CN104175315A - 移动机器人载运的节点自动投放装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动机器人载运的节点自动投放装置，由控制部分和机械部分组成。控制部分包括主控制器、串口通信模块、拨码开关、左右两路舵机模块、电源模块。机械部分包括节点储存仓、曲柄滑块机构、缓冲橡胶片、节点滑道及支架等部分。整个投放装置由两个独立的投放机构构成，形状呈“口”字状，倾斜安装于机器人上。该装置通过串口通信模块接收外部发送的投放指令，通过控制器控制左舵机或右舵机模块旋转，带动曲柄滑块结构进行动作完成节点投放。本发明可实现无线传感器网络节点的定点按序的准确投放，适合于进行大范围的无线传感器网络部署，更好地辅助机器人完成未知环境的探测和监控，具有重要的应用价值。

Description

移动机器人载运的节点自动投放装置

技术领域

本发明涉及自动控制领域、电子技术领域、无线通信领域，具体涉及一种移动机器人载运的节点自动投放装置。

背景技术

近年来，救援和探测机器人是当今国内外的研究热点之一。对未知环境的探索和实时监测，成为了该领域研究的热点和难点。无线传感器网络作为一种新兴的先进技术，具有体积小、成本低、可感知周围复杂环境等优点，被广泛地应用于军事、医疗、灾难救援和环境检测等各种领域。基于传感器网络的探测和实时监控技术备受推崇，而传感器网络节点的部署问题是该项技术的核心问题之一。目前已有的无线传感器网络部署多为事先人为设置的，在实际应用当中如灾难救援、军事及环境勘测等领域，由于环境较恶劣危险而可行性较低，因此需要机器人进入危险环境承担节点自动部署的工作。现有的机器人载节点部署装置大多比较复杂，加工难度较大，控制比较繁杂，且携带节点的个数极其有限，极大限制了节点部署的距离和范围。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种安装于机器人上的无线传感器网络节点投放装置，该装置加工简单、安装方便、可携带节点较多且便于控制，可实现传感器网络节点的定点按序地准确投放，可以很好地辅助机器人完成远距离大范围探测和环境监控等工作。

本发明的技术方案是：移动机器人载运的节点自动投放装置，由控制部分和机械部分组成。机械部分由节点储存仓、曲柄滑块机构、缓冲橡胶片、节点滑道及支架等部件构成。控制部分由主控制器、串口通信模块、拨码开关、电源模块和舵机模块构成。

整个节点投放装置的机械结构成“口”字形，倾斜安装于移动机器人的左右两侧（以前进方向为正面）。节点投放装置通过前固定板和后拉杆与机器人相连接。装置两侧各有一套对称于另一侧的独立投放机构。所述投放机构由长直角支撑架、节点存储仓、曲柄滑块机构、舵机、节点滑道及缓冲橡胶片构成。

所述的长直角支撑架连接于前固定板和尾部的节点弹道之间，起连接和支撑作用。

所述节点存储仓呈上粗下细的管状，通过管卡固定与长直角支撑架上，用于存储准备投放的节点及充当节点滑道。整个存储仓与水平面（地面）保持一定的角度，使节点能够依靠自身重力顺利下滑。同时选用的存储仓上粗下细，便于扩展延长。

所述节点滑道固定于装置尾部，垂直于存储仓。滑道呈角形，分为滑道面板和节点挡板。滑道面板位于节点存储仓下出口和节点挡板之间，宽度为一个节点距离，是节点投放出去的轨道。

所述曲柄滑块机构沿滑道方向固定于滑道的面板上，所述曲柄滑块结构的曲柄连接于舵机的轴，将舵机轴的旋转运动转化为滑块沿滑道方向的运动，用于将节点推出滑道。

所述缓冲橡胶片固定于长直角支撑架的尾部，用于节点被推出滑道时的姿态修正和速度缓冲。

所述装置的机械部分可通过改变前固定板和尾部节点滑道的长度来调整宽度，通过改变长直角支撑架的长度和与地面的角度来改变装置的长度和高度。

所述投放装置的控制部分通过拨码开关设置左、右存储仓可容纳的节点个数，通过串口模块接受外部输入的投放指令，由控制器输出周期为18ms-20ms、占空比为5.6%-10%的脉冲宽度调制(PWM)信号，来控制舵机带动曲柄滑块的曲柄在一定角度内进行旋转，通过连杆传递推动滑块做直线往复运动，从而完成节点投放动作。

