移動機器人載運的節(jié)點自動投放裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種移動機器人載運的節(jié)點自動投放裝置，由控制部分和機械部分組成?？刂撇糠职ㄖ骺刂破?、串口通信模塊、撥碼開關(guān)、左右兩路舵機模塊、電源模塊。機械部分包括節(jié)點儲存?zhèn)}、曲柄滑塊機構(gòu)、緩沖橡膠片、節(jié)點滑道及支架等部分。整個投放裝置由兩個獨立的投放機構(gòu)構(gòu)成，形狀呈“口”字狀，傾斜安裝于機器人上。該裝置通過串口通信模塊接收外部發(fā)送的投放指令，通過控制器控制左舵機或右舵機模塊旋轉(zhuǎn)，帶動曲柄滑塊結(jié)構(gòu)進行動作完成節(jié)點投放。本發(fā)明可實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的定點按序的準確投放，適合于進行大范圍的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署，更好地輔助機器人完成未知環(huán)境的探測和監(jiān)控，具有重要的應(yīng)用價值。
【專利說明】移動機器人載運的節(jié)點自動投放裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域、電子【技術(shù)領(lǐng)域】、無線通信領(lǐng)域，具體涉及一種移動機器人載運的節(jié)點自動投放裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，救援和探測機器人是當(dāng)今國內(nèi)外的研究熱點之一。對未知環(huán)境的探索和實時監(jiān)測，成為了該領(lǐng)域研究的熱點和難點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新興的先進技術(shù)，具有體積小、成本低、可感知周圍復(fù)雜環(huán)境等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、災(zāi)難救援和環(huán)境檢測等各種領(lǐng)域?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的探測和實時監(jiān)控技術(shù)備受推崇，而傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的部署問題是該項技術(shù)的核心問題之一。目前已有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署多為事先人為設(shè)置的，在實際應(yīng)用當(dāng)中如災(zāi)難救援、軍事及環(huán)境勘測等領(lǐng)域，由于環(huán)境較惡劣危險而可行性較低，因此需要機器人進入危險環(huán)境承擔(dān)節(jié)點自動部署的工作?，F(xiàn)有的機器人載節(jié)點部署裝置大多比較復(fù)雜，加工難度較大，控制比較繁雜，且攜帶節(jié)點的個數(shù)極其有限，極大限制了節(jié)點部署的距離和范圍。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種安裝于機器人上的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點投放裝置，該裝置加工簡單、安裝方便、可攜帶節(jié)點較多且便于控制，可實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的定點按序地準確投放，可以很好地輔助機器人完成遠距離大范圍探測和環(huán)境監(jiān)控等工作。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:移動機器人載運的節(jié)點自動投放裝置，由控制部分和機械部分組成。機械部分由節(jié)點儲存?zhèn)}、曲柄滑塊機構(gòu)、緩沖橡膠片、節(jié)點滑道及支架等部件構(gòu)成?？刂撇糠钟芍骺刂破?、串口通信模塊、撥碼開關(guān)、電源模塊和舵機模塊構(gòu)成。
[0005]整個節(jié)點投放裝置的機械結(jié)構(gòu)成“口”字形，傾斜安裝于移動機器人的左右兩側(cè)(以前進方向為正面)。節(jié)點投放裝置通過前固定板和后拉桿與機器人相連接。裝置兩側(cè)各有一套對稱于另一側(cè)的獨立投放機構(gòu)。所述投放機構(gòu)由長直角支撐架、節(jié)點存儲倉、曲柄滑塊機構(gòu)、舵機、節(jié)點滑道及緩沖橡膠片構(gòu)成。
