专利名称：太阳能驱动的模块化移动机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种机械电子设备技术领域的装置，具体是一种太阳能驱动的模
块化移动机器人。
背景技术：
随着社会的发展，机器人应用领域和范围正在不断扩展，从自动化生产线到海洋 资源的探索乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。众多学者认为在不久的将来， 机器人主要用于个人服务，而不是用于工厂。全世界都对移动机器人进行了大量研究，但要 让移动机器人成为真正有前途的商业化产品，还有许多问题有待研究。虽然已在许多场所 开发出了大量移动机器人，但这些机器人特性各异，不能进行技术共享；每种机器人根据各 自要求，从零构造。因此，此机器人几乎不能被扩展或应用到他机器人上，而且机器人不能 满足不同使用者的要求。 经对现有技术的文献检索发现，罗成等人在《机电工程》，2009年第6期，P17-20， 撰文"六足机器人模块化结构设计"，该文介绍了六足机器人模块化结构设计方案，并利用 Solidworks完成了各模块及机器人的整体构型。但是，该机器人结构固定，属于六足结构， 不能根据模块的不同而重组为不同结构的模块化机器人，其不能快速维修、更换，制造成本高。 对于模块化移动机器人，还需解决可携带能源的问题，目前普遍使用的蓄电池的 体积与质量，相对其蓄电容量显得太大、太重。模块化移动机器人不但需要有效合理的利用 其自身能源，而且能够从环境中提取能量，这是它能实现远程任务需要解决的关键技术之 一。当前的机器人多是通过电缆或者各种充电电池提供能源，不具有自主从环境获取能量 的能力。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足和缺陷，提供一种太阳能驱动的模块化移动机器 人。本发明中的移动机器人采用模块化的结构和标准化的接口 ，达到降低移动机器人成本、 便于维修、提高安全性的目标，并能通过自身的太阳能模块自主地从环境中获取能量，从而 解决能源问题。 本发明是通过以下技术方案实现的 本发明包括太阳能模块、传感模块、控制模块、移动模块和机械手模块，其中太 阳能模块安装于传感模块上方，传感模块安装于控制模块上方，控制模块安装于移动模块 上方，机械手模块安装于移动模块前端，太阳能模块与控制模块相连传输太阳能信息，传感 模块与控制模块相连传输外部环境状态信息，控制模块分别与移动模块和机械手模块相连 传输控制信息。 所述的太阳能模块包括太阳能板、两个联轴器、两个电机、太阳倾角传感器和第 一电机固定架，其中太阳倾角传感器安装于太阳能板上，太阳倾角传感器与控制模块相连传输太阳能板相对太阳的位置信息，太阳能板的下表面与第一联轴器的一端相连，第一联
轴器的另一端与第一电机相连，太阳能板与控制模块相连传输太阳能信息，第一电机固定
在第一电机固定架上，第一电机固定架的下表面与第二联轴器的一端相连，第二联轴器的
另一端与第二电机相连，第一电机和第二电机分别与控制模块相连传输控制信息。 所述的移动模块包括移动模块壳体、两个驱动轮、两个联轴器、从动脚轮、两个驱
动电机和开口 ，其中两个驱动轮、两个联轴器和两个驱动电机安装于移动模块壳体下表
面，第一驱动轮和第二驱动轮对称地安装在移动模块壳体底部的一侧，从动脚轮安装在移
动模块壳体底部的另一侧的中心，第一驱动电机与第三联轴器的一端相连，第三联轴器的
另一端与第一驱动轮相连，第二驱动电机与第四联轴器的一端相连，第四联轴器的另一端
与第二驱动轮相连，第一驱动电机和第二驱动电机分别与控制模块相连传输控制信息，开
口位于移动模块壳体的一个侧表面上，机械手模块固定在开口上。
所述的机械手模块包括机械手爪、主电机和第五联轴器，其中机械手爪的基础 连杆的一端与第五联轴器的一端相连，第五联轴器的另一端与主电机相连，主电机固定在 移动模块上，主电机与控制模块相连传输控制信息。
所述的机械手爪的基础连杆始端为L形或T形。 本发明中太阳能模块实时跟踪太阳，将收集的太阳能传给控制模块，为整个机器 人提供能源；传感模块将获取的环境状态信息传输给控制模块进行处理，控制模块在处理 后的信息基础上根据控制策略向移动模块或者机械手模块发出指令，使移动模块调整其运 动状态或者启动机械手进行相应的操作。 与现有技术相比，本发明的有益效果是使用太阳能模块，可自主的从环境中提取 能量，实现了能源自治；通过将机器人模块化，可实现移动机器人不同功能模块的快速组 装、替换、维修与功能扩展，制造成本明显降低。