所述电源模块分别与主控制器、串口通信模块和舵机相连，用于给这些模块分别供电。

优选地，所述控制器具备2路以上脉冲宽度调制(PWM)信号输出、1个以上串口及10个以上的通用输入/输出（GPIO）引脚。

优选地，所述曲柄滑块的曲柄和连杆的设计长度，应保证滑块的水平运动距离大于一个节点宽度。

优选地，节点存储仓与水平地面构成的夹角为30-60度之间。

本发明的优点与积极效果是：

（1）本发明可自动对传感器网络节点实施定点按序的精确投放；

（2）本发明安装于机器人的两侧，克服了已往的装置安装于机器人尾部、容易增加机器人较大空间浪费的缺点；

（3）本发明可携带大量的传感器网络节点，辅助机器人完成较大范围的传感器网络部署与构建，可以很好地获取目标环境的多种数据信息，具有极大应用价值；

（4）本发明结构简单，加工简便，控制简单。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2 为投放执行机构示意图；

图3 为控制系统的结构框图；

图4为投放机构投放节点的局部过程图。

图中1.固定前面板，2. 节点存储仓，3. 长直角支撑架，4. 缓冲橡胶片，5.滑道，6.舵机，7.曲柄滑块机构，8.拉杆，9.传感器网络节点。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明所述的移动机器人载运的节点自动投放装置，倾斜安装于机器人两侧。两侧是两个相互对称相互独立的节点投放机构，两个投放机构的头部和尾部通过固定前面板1和滑道5连接。所述的固定前面板1 位于装置的头部，用于固定于机器人的前端。所述的滑道5位于装置的尾部，上端连接于拉杆8。所述拉杆8用于固定于机器人的后端。固定前面板1和滑道5通过长直角支撑架3相互连接，构成了装置“口”字形的基本支架。

所述装置可通过调节固定前面板1和滑道5的长度来调节装置的宽度。

所述装置的投放机构包括节点存储仓2、曲柄滑块机构7、滑道5和舵机6构成。所述的节点存储仓2位于滑道5的上方，通过管卡固定于长直角支撑架3上。所述节点存储仓2，为上粗下细的管状，方便节点存储仓2的扩展延长，以容纳更多的传感器网络节点9。所述的节点存储仓2与水平地面夹角为锐角，优选地，夹角设置为30度到60度之内。左右侧节点存储仓2中共存放有六个待投放传感器网络节点9 。

需要说明的是节点存储仓2中所储存的无线传感器网络节点9数量并不限于6个，也可以是更多个。并且装置可投放的传感器网络节点9并非局限于椭球状，可以是正方体、长方体及其它不规则形状。节点存储仓2管径的选择应考虑投放对象的具体情况，选择原则为最小管径应大于投放对象的最大外径。

参见图1和图2，所述的曲柄滑块7，固定于滑道5上，由曲柄、连杆、滑块和机架组成。所述曲柄滑块的曲柄固定于舵机6轴上，机架固定于滑道5上，连杆连接在曲柄和滑块之间。当舵机轴转动时，带动曲柄转动一定角度，通过连杆，推动滑块在机架中做平行于滑道的水平运动，从而将节点9推出滑道，完成投放动作。

所述的缓冲橡胶片4呈长方形，一端安装于长直角支撑架3的外侧，位于节点存储仓2的节点出口处，用于节点9被推出滑道时姿态的修正和速度的缓冲，使节点可以准确地投放于滑道5的出口处。

所述的舵机6安装于滑道5的中间侧，转轴与曲柄滑块机构7的曲柄连接。所述舵机6通过控制线与控制器103相连，接收控制器103发送的周期为18ms-20ms占空比为5.6%-10%的脉冲宽度调制(PWM)信号，在180度的范围内进行给定角度的转动，带动曲柄滑块结构7完成节点投放动作。