[0006]所述的長直角支撐架連接于前固定板和尾部的節(jié)點彈道之間，起連接和支撐作用。
[0007]所述節(jié)點存儲倉呈上粗下細的管狀，通過管卡固定與長直角支撐架上，用于存儲準備投放的節(jié)點及充當(dāng)節(jié)點滑道。整個存儲倉與水平面(地面)保持一定的角度，使節(jié)點能夠依靠自身重力順利下滑。同時選用的存儲倉上粗下細，便于擴展延長。
[0008]所述節(jié)點滑道固定于裝置尾部，垂直于存儲倉?；莱式切?，分為滑道面板和節(jié)點擋板?；烂姘逦挥诠?jié)點存儲倉下出口和節(jié)點擋板之間，寬度為一個節(jié)點距離，是節(jié)點投放出去的軌道。
[0009]所述曲柄滑塊機構(gòu)沿滑道方向固定于滑道的面板上，所述曲柄滑塊結(jié)構(gòu)的曲柄連接于舵機的軸，將舵機軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滑塊沿滑道方向的運動，用于將節(jié)點推出滑道。
[0010]所述緩沖橡膠片固定于長直角支撐架的尾部，用于節(jié)點被推出滑道時的姿態(tài)修正和速度緩沖。
[0011]所述裝置的機械部分可通過改變前固定板和尾部節(jié)點滑道的長度來調(diào)整寬度，通過改變長直角支撐架的長度和與地面的角度來改變裝置的長度和高度。
[0012]所述投放裝置的控制部分通過撥碼開關(guān)設(shè)置左、右存儲倉可容納的節(jié)點個數(shù)，通過串口模塊接受外部輸入的投放指令，由控制器輸出周期為18ms-20ms、占空比為
5.6%-10%的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號，來控制舵機帶動曲柄滑塊的曲柄在一定角度內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)，通過連桿傳遞推動滑塊做直線往復(fù)運動，從而完成節(jié)點投放動作。
[0013]所述電源模塊分別與主控制器、串口通信模塊和舵機相連，用于給這些模塊分別供電。
[0014]優(yōu)選地，所述控制器具備2路以上脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號輸出、I個以上串口及10個以上的通用輸入/輸出(GP1)引腳。
[0015]優(yōu)選地，所述曲柄滑塊的曲柄和連桿的設(shè)計長度，應(yīng)保證滑塊的水平運動距離大于一個節(jié)點寬度。
[0016]優(yōu)選地，節(jié)點存儲倉與水平地面構(gòu)成的夾角為30-60度之間。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果是:
(1)本發(fā)明可自動對傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點實施定點按序的精確投放；
(2)本發(fā)明安裝于機器人的兩側(cè)，克服了已往的裝置安裝于機器人尾部、容易增加機器人較大空間浪費的缺點；
(3)本發(fā)明可攜帶大量的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，輔助機器人完成較大范圍的傳感器網(wǎng)絡(luò)部署與構(gòu)建，可以很好地獲取目標(biāo)環(huán)境的多種數(shù)據(jù)信息，具有極大應(yīng)用價值；
(4)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，加工簡便，控制簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為投放執(zhí)行機構(gòu)示意圖；
圖3為控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖4為投放機構(gòu)投放節(jié)點的局部過程圖。
[0019]圖中1.固定前面板，2.節(jié)點存儲倉，3.長直角支撐架，4.緩沖橡膠片，5.滑道，
6.舵機，7.曲柄滑塊機構(gòu)，8.拉桿，9.傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。
[0020]