图1是本发明的整体示意图； 图2本发明太阳能模块示意图； 图3本发明传感模块示意图； 图4本发明控制模块示意图； 图5本发明移动模块示意图； 图6本发明机械手模块示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下 述的实施例。
实施例 如图1所示，本实施例包括太阳能模块、传感模块、控制模块、移动模块和机械手 模块，其中太阳能模块通过机械接口安装于传感模块上方，传感模块通过机械接口安装于 控制模块上方，控制模块通过机械接口安装于移动模块上方，机械手模块安装于移动模块前端，太阳能模块通过电气接口与控制模块相连传输太阳能信息，传感模块通过电气接口 与控制模块相连传输环境状态信息，控制模块通过电气接口分别与移动模块和机械手模块 相连传输控制信息。 如图2所示，所述的太阳能模块包括太阳能板1、第一联轴器2、第二联轴器4、第 一电机6、第二电机3、太阳倾角传感器和第一电机固定架5，其中太阳倾角传感器安装于 太阳能板1上，太阳倾角传感器通过电气接口与控制模块相连传输太阳能板1相对太阳的 位置信息，太阳能板1的下表面与第一联轴器2的一端相连，第一联轴器2的另一端与第一 电机6相连，太阳能板1与控制模块相连传输太阳能信息，第一电机6固定在第一电机固定 架5上，第一电机固定架5的下表面与第二联轴器2的一端相连，第二联轴器2的另一端与 第二电机3相连，第一电机6和第二电机3分别通过电气接口与控制模块相连传输控制信 息，第一电机6和第二电机3共同实现太阳能板1的二自由度旋转。 如图3所示，所述的传感模块包括传感模块壳体7、超声波传感器、双轴陀螺仪 和方位角传感器，其中超声波传感器、双轴陀螺仪和方位角传感器都位于传感模块壳体7 内，超声波传感器与控制模块相连传输检测到的障碍信息，双轴陀螺仪与控制模块相连传 输机器人自身的倾角信息，方位角传感器与控制模块相连传输机器人的方位信息，传感模 块壳体7通过下表面的下接口 8固定在控制模块上。
所述的方位角传感器的型号为ZCC212N-232。 如图4所示，所述的控制模块包括蓄电池、主芯片、稳压芯片、电压转换芯片、放 大电路、电机驱动芯片和控制模块壳体IO，其中蓄电池、主芯片、稳压芯片和电压转换芯 片都位于控制模块壳体10内，控制模块壳体10通过上接口 9与传感模块壳体7的下接口 8相连，太阳能板1分别与蓄电池和稳压芯片相连传输太阳能，蓄电池与稳压芯片相连传输 电能，稳压芯片与电压转换芯片相连传输稳压后的电能，电压转换芯片与主芯片相连传输 电能，主芯片与放大电路相连传输电机控制信号，放大电路与电机驱动芯片相连传输电机 控制信号，电机驱动芯片分别与移动模块、太阳能模块和机械手模块中的电机相连传输电 机控制信号。 所述的蓄电池是电压12V容量2300mAh的锂电池组。
所述的主芯片是型号为TMS320F2810的DSP。
所述的稳压芯片的型号是LM2576-5. 0。 所述的电压转换芯片包括LM1117-1. 8芯片和LM1117-3. 3芯片。
所述的电机驱动芯片的型号是L298N。 如图5所示，所述的移动模块包括移动模块壳体11、第一驱动轮12、第二驱动轮 22、第三联轴器13、第四联轴器21、从动脚轮15、第一驱动电机14、第二驱动电机20和开口 19，其中第一驱动轮12、第二驱动轮22、第三联轴器13、第四联轴器21、第一驱动电机14 和第二驱动电机20都安装在移动模块壳体11的下表面，第一驱动轮12和第二驱动轮22 对称地安装在移动模块壳体11底部的一侧，从动脚轮15安装在移动模块壳体11底部的另 一侧的中心，第一驱动电机14与第三联轴器13的一端相连，第三联轴器13的另一端与第 一驱动轮12相连，第二驱动电机20与第四联轴器21的一端相连，第四联轴器21的另一端 与第二驱动轮22相连，第一驱动电机14和第二驱动电机20分别与控制模块中的电机驱动 芯片相连传输控制信息，开口 19位于移动模块壳体11的一个侧表面上，机械手模块固定在开口 19上。 所述的移动模块通过第一驱动轮12和第二驱动轮22之间的差速实现转向运动。
