本發(fā)明屬于機(jī)器人架構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輪式機(jī)器人的模塊化架構(gòu)以及架構(gòu)方法。

背景技術(shù)：

模塊化設(shè)計(jì)，就是將產(chǎn)品的某些要素組合在一起，構(gòu)成一個(gè)具有特定功能的子系統(tǒng)，將這個(gè)子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進(jìn)行多種組合，構(gòu)成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產(chǎn)品。模塊化設(shè)計(jì)是綠色設(shè)計(jì)方法之一，它已經(jīng)從理念轉(zhuǎn)變?yōu)檩^成熟的設(shè)計(jì)方法。將綠色設(shè)計(jì)思想與模塊化設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來(lái)，可以同時(shí)滿(mǎn)足產(chǎn)品的功能屬性和環(huán)境屬性，一方面可以縮短產(chǎn)品研發(fā)與制造周期，增加產(chǎn)品系列，提高產(chǎn)品質(zhì)量，快速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化；另一方面，可以減少或消除對(duì)環(huán)境的不利影響，方便重用、升級(jí)、維修和產(chǎn)品廢棄后的拆卸、回收和處理。例如，刀片服務(wù)器的模塊化設(shè)計(jì)及各模塊化之間的連接非常清晰，整齊；各種賽車(chē)在賽場(chǎng)上換胎可以多人協(xié)助完成，更換的速度非?？?；各種積木玩具自由組裝適用于各個(gè)不同的場(chǎng)合，具有很好的靈活性及實(shí)用性。

現(xiàn)有輪式機(jī)器人的內(nèi)部設(shè)計(jì)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，機(jī)器人內(nèi)部各個(gè)部件的連接線較為紊亂，猶如一張蜘蛛網(wǎng)，出現(xiàn)故障的時(shí)候很難排查，拆裝非常困難，拆卸時(shí)間比較長(zhǎng)，牽一發(fā)而動(dòng)全身，很多時(shí)候?yàn)榱私鉀Q一個(gè)問(wèn)題而引發(fā)另外的問(wèn)題，造成維修時(shí)間加長(zhǎng)，成本增多；一旦定型下來(lái)就沒(méi)法進(jìn)行調(diào)整改變，靈活性不強(qiáng)，很大程度上造成人力物力等資源的浪費(fèi)。因此，存在現(xiàn)有輪式機(jī)器人的內(nèi)部部件模塊化不夠清晰，各個(gè)組件的關(guān)聯(lián)沒(méi)理清，可塑性差，很難做到靈活變通及更換的問(wèn)題。

上述問(wèn)題亟待解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有輪式機(jī)器人的內(nèi)部部件模塊化不夠清晰，各個(gè)組件的關(guān)聯(lián)沒(méi)理清，可塑性差，很難做到靈活變通及更換的缺陷，本發(fā)明提供一種輪式機(jī)器人的模塊化架構(gòu)以及架構(gòu)方法。

本發(fā)明提供一種輪式機(jī)器人的模塊化架構(gòu)，包括：

機(jī)械部，以及用于控制所述機(jī)械部實(shí)施機(jī)械動(dòng)作的電子部；其中，

所述機(jī)械部包括用于支撐機(jī)器人的主體支架以及與所述主體支架驅(qū)動(dòng)連接的車(chē)輪；所述電子部包括用于給機(jī)器人提供電源的電源系統(tǒng)、與所述電源系統(tǒng)分別電性連接的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和用于控制機(jī)器人內(nèi)部通訊交互的控制系統(tǒng)；

所述車(chē)輪包括模塊化連接的主動(dòng)輪模塊以及用于通過(guò)所述主動(dòng)輪模塊驅(qū)動(dòng)的從動(dòng)輪模塊；所述電源系統(tǒng)包括模塊化連接的動(dòng)力艙模塊以及電源管理模塊；所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括模塊化連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及驅(qū)動(dòng)控制模塊；所述控制系統(tǒng)包括模塊化連接的主控模塊、交互模塊以及通訊模塊。

優(yōu)選的，所述主控模塊、交互模塊、通訊模塊、動(dòng)力艙模塊、電源管理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及驅(qū)動(dòng)控制模塊各自對(duì)應(yīng)的部件分別設(shè)置在若干隔離室中，各個(gè)所述部件通過(guò)所述隔離室之間的連線進(jìn)行連接。

