专利名称：微型机器人及其收装箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及体积为1立方厘米大小的、可进行无线控制的微型机器人，以及用于收装这种微型机器人且在收装期间可进行充电的收装箱。
原有的机器人在进行无线控制时，使用的所谓无线电控制采用的是利用电波的控制方式。而且为控制方向需在电波上叠加控制信号以进行操纵。为使其能自动向预定方向前进，需使用具有方向选择的天线，还需使用视觉传感器等。行步部分需采用车轮以减少行步阻力。而且充电用的端子需用刚性触点构成，并形成在框体凹部。
然而，因为前述的机器人控制方式利用的是电波，故在发送侧和接收侧均需有多个电气元件，且必须设置操纵用的机构，所以不适宜小型化。而且例如在自动向电波发送方向移动的系统中，必须附装有前述的天线和传感器，就这点而言也不适宜小型化。而且，若用车轮支承除驱动部分外的各部分时，若车轮较小则难以越过较大的凹凸不平区，而若车轮较大，又难以实现小型化，在使用中亦难以采用较小的充电端子，这也妨碍实现小型化。
鉴于上述情况，本发明人研制开发出了可通过光感测而移动的微型机器人，并递交了国际专利申请PCT/JP92/01415。这种微型机器人大小约1立方厘米，非常小巧精致，但它在操作时要相当慎重，同时还发现在微型机器人的可操作性和动作性等方面存在有需进一步改进的地方。
而且一般说来，小型精密物件通常采用塑料等容器进行包装，以合适地收装主体部件和各部分部件(当每一部分部件可加以分解时)、附件等等。即需要适当地配置用于分部部件和附件等等的收装部分。
本发明人所开发出的前述微型机器人是充电型的，且还需要机器人操作用的遥控器具等等部件。而且微型机器人的性质决定了它需要有小型、紧凑但又可以方便地将其取出、放入的收装箱。然而，若只将必要的部件收装在微型机器人上，则不利于机器人的操作，且可能会产生麻烦。
鉴于上述状况，本发明的目的是要提供一种其可操作性和动作性已改进了的、可遥控控制的小型的微型机器人。
鉴于上述的微型机器人的特殊性，本发明的另一个目的是要提供一种不仅仅具有可收装前述的种种部件的功能，而且还具有在收装期间可对其充电的种种功能的便携式的紧凑收装箱。
根据本发明的一种模式构成的微型机器人，具有在其检测区域中具有至少部分重叠的两个传感器可相互独立驱动的至少一对驱动部分，该驱动部分具有在相对于移动方向的直角方向上分离的驱动点;含有CPU的、可根据传感器的输出信号控制驱动部分的控制部分;具有可充电电池的、可向传感器、驱动部分和控制部分供给电源电压的电源装置;可以非接触方式接受外部指令并向控制部分发送复位信号号的复位电路。采用这种构成可以实现小型化。特别是因两个传感器的检测区域具有部分重叠，故采用简单的回路即能获得相对于目标自动移动的功能。而且由于两驱动部分分别独立地进行控制，故采用简单的机构即可实现对复杂动作的控制。此外由于可以非接触方式从外部提供复位信号，故可使这一操作简单易行。
根据本发明另一种模式构成的微型机器人，具有在其检测区域中至少部分重叠的两个传感器;可相互独立驱动的至少一对驱动部分，该部分具有相对于移动方向的直角方向分离的驱动点;含有CPU的、可根据上述传感器的输出信号控制驱动部分的控制部分;具有可充电电池及可调节电池电压输出的电压调整电路、且可向传感器、驱动部分和控制部分供给电源电压的电源装置;在起动时向控制部分供给电池的输入电压和复位信号、且在经过预定时间后向控制部分供给取代电池输出电压调整电路的输出电压同时解除复位信号的起动控制电路。由于在起动时向控制部分供给较高的电池输出电压和复位信号，且在经过预定时间后向控制部分供给取代电池输出电压的电压调整电路的输出电压并同时解除复位信号，故可以获得稳定的动作。
根据本发明另一模式构成的微型机器人，还具有障碍物传感器，传感器由线材构成，其一端可绕作为支点的另一端转动，并可根据其动作状态而检测出障碍物。当障碍物传感器检测到障碍物时，控制部分将在预定时间里反向驱动一对驱动部分中的至少一个，以使微型机器人自动向远离障碍物的方向移动。通过随后再返回常规动作的方式，可以使微型机器人自动向远离开障碍物的方向移动。
根据本发明另一种模式构成的微型机器人，还具有控制部分控制的蜂鸣器，通过对该蜂鸣器的控制，可向外部发送出信息。
根据本发明另一种模式构成的微型机器人，还具有由控制部分控制的、反向并联连接的一对发光二极管。通过对这一对发光二极管发光的适当控制，便可以向外部发送出信息。
根据本发明另一种模式构成的微型机器人，还可具有设置在微型机器人视觉位置处的、与各发光二极管收装在一个壳体中的传感器。因此在视觉位置处可交替进行信号传感和发光动作，从而使其具有视觉的功能。
根据本发明另一种模式构成的微型机器人，还可具有由外轮和支承该外轮的蛇形轮叉部件构成的车轮，从而可以获得在强力作用下不会产生永久变形的弹性变形金属车轮。
其次，根据本发明构成的微型机器人的收装箱，具有微型机器人用的收装部分，可装入用于向微型机器人的电源充电的电池的电池盒，其上带有与电池盒相连接的充电回路且具有可向微型机器人供给能量的能量供给组件并安装在箱主体上基板，以及微型机器人的操作器具用的收装部分。
