[发明专利]一种绘画和写字玩具装置和系统

说明书

本发明提供的一种绘画和写字玩具装置和系统，其特征在于，包括行走模块、光流定位传感器、绘画笔模块和控制模块，并且控制模块分别连接到所述的行走模块、光流定位传感器、绘画笔模块，其中行走模块接受控制模块的指令，在作业面内产生平动位移和作业面法线方向的角位移；光流定位传感器采集在作业面内的定位数据，并传输到控制模块作为反馈测量值，其与作为参考值的绘画和写字的轨迹数据相数学运算以产生控制误差值，再经所述的控制模块输出操作所述行走模块的指令；绘画笔模块接受控制模块的指令，产生抬笔和落笔动作，即降低了玩具装置成本和技术难度，又提高了绘图效率，同时可以把绘画和写字两种玩具合二为一，取得了多者兼顾的有益效果。

技术领域

本发明涉及玩具领域的一种绘画和写字玩具装置和系统。

背景技术

现有的绘画或写字玩具技术方案，均有共同的技术特征，其一，装置的一端相对于作业面静止，其二，采用连杆式或关节式机械臂子系统，绘图笔安装在机械臂上，通过机械臂带动绘图笔在作业面上绘制轨迹，其需要对绘图笔端的空间位置进行正反向解析和路径规划的控制算法运算，前者避免了定位的必要性，而后者导致成本高和控制技术难度高的技术缺陷和不足。此外，由于机械臂子系统的运动学限制，机械臂在作业面的绘图范围受限，不能覆盖全部绘图区域，纸张浪费率高，而导致绘图效率低，因此有必要提出一种绘画和写字玩具装置和系统。

为了降低成本和避免绘图效率低的技术缺陷，本发明提供的装置摒弃机械臂子系统方案，采用玩具装置整体在作业面内移动，拖动绘图笔在作业面内绘制出轨迹的技术方案，但是玩具装置在作业面内的定位和姿态的控制和反馈测量，将会成为突出的技术必要性。

另一方面，光流的概念是Gibson在1950年首先提出来的。它是空间运动物体在观察成像平面上的像素运动的瞬时速度，是利用图像序列中像素在时间域上的变化以及相邻帧之间的相关性来找到上一帧跟当前帧之间存在的对应关系，从而计算出相邻帧之间物体的运动信息的一种方法。一般而言，光流是由于场景中前景目标本身的移动、相机的运动，或者两者的共同运动所产生的。

现代光电鼠标是光流技术在电脑外设领域的一种广泛而成功的应用，其主要包括光学导航引擎、光源和透镜组，其中光学导航引擎包括一个光电传感器（实际上是一个微型低分辨率摄像头，例如20x20像素）来采集鼠标在物体表面上的移动方位。它使用LED(发光二极管)或激光作为光源，将光束照射到下方的表面，在被光电传感器接收之前进行反射和微调。塑料透镜组收集反射的光，并在光电传感器上形成图像。这种图像是一种很小的鼠标操作表面的黑白照片。当鼠标移动时，传感器会连续拍照。传感器会快速地拍照（速度高达每秒1500张照片或更快），拍照速度要足够快，以便让连续的照片重叠起来，剩下的工作由光学导航引擎所包括的DSP单元负责。光学导航引擎通过一种专有的图像处理算法，识别捕获照片之间的共同特征并确定它们之间的距离。然后将这些信息转换为X和Y坐标，以指示鼠标的移动。

可以理解的是，人们常常把用LED做光源的鼠标称作光电鼠标或光学鼠标，用激光做光源的鼠标称作激光鼠标。如果按照机械鼠标和光电鼠标的分类，其实激光鼠标也是光电鼠标。

此外，在作业面内，绘画和写字玩具装置具有作业面内的2个平动位移自由度（X，Y）和作业面法线方向的1个角位移自由度（θ），前者表达了装置在作业面内的位置，而后者表达了装置在作业面内的姿态。

综上所述，用于玩具领域的绘画和写字装置，成本是商业核心竞争力，为降低成本、控制技术难度和提高绘图效率，如果摒弃连杆式或关节式机械臂子系统，而由此导致的定位的必要性需求，可以通过与光电鼠标的光流技术提供，其采用光学导航引擎、光源和透镜组组成光流定位传感器，而提出一种绘画和写字玩具装置和系统。

可以理解的是，多个（大于或等于2个）光流定位传感器分布安装在玩具装置的不同位置，以任意2个为一组可以获得装置在作业面法线方向的角位移（θ），也即获得装置在作业面内的姿态。

发明内容