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0022]參見圖1，本發(fā)明所述的移動機器人載運的節(jié)點自動投放裝置，傾斜安裝于機器人兩側(cè)。兩側(cè)是兩個相互對稱相互獨立的節(jié)點投放機構(gòu)，兩個投放機構(gòu)的頭部和尾部通過固定前面板I和滑道5連接。所述的固定前面板I位于裝置的頭部，用于固定于機器人的前端。所述的滑道5位于裝置的尾部，上端連接于拉桿8。所述拉桿8用于固定于機器人的后端。固定前面板I和滑道5通過長直角支撐架3相互連接，構(gòu)成了裝置“口”字形的基本支架。
[0023]所述裝置可通過調(diào)節(jié)固定前面板I和滑道5的長度來調(diào)節(jié)裝置的寬度。
[0024]所述裝置的投放機構(gòu)包括節(jié)點存儲倉2、曲柄滑塊機構(gòu)7、滑道5和舵機6構(gòu)成。所述的節(jié)點存儲倉2位于滑道5的上方，通過管卡固定于長直角支撐架3上。所述節(jié)點存儲倉2，為上粗下細的管狀，方便節(jié)點存儲倉2的擴展延長，以容納更多的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點9。所述的節(jié)點存儲倉2與水平地面夾角為銳角，優(yōu)選地，夾角設(shè)置為30度到60度之內(nèi)。左右側(cè)節(jié)點存儲倉2中共存放有六個待投放傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點9。
[0025]需要說明的是節(jié)點存儲倉2中所儲存的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點9數(shù)量并不限于6個，也可以是更多個。并且裝置可投放的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點9并非局限于橢球狀，可以是正方體、長方體及其它不規(guī)則形狀。節(jié)點存儲倉2管徑的選擇應(yīng)考慮投放對象的具體情況，選擇原則為最小管徑應(yīng)大于投放對象的最大外徑。
[0026]參見圖1和圖2，所述的曲柄滑塊7，固定于滑道5上，由曲柄、連桿、滑塊和機架組成。所述曲柄滑塊的曲柄固定于舵機6軸上，機架固定于滑道5上，連桿連接在曲柄和滑塊之間。當(dāng)舵機軸轉(zhuǎn)動時，帶動曲柄轉(zhuǎn)動一定角度，通過連桿，推動滑塊在機架中做平行于滑道的水平運動，從而將節(jié)點9推出滑道，完成投放動作。
[0027]所述的緩沖橡膠片4呈長方形，一端安裝于長直角支撐架3的外側(cè)，位于節(jié)點存儲倉2的節(jié)點出口處，用于節(jié)點9被推出滑道時姿態(tài)的修正和速度的緩沖，使節(jié)點可以準確地投放于滑道5的出口處。
[0028]所述的舵機6安裝于滑道5的中間側(cè)，轉(zhuǎn)軸與曲柄滑塊機構(gòu)7的曲柄連接。所述舵機6通過控制線與控制器103相連，接收控制器103發(fā)送的周期為18ms-20ms占空比為
5.6%-10%的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號，在180度的范圍內(nèi)進行給定角度的轉(zhuǎn)動，帶動曲柄滑塊結(jié)構(gòu)7完成節(jié)點投放動作。
[0029]參見圖3，控制系統(tǒng)由串口通信模塊101、撥碼開關(guān)102、控制器103、左舵機模塊104、右舵機模塊106及電源模塊105組成。
[0030]所述的串口通信模塊101，屬于控制器103的內(nèi)部資源模塊，與外控制器的串口進行連接，用于接收外控制器發(fā)送過來的節(jié)點投放指令。
[0031]所述的撥碼開關(guān)102，直接連接于控制器103的I/O 口，用于根據(jù)左、右節(jié)點存儲倉2所儲存的待投放節(jié)點數(shù)量，進行投放設(shè)置的初始化。所述的撥碼開關(guān)102的位數(shù)選擇，應(yīng)根據(jù)單側(cè)投放裝置節(jié)點存儲倉2的最大容量進行。若單側(cè)節(jié)點存儲倉2的最大容量為8-15個，則4位撥碼開關(guān)采用十六進制即可表示完全，故選用8位的撥碼開關(guān)，用其中的4位設(shè)置一側(cè)的節(jié)點存儲倉2中實際存放節(jié)點的個數(shù)，另4位設(shè)置另一個節(jié)點存儲倉中的個數(shù)；若單側(cè)節(jié)點存儲倉2的最大容量為16-31個，同上述方法，則選擇10位的撥碼開關(guān)。
[0032]所述的控制器103，控制著整個系統(tǒng)的運作。初始化時，控制器103接受撥碼開關(guān)設(shè)置的左右節(jié)點存儲倉2初始存放的節(jié)點個數(shù)，通過串口通信模塊101接受外控制器傳送過來的節(jié)點投放指令，輸出PWM波控制左右舵機進行動作。
