CN104097197A - 模块化机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化机器人，其包括：安装台，安装台上设有多个通讯插口以及一远程传输单元；至少一个工作模块，所有工作模块均安装在安装台上，每个工作模块内设有控制工作模块工作的机械臂控制模组；移动机构，安装在安装台的下方，移动机构内设有控制移动机构运行的移动控制模组；所有控制模组及所述移动控制模组与所述通讯插口一一对应相连，各通讯插口通过通讯总线相连后与远程传输单元相连，远程传输单元通过网络与用户终端相连。本发明减少了机器人内的控制信号线数，只需要两根电力线和两根通讯线即可完成各模块间的电气连接，为使用者带来方便。

Description

模块化机器人

技术领域

本发明涉及一种模块化机器人，特别是涉及一种接线少、易于安装使用的模块化机器人。

背景技术

机器人是机械电子研究领域最高研究成果的代表，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。近几年，智能机器人成为最新的机器人研究方向之一，越来越小型化、智能化，应用范围也从工业向社会各行各业渗透，在服务，医疗，教育，娱乐等多个社会领域得到广泛应用。随着通讯技术的发展，采用总线技术进行分布式控制，是当前高精度机器人控制普遍采用的技术。分布式系统采用开放式、标准化、模块化和系列化设计。各个功能子系统都采用模块化设计方法，各个模块相互独立，互不影响，同时工作，各个模块通过总线相互连接，并最终连接到总控制终端。当需要改变或扩充系统功能时，可将新增功能节点方便地连入总线或从总线上卸下，几乎不影响系统其他功能节点的工作。而传统式的星型拓扑结构，所有的功能模块都要连接到控制器，当功能模块数目增加时，其系统结构变得庞大，连线困难，稳定性，可靠性都要大打折扣，不利于机器人的小型化和实用化。

中国专利ZL200810040146.3公开一种模块化个人机器人，其包括：传感模块、控制模块、驱动模块以及标准接口模块，传感模块与控制模块由第二标准接口模块相连，控制模块与驱动模块由第一标准接口模块相连。传感模块固定在第二标准接口模块上，控制模块的一端固定在第二标准模块上，另一端固定在第一标准接口模块上，驱动模块固定在第一标准接口模块的另一端，驱动模块运动带动整个机器人运动。本发明采用模块化结构组成个人机器人，但其通过总控制模块控制其他各模块，需要信号线电力线较多，这样给接线造成困难，若功能模块增加，将会为线路安排带来麻烦，而且再增加模块时需要技术人员设计安装，一般人员难以操作。

因此，需要一种模块化、线路少、方便安装使用的机器人。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种模块化机器人，用于解决现有技术中机器人内部线路复杂，不易安装使用的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种模块化机器人，所述模块化机器人包括：安装台，安装台上设有多个通讯插口以及一远程传输单元；至少一个工作模块，所有工作模块均安装在所述安装台上，每个工作模块内设有控制工作模块工作的控制模组；移动机构，安装在所述安装台的下方，移动机构内设有控制移动机构运行的移动控制模组；所有控制模组及所述移动控制模组与所述通讯插口一一对应相连，各通讯插口通过通讯总线相连后与所述远程传输单元相连，所述远程传输单元通过网络与用户终端相连。

优选的，所述安装台顶面设有等间距排列的多个安装孔，所述工作模块上设有紧固件，所述紧固件插设在所述安装孔内将所述工作模块固定在所述安装台上。

优选的，所述通讯总线采用CAN总线通讯方式或者EtherCAT总线通讯方式。

优选的，所述工作模块为视觉采集模块。

优选的，所述工作模块为机械臂。

进一步的，所述机械臂内设有控制机械臂运动的机械臂控制模组，机械臂控制模组内设有多个控制模块，所有控制模块通过通讯总线相连后与所述通讯插口相连。

优选的，所述安装台上还设有为所述各工作模块及移动机构提供电力的电源模块。

优选的，所述移动控制模组包括多个通过通讯总线相连的控制模块，每个控制模块对应一个驱动移动机构运行的电机，每个控制模块内设有微控制器、驱动单元、通讯模块以及采集数据的输入输出控制单元，所述驱动单元、通讯模块以及采集数据的输入输出控制单元均与微控制器相连。

优选的，所述移动机构为多个独立控制的滚轮。

优选的，所述移动机构为履带式移动机构。

如上所述，本发明的模块化机器人，具有以下有益效果：

采用基于通讯总线的分布式控制系统结构，实现各工作模块、移动机构与远程传输单元的通信，其减少了机器人内的控制信号线数，只需要两根电力线和两根通讯线即可完成各模块间的电气连接，为使用者带来方便。各模块只需将自身的通讯接口标准化，若使用者需要增设工作模块时，只需将工作模块上带的通讯接口与上述通讯插口插接即可，不需要专门的技术人员来操作，安装使用非常方便；在机械连接上也采用模块化设计，安装台可以安装多种工作模块。