在此，前述能量供给组件，可包括利用机械方式连接机器人的端子和设置在基板上的电极组件，亦可包括利用磁线圈和光电感应元件等等的非接触性能量供给组件。
这种收装箱在将微型机器人装入机器人收装部分中时，通过将基板上的能量供给组件与机器人内部的蓄电池电源相连接，可以实现在收装期间对机器人充电。因这种机器人非常小巧精致，而使电池的更换次数很少，从而减少了故障的发生，很便于使用。
根据本发明另一种模式构成的收装箱，考虑到各部件、各部分的总体布置，至少应采用下述的配置关系，以将箱主体充满。该配置关系为，将机器人收装部分配置在右侧，将电池盒配置在左侧，基板配置在机器人收装部分下方，机器人操作器具配置在前侧。而且，在基板上平行设置有电极，在两电极之间可以并列设置至少两个用于机器人的机器人收装部分。当利用触觉部分和尾部作为机器人连接端子时，为使接线端子能分别与电极密接，还可以用装有磁石的小盒罩在机器人上。利用磁石的吸附力，可将接线端子挟持固定在电极上。而且，还可以以可拆装方式将小盒机械地结合在机器人收装部分上。
通过这种相对于箱主体，将机器人收装部分配置在右侧，将电池盒配置在左侧将基板配置在机器人收装部分的下方，将机器人操作器具配置在前方侧的方式，可以获得便携式的小型收装箱，从而便于手持和携带。
因为对机器人及其操作所必需的各部件进行了合理的配置和收装，故可使其容易地被取出和放入。而且，通过在处于收装状态的机器人上罩上小盒，并通过磁石和机械结合组件将小盒固定在基板电极上，可以将机器人的接线端子挟持安装在电极上，从而可容易地将机器人与电极相连接。因此，仅仅将小盒罩在处于收装状态的机器人上，即可以简单地接通充电回路。利用小盒还可以使机器人稳定地处于收装状态。
根据本发明另一种模式构成的收装箱，可具有前述的向机器人充电的功能和其它的一些功能。举例来说，还可以用指令组件向机器人输入动作指令。还可以在附属于该指令组件的部分上显示出该程序内容和内部电源电压等等信息。为此，前述箱主体的构成可为，具有可相对于内装在机器人中的管理机器人动作的控制装置发送接收信号的信号传输组件，具有至少可对机器人的控制装置进行指令操作的操作电路。操作电路可含有充电电路和可使机器人控制装置复位的复位电路，该复位电路可内装在机器人中。而且，充电电路可具有蓄电池检测用开关，以及与该开关连动的可使微型机器人的电源电路短接的复位开关。利用这种复位电路，可以在向机器人开始进行充电的同时使其复位，以防止机器人控制装置失控。而且，在机器人被收装时，还可以对机器人的程序内容和电源电压进行检查。
图1为根据本发明一实施例构造的微型机器人的侧面图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的底视图。
图4为详细表示图1中电路部分的方框图。
图5为传感器的电路图。
图6为图1的驱动部分的平面图。
图7为图6的展开放大图。
图8为表示图1所示实施例的机器人的基本动作实施例的脉冲波形图。
图9为表示图1所示实施例的机器人在开始驱动时的基本动作的脉冲波形图。
图10为表示图1所示实施例的机器人在开始驱动时的动作的脉冲波形图。
图11为将本发明的内装在CPU磁芯中的复位电路单独抽出时的电路图。
图12为表示本发明的复位电路的另一构成实例的电路图。
图13为表示本发明的复位电路的另一构成实例的电路图。
图14为表示本发明的复位电路的另一构成实例的电路图。
图15为表示本发明的复位电路的另一构成实例的电路图。
图16为表示本发明的复位电路的另一构成实例的电路图。
图17为本发明又一实施例的微型机器人的机器人主体顶视图。
图18为详细表示图17所示的微型机器人的电路部分的方框图。
图19为表示图17和图18所示的微型机器人的动作的流程图。
图20为表示本发明的又一实施例的微型机器人的电路部分的构成的方框图。
图21为表示图20所示的蜂鸣器与输入输出控制部分间关系的电路图。
图22为本发明又一实施例的微型机器人的发光二极管的控制回路。
图23为表示流经图22所示发光二极管的电流波形的脉冲波形图。
图24为表示图22所示发光二极管的控制实例的流程图。
图25为表示图1所示微型机器人的视觉部分的电路图。
图26为表示图1所示微型机器人的车轮的又一构成实例的侧面图。
图27为用于收装本发明一实施例的微型机器人的收装箱的平面图。
图28为沿图27中A-A线剖开的剖面图。
图29为沿图27中B-B线剖开的剖面图。
图30为沿图27中C-C线剖开的剖面图。
图31为沿图27中D-D线剖开的剖面图。
图32为沿图27中E-E线剖开的剖面图。
图33为沿图27中F-F线剖开的剖面图。
图34为沿图27中G-G线剖开的剖面图。
图35为充电电路的电路图。
图36为小盒的平面图。
图37为小盒的正面图。
图38为小盒的侧面图。
图39为小盒的底视图。
图40为沿图36中H-H线剖开的剖面图。
图41为表示小盒另一种固定方式的剖面图。
图42为本发明又一实施例的收装箱斜视图。
图43为表示指令组件与机器人之间信息接收发送方法的电路图。
图44为表示指令组件与机器人之间的信息接收发送方法的又一实例的说明图。
图45为图44所示又一实例中的电路图。
