专利名称：研究型智能机器人模块化系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种研究型智能机器人模块化系统。
技术背景智能机器人是21世纪新的研究热点，既是国家整体实力的显示，也是知识整体创新 能力的综合展示。作为最综合的创新与研究平台，它融合了机械设计和制造技术、传感器 技术、控制与规划技术、电子电气技术、计算机与信息处理技术、通讯、能源、材料技术。教育市场需求大力倡导培养具有创新能力的综合性人才，需要有一个能培养学生动 手能力、理论结合实际能力、综合能力和创新能力的实验、研究平台。而研究型智能机器 人具有技术的综合性、多样性、交融性(吸附性)、可实践性、创新性以及趣味性特点，它是技术创新与学术创新并重的产物。虽然也有机器人平台，但存在专用性强，技术含量、稳定性不高的缺点，如机械手实 验平台，它主要适用于工业领域，作为实验、研究平台，存在可扩展性差、专用性强、开 放性不好、智能化程度有限的缺点；部分移动机器人系统采用简单的系统合成，虽然开发 周期短，技术成熟，但存在技术含量低，系统开放性有限，扩展能力不强的缺点；部分移 动机器人采用一体化设计，虽然开发成本低，但系统核心控制器负荷重，系统功能有限， 不利于系统扩展，且系统稳定性得不到保证。发明内容本实用新型的研究型智能机器人系统结构采用模块化设计，机械结构采用三层架构 传感及运动控制层+系统控制层+驱动、动力层；控制结构采用二层架构运动控制、信号 采集层(下位机)+系统控制层(上位机)。为了实现上述发明目的，本实用新型采用了如下技术方案，研究型智能机器人模块化 系统，包括第一装置和第二装置，其特征在于，所述第一装置包括传感及运动控制层，所 述运动控制层包括运动控制卡；所述第二装置包括系统控制层，所述系统控制层进一步包 括工业主板，所述第二装置进一步包括驱动动力层，所述驱动动力层进一步包括驱动器;
其中，所述系统控制层通过串口线将所述工业主板与所述系统控制层的运动控制卡相连， 所述运动控制卡再控制所述驱动动力层的驱动器。比较好的是，所述第二装置在正前方还包括一内凹结构。比较好的是，所述驱动动力层进一步包括双电机、两同步带，所述电机、同步带均对称分列在所述第二装置的左右。比较好的是，所述系统进一步包括一摄像装置，设置在所述第一装置。比较好的是，所述系统进一步包括移动装置，设置在所述第二装置的下方，所述移动装置由所述驱动动力层的电机及同步带驱动。比较好的是，所述移动装置包括若干万向轮构成。采用上述技术方案，本实用新型以系统设计为中心，以"分级模块化设计"为原则， 各个模块功能完整而又单一，实现了良好的可扩展性。
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中， 本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。图1是本实用新型的研究型智能机器人模块化系统的主视图； 图2是第一装置内部传感及运动控制层的模块图；图3是第二装置内部系统控制层的模块图；图4是第二装置内部另一驱动动力层的模块图。
具体实施方式
图1所示为本实用新型的研究型智能机器人模块化系统的结构图，包括分离的第一装 置11和第二装置12,以及设置在第一装置11上方的摄像装置13,和安装在第二装置12 下方的移动装置M，可以看出，移动装置M是由若干轮胎构成。图2示意了第一装置11的内部的结构，包括了传感及运动控制层111，在该控制层 111上包括运动控制卡1111、通信扩展板1112、音频功放板1113、电池电量显示板1114、 以及红外传感器采集板1115、超声红外传感器1116、电源管理板1117、超声传感器采集 板1118和急停开关1119。图3所示为第二装置12中的一系统控制层121，包括工业主板1211、 ATX电源1212、 操作面板1213、硬盘1214、电源转接板1215、电源控制板1216和外部接口面板1217。图4所示为第二装置12中的另一驱动动力层122，包括驱动器1221、锂电池1222、
