CN114115072A - 一种多功能的集成主机以及移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，提供一种多功能的集成主机以及移动机器人，包括：承载件，固定设置在承载件上的主控模块、通讯模块、信号采集模块、触显信号传输模块以及电源管理模块；通讯模块、信号采集模块以及触显信号传输模块均与主控模块通讯连接，电源管理模块与主控模块电性连接；主控模块通过通讯模块与外部设备之间无线数据传输，通过信号采集模块采用外部各传感器的感应信号，通过触显信号传输模块与外部的触控设备进行数据通讯，以及通过电源管理模块与外部的电源进行通电。本发明解决现有技术中各模块分别独立设置在机器人的不同安装位置，导致机器人生产过程中组装困难、生产效率低的技术问题。

Description

一种多功能的集成主机以及移动机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种多功能的集成主机以及移动机器人。

背景技术

随着人工智能技术的发展，在各行业，移动机器人随处可见，机器人的主控单元作为机器人的核心处理单元承担着主要的控制、计算功能。除了主机这个核心单元外，还需要外接其他传感器采集板、通讯板等以完成数据采集与传输，并实现通讯控制功能，从而需要几个独立的单元模块共同完成机器人的移动功能。

现有的移动机器人结构中，主控单元、传感器采集板、通讯板等单元模块均是分散设置在机器人的安装空间的不同的区域，彼此独立。在机器人制造过程中，各个单元模块分别组装而造成组装困难、生产效率低。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能的集成主机以及移动机器人，以解决现有技术中各个单元模块分别独立设置在机器人的不同安装位置，导致机器人生产过程中组装困难、生产效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一方面，本发明提供一种多功能的集成主机，包括：承载件，固定设置在承载件上的主控模块、通讯模块、信号采集模块、触显信号传输模块以及电源管理模块；

通讯模块、信号采集模块以及触显信号传输模块均与主控模块通讯连接，电源管理模块与主控模块电性连接；

主控模块通过通讯模块与外部设备之间无线数据传输，通过信号采集模块采用外部各传感器的感应信号，通过触显信号传输模块与外部的触控设备进行数据通讯，以及通过电源管理模块与外部电源进行通电。

在一个实施例中，信号采集模块上设置有采集插口，采集插口用于可插拔连接数据输送线缆，并通过数据输送线缆连接外部的传感器；

触显信号传输模块上设置有传输插口，传输插口用于可插拔连接数据输送线缆，并通过数据输送线缆连接外部的触控设备；

电源管理模块上设置有电源接口，电源接口用于可插拔连接电源线缆，并通过电源线缆连接外部的电源。

在一个实施例中，集成主机包括内部总线转换器，主控模块、通讯模块、信号采集模块以及触显信号传输模块均通过内部总线转换器与主控模块通讯连接；

内部总线转换器用于将通讯模块、信号采集模块以及触显信号传输模块的传输信号均转换为以太网信号，并通过以太网信号与主控模块进行通讯。

在一个实施例中，通讯模块包括近场无线通讯器，近场无线通讯器用于与外部近场设备彼此靠近并进行数据交换；以及

远程无线通讯器，远程无线通讯器用于与外部通讯设备远程进行数据交换。

在一个实施例中，近场无线通讯器为433MHz无线收发器或/和2.4G无线收发器。

在一个实施例中，远程无线通讯器包括4G通讯器、5G通讯器或/和WIFI通讯器。

在一个实施例中，集成主机还包括数据传输接口，数据传输接口设置在承载件上，并通过内部总线转换器与主控模块通讯连接；

数据传输接口包括RJ45通讯接口、USB2.0通讯接口、USB3.0通讯接口、type-c通讯接口和/或CAN通讯接口。

在一个实施例中，集成主机还包括加密芯片，加密芯片通讯连接主控模块，并用于将主控模块的通讯数据进行加密或解密。

在一个实施例中，集成主机还包括IMU传感器，IMU传感器通讯连接主控模块。

另一方面，本发明还提供一种移动机器人，包括如上的多功能的集成主机，多个传感器，触控设备，电源以及机器人本体；

集成主机、多个传感器，触控设备，电源均可拆卸设置在机器人本体内，

集成主机与多个传感器、触控设备以及电源电连接。

本发明提供的一种多功能的集成主机的有益效果至少在于：通过将主控模块、通讯模块、信号采集模块、触显信号传输模块以及电源管理模块均固定设置在承载件上，并将通讯模块、信号采集模块以及触显信号传输模块均与主控模块通讯连接，电源管理模块与主控模块电性连接；从而使主控模块、通讯模块、信号采集模块、触显信号传输模块以及电源管理模块集成为一个整体，形成一个可单独设立的模组；在进行机器人组装时，只需要将本集成主机的承载件安装到机器人本体中，即实现了主控模块、通讯模块、信号采集模块、触显信号传输模块以及电源管理模块在机器人上的安装，从而通过将各模块进行集成，简化了机器人生产过程中的组装过程，提高了生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种多功能的集成主机应用在机器人中的电路原理框图。