图1为本发明一实施例的微型机器人的侧面图，图2为其俯视图。机器人主体10的大小约1立方厘米，如图所示，在其正面设置有一对传感器12、14。该传感器12、14可为诸如光电二极管、光敏三极管等光电传感器，亦可以是用压电元件将声波变换为电压的超声波传感器等等，在本实施例中采用的是光电晶体三极管。传感器12具有作为其检测范围的视野A1，传感器14具有作为其检测范围的视野A2，且两视野A1、A2在中央部分形成部分重叠，即两传感器12、14具有部分重叠的视野A3。因此，当由光源发来的光位于正面即视野A3中时，两传感器12、14可检测到该光束。因传感器12配置在机器人主体10的左侧，故在后述的图示程序中标为传感器L，类似的，因传感器14配置在机器人主体10的右侧而标为传感器R。
图3为图1的底视图。电源部分16配置在中央部分，若举例来说，它可由双电荷层电容器、镍镉电池等构成，并可通过为充电和平衡所设置的触觉部18及尾部20进行充电。在该电源16附近设置有电路部分22。该电路部分22包括安装在电路基板23上的CPU-IC24、下拉式片状电阻26等等，在后面还将对此详细说明。驱动部分28、30分别内装有步进电机和减速机构，它可在电路部分22的控制下，通过其步进电机和减速机构来驱动嵌装在输出轴32、34上的车轮36、38转动。在车轮36、38的外圆周上装有橡胶。而且，车轮36、38的形状并不仅限于圆形，也可以相应于其用途取三角形、四角形等等各种形状。
隔板39相对于框架39a而支持着电源部分16、电路部分22及驱动部分28、30。电源部分16和电路部分22位于一对驱动部分28、30之间且两者重叠配置。因此，电源部分16和电路部分22可在整个体积中所占面积较大。这样，电源部分16因可减小电容器和二次电池内阻而能高效率地输出大电流，且有利于在电路部分22中安装具有复杂功能的大型集成电路块。而且。两驱动部分28、30因配置在相互远离的位置处，故不会发生磁干扰等现象。
图4为详细表示CPU-IC24的方框图。由ALU各种寄存器等等构成的CPU磁芯40上，连接有存储程序的ROM42、该ROM42的地址译码器44、存储各种数据的RAM46以及该RAM46的地址译码器48。石英振子50连接在起振器52上，且起振器52的振动信号作为时钟信号供给至CPU磁芯40。传感器12、14的输出信号输入至输入输出控制回路54，再由后者输出至CPU磁芯40。电压调节器56可降低电源部分16的电压并使其稳定，然后供给电路部分22。电机驱动控制电路58可与CPU磁芯之间相互发送、接收控制信号，并通过电机驱动电路60、62来控制步进电机64、66。以上各电路的电源电压均由电源部分16供给。
因步进电机64内装在驱动部分30中，并配置在机器人主体10的右侧，故在后述图示的程序中记为电机R，类似的，因步进电机66内装在驱动部分28中且配置在机器人主体10的左侧，故记为电机L。
图5为传感器12的电路图。传感器12由光电晶体三极管12a构成，该三极管12a的发射极直接与下拉电阻26相接。由晶体三极管12a的发射极输出受光输出信号，该信号由输入输出控制电路54整形后输入至CPU磁芯40。该电路图是以传感器12为例进行说明的，而传感器14的构成与其完全相同。
图6为驱动部分30的平面图，图7为其展开图。本实施例中所用的步进电机64为可用于电子计时的电磁式二极步进电机，它具有励磁线圈68和由磁石构成的转子70。转子70驱动小齿轮72，小齿轮72通过齿轮驱动小齿轮74，小齿轮74通过齿轮驱动小齿轮76，再由用这种方式减速的小齿轮76驱动车轮38转动。图6和图7所示的机构为适用于电子计时的机构。驱动部分28的结构与图6、图7所示的结构相同。如图6和图7所示，步进电机64、66是经高速转动减速后再驱动车轮转动的，因而可使驱动部分30、28小型化。而且。因励磁线圈68设置在离转子70较远的位置处、故这一点也有助于驱动部分30、28的薄形化、小型化。
图8为表示上述实施例的机器人的基本动作实例的脉冲波形图。传感器12、14在没有光入射时输出电压为0伏，在有光入射时输出电压与该光强成比例。该电压在输入输出控制电路54中用预定的阀值电压进行波形整形后，输入CPU磁芯40，再由电机驱动控制回路58通过驱动回路60、62向步进电机64、66供给正反交替的驱动脉冲。这样，可在传感器12受光的区间S1驱动步进电机64，进而驱动车轮38转动。在传感器14受光的区间S2驱动步进电机66，进而驱动车轮36转动。在两传感器12、14同时受光的区间W，再驱动步进电机64、66，进而驱动车轮38、36转动。
一种最简单的驱动实例是，由光源发来的光位于视野A1中(但来位于视野A3中)时，光传感器12接收到光，步进电机64将响应该受光输出信号驱动车轮38。因为此时车轮36处于停止状态，故机器人主体10将整体向左方向作转动移动。若由光源发来的光位于视野A2中(但来处于视野A3中)时，光传感器14将接收到光、步进电机66将响应受光输出信号使车轮36转动。因为此时车轮38处于停止状态，故机器人主体10将整体向右方向转动移动。而且，当由光源发出的光位于视野A3中时，光传感器12、14将接收到光，两步进电机64、66将响应该受光输出信号驱动车轮38、36转动，而使机器人主体10真正作直线移动。利用这种控制方式可使机器人主体10向光源方向移动。
