CN106003026A - 机器人无线关节系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人无线关节系统，包括主控单元及N个机器人关节，每个机器人关节包括关节电机及控制关节电机的控制单元，其特征在于，每个机器人关节还包括电池、无线充电接收单元及无线通讯单元。通过本发明的研究开发，可以极大地满足机器人对于电机的需求，进一步提高机器人的关节的活动范围与结构设计。

Description

机器人无线关节系统

技术领域

本发明涉及一种机器人无线关节系统。

背景技术

机器人是一种具有高度灵活性的自动化机器，在工业、军事、航空和医疗等领域起着重要作用。在所有类型的机器人中，关节模块是个重要的组成部分，研究机器人无线关节模块对于机器人研究来说意义重大。其中，连接线繁多是一直以来困扰很多机器人制造者的大难题。

现有的机器人关节连接线的主要功能为：第一、给电机与电机控制部分提供电源；第二、与机器人主控部分进行通讯或者电机控制线。电机控制线与通讯线都是有线的方式。这样算来，单个关节的连接线的数量为3到4根。一个人形机器人的关节，以最经典的法国机器人NAO来说是25个关节，3×25就是75根线，也就是说，不论其他的连接线如何，但就机器人关节来说法国机器人NAO就有75根线，这75根线在机器人内部穿过，给机器人的结构与机器人的运动带来的限制可以想象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：实现机器人关节的无线化。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种机器人无线关节系统，包括主控单元及N个机器人关节，每个机器人关节包括关节电机及控制关节电机的控制单元，其特征在于，每个机器人关节还包括电池、无线充电接收单元及无线通讯单元，由电池为关节电机、控制单元及无线通讯单元提供工作电压，外部的无线充电发生单元经由各机器人关节中的无线充电接收单元为相应机器人关节的电池充电，无线通讯单元及无线充电接收单元均由控制单元控制，所有机器人关节的无线通讯单元经由无线网络通过无线通讯协议与主控单元建立数据通讯，主控单元根据无线通讯协议将关节控制指令发送给相应机器人关节的无线通讯单元，再由无线通讯单元将关节控制指令发送给同一机器人关节的控制单元，每个机器人关节的控制单元经由对应的无线通讯单元依据无线通讯协议将关节电机运行参数反馈回主控单元。

优选地，所述无线通讯单元采用ZigBee通讯单元，所述无线通讯协议采用ZigBee通讯协议。

优选地，所述无线充电发生单元包括脉冲发生单元，脉冲发生单元连接功率放大单元，由功率放大单元将脉冲发生单元产生的脉冲放大后使发射线圈产生磁场；

所述无线充电接收单元包括接收线圈，接收线圈靠近发射线圈后产生感应电流，再经过全波整流和稳压得到充电电压和电流，充电电压和电流在所述控制单元的控制下为所述电池充电。

本发明具有以下几个特点：

(1)用无线通讯方式，彻底去除了机器人关节连接线。

(2)考虑到具有良好的通用性与机器人节点多的特性，采用了ZigBee这个开放的协议。

(3)采用内置电池与无线充电方式，解决机器人关节的供电问题。

(4)可以作为通用机器人使用，具有较好的产业化、商品化前景。

通过本发明的研究开发，可以极大地满足机器人对于电机的需求，进一步提高机器人的关节的活动范围与结构设计。

附图说明

图1为本发明提供的一种机器人无线关节系统的系统框图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例作详细说明如下。

结合图1，本发明提供了一种机器人无线关节系统，包括主控单元及N个机器人关节。

在本实施例中，每个机器人关节包括关节电机、控制关节电机的控制单元、电池、无线充电接收单元及无线通讯单元。由电池为关节电机、控制单元及无线通讯单元提供工作电压，外部的无线充电发生单元经由各机器人关节中的无线充电接收单元为相应机器人关节的电池充电，无线通讯单元及无线充电接收单元均由控制单元控制，所有机器人关节的无线通讯单元经由无线网络通过无线通讯协议与主控单元建立数据通讯，主控单元根据无线通讯协议将关节控制指令发送给相应机器人关节的无线通讯单元，再由无线通讯单元将关节控制指令发送给同一机器人关节的控制单元，每个机器人关节的控制单元经由对应的无线通讯单元依据无线通讯协议将关节电机运行参数反馈回主控单元。

在本实施例中，无线通讯协议采用ZigBee，ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称(又称紫蜂协议)来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。

ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。

总的来说，采用ZigBee可以使机器人关节节点的数量得以大量使用，同时低功耗的特点可以让无线关节模块使用时间够长，降低充电的频率。

本实施例中的无线充电发生单元及无线充电接收单元利用电磁感应原理，是非接触充电系统，不再通过导线(充电线)传输电能，而是无线传输方式充电。没有充电所用的物理接口，与一般充电器相比，避免了插线或拔电池的麻烦，具有一般充电器的工作原理。无线充电发生单元可以同时对多个无线充电接收单元充电，可以自动感应是否有负载充电，达到自动充电，充满电后10秒自动断电，达到智能化，从而大大方便了用户。

本实施例中的无线充电发生单元利用电磁感应原理，通过NE555D芯片产生一个频率为36.7K的脉冲，再经由IRFP460进行功率放大，使发射线圈产生磁场。当无线充电接收单元中的接收线圈靠近时，产生感应电流，再经过全波整流和稳压得到电池所需要的充电电压和电流。发射线圈的电流会随着感应负载的增加而增大，通过运放把0.33欧的负载电压23倍放大，再经过1N4148整流滤波得到电压U1与基准源Uo比较。充电时，U1大于Uo，通过七彩灯闪亮表示正在充电。空负载或充满电时，U1小于Uo，绿灯亮，若10秒钟后没有感应负载，自动断电。通过复位键使得无线充电发生单元重新启动。

Claims (3)

1.一种机器人无线关节系统，包括主控单元及N个机器人关节，每个机器人关节包括关节电机及控制关节电机的控制单元，其特征在于，每个机器人关节还包括电池、无线充电接收单元及无线通讯单元，由电池为控制单元及无线通讯单元提供工作电压，外部的无线充电发生单元经由各机器人关节中的无线充电接收单元为相应机器人关节的电池充电，无线通讯单元及无线充电接收单元均由控制单元控制，所有机器人关节的无线通讯单元经由无线网络通过无线通讯协议与主控单元建立数据通讯，主控单元根据无线通讯协议将关节控制指令发送给相应机器人关节的无线通讯单元，再由无线通讯单元将关节控制指令发送给同一机器人关节的控制单元，每个机器人关节的控制单元经由对应的无线通讯单元依据无线通讯协议将电机运行参数反馈回主控单元。

2.如权利要求1所述的一种机器人无线关节系统，其特征在于，所述无线通讯单元采用ZigBee通讯单元，所述无线通讯协议采用ZigBee通讯协议。

3.如权利要求1所述的一种机器人无线关节系统，其特征在于，所述无线充电发生单元包括脉冲发生单元，脉冲发生单元连接功率放大单元，由功率放大单元将脉冲发生单元产生的脉冲放大后使发射线圈产生磁场；

所述无线充电接收单元包括接收线圈，接收线圈靠近发射线圈后产生感应电流，再经过全波整流和稳压得到充电电压和电流，充电电压和电流在所述控制单元的控制下为所述电池充电。