一种机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人。

背景技术：

目前，聊天机器人的研究大部分基于语音识别，实现机器与人的对话，但机器人却没有除了声音之外的其他回应，或者只是简单的灯光回应，其拟人化程度较低，无法提起人与机器人交流的兴趣。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机器人，所述机器人能够完成与人的聊天功能，还能显示模拟人类的眼睛与人眼睛晃动的动作，使得机器人的拟人化程度更高。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种机器人，包括身体和安装在身体上的头部，安装在头部作为机器人眼睛的两个显示屏与显示屏传动连接并用于驱动显示屏动作的眼部舵机，与安装在身体的控制终端、扬声器模块和控制器；所述显示屏、眼部舵机、控制终端、扬声器模块与所述控制器电连接；所述控制终端与所述控制器通信连接；所述控制器用于接收控制终端的语音文本信息，处理并转发所述语音文本信息至所述扬声器模块进行播报；所述控制器还用于根据预设的模式控制所述显示屏切换其显示的图像和调整眼部舵机转动的角度，以模拟眼睛转动和晃动。

相较于现有技术，本发明的机器人通过设置作为机器人眼睛的两个显示屏模拟相似人的眼睛，通过眼部舵机驱动显示屏动作模拟人的眼睛晃动，通过语音聊天模块实现人与机器人的语音聊天，从而使得该机器人在实现与人的聊天交互功能之外，更加拟人化，提高机器人与人之间的交互性，给人带来更好的用户体验。

进一步地，所述身体包括躯体、大腿支架、小腿支架、脚掌支架、用于连接躯干和大腿支架的大腿舵机，用于连接大腿支架和小腿支架的小腿舵机和用于连接小腿支架和脚掌支架的踝关节舵机；所述所述大腿舵机、小腿舵机和踝关节舵机包括舵机连接件，设置在其内部的电机和动作控制电路，以及与电机输出轴转动连接的舵盘；所述舵机连接件与舵盘通过螺丝连接；所述舵机连接件分别与所述躯干、大腿支架和小腿支架固定；所述动作控制电路与所述控制器连接；所述控制器用于接收控制终端的动作指令，处理动作指令并驱动所述动作控制电路控制所述大腿舵机、小腿舵机和踝关节舵机转动相应的角度。

由上述技术方案可得，通过动作控制电路控制大腿舵机、小腿舵机和踝关节舵机的转动实现机器人的行走动作以及舞蹈等功能。

进一步地，所述控制终端为一移动终端或者pc端，用于向所述控制器发送信息；

所述控制终端提供方向球控件，用于在所述方向球控件被拖动时，向所述控制器发送动作指令；

提供多个动作控件，所述动作控件包括立正、前进、后退、前空翻、后空翻和跳舞控件；

提供话筒控件，用于获取用户语音，识别用户语音转化为语音文本信息，并向所述控制器发送语音文本信息。

进一步地，包括蓝牙模块，所述蓝牙模块与所述控制器电连接；所述控制器通过所述蓝牙模块与所述控制终端通信连接。

进一步地，所述控制器还用于在接收到所述控制终端的信息时，先判断该信息是动作指令还是语音文本信息。

进一步地，当所述信息为动作指令信息时，所述控制器用于计算动作指令的值并根据动作指令的值发送相应的控制信号至动作控制电路；

所述动作控制电路用于接收所述控制信号，并提取控制信号中所述大腿舵机、小腿舵机和踝关节舵机的角度信息和动作持续时间，驱动所述大腿舵机、小腿舵机和踝关节舵机按照所述角度信息和动作持续时间运行。

进一步地，当所述信息为语音文本信息，所述控制器用于识别所述语音文本信息是否包含与动作指令对应的关键词；

若是，所述控制器用于计算与关键词对应的动作指令的值并根据该动作指令的值控制关节舵机的动作。

若否，所述控制器用于根据语音文本信息构建标准语音帧，将所述标准语音帧发送至扬声器进行播报。

进一步地，所述动作控制电路包括动作控制芯片和存储芯片，所述存储电路与所述动作控制芯片连接；所述动作控制芯片与所述控制器串口通信；所述存储芯片用于存储控制所述大腿舵机、小腿舵机和踝关节舵机的动作指令。

