CN108987891B - 一种机器人通信设备制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人通信设备的制作方法，其所述通信设备集成设置在服务机器人的头部外壳中，或者所述通信设备独立设置在头部外壳外，通信设备包括：柔性介质基板、辐射贴片以及馈电线。通过使用具有柔性结构的通信设备，简便的应用集成于服务机器人设备外壳中，依据实际外壳的形状可以灵活调整通信设备中的辐射元件角度α，结合使用巧妙的百叶窗结构式的阵列，独立馈电，在远场进行良好的增益性能叠加，实现较低的副瓣及较好的增益系数，提升机器人装置信号通信的稳定性、有效性。

Description

一种机器人通信设备制作方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，更具体的说，涉及一种服务机器人的通信设备的制造方法。

背景技术

当前机器人的开发应用广泛，在航空工业中，机器人技术集中在高度专业的一种行星漫步者上。不同于一台高度自动化的制造业设备，行星漫步者在月亮黑暗的那一面工作，没有无线电通讯可能碰到意外的情况。无线通信显得至关重要。此外，机器人对感知和适应一个部分未知的环境的需求需要智能(换句话说就是人工智能)。从军事科技和空间探索到健康产业和商业，使用机器人的优势已经被认识到了这种程度——它们正在成为我们集体经验和日常生活的一部分。例如餐饮智能机器人具有点餐送餐，讲方言，自动充电等实用的功能，适用于各大酒店，餐厅等服务场所，能够打造特色餐厅，代替部分餐厅服务员提供优质服务，能够减少服务员数量减少成本，吸引客源，提升服务质量，增加品牌形象，具有较高的经济价值。

然而现有的服务机器人要么仍然需要人工在触摸屏上进行复杂操作，操作不便；要么要在机器人上设置复杂的通信结构，来维持通信信号，否则极易在服务的实体环境中出现连接，信号衰弱等异常，影响使用感受以及服务效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种特殊的通信设备装置的制作方法，用于解决上述技术问题，具有柔性的结构可简便的应用集成于机器人设备外壳中，实现较低的副瓣及较好的增益系数，提升机器人装置信号通信的稳定性、有效性。

为此本发明提出一种机器人通信设备制作方法，所述通信设备集成设置在服务机器人的头部外壳中，或者所述通信设备独立设置在头部外壳外；制作步骤如下：

首先，根据实际机器人应用的场合，选择所需通信设备工作的频段和增益系数，计算设置通信设备的辐射贴片对数、具体辐射贴片的尺寸及角度；

其次，制作一基底缝隙模具，所述基底缝隙模具包括有底层缝隙板、中间包绕板、上层覆盖板；模具的底层缝隙板中设置对应数量的缝隙，用于安装所述辐射贴片，所述辐射贴片按照前述计算获得的角度进行设置安放在对应缝隙中；

安装基底缝隙模具的中间包绕板，安装处确保密封，向模具中填充具有空气泡的高分子聚合物介质溶液，填充满以后，加装上层覆盖板进行密封；常温凝固后，去除模具，修饰边角及缝隙部位，使得所述辐射贴片的至少一边缘漏出所述介质基板的一面；

设置馈电线，所述馈电线设置在所述辐射贴片漏出介质基板的一面上，通过该馈电线给所述多对辐射贴片馈电，完成制作通信设备；

最后，将所述通信设备集成设置在服务机器人的头部外壳中，或者所述通信设备独立设置在头部外壳外。

进一步的，所述每对辐射贴片包括两块辐射片，两辐射片之间为一缝隙，所述辐射片埋入介质基板中时与介质基板底面或顶面成一角度α，α的角度范围为0到90度。

进一步的，所述馈电线位于两块辐射片之间，通过两侧电触点电性连接辐射片的两侧进行馈电激励，同一对辐射贴片的辐射片之间间距为d，其中d>λ/2，λ为辐射电磁波波长。

进一步的，所述辐射贴片对的数量为7对，该7对辐射贴片在x轴方向上组成一排。

进一步的，所述辐射贴片的每个辐射片的y轴方向的长度为hp(p＝1、2、3……7)，每一对的激励电流设为Ip(p＝1、2、3……7)，所述7对辐射贴片的每个单元等效在x轴上的点坐标为xp(p＝1、2、3……7)，则经简化换算后，得到该通信设备在远场的辐射矢量为：

