一种模块化设计的群体机器人的制作方法

本发明涉及群体机器人技术领域，具体涉及一种模块化设计的群体机器人。

背景技术：

随着传感器技术的发展，机器人技术日新月异，由于群体机器人本身具有低成本，高鲁棒性等特点，被各大高校科研院所广泛研究。传统的群体机器人大都设计的高度集中，虽然对某些特定场合有很好的效果。但机器人的更新和优化需要对机器人整机进行重新设计和加工，这样的投入成本是相当大的。同时这样的机器人一旦出现损坏，整个机器人得全部回收，在大批量的群体机器人制造中，这会大大提高机器人的维修和制造成本，同时机器人只能适用于某一方面。

技术实现要素：

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种模块化设计的群体机器人，采用模块化设计，使机器人各个功能模块相对集中和独立，并且减小各个群体机器人间的差异性，使群体机器人能够通过使用不同的模块实现不同需要的功能，提高群体机器人的通用性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种模块化设计的群体机器人，包括底盘驱动模块、核心控制模块、分线接口模块和功能模块，所述底盘驱动模块包括底盘、移动轮、pcb板和底盘排母，两个所述移动轮间隔一定距离设在所述底盘底部，每一所述移动轮通过一个电机带动转动，所述pcb板设在所述底盘顶部，所述pcb板上设有驱动两个所述电机运动的驱动器，所述底盘排母安装在所述底盘上且与所述驱动器相连，所述核心控制模块设在所述底盘驱动模块上方且包括核心板和电池，所述电池设在所述核心板顶部，所述核心板底部设有与所述电池连接的核心芯片和与核心芯片连接的芯片基本外围电路，所述芯片基本外围电路上设有复位接口、核心板编程调试接口、电源开关接口和电池充电接口，所述复位接口和所述核心板编程调试接口与核心芯片电连接，所述电池充电接口与所述电池电连接，所述电源开关接口与所述电池和所述核心芯片连接，所述核心板底部侧边设有与所述核心芯片的引脚相连的多个核心芯片排针，所述核心板顶部设有与所述核心芯片电连接的功能排母，所述分线接口模块设在所述底盘驱动模块和所述核心控制模块间，所述分线接口模块包括分线板，所述分线板底部设有用于与所述底盘排母插接的分线板排针，所述分线板顶部设有与多组所述核心芯片排针连接的分线板排母，所述功能模块设在所述核心控制模块上方，所述功能模块包括功能板，所述功能板底部设有功能排母插接的功能排针。

进一步的，所述功能板设有与所述功能排针电连接的红外传感装置、超声波传感器、激光传感器或视觉传感器。

进一步的，所述核心板为正方形板状结构，所述核心板底部4个侧边分别设有4个核心芯片排针，相应的，所述分线板为正方形板状结构，所述分线板顶部4个侧边分别设有与4个所述核心芯片排针插接的4个分线板排针。

进一步的，所述核心板的尺寸为5cm*5cm。

进一步的，两个所述移动轮通过差速进行转向。

进一步的，所述底盘底部设有至少两个牛眼轮。

进一步的，所述电池为锂电池。

进一步的，所述电机为直流电机，相应的，所述驱动器为直流电机驱动器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1.本发明所述的一种模块化设计的群体机器人，通过建立模块化的群体机器人，可使机器人各个功能模块相对集中和独立，并且减小各个群体机器人间的差异性，使群体机器人能够通过使用不同的模块实现不同需要的功能，提高群体机器人的通用性。

2.本发明所述的一种模块化设计的群体机器人，分线接口模块与核心控制模块通过4个分线板排母和4个核心芯片排针进行连接，结构上十分稳定。

3.本发明所述的一种模块化设计的群体机器人，控制底盘进行转向时，可以通过驱动器驱动电机具有不同的转速，使得两个移动轮具有不同的转速，使得两个移动轮通过差速进行转向。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的主视图。

图3为本发明的俯视图。

图4为本发明各个模块的示意图。

图5为本发明功能模块中设置红外传感装置的结构示意图。

图6为本发明核心控制模块的结构示意图。

图7为本发明分线接口模块的结构示意图。

图8为本发明底盘驱动模块的结构示意图。

图9为本发明底盘驱动模块的结构示意图。

其中：100、底盘驱动模块；110、底盘；120、移动轮；130、pcb板；140、底盘排母；150、电机；160、驱动器；170、牛眼轮；

200、核心控制模块；210、核心板；220、电池；230、核心芯片；240、电池充电接口；250、核心芯片排针；260、功能排针；270、复位接口；280、编程调试接口；290、电源开关接口；

300、分线接口模块；310、分线板；320、分线板排针；330、分线板排母；

400、功能模块；410、功能板；420、功能排母。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-图9所示，一种模块化设计的群体机器人，包括底盘驱动模块100、核心控制模块200、分线接口模块300和功能模块400。其中，模块化设计的群体机器人通过底板驱动模块进行移动，核心控制模块200用于控制底板驱动模块移动和功能模块400实现所需的功能，分线接口模块300可以把核心控制模块200的标准接口转化为底板驱动模块所需要的接口，功能模块400可以根据群体机器人不同的需要增设相应的功能，例如红外线功能模块400、超声波功能模块400、激光功能模块400或视觉功能模块400。