进一步地，所述控制器包括定时器；

所述控制器用于根据定时器自增模式，每到达一预设的定时器阈值区间即控制显示屏切换图像和调整眼部舵机角度；

所述控制器用于当定时器的值到达预设的定时器最大值时，将定时器清零并控制定时器重新开始自增。

进一步地，所述控制器为stm32f103c8t6。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明的机器人的结构示意图；

图2是本发明的机器人的控制芯片及其最小系统电路图；

图3是本发明的机器人眼睛及眼部舵机控制电路图；

图4是本发明的机器人动作控制下位机的电路图；

图5是本发明的蓝牙模块和扬声器模块的电路图；

图6是本发明的电源电路图；

图7是本发明的手机app界面图；

图8是本发明的串口中断子程序图；

图9是本发明的语音文本信息播报mcu子程序图；

图10是本发明的处理动作指令及发送控制指令给动作控制芯片的mcu子程序图；

图11是本发明的机器人动作控制的mcu子程序图；

图12是本发明的眼睛动作和眼部舵机mcu子程序图。

具体实施方式

目前能与人聊天已经是机器人领域的一种十分普遍的功能，而除了聊天之外机器人能够给予人的反馈十分有限，现有技术中较多是采用灯光或者声音的大小，语调的高低给予人们更好的聊天感受，即便如此，机器人拟人化程度还是不够高，与人之间的交互性较差。基于此，本发明提出一种机器人，一方面通过控制终端、扬声器模块实现人与机器人的语音聊天，另一方面过设置作为机器人眼睛的两个显示屏模拟相似人的眼睛，并通过眼部舵机驱动显示屏动作模拟人的眼睛晃动，从而使得该机器人在实现与人的聊天交互功能之外，更加拟人化，提高机器人与人之间的交互性，给人带来更好的用户体验。

请参阅图1，其为本发明的机器人的结构示意图，本发明所述的机器人分为头部a和身体b，所述头部a包括显示屏1和与显示屏1传动连接并用于驱动显示屏1动作的眼部舵机2，所述机器人的身体b包括躯体3、大腿支架4、小腿支架5、脚掌支架6、用于连接躯干3和大腿支架4的大腿舵机7，用于连接大腿支架4和小腿支架5的小腿舵机8和用于连接小腿支架5和脚掌支架6的踝关节舵机9。其中，所述躯体3可以为两块平板，可采用金属材质或塑料材质，可以通过螺丝将头部的显示屏1、眼部舵机2固定，并且进一步地，在所述躯体3两端还固定着扬声器模块10和蓝牙模块11。

请同时参阅图2～6，其示出了通过单片机系统实现本发明的一种电路实施方式。

所述控制器可以采用stm32f103c8t6型号，图2示出了控制芯片的最小系统电路。

所述显示屏1可以为oled显示屏，显示的图像包括眼睛在不同位置的图像，例如眼睛居中的图像、眼睛偏左的图像、眼睛偏右的图像。

所述眼部舵机2类似所述大腿舵机7、小腿舵机8和踝关节舵机9，其包括与显示屏1进行固定的舵机安装部，设置在其内部的电机和动作控制电路，以及与电机转动连接的舵盘，由所述控制器控制。所述眼部舵机2与显示屏1传动连接，用于控制整个显示屏1的上下左右移动，使得机器人显得更加灵活、有趣，拟人化程度更高。

具体地，所述眼部舵机2与显示屏1成对分左右配合使用，所述显示屏1可与stm32f103c8t6的pb12、pb13、pb14、pb15输出管脚连接。所述眼部舵机2可由主控芯片stm32f103c8t6的pb4、pb5管脚控制。

所述大腿支架4、小腿支架5和脚掌支架6可以采用钣金件或者塑料制品，所述大腿支架4和小腿支架5为长条状，所述脚掌支架6为倒t形。

请继续参阅图1，所述大腿舵机7、小腿舵机8和踝关节舵机9包括舵机连接件71,81,91，设置在其内部的电机和动作控制电路，以及与电机输出轴转动连接的舵盘72,82,92；所述舵机连接件71,81,91与舵盘72,82,92通过螺丝连接；所述舵机连接件分别与所述躯干3、大腿支架4和小腿支架5固定，可以采用螺丝固定。并且所述大腿舵机7、小腿舵机8只能进行前进或者后退一个自由度的转动，所述踝关节舵机9能够进行左右和前后两个自由度的转动。所述动作控制电路与所述控制器连接。所述动作控制电路包括动作控制芯片stc15w4k16s4和存储芯片。所述动作控制电路stc15w4k16s4通过串口电平转换芯片ch340g与作为上位机的stm32f103c8t6、pc端进行串口通信。所述存储芯片为w25q64，用于保存控制所述大腿舵机7、小腿舵机8和踝关节舵机9的动作组指令。所述大腿舵机7、小腿舵机8和踝关节舵机9左右成对，数量为6个，主要为配合机器人动作控制电路，完成机器人行走、弯腰、翻跟斗等各种动作。所述大腿舵机7、小腿舵机8和踝关节舵机9的转动由stc15w4k16s4单片机的p1.7、p5.4、p5.5、p3.2、p3.5、p3.6口进行驱动控制。

