一种模块化自重构机器人的通信装置及其通信方法
【专利摘要】本发明公开了一种模块化自重构机器人的通信装置及其通信方法，所述系统包括若干功能模块，每个功能模块的各侧边设有侧边无线收发器并且各侧边的侧边无线收发器之间信号范围互不覆盖，功能模块还设有控制终端无线收发器和微控制器；侧边无线收发器与控制终端无线收发器采用不同工作频率。功能模块通过侧边连接，连接侧边的侧边无线收发器信号范围互相覆盖；若干功能模块的控制终端无线收发器有且只有一个处于工作状态。既能够实现模块化自重构机器人无线且远距离通信，又能够实现模块化自重构机器人的联体构型识别；同时对于整个模块化自重构机器人的控制通信与对各功能模块的控制通信互不干扰。
【专利说明】一种模块化自重构机器人的通信装置及其通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模块化自重构机器人的通信装置及其通信方法。
【背景技术】
[0002]模块化自重构机器人系统是由若干结构简单、资源有限的功能模块组成，多个功能模块之间通过连接机构组装成多种联体，如蛇形联体，三足形联体，四足形联体等形态。目前，模块化自重构机器人的通信系统主要有CAN总线、RS485总线、红外通信、蓝牙通信和无线传感器网络等通信方式。CAN总线和RS485总线属于有线方式，无法实现分离功能模块或不同联体之间的通信；红外通信和蓝牙通信虽解决了不同联体之间的通信问题，但通信距离较短，同时红外通信系统受环境因素影响较大；无线传感器网络提供多跳自组网方式，但由于节点的拓扑结构不可控，会造成通信能耗大、通信信道阻塞等问题。具有丰富的联体形态，不同的联体形态具有多种运动步态，模块化自重构机器人在复杂环境中展现出强大的运动能力。能够根据环境和任务的不同改变自身形态是模块化自重构机器人的主要优势。而要使模块化自重构机器人联体发挥强大运动能力和实现其变形功能，首先模块化自重构机器人系统能够识别当前联体的构型，而后根据联体构型选择运动步态和完成变形规划。目前，构型识别方法都是基于自重构机器人的通信系统实现，如CAN总线和红外通信等。而蓝牙通信和无线传感器网络由于网络的拓扑结构不可控，而无法实现模块化自重构机器人的联体构型识别。
【发明内容】
[0003]发明目的:本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种模块化自重构机器人的通信装置及其通信方法，解决了既要满足无线且远距离通信又要能够实现模块化自重构机器人的联体构型识别的技术问题。
[0004]技术方案:为了实现本发明目的，本发明所述的一种模块化自重构机器人的通信装置，模块化自重构机器人由若干功能模块，每个功能模块的各侧边设有侧边无线收发器并且各侧边的侧边无线收发器之间信号范围互不覆盖，功能模块还设有控制终端无线收发器和微控制器；侧边无线收发器与控制终端无线收发器采用不同工作频率。功能模块通过侧边连接，连接侧边的侧边无线收发器信号范围互相覆盖；相连着的若干功能模块的控制终端无线收发器有且只有一个处于工作状态。
[0005]作为优选，为了简单且有效地让所述装置区分侧边无线收发器，每个侧边无线收发器都设有一个MAC通信地址且不同于其他侧边无线收发器的MAC通信地址。
[0006]作为优选，为了简单且有效地让所述装置区分每个功能模块且保证各功能模块之间的通信安全，每个功能模块都设有一个标志位且不同于其他功能模块的二进制标志位，该标志位存储于该功能模块微控制器的FLASH中。
[0007]作为优选，为了使得侧边无线收发器和控制终端无线收发器能够更好的互不干扰且降低成本，侧边无线收发器采用433MHz无线收发器，控制终端无线收发器采用2.4GHz无线收发器。
[0008]为了实现本发明目的，本发明所述的一种模块化自重构机器人的通信方法，包括以下步骤:
[0009](I)各功能模块的微控制器通过每个侧边的侧边无线收发器检测该功能模块与其他功能模块的连接状态；若连接有其他功能模块，则将与其连接的功能模块标志位和与其连接侧边的侧边无线收发器存储起来；
[0010](2)将唯一处于工作状态的控制终端无线收发器的微控制器设为中央控制器；将步骤(1)中各功能模块存储的连接信息发送至中央控制器中；
[0011](3)中央控制器将所有连接信息进行数据融合生成模块化自重构机器人的构型矩阵表达式；[0012](4)将步骤(3)中的构型矩阵表达式与已有的模块化自重构机器人联体构型库中的模型进行匹配，得到当前模块化自重构机器人的联体构型，并获得对应的联体运动控制。
[0013]有益效果:本发明与现有技术相比，既能够实现模块化自重构机器人无线且远距离通信，又能够实现模块化自重构机器人的联体构型识别；同时对于整个模块化自重构机器人的控制通信与对各功能模块的控制通信互不干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明模块化自重构机器人功能模块的硬件框架示意图；
[0015]图2为本发明模块化自重构机器人功能模块的结构示意图；
[0016]图3为本发明模块化自重构机器人功能模块的连接示意图；
[0017]图4为本发明模块化自重构机器人的通信流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0019]如图1所示，单个功能模块由微控制器、2.4GHz无线收发器以及4个433MHz无线收发器组成；433MHz无线收发器建立模块化自重构机器人联体内部通信网络，而2.4GHz无线收发器则可作为模块化自重构机器人的中央控制器命令收发终端。