其中，θ、ψ为直角坐标转换为球坐标中，通信设备电磁波在辐射空间的极化及水平坐标角度，k为电磁波相位常数。

进一步的，所述高分子聚合物介质溶液使用高分子聚合物材料或者硅胶合成材料，质地较为柔软，易于集成至非平面形状结构中，其中介质溶液中混合纳米级空气泡，合成后介质基板的介电常数为1-2。

本发明的有益效果为：通过使用具有柔性结构的通信设备，简便的应用集成于服务机器人设备外壳中，依据实际外壳的形状可以灵活调整通信设备中的辐射元件角度α，结合使用巧妙的百叶窗结构式的阵列，独立馈电，在远场进行良好的增益性能叠加，实现较低的副瓣及较好的增益系数，提升机器人装置信号通信的稳定性、有效性。

附图说明

图1是本发明通信设备机器人正视图；

图2是本发明通信设备的正透视图；

图3是图2中通信设备部分放大图；

图4是本发明通信设备xoz面图；

图5是本发明通信设备xoy面图；

图6是本发明通信设备制作磨具；

图7是本发明在模具基底上安设辐射贴片图；

图8是本发明在模具内上安设辐射贴片完整图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，所以图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供了一种用于点菜送餐或者家庭陪护的自助服务机器人，包括内部机构、通信设备50、机械手20和壳体10，所述内部机构设于壳体10内部，壳体10的前侧设有机械手20，内部机构包括底座30，底座30的顶部安装直流电机40，通信设备50设置在机器人的头部或者顶部位置，可集成于机器人头部的外壳中，也可以直接设置在外端。

附图2可见通信设备50，集成设置在服务机器人的头部外壳中，或者所述通信设备独立设置在头部外壳外；由于本身介质基板的柔性特征，使得埋入辐射片辐射片能够获得相对自由的辐射空间，此处优选的可以使用软性透明硅胶或者其他可替代的柔性介质用于基板，介电常数通常设置和选择较小的，例如在1-3都是较为优秀的选择，这样设置一是达到对设备的保护，另外也可以比较灵活的进行维修和替换。当然有必要的话，尽量使得通信设备在机器人外壳中进行隐藏设置，以防遭到人为的破坏。

所述通信设备50包括：柔性介质基板1、辐射贴片2以及馈电线3；所述辐射贴片2有多对，每对并排埋入所述柔性介质基板1中，所述辐射贴片2的至少一边缘漏出所述介质基板1的一面；漏出的原因在于，使得辐射贴片能够跟馈电线进行电接触受到激励，另一方面透过缝隙的漏出部分辐射效果会更好，更接近于在空气中进行直接传播辐射。

参见附图3，附图3是附图1中虚线框内的放大图，所述馈电线设置在介质基板的一面上，这一面也是辐射贴片2漏出的那一面，通过该馈电线上的两侧电触点给所述多对辐射贴片2供电；当有多排辐射贴片时，可以同时进行供电，根据供电的距离差异，会形成若干相位的差，从而在远场形成不同的方向图叠加效果。

所述每对辐射贴片2包括两块辐射片，两辐射片之间为一缝隙，所述辐射片埋入介质基板1中时与介质基板1底面或顶面成一角度α，α的角度范围为0到90度，角度的灵活调整在具体应用中大有裨益，不同的服务机器人或者场景中，需要的增益性能以及外观特征都不一样，这样对通信设备的兼容度有着较高要求，传统设备往往会出现难以驯服，而如果能够巧妙的替换改善角度，这一问题可以得到解决。实质上，由于较为柔软的介质结构，一般会造成辐射片的形变，这是传统辐射片难以接受的，形变会造成辐射效果的不可控，但在本案中，对形变辐射片的容忍度有了非常大的提升，由于辐射片的切入角度原因，使得辐射片的形变一般发生在x或y方向，这导致在z轴方向的辐射效果基本不会受到影响，也就大大克服了由于辐射片形变带来的辐射效果降低。缝隙宽度等于馈电线的宽度，尺寸为d。优选的d>λ/2，获取较好的辐射片间横向耦合隔离，其中λ为辐射电磁波波长。

