[发明专利]模块化便携式移动机器人系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种智能移动机器人平台，特别是一种模块化便携式移动机器人系统。

背景技术

移动机器人平台是一种能够自主或者半自主移动的机器人，其行走方式有轮式、履带式、两足式、四足式、多足式等。机器人经常会携带一些传感器和驱动装置，实现特定的功能，能够用于娱乐、家用、教学、军用、安防等领域。

目前的移动机器人系统具有各式各样的组成结构，比如轮式的足球比赛机器人，四足机器狗，两足人形机器人，履带式可以越障的室外机器人等。已经有研究者将模块化的概念引入机器人设计领域：2005年《高教装备》第11期第45页公开了“可扩展教学机器人系统设计”，介绍了一种可以扩展的机器人系统设计方法，引入组件化概念，将机器人组件进行分类，并通过一定的接口形式连接。目前成熟的产品有德国PowerCube公司的可重组的模块化机器人，提供一系列具有标准机械和电子接口的功能模块，由许多功能关节可以组成各种形状和功能的多自由度手臂、人形、蛇形机器人等。多自由度并联机器人也采用了模块化的设计思想。以上这些研究和应用仅限于机械臂结构，通用性差，尚不能适合移动式的机器人系统。

在移动机器人模块化设计方面，专利申请号为200710041709.6的“模块化及标准化组件构成的机器人”介绍了一种模块化及标准化组件构成的机器人，提出一种机器人模块化、标准化组件安装方法，将机器人部件中具有类似功能的部分融合为一体，成为一个标准组件，方便组件之间的组装。但此项研究仅限于机器人机械安装方面的标准化和模块化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种扩展方便、控制简单的模块化便携式移动机器人系统。

本发明的技术方案是：

一种模块化便携式移动机器人系统，包括控制单元模块、驱动单元模块、移动平台模块、翻转臂模块、能源模块、传感器模块、标准接口模块；所述能源模块内嵌于所述移动平台模块内，所述翻转臂模块与所述移动平台模块活动连接，所述控制单元模块通过所述驱动单元模块与所述移动平台模块相连，所述传感器模块通过标准接口模块与所述控制单元模块相连。

所述控制单元模块包括主控制器、操作控制单元和控制软件系统；主控制器采用嵌入式的计算机，集成了嵌入式的操作系统，通过编程使机器人实现传感器信息处理、模式识别、地图构建、自主导航等功能，主控制器通过标准的总线系统和标准协议与所述驱动单元模块、所述传感器模块通信；操作控制单元通过无线网络与所述主控制器通信，通过遥控方式来操纵机器人；控制软件系统采用模块化设计，集成常规的控制算法和通信协议。各个算法相互独立，互不影响，可以方便地扩展和修改。

所述主控制器包含主控CPU、运动控制CPU和通讯控制CPU；主控CPU用于整体决策、任务分配、传感器信息采集及处理、外围扩展器件的控制和管理、电源管理；运动控制CPU用于控制机器人的操作动作；通讯控制CPU用于主控制器各个CPU之间的通信协议及与主控制器与外围CPU节点和所述操作控制单元的通信。

所述驱动单元模块包括移动平台驱动模块和翻转臂驱动模块；所述移动平台驱动模块由直流伺服电机、电机编码器、电机驱动器、减速箱、传动机构组成，电机驱动器从所述控制单元模块接收指令驱动所述直流伺服电机，经由所述传动机构传动到所述移动平台模块，驱动机器人行走；采用差动式运动控制方式，即通过调整两边主动轮的速度来实现机器人的直行和转弯运动。当两边速度相同，方向相同时，机器人直线前进或者后退；当两边速度相同，方向相反时，机器人原地旋转；当两边速度不同，方向相同或相反时，机器人以一定半径转弯。所述翻转臂驱动模块包括翻转电机、电机编码器、电机驱动器、减速箱和传动机构，从所述控制单元模块发出的信号驱动所述翻转电机旋转，再带动所述翻转臂模块旋转。

在所述移动平台驱动模块中，所述电机驱动器采用PWM方式控制所述直流伺服电机。

所述移动平台模块包括底盘、上面板和行走机构，所述行走机构位于所述底盘的下面，所述底盘和所述上面板构成腔体，所述行走机构与所述底盘、所述底盘与所述上面板之间设有密封圈；所述移动平台模块的防水等级为IP67。

所述上面板上方设有标准接口模块。

所述移动平台模块中的行走机构为轮式机构或履带机构；所述轮式机构包括两个主动轮，所述履带机构包括一根履带、一个主动轮，一个从动轮，若干个辅助轮、一块支撑板，所述支撑板上设有所述能源模块。

所述翻转臂模块包括一个主动轮，一个从动轮，一根履带，一块支撑板。