专利名称：人工智能机器人玩具及其控制方法
技术领域：
本发明涉及人工智能机器人玩具，更具体地，涉及一种人工智能机器人玩具，通过使用一种关节电机将其简单组装并控制成为多种形状。特别是，本发明涉及一种人工智能机器人玩具及其控制方法，其中关节的额外延伸在修改设计和处理设计时相当容易。
背景技术：
一般地，玩具，特别是需要运动的机器人玩具，可以分成高级型和简单型，在高级型中电机是由电源驱动的，在简单型中则使用主发条或类似装置。高级型机器人玩具是用无线遥控器或有线遥控器控制的，并且其运动是通过控制身体内的电机运转来移动关节而实现的。
在使用这种遥控器控制机器人玩具时，只有熟练操作遥控器的人才能控制机器人玩具，但是那些不习惯操作遥控器的使用者则感到没有兴趣并且不喜欢机器人玩具。特别是，如上所述操作需要运动的这种机器人玩具的所有功能几次后，使用者容易厌烦和不关注这些机器人玩具，从而其中存在的问题是这些机器人玩具的实际使用寿命短。
而且，由于使用关节运动的机器人玩具是以单件产品的形式销售的，因此使用者不可能将一种机器人玩具的组装结构扩展到不同形状，例如，机器狗、机器恐龙或者机器人。特别是，对于机械组装用于控制关节的电子线路和控制电路，需要特殊的装备以及高的成本，这对于普通使用者是难以负担的。另外，当电机或控制电路失调或者机器人机械结构断裂时，失调的不可能维修就成为一个问题。
发明内容
因此，希望提供一种能解决上述问题的机器人玩具，并且成本低，在可靠性前提下形状可以不同地扩张和缩小，并易于组装。
本发明的一个目的是提供一种人工智能机器人玩具及其控制方法，其中使用一种关节电机使需要运动的不同形状机器人玩具易于组装、改变形状和控制。
本发明的另一个目的是提供一种人工智能机器人玩具及其控制方法，其中包括腿在内的各个零件可以组装成独立单元，大大减少了组装时间和零件数量。
本发明的另一个目的是提供一种人工智能机器人玩具，其中关节的额外延伸、机器人玩具的设计修改以及失调处理都容易执行。
本发明的再一个目的是提供一种人工智能机器人玩具，其中根据不同形状的机器人机构执行恰当运动和反馈，并且保证了价格竞争性和运动可靠性。
本发明的额外优点、目的和特征，一部分将在下面的描述中阐明，一部分对于本领域普通技术人员在阅读下面的描述时将变得更清楚，或者可以从本发明的实践中领会。本发明的目的和其它优点可以从书写的描述和这里的权利要求以及附图中特别指出的结构中认识和获得。
为了达到这些目的和其它优点并根据本发明的意图，如同这里实施的和广泛描述的，提供了一种人工智能机器人玩具，包括多个关节机构部分，可以组装和拆卸，用于形成不同形状的机器人；主处理器单元主板，位于多个关节机构部分中的一个上，用于输出机器人控制信号，使其他关节机构部分具有预定的操作模式；多个关节控制装置，装在除了选定的关节机构部分以外的其余关节机构部分上，用于向主处理器单元主板发送数据以及从主处理器单元主板接收数据，同时根据主处理器单元主板的操作模式，使用至少一种模式操作相应的关节机构部分；以及关节装置，用于联接多个关节机构部分，从而形成不同形状的机器人。
另外，关节机构部分包括下壳，在其一端形成导向部分，在其另一端形成开口，在其外壁形成联接孔，以便插入关节装置；壳体，与下壳接合，用于稳定地支撑主处理器单元主板或关节控制装置，壳体具有齿轮轴和插入部分，齿轮轴在壳体的一端与关节装置联接并沿垂直方向伸出旋转，插入部分上插入关节装置；上壳，与下壳接合并在一侧形成槽，密封性地闭合壳体；以及联接轴，从齿轮轴一端伸出并通过上壳的槽伸出，联接轴与关节装置联接。
另外，关节控制装置包括反向电源阻止部分，向其提供非驱动电压，用以阻止反向电压；稳压部分，用于将反向电源阻止部分的输出非驱动电压转换成大小不变的数字电压并将之输出；滤波器部分，用于过滤噪音，包括稳压部分提供的电源的波纹电压，并提供滤波后的电压；电压检测部分，用于检测从反向电源阻止部分获得的非驱动电压的大小；电机，联接在关节机构部分的壳体上并且顺时针或逆时针旋转；电机驱动部分，根据稳压部分和反向电源阻止部分得到的电压，以脉宽调制(PWM)方式控制并驱动电机；齿轮部分，联接在电机轴上，用于减速电机的转动比，并将减速的转动比传递到齿轮轴，并控制关节机构部分的操作模式；转动检测部分，由滤波器部分提供的电压驱动，用于检测齿轮部分的转动；电流检测部分，用于通过电机驱动部分检测电机的负载电流；第一到第三A/D转换器，分别将电压检测部分、电流检测部分和转动检测部分的输出信号转换成数字信号并将之输出；以及主处理器单元，根据主处理器单元主板提供的操作模式输出PWM信号和方向信号，用于驱动电机，并且分别计算第一到第三A/D转换器得到的电压值、电流值和转动比，并将计算得到的电压值、电流值和转动比发送到主处理器单元主板。
