专利名称：可重构无线移动传感器网络的节点对接装置及其工作方法
技术领域：
本发明涉及可重构机器人以及无线传感器网络领域，特别涉及可重构无线移动传
感器网络的节点对接装置。
背景技术：
近几年来，作为无线传感器网络技术发展的一个重要分支，移动无线传感器网络 在军事、农业、环保、灾难搜救等领域的应用越来越广泛。移动无线传感器网络由多个具有
自主机动能力的无线传感器节点组成，能够实现自部署、自修复等传统无线移动传感器网 络所不具备的功能。 然而现有的无线移动传感器网络大多基于滚动式或爬行式的节点，虽然能适应理 想的平缓地形，但当遇到沟壑纵横、障碍物密集的复杂崎岖地形时，单独的节点由于体积限 制，机动能力受到很大制约。而可重构无线移动传感器网络能够通过个体间的物理协作完 成指定的任务，具有很强的机动性和灵活性，同时还能使整个网络具有更好的时间和空间 分布性。因此，可重构无线移动传感器网络技术将成为无线传感器网络技术的一个重要补 充和扩展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，使用效果好，能将各节点进行自动对接与
分离的可重构无线移动传感器网络的节点对接装置及其工作方法。 本发明为实现上述目的，采用如下技术方案 利用本发明的可重构无线移动传感器网络的节点对接装置的工作方法，包括如下 步骤 a、无线移动传感器节点收到重构指令以后，无线移动传感器节点公头原地旋转， 由红外避障传感器寻找到无线移动传感器节点母头并做相对直线运动； b、当运动到两个对接面间距离小于红外避障传感器的测量范围时，由两对红外测 距传感器测得相对距离和角度信息，然后无线移动传感器节点公头根据测得信息做出相应 调整； c、无线移动传感器节点到达预定的对接区域后，记忆合金弹簧通电加热到预定温 度收縮，压縮弹簧被迫压縮； d、两个卡板在两个记忆合金弹簧的拉力作用下，沿矩形滑槽作相反方向的直线移 动，从而使锥形导头能够顺利插入到圆形定位孔； e、锥形导头插入被对接面上的圆形定位孔时，锥形导头前端部的圆锥体通过与圆 形定位孔摩擦使对接节点左右移动，从而消除由于定位不准引起的角度误差和位置偏移。 当锥形导头后端的圆柱体与圆形定位过孔完全接触后，实现无线移动传感器节点公头和无 线移动传感器节点母头的精确对准； f、无线移动传感器节点公头和无线移动传感器节点母头实现完全定位以后，记忆合金弹簧断电，压縮弹簧上的弹力远远大于记忆合金弹簧产生的力，驱动两个卡板作相对 方向的直线移动，两个卡板插入到锥形导头两侧的矩形槽中，从而实现对接机构的卡紧；
g、无线移动传感器节点母头收到对接装置分离信号后，记忆合金弹簧通电加热到 预定温度收縮，压縮弹簧在记忆合金弹簧的作用下被迫压縮； h、两个卡板在记忆合金弹簧的拉力作用下作相反方向的直线移动，脱离锥形导头 两侧的矩形槽； i、无线移动传感器节点公头和无线移动传感器节点母头作相反方向的直线移动， 锥形导头脱离圆形定位孔，实现两个节点的分离。 可重构无线移动传感器网络的节点对接装置，包括电源模块、通信模块、定位模
块、机械模块、控制模块，电源模块的电流输出端分别与通信模块、定位模块、机械模块的电
流输入端连接，通信模块、定位模块、机械模块的信号输出端分别与控制模块的信号输入端
连接，通信模块、定位模块、机械模块的信号输入端分别于控制模块的信号输出端连接；定
位模块、机械模块分别布置在无线移动传感器节点公头、无线移动传感器节点母头上。 本发明的通信模块包括存储器、MCU、无线收发单元，存储器的信号输入端、第一信
号输出端分别与MCU的第一信号输出端、第一信号输入端连接，MCU的信号第二输出端、第
二信号输入端分别与无线收发单元的信号输入端、第一信号输出端连接。 本发明的定位模块包括红外避障传感器、红外测距传感器，红外避障传感器设置
在无线移动传感器节点公头上，红外测距传感器分别设置在无线移动传感器节点公头、无
