轮式机器人的模块化架构以及架构方法与流程

文档序号:11153098阅读:889来源:国知局
轮式机器人的模块化架构以及架构方法与制造工艺

本发明属于机器人架构技术领域,尤其涉及一种轮式机器人的模块化架构以及架构方法。



背景技术:

模块化设计,就是将产品的某些要素组合在一起,构成一个具有特定功能的子系统,将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合,构成新的系统,产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。模块化设计是绿色设计方法之一,它已经从理念转变为较成熟的设计方法。将绿色设计思想与模块化设计方法结合起来,可以同时满足产品的功能属性和环境属性,一方面可以缩短产品研发与制造周期,增加产品系列,提高产品质量,快速应对市场变化;另一方面,可以减少或消除对环境的不利影响,方便重用、升级、维修和产品废弃后的拆卸、回收和处理。例如,刀片服务器的模块化设计及各模块化之间的连接非常清晰,整齐;各种赛车在赛场上换胎可以多人协助完成,更换的速度非常快;各种积木玩具自由组装适用于各个不同的场合,具有很好的灵活性及实用性。

现有轮式机器人的内部设计还没有实现模块化设计,机器人内部各个部件的连接线较为紊乱,犹如一张蜘蛛网,出现故障的时候很难排查,拆装非常困难,拆卸时间比较长,牵一发而动全身,很多时候为了解决一个问题而引发另外的问题,造成维修时间加长,成本增多;一旦定型下来就没法进行调整改变,灵活性不强,很大程度上造成人力物力等资源的浪费。因此,存在现有轮式机器人的内部部件模块化不够清晰,各个组件的关联没理清,可塑性差,很难做到灵活变通及更换的问题。

上述问题亟待解决。



技术实现要素:

针对现有轮式机器人的内部部件模块化不够清晰,各个组件的关联没理清,可塑性差,很难做到灵活变通及更换的缺陷,本发明提供一种轮式机器人的模块化架构以及架构方法。

本发明提供一种轮式机器人的模块化架构,包括:

机械部,以及用于控制所述机械部实施机械动作的电子部;其中,

所述机械部包括用于支撑机器人的主体支架以及与所述主体支架驱动连接的车轮;所述电子部包括用于给机器人提供电源的电源系统、与所述电源系统分别电性连接的驱动系统和用于控制机器人内部通讯交互的控制系统;

所述车轮包括模块化连接的主动轮模块以及用于通过所述主动轮模块驱动的从动轮模块;所述电源系统包括模块化连接的动力舱模块以及电源管理模块;所述驱动系统包括模块化连接的电机驱动模块以及驱动控制模块;所述控制系统包括模块化连接的主控模块、交互模块以及通讯模块。

优选的,所述主控模块、交互模块、通讯模块、动力舱模块、电源管理模块、电机驱动模块以及驱动控制模块各自对应的部件分别设置在若干隔离室中,各个所述部件通过所述隔离室之间的连线进行连接。

优选的,所述隔离室为抽屉式装置,所述抽屉式装置的内部预设通孔,用于将内部的所述连线引出连接其它部件。

优选的,所述主动轮模块包括相互电性连接的主动轮、电机以及用于固定所述主动轮的悬挂装置。

优选的,所述从动轮模块包括至少两个可拆卸式的万向轮。

优选的,所述动力舱模块包括装有电池的电池仓。

优选的,所述电机驱动模块包括互相电性连接的用于连接电源系统的电源板,安全控制板、继电器板、电极驱动板以及中继板。

优选的,所述通讯模块包括至少一与机器人通讯连接的上位机;所述主控模块包括至少一用于发送机器人逻辑信号指令的中位机;所述交互模块包括用于通讯连接所述上位机和所述中位机的网络交换机。

本发明还提供一种轮式机器人的模块化架构方法,所述方法包括以下步骤:

将所述主控模块、交互模块以及通讯模块组装合成所述控制系统;将所述动力舱模块以及电源管理模块组装合成所述电源系统;将所述电机驱动模块以及驱动控制模块组装合成所述驱动系统;将所述主动轮模块以及从动轮模块组装合成所述车轮;

将所述车轮驱动安装到所述主体支架上合成机械部,将所述控制系统、电源系统以及所述驱动系统电性连接合成电子部;

将所述机械部以及所述电子部通过机械以及电性连接合成轮式机器人。

优选的,所述将所述机械部以及所述电子部通过机械以及电性连接合成轮式机器人之后还包括:

拆卸轮式机器人中的主动轮模块、从动轮模块、主控模块、交互模块、通讯模块、动力仓模块、电源管理模块、电机驱动模块或者驱动控制模块中的一个或者多个,对拆卸掉的模块中的部件进行独立更换。