在本发明的一个方面中，提供了一种控制人工智能机器人玩具的方法，方法包括如下步骤(a)从获得关节机构部分当前位置信息的转动检测部分确定关节的当前位置；(b)得到确定的当前位置与主处理器单元主板提供的目标位置之间的误差；(c)计算得到的误差的变化率并接着执行计算的变化率的比例微分控制算法；(d)计算由主处理器单元主板提供的电机的应用电压并在提供计算的电压时检测电机的电流；以及(e)判断检测的电流是否超过极限电流，当确定检测的电流超过极限电流时，断开施加于电机的电压，当确定检测的电流没有超过极限电流时，重复步骤(a)以后的步骤。
根据本发明，使用一种关节电机就能容易地将需要运动的机器人玩具组装成不同形状。
结果，可以在低制造成本下发挥机器人玩具的所有功能。而且，不同形状的机器人机构更加容易扩展、组装和控制。并且，失调处理也容易。
应该理解的是，本发明上述一般性的描述和下面详细的描述是例证性的和解释性的，是用于提供对权利要求限定的本发明的进一步解释。
所提供的附图是为了进一步理解本发明，附图包括在本申请中并作为本申请的一部分。附解了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中图1是本发明人工智能机器人玩具的框图；图2A和和2B是表示本发明人工智能机器人玩具操作流程的流程图；图3A和3B是本发明人工智能机器人玩具中关节机构部分的分解透视图；图4A和4B到图7A和7B是用于联接关节机构部分的第一到第十一关节零件的透视图；
图8A到18A是关节机构部分与第一到第十一关节零件之间联接状态的分解透视图；图8B到18B是关节机构部分与第一到第十一关节零件之间联接状态的装配透视图；图19是本发明一个实施例的联接状态的透视图；以及图20是本发明另一个实施例的机器人玩具的联接状态。
具体实施例方式
下面详细描述本发明优选的实施例，其实例图解在附图中。无论何时，相同的参考数字在所有附图中用于表示相同或相似的零件。
图1是本发明人工智能机器人玩具的框图；图3A和3B是本发明人工智能机器人玩具中关节机构部分的分解透视图；图4A和4B到图7A和7B是用于联接关节机构部分的第一到第十一关节零件的透视图。
在本发明的一个实施例中，如图1和3所示，人工智能机器人玩具包括多个关节机构部分40，能组装和分解形成不同形状的机器人；主处理器单元主板10，装在多个关节机构部分40中的每一个上，用于输出机器人控制信号，从而使其他关节机构部分具有预定的操作模式；多个关节控制部分20，分别装在其余关节机构部分上，用于向主处理器单元主板10发送数据以及从其接收数据，同时根据主处理器单元主板10的操作模式，利用至少一种模式操作相应的关节机构部分；以及第一到第十一关节部分50到60，用于联接多个关节机构部分40，从而形成不同形状的机器人。
如图3A和3B所示，关节机构部分40包括下壳41，在其一端形成导向部分41a，在与导向部分41a相对的另一端形成开口41b，两个联接孔41c从其外壁上向外突出，使第二到第五关节部分51到54可以插入其中；壳体42，它与下壳41接合，在壳体42的一个侧面装有主处理器单元主板10或关节控制部分20，在其一端装有旋转齿轮轴42a，齿轮轴42a沿垂直方向伸出并具有螺栓孔42c，使第二到第五关节部分51到54可以固定或拆卸，壳42具有矩形插入部分42b，其一个表面是开放的并且第一到第三关节部分50到53、第六关节部分55、第七到第十一关节部分56到60可拆卸地插入并连接在其中，螺栓孔45a和46a沿垂直方向形成在插入部分42b的两个侧壁中并且两根螺栓45和46插在其中，螺母由下定向装置插入；上壳43，通过四根螺栓与下壳41联接，并且在其一端具有槽43a，用于密封性地关闭壳体42；以及五边形联接轴47，从齿轮轴42a的一端延伸到伸出上壳43的槽43a，联接轴47的上部中心具有螺栓孔47a，第一、第五、第九和第十关节部分50、54、58和59可拆卸地联接在其中。