线移动传感器节点母头上。 本发明的机械模块包括机械对准模块、夹紧_分离模块，所述机械对准模块包括 锥形导头、与锥形导头相匹配的圆形定位孔，锥形导头设置在无线移动传感器节点公头上， 圆形定位孔设置在无线移动传感器节点母头上；夹紧_分离模块包括矩形滑槽、卡板、记忆 合金弹簧、压縮弹簧、弹簧支架，圆形定位孔的直径方向对称布置两个卡板，两个卡板之间 的距离小于圆形定位孔的直径；卡板插置在矩形滑槽内，远离圆形定位孔一侧的无线移动 传感器节点母头上布置支架，卡板与支架之间设置记忆合金弹簧，记忆合金弹簧内嵌套压 縮弹簧。 本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点 1、结构简单。本发明采用锥形导头与圆形定位孔相配合的方式，来实现无线移动 传感器节点公头、无线移动传感器节点母头的相互配合，比起原先使用的基于滚动式或爬 行式的节点来说，结构简单。 2、使用效果好。本发明在使用时利用红外避障传感器、红外测距传感器进行检测， 利用卡板、记忆合金弹簧等实现夹紧_分离，对于遇到沟壑纵横、障碍物密集的复杂崎岖地 形时，单独的节点由于体积限制，机动能力受到很大制约的情况也能够得到很好的应用。
3、本发明的结构能够更好的适用于通过个体间的物理协作完成指定的任务，具有 很强的机动性和灵活性，同时还能使整个网络具有更好的时间和空间分布性。能将各节点 进行自动对接与分离。 4、本发明在完成指定的对接任 后，使多无线移动传感器节点刚性连接成一个体 积庞大的组合式无线移动传感器节点，以克服在崎岖地形中运动时单个无线移动传感器节 点在几何体积上的劣势，从而完成分离式多无线移动传感器节点所不能完成的任务。
5、本发明通过记忆合金弹簧与普通压縮弹簧的配合使用，使得无线移动传感器节 点可以通过控制记忆合金弹簧电流的通断实现卡板的夹紧以及分离，最终实现无线移动传 感器节点的自动对接。
附图1为本发明的模块结构示意图； 附图2为本发明的定位模块和机械模块的结构示意图；
附图3为本发明无线移动传感器节点母头的结构示意图；
附图4为本发明夹紧_分离模块的结构示意图； 其中1、无线移动传感器节点公头，2、无线移动传感器节点母头，3、红外避障传 感器，4、红外测距传感器，5、锥形导头，6、矩形滑槽，7、卡板，8、记忆合金弹簧，9、压縮弹簧， 10、弹簧支架，11、圆形定位孔。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明 参见附图1，可重构无线移动传感器网络的节点对接装置，包括电源模块、通信模 块、控制模块、定位模块和机械模块。 电源模块为整个无线移动传感器节点的对接装置提供各种所需的电压，包括5V 和1. 2V，保证了对接装置的能量供应。 通信模块将无线移动传感器节点自身的信息参数与网关设备传过来的客户端计 算机的控制信息进行交换。它按照Zigbee协议规范将控制模块中无线移动传感器节点自 身的姿态、传感信息无线传输给网关设备，网关设备再传送给客户端计算机。客户端计算机 中的相关软件接收到此类信息后经过计算分析，再将控制信息由网关发送出去，无线移动 传感器节点的通信模块接收到控制信息后再传给控制模块来执行所接收到的控制指令。
控制模块作为整个对接装置的控制中枢，负责控制和协调对接装置上的其他各模 块运作，完成客户端计算机的指令要求。 定位模块执行无线移动传感器节点的导航定位行为，为无线移动传感器节点的机 械模块提供方向和位置坐标信息。如图2所示，定位模块由红外避障传感器3和红外测距 传感器4组成。远距离对接时，无线移动传感器节点公头1原地旋转，由红外避障传感器3 寻找到无线移动传感器节点母头2然后做相对直线运动，运动到红外测距传感器能够检测 到的范围以后，由两对红外测距传感器4测得距离和相对方向信息，然后进行调整对接。
