CN101733745B - 太阳能驱动的模块化移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械电子设备技术领域的太阳能驱动的模块化移动机器人，包括：太阳能模块、传感模块、控制模块、移动模块和机械手模块，其中：太阳能模块安装于传感模块上方，传感模块安装于控制模块上方，控制模块安装于移动模块上方，机械手模块安装于移动模块前端，太阳能模块与控制模块相连传输太阳能信息，传感模块与控制模块相连传输外部环境状态信息，控制模块分别与移动模块和机械手模块相连传输控制信息。本发明使用太阳能模块，可自主的从环境中提取能量，实现了能源自治；通过将机器人模块化，可实现移动机器人不同功能模块的快速组装、替换、维修与功能扩展，制造成本明显降低。

Description

太阳能驱动的模块化移动机器人

技术领域

本发明涉及的是一种机械电子设备技术领域的装置，具体是一种太阳能驱动的模块化移动机器人。

背景技术

随着社会的发展，机器人应用领域和范围正在不断扩展，从自动化生产线到海洋资源的探索乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。众多学者认为：在不久的将来，机器人主要用于个人服务，而不是用于工厂。全世界都对移动机器人进行了大量研究，但要让移动机器人成为真正有前途的商业化产品，还有许多问题有待研究。虽然已在许多场所开发出了大量移动机器人，但这些机器人特性各异，不能进行技术共享；每种机器人根据各自要求，从零构造。因此，此机器人几乎不能被扩展或应用到他机器人上，而且机器人不能满足不同使用者的要求。

经对现有技术的文献检索发现，罗成等人在《机电工程》，2009年第6期，P17-20，撰文“六足机器人模块化结构设计”，该文介绍了六足机器人模块化结构设计方案，并利用Solidworks完成了各模块及机器人的整体构型。但是，该机器人结构固定，属于六足结构，不能根据模块的不同而重组为不同结构的模块化机器人，其不能快速维修、更换，制造成本高。

对于模块化移动机器人，还需解决可携带能源的问题，目前普遍使用的蓄电池的体积与质量，相对其蓄电容量显得太大、太重。模块化移动机器人不但需要有效合理的利用其自身能源，而且能够从环境中提取能量，这是它能实现远程任务需要解决的关键技术之一。当前的机器人多是通过电缆或者各种充电电池提供能源，不具有自主从环境获取能量的能力。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足和缺陷，提供一种太阳能驱动的模块化移动机器人。本发明中的移动机器人采用模块化的结构和标准化的接口，达到降低移动机器人成本、便于维修、提高安全性的目标，并能通过自身的太阳能模块自主地从环境中获取能量，从而解决能源问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：太阳能模块、传感模块、控制模块、移动模块和机械手模块，其中：太阳能模块安装于传感模块上方，传感模块安装于控制模块上方，控制模块安装于移动模块上方，机械手模块安装于移动模块前端，太阳能模块与控制模块相连传输太阳能信息，传感模块与控制模块相连传输外部环境状态信息，控制模块分别与移动模块和机械手模块相连传输控制信息。

所述的太阳能模块包括：太阳能板、两个联轴器、两个电机、太阳倾角传感器和第一电机固定架，其中：太阳倾角传感器安装于太阳能板上，太阳倾角传感器与控制模块相连传输太阳能板相对太阳的位置信息，太阳能板的下表面与第一联轴器的一端相连，第一联轴器的另一端与第一电机相连，太阳能板与控制模块相连传输太阳能信息，第一电机固定在第一电机固定架上，第一电机固定架的下表面与第二联轴器的一端相连，第二联轴器的另一端与第二电机相连，第一电机和第二电机分别与控制模块相连传输控制信息。

所述的移动模块包括：移动模块壳体、两个驱动轮、两个联轴器、从动脚轮、两个驱动电机和开口，其中：两个驱动轮、两个联轴器和两个驱动电机安装于移动模块壳体下表面，第一驱动轮和第二驱动轮对称地安装在移动模块壳体底部的一侧，从动脚轮安装在移动模块壳体底部的另一侧的中心，第一驱动电机与第三联轴器的一端相连，第三联轴器的另一端与第一驱动轮相连，第二驱动电机与第四联轴器的一端相连，第四联轴器的另一端与第二驱动轮相连，第一驱动电机和第二驱动电机分别与控制模块相连传输控制信息，开口位于移动模块壳体的一个侧表面上，机械手模块固定在开口上。