然而在说明上述动作时，是在光传感器12、14接收到光时以一定速度进行驱动为例进行说明的，但在开始驱动时因为需要有加速度的驱动所以应提高驱动力。图9为表示在开始驱动时进行加速控制的基本动作的流程图。
首先。由CPU磁芯40将步进电机64的驱动脉冲时钟频率Rc设定为16Hz(S1)，然后对用于进行该驱动脉冲计数器的值Ra进行复位(S2)。然后判断传感器12是否有受光输出信号(S3)，若有受光输出信号，则提供一个上述时钟频率Rc的驱动脉冲并驱动步进电机64，同时对脉冲进行记数(S4)。将该计数值Rn与预定值，比如说(15)进行比较判断(55)，若不等于15则返回上述处理步骤(S3)(S4)。
当用时钟频率Rc(＝16Hz)的驱动脉冲进行了15个脉冲的分驱动时，判断驱动脉冲的时钟频率Rc是否已达到128Hz(最大值)，若向来达到该数值时，则可将驱动脉冲的时钟频率Rc设定为，比如说32Hz(S7)，并返回上述程序作同样处理。若驱动脉冲的时钟频率Rc已达到128Hz(最大值)时(S6)，则以后用此频率的驱动脉冲进行驱动。若传感器12没有受光输出信号时(S3)，步进电机64停止运行(S8)。这一流程图示出了传感器12(传感器L)与步进电机64(电机R)间的关系，而传感器14(传感器R)与步进电机66(电机L)间的关系与此完全类似。
然而为容易理解，图9的流程图并非涉及传感器12与传感器14间的关系，若举例来说，当传感器14处于受光状态且驱动步进电机66，而使机器人主体10移向光源方向时，传感器12亦将处于受光状态。这时，由传感器12驱动的步进电机64的驱动状态，必须与步进电机66的驱动状态相一致。这种驱动状态若不一致，机器人主体10在移向光源方向的点时，就不能直线移动。从而不能平滑由转动移动至直线移动。
图10为考虑了上述问题的控制流程图。与上述情况相类似，由CPU磁芯将步进电机64的驱动脉冲的时钟频率Rc设定为16Hz(S1)，然后对用于该驱动脉冲进行计数的计数器的值Rc实施复位(S2)。判断在一侧的传感器14是否有受光输出信号(S2a)。当传感器14有受光输出信号时，将传感器14侧的控制系统的驱动脉冲时钟频率Lc和计数器的值Ln初始设定为与传感器12侧的驱动脉冲时钟频率Rc和计数器的值Rn(S2b)相同。在进行了这种设定后，按图9的流程图进行同样处理。该流程图表示的是根据传感器12的控制系统进行动作的。传感器14的控制系统的动作与此相类似。
这就是说，若驱动开始时另一传感器的控制系统处于驱动状态，则取该状态作为初始值以开始动作，从而可以在一传感器接收到光时一面加速一面改变方向，而在两传感器均接收到光的一瞬间使两控制系统直接进入相同的驱动状态。因此，这可以平滑地进行由转动移动向直线移动的变换，并提高对光的响应性。
该微型机器人为内装有上述形式的CPU磁芯40，故需要有适当的复位电路。图11为内装在CPU磁芯40中的单独抽出的复位电路的电路图。在图中，80、82、84、86为模拟·传输·门电路(以下称为门电路)，88、90、92为反相器，94为内装有运算元件的CPU集成电路IC，C1、C2为低容量的电容器。当电路起动时，若IC86中内装的起振器尚未振动时，则其处于未产生时钟信号的状态。因而电容器C1、C2的电位为地电位。若在这一状态下由电源部分16供给电压VH并由电压调整电路56供给电压VL(VH＞VL)，则因电容器C2的电位为地电位，而使得反相器90的输入端为L电位，反相器90的输出端为H电位，这一供给门电路82的电位将使门电路82打开，并将电压VH供给至IC94。而且，反相器90的输出还供给至IC94的复位端子，并使IC94复位。反相器92的输入端因无时钟信号输入而为L电位，因此其输出端为H电位，而使门电路86打开。当门电路86打开时，电压VH通过门电路86施加在电容器C1，使电容器C1充电。
内装在IC94中的起振电路在接收到电压VH而开始振动时，将输出时钟信号，该时钟信号将使门电路84打开。而反相器92将使门电路86关闭。因此，电容CI上的电荷会通过门电路84供给至电容器C2，当电容器C2的电位上升后，反相器90的输出为L电位，从而解除IC94的复位，关闭门电路82，停止电压VH的供给。这时，反相器90的输出将通过反相器88供给至门电路，使门电路80打开。通过门电路80的打开，可将电压VL供给至IC94。采用这种方式，可在装置起动时同时供给高电压和复位信号，并可在已输出时钟信号的阶段供给低电位的同时解除复位信号，所以可以获得稳定动作。
图12～图16为表示复位电路的其它构成实例的电路图。图12为复位电路与光电传感器96相连接的实例。在光电传感器96接收到光时，将向IC94供给复位信号而使IC94复位。该光电传感器96可设置在例如机器人主体的背面一侧上，操作者可在例如驱动过程中用光投射等等非接触方式，使机器人主体处于复位状态。图13为复位电路与感应线圈98相连接的实例。感应线圈98受电磁感应，并供给IC94复位信号以使IC94复位。图14为复位电路与热敏电阻100相连接的实例。热敏电阻100在接收到任何热能而使电阻变小时，可根据这一电阻变化向IC94供给复位信号而使IC94复位。图15为复位电路与太阳能电池102相连接的实例。在太阳能电池102受到光照而产生电动势时，可根据这一电动势向IC94供给复位信号而使IC94复位。图16为复位电路与霍尔元件104相连接的实例。霍尔元件在受到磁力作用而产生电动势时，将根据这一电动势向IC94供给复位信号而使IC94复位。