優(yōu)選的，所述隔離室為抽屜式裝置，所述抽屜式裝置的內(nèi)部預(yù)設(shè)通孔，用于將內(nèi)部的所述連線引出連接其它部件。

優(yōu)選的，所述主動(dòng)輪模塊包括相互電性連接的主動(dòng)輪、電機(jī)以及用于固定所述主動(dòng)輪的懸掛裝置。

優(yōu)選的，所述從動(dòng)輪模塊包括至少兩個(gè)可拆卸式的萬(wàn)向輪。

優(yōu)選的，所述動(dòng)力艙模塊包括裝有電池的電池倉(cāng)。

優(yōu)選的，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括互相電性連接的用于連接電源系統(tǒng)的電源板，安全控制板、繼電器板、電極驅(qū)動(dòng)板以及中繼板。

優(yōu)選的，所述通訊模塊包括至少一與機(jī)器人通訊連接的上位機(jī)；所述主控模塊包括至少一用于發(fā)送機(jī)器人邏輯信號(hào)指令的中位機(jī)；所述交互模塊包括用于通訊連接所述上位機(jī)和所述中位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

本發(fā)明還提供一種輪式機(jī)器人的模塊化架構(gòu)方法，所述方法包括以下步驟：

將所述主控模塊、交互模塊以及通訊模塊組裝合成所述控制系統(tǒng)；將所述動(dòng)力艙模塊以及電源管理模塊組裝合成所述電源系統(tǒng)；將所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及驅(qū)動(dòng)控制模塊組裝合成所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；將所述主動(dòng)輪模塊以及從動(dòng)輪模塊組裝合成所述車(chē)輪；

將所述車(chē)輪驅(qū)動(dòng)安裝到所述主體支架上合成機(jī)械部，將所述控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電性連接合成電子部；

將所述機(jī)械部以及所述電子部通過(guò)機(jī)械以及電性連接合成輪式機(jī)器人。

優(yōu)選的，所述將所述機(jī)械部以及所述電子部通過(guò)機(jī)械以及電性連接合成輪式機(jī)器人之后還包括：

拆卸輪式機(jī)器人中的主動(dòng)輪模塊、從動(dòng)輪模塊、主控模塊、交互模塊、通訊模塊、動(dòng)力倉(cāng)模塊、電源管理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊或者驅(qū)動(dòng)控制模塊中的一個(gè)或者多個(gè)，對(duì)拆卸掉的模塊中的部件進(jìn)行獨(dú)立更換。

有益效果：本發(fā)明通過(guò)將輪式機(jī)器人分解為多個(gè)模塊，以便于對(duì)機(jī)器人的主體進(jìn)行變形、拆裝、更換及維護(hù)各個(gè)零部件，使得輪式機(jī)器人的模塊化安裝拆卸，更加簡(jiǎn)便快捷；且通過(guò)線束的規(guī)范化排布，有利于各個(gè)模塊化之間的連接。各個(gè)模塊之間互相獨(dú)立，互不干擾，易于組裝拆卸及更改造型。電路板模塊的部件都采用抽屜的形式進(jìn)行擺放，通過(guò)各抽屜間的連線使得各個(gè)模塊得以連通，使得整體看起來(lái)較為干凈整潔，便于排查各種線路故障。該輪式機(jī)器人整體規(guī)劃布局趨近于合理，各個(gè)模塊分工明確，功能分配合理，個(gè)別部件出現(xiàn)故障時(shí)，可以整個(gè)模塊拆出來(lái)進(jìn)行排查，省時(shí)省力；各個(gè)部件的升級(jí)或者置換可以整一個(gè)模塊進(jìn)行置換，不需要對(duì)整體進(jìn)行更改；各臺(tái)機(jī)器人之間的模塊完全一致，機(jī)器與機(jī)器之間的模塊可以相互置換，每個(gè)模塊通過(guò)簡(jiǎn)易的連接方式進(jìn)行連接，模塊化的組合也比較方便；模塊化的設(shè)計(jì)在量產(chǎn)時(shí)能夠通過(guò)不同的人負(fù)責(zé)不同的模塊進(jìn)行生產(chǎn)組裝，后期再將各個(gè)模塊進(jìn)行組裝，提高生產(chǎn)效率；各模塊相互獨(dú)立，易于進(jìn)行改裝變形，四輪六輪結(jié)構(gòu)可以隨便變換，同時(shí)也可以進(jìn)行長(zhǎng)軸距短軸距的變換，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的靈動(dòng)性，適用于各個(gè)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的輪式機(jī)器人的模塊化架構(gòu)的模塊連接示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的輪式機(jī)器人的模塊化架構(gòu)方法的具體流程示意圖；

圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的輪式機(jī)器人的模塊化架構(gòu)方法的具體流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的輪式機(jī)器人的模塊化架構(gòu)的模塊連接示意圖。參見(jiàn)圖1所示，本實(shí)施例提供的輪式機(jī)器人的模塊化架構(gòu)，包括：

機(jī)械部，以及用于控制所述機(jī)械部實(shí)施機(jī)械動(dòng)作的電子部；其中，

所述機(jī)械部包括用于支撐機(jī)器人的主體支架以及與所述主體支架驅(qū)動(dòng)連接的車(chē)輪；所述電子部包括用于給機(jī)器人提供電源的電源系統(tǒng)、與所述電源系統(tǒng)分別電性連接的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和用于控制機(jī)器人內(nèi)部通訊交互的控制系統(tǒng)；

所述車(chē)輪包括模塊化連接的主動(dòng)輪模塊以及用于通過(guò)所述主動(dòng)輪模塊驅(qū)動(dòng)的從動(dòng)輪模塊；所述電源系統(tǒng)包括模塊化連接的動(dòng)力艙模塊以及電源管理模塊；所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括模塊化連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及驅(qū)動(dòng)控制模塊；所述控制系統(tǒng)包括模塊化連接的主控模塊、交互模塊以及通訊模塊。

具體的，輪式機(jī)器人，是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中了傳感器技術(shù)、信息處理、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)化控制工程以及人工智能等多學(xué)科的研究成果，代表機(jī)電一體化的最高成就，是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。隨著機(jī)器人性能不斷地完善，輪式機(jī)器人的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)展，不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，而且在城市安全、國(guó)防和空間探測(cè)領(lǐng)域等有害與危險(xiǎn)場(chǎng)合得到很好的應(yīng)用。因此，輪式機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)得到世界各國(guó)的普遍關(guān)注。

優(yōu)選的，所述主控模塊、交互模塊、通訊模塊、動(dòng)力艙模塊、電源管理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及驅(qū)動(dòng)控制模塊各自對(duì)應(yīng)的部件分別設(shè)置在若干隔離室中，各個(gè)所述部件通過(guò)所述隔離室之間的連線進(jìn)行連接。

優(yōu)選的，所述隔離室為抽屜式裝置，所述抽屜式裝置的內(nèi)部預(yù)設(shè)通孔，用于將內(nèi)部的所述連線引出連接其它部件。

具體的，隔離室采用抽屜式設(shè)計(jì)，方便拆卸，檢查問(wèn)題，以及更換抽屜內(nèi)的部件。

優(yōu)選的，所述主動(dòng)輪模塊包括相互電性連接的主動(dòng)輪、電機(jī)以及用于固定所述主動(dòng)輪的懸掛裝置。

優(yōu)選的，所述從動(dòng)輪模塊包括至少兩個(gè)可拆卸式的萬(wàn)向輪。

具體的，通過(guò)對(duì)從動(dòng)輪結(jié)構(gòu)的改變做到四輪六輪的調(diào)整及長(zhǎng)短軸距的調(diào)整，增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)的實(shí)用性及環(huán)境適用性。與驅(qū)動(dòng)輪所不同的是，從動(dòng)輪不為機(jī)器人提供動(dòng)力，不輸出功率和扭矩。從動(dòng)輪的主要作用是支撐車(chē)輛的重量。從動(dòng)輪承受的地面摩擦力為阻力，其方向與車(chē)輪滾動(dòng)的方向相反。

優(yōu)選的，所述動(dòng)力艙模塊包括裝有電池的電池倉(cāng)。

具體的，獨(dú)立的動(dòng)力艙模塊基于電池倉(cāng)的設(shè)計(jì)，既能方便置換電池，對(duì)電池本身也是一種保護(hù)。

優(yōu)選的，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括互相電性連接的用于連接電源系統(tǒng)的電源板，安全控制板、繼電器板、電極驅(qū)動(dòng)板以及中繼板。

具體的，獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的架構(gòu)有利于對(duì)電源進(jìn)行供電，安全電路保護(hù)及驅(qū)動(dòng)信號(hào)集中到同一模塊，線序更加合理。

優(yōu)選的，所述通訊模塊包括至少一與機(jī)器人通訊連接的上位機(jī)；所述主控模塊包括至少一用于發(fā)送機(jī)器人邏輯信號(hào)指令的中位機(jī)；所述交互模塊包括用于通訊連接所述上位機(jī)和所述中位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

