用电子模块。
[0031] 图2是另一个更小的人形状机器人的图示,其由类似于但小于图1中所示的用于 构建机器人的套件构建。
[0032] 图2A是图2中所示的机器人头部部分的局部分解组装图。
[0033] 图2B是图2中所示的机器人脚部部分的局部分解组装图。
[0034] 图3是类似恐龙机器人的图示,该机器人是用于构建图1中所示机器人的套件的 重新配置。
[0035] 图4是在机器人系统中使用的数字伺服模块的硬件电路框图。
[0036] 图5A_f5D是由数字伺服模块构建的枢转致动器的指导性组装视图。
[0037] 图6是在机器人系统中使用的数字LED模块的硬件电路图。
[0038] 图7是在机器人系统中使用的数字轮模块的硬件框图。
[0039] 图8是在机器人系统中使用的中央控制器的硬件框图。
[0040] 图9是示出用于将中央控制器连接到机器人系统中的数字模块的联网方案的网 络拓扑结构图。
[0041] 图10是由中央控制器传送到数字模块的数据包的结构图。
[0042] 图11是由数字模块传送到中央控制器的应答数据包的结构图。
[0043] 图12是用于使得根据预定构造的机器人人物由用户抓住时能够跟随用户的算法 的流程图。
[0044] 图13A-13E是与运动捕获应用程序相关联的屏幕截图,其中根据预定构造的机器 人人物可通过捕获用户的身体运动进行编程。
[0045] 图14是与虚拟远程控制应用程序相关联的屏幕截图,其中根据预定构造的机器 人人物可通过操纵机器人人物的虚拟表示基本上实时地控制。
[0046] 图15是与动画生成器应用程序相关联的屏幕截图,其中根据预定构造的机器人 人物可以通过操纵机器人人物的虚拟表示来进行编程。
[0047] 图16是与人形生成器应用程序相关联的屏幕截图,人形生成器应用程序使得用 户能够设计重新配置的机器人的虚拟表示,其中所述用户设计的虚拟表示可用于直接控制 重新配置的机器人或生成动画文件来控制重新配置的机器人。
[0048] 图17是示出电子模块如何可与重新配置的机器人中的中央控制器相互连接的一 个实例的示意图。
[0049] 图18是示出相关处理结果的示意图,其中图17中所示的各个电子模块已被映射 到图16中所示的用户设计的虚拟表示的对应位置。
【具体实施方式】
[0051] 1.0 简介
[0051] 对机器人系统进行描述,其包括用于与骨骼结构互连和/或使骨骼结构运动的通 用电子模块。该系统可以套件的形式提供,所述套件包括组件,诸如各种通用电子模块以及 可用于构建骨骼结构的元件构造块和紧固件。各个电子模块可与元件构造块组装到一起来 构建可控的、能够运动的、铰接的骨骼布置,诸如机器人。
[0052] 例如,图1示出由第一套件构建的人形机器人20。机器人20包括许多骨架结构, 诸如前臂22,该前臂由元件构造块22a、22b、22c、22d组装而成;和包括上臂24,其由元件构 造块24a组装而成。前臂22通过数字伺服模块100 (在图1中不能直接看到)以关节的方 式连接到上臂24,如在下面更详细地论述的那样,数字伺服模块100与各种元件构造块组 装提供枢转致动器10 (其实例分别参照图10A-10G),该枢转致动器10用作前臂22和上臂 24之间的可控关节。
[0053] 图2示出由第二套件构建的另一人形机器人30。第二套件类似于但是小于第一套 件,具有更少的组件。
[0054] 在图1和图2所示的实施方式中,骨架结构由元件构造块组组装而成,样式为或类 似于公知的Meccano (商标)构造块组,以及本文所述的机器人系统和/或套件(多个)可 被称为MeccanoicKtm)系统和/或套件,但可以使用其它形式的构造块来组装骨架结构。备 选地,该骨架结构可整体地作为整体单元提供,即,无需由较小构造块组装它们。
[0055] 如下面更详细论述的那样,机器人系统优选可重新配置,使得套件和/或类似套 件的元件可用于组装可控关节连接的骨架结构的各种配置。例如,在图3中所示的机器人 人物40由与用于构建图1中所示人形机器人的相同套件的组件组装而成。
[0056] 为了使得能够重新配置,所述机器人系统包括一套"即插即用"电子模块,其可动 态地互连以提供各种动画效果。电子模块包括: ?数字(或模拟)伺服模块1〇〇,其用于控制关节位置; ?数字(或模拟)LED模块200,其用于控制一个或多个发光二极管(LED); ?模拟(或数字)轮模块300,其用于使得机器人人物能够运动; ?中央控制器400,其与前述模块通信并指引前述模块。
[0057] 中央控制器400是用于构建任何基于系统的机器人人物所必需的。如下面更详细 论述的那样,机器人系统优选采用包括数字命令集的数字通信协议,数字命令集在本文中 可称为Meccanoid(tm)命令,用于在中央控制器400和至少一个数字模块之间通信控制指 令。数字命令集包括由数字模块解译的特殊命令代码。能够解译数字命令集的任何模块在 本文中称为数字模块,例如,数字伺服模块或数字LED模块。例如,为了设定关节的位置,命 令集可包括数字命令代码,诸如"XY"(X是位置命令,Y为参数),与传统的模拟脉冲编码调 制控制信号相反。数字伺服模块100解译并执行这样的命令来控制其相应伺服的位置。类 似地,为了设定LED的颜色,命令集可包括数字命令代码,诸如"JK"(J是设定的颜色命令, K是颜色参数)。数字LED模块200解译并执行这样的命令来控制其相关联的LED (多个)。 如下面更详细论述的那样,机器人系统还可优选地控制使用传统模拟控制信号的有限数量 的模块。这样的模块在本文中将称为模拟模块。例如,模拟轮模块可包括经由直流电源线 由中央控制器1〇〇直接控制的直流马达。