根据上述对以非接触方式对微型机器人进行复位操作的说明，可以期望机器人主体在移动过程中遇到障碍物时会自动躲避。图17为已考虑了这一问题的机器人主体10的顶视图。在机器人主体10的头部处设置有可左右摆动的触觉部分106。图18为详细表示其电路部分的方框图。在该实施例中，还设置有用于驱动线状触觉部分106的步进电机67和用于控制该步进电机67的驱动电路63，且驱动电路63由电机驱动控制电路58实施控制。
图19表示图17、图18所示微型机器人动作的流程图。首先驱动电机64(电机R)和电机66(电机L)使机器人主体10前进。在这种状态下，使步进电机67向右转动，进而使触觉部分106向右侧摆动(S11)。随后检测该步进电机67是否转动(S12)。在这里，可以利用步进电机67在转动时由励磁线圈感应出的较大电压，以及在不转动时感应出的较小电压来检测该电机是否有转动。若举例来说，当步进电机67处于转动状态时，在施加驱动脉冲后转子转动，随着转子的转动将在励磁线圈上感应电压，并有感应电流流过。可用例如比较器检测该感应电流的大小，进而可获知其处于转动状态。而当步进电机67未处于转动状态时，在施加驱动脉冲后转子不转动，因而不会在励磁线圈上感应出感应电压，亦不会有感应电流流过。由此可获知其处于未转动状态。
因此，可以用CPU的磁芯40通过驱动电路63和电机驱动控制电路58获取电机67的感应电压，进而由CPU磁芯40根据该感应电压来检测其是否处于转动状态。当判断结果为处于正常转动时，使电机67向左转动，使触觉部分106摆动向左侧(S13)。随后用类似方式，检测此时电机67是否处于转动状态(S14)。若判断结果是电机67处于正常转动时，则返回至最初状态，使电机67向右转动(S11)。通过使触觉部分106按上述方式左右摆动，可使机器人主体10前进。
当比如说，电机67向右转动时如果判断结果是其未处于正常转动状态(S12)，则可使电机64、66在预定的时间里反向转动，而使机器人主体10后退(S15)。然后，仅驱动R电机64使机器人主体10左转(S16)。再使R电机64、66正常正常转动而前进(S17)，并返回至初始动作(S11)。而当比如说，电机67向左转动时如果判断结果是其未处于正常转动状态(S14)，则可使电机64、66在预定时间里反向转动，而使机器人主体10后退(S18)。然后，仅驱动L电机66使机器人主体10右转(S19)，再驱动电机64、66正常转动使机器人主体前进(S20)，并返回至初始动作(S11)。
图20为表示本发明另一实施例的微型机器人的电路部分构成的方框图。在本实施例中，输入输出控制部分54上还连接有蜂鸣器15。图21为表示该蜂鸣器15与输入输出控制部分54间关系的电路图。用于驱动蜂鸣器15的FET106、108、110、112呈H连接。这些FET106、108、110、112可内装在输入输出控制部分54中。在FET106、112或FET108、110被驱动时，将驱动蜂鸣器15发出蜂鸣声。
图22为表示用逆向并联连接的发光二极管114、116取代蜂鸣器15的实例的电路图。若采用按图示方式连接的发光二极管114、116，则可以用两根线分别单独点燃发光二极管114、116。图23为表示从FET106、108、110、112中流过的电流波形的脉冲波形图。在图示的区域A中，可看见发光二极管114和116交替点燃，而在区域B中可看见发光二极管114、116同时点燃。在区域C中，可看见，比如说发光二极管114被点燃。因此，可以适当控制与微型机器人的控制状态相应的发光二极管114、116，来向外部发送出相应的信息。
图24为表示发光二极管控制实例的流程图。在这里以检测到电源部分16为低电压为例进行说明。用CPU磁芯40在一定周期内获得电流部分16的电压VH(S21)，将其与基准电压Vr比较(S22)，若电源部分16的电压VH高于基准电压Vr时，则继续进行预定作业(如移动等等)(S23)。若电源部分16的电压VH低于基准电压Vr时，则以图23所示的脉冲波形图中的某种方式，向发光二极管114和116供给电流使其发光(S24)。而且，这种动作也同样适用于图21中的蜂鸣器15，当电源部分16的电压较低时可驱动蜂鸣器15发出蜂鸣音，以便从外部获知这种情况。操作者可根据这种点燃状态或蜂鸣音，获知电源部分16的电压较低，并得知这时已到了微型机器人的充电时期。
图25为表示图1所示微型机器人视觉部分的电路图。其中在端子VDD与端子OUT间接有光电传感器12A，在端子VDD与端子Vss间接有发光二极管12B，故可将这种光电传感器12A与发光二极管12B装入一个管壳中来使用。而且通过控制端子DUT和Vss的电位，可使其交替进行传感读取和发光。因此，该发光二极管12B亦适用于图24所示的控制方式，即可以使视觉部分同时具备受光和发光功能。