参见附图2，机械模块包括无线移动传感器节点公头l，无线移动传感器节点母头 2 ;所述的无线移动传感器节点公头l对接面的中心装有锥形导头5，主要用于消除由于定 位不准带来的角度误差和位置偏差，实现对接机构的夹紧和分离。所述的无线移动传感器 节点母头2对接面的中心设有一圆形定位孔ll，其与无线移动传感器节点公头1上的锥形 导头5对应，使得无线移动传感器节点的自动对接能够准确定位。 参见附图3，无线移动传感器节点母头2对接面的内侧设有两对矩形滑槽6、两个 卡板7、两个弹簧支架10和两组驱动弹簧(每组分别由一个记忆合金弹簧8和一个压縮弹 簧9构成)，所述的两对矩形滑槽6平行安装以限制卡板7只能够沿X轴方向作直线移动。
参见附图4，所述的卡板7和弹簧支架10之间装有一个记忆合金弹簧8和一个压縮弹簧9，两个弹簧呈嵌套式安装。对接前记忆合金弹簧8通电加热到预定温度收縮，压縮弹簧9被迫压縮；对接完成以后记忆合金弹簧8断电降温，在压縮弹簧9的弹力作用下实现机构的夹紧。 可重构无线移动传感器网络的节点对接装置的工作方法，包括如下步骤 a、无线移动传感器节点收到重构指令以后，无线移动传感器节点公头1原地旋
转，由红外避障传感器3寻找到无线移动传感器节点母头2并做相对直线运动； b、当运动到两个对接面间距离小于红外避障传感器3的测量范围时，由两对红外
测距传感器4测得相对距离和角度信息，然后无线移动传感器节点公头1根据测得信息做
出相应调整； c、无线移动传感器节点到达预定的对接区域后，记忆合金弹簧8通电加热到预定温度收縮，压縮弹簧9被迫压縮； d、两个卡板7在两个记忆合金弹簧8的拉力作用下，沿矩形滑槽6作相反方向的直线移动，从而使锥形导头5能够顺利插入到圆形定位孔11 ; e、锥形导头5插入被对接面上的圆形定位孔11时，锥形导头5前端部的圆锥体通过与圆形定位孔11摩擦使对接节点左右移动，从而消除由于定位不准引起的角度误差和位置偏移。当锥形导头后端的圆柱体与圆形定位过孔11完全接触后，实现无线移动传感器节点公头1和无线移动传感器节点母头2的精确对准； f、无线移动传感器节点公头1和无线移动传感器节点母头2实现完全定位以后，记忆合金弹簧8断电，压縮弹簧9上的弹力远远大于记忆合金弹簧产生的力，驱动两个卡板7作相对方向的直线移动，两个卡板7插入到锥形导头5两侧的矩形槽中，从而实现对接机构的卡紧； g、无线移动传感器节点母头2收到对接装置分离信号后，记忆合金弹簧8通电加
热到预定温度收縮，压縮弹簧9在记忆合金弹簧8的作用下被迫压縮； h、两个卡板7在记忆合金弹簧8的拉力作用下作相反方向的直线移动，脱离锥形
导头5两侧的矩形槽； i、无线移动传感器节点公头1和无线移动传感器节点母头2作相反方向的直线移动，锥形导头5脱离圆形定位孔11，实现两个节点的分离。
权利要求
可重构无线移动传感器网络的节点对接装置的工作方法，其特征在于包括如下步骤a、无线移动传感器节点收到重构指令以后，无线移动传感器节点公头(1)原地旋转，由红外避障传感器(3)寻找到无线移动传感器节点母头(2)并做相对直线运动；b、当运动到两个对接面间距离小于红外避障传感器(3)的测量范围时，由两对红外测距传感器(4)测得相对距离和角度信息，然后无线移动传感器节点公头(1)根据测得信息做出相应调整；c、无线移动传感器节点到达预定的对接区域后，记忆合金弹簧(8)通电加热到预定温度收缩，压缩弹簧(9)被迫压缩；d、两个卡板(7)在两个记忆合金弹簧(8)的拉力作用下，沿矩形滑槽(6)作相反方向的直线移动，从而使锥形导头(5)能够顺利插入到圆形定位孔(11)；e、锥形导头(5)插入被对接面上的圆形定位孔(11)时，锥形导头(5)前端部的圆锥体通过与圆形定位孔(11)摩擦使对接节点左右移动，从而消除由于定位不准引起的角度误差和位置偏移；当锥形导头后端的圆柱体与圆形定位过孔(11)完全接触后，实现无线移动传感器节点公头(1)和无线移动传感器节点母头(2)的精确对准