电机1223和1224、同步带1225和1226，以及踢球装置1229，在上述驱动层中，两电机、 同步带均对称分列在装置的左右。图3中的系统控制层121位列于驱动动力层122之上，这样形成由传感及运动控制层 111、系统控制层121和驱动动力层122的上中下三层结构。其中，系统控制层121通过 串口线将其工业主板1211与系统控制层121的运动控制卡1111相连，该控制卡1111再 控制驱动动力层122的驱动器1221，该系统控制层121采集实时性要求高的传感器信号 和完成对机器人的运动。系统控制层111由工业计算机组成，主要用于采集数据量大的传 感器信号和对智能机器人系统的整体控制。再通过驱动动力层122实现控制。此外，为了方便比赛，在第二装置的正前方还设置一凹槽状结构124，该凹槽状结构 构成本系统的护球结构。本系统的移动装置的轮胎由驱动动力层122的电机1223、 1224及同步带1225、 1226 驱动。本研究型智能机器人采用模块化设计，以系统设计为中心，以"分级模块化设计"为 原则，各个模块功能完整而又单一。可扩展性强。采用模块化设计，系统结构合理，从空间和功能上均能满足扩展各种传 感装置及配件的需要。如通过合理的布置电机和驱动、传动装置，使机器人底层(驱动、 动力层)预留有安装踢球装置的空间；机器人上层挡板可安装各种传感设备，如立体视觉、 全景摄像头、数字罗盘等；机器人前方设计的凹槽能安装盘球装置及大型传感器，如激光 传感器等。具有智能性、创新性和综合性特点。由于系统的可扩展功能，因此可通过安装各种传 感装置提高系统的智能性、创新性和综合性。稳定性好，易于维护。采用模块化设计，最大程度的提高了系统的稳定性，当系统某 一模块故障时，只需更换相应功能模块，使系统易于维护；采用同步带传动方式，能有效 的保护电机不受损坏；采用工业级计算机主板提高了系统的稳定性。开放性好。系统均采用标准化设计，如标准windows操作系统，标准总线通讯方式， 标准电气、机械接口等。因为其良好的可扩展性及对整个智能机器人系统设计时的综合考虑，本机器人可作为 高校本科生、研究生的课程设计、基础研究和综合性、创新性、探索性研究，如可研究机 器人导航、运动控制、有线/无线网络、图象、语音等领域；同时，本机器人可适用于Robot cup中型组足球比赛。以上诸实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域 的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化' 因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴应由各权利要求限定。
权利要求1、研究型智能机器人模块化系统，包括第一装置和第二装置，其特征在于，所述第一装置包括传感及运动控制层，所述运动控制层包括运动控制卡；所述第二装置包括系统控制层，所述系统控制层进一步包括工业主板，所述第二装置进一步包括驱动动力层，所述驱动动力层进一步包括驱动器；其中，所述系统控制层通过串口线将所述工业主板与所述系统控制层的运动控制卡相连，所述运动控制卡再控制所述驱动动力层的驱动器。
2、 根据权利要求l所述的研究型智能机器人模块化系统，其特征在于，所述第二装 置在正前方还包括一内凹结构。
3、 根据权利要求2所述的研究型智能机器人模块化系统，其特征在于，所述驱动动 力层进一步包括双电机、两同步带，所述电机、同步带均对称分列在所述第二装置的左右。
4.根据权利要求2或3所述的研究型智能机器人模块化系统，其特征在于， 所述系统进一步包括一摄像装置，设置在所述第一装置。
5、 根据权利要求4所述的研究型智能机器人模块化系统，其特征在于，所述系统进 一步包括移动装置，设置在所述第二装置的下方，所述移动装置由所述驱动动力层的电机 及同步带驱动。
6、 根据权利要求5所述的研究型智能机器人模块化系统，其特征在于，所述移动装 置包括若干万向轮构成。
专利摘要本实用新型公开了研究型智能机器人模块化系统，包括第一装置和第二装置，其特征在于，所述第一装置包括传感及运动控制层，所述运动控制层包括运动控制卡；所述第二装置包括系统控制层，所述系统控制层进一步包括工业主板，所述第二装置进一步包括驱动动力层，所述驱动动力层进一步包括驱动器；其中，所述系统控制层通过串口线将所述工业主板与所述系统控制层的运动控制卡相连，所述运动控制卡再控制所述驱动动力层的驱动器。采用上述技术方案，本实用新型以系统设计为中心，以“分级模块化设计”为原则，各个模块功能完整而又单一，实现了良好的可扩展性。
文档编号B25J9/00GK201052616SQ200720070568
公开日2008年4月30日 申请日期2007年6月1日 优先权日2007年6月1日
发明者余亚强, 王洪荣, 许春山, 伟 赵 申请人:上海英集斯自动化技术有限公司