附图说明

图1显示为本发明的模块化机器人的机械结构示意图。

图2显示为本发明的模块化机器人的电气控制示意图。

元件标号说明

1                   机械臂

11                  机械臂控制模组

101                 控制模块

2                   安装台

3                   视觉采集模块

31                  视觉控制模组

4                   移动机构

41                  移动控制模组

401                 驱动单元

402                 控制模块

403                 通讯模块

405                 电机

406                 输入输出控制单元

5                   远程传输单元

6                   通讯插口

7                   通讯总线

81                  其它控制模组

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种模块化机器人，其包括：安装台2，安装台2上设有多个通讯插口6以及一远程传输单元5；至少一个工作模块，所有工作模块均安装在安装台2上，每个工作模块内设有控制工作模块工作的控制模组；移动机构4，安装在安装台2的下方，移动机构4内设有控制移动机构运行的移动控制模组41；所有控制模组及移动控制模组41与通讯插口6一一对应相连，各通讯插口6通过通讯总线7相连后与远程传输单元5相连，远程传输单元5通过网络与用户终端相连。本发明采用通讯总线实现各工作模块、移动机构与远程传输单元的通信，其减少了机器人内的控制信号线数，只需要两根电力线和两根通讯线即可完成各模块间的电气连接，为使用者带来方便。各模块只需将自身通讯接口标准化，若使用者需要增设工作模块时，只需将工作模块上带的通讯接口与上述通讯插口插接即可，不需要专门的技术人员来操作，安装使用非常方便。

以下举例描述本发明的模块化机器人，上述工作模块可以为视觉采集模块和机械臂，也可以为其他工作性质的模块，见图1所示，本实施例中的工作模块为视觉采集模块3和机械臂1，图2为本实施例具体的各模块间的电气控制图，上述通讯总线采用CAN总线通讯方式，也可以采用EtherCAT总线通讯方式，本实施例中采用CAN总线通讯方式。上述视觉采集模块3内设有控制摄像设备采集图像和存储图像的视觉控制模组31，该视觉控制模组31上设有通讯模块，通过通讯接口与上述通讯插口6相连，获取远程传输来的命令以及传输所获取的信息。本机械臂1为四自由度机械臂，其内设有控制机械臂运动的机械臂控制模组11，在机械臂的各关节处均设有驱动电机，每个驱动电机受一控制模块101控制，所有控制模块101通过通讯总线（本实施例为CAN总线）相连构成该机械臂的机械臂控制模组11，最后通过通讯接口与上述通讯插口6相连，通过通讯总线7获取远程传输模块5接受到得命令，做出相应动作。为便于使用者后续扩展工作模块，上述通讯插口6为多个，只需将扩展的第N个工作模块的控制模组（即图2中的其它控制模组81）与其中一个通讯插口6相连即可，这样实现了各模块间电气连线的简单化，各模块间以及各模块内的连线数量减少很多，只有根线电源正负以及CAN总线高低信号线。

上述安装台2上还设有为上述各工作模块及移动机构4提供电力的电源模块，其内带电源模块可以为各模块供电，节省接入外部的电力线。

如图2所示，上述移动控制模组41包括多个通过通讯总线（本实施例为CAN总线）相连的控制模块402，每个控制模块402对应一个驱动移动机构运行的电机405，每个控制模块402内设有微控制器（本实施例采用DSP处理器）、驱动单元401、通讯模块403以及采集数据的输入输出控制单元406，驱动单元401、通讯模块403以及采集数据的输入输出控制单元406均与微控制器相连。各控制模块通过通讯模块403连接到CAN总线上，最后通过通信接口与上述通讯插口6相连，微控制器与驱动单元401相连接并发送控制信息进而伺服控制电机运动同时反馈受控电机405的运动状态信息，通讯模块403与CAN总线相连接并将微控制器接收到得反馈信息发送至CAN总线上，通讯模块403从CAN总线上下发的控制信息发送到微控制器。本控制模块也可以具有其他相应的扩展单元，该控制模块也可以作为上述机械臂内的控制模块。

本实施例中的输入输出控制单元406可以连接LED灯、各种传感器等，可以驱动LED灯照明，以及通过各种传感器（其可为光电传感器、压力传感器等等）采集所需数据，如运行速度及方向等。

上述移动机构4可以为多个独立控制的滚轮，每个滚轮均受一电机405驱动，每个电机对应连接一个上述控制模块402。上述移动机构4也可以为履带式移动机构，该履带式移动机构受上述移动控制模组41控制。