所述的从动脚轮15具有两个自由度，在摩擦作用下可以自动适应转动方向。
如图6所示，所述的机械手模块包括机械手爪16、主电机18和第五联轴器17，其 中机械手爪16的基础连杆的一端与第五联轴器17的一端相连，第五联轴器17的另一端 与主电机18相连，主电机18固定在移动模块的开口上，主电机18与控制模块中的电机驱 动芯片相连传输控制信息。 所述的机械手爪16的基础连杆始端为L形。 本实施例的工作过程太阳能模块实时跟踪太阳，将收集的太阳能转化为电能传 给控制模块，太阳能充足时由太阳能板1直接供电并将多余的电能存入控制模块的蓄电池 中，太阳能不足时由电路控制切换为蓄电池供电；传感模块将获取的障碍信息、机器人自身 的倾角和方位信息传输给控制模块进行处理；控制模块在处理后的信息基础上根据控制策 略向移动模块或者机械手模块发出指令，使移动模块调整其运动状态或者驱动机械手爪16 的基础连杆作竖直面内的旋转运动，实现机械手爪16举起或放下物体。 本实施例的优点使用太阳能模块，可自主的从环境中提取能量，实现了能源自 治；通过将机器人模块化，可实现移动机器人不同功能模块的快速组装、替换、维修与功能 扩展，制造成本明显降低。
权利要求
一种太阳能驱动的模块化移动机器人，其特征在于，包括太阳能模块、传感模块、控制模块、移动模块和机械手模块，其中太阳能模块安装于传感模块上方，传感模块安装于控制模块上方，控制模块安装于移动模块上方，机械手模块安装于移动模块前端，太阳能模块与控制模块相连传输太阳能信息，传感模块与控制模块相连传输外部环境状态信息，控制模块分别与移动模块和机械手模块相连传输控制信息。
2. 根据权利要求1所述的太阳能驱动的模块化移动机器人，其特征是，所述的太阳能 模块包括太阳能板、两个联轴器、两个电机、太阳倾角传感器和第一电机固定架，其中太 阳倾角传感器安装于太阳能板上，太阳倾角传感器与控制模块相连传输太阳能板相对太阳 的位置信息，太阳能板的下表面与第一联轴器的一端相连，第一联轴器的另一端与第一电 机相连，太阳能板与控制模块相连传输太阳能信息，第一电机固定在第一电机固定架上，第 一电机固定架的下表面与第二联轴器的一端相连，第二联轴器的另一端与第二电机相连， 第一电机和第二电机分别与控制模块相连传输控制信息。
3. 根据权利要求1所述的太阳能驱动的模块化移动机器人，其特征是，所述的移动模 块包括移动模块壳体、两个驱动轮、两个联轴器、从动脚轮、两个驱动电机和开口，其中 两个驱动轮、两个联轴器和两个驱动电机安装于移动模块壳体下表面，第一驱动轮和第二 驱动轮对称地安装在移动模块壳体底部的一侧，从动脚轮安装在移动模块壳体底部的另一 侧的中心，第一驱动电机与第三联轴器的一端相连，第三联轴器的另一端与第一驱动轮相 连，第二驱动电机与第四联轴器的一端相连，第四联轴器的另一端与第二驱动轮相连，第一 驱动电机和第二驱动电机分别与控制模块相连传输控制信息，开口位于移动模块壳体的一 个侧表面上，机械手模块固定在开口上。
4. 根据权利要求1所述的太阳能驱动的模块化移动机器人，其特征是，所述的机械手 模块包括机械手爪、主电机和第五联轴器，其中机械手爪的基础连杆的一端与第五联轴 器的一端相连，第五联轴器的另一端与主电机相连，主电机固定在移动模块上，主电机与控 制模块相连传输控制信息。
5. 根据权利要求4所述的太阳能驱动的模块化移动机器人，其特征是，所述的机械手 爪的基础连杆始端为L形或T形。
全文摘要
本发明公开了一种机械电子设备技术领域的太阳能驱动的模块化移动机器人，包括太阳能模块、传感模块、控制模块、移动模块和机械手模块，其中太阳能模块安装于传感模块上方，传感模块安装于控制模块上方，控制模块安装于移动模块上方，机械手模块安装于移动模块前端，太阳能模块与控制模块相连传输太阳能信息，传感模块与控制模块相连传输外部环境状态信息，控制模块分别与移动模块和机械手模块相连传输控制信息。本发明使用太阳能模块，可自主的从环境中提取能量，实现了能源自治；通过将机器人模块化，可实现移动机器人不同功能模块的快速组装、替换、维修与功能扩展，制造成本明显降低。
文档编号B25J5/00GK101733745SQ20091031167
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者宋立博, 王永, 谢颖, 费燕琼 申请人:上海交通大学