专利名称：一种具有初级智能行为的沃特龟的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有初级智能行为的沃特龟，属于机器人领域。
背景技术：
机器人领域一直是人们关注和研究的热点，尤其在仿生机器人方面。早在19世纪40年代，英国神经生理学家William Grey Walter就认为简单的机器能表达复杂的生命行为，并且根据这一思想，他相继制造了两个机器生命Elmer和Elsie，因为它们形态笨拙，行动缓慢，还有甲壳，让人联想到龟，人们将其称为Walter龟。作为机器生命，Elmer和Elsie首先是一种机器，具有机器的机电结构，然而，它们又不是普通的机器，而是具有生命的机器，具有类似生物的机体和器官。
而目前，仿生机器人主要体现在结构和外形上与自然生命有相似之处，具有自然生命的外部形态，能够模仿自然生命的行走特征。经文献检索发现，李嘉奇的实用新型专利——机器龟(专利号200420058346.9)和上海交通大学孙安、吴斌、高雪官的发明专利——水陆两栖仿生机器龟(专利号200310108109.9)，都只是一种机械仿生体，它们只能在特定的环境中做固定的动作，当外部环境有所改变时，不能依据环境而做出相应的改变。严格来说，它们只是一种能够行走的自动机器，而不具备自然生命的特性，不能表现自然生命的行为。所以，缺乏智能的行为，正是当前仿生机器人领域存在的一个缺陷。
发明内容
受William Grey Walter关于机器生命的思想和它所制造出的两个机器生命的启发，为了克服现有的仿生机器人不具有自然生命特性和行为的不足，本发明提供了一种具有初级智能行为的沃特龟，通过电系统和计算机来模拟自然生命的生活习性和生态特性，使其具有初级的智能行为。自然界的动物大多喜欢在阴暗、潮湿的地方生活，它们通常会避开光亮的地方，向着光线弱的地方爬行，龟也具有这种习性，也就是所谓的“负趋光性”，本发明所要实现的是使沃特龟具有负趋光性，同时具有避障的功能。
本发明采用了如下技术方案本装置主要包括由两个驱动足2、一个转向足1，两个驱动足2分别与两个电机相连并位于壳体的两侧，转向足1位于壳体的前方中央。此外，还包括有四个红外传感器5、两个光敏电阻3和主控制器，红外传感器5分别位于壳体的前、后、左、右，每个红外传感器5由两个LED组成，一个是红外发射，一个是红外接收。两个光敏电阻3分别位于壳体前部左右两侧。四个红外传感器5、两个光敏电阻3分别与主控制器连接，四个红外传感器5用于检测障碍物，光敏电阻3用于检测光强，主控制器根据红外传感器5、光敏电阻3输入的信号控制电机，进而控制驱动足2。
本发明的工作过程打开电源开关，沃特龟将开进入工作状态，此时沃特龟的左、右轮同时正转，沿直线向前行走。行进过程中，左、右两侧的光敏电阻3开始感知沃特龟前方的光强，分别以数字信号值的形式传给主控制器，然后主控制器将两个值进行比较，如果左侧光强值大于右侧光强值，左轮正转，右轮反转，转向轮向右转动，驱使沃特龟向右侧前进；反之，左轮反转，右轮正转，转向轮向左转动，驱使沃特龟向左侧前进，以实现沃特龟的负趋光性。沃特龟在行进过程中，四个红外传感器5同时感知四周的障碍物信息，当沃特龟前部的红外传感器5感知到障碍物时，准备转弯，此时光敏电阻3首先比较左、右两侧的光强，以使沃特龟向着光线较弱的一侧转弯，如果两侧光强一样，则左、右两侧的红外传感器5比较两侧障碍物的距离信息，并向着与障碍物距离远的一侧转弯。
本发明的有益效果，给常规的自动机器赋予生命的特性和行为，使它们具有智能的特性，表现智能的行为，可用于人工智能开发学习的载体，也可作为一种新型的智能玩具。
图1本发明的整体系统结构2本发明的主控制器电路原理3本发明的电源变换电路图4本发明发声电路的原理5本发明声控电路的原理6本发明外部结构的主视7本发明外部结构的俯视8本发明外部结构的左视中1、转向足，2、驱动足，3、光敏电阻，4、发光二极管，5、红外传感器，6、电源开关，7、麦克风，8、喇叭，9、下载端口。
具体实施例方式
下面结合图1～图8说明本发明的实施例。
本实施例由壳体和主控制器组成，壳体的前部有一对检测光线的光敏电阻3，壳体的前、后、左、右分别设置有一个红外传感器5。底座有对称连接在左右两侧的两个驱动足2，带动沃特龟的前进，前面中央还安装有一个转向足1，控制沃特龟的转向。主控制器主要由单片机ATMEGA16L及其外围电路组成，四个红外传感器5分别与单片机ATMEGA16L的PA2、PC2、PA7、PC7引脚相连，两个光敏电阻3分别与单片机ATMEGA16L PA1和PC1引脚相连。
此外，单片机ATMEGA16L还连接有麦克风7、两个发光二极管4、喇叭8，麦克风7麦克的信号线与单片机ATMEGA16L的PB2引脚相连，用来实现声控的功能，喇叭8的信号线与单片机ATMEGA16L的PC0引脚相连。