上述为本模块化机器人在电气控制上的模块化，采用分布式控制，以及CAN总线进行通讯，也可以采用其他总线协议通讯，这种总线通讯节省了各模块间线路连接，也节省了模块内控制信号线数量，使该模块化机器人体积减小，以及在扩展功能模块时便于扩展，接线简单，只需将接口对接即可，无需专业技术人员重新布线设计。

本模块化机器人在满足电气上的模块化时，还满足机械结构上的模块化易于安装的目标。在上述安装台2的顶面设有等间距排列的多个安装孔21，上述各工作模块上设有紧固件，通过将紧固件插设在安装孔21内，即可将工作模块固定在安装台2上，这种即插即用的结构简单方便，而且各安装孔间的距离相等，只需在制作工作模块时将工作模块上的紧固件间的距离做成整数倍安装孔间距即可，此安装固定方式满足模块化生产需要，实现了机械连接的简单化、标准化。

本发明的模块化机器人，在使用时，用户根据自身需要购买相应的工作模块，将各工作模块固定在安装台2上，如图1所示，安装台上2固定有视觉采集模块3和机械臂1，各模块机械结构连接好后，将各模块自带的通讯接口连接到对应的通讯插口6上，即各模块均连接到通讯总线7（CAN总线或EtherCAT总线）上，设置好所有在线模块的ID可以在硬件上直接通过拨动开关设置上电默认ID，也可在软件里进行更改、设置CAN总线的波特率最高可达1Mbps，或者设置EtherCAT总线的通讯率高达10M/100Mbps。设置好以后，启动总线系统，此时，用户可以通过用户终端对该机器人进行控制，使完成相应的工作要求。对于不同功能的模块，均统一接口，以实现快速更换，增加扩展系统的功能。

综上所述，本发明的模块化机器人，采用通讯总线实现各工作模块、移动机构与远程传输单元的通信，其减少了机器人内的控制信号线数，只需要两根电力线和两根通讯线即可完成各模块间的电气连接，为使用者带来方便。各模块只需将通讯接口标准化，若使用者需要增设工作模块时，只需将工作模块上带的通讯接口与上述通讯插口插接即可，不需要专门的技术人员来操作，安装使用非常方便。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种模块化机器人，其特征在于，所述模块化机器人包括：

安装台（2），安装台（2）上设有多个通讯插口（6）以及一远程传输单元（5）；

至少一个工作模块，所有工作模块均安装在所述安装台（2）上，每个工作模块内设有控制工作模块工作的控制模组；

移动机构（4），安装在所述安装台（2）的下方，移动机构（4）内设有控制移动机构运行的移动控制模组（41）；

所有控制模组及所述移动控制模组（41）与所述通讯插口（6）一一对应相连，各通讯插口（6）通过通讯总线（7）相连后与所述远程传输单元（5）相连，所述远程传输单元（5）通过网络与用户终端相连。

2.根据权利要求1所述的模块化机器人，其特征在于：所述安装台（2）顶面设有等间距排列的多个安装孔（21），所述工作模块上设有紧固件，所述紧固件插设在所述安装孔（21）内将所述工作模块固定在所述安装台（2）上。

3.根据权利要求1所述的模块化机器人，其特征在于：所述通讯总线（7）采用CAN总线通讯方式或者EtherCAT总线通讯方式。

4.根据权利要求1所述的模块化机器人，其特征在于：所述工作模块为视觉采集模块。

5.根据权利要求1所述的模块化机器人，其特征在于：所述工作模块为机械臂。

6.根据权利要求5所述的模块化机器人，其特征在于：所述机械臂内设有控制机械臂运动的机械臂控制模组（11），机械臂控制模组内设有多个控制模块（101），所有控制模块（101）通过通讯总线相连后与所述通讯插口（6）相连。

7.根据权利要求1所述的模块化机器人，其特征在于：所述安装台（2）上还设有为所述各工作模块及移动机构（4）提供电力的电源模块。

8.根据权利要求1所述的模块化机器人，其特征在于：所述移动控制模组（41）包括多个通过通讯总线相连的控制模块（402），每个控制模块（402）对应一个驱动移动机构运行的电机（405），每个控制模块（402）内设有微控制器、驱动单元（401）、通讯模块（403）以及采集数据的输入输出控制单元（406），所述驱动单元（401）、通讯模块（403）以及采集数据的输入输出控制单元（406）均与微控制器相连。

9.根据权利要求8所述的模块化机器人，其特征在于：所述移动机构（4）为多个独立控制的滚轮。

10.根据权利要求8所述的模块化机器人，其特征在于：所述移动机构（4）为履带式移动机构。