该实施例中的电机采用的是步进电机64、66、67，下面例举说明使用步进电机64、66、67的优点。
a)可以用程序步，即脉冲数来控制移动量，b)可以用程序步，即脉冲宽度来控制移动量，因而不需要改变电源部分16的电压，可用恒定电压进行控制，c)可以用程序步，即频率数来控制速度，因而不会受到电源部分16的电压影响。
图26为表示图3所示车轮36、38的另一构成实例的侧面图。该车轮120的外轮120由金属制作的蛇状轮叉部件122a、122b、122c支承。采用这种结构形式，可具有在强力作用下产生弹性变形而不会产生永久变形的优点。
下面说明用于收装上述微型机器人的收装箱。
图27为作为本发明一实施例的收装箱的平面图。图28～图34分别为沿图27中A-A线～G-G线剖开的剖面图。该收装箱200由箱主体201和用合叶203以可自由开关方式结合在该箱主体201上的盖202构成。其材质可任选，但是为了对微型机器人10进行静电保护，可选用具有导电性的材料。
在箱主体201上设置有该机器人10的两个收装部分204。还设置有可装入电池205的电池盒206，电池盒206与构成充电回路的基板207相连接。基板207配置在机器人收装部分204的下方，从而可使收装箱200小型化。用于向机器人10的蓄电池电源充电的电极208、209，平行设置在基板207上，且一个电极208与触觉部分的连接端子18之间而另一电极209与尾部的连线端子20之间，可分别通过下述的小盒进行连接。而且在基板207上还设置有开关210，后者带有用于电池检测的灯泡211。
而且，在箱主体201上还设置有用于灯泡等等机器人操作器具有212的收装部分213，以及电池214的收装部分215。
在各主要部分的总布置图中，可相对于箱主体201，分别将机器人收装部分204配置在右侧，电池盒206配置在左侧，基板207配置在机器人收装部分204的下方，开关210配置在右前侧，机器人操作器具212配置在前侧，从而使其布置紧凑，且取出、放入方便。而且，电池214的收装部分215也可以平行配置在机器人操作器具212斜下方。
下面详细说明各部分的构成。
(1)机器人收装部分在箱主体201的右侧。横向并排设置有两个机器人收装部分204，后者分别具有与机器人10的底部外形形状相适配的凹部216，且在中央部分还具有可放入车轮36、38的矩形凹部217。从而构成机器人10由凹部216的底面支承，且由矩形凹部217抑制车轮36、38离可(不使机器人10处于上浮状态)的结构构成。
在凹部216的周围还形成有圆形凸棱218，且在圆形凸棱218上设置有可放入连线端子18、20的沟槽219、220。221为用于确定后述的小盒位置的键。
(2)电池盒因机器人10的电力消耗极小，故两个单4型电池便可以使用很长时间。可将这两个单4型电池装入配置在箱主体201左侧的电池盒206中。电池205可以由箱主体201的内侧装入，并用公知方式安装有内盖。
(3)基板基板207可用由机器人收装部分204的支承台222下方突起设置的爪223支承。而且，在蓄电池检测用开关210的前方侧还设置有凹部224，以方便开关的操作。
形成在该基板207上的充电电路240和与其相连接的电源接通复位电路241的实例已由图35示出。该复位电路241可为内装在机器人主体侧的电路，也可设在设有连接端子的基板侧。
在图35中，242为与蓄电池检测用开关210连动的复位开关，当开关210被切换至灯泡211一侧时，复位开关242将同时切断充电电路240，以使机器人10的电源电路243短接。244为电容器，245为反相器，246为电阻器，247为门电路，248为内阻。灯泡211可采用发光二极管(LED)。
当机器人10被收装在其收装部分204中时，开关210和开关242分别位于图35所示的触点a、c侧，此时接通电源回路243并开始对机器人10的蓄电池电源16进行充电。因开始进行充电时，电阻器246的上接点为正电位，下接点为零电位，反相器245的输出为正电位，因而与门电路247的逻辑积为1，进而使机器人10的CPU磁芯复位。这就是说，利用该电源接通复位电路241可使CPU磁芯40在对机器人10开始充电时复位，从而可防止CPU磁芯40失控。而且，随着对电容器244的充电而使电阻器246的两接点达到相同正电位时，与门回路247一端相连接的反相器245将为负电位，从而使与门回路247的逻辑积为零，进而解除对CPU磁芯40的复位信号。
例如，当机器人10的动作不正常时，在需要确认该动作不正常的原因是电源电压不足还是机器人程序的问题的情况下，只要将机器人10收装在收装部分204中，并按前述方式对已经无电的电容器16进行充电并使CPU磁芯40复位，然后便可以根据机器人10的动作是否正常来判断究竟是哪一种原因。
随后，若需对电池205进行蓄电池检测，可将开关210切换至触点b侧，根据灯泡211的点燃状态来确认电池205的剩余电量。而且在开关210被切换至触点b侧的同时，复位开关242也被切换至触点d侧。这时电源回路243短接，由内阻248消耗蓄电池电源16的放电输出。当开关210返回至初始位置，复位电路241亦进行复位。