有益效果:本发明通过将轮式机器人分解为多个模块,以便于对机器人的主体进行变形、拆装、更换及维护各个零部件,使得轮式机器人的模块化安装拆卸,更加简便快捷;且通过线束的规范化排布,有利于各个模块化之间的连接。各个模块之间互相独立,互不干扰,易于组装拆卸及更改造型。电路板模块的部件都采用抽屉的形式进行摆放,通过各抽屉间的连线使得各个模块得以连通,使得整体看起来较为干净整洁,便于排查各种线路故障。该轮式机器人整体规划布局趋近于合理,各个模块分工明确,功能分配合理,个别部件出现故障时,可以整个模块拆出来进行排查,省时省力;各个部件的升级或者置换可以整一个模块进行置换,不需要对整体进行更改;各台机器人之间的模块完全一致,机器与机器之间的模块可以相互置换,每个模块通过简易的连接方式进行连接,模块化的组合也比较方便;模块化的设计在量产时能够通过不同的人负责不同的模块进行生产组装,后期再将各个模块进行组装,提高生产效率;各模块相互独立,易于进行改装变形,四轮六轮结构可以随便变换,同时也可以进行长轴距短轴距的变换,增强结构的灵动性,适用于各个不同的应用场景。

附图说明

图1是本发明实施例提供的轮式机器人的模块化架构的模块连接示意图;

图2是本发明实施例提供的轮式机器人的模块化架构方法的具体流程示意图;

图3是本发明另一实施例提供的轮式机器人的模块化架构方法的具体流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,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仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的轮式机器人的模块化架构的模块连接示意图。参见图1所示,本实施例提供的轮式机器人的模块化架构,包括:

机械部,以及用于控制所述机械部实施机械动作的电子部;其中,

所述机械部包括用于支撑机器人的主体支架以及与所述主体支架驱动连接的车轮;所述电子部包括用于给机器人提供电源的电源系统、与所述电源系统分别电性连接的驱动系统和用于控制机器人内部通讯交互的控制系统;

所述车轮包括模块化连接的主动轮模块以及用于通过所述主动轮模块驱动的从动轮模块;所述电源系统包括模块化连接的动力舱模块以及电源管理模块;所述驱动系统包括模块化连接的电机驱动模块以及驱动控制模块;所述控制系统包括模块化连接的主控模块、交互模块以及通讯模块。

具体的,轮式机器人,是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果,代表机电一体化的最高成就,是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善,轮式机器人的应用范围大为扩展,不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用,而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此,轮式机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。

优选的,所述主控模块、交互模块、通讯模块、动力舱模块、电源管理模块、电机驱动模块以及驱动控制模块各自对应的部件分别设置在若干隔离室中,各个所述部件通过所述隔离室之间的连线进行连接。

优选的,所述隔离室为抽屉式装置,所述抽屉式装置的内部预设通孔,用于将内部的所述连线引出连接其它部件。

具体的,隔离室采用抽屉式设计,方便拆卸,检查问题,以及更换抽屉内的部件。

优选的,所述主动轮模块包括相互电性连接的主动轮、电机以及用于固定所述主动轮的悬挂装置。

优选的,所述从动轮模块包括至少两个可拆卸式的万向轮。

具体的,通过对从动轮结构的改变做到四轮六轮的调整及长短轴距的调整,增强了整体结构的实用性及环境适用性。与驱动轮所不同的是,从动轮不为机器人提供动力,不输出功率和扭矩。从动轮的主要作用是支撑车辆的重量。从动轮承受的地面摩擦力为阻力,其方向与车轮滚动的方向相反。

优选的,所述动力舱模块包括装有电池的电池仓。

具体的,独立的动力舱模块基于电池仓的设计,既能方便置换电池,对电池本身也是一种保护。

优选的,所述电机驱动模块包括互相电性连接的用于连接电源系统的电源板,安全控制板、继电器板、电极驱动板以及中继板。

具体的,独立的电机驱动模块的架构有利于对电源进行供电,安全电路保护及驱动信号集中到同一模块,线序更加合理。

优选的,所述通讯模块包括至少一与机器人通讯连接的上位机;所述主控模块包括至少一用于发送机器人逻辑信号指令的中位机;所述交互模块包括用于通讯连接所述上位机和所述中位机的网络交换机。

