 控制程序如下（截取一段）：
[0035]
[0036] 注意：此處的傳感器只用一個來檢測前方是否有障礙物，另一個傳感器必須始終 處于高電平狀態(tài)。
[0037] 6.動力傳遞裝置
[0038] 本裝置采用齒輪和齒條，這樣做可保證嚴(yán)格的傳動比，并且還可克服打滑現(xiàn)象。
[0039] 7?實(shí)現(xiàn)全部功能的控制程序（完整）如下：







[0048] 本發(fā)明的有益效果是：運(yùn)行軌跡由人們隨意設(shè)定，設(shè)定路線完成之后，打開玩具開 關(guān)，玩具就會沿著設(shè)定路線行進(jìn)，當(dāng)前方有障礙物時會自動停車，絕不會出現(xiàn)碰壁現(xiàn)象。而 且人們在玩具的哪一側(cè)，機(jī)器人頭部就會轉(zhuǎn)向人們所在的方向，注視人們，給人以真實(shí)的 視覺感受。
【附圖說明】
[0049] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0050] 圖1是玩具的總裝配簡圖。
[0051] 圖2是內(nèi)部整體電路圖。
[0052] 圖3是L298N電機(jī)驅(qū)動芯片的外圍電路圖。
[0053] 圖4是驅(qū)動胳膊伸縮的驅(qū)動裝置。
[0054] 圖5是驅(qū)動胳膊伸縮裝置的動力輸出軸。
[0055] 圖6是機(jī)器人眼睛的電路圖。
[0056] 圖7為驅(qū)動裝置。
[0057] 圖8為機(jī)器人蹬車原理。
[0058] 圖9為機(jī)器人的低頭或抬頭的控制機(jī)構(gòu)。
[0059] 圖10為傳感器固定及傳感器間距調(diào)節(jié)裝置。
[0060] 實(shí)施方式
[0061] 圖1中：1是機(jī)器人的耳朵（頭部左右兩側(cè)），該位置裝光電傳感器，傳感器的名稱 為GZ和GY，用于控制頭部的左右轉(zhuǎn)向。2是機(jī)器人肩部，左右兩肩上各有一個光電傳感器， 用于控制頭部的抬頭或低頭動作的執(zhí)行，左右傳感器名稱為GDl和GD2。3為十字軸的接 口，此處為軸承孔。4為機(jī)器人的眼睛。5為機(jī)器人的體腔，內(nèi)裝電子器件。6為胳膊驅(qū)動裝 置的裝配處。7為車把扳手和車閘底座，其中，車把需纏線圈，在扳手的頂尖處需固定磁鐵， 當(dāng)頂尖的磁鐵和線圈銅芯吸合時，就實(shí)現(xiàn)了拉閘剎車功能。8是電池固定位置。9是齒輪齒 條傳動裝置。10為驅(qū)動裝置安裝處，驅(qū)動裝置由渦輪蝸桿構(gòu)成。11為機(jī)器人的腿，依據(jù)原 理為：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成條件（最短桿與最長桿之和小于或等于其余兩桿之和。最短桿 的鄰桿為機(jī)架）。12為避障傳感器安裝位置，傳感器名稱為GQ。13為循跡傳感器的安裝位 置，傳感器名稱為Gl和G2。
[0062] 圖2中：1是光電傳感器。2是D\A模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。3是單片機(jī)，型號STC89C52。4 是晶振電路，電容為30PF，晶振值為11. 0592。5和7是頭部電機(jī)。8是胳膊驅(qū)動電機(jī)。6是 整車驅(qū)動電機(jī)。9是電機(jī)驅(qū)動芯片，型號為L298N.