(4)小盒图36～图40示出了小盒230的结构构成。这种小盒230可呈圆形顶帽形，并可罩在呈收装状态的机器人10上。在其两侧分别具有装有磁石231的手捏部分232。因此，设置在基板207上的电极208、209应由磁性材料构成。机器人10的连线端子18、20亦可由具有能保持预定形状的弹性线材料构成。在小盒230的底面上，设置有确定位置用的、可与前述键221相嵌合的键槽233。小盒230的形状并不限于本实施例的样式，亦可以使用透明的塑料材料等等制作。
将机器人10头向上放入收装部分204中，使连接端子18、20分别位于电极208、209的位置上，然后将小盒230罩在机器人10上。因小盒230可以用磁石231挟持住连线端子18、20的方式吸附固定在磁性电极208、209上，故可以简单地将连线端子18、20分别与电极208、209相连接。也可以在电极208、209侧安装磁石，而在小盒230侧安装磁性体。
图41示出了小盒230的另一种固定方式。这种机械连接的可以拆装的固定组件，是在机器人收装部分204的周围设置若干个有弹性的爪235，在小盒230的外周设置有可与爪235相结合沟236。
在该小盒230罩在收容状态的机器人10上时，通过爪235与沟槽236的结合，而将小盒230固定在机器人收装部分204处。当然，此时仍用小盒230的下端面，将连线端子18、20分别挟持连接在电极208、209上。可以用手握住图中未示出的手捏部分，向上抬起小盒230。
(5)机器人操作器具和它的电池的收装部分机器人操作器具212沿纵向平行收装在箱主体201的前方侧(合叶侧)。电池214收装在设在操作器具收装部分213斜下方的电池收装部分215中。因用于使机器人10动作的光源可相当小，故可以用较小的灯泡构成机器人操作器具212。而且，通过调节集束光和散射光，还可以由远方控制一个机器人，从近处同时控制若干个机器人。
因为实施例中的收装箱200具有上述的结构构成，所以在机器人10的收装期间，电池盒206内的电池205的电力，将通过基板207上的充电电路240及电极208、209，再通过分别与电极208、209相连接的连线端子18、20，流入到机器人10的蓄电池电源16中，而对电源16常时间充电。因此，没必要对从收装部分204取出的机器人10进行其它方式的充电，即可直接使用。而且，仅仅将小盒230罩在处于收装状态的机器人10上。即可简单地使连线端子18、20分别与电极208、209相连接。而且由于复位电路241在开始充电时使机器人10的CPU磁芯40复位，故可以防止CPU磁芯40的失控。
机器人10及其操作所需的物品，即用作光源的操作器具212，电池205、214，基板207，蓄电池检测用的开关210等等，均以前述方式进行了合理的配置和收装，故可以方便将其取出、装入，从而可构成便携式的小型紧凑的收装箱200。
下面说明收装箱200所具有的除前述充电功能之外的其它功能。
作为一个实例，图42示出了具有可对机器人10发出指令的指令组件250的收装箱200。
该实施例是在箱主体201的电池盒设置有键盘251，在盖202上设置有监视器面板252。在监视器面板252上可给出用于对机器人10进行键盘指令控制的程序内容，以及内部电源电压等等信息。这样，并非必须使用灯泡212，也可以利用程序使机器人10动作。连接端子260为用于与外部专用计算机和外部存储装置等等装置之间接收、发送信号的端子，其可利用专用计算机按编制的程序从外部存储装置传入程序。
向机器人发送信号和由机器人收集信息的信息发送方式，可以是利用专用连接器的方式，如图43所示的是将AC信号叠加在电源线上的方式，亦可以为利用如图44所示的光电耦合、磁传感器等等的方式。在这里主要说明后两种情况。
图43为表示在电源线上叠加AC信号的方式的方框图。该操作电路253通过作为DC隔断组件的电容器254与收装箱200一侧的指令组件250和光电电路240相连接，且通过作为DC隔断组件的电容器255与充电电路240和机器人主体侧的CPU磁芯内的存储组件256相连接。在该图中略去了图35所示的电源接通复位电路241。
因此，若采用这种结构构成，便可以在电源线的AC信号上搭载信息信号，从而进行双向的信息发送接收。
图44示出了利用光电耦合器、磁传感器等等方法的示意图，图45为其电路图。在机器人主体设置有可兼用作光电传感器和LED的光电元件12(或是14，位于哪一方均可)，并使元件朝向设置在机器人收装部分204壁上的同样可兼用作光电传感器和LED和光电元件11。
若采用这种结构构成，当由指令组件250发送脉冲信号时，通过元件11相应于该指令信号断续发光和内装在机器人10视觉部分中的元件12(或14)对光的接收，便可以将该信息输入至CPU磁芯40。而当由机器人10向外输出其存储的信息时，可通过将开关257切换至信号传感侧，用类似方式读取内部信息。因此，在进行信息的接收发送时，机器人10的视觉部分会断续发光。