如图1-图9所示，底盘驱动模块100包括底盘110、移动轮120、pcb板130和底盘排母140，两个移动轮120间隔一定距离设在底盘110底部，每一移动轮120通过一个电机150带动转动，pcb板130设在底盘110顶部，pcb板130上设有驱动两个电机150运动的驱动器160，底盘排母140安装在底盘110上且与驱动器160相连，核心控制模块200设在底盘驱动模块100上方且包括核心板210和电池220，电池220设在核心板210顶部，核心板210底部设有与电池220连接的核心芯片230和与核心芯片230连接的芯片基本外围电路，芯片基本外围电路上设有复位接口270、核心板210编程调试接口280、电源开关接口290和电池220充电接口，复位接口270和核心板210编程调试接口280与核心芯片230电连接，电池220充电接口与电池220电连接，电源开关接口290与电池220和核心芯片230连接，核心板210底部边缘均匀分布有与核心芯片230相连的多个核心芯片排针230，核心板210顶部设有与核心芯片230电连接的功能排针260，分线接口模块300设在底盘驱动模块100和核心控制模块200间，分线接口模块300包括分线板310，分线板310底部设有用于与底盘排母140插接的分线板排针320，分线板310顶部设有与多个核心芯片排针230连接的分线板排母330，功能模块400设在核心控制模块200上方，功能模块400包括功能板410，功能板410底部设有功能排针260插接的功能排母420。

为实现群体机器人的模块化，底盘驱动模块100、分线接口模块300、核心控制模块200和功能模块400自下而上设置，相邻模块间通过排母和排针插接，使得本发明中的群体机器人模块化、低成本、多功能、可拓展，且能够完成一系列群体机器人实验。且相邻模块间通过排母和排针插接，使得群体机器人的结构稳定，若某一模块发生损坏，可以直接对该模块进行更换，防止对整个群体机器人进行更新和优化以及重新设计和加工群体机器人，减少群体机器人的维修和制造成本。

优选的，功能板410设有与功能排针260电连接的红外传感装置、超声波传感器、激光传感器或视觉传感器。可以根据群体机器人的需要，选用合适的功能，增大群体机器人的适用性。

本发明中，以功能模块400上红外传感装置为例对功能模块400上具有的红外传感功能进行详细的说明。

功能板410上设有红外线发射器，相应的，底盘110上设有多个环形阵列的与核心芯片230连接的红外线接收器。

具体的，功能板410上方设有与功能板410通过金属排针连接的红外线发射板，红外线发射器发射的红外线信号通过红外线发射板发射发出。

本发明实施例中，功能板410和红外线发射板为同心设置的pcb板130，红外线发射器设在功能板410中部，红外线发射器为与功能排针260连接的红外发射led二极管，由于功能排针260可与核心板210顶部设有与核心芯片230电连接的功能排母420插接，使得核心芯片230可以控制红外发射led二极管发射红外线信号，当遇到障碍物时，群体机器人的红外线发射器发射的红外线经红外线发射板反射，再经障碍物二次反射，被自身红外线接收器接收。当遇到其他群体机器人时，该群体机器人的红外线发射器发射的红外线经红外线发射板反射，再被其他群体机器的红外接收管接收。每一群体机器人发射的信号不一致，根据群体机器人的红外接收管接收到的红外线信号与自身发射的红外线信号是否一致判断周围存在障碍物还是其它机器人。若一致，则周围存在障碍物；若不一致，则周围存在其他与之通信的群体机器人。

该群体机器人通过最上层的功能模块400能够与近距离地与其他群体机器人实现通信，模拟自然界中蚂蚁通过触角与附近蚂蚁通信。同时红外发射器发出的红外线信号还能被周围障碍物反射，分布在底盘110上红外接收管能够感知反射自身的红外发射器发射的红外线信号和周围其他群体机器人的红外线信号，从而做出避障动作，使得群体机器人本身具备定向传输和全向接收红外线的功能。这样的群体机器人能够真正的实现分布式控制。

并且本发明所采用的红外通讯硬件简单，所采用的通信协议也是移植性很好的nec协议。顶层的功能模块400由两层同心且平行设置的功能板410和红外线发射板。下方的一块pcb板130上的红外线发射器发出的红外线观经过上方pcb板130的反射，形成了一个锥体的红外通信环。红外线经过38k的载波进行调制，同时通过核心控制模块200的核心芯片230进行01编码，当实现红外收发功能时，功能模块400和核心控制模块200通过功能排针260和功能排母420进行标准接口的连接，十分方便的拆装，并且在功能模块400出现一定问题的时候还能方便的更换，不需要对核心控制模块200或者其他模块做相关改动。

优选的，如图6和图7所示，核心控制模块200和分线接口模块300进行快速的插接中，核心控制模块200中，核心板210为正方形板状结构，核心板210的尺寸是5cm*5cm，相应的，分线板310为正方形板状结构，分线板310的尺寸是5cm*5cm，核心板210和分线板310同样是通过四个2.54mm的10p的核心芯片排针230和分线板排母330进行连接，可以随意插拔，分线板310通过标准接口把底盘电机150需要用到的端口引出。底盘110和分线板310的连接同样通过底盘排母140和分线板排针320的插接，通过分线板310引出底板上驱动器160可用的接口，这样便实现了底盘110整体的驱动，分线板310使得底盘驱动模块100能够与核心控制模块200的标准接口进行连接，实现底盘驱动模块100的方便的插接。

优选的，在控制底盘110进行转向时，可以通过驱动器160驱动电机150具有不同的转速，使得两个移动轮120具有不同的转速，使得两个移动轮120通过差速进行转向。

优选的，如图8所示，为了使底盘110移动和转向更加方便，底盘110底部设有至少两个牛眼轮170。

优选的，为了使电池220更好的充放电，电池220为锂电池220。

优选的，电机150为直流电机，相应的，驱动器160为直流电机驱动器。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。