再看图1，关节控制部分20包括反向电源防止部分21，供给主处理器单元主板10的非驱动电压，防止电压反向输入到主处理器单元主板10；稳压部分22，将反向电源阻止部分21的输出非驱动电压转换成不变的数字电压并将之输出；滤波器部分23，用于过滤噪音，包括稳压部分22提供的电源的波纹电压，并提供滤波后的电压；电压检测部分25，用于检测反向电源阻止部分21输入的非驱动电压的大小并输出得到的电压；电机30，通过两根螺栓联接在关节机构部分40的壳体42的下表面上，可以顺时针或逆时针旋转；电机驱动部分27，根据稳压部分22和反向电源阻止部分21得到的电压，以脉宽调制(PWM)方式控制并驱动电机30；齿轮部分31，与穿过壳体42上表面的电机30的轴配合，用于减小电机30的转动比，并将减小的转动比传递到齿轮轴42a，并控制关节机构部分40的操作模式；转动检测部分32，由滤波器部分23提供的电压驱动，用于检测齿轮部分31的转动；电流检测部分28，用于通过电机驱动部分27检测电机30的负载电流；第一到第三A/D转换器26、29和33，分别将电压检测部分25、电流检测部分28和转动检测部分32的输出信号转换成数字信号并将之输出；以及主处理器单元24，根据主处理器单元主板10提供的操作模式输出脉宽调制(PWM)信号和方向(DIR)信号，用于通过电机驱动部分27控制电机的运转，并且分别计算第一到第三A/D转换器26、29和33得到的电压、电流和转动比，并将在任一个关节机构部分中接收的、计算得到的电压、电流和转动比发送到主处理器单元主板。
齿轮部分31，如图3A和3B所示，包括第一齿轮31a，连接在电机30的轴上，从壳体42的上表面伸出并旋转；与第一齿轮31a啮合的第二齿轮；以及第三齿轮31c，形成在关节机构部分40的齿轮轴42a上，与第二齿轮31b啮合，用于减小转动比。
如图4a所示，第一关节部分50是一个圆柱形轴，圆柱形轴具有预定的长度，并在其一端具有五边形插入槽50a，在其另一端形成矩形插入片50b，从而关节部分50穿过关节机构部分40的槽43a插在联接轴47上，以及通过其他关节机构部分的导向部分41a插入到插入部分42b中。而且，第一关节部分50具有垂直的穿透孔50c，从五边形插入槽50a穿透到插入片50b。
如图4b和4c所示，第二和第三关节部分51和52的每一个具有扳手形插入孔51b、52b，在轴的一端具有轴向孔51c、52c，在轴的另一端具有矩形插入片51a、52a，从而插入齿轮轴42a以及通过一个关节机构部分40的导向部分41a插入其他关节机构部分的插入部分42b。这里，第二关节部分51的轴是直线型的，插入孔51b与插入片51a之间的距离短；而第三关节部分52的轴是弯曲型的，插入孔52b与插入片52a之间的距离长。
如图5A所示，第四关节部分53在其轴的两端都是扳手形的插入孔53a和53b，从而通过一个关节机构部分40的齿轮轴42a以及其他关节机构部分的导向部分41a插入齿轮轴42a。第四关节部分53的两个插入孔53a和53b相对于轴成90度排列。
如图5B所示，第五关节部分54在其一端具有五边形插入槽54a，在其另一端形成扳手形插入孔54b，从而分别通过一个关节机构部分的槽43a插入联接轴47以及通过其他关节机构部分的导向部分41a插入齿轮轴42a。另外，第五关节部分54具有一个垂直穿透孔，从五边形插入槽54a穿透到插入孔54b，并且在插入孔54b一侧具有轴向孔54c，与垂直穿透孔54d垂直。
如图6A和6B所示，第六和第七关节部分55和56的每一个都在轴两端具有矩形插入片55a、55b、56a、56b，从而当一个关节机构部分40与其他关节机构部分联接时，矩形插入片55a、55b、56a、56b插入关节机构部分40的插入部分42b中。这里，第六关节部分55的轴在插入片55a和55b之间的距离短，而第七关节部分56的轴在插入片56a和56b之间的距离长。