[0020]如图2所示，功能模块一 I为正方形结构，其4个侧边上分别设有433MHz无线收发器十一 IK433MHz无线收发器十二 12、433MHz无线收发器十三13以及433MHz无线收发器十四14，通过天线的特殊设计以及芯片传输功率调整控制433MHz无线收发器的信号覆盖范围，使得433MHz无线收发器十一 11>433MHz无线收发器十二 12、433MHz无线收发器十三13和433MHz无线收发器十四14的信号覆盖范围互不重叠，则其通信也互不影响。
[0021 ] 如图3所示，模块化自重构机器人由功能模块一 1、功能模块二 2、功能模块三3、功能模块四4以及功能模块五5组成，以上功能模块均为正方形结构；功能模块一 I的4个侧边上分别设有433MHz无线收发器十一 ll、433MHz无线收发器十二 12、433MHz无线收发器十三13以及433MHz无线收发器十四14，功能模块二 2的4个侧边上分别设有433MHz无线收发器二十一 2K433MHz无线收发器二十二 22、433MHz无线收发器二十三23以及433MHz无线收发器二十四24，功能模块三3的4个侧边上分别设有433MHz无线收发器三十一 31、433MHz无线收发器三十二 32、433MHz无线收发器三十三33以及433MHz无线收发器三十四34，功能模块四4的4个侧边上分别设有433MHz无线收发器四十一 41、433MHz无线收发器四十二 42、433MHz无线收发器四十三43以及433MHz无线收发器四十四44,功能模块五5的4个侧边上分别设有433MHz无线收发器五十一 5 K 433MHz无线收发器五十二 52、433MHz无线收发器五十三53以及433MHz无线收发器五十四54。功能模块五5通过4个侧边分别与功能模块一 1、功能模块二 2、功能模块三3以及功能模块四4连接；功能模块五5的433MHz无线收发器五十一 51与功能模块一 I的433MHz无线收发器十三13信号互相覆盖从而可以进行通信，功能模块五5的433MHz无线收发器五十二 52与功能模块二 2的433MHz无线收发器二十四24信号互相覆盖从而可以进行通信，功能模块五5的433MHz无线收发器五十三53与功能模块三3的433MHz无线收发器三十一 31信号互相覆盖从而可以进行通信，功能模块五5的433MHz无线收发器五十四54与功能模块四4的433MHz无线收发器四十二 42信号互相覆盖从而可以进行通信；功能模块一 1、功能模块二 2、功能模块三3和功能模块四4未连接的侧边433MHz无线收发器都将被关闭，这样模块化自重构机器人联体的网络拓扑与功能模块的机械连接拓扑相一致。
[0022]如图4所示，在上述功能模块的连接基础上，首先检测功能模块是否与其他功能模块连接，若连接则读取与其连接的功能模块标志位和与其连接侧边的433MHz无线收发器标识号并存储起来；然后当所有功能模块检测完毕，则将其传输到中央控制器；中央控制器将所有连接信息 进行数据融合生成模块化自重构机器人的构型矩阵表达式；将上述构型矩阵表达式与已有的模块化自重构机器人联体构型库中的模型进行匹配，得到当前模块化自重构机器人的联体构型，并获得对应的联体运动控制。
【权利要求】
1.一种模块化自重构机器人的通信装置，模块化自重构机器人由若干功能模块组成，其特征在于，每个功能模块的各侧边设有侧边无线收发器并且各侧边无线收发器之间信号范围互不覆盖，功能模块还设有控制终端无线收发器和微控制器； 侧边无线收发器与控制终端无线收发器采用不同工作频率； 功能模块通过侧边连接且仅有连接侧边的侧边无线收发器信号范围互相覆盖； 相连着的若干功能模块的控制终端无线收发器只有一个处于工作状态。
2.如权利要求1所述的一种模块化自重构机器人的通信装置，其特征在于，每个侧边无线收发器都设有一个MAC通信地址且不同于其他侧边无线收发器的MAC通信地址。
3.如权利要求2中任一项所述的一种模块化自重构机器人的通信装置，其特征在于，每个功能模块都设有一个ID号且不同于其他功能模块的ID号，该ID号存储于该功能模块微控制器的FLASH中。
4.如权利要求1所述的一种模块化自重构机器人的通信装置，其特征在于，侧边无线收发器采用433MHz无线收发器，控制终端无线收发器采用2.4GHz无线收发器。
5.如权利要求1所述模块化自重构机器人的通信装置的通信方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)各功能模块的微控制器通过每个侧边的侧边无线收发器检测该功能模块与其他功能模块的连接状态；若连接有其他功能模块，则将与其连接的功能模块标志位和与其连接侧边的侧边无线收发器存储起来； (2)将唯一处于工作状态的控制终端无线收发器的微控制器设为中央控制器；将步骤(O中各功能模块存储的连接信息发送至中央控制器中； (3)中央控制器将所有连接信息进行数据融合生成模块化自重构机器人的构型矩阵表达式； (4)将步骤(3)中的构型矩阵表达式与已有的模块化自重构机器人联体构型库中的模型进行匹配，得到当前模块化自重构机器人的联体构型，并获得对应的联体运动控制。
【文档编号】G08C17/02GK103942937SQ201410005460
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】宋光明, 乔贵方, 张颖, 彭瑾, 王卫国, 李志文 申请人:东南大学