其中，图中各附图标记：

100、集成主机；

200、主控模块；210、内部总线转换器；220、主控芯片；230、存储器；

300、通讯模块；310、近场无线通讯器；311、433MHz无线收发器；312、2.4G无线收发器；320、远程无线通讯器；321、4G通讯器；322、5G通讯器；323、WIFI通讯器；330、数据传输接口；331、RJ45通讯接口；332、USB2.0通讯接口；333、USB3.0通讯接口；334、type-c通讯接口；335、CAN通讯接口；

400、信号采集模块；410、超声采集模块；420、红外采集模块；

500、触显信号传输模块；

600、电源管理模块；

700、加密芯片；710、路由器；720、IMU传感器；

800、机器人本体；810、传感器；820、触控设备；830、电源。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，本实施例提供了一种多功能的集成主机100，用于安装在机器人上，且作为机器人的主要控制部件实现对机器人的控制。其中集成主机包括：承载件、主控模块200、通讯模块300、信号采集模块400、触显信号传输模块500以及电源管理模块600。主控模块200、通讯模块300、信号采集模块400、触显信号传输模块500以及电源管理模块600均固定设置在承载件上。承载件可以为电路板、支撑架或安装板等结构，本实施例中的承载件具体为电路板(PCB板)，通过电路板将主控模块200、通讯模块300、信号采集模块400、触显信号传输模块500以及电源管理模块600进行集成，形成一个部件，且电路板生产工艺成熟，使用成本低。本实施例中的主控模块200具体包括主控芯片220和与主控芯片220通讯连接的存储器230，存储器230用于存储各种信息，并通过主控芯片220进行信息存储和读取。为便于结构描述，本实施例中的外部是指本集成主机100不包括的部分；内部是指本集成主机100所包括的部分。通讯模块300、信号采集模块400以及触显信号传输模块500均与主控模块200通讯连接。电路板上设置有内部通讯总线，通讯模块300、信号采集模块400以及触显信号传输模块500均可通过内部通讯总线与主控模块200进行通讯连接，主控模块200中的主控芯片220与存储器230也可以通过内部通讯总线进行通讯连接，从而实现主控模块200与各模块之间进行数据交换，进而实现通讯连接。主控模块200通过通讯模块300与外部设备之间无线数据传输，通过信号采集模块400采用外部各传感器810的感应信号，通过触显信号传输模块500与外部触控显示设备进行数据通讯。电源管理模块600与主控模块200电性连接，通过电源管理模块600与外部电源830进行通电；从而可以通过外部电源830对主控模块200进行供电，而且还可以为本集成主机的各模块进行供电。

本实施例提供的一种多功能的集成主机的工作原理如下：在机器人装配过程中，通过将主控模块200、通讯模块300、信号采集模块400、触显信号传输模块500以及电源管理模块600均固定设置在承载件上，并将通讯模块300、信号采集模块400以及触显信号传输模块500均与主控模块200通讯连接，电源管理模块600与主控模块200电性连接；从而使主控模块200、通讯模块300、信号采集模块400、触显信号传输模块500以及电源管理模块600集成为一个整体，形成一个可单独设立的模组，并且在承载件内就已经将上述各模块电连接完成，实现通讯和通电功能。在进行机器人组装时，只需要将本集成主机的承载件安装到机器人本体800中，即实现了主控模块200、通讯模块300、信号采集模块400、触显信号传输模块500以及电源管理模块600在机器人上的安装。

本实施例提供的一种多功能的集成主机的有益效果至少在于：现有的原工序中需要分别将上述各个模块分别安装到机器人内，并需要将上述各个模块之间进行插线实现电连接，这样不仅装配过程工序麻烦，而且接线还容易出错。而采用本方案，通过将各模块进行集成到承载件内，只需要将承载件安装在机器人内，并连接各元件与外部设备的匹配电线，就可以实现上述各模块的安装，从而简化了机器人生产过程中的组装过程，提高了生产效率。