参见图3，控制系统由串口通信模块101、拨码开关102、控制器103、左舵机模块104、右舵机模块106及电源模块105组成。

所述的串口通信模块101，属于控制器103的内部资源模块，与外控制器的串口进行连接，用于接收外控制器发送过来的节点投放指令。

所述的拨码开关102，直接连接于控制器103的I/O口，用于根据左、右节点存储仓2所储存的待投放节点数量，进行投放设置的初始化。所述的拨码开关102的位数选择，应根据单侧投放装置节点存储仓2的最大容量进行。若单侧节点存储仓2的最大容量为8-15个，则4位拨码开关采用十六进制即可表示完全，故选用8位的拨码开关，用其中的4位设置一侧的节点存储仓2中实际存放节点的个数，另4位设置另一个节点存储仓中的个数；若单侧节点存储仓2的最大容量为16-31个，同上述方法，则选择10位的拨码开关。

所述的控制器103，控制着整个系统的运作。初始化时，控制器103接受拨码开关设置的左右节点存储仓2初始存放的节点个数，通过串口通信模块101接受外控制器传送过来的节点投放指令，输出PWM波控制左右舵机进行动作。

所述的左舵机机构104和右侧舵机机构106对称安装于滑道5上，通过控制线连接于控制器103，根据控制器103的指令进行相应动作。

具体运用上：

步骤1：设置装载节点个数。根据初始时刻两侧节点存储仓2中存储的节点个数，设置拨码开关102，使对应的拨码开关构成的十六进制数值等于响应侧存储的节点个数。

步骤2：读取装载节点个数。装置上电，控制器103读取拨码开关102表示的数据，获知两侧储存仓2中存储的个数。

步骤3：接收投放指令。外部控制器发送投放指令，控制器103通过串口通信模块101接收。投放模式分为两种，第一种为指定投放模式，即指定左投放机构投放或则右投放机构进行投放。如果指定侧节点已投放完，则控制器103通过串口模块101发送错误信息给外部控制器，外部控制器则重新发送新的指令；第二种为非指定投放模式，始终进行单侧投放，单侧投放完毕后再自动切换为另一侧进行投放，直至节点全部投放完，并通过串口模块101回发空仓信息。

步骤4：执行节点投放操作。参见图2和图4，控制器103根据接收到的指令进行指定舵机7的控制。控制器103首先输出一个一定占空比（5.6%-10%）、周期为18ms-20ms的PWM波形，舵机6带动曲柄滑块结构7转动一定角度，通过连杆作用将滑块水平推出，使传感器网络节点掉落。之后控制器103输出另一个占空比（5.6%-10%）、周期为18ms-20ms的PWM波形，舵机6回转，带动曲柄滑块结构7的滑块反方向收回。于此同时，节点存储仓2中的待投放节点9依靠重力下滑，为下一次投放动作做好准备。

Claims (2)

1.移动机器人载运的节点自动投放装置，包括外部指令输入接口、控制器、节点存储仓、节点投放执行机构等，控制系统则包括串口通信模块、控制器模块、舵机模块和电源模块；其特征在于：装置由两个用于倾斜安装于机器人两侧的独立投放机构组成；如附图所示，节点投放执行机构由舵机（6）和曲柄滑块机构（7）相连接构成；节点存储仓（2）呈上粗下细的管状，固定于支架上，倾斜于水平面（地面）；系统通过拨码开关设置节点存储仓（2）中节点的数量；控制通过串口模块接受外部发送的投放指令。

2.所述的移动机器人载运的节点自动投放装置，其特征在于：两个独立的投放机构，通过固定前面板（1）和滑道（5）进行连接固定，形成“口”字形，成斜挎状安装于机器人上；投放结构由节点存储仓（2）、滑道（5）、曲柄滑块机构（7）、舵机（6）和缓冲橡胶片（4）构成，节点存储仓（2）呈上粗下细管状，通过管卡固定于长直角支撑架（1）上，与地面呈锐角放置，内部存储传感器网络节点（9）；滑道（5）连接于节点存储仓（2）末端，挡板侧与节点存储仓末端出口保持一个节点的间距；曲柄滑块机构（7）固定于滑道（5）上，曲柄滑块的曲柄固定于舵机（6）轴上，将舵机（6）的圆周运动转化为直线运动，推动节点掉落；缓冲橡胶片（4）材质为橡胶，固定于长直角支撑架（1）上，位于滑道（5）出口处，用于修正节点掉落姿态和缓冲掉落速度。