[0033]所述的左舵機機構(gòu)104和右側(cè)舵機機構(gòu)106對稱安裝于滑道5上，通過控制線連接于控制器103，根據(jù)控制器103的指令進行相應(yīng)動作。
[0034]具體運用上: 步驟1:設(shè)置裝載節(jié)點個數(shù)。根據(jù)初始時刻兩側(cè)節(jié)點存儲倉2中存儲的節(jié)點個數(shù)，設(shè)置撥碼開關(guān)102，使對應(yīng)的撥碼開關(guān)構(gòu)成的十六進制數(shù)值等于響應(yīng)側(cè)存儲的節(jié)點個數(shù)。
[0035]步驟2:讀取裝載節(jié)點個數(shù)。裝置上電，控制器103讀取撥碼開關(guān)102表示的數(shù)據(jù)，獲知兩側(cè)儲存?zhèn)}2中存儲的個數(shù)。
[0036]步驟3:接收投放指令。外部控制器發(fā)送投放指令，控制器103通過串口通信模塊101接收。投放模式分為兩種，第一種為指定投放模式，即指定左投放機構(gòu)投放或則右投放機構(gòu)進行投放。如果指定側(cè)節(jié)點已投放完，則控制器103通過串口模塊101發(fā)送錯誤信息給外部控制器，外部控制器則重新發(fā)送新的指令；第二種為非指定投放模式，始終進行單側(cè)投放，單側(cè)投放完畢后再自動切換為另一側(cè)進行投放，直至節(jié)點全部投放完，并通過串口模塊101回發(fā)空倉信息。
[0037]步驟4:執(zhí)行節(jié)點投放操作。參見圖2和圖4，控制器103根據(jù)接收到的指令進行指定舵機7的控制?？刂破?03首先輸出一個一定占空比(5.6%-10%)、周期為18ms-20ms的PWM波形，舵機6帶動曲柄滑塊結(jié)構(gòu)7轉(zhuǎn)動一定角度，通過連桿作用將滑塊水平推出，使傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點掉落。之后控制器103輸出另一個占空比(5.6%-10%)、周期為18ms-20ms的PWM波形，舵機6回轉(zhuǎn)，帶動曲柄滑塊結(jié)構(gòu)7的滑塊反方向收回。于此同時，節(jié)點存儲倉2中的待投放節(jié)點9依靠重力下滑，為下一次投放動作做好準備。
【權(quán)利要求】
1.移動機器人載運的節(jié)點自動投放裝置，包括外部指令輸入接口、控制器、節(jié)點存儲倉、節(jié)點投放執(zhí)行機構(gòu)等，控制系統(tǒng)則包括串口通信模塊、控制器模塊、舵機模塊和電源模塊；其特征在于:裝置由兩個用于傾斜安裝于機器人兩側(cè)的獨立投放機構(gòu)組成；如附圖所示，節(jié)點投放執(zhí)行機構(gòu)由舵機(6)和曲柄滑塊機構(gòu)(7)相連接構(gòu)成；節(jié)點存儲倉(2)呈上粗下細的管狀，固定于支架上，傾斜于水平面(地面)；系統(tǒng)通過撥碼開關(guān)設(shè)置節(jié)點存儲倉(2)中節(jié)點的數(shù)量；控制通過串口模塊接受外部發(fā)送的投放指令。
2.所述的移動機器人載運的節(jié)點自動投放裝置，其特征在于:兩個獨立的投放機構(gòu)，通過固定前面板(I)和滑道(5)進行連接固定，形成“ 口 ”字形，成斜挎狀安裝于機器人上；投放結(jié)構(gòu)由節(jié)點存儲倉(2)、滑道(5)、曲柄滑塊機構(gòu)(7)、舵機(6)和緩沖橡膠片(4)構(gòu)成，節(jié)點存儲倉(2)呈上粗下細管狀，通過管卡固定于長直角支撐架(I)上，與地面呈銳角放置，內(nèi)部存儲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(9);滑道(5)連接于節(jié)點存儲倉(2)末端，擋板側(cè)與節(jié)點存儲倉末端出口保持一個節(jié)點的間距；曲柄滑塊機構(gòu)(7)固定于滑道(5)上，曲柄滑塊的曲柄固定于舵機(6)軸上，將舵機(6)的圓周運動轉(zhuǎn)化為直線運動，推動節(jié)點掉落；緩沖橡膠片(4)材質(zhì)為橡膠，固定于長直角支撐架(I)上，位于滑道(5)出口處，用于修正節(jié)點掉落姿態(tài)和緩沖掉落速度。
【文檔編號】B25J13/00GK104175315SQ201310203090
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月28日
【發(fā)明者】張云洲, 周繼賢, 王 琦, 趙曼, 張曉婷, 李嘉特 申請人:東北大學(xué)