请参阅图1，进一步地，信号采集模块400上设置有采集插口，采集插口用于可插拔连接数据输送线缆，并通过数据输送线缆连接外部的传感器810。触显信号传输模块500上设置有传输插口，传输插口用于可插拔连接数据输送线缆，并通过数据输送线缆连接外部的触控设备820。电源管理模块600上设置有电源830接口，电源830接口用于可插拔连接电源830线缆，并通过电源830线缆连接外部的电源830。

在信号采用模块上设置采集插口，在组装机器人时，需要连接外部的传感器810，将传感器810上的数据输送线缆直接插接在采集插口中，从而使传感器810和信号采用模块快速连接。当需要拆卸机器人时，将采集插口中的数据输送线缆直接拔出，从使传感器810和信号采用模块快速拆除。同理，在触显信号传输模块500上设置的传输插口，通过数据输送线缆用以实现触显信号传输模块500和外部的触控设备820的快速连接与拆卸。在电源管理模块600上设置的电源830接口，通过电源830线缆用以实现电源管理模块600和外部电源830的快速连接与拆卸。这样通过将线路进行可插拔式的设置方式，可以使集成主机与各外部元件之间的快速连接，方便了机器人组装，提高了装配效率。

请参阅图1，进一步地，集成主机包括内部总线转换器210，内部总线转换器210可设置在内部总线上，并用于将内部总线上的数据进行转换，形成统一的通讯协议数据。具体为：主控模块200、通讯模块300、信号采集模块400以及触显信号传输模块500均通过内部总线转换器210与主控模块200通讯连接。常规的通讯模块300、信号采集模块400以及触显信号传输模块500所传输的数据协议均不一样，现有的技术中，需要对通讯模块300、信号采集模块400以及触显信号传输模块500分别配置相应的数据协议转换器，并将不同的通讯数据转换为统一数据后再与主控模块200进行数据交换，这样就需要分别配备各种不同的数据协议转换器，这样就导致需要装配和电连接的元器件较多，大大增加了结构的复杂性。而本实施例中的内部总线转换器210用于将通讯模块300、信号采集模块400以及触显信号传输模块500的传输信号均转换为以太网信号，并通过以太网信号与主控模块200进行通讯。本方案通过上述方式，直接设置内部总线转换器210，将通讯模块300、信号采集模块400以及触显信号传输模块500所传输的不同协议的数据转换为同一协议的数据，通过该统一协议的数据与主控模块200进行数据通讯；或将主控模块200所发出的统一协议的数据转换为通讯模块300、信号采集模块400以及触显信号传输模块500所能识别的数据，从而使传输数据统一，减少了大量的各种不同类型的数据协议转换器，简化了结构，且提高了装配效率。

信号采集模块400包括超声采集模块410和/或红外采集模块420，对应的外部的传感器810可以设置有超声传感器810和/或红外传感器810，例如：通过将超声采集模块410与超声传感器810进行连接后，实现超声传感器810的信号输入功能，可以使主控模块200接收到超声传感器810的信号输入。

触控设备820设置为触控屏，那么触显信号传输模块500既可接收触控屏所发送的指令，而且可以向触控屏发送显示画面，通过触控屏进行显示。

请参阅图1，进一步地，通讯模块300设置有多种形式，可以实现多种形式的无线通讯，具体为通讯模块300包括近场无线通讯器310以及远程无线通讯器320。近场无线通讯器310用于与外部近场设备彼此靠近并进行数据交换，当近场无线通讯器310启动后，靠近外部近场设备后就可以与外部近场设备进行连接并进行数据交换。近场通讯器(NFC)是一种近距离的高频无线通信器，可用距离约为10厘米(场无线通讯器与外部近场设备的距离约为10厘米的范围以内)，可以实现电子身份识别或者数据传输，比如信用卡、门禁卡等功能，通过在机器人上设置近场通讯器，可以轻松读取各牌上附带的RFID标签信息，与手机等终端进行数据交换，可以在机器人内复制公交卡、银行卡、员工卡、门禁卡、会员卡等非接触式智能卡后，把机器人实现上述各非接触式智能卡的功能；近场通讯器提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。增加了本集成主机的功能，也提高了机器人的实用性。