如图6C所示，第八关节部分57大致是具有固定厚度的三角板，并具有矩形插入孔57a、57b排列成90度，用于将一个关节机构部分40与其他关节机构部分联接。矩形孔57a、57b的特征是每个孔的外表面是开放的。
并且，如图7A和7B所示，第九和第十关节部分58和59插入关节机构部分40的联接轴47，起到轮子或翅膀的功能，它们中的每一个都具有五边形插入孔58a、59a，从其中心部分突出。并且，第九和第十关节部分58和59中的每一个具有轴向孔58b、59b穿入五边形插入槽58a、59a。
最后，第十一关节部分60，如图7C所示，插入关节机构部分40的插入部分42b中，作为机器人玩具的脚，并且在轴的一端具有矩形插入片60a，以及半球形滚动部分60b，其面积比插入片60a大。
下面将参考图1到20详细描述根据本发明具有上述结构的优选实施例。
为了使用图3A和图3B所示的一种类型的关节机构部分组装需要运动的不同形状的机器人，将壳体42装在下壳41上，下壳41的一端具有导向部分41a，在其另一端具有开口41b。此时，壳体42装有电机30、齿轮部分31和关节控制部分20。另外，主处理器单元主板10等，也装在壳体42中。然后，将上壳43盖在下壳41上。上壳43、下壳41以及壳体42通过拧入四根螺栓而牢固地固定在一起，从而形成一个关节机构部分40。此时，装有齿轮部分31的第三齿轮31c的联接轴47，定位在上壳43的槽43a中，齿轮轴42a和壳42的插入部分42b分别露出在下壳41的导向部分41a以及下壳41的开口41b中。
为了使用具有上述结构的多个关节机构部分组装所需形状的机器人玩具，需要如图4到7所示的第一到第十一关节部分50到60。
图4A所示的第一关节部分50在其轴的一端具有五边形插入槽50a，在其轴的另一端具有矩形插入片50b。如图10A和10B所示，它用于联接一个关节机构部分40的联接轴与其他关节机构部分的插入部分42b。换言之，如图10A所示，第一关节部分50通过其插入槽50a插入一个关节机构40的联接轴47中，接着将螺栓48通过第一关节部分50的插入槽50a拧入联接轴47的螺栓孔47a，从而第一关节部分50联接到关节机构部分40的联接轴47上。此后，将第一关节部分50的插入片50b插入其他关节机构部分的插入部分42b中，接着将两根螺栓45和46插入到插入部分42b的螺栓孔45a和46a中，并拧上螺母，从而两个关节机构部分组装在一起，如图10B所示。
图4B和4C所示的第二和第三关节部分51和52中的每一个，在其轴的一端具有扳手形的插入孔51b和52b，在其轴的另一端具有矩形插入片51a和52a。如图8a、8b、13a和13b所示，它们用于联接一个关节机构部分40的齿轮轴42a与其他关节机构部分的插入部分42b。换言之，如图8a和13a所示，第二和第三关节部分51和52通过插入孔51b和52b插入一个关节机构部分40的齿轮轴42a，接着在插入孔51b和52b的轴向孔51c和52c中插入螺栓49，以及与轴向孔51c和52c对应的齿轮轴42a的螺栓孔42c，并且拧紧，从而第二和第三关节部分51和52不会从齿轮轴42a上松开。此后，按与第一关节部分50相同的方式联接第二和第三关节部分51和52的插入片51a和52a，从而完成组装，如图8B和13B所示。
图5A所示的第四关节部分53，在其轴的两端都是扳手形插入孔53a和53b，如图17所示，用于联接一个关节机构部分40的齿轮轴42a和其他关节机构部分的齿轮轴42a。这里，两个插入孔53a和53b的联接方法与第二和第三关节部分51和52的插入孔51b和52b联接到齿轮轴42a的方法相同。
与第四关节部分53相似，图5B所示的第五关节部分54，在其轴的一端具有五边形插入槽54a，在其轴的另一端具有扳手形的插入孔54b。如图9A和9B所示，第五关节部分54的插入槽54a通过一个关节机构部分的槽43a插入联接轴47，插入孔54b通过其他关节机构部分的导向部分41a插入齿轮轴42a。此时，五边形插入槽54a的联接方式与第一关节部分50的插入槽50a的联接方式相同，扳手形插入孔54b的联接方式与第二关节部分51的插入孔51b联接到齿轮轴42a的方式相同。