具体的,控制系统内三个模块之间进行独立连接,有利于对机器人的核心控制系统进行保护,板间连线不再与外部混合。进一步的,轮式机器人上位机系统相当于机器人的“大脑”,是轮式机器人智能性得以体现的物理基础。通常情况下,机器人需要借助于上位机协调系统的整体资源,实现同其他各模块相关的高级算法的处理,并通过决策和规划实现机器人的类人化智能行为。由于机器人不便于进行拖线操作,往往采用电池供电,为延长机器人的工作时间,提高其续航能力,必须考虑机器人的整体功耗问题。在轮式机器人中,除了移动平台和执行机构的执行电机功耗外,另一个耗电大户就是上位机系统,因此设计一种低功耗的上位机系统尤其重要。然而目前的轮式机器人产品,上位机系统通常采用通用计算机来实现。

本发明通过将轮式机器人分解为多个模块的架构,以便于对机器人的主体进行变形、拆装、更换及维护各个零部件,使得轮式机器人的模块化安装拆卸,更加简便快捷;且通过线束的规范化排布,有利于各个模块化之间的连接。各个模块之间互相独立,互不干扰,易于组装拆卸及更改造型。电路板模块的部件都采用抽屉的形式进行摆放,通过各抽屉间的连线使得各个模块得以连通,使得整体看起来较为干净整洁,便于排查各种线路故障。该轮式机器人整体规划布局趋近于合理,各个模块分工明确,功能分配合理,个别部件出现故障时,可以整个模块拆出来进行排查,省时省力;各个部件的升级或者置换可以整一个模块进行置换,不需要对整体进行更改;各台机器人之间的模块完全一致,机器与机器之间的模块可以相互置换,每个模块通过简易的连接方式进行连接,模块化的组合也比较方便;模块化的设计在量产时能够通过不同的人负责不同的模块进行生产组装,后期再将各个模块进行组装,提高生产效率;各模块相互独立,易于进行改装变形,四轮六轮结构可以随便变换,同时也可以进行长轴距短轴距的变换,增强结构的灵动性,适用于各个不同的应用场景。

图2是本发明实施例提供的轮式机器人的模块化架构方法的具体流程实现图。参见图2所示,本实施例提供的轮式机器人的模块化架构方法,可以包括以下步骤:

S100、将所述主控模块、交互模块以及通讯模块组装合成所述控制系统;将所述动力舱模块以及电源管理模块组装合成所述电源系统;将所述电机驱动模块以及驱动控制模块组装合成所述驱动系统;将所述主动轮模块以及从动轮模块组装合成所述车轮;

S200、将所述车轮驱动安装到所述主体支架上合成机械部,将所述控制系统、电源系统以及所述驱动系统电性连接合成电子部;

S300、将所述机械部以及所述电子部通过机械以及电性连接合成轮式机器人。

图3是本发明另一实施例提供的轮式机器人的模块化架构方法的具体流程实现图。参见图3所示,本实施例提供的所述将所述机械部以及所述电子部通过机械以及电性连接合成轮式机器人之后还包括:

S400、拆卸轮式机器人中的主动轮模块、从动轮模块、主控模块、交互模块、通讯模块、动力仓模块、电源管理模块、电机驱动模块或者驱动控制模块中的一个或者多个,对拆卸掉的模块中的部件进行独立更换。

需要说明的是,本发明实施例提供的上述架构方法,由于与本发明架构实施例基于同一构思,其带来的技术效果与本发明方法实施例相同,具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述,此处不再赘述。

本发明通过将轮式机器人分解为多个模块进行独立组装的架构方法,同样便于对机器人的主体进行变形、拆装、更换及维护各个零部件,使得轮式机器人的模块化安装拆卸,更加简便快捷;且通过线束的规范化排布,有利于各个模块化之间的连接。各个模块之间互相独立,互不干扰,易于组装拆卸及更改造型。电路板模块的部件都采用抽屉的形式进行摆放,通过各抽屉间的连线使得各个模块得以连通,使得整体看起来较为干净整洁,便于排查各种线路故障。该轮式机器人整体规划布局趋近于合理,各个模块分工明确,功能分配合理,个别部件出现故障时,可以整个模块拆出来进行排查,省时省力;各个部件的升级或者置换可以整一个模块进行置换,不需要对整体进行更改;各台机器人之间的模块完全一致,机器与机器之间的模块可以相互置换,每个模块通过简易的连接方式进行连接,模块化的组合也比较方便;模块化的设计在量产时能够通过不同的人负责不同的模块进行生产组装,后期再将各个模块进行组装,提高生产效率;各模块相互独立,易于进行改装变形,四轮六轮结构可以随便变换,同时也可以进行长轴距短轴距的变换,增强结构的灵动性,适用于各个不同的应用场景。

以上所述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。

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