进一步地，近场无线通讯器310为433MHz无线收发器311或/和2.4G无线收发器312。本实施例中的433Hz无线收发器的频率范围是433.05～434.79MHz，而2.4G无线收发器312的频率范围是2.4～2.5GHz。两种频率段均为开放频段，使用这些频段是不需要向当地的无线电管理申请授权，因此这两个段频段使用方便，可得到广泛使用。433MHz无线收发器311的接收灵敏度高，绕射性能好；机器人通过使用433MHz无线收发器311来实现主从模式的通信系统。这样主通讯系统具有网络结构简单，布局容易，上电时间短的优势。而2.4GHz无线收发器的应用点是基于其高速的传输速率而发展起来的组网协议。例如使用ZigBee无线模块，搭载FastZigBee组网协议，这样的通讯系统具有较好的自适应功能和功耗低的优点。在机器人中同时使用433MHz无线收发器311和2.4GHz无线收发器可以应对于多种网络，保证无线连接的灵敏性和稳定性。

远程无线通讯器320用于与外部通讯设备远程进行数据交换，当远程无线通讯器320启动后，通过无线信号可以与外部的移动终端，云端服务器以及其他终端设备进行无线通讯。例如可以通过无线通讯器连接网络后与手机进行数据通讯，从而通过手机APP可以控制机器人，增加了机器人的数据通讯功能形式。

进一步地，远程无线通讯器320包括4G通讯器321、5G通讯器322或/和WIFI通讯器323。远程无线通讯器320采用4G通讯器321、5G通讯器322和WIFI通讯器323的其中一种或多种，本实施例中的无线通讯器具体包括4G通讯器321、5G通讯器322和WIFI通讯器323，这样可以接受到4G信号，5G信号和WIFI信号，在不同设使用情景中，可以适配不同的信号，例如当该情景下的4G信号最强时，优先通过4G通讯器321进行数据连接；当该情景下的5G信号最强时，优先通过5G通讯器322进行数据连接；当该情景下的WIFI信号最强时，优先通过WIFI信号进行数据连接。这样就可以在不同的信号环境下，保持稳定的信号连接，使机器人的通讯过程更稳定。另外易于想到的是，还可以采用3G通讯器、红外通讯器、蓝牙通讯器等。

请参阅图1，进一步地，集成主机还包括数据传输接口330，数据传输接口330设置在承载件上，并通过内部总线转换器210与主控模块200通讯连接；数据传输接口330包括RJ45通讯接口331、USB2.0通讯接口332、USB3.0通讯接口333、type-c通讯接口334和/或CAN通讯接口335。通过设置多种数据传输接口330，方便主控模块200采用多种方式进行有线连接，从而适配各种配件和数据传输协议。增强了机器人的实用性。

进一步地，集成主机还包括加密芯片700，加密芯片700通讯连接主控模块200，并用于将主控模块200的通讯数据进行加密或解密。加密芯片700对内部总线上的数据进行加密和解密。具体为，在通讯模块300、信号采集模块400以及触显信号传输模块500上均设置有解码器，解码器与加密芯片700匹配使用。以触显信号传输模块500为例进行说明，当主控模块200向触显信号传输模块500发送控制指令，通过加密芯片700将控制指令进行加密后发送给触显信号传输模块500，触显信号传输模块500通过解码器进行解码后得到正常指令，进而执行指令。当触显信号传输模块500朝向主控模块200发送控制指令，通过解码器对制指令进行加密，传输到集成主机内后，通过加密芯片700进行解密，从而使主控模块200执行指令。

通过加密芯片700，使集成主机在专一的机器人上使用，如果将本集成主机更换到另外的机器人上，会造成加密后的指令与机器人上的其他模块不匹配，从而无法控制另外的机器人。这样就能实现专机专用，不会出现各种机器人之间的配件混用，进而影响机器人的稳定性的情况。

进一步地，集成主机上包括路由器710，路由器710固定设置在承载件上，路由器710与主控模块200通讯连接，且用于与多个外部触控设备820进行数据通讯。这样可以实现多个触控设备820对主控模块200发送指令，且均能被主控模块200所接收并执行。另外，主控模块200还可通过路由器710向多个触控屏发送显示内容。

进一步地，集成主机还包括IMU传感器720，IMU传感器720通讯连接主控模块200。IMU传感器720(Inertial Measurement Unit)即惯性测量单元，主要用来检测和测量加速度与旋转运动的传感器810。其原理是采用惯性定律实现，惯性传感器810包括加速度计和角速度计(陀螺仪)。在集成主机中集成IMU传感器720，在实现机器人检测和测量加速度与旋转运动，而且不用在装配时额外连接加速度计和角速度计(陀螺仪)，提高机器人的生产效率。