发光二极管4分别位于壳体前部的左右两侧，光敏电阻3和红外传感器5获得一个外部环境信息，转化为一个信号值传递给单片机ATMEGA16L，单片机ATMEGA16L将获得的信号值进行比较和判断，然后发出控制指令来控制沃特龟的运行。沃特龟在转弯的同时模拟汽车转向灯的工作方式来控制沃特龟的左、右发光二极管的工作方式。沃特龟直线行走时，两侧发光二极管4同时亮；沃特龟左转时，左侧发光二极管亮，右侧发光二极管灭；沃特龟右转时，右侧发光二极管亮，左侧发光二极管灭；沃特龟后退时，两侧发光二极管同时灭。在转弯或者后退时，喇叭8发出蜂鸣声。
单片机ATMEGA16L是一个8位的AVR微处理器，有32个8位通用工作寄存器，有16K字节的系统内可编程Flash和512字节的EEPROM，能够实现反复擦写的功能。通过外围扩展电路来实现各部分的功能。外围电路包括有复位电路、晶振电路、ISP下载电路、电源变换电路和外部扩展接口。
复位电路ATMEGA16L已经内置了上电复位设计，并且在熔丝位里，可以控制复位时的额定时间，故AVR外部的复位线路在上电时，可以设计得很简单直接拉一只4.7K的电阻R4到VCC即可。为了可靠，再加上一只10uF的电容C5以消除干扰、杂波。S2为复位开关，当AVR在工作时，按下S2开关时，复位脚变成低电平，触发AVR芯片复位。
晶振电路虽然ATMEGA16L已经内置RC振荡线路，可以产生1M、2M、4M、8M的振荡频率。不过，内置的毕竟是RC振荡，为了得到比较精确的波特率时，这里使用外部的晶振线路。将一个8M的晶振Y1并接在XTAL1和XTAL2上，同时在晶振两端并接两个22pf的电容C3、C4，以减少起振时间，提高振荡频率。
ISP下载接口这里采用并口下载，不需要任何的外围零件，使用双排2×5插座JP1，JP1的管脚4、6、8、10同时接地，管脚2接VCC，管脚1、5、7、9分别接PB5、PB6、PB7和复位脚RESET，管脚3空闲，由于没有外围零件，故PB5(MOSI)、PB6(MISO)、PB7(SCK)、复位脚仍可以正常使用，不受ISP的干扰。
电源变换电路沃特龟的供电系统分为两部分，单片机需要+5V的电源，而直流电机需要+9V的电压驱动。沃特龟系统采用+9V电池组供电，通过78L05稳压芯片来获得+5V电源，发光二极管D1用于电源状态指示，S1为电源开关，控制程序的下载和沃特龟的工作。
外部扩展接口主控制芯片ATMEGA16L有32个可编程的I/O口，分别为PA0-PA7，PB0-PB7，PC0-PC7，PD0-PD7，其中，PA0-PA7同时为8路10位A/D转换。连接PA0-PA7，PB0-PB7，PC0-PC7，PD0-PD7的分别为四个8排的排阻RP1、RP2、RP3、RP4，它们作为上拉电阻，作用是增加驱动电流，提高信号的可靠性。连接排阻的是外部扩展接口，用来连接传感器和执行器的信号端。电机、光敏电阻、红外传感器都是由三根线与主控制器连接，一根为地线，一根为电源线，另外一根为信号线。它们的信号端与扩展接口的连接方式为左、右电机的信号线分别连接PD0和PD2。
权利要求
1.一种具有初级智能行为的沃特龟，主要包括有两个驱动足(2)、一个转向足(1)，两个驱动足(2)分别与两个电机相连并位于壳体的两侧，转向足1位于壳体的前方中央，其特征在于还包括有四个红外传感器(5)、两个光敏电阻(3)和主控制器，红外传感器(5)分别位于壳体的前、后、左、右，两个光敏电阻(3)分别位于壳体前部左右两侧；四个红外传感器(5)、两个光敏电阻(3)分别与主控制器连接，红外传感器(5)用于检测障碍物，光敏电阻(3)用于检测光强，主控制器根据红外传感器(5)、光敏电阻(3)输入的信号控制电机，进而控制驱动足(2)。
全文摘要
本发明涉及一种具有初级智能行为的沃特龟，属于机器人领域。包括由两个驱动足(2)、一个转向足(1)、四个红外传感器(5)、两个光敏电阻(3)和单片机ATMEGA16L，红外传感器(5)分别位于壳体的前、后、左、右。两个光敏电阻(3)分别位于壳体前部左右两侧。四个红外传感器(5)、两个光敏电阻(3)分别与单片机ATMEGA16L连接，四个红外传感器(5)用于检测障碍物，光敏电阻(3)用于检测光强，单片机ATMEGA16L根据红外传感器(5)、光敏电阻(3)输入的信号控制电机，进而控制驱动足(2)。本发明给常规的自动机器赋予智能的行为，可用于人工智能开发学习的载体，也可作为一种新型的智能玩具。
文档编号B25J9/00GK1887536SQ20061008899
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月28日 优先权日2006年7月28日
发明者孙亮, 赵永刚, 左国玉, 阮晓钢, 乔俊飞, 李明爱, 于建均, 于乃功, 李建更, 龚道雄 申请人:北京工业大学