[0063] 圖4中，驅(qū)動裝置為90度圓錐齒輪互相嚙合，因?yàn)?0度圓錐齒輪可實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸 和動力輸出軸成90度傳動，1為動力輸出軸，而為聯(lián)軸器。齒輪嚙合處的潤滑形式為脂潤 滑，并且密封。齒輪在加工時齒數(shù)大于17,如果小于17,會發(fā)生根切現(xiàn)象。
[0064] 圖5中，動力輸出軸的兩端為四方形，這樣做即可穩(wěn)固可靠的輸出動力又可穩(wěn)定 的和大胳膊聯(lián)接，中間為圓柱，和齒輪配合處的網(wǎng)花為四方形，以防止齒輪移動。
[0065] 圖6中眼睛的眨眼功能主要是由二極管的亮滅頻率來實(shí)現(xiàn)，二極管的亮滅頻率由 單片機(jī)的定時程序控制。
[0066] 圖7中1是動力傳動裝置。2是動力源，形式為渦輪蝸桿組合。3是腳蹬。5是機(jī) 器人的腿部。腿部原理如圖7。
[0067] 圖8中，機(jī)器人的腿和自行車輪盤構(gòu)成一個曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。依據(jù)原理為：最短桿與 最長桿之和小于或等于其余兩桿之和。最短桿的鄰桿為機(jī)架。
[0068] 圖9中1為支架，就是圖1中的3。2是固定控制頭部左右旋轉(zhuǎn)電機(jī)的位置。3是 連桿。4是電動機(jī)。通過控電動機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)角度，來拉動連桿向前或向后移動一段距離，進(jìn) 而拉動十字軸的前后擺動，從而實(shí)現(xiàn)頭部的抬頭或低頭。電動機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)角度主要由延 時程序控制，除了延時程序外還可引用角度陀螺儀，但成本會稍有增加，故采用延時程序。 [0069] 圖10中1為滑軌上有刻度，用于固定光電傳感器高度及確定兩傳感器之間的距 離。2為燕尾槽滑塊，與1配合使用，上有鎖緊螺釘用于定位。3為梯形槽，用于固定傳感器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種循跡機(jī)器人騎自行玩具，其特征在于能自行循著設(shè)定路線騎自行車行進(jìn)，轉(zhuǎn)彎 功能由胳膊的伸縮來執(zhí)行，頭部能自行左右旋轉(zhuǎn)和抬低頭，手部能執(zhí)行剎車動作。2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的特征，能自行循著設(shè)定路線騎自行車行進(jìn)，由裝在車底部 的光電傳感器進(jìn)行路線檢測，但由于設(shè)定路線的線條寬窄不同，須有傳感器間距調(diào)節(jié)裝置。3. 根據(jù)權(quán)利要求2中所述的特征，傳感器間距調(diào)節(jié)裝置，由一組相互配合的燕尾槽滑 塊構(gòu)成，其中作為滑軌的燕尾槽與機(jī)器人的寬度相同，在其正中位置是零刻度線，刻度以中 線為基準(zhǔn)，向左右兩側(cè)對稱分布，另外兩個小燕尾槽滑塊固定傳感器，小滑塊上帶有鎖緊螺 釘，用于位置固定。4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的特征，轉(zhuǎn)彎功能由胳膊的伸縮來執(zhí)行，胳膊的伸縮由驅(qū)動 裝置執(zhí)行，驅(qū)動裝置由一組相互嚙合的圓錐齒輪，聯(lián)軸器，電動機(jī)，動力輸出軸組成。5. 根據(jù)權(quán)利要求4中所述的特征，其中的動力輸出軸的兩端為方形，中間是圓柱形，和 齒輪配合處的滾花形狀呈方格型。6. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的特征，頭部能自行左右旋轉(zhuǎn)和抬低頭，頭部左右旋轉(zhuǎn)由電 動機(jī)直接驅(qū)動，即頭部和電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，旋轉(zhuǎn)角度由延時程序控制，抬低頭由十字芯軸 控制。7. 根據(jù)權(quán)利要求6中所述的特征，十字芯軸的對稱兩端通過軸承與機(jī)器人的肩部聯(lián) 接，另外的對稱兩端，一端和頭部即電動機(jī)聯(lián)接，另一端通過連桿和與電動機(jī)轉(zhuǎn)軸相連的搖 桿相連，組成雙搖桿機(jī)構(gòu)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的特征，手部能執(zhí)行剎車動作，是在車閘扳手的頂尖處安裝 一小塊磁鐵，車把上纏繞線圈，當(dāng)線圈通電，銅芯產(chǎn)生磁場，吸引磁鐵，是車閘扳手和車閘底 座分離，實(shí)現(xiàn)剎車功能。
【專利摘要】一種能夠按人們預(yù)先設(shè)定路線騎車行進(jìn)的循跡機(jī)器人騎自行車玩具。本款玩具能按人們的預(yù)定路線行進(jìn)，無論轉(zhuǎn)彎處的角度多大或多小均能按原路線行進(jìn)。轉(zhuǎn)彎功能的實(shí)現(xiàn)是通過胳膊的伸縮來推拉車把，驅(qū)動胳膊伸縮的裝置由一組錐齒輪構(gòu)成，胳膊在伸出或收縮之后，用復(fù)位程序?qū)⒏觳矎?fù)位，即把車把扶正，使整車直線行走。眼睛的眨眼功能，通過編寫定時程序用單片機(jī)的定時功能控制二極管的閃爍頻率。人們無論在機(jī)器人的哪一側(cè)，只要傳感器能檢測得到，頭部就會轉(zhuǎn)向人們所在的方向，同時眼睛也會注視著人們，給人們以真實(shí)的視覺感受。
【IPC分類】A63H17/26, A63H17/16, A63H17/395
【公開號】CN105080152
【申請?zhí)枴緾N201410212556
【發(fā)明人】郭佳
【申請人】郭佳
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月13日