[0058] 如下面更详细描述的那样,中央控制器400还可连接到应用程序处理器以便指引 中央控制器。
[0059] 从上述内容应当理解,机器人人物可以使用数字和/或模拟伺服模块、数字和/或 模拟LED模块、以及数字和/或模拟轮模块的各种配置进行组装,所有都由中央控制器400 进行指引。例如,图1中所示的人形机器人20包括一个中央控制器400A,其驱动在八个枢 转致动器10A、10B、一1011(1011位于所述头部区域内且在视图中隐藏看不到)中采用的八 个数字伺服模块100A、100B、…100H(在视图中隐藏看不到);一个数字LED模块200A ;和 两个模拟车轮模块300A、300B。在图2中所示的人形机器人包括一个中央控制器400A',其 驱动在四个枢转致动器10A',10B',…10D'中采用的四个数字伺服模块100A'、100B'、… 100D'(在视图中隐藏看不到);一个数字LED模块200A' ;和两个模拟车轮模块300A'和 300B'。在图3中示出的机器人20'包括一个中央控制器400A,其驱动在八个枢转致动器 10A、10B、…10F中采用的六个数字伺服模块100A、100B、…100F ; -个数字LED模块200A ; 和两个模拟车轮模块300A和300B,机器人20'如前面指示的那样由用于构建图1中所示的 机器人20的套件构建。
[0060] 现在描述将转向更详细地论述每个前述模块和它们相互作用以实现对于儿童和 其它的编程经验或能力有限的其它人员而言的迷人游戏。
[0061] 2.0电子模块
[0062] 2. 1数字伺服樽块
[0063] 图4是数字伺服模块100的硬件电路图,其包括驱动直流马达100-M1。如在图5A 中最佳所示,马达100-M1包括壳体102和容纳在连接到马达壳体102的盖106内的印刷电 路板(PCB) 104。数字伺服模块100具有连接到PCB 104的用于电输入和输出连接的两个三 线连接的电缆110,(输入电缆被指定为110A,以及输出电缆被指定为110B),如在下面更详 细地论述的那样。数字伺服模块100包括可旋转输出臂112,该可旋转输出臂112具有有限 的角范围。通过控制伺服的位置,相关联关节的角位置和运动可以得到控制。
[0064] 返回到图4,数字伺服模块100包括微控制器100-U3,微控制器100-U3优选编程 以便与中央控制器400和其它系统模块进行通信,执行根据数字通信协议由中央控制器 400提供的命令,以及将同步或不同步的反馈提供给中央控制器400。
[0065] 马达100-M1连接到Η桥接电路100-U1。Η桥接电路100-U1由微控制器100-U3 控制,微控制器100-U3提供脉宽调制信号100-PWM,脉宽调制信号将由Η桥接电路100-U1 提供的电流供应切换到马达100-Μ1,以控制马达100-Μ1的位置、速度和/或扭矩,如本领域 内本身已知的那样。
[0066] 所述的数字伺服模块100包括至少两个反馈传感器、电位计100-VR1和电流传感 器 100-R3。
[0067] 电位计100-VR1具有移动元件,其物理地连接到输出臂112,使得在电位计输出 100-V_ADREF所产生的电压表示关节的角度。电位计输出100-V_ADREF连接到微控制器 100-U3 (插头11),其将所感测的电压转换成数字关节角度。
[0068] 电流传感器100-R3是低电阻电阻器,其具有的一端在点100-V_L0AD处连接到马 达100-M1和微控制器100-U3。电阻器100-R3的另一端连接到接地。因此,微控制器100-U3 配置成读取流动通过马达100-M1的平均电流并生成有用的数据,诸如扭矩(其将正比于电 流)或失速状态(当电流峰值超过预定阈值时发生上述)。
[0069] 所述的数字伺服模块100还包括LED,100-D1,其经由线路100LED_R、100-LED_G、 和100-LED_B连接到微控制器100-U3并由微控制器100-U3控制。微控制器100-U3可控 制LED 100-D1的颜色,其可用于在视觉上指示数字伺服模块的控制状态,如在下面更详细 地论述的那样,或以其它方式用于使机器人人物运动。
[0070] 所述的数字伺服模块包括两个I/O通信端口 100-J1和100-J2,其分别用作输入和 输出端口。每个I/O端口 100-J1或100-J2具有三个插头,用于连接到三线连接电缆110A 或110B,如图8中最佳看到的那样,三线连接电缆110A或110B包括电源线60P,接地线60G 和数据信号线60D。每个端口 100-J1和100-J2的插头#3意旨用于连接到连接电缆110A、 110B的接地线110K,以及100-J1的插头#3和100-J2的插头#3连接到数字伺服模块中的 共同接地点。类似地,每个端口 100-J1和100-J2的插头#2意旨用于连接到连接电缆110A、 110B的电源线60P,以及100-J1的插头#2和100-J2的插头#2连接到在数字伺服模块100 中的点l〇〇V_SERV。点100-V_SERV连接到电压调节器100-U2的输入,电压调节器100-U2 提供用于给Η桥接电路100-U1和微控制器100-U3供电的调节功率信号100-VDD。端口 100-J1的插头#1意旨用于连接到输入连接电缆110Α的数据信号线60D,以及端口 100-J2 的插头#1意旨用于连接到输出连接电缆110Β的数据信号线60D。但是应当注意的是,端口 100-J1的插头#1和100-J2的插头#1不连系到一起,使得输入和输出通信电缆110AU10B 的数据信号线电隔离。
[0071] 图5Α-?是指令性的构造视图,其示出数字伺服模块10