请参阅图6，上述控制器及其最小系统、显示屏1及眼部舵机2动作控制电路、机器人动作控制电路的运行需要稳定的不同电压的电源，由此本发明的电源电路主要由ams1117-3.3、ams1117-5.3稳压芯片和二极管、电容等构成，以提供3.3v和5v的电源电压。其中，c1和c2、c5和c6为整流电容，其作用是防止断电后出现电压倒置；c3和c4、c7和c8为滤波电容，其作用是抑制自激振荡。机器人电源的锂电池电压为9v，所以需要稳压芯片电路进行电压转化以满足不同芯片的工作需求。

为了实现对机器人各个部分的控制，本机器人还包括一控制终端，该控制终端可以为移动终端或者pc端，当控制终端为移动终端时，可以是手机、ipad等智能设备。请参阅图7，当控制终端选用移动终端时，提供一专用的app，通过移动终端的蓝牙模块实现与机器人上的蓝牙模块11进行连接，通过在手机app界面上进行动作指令的下发与语音文本信息的交流，实现机器人的聊天和舞蹈功能。所述蓝牙模块11与所述控制器电连接，与控制芯片stm32f103c8t6的串口1进行通信；所述控制器通过所述蓝牙模块11与所述控制终端通信连接。所述手机app界面上包括方向球控件，用于控制机器人根据方向球拖动的方向向前、向后、向左、向右动作；还包括动作控件，所述动作控件包括立正、前进、后退、前空翻、后空翻和跳舞控件；还包括话筒控件，用于获取用户语音，识别用户语音转化为语音文本信息，并向所述控制器发送语音文本信息。

所述扬声器模块11与所述控制芯片的输出管脚连接，与控制芯片stm32f103c8t6的串口3进行信号交互。

以下详细说明控制器和动作控制电路的控制逻辑：

首先，所述控制终端作为控制机器人的终端控制器，用于向所述控制器发送信息，控制的方式包括以下3种：

所述控制终端提供方向球控件，用于在所述方向球控件被拖动时，向所述控制器发送动作指令；

提供多个动作控件，所述动作控件包括立正、前进、后退、前空翻、后空翻和跳舞控件；

提供话筒控件，用于获取用户语音，识别用户语音转化为语音文本信息，并向所述控制器发送语音文本信息。

所述控制器作为与控制终端交互的器件，通过蓝牙模块11与控制终端建立通信连接。

所述控制器用于在接收到所述控制终端的信息时，先判断该信息是动作指令还是语音文本信息。在一个可选的实施方式中，由于在本发明中，控制器采用单片机，并且采用串口通信的方式，上述的“所述控制器用于在接收到所述控制终端的信息时，先判断该信息是动作指令还是语音文本信息”就是通过调用串口中断处理子程序来实现。请参阅图8，在控制器stm32f103c8t6串口接收到所述控制终端发送的信息的第一个字节的时候，根据控制器预设的通信协议，判断该字节是否为协议的起始帧，例如预设0x5a为动作指令的起始帧，0xfe为语音文本信息的起始帧。当该字节为0x5a，则接收8个字节数据，并存入动作指令数组res[]之中；该动作指令缓存数组res[]的各个元素的含义可以定义为：

{0x5a,0x5a,0x02,0x01,0x00,0x00,0x96,0x96}；

对应于帧头，帧头，动作组序号，运行次数，左眼参数，右眼参数，左眼舵机1参数，右眼舵机2参数。

当该字节为0xfe，连接接收数据直至接收到结束帧0xfd，并将接收到的数据存入hanzi[]数组并获取累加数据长度存入cnt。

所述控制器用于接收控制终端的语音文本信息，处理并转发所述语音文本信息至所述扬声器模块进行播报。具体地，当所述信息为语音文本信息，所述控制器用于识别所述语音文本信息是否包含与动作指令对应的关键词；若是，所述控制器用于计算与关键词对应的动作指令的值并根据该动作指令的值控制关节舵机的动作。若否，所述控制器用于根据语音文本信息构建标准语音帧，将所述标准语音帧发送至扬声器进行播报。