图6A和6B所示的第六和第七关节部分55和56，在其轴的两端都是矩形插入片55a、55b、56a、56b，如图11A、11B、15A和15B所示，这些插入片分别插入一个关节机构部分的插入部分42b以及其他关节机构部分的插入部分，并联接起来。这里，第六关节部分55在两个插入片55a和55b之间具有轴短，而第七关节部分56的轴比第六关节部分55的轴长。第六和第七关节部分55和56的联接方法与第二关节部分51插入片51a联接到插入部分42b的方法相同。
图6C所示的第八关节部分57具有排列成90度的矩形插入孔57a和57b，并且如图14A和14B所示，用于旋转性地联接一个关节机构部分40的齿轮轴42a与其他关节机构部分的联接轴47。换言之，当按上述方式联接第一关节部分50的插入槽50a以及第二关节部分51的插入孔51b时，第八关节部分57的插入孔57a和57b用力插入并联接到第一和第二关节部分50和51的插入片50b和51a，从而完成组装，如图14B所示。
图7A和图7B所示的轮形第九关节部分58和翅膀形第十关节部分59具有五边形插入孔58a、59a从其中心部分伸出，如图12A、12B、16A和16B所示，插入关节机构部分40的联接轴47作为轮子或翅膀。首先，将两个关节机构部分相互接触，在联接孔41c中插入螺栓并拧紧，从而将两个关节机构部分牢固联接。此后，将第九和第十关节部分58和59的插入槽58a、59a插入两个关节机构部分58和59的联接轴47中，在插入槽58a、59a的轴向孔58b、59b中插入螺栓并拧紧，从而完成组装，如图12B和16B所示。特别是，第十关节部分59与关节机构部分40联接，其优势当转动的同时攀登台阶具有小的高度差。
图7C所示的第十一关节部分60，在其轴的一端具有矩形插入片60a，在其轴的另一端具有半球形滚动部分60b并且其面积比插入片60a大。如图18A和18B所示，第十一关节部分60用于插入关节机构部分40的插入部分42b中。特别是，滚动部分60b作为机器人玩具运动过程中机器人玩具的脚，插入片60a按与上述关节部分联接方式相同的方式联接，从而完成组装，如图18B所示。
并且，多个关节机构部分40可以通过两根电源线、单独的发送线和接收线以串联或并联的方式联接，并且装在主处理器单元主板10上。
这样，根据所需组装的机器人玩具的形状，可以选择性地使用第一到第十一关节部分50到60，并将多个关节机构部分40顺序地联接。当如图19或图20所示的需要运动的所需机器人玩具组装之后，如果通过一个开关(未图示)启动运行，则装在一个关节机构部分中的主处理器单元主板10，从装在多个关节机构部分40中的关节控制部分20的主处理器单元24读出当前的位置，即，如果关节机构部分40是手，则通过一条线的接口(Rx)读入关节的角度；如果关节机构部分40是脚，则通过一条线的接口(Rx)读入运动的距离；如果关节机构部分40是尾或头，则通过一条线的接口(Rx)读入运动的角度。
接着，每个关节机构部分40的动作模式(操作模式)设定为电机关闭模式。然后，通过一条线的发送端口(Tx)将命令发送到每个关节机构部分40，接着通过一条线的接收端口(Rx)接收当前位置和电流。
当每个关节机构部分40的当前位置确定后，根据接收的当前位置计算预定的目标位置和速度，接着按照通讯协议通过发送端口(Tx)发送计算的新目标位置和取样时间(速度值，即，关节的运动角度)。然后，多个关节机构部分40的动作模式(操作模式)设定为位置敏感模式，接着将命令发送到各个关节机构部分40。换言之，紧接着目标位置和速度值发送之后，接收当前位置和当前电流，以便确定先前位置和当前位置之间是否存在变化，以及确定当前电流的状态。然后，利用确定的位置变化和电流状态信息计划新的动作。如果计划完成，重复执行计算适合于新动作的每个关节机构部分的下一个位置和速度的步骤，即，计算关节运动角度的步骤同时，如果通过开关启动操作，则装在每个关节机构部分40中的关节控制部分20的主处理器单元24初始化变量(S10)。