图4中显示是xoz面中的侧视图，辐射贴片2斜切埋入在介质基板1中，申请中虽然这里图示在(x,y,z)直角坐标系中，但最后分析结果可以推广变换到球坐标系(r,θ,ψ)中，以让结果直观便于计算。本案的设置中，在水平放置的辐射贴片阵列，辐射阵元间的耦合效应是不可以忽略的。如果详细的研究，可以使用的感应电动势法来求解，由于每对辐射阵元都有进行馈电激励，如有必要也可以进行独立馈电，所以辐射贴片之间的相互耦合可以通过对互阻抗的求解就可以得到，单独的近场也可以分别求得，此处不是本案研究的重点，在此不再赘述。本案中将辐射贴片简化的等效为较小的辐射点来加快设计，图5所示，辐射贴片的每个辐射片的y轴方向的长度为hp(p＝1、2、3……7)，本案实施例中的辐射贴片在x轴方向上为7对组成一排，每一对的激励电流设为Ip(p＝1、2、3……7)，这一排辐射贴片的每个单元等效在x轴上的点坐标为xp(p＝1、2、3……7)，则经简化换算后，得到该通信设备在远场的辐射矢量为：

其中，θ、ψ为直角坐标转换为球坐标中，通信设备电磁波在辐射空间的极化及水平坐标角度，k为电磁波相位常数。经过阻抗适配后，辐射贴片的数量优选为7时，副瓣电平被有效抑制至-8dB左右。至此，本案中的用于机器人领域的通信设备，结构简单，副瓣效果好，调节便利，辐射增益改善明显，有广泛的应用前景。

本申请中应用于机器人的通信设备的制造方法如下，包括以下步骤：

首先，根据实际机器人应用的场合，选择所需通信设备工作的频段和增益系数，计算设置通信设备的辐射贴片对数、具体辐射贴片的尺寸及角度；

其次，参照附图6，制作一合适的基底缝隙模具100，优选为矩形腔体结构，当然也可以根据需要选择后期便于应用安装的模具结构，所述基底缝隙模具100包括有底层缝隙板101、中间包绕板102、上层覆盖板103；模具的底层缝隙板101中设置对应数量的缝隙104，本案中优选设置7个缝隙，参见附图7中，该缝隙用于安装所述辐射贴片2，所述辐射贴片2按照前述计算获得的角度进行设置安放在对应缝隙中；

安装好辐射贴片后，见附图8中，安装基底缝隙模具100的中间包绕板102，安装处确保密封，向模具中填充具有空气泡的高分子聚合物介质溶液，填充满以后，加装上层覆盖板103进行密封；常温凝固后，去除模具，修饰边角及缝隙部位，使得所述辐射贴片的至少一边缘漏出所述介质基板的一面；

设置馈电线，所述馈电线设置在所述辐射贴片漏出介质基板的一面上，通过该馈电线给所述多对辐射贴片馈电，完成制作通信设备；

最后，将所述通信设备集成设置在服务机器人的头部外壳中，或者所述通信设备独立设置在头部外壳外。

所述高分子聚合物介质溶液使用高分子聚合物材料或者硅胶合成材料，质地较为柔软，易于集成至非平面形状结构中，其中介质溶液中混合纳米级空气泡，合成后介质基板的介电常数为1-2。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种机器人通信设备制造方法，包括有如下步骤：

首先，根据实际机器人应用的场合，选择所需通信设备工作的频段和增益系数，计算设置通信设备的辐射贴片对数、具体辐射贴片的尺寸及角度；

其次，制作一基底缝隙模具，所述基底缝隙模具包括有底层缝隙板、中间包绕板、上层覆盖板；模具的底层缝隙板中设置对应数量的缝隙，用于安装所述辐射贴片，所述辐射贴片按照前述计算获得的角度进行设置安放在对应缝隙中；

安装基底缝隙模具的中间包绕板，安装接口处确保密封，向模具中填充具有空气泡的高分子聚合物介质溶液，填充满以后，加装上层覆盖板进行密封；常温凝固后形成内埋辐射贴片的介质基板，去除模具，修饰边角及缝隙部位，使得所述辐射贴片的至少一边缘漏出所述介质基板的一面；

设置馈电线，所述馈电线设置在所述辐射贴片漏出介质基板的一面上，通过该馈电线给多对所述辐射贴片馈电，完成制作通信设备；

最后，将所述通信设备集成设置在服务机器人的头部外壳中，或者所述通信设备独立设置在头部外壳外；

每对所述辐射贴片包括两块辐射片，两辐射片之间为一缝隙，所述辐射片埋入介质基板中时与介质基板底面或顶面成一角度α，α的角度范围为0到90度。

2.如权利要求1所述的机器人通信设备制造方法，其特征在于，所述高分子聚合物介质溶液使用高分子聚合物材料或者硅胶合成材料，质地较为柔软，易于集成至非平面形状结构中，其中介质溶液中混合纳米级空气泡，合成后介质基板的介电常数为1-2。

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