在一个可选的实施方式中，请参阅图9，处理语音文本信息包括识别其中的关键词，如“前进”“后退”，与动作指令有关的，转化为对应的动作指令，控制机器人按照动作指令的处理方式进行处理。对于用于聊天的语音文本信息，则在移动终端调用科大讯飞语记程序对用户的语音进行识别，返回识别后的语音文本信息，本发明是对识别后的语音文本信息通过手机网络发送给图灵机器人服务器获得应答信息，再将应答信息通过蓝牙模块11发给机器人的控制器，所述控制器再将应答信息转化为标准语音帧，最后通过扬声器模块10进行播报。

所述控制器还用于接收控制终端的动作指令，处理动作指令并驱动所述动作控制电路控制所述大腿舵机、小腿舵机和踝关节舵机转动相应的角度。具体地，当所述信息为动作指令信息时，所述控制器用于计算动作指令的值并根据动作指令的值发送相应的控制信号至动作控制电路；所述动作控制电路用于接收所述控制信号，并提取控制信号中所述大腿舵机、小腿舵机和踝关节舵机的角度信息和动作持续时间，驱动所述大腿舵机、小腿舵机和踝关节舵机按照所述角度信息和动作持续时间运行。

在一个可选的实施方式中，请参阅10，采用上述控制器stm32f103c8t6通过调用处理动作指令及发送控制指令给动作控制芯片的mcu子程序来实现上述控制器逻辑。计算动作指令的值即计算动作指令数组中元素res[2]的值，例如当值为0时，发送复位指令串的控制指令至机器人动作控制芯片，例如当值为1时，发送前进及步数指令串的控制信号给机器人动作控制芯片……该值与控制指令的设定可以根据使用者需要进行设定。

涉及所述动作控制电路根据控制指令控制所述大腿舵机7、小腿舵机8、踝关节舵机9或者眼部舵机2的运行，具体而言，通过本发明的动作控制芯片stc15w4k16s4实现时，请参阅图11，动作控制芯片stc15w4k16s4通过串口通讯中断进行控制指令的接收，按照预设的通讯协议接收和判别，例如判别为控制动作指令，则提取控制指令中6个关节舵机的角度数据，按数据控制6个关节舵机转动对应的角度；再如为运行已存动作组指令，提取信息中的序号和次数，按照序号到相存储芯片w25q64中对应地址的eeprom中读取该动作组数据，并按该数据控制机器人运行，次数为重复运行该动作组次……该通讯协议也可根据用户需要自行设定，不作为对本发明的限制。

所述控制器用于根据预设的模式控制所述显示屏切换其显示的图像和调整眼部舵机转动的角度，以模拟眼睛转动和晃动。具体地，所述控制器包括定时器；所述控制器用于根据定时器自增模式，每到达一预设的定时器阈值区间即控制显示屏切换图像和调整眼部舵机角度；所述控制器用于当定时器的值到达预设的定时器最大值时，将定时器清零并控制定时器重新开始自增。

在一个可选的实施方式中，请参阅图12，采用控制芯片内部的定时器2进行定时器中断，0.4s触发一次，每触发一次变量times值加1以times值作为定时器阈值，控制显示屏图像切换时，可选为当times小于等于8时，眼睛图片不切换；当9≤times≥12，times有自增1，切换一组图像(左)，完成眼睛左边转动动作；当13≤times≥20，图片不切换；当21≤times≥24，times有自增1，切换一组图像(右)，完成眼睛左边转动动作；当times≥25，times值清零循环重新开始。眼部舵机的控制模式与此类似，请参阅图12，此处不再赘述。

相较于现有技术，本发明的机器人通过判断控制终端发送的信息为动作指令还是语音文本信息，一方面控制控制机器人与人进行语音交流，另一方面可以控制机器人进行各种动作，如前进，后退，舞蹈等，功能多样，提高机器人与人之间的交互性；此外，还通过预设的模式切换显示屏的图像和调整眼部舵机角度，模拟人的眼睛和眼睛晃动的动作，使得机器人的拟人化程度更高。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。