请参阅图1，基于同样的发明构思，本发明还提供一种移动机器人，包括如上的多功能的集成主机，多个传感器810，触控设备820，电源830以及机器人本体800；集成主机、多个传感器810，触控设备820，电源830均可拆卸设置在机器人本体800内；集成主机与多个传感器810、触控设备820以及电源830电连接。

在本移动机器人进行组装时，只需要将本集成主机的承载件安装到机器人本体中，即实现了主控模块200、通讯模块300、信号采集模块400、触显信号传输模块500以及电源管理模块600在机器人上的安装。另外将信号采集模块400通过数据输送线缆连接传感器810，将触显信号传输模块500电连接触控设备820(触摸屏)，将电源管理模块600电连接电源830。就可以完成移动机器人的主要电元器件的安装与连接。两外，其他控制模块，例如马达的控制也可通过线缆与本集成主机进行连接，从而实现移动机器人的各功能。

本移动机器人通过承载件安装在机器人内，并连接各元件与外部设备的匹配电线，就可以实现上述各模块的安装，从而简化了机器人生产过程中的组装过程，提高了生产效率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能的集成主机，其特征在于，包括：承载件，固定设置在承载件上的主控模块、通讯模块、信号采集模块、触显信号传输模块以及电源管理模块；

所述通讯模块、所述信号采集模块以及所述触显信号传输模块均与所述主控模块通讯连接，所述电源管理模块与所述主控模块电性连接；

所述主控模块通过所述通讯模块与外部设备之间无线数据传输，通过所述信号采集模块采用外部各传感器的感应信号，通过所述触显信号传输模块与外部的触控设备进行数据通讯，以及通过所述电源管理模块与外部的电源进行通电。

2.如权利要求1所述的多功能的集成主机，其特征在于，所述信号采集模块上设置有采集插口，所述采集插口用于可插拔连接数据输送线缆，并通过数据输送线缆连接外部的所述传感器；

所述触显信号传输模块上设置有传输插口，所述传输插口用于可插拔连接数据输送线缆，并通过数据输送线缆连接外部的所述触控设备；

所述电源管理模块上设置有电源接口，所述电源接口用于可插拔连接电源线缆，并通过所述电源线缆连接外部的所述电源。

3.如权利要求1所述的多功能的集成主机，其特征在于，所述集成主机包括内部总线转换器，所述主控模块、通讯模块、信号采集模块以及触显信号传输模块均通过所述内部总线转换器与所述主控模块通讯连接；

所述内部总线转换器用于将所述通讯模块、所述信号采集模块以及所述触显信号传输模块的传输信号均转换为以太网信号，并通过以太网信号与所述主控模块进行通讯。

4.如权利要求3所述的多功能的集成主机，其特征在于，所述通讯模块包括近场无线通讯器，所述近场无线通讯器用于与外部近场设备彼此靠近并进行数据交换；以及

远程无线通讯器，所述远程无线通讯器用于与外部通讯设备远程进行数据交换。

5.如权利要求4所述的多功能的集成主机，其特征在于，所述近场无线通讯器为433MHz无线收发器或/和2.4G无线收发器。

6.如权利要求4所述的多功能的集成主机，其特征在于，所述远程无线通讯器包括4G通讯器、5G通讯器或/和WIFI通讯器。

7.如权利要求3所述的多功能的集成主机，其特征在于，所述集成主机还包括数据传输接口，所述数据传输接口设置在所述承载件上，并通过所述内部总线转换器与所述主控模块通讯连接；

所述数据传输接口包括RJ45通讯接口、USB2.0通讯接口、USB3.0通讯接口、type-c通讯接口和/或CAN通讯接口。

8.如权利要求1所述的多功能的集成主机，其特征在于，所述集成主机还包括加密芯片，所述加密芯片通讯连接所述主控模块，并用于将主控模块的通讯数据进行加密或解密。

9.如权利要求1所述的多功能的集成主机，其特征在于，所述集成主机还包括IMU传感器，所述IMU传感器通讯连接所述主控模块。

10.一种移动机器人，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的多功能的集成主机，多个传感器，触控设备，电源以及机器人本体；

所述集成主机、多个所述传感器，所述触控设备，所述电源均可拆卸设置在所述机器人本体内；

所述集成主机与多个所述传感器、所述触控设备以及所述电源电连接。

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