初始化结束后，主处理器单元24通过第三A/D转换器33和转动检测部分32确定齿轮部分31的当前输出位置(S12)，并计算主处理器单元主板10提供的新目标位置与确定的当前位置之间的误差(S14)。接着，对计算的误差的变化率进行计算(S16)，并执行比例微分控制算法(S18)。
然后，通过反向电压阻止部分21、电压检测部分25和第一A/D转换器26检测主处理器单元主板10提供的非驱动电压(S20)，根据比例微分算法数值和检测的非驱动电压计算作用在电机30上的实际电压。算出的电压调制成PWM信号，PWM信号通过电机驱动部分27与方向信号(DIR)一起应用于电机30，用于驱动电机30(S22)。
当驱动电机30时，相应关节机构部分40的齿轮部分31的第一到第三齿轮31a、31b、31c转动，通过第一到第十一关节部分50到60联接到齿轮轴42a和联接轴47上的相应关节机构部分跟踪主处理器单元主板10提供的目标位置。
在上面描述中，如果关节机构部分对应的是手，则关节的角度跟踪目标位置。如果关节机构部分对应的是脚，则运动的距离跟踪目标位置。如果关节机构部分对应的是尾或头，则左和右运动角度跟踪目标位置。
这样，当各个关节机构部分40由电机30和齿轮部分31驱动时，主处理器单元24通过电流检测部分28和第二A/D转换器29检测电机30的电流(S24)，并判断检测的电流是否超过设定的极限电流(S26)。如果确定检测的电流超过设定的极限电流，则主处理器单元24断开作用于电机30的电压(S28)。如果确定检测的电流没有超过设定的极限电流，则处理器单元24判断极限电流是否超过1ms，即重复例行时间是否逝去(S30)。如果确定限制时间没有超过重复例行时间，则主处理器单元24保持等待状态；而如果确定限制时间超过重复例行时间，则主处理器单元24重复执行步骤S10以后的步骤。
这样，在执行跟踪主处理器单元主板10提供的目标位置的运动时，如果产生中断(S40)，则装在各个关节机构部分40中的关节控制部分20的主处理器单元24通过接收端口(Rx)接收数据(S42)，并且分类成下面所述的操作模式(S44)。
并且，主处理器单元24改变操作模式变量以及目标位置(S46)，并将其发送端口(Tx)变成输出端口(S48)。这里，主处理器单元24通过在正规状态下使用发送端口(Tx)作为输入端口而从主处理器单元主板10接收数据。如果其中的每项操作都结束了，则主处理器单元24将发送端口(Tx)变成输出端口，从而以数据格式发送各项操作的结果。
接着，在将发送端口(Tx)变成输出端口之后，主处理器单元24检测电机30的当前位置，即，相应关节机构部分40的当前位置以及电机30的电流，并将检测的结果通过改变的输出端口发送到主处理器单元主板10(S50)。在发送检测的当前位置和电流之后，主处理器单元24将发送端口(Tx)变成输入端口(S52)，并结束中断操作。
上述操作模式分类成位置发送模式、电机关闭模式、电源关闭模式以及轮子动作模式。
位置发送模式表示操纵电机30进行位置控制的一种操作模式，位置控制范围为0-332.3°，并在接收位置控制命令之后发送当前位置和电流。
电机关闭模式表示电机电源变为0的一种模式，使用者可以通过他(或她)的电源任意地改变电机位置，并在接收命令后返回当前位置和电流。电机关闭模式起到传感器的作用，用于通过外力改变位置。
电源关闭模式用于将电机系统和系统动力的操作电源消耗减小到最低程度。电源关闭模式在接收命令之后返回相应关节机构部分40的ID和位置，并用于获得相应关节机构部分40的电机ID。
最后，轮子动作模式操纵电机驱动轮子，从而可以顺时针或逆时针旋转轮子360°并控制轮子的速度。在轮子动作模式中，在接收命令之后发送转动量和当前位置。
上述操作模式从主处理器单元主板10接收命令。
在传统技术中，不能允许使用者将一套机器人玩具扩展组装成不同形状的机器人玩具，例如机器狗、机器恐龙或机器人。而从上面描述中可以清楚看出，与传统技术不同，本发明使用对应于一种类型的多个关节机构部分，可以扩展组装成需要运动的不同形状机器人玩具。
如上所述，根据本发明的机器人玩具为使用者提供了热爱和兴趣。而且，可以将这种机器人玩具的所有功能以低的制造成本发挥到最大程度，并且使用一种关节机构部分就能容易地组装和控制需要运动的机器人玩具成为不同形状。另外，本发明机器人玩具为使用者提供容易的失调处理以及可扩展的组装能力。