所述的机械手模块包括：机械手爪、主电机和第五联轴器，其中：机械手爪的基础连杆的一端与第五联轴器的一端相连，第五联轴器的另一端与主电机相连，主电机固定在移动模块上，主电机与控制模块相连传输控制信息。

所述的机械手爪的基础连杆始端为L形或T形。

本发明中太阳能模块实时跟踪太阳，将收集的太阳能传给控制模块，为整个机器人提供能源；传感模块将获取的环境状态信息传输给控制模块进行处理，控制模块在处理后的信息基础上根据控制策略向移动模块或者机械手模块发出指令，使移动模块调整其运动状态或者启动机械手进行相应的操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：使用太阳能模块，可自主的从环境中提取能量，实现了能源自治；通过将机器人模块化，可实现移动机器人不同功能模块的快速组装、替换、维修与功能扩展，制造成本明显降低。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2本发明太阳能模块示意图；

图3本发明传感模块示意图；

图4本发明控制模块示意图；

图5本发明移动模块示意图；

图6本发明机械手模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本实施例包括：太阳能模块、传感模块、控制模块、移动模块和机械手模块，其中：太阳能模块通过机械接口安装于传感模块上方，传感模块通过机械接口安装于控制模块上方，控制模块通过机械接口安装于移动模块上方，机械手模块安装于移动模块前端，太阳能模块通过电气接口与控制模块相连传输太阳能信息，传感模块通过电气接口与控制模块相连传输环境状态信息，控制模块通过电气接口分别与移动模块和机械手模块相连传输控制信息。

如图2所示，所述的太阳能模块包括：太阳能板1、第一联轴器2、第二联轴器4、第一电机6、第二电机3、太阳倾角传感器和第一电机固定架5，其中：太阳倾角传感器安装于太阳能板1上，太阳倾角传感器通过电气接口与控制模块相连传输太阳能板1相对太阳的位置信息，太阳能板1的下表面与第一联轴器2的一端相连，第一联轴器2的另一端与第一电机6相连，太阳能板1与控制模块相连传输太阳能信息，第一电机6固定在第一电机固定架5上，第一电机固定架5的下表面与第二联轴器2的一端相连，第二联轴器2的另一端与第二电机3相连，第一电机6和第二电机3分别通过电气接口与控制模块相连传输控制信息，第一电机6和第二电机3共同实现太阳能板1的二自由度旋转。

如图3所示，所述的传感模块包括：传感模块壳体7、超声波传感器、双轴陀螺仪和方位角传感器，其中：超声波传感器、双轴陀螺仪和方位角传感器都位于传感模块壳体7内，超声波传感器与控制模块相连传输检测到的障碍信息，双轴陀螺仪与控制模块相连传输机器人自身的倾角信息，方位角传感器与控制模块相连传输机器人的方位信息，传感模块壳体7通过下表面的下接口8固定在控制模块上。

所述的方位角传感器的型号为ZCC212N-232。

如图4所示，所述的控制模块包括：蓄电池、主芯片、稳压芯片、电压转换芯片、放大电路、电机驱动芯片和控制模块壳体10，其中：蓄电池、主芯片、稳压芯片和电压转换芯片都位于控制模块壳体10内，控制模块壳体10通过上接口9与传感模块壳体7的下接口8相连，太阳能板1分别与蓄电池和稳压芯片相连传输太阳能，蓄电池与稳压芯片相连传输电能，稳压芯片与电压转换芯片相连传输稳压后的电能，电压转换芯片与主芯片相连传输电能，主芯片与放大电路相连传输电机控制信号，放大电路与电机驱动芯片相连传输电机控制信号，电机驱动芯片分别与移动模块、太阳能模块和机械手模块中的电机相连传输电机控制信号。

所述的蓄电池是电压12V容量2300mAh的锂电池组。

所述的主芯片是型号为TMS320F2810的DSP。

所述的稳压芯片的型号是LM2576-5.0。

所述的电压转换芯片包括：LM1117-1.8芯片和LM1117-3.3芯片。

所述的电机驱动芯片的型号是L298N。

如图5所示，所述的移动模块包括：移动模块壳体11、第一驱动轮12、第二驱动轮22、第三联轴器13、第四联轴器21、从动脚轮15、第一驱动电机14、第二驱动电机20和开口19，其中：第一驱动轮12、第二驱动轮22、第三联轴器13、第四联轴器21、第一驱动电机14和第二驱动电机20都安装在移动模块壳体11的下表面，第一驱动轮12和第二驱动轮22对称地安装在移动模块壳体11底部的一侧，从动脚轮15安装在移动模块壳体11底部的另一侧的中心，第一驱动电机14与第三联轴器13的一端相连，第三联轴器13的另一端与第一驱动轮12相连，第二驱动电机20与第四联轴器21的一端相连，第四联轴器21的另一端与第二驱动轮22相连，第一驱动电机14和第二驱动电机20分别与控制模块中的电机驱动芯片相连传输控制信息，开口19位于移动模块壳体11的一个侧表面上，机械手模块固定在开口19上。