在本发明中，机器人10与基板208、209间的电连接，并不仅限于前述的用小盒230的磁石231将接线端子18、20挟持附着在电极208、209上的方式，也可以采用使机器人10的车轮和以其它形式的接连端子构成的电极进行摩擦接触的构成方式。重要的是在收装机器人10的同时，能够简单地形成电极间的连接。向这种机器人供给能量的能量供给组件，可以是接触式的，也可以是非接触式的。而且，在小盒内还可以设置有压住机器人10的头部的弹簧。
在此，机器人10是以其相应于光的感测而移动为例进行说明的，但它也以响应红外线或超声波作同样动作，当然需采用相应的操作器具。
还可以在基板207的适当部位，设置可表示电池剩余电量的数字显示部分，而且还可以利用收装箱的盖202来收存小工具和开关等等器件。
权利要求
1.微型机器人，它具有其检测区域至少部分重叠的两个传感器，可相互独立驱动的且其驱动点在与移动方向相垂直的方向上相分离的至少一对驱动部分，含有CPU且用于根据前述传感器的输出信号控制前述驱动部分的控制部分，具有可充电电池的、用于向前述传感器、前述驱动部分和前述控制部分供给电源电压的电源装置，用非接触方式由外部接受指令并向上述控制部分发送复位信号的复位电路。
2.微型机器人，它具有其检测区域至少部分重叠的两个传感器，可相互独立驱动的且其驱动点在与移动方向相垂直的方向上相互分离的至少一对驱动部分，含有CPU的、用于根据前述传感器的输出信号控制前述驱动部分的控制部分，具有可充电电池及调节该电池电源电压输出的电压调整电路的、用于向前述传感器、前述驱动部分和前述控制部分供给电源电压的电源装置，在起动时向控制部分供给电池输出电压和复位信号、且在经过预定时间后向控制部分供给用于取代电池输出电压的电压调整回路的输出电压同时解除复位信号的起动控制电路。
3.微型机器人，它具有其检测区域至少部分重叠的两个传感器，由线材构成的、其一端可绕作为支点的另一端转动的并可根据其动作状态检测出障碍物的障碍物传感器，可相互独立驱动的且其驱动在与移动向垂直的方向上相互分离的至少一对驱动装置，含有CPU的、用于根据前述两个传感器的输出信号控制前述驱动部分的、且当前述障碍物传感器检测出有障碍物时将在预定时间里反向驱动前述两驱动部分中的至少一个、然后再返回至常规动作的控制部分，具有可充电电池的、用于向前述传感器、前述驱动部分和前述控制部分供给电源电压的电源装置。
4.如权利要求1、2、3所述的微型机器人，还具有由前述控制部分控制的发声组件。
5.如权利要求1、2、3所述的微型机器人，还具有由前述控制部分控制的、反向并联连接的一对发光二极管。
6.如权利要求1、2、3所述的微型机器人，它的发光二极管与各传感器收装在同一壳体中，并配置在微型机器人的视觉位置处。
7.如权利要求1、2、3、4、5、6所述的微型机器人，其前述驱动部分具有由外轮和用于支承外轮的蛇形轮叉构成的车轮。
8.微型机器人的收装箱，它具有微型机器人的收装部分收装用于向前述微型机器人的电源充电的电池的电池盒，形成与前述电池盒相连接的充电回路的、具有向前述微型机器人供给能量的能量供给组件的、安装在箱主体上的基板，前述微型机器人的操作器具的收装部分。
9.如权利要求8所述的微型机器人的收装箱，它满足下述条件，即至少相对于前述箱主体，将机器人收装部分配置在其右侧，电池盒配置在其左侧，基板配置在前述机器人收装部分的下方，操作器具收装部分配置在其前方侧。
10.如权利要求9所述的微型机器人的收装箱，在前述基板上所设的、且用于连接前述微型机器人的电极之间设置有若干个前述机器人的收装部分。
11.如权利要求8所述的微型机器人的收装箱，还具有以可拆装方式压住前述一个微型机器人的一部分且固定在前述机器人收装部分上的小盒。
12.如权利要求11所述的微型机器人的收装箱，前述小盒具有可吸附在前述基板电极处的磁石，利用该磁石的吸附力可将前述微型机器人的连线端子挟持固定在前述电极处。
13.如权利要求8所述的微型机器人的收装箱，其前述箱主体还具有可相对于内装在前述微型机器人中的用于操纵该微型机器人动作的控制装置发送、接收信号的信号传输组件，具有至少可对前述微型机器人的控制进行指令操作的操作电路。
14.如权利要求13所述的微型机器人的收装箱，其前述操作电路包含有前述充电电路和用于使前述微型机器人控制装置复位的复位电路。
15.如权利要求14所述的微型机器人的收装箱，其前述复位电路内装在前述微型机器人中。
16.如权利要求8或14所述的微型机器人的收装箱，前述充电电路还具有蓄电池检测用开关，以及与该开关连动的、可使前述微型机器人的电源电路短接的复位开关。
全文摘要
不大于约1立方厘米的小型遥控型机器人，具有其检测区域至少部分重叠的两个受光传感器，可相互独立驱动的、其驱动点在与移动方向相垂直的方向上相互分离的至少一对驱动部分，含有CPU的、可根据光敏传感器的输出控制驱动部分的控制部分，具有可充电电池和可调节电池电压输出的电压调整回路的、可向光敏传感器、驱动部分和控制部分供给电源电压的电源装置，以及可以非接触方式由外部接收指令并向控制部分发送复位信号的复位电路。
文档编号G05D1/00GK1096888SQ9312143
公开日1994年12月28日 申请日期1993年11月20日 优先权日1992年11月20日
发明者宫泽修 申请人:精工爱普生株式会社