本领域普通技术人员应该清楚的是，在不偏离本发明精神或范围的情况下可以做出不同修改和变化。这样，只要对本发明的修改和变化落在所附权利要求及其等价内容的范围，则本发明将覆盖这些修改和变化。
权利要求
1.一种人工智能机器人玩具，其包括多个关节机构部分，可以组装和拆卸，用于形成不同形状的机器人；主处理器单元主板，位于多个关节机构部分中的一个上，用于输出机器人控制信号，使其他关节机构部分具有预定的操作模式；多个关节控制装置，装在除了选定的关节机构部分以外的其余关节机构部分上，用于向主处理器单元主板发送数据以及从主处理器单元主板接收数据，同时根据主处理器单元主板的操作模式，使用至少一种模式操作相应的关节机构部分；以及关节装置，用于联接多个关节机构部分，从而形成不同形状的机器人。
2.如权利要求1所述的人工智能机器人玩具，其中关节机构部分包括下壳，在其一端形成导向部分，在其另一端形成开口，在其外壁形成联接孔以便插入关节装置；壳体，与下壳接合，用于稳定地支撑主处理器单元主板或关节控制装置，壳体具有齿轮轴和插入部分，齿轮轴在壳体的一端与关节装置联接并沿垂直方向伸出旋转，插入部分上插入关节装置；上壳，与下壳接合并在一侧形成槽，密封性地闭合壳体；以及联接轴，从齿轮轴一端伸出并穿过上壳的槽，该联接轴与关节装置联接。
3.如权利要求1所述的人工智能机器人玩具，其中关节控制装置包括反向电源阻止部分，被提供非驱动电压，用以阻止反向电压；稳压部分，用于将反向电源阻止部分的输出非驱动电压转换成大小不变的数字电压并将之输出；滤波器部分，用于过滤噪音，包括稳压部分提供的电源的波纹电压，并提供滤波后的电压；电压检测部分，用于检测从反向电源阻止部分获得的非驱动电压的大小；电机，联接在关节机构部分的壳体上并且顺时针或逆时针转动；电机驱动部分，根据稳压部分和反向电源阻止部分得到的电压，以脉宽调制(PWM)方式控制并驱动电机；齿轮部分，联接在电机轴上，用于减速电机的转动比，并将减速的转动比传递到齿轮轴，并控制关节机构部分的操作模式；转动检测部分，由滤波器部分提供的电压驱动，用于检测齿轮部分的转动；电流检测部分，用于通过电机驱动部分检测电机的负载电流；第一到第三A/D转换器，分别将电压检测部分、电流检测部分和转动检测部分的输出信号转换成数字信号并将之输出；以及主处理器单元，根据主处理器单元主板提供的操作模式输出PWM信号和方向信号，用于驱动电机，并且分别计算第一到第三A/D转换器得到的电压值、电流值和转动比，并将计算得到的电压值、电流值和转动比发送到主处理器单元主板。
4.如权利要求1所述的人工智能机器人玩具，其中一个主处理器单元主板与多个主处理器单元通过单独的发送端口和单独的接收端口串行连接，用于发送和接收数据。
5.如权利要求1所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置在其轴的一端形成扳手形插入孔，在轴的另一端形成矩形插入片，用于通过一个关节机构部分的导向部分插入其他关节机构部分的齿轮轴和插入部分。
6.如权利要求5所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置的扳手形插入孔通过轴相对于矩形插入片倾斜预定的角度。
7.如权利要求5所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置的扳手形插入孔通过轴与矩形插入片排成直线。
8.如权利要求1所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置是具有预定长度的圆柱形轴，圆柱形轴在其一端具有五边形插入槽，在其另一端具有矩形插入片，从而关节装置通过一个关节机构部分的槽插入联接轴，并插入其他关节机构部分的插入部分。
9.如权利要求1所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置在其轴的两端形成扳手形插入孔，从而关节装置通过一个关节机构部分的齿轮轴和其他关节机构部分的导向部分插入齿轮轴。