所述的移动模块通过第一驱动轮12和第二驱动轮22之间的差速实现转向运动。

所述的从动脚轮15具有两个自由度，在摩擦作用下可以自动适应转动方向。

如图6所示，所述的机械手模块包括：机械手爪16、主电机18和第五联轴器17，其中：机械手爪16的基础连杆的一端与第五联轴器17的一端相连，第五联轴器17的另一端与主电机18相连，主电机18固定在移动模块的开口上，主电机18与控制模块中的电机驱动芯片相连传输控制信息。

所述的机械手爪16的基础连杆始端为L形。

本实施例的工作过程：太阳能模块实时跟踪太阳，将收集的太阳能转化为电能传给控制模块，太阳能充足时由太阳能板1直接供电并将多余的电能存入控制模块的蓄电池中，太阳能不足时由电路控制切换为蓄电池供电；传感模块将获取的障碍信息、机器人自身的倾角和方位信息传输给控制模块进行处理；控制模块在处理后的信息基础上根据控制策略向移动模块或者机械手模块发出指令，使移动模块调整其运动状态或者驱动机械手爪16的基础连杆作竖直面内的旋转运动，实现机械手爪16举起或放下物体。

本实施例的优点：使用太阳能模块，可自主的从环境中提取能量，实现了能源自治；通过将机器人模块化，可实现移动机器人不同功能模块的快速组装、替换、维修与功能扩展，制造成本明显降低。

Claims (4)

1.一种太阳能驱动的模块化移动机器人，其特征在于，包括：太阳能模块、传感模块、控制模块、移动模块和机械手模块，其中：太阳能模块安装于传感模块上方，传感模块安装于控制模块上方，控制模块安装于移动模块上方，机械手模块安装于移动模块前端，太阳能模块与控制模块相连传输太阳能信息，传感模块与控制模块相连传输外部环境状态信息，控制模块分别与移动模块和机械手模块相连传输控制信息；

所述的太阳能模块包括：太阳能板、两个联轴器、两个电机、太阳倾角传感器和第一电机固定架，其中：太阳倾角传感器安装于太阳能板上，太阳倾角传感器与控制模块相连传输太阳能板相对太阳的位置信息，太阳能板的下表面与第一联轴器的一端相连，第一联轴器的另一端与第一电机相连，太阳能板与控制模块相连传输太阳能信息，第一电机固定在第一电机固定架上，第一电机固定架的下表面与第二联轴器的一端相连，第二联轴器的另一端与第二电机相连，第一电机和第二电机分别与控制模块相连传输控制信息。

2.根据权利要求1所述的太阳能驱动的模块化移动机器人，其特征是，所述的移动模块包括：移动模块壳体、两个驱动轮、两个联轴器、从动脚轮、两个驱动电机和开口，其中：两个驱动轮、两个联轴器和两个驱动电机安装于移动模块壳体下表面，第一驱动轮和第二驱动轮对称地安装在移动模块壳体底部的一侧，从动脚轮安装在移动模块壳体底部的另一侧的中心，第一驱动电机与第三联轴器的一端相连，第三联轴器的另一端与第一驱动轮相连，第二驱动电机与第四联轴器的一端相连，第四联轴器的另一端与第二驱动轮相连，第一驱动电机和第二驱动电机分别与控制模块相连传输控制信息，开口位于移动模块壳体的一个侧表面上，机械手模块固定在开口上。

3.根据权利要求1所述的太阳能驱动的模块化移动机器人，其特征是，所述的机械手模块包括：机械手爪、主电机和第五联轴器，其中：机械手爪的基础连杆的一端与第五联轴器的一端相连，第五联轴器的另一端与主电机相连，主电机固定在移动模块上，主电机与控制模块相连传输控制信息。

4.根据权利要求3所述的太阳能驱动的模块化移动机器人，其特征是，所述的机械手爪的基础连杆始端为L形或T形。

Images