；f、无线移动传感器节点公头(1)和无线移动传感器节点母头(2)实现完全定位以后，记忆合金弹簧(8)断电，压缩弹簧(9)上的弹力远远大于记忆合金弹簧产生的力，驱动两个卡板(7)作相对方向的直线移动，两个卡板(7)插入到锥形导头(5)两侧的矩形槽中，从而实现对接机构的卡紧；g、无线移动传感器节点母头(2)收到对接装置分离信号后，记忆合金弹簧(8)通电加热到预定温度收缩，压缩弹簧(9)在记忆合金弹簧(8)的作用下被迫压缩；h、两个卡板(7)在记忆合金弹簧(8)的拉力作用下作相反方向的直线移动，脱离锥形导头(5)两侧的矩形槽；i、无线移动传感器节点公头(1)和无线移动传感器节点母头(2)作相反方向的直线移动，锥形导头(5)脱离圆形定位孔(11)，实现两个节点的分离。
2. —种实现权利要求1所述工作方法的可重构无线移动传感器网络的节点对接装置， 其特征在于包括电源模块、通信模块、定位模块、机械模块、控制模块，电源模块的电流输出 端分别与通信模块、定位模块、机械模块的电流输入端连接，通信模块、定位模块、机械模块 的信号输出端分别与控制模块的信号输入端连接，通信模块、定位模块、机械模块的信号输 入端分别于控制模块的信号输出端连接；定位模块、机械模块分别布置在无线移动传感器 节点公头(D、无线移动传感器节点母头(2)上。
3. 根据权利要求2所述的可重构无线移动传感器网络的节点对接装置，其特征在于上 述通信模块包括存储器、MCU、无线收发单元，存储器的信号输入端、第一信号输出端分别与 MCU的第一信号输出端、第一信号输入端连接，MCU的信号第二输出端、第二信号输入端分 别与无线收发单元的信号输入端、第一信号输出端连接。
4. 根据权利要求2所述的可重构无线移动传感器网络的节点对接装置，其特征在于上 述定位模块包括红外避障传感器(3)、红外测距传感器(4)，红外避障传感器(3)设置在无 线移动传感器节点母头(2)上，红外测距传感器(4)分别设置在无线移动传感器节点公头 (1)、无线移动传感器节点母头(2)上。
5.根据权利要求2所述的可重构无线移动传感器网络的节点对接装置，其特征在于 上述机械模块包括机械对准模块、夹紧_分离模块，所述机械对准模块包括锥形导头(5)、 与锥形导头(5)相匹配的圆形定位孔(ll)，锥形导头(5)设置在无线移动传感器节点公头 (1)上，圆形定位孔(11)设置在无线移动传感器节点母头(2)上；夹紧-分离模块包括矩形 滑槽(6)、卡板(7)、记忆合金弹簧(8)、压縮弹簧(9)、弹簧支架(10)，圆形定位孔(11)的直 径方向对称布置两个卡板(7)，两个卡板(7)之间的距离小于圆形定位孔(11)的直径；卡 板(7)插置在矩形滑槽(6)内，远离圆形定位孔(11) 一侧的无线移动传感器节点母头(2) 上布置支架(IO)，卡板(7)与支架(10)之间设置记忆合金弹簧(8)，记忆合金弹簧(8)内 嵌套压縮弹簧(9)。
全文摘要
可重构无线移动传感器网络的节点对接装置及其工作方法，涉及可重构机器人以及无线传感器网络领域，特别涉及可重构无线移动传感器网络的节点对接装置。可重构无线移动传感器网络的节点对接装置，包括电源模块、通信模块、定位模块、机械模块、控制模块，电源模块的电流输出端分别与通信模块、定位模块、机械模块的电流输入端连接，通信模块、定位模块、机械模块的信号输出端分别与控制模块的信号输入端连接，通信模块、定位模块、机械模块的信号输入端分别于控制模块的信号输出端连接；定位模块、机械模块分别布置在无线移动传感器节点公头、无线移动传感器节点母头上本发明实现了结构简单，使用效果好，能将各节点进行自动对接与分离的目的。
文档编号G01S5/00GK101754439SQ20091026337
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者宋光明, 宋爱国, 牛艳鹏 申请人:东南大学