10.如权利要求9所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置的两个插入孔彼此之间呈90度角排列。
11.如权利要求1所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置是一根轴，在其一端形成五边形插入槽，在其另一端形成矩形插入片，从而关节装置通过一个关节机构部分的槽插入联接轴，通过其他关节机构部分的导向部分插入齿轮轴。
12.如权利要求1所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置在其轴的两端具有矩形插入片，从而当一个关节机构部分与其他关节机构部分联接时，联接部分插入其他关节机构部分的插入部分。
13.如权利要求12所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置具有短轴，短轴是指两个插入片之间的长度较短。
14.如权利要求12所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置具有长轴，短轴是指两个插入片之间的长度较长。
15.如权利要求1所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置具有五边形插入槽从其中心伸出，使关节装置插入关节机构部分的联接轴。
16.如权利要求15所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置为轮子形状。
17.如权利要求15所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置为翅膀形状。
18.如权利要求1所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置在其一端形成矩形插入片，在其另一端形成半球形滚动部分，滚动部分相对于插入片倾斜预定的角度并且具有大的面积，从而使关节装置能插入关节机构部分的插入部分。
19.如权利要求1所述的人工智能机器人玩具，其中关节装置在其一个表面具有排列成90度的矩形插入孔，从而将一个关节机构部分与其他关节机构部分联接。
20.一种控制人工智能机器人玩具的方法，方法包括如下步骤(a)从获得关节机构部分当前位置信息的转动检测部分确定关节的当前位置；(b)得到确定的当前位置与主处理器单元主板提供的目标位置之间的误差；(c)计算得到的误差的变化率并接着执行计算的变化率的比例微分控制算法；(d)计算由主处理器单元主板提供的电机的应用电压并在提供计算的电压时检测电机的电流；以及(e)判断检测的电流是否超过极限电流，当确定检测的电流超过极限电流时，断开应用于电机的电压，当确定检测的电流没有超过极限电流时，重复步骤(a)以后的步骤。
21.如权利要求20所述的方法，还包括以下步骤当主处理器单元主板产生中断时，改变当前操作模式变量和目标值，将发送端口改为输出端口，并发送检测的关节当前位置和电机电流；以及在发送检测的关节当前位置和电机电流之后，将发送端口改为输入端口。
全文摘要
本发明公开了一种人工智能机器人玩具，通过使用一种关节电机将其容易地组装并控制成不同形状。该机器人玩具包括多个关节机构部分，可以组装和拆卸，用于形成不同形状的机器人；主处理器单元主板，位于多个关节机构部分中的一个上，用于输出机器人控制信号，使其他关节机构部分具有预定的操作模式；多个关节控制装置，装在除了选定的关节机构部分以外的其余关节机构部分上，用于向主处理器单元主板发送数据以及从主处理器单元主板接收数据，同时根据主处理器单元主板的操作模式，使用至少一种模式操作相应的关节机构部分；以及关节装置，用于联接多个关节机构部分，从而形成不同形状的机器人。本发明的机器人玩具可以在低制造成本下将所有功能发挥到最大程度，并且容易以不同形状扩展、组装和控制机器人玩具。
文档编号A63H11/00GK1517138SQ20031012341
公开日2004年8月4日 申请日期2003年12月26日 优先权日2003年1月3日
发明者朴昶培, 金大经, 李南荣 申请人:梅加罗博蒂克斯有限公司