具體的，控制系統(tǒng)內(nèi)三個(gè)模塊之間進(jìn)行獨(dú)立連接，有利于對(duì)機(jī)器人的核心控制系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，板間連線不再與外部混合。進(jìn)一步的，輪式機(jī)器人上位機(jī)系統(tǒng)相當(dāng)于機(jī)器人的“大腦”，是輪式機(jī)器人智能性得以體現(xiàn)的物理基礎(chǔ)。通常情況下，機(jī)器人需要借助于上位機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的整體資源，實(shí)現(xiàn)同其他各模塊相關(guān)的高級(jí)算法的處理，并通過(guò)決策和規(guī)劃實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的類(lèi)人化智能行為。由于機(jī)器人不便于進(jìn)行拖線操作，往往采用電池供電，為延長(zhǎng)機(jī)器人的工作時(shí)間，提高其續(xù)航能力，必須考慮機(jī)器人的整體功耗問(wèn)題。在輪式機(jī)器人中，除了移動(dòng)平臺(tái)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行電機(jī)功耗外，另一個(gè)耗電大戶(hù)就是上位機(jī)系統(tǒng)，因此設(shè)計(jì)一種低功耗的上位機(jī)系統(tǒng)尤其重要。然而目前的輪式機(jī)器人產(chǎn)品，上位機(jī)系統(tǒng)通常采用通用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明通過(guò)將輪式機(jī)器人分解為多個(gè)模塊的架構(gòu)，以便于對(duì)機(jī)器人的主體進(jìn)行變形、拆裝、更換及維護(hù)各個(gè)零部件，使得輪式機(jī)器人的模塊化安裝拆卸，更加簡(jiǎn)便快捷；且通過(guò)線束的規(guī)范化排布，有利于各個(gè)模塊化之間的連接。各個(gè)模塊之間互相獨(dú)立，互不干擾，易于組裝拆卸及更改造型。電路板模塊的部件都采用抽屜的形式進(jìn)行擺放，通過(guò)各抽屜間的連線使得各個(gè)模塊得以連通，使得整體看起來(lái)較為干凈整潔，便于排查各種線路故障。該輪式機(jī)器人整體規(guī)劃布局趨近于合理，各個(gè)模塊分工明確，功能分配合理，個(gè)別部件出現(xiàn)故障時(shí)，可以整個(gè)模塊拆出來(lái)進(jìn)行排查，省時(shí)省力；各個(gè)部件的升級(jí)或者置換可以整一個(gè)模塊進(jìn)行置換，不需要對(duì)整體進(jìn)行更改；各臺(tái)機(jī)器人之間的模塊完全一致，機(jī)器與機(jī)器之間的模塊可以相互置換，每個(gè)模塊通過(guò)簡(jiǎn)易的連接方式進(jìn)行連接，模塊化的組合也比較方便；模塊化的設(shè)計(jì)在量產(chǎn)時(shí)能夠通過(guò)不同的人負(fù)責(zé)不同的模塊進(jìn)行生產(chǎn)組裝，后期再將各個(gè)模塊進(jìn)行組裝，提高生產(chǎn)效率；各模塊相互獨(dú)立，易于進(jìn)行改裝變形，四輪六輪結(jié)構(gòu)可以隨便變換，同時(shí)也可以進(jìn)行長(zhǎng)軸距短軸距的變換，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的靈動(dòng)性，適用于各個(gè)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的輪式機(jī)器人的模塊化架構(gòu)方法的具體流程實(shí)現(xiàn)圖。參見(jiàn)圖2所示，本實(shí)施例提供的輪式機(jī)器人的模塊化架構(gòu)方法，可以包括以下步驟：

S100、將所述主控模塊、交互模塊以及通訊模塊組裝合成所述控制系統(tǒng)；將所述動(dòng)力艙模塊以及電源管理模塊組裝合成所述電源系統(tǒng)；將所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及驅(qū)動(dòng)控制模塊組裝合成所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；將所述主動(dòng)輪模塊以及從動(dòng)輪模塊組裝合成所述車(chē)輪；

S200、將所述車(chē)輪驅(qū)動(dòng)安裝到所述主體支架上合成機(jī)械部，將所述控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電性連接合成電子部；

S300、將所述機(jī)械部以及所述電子部通過(guò)機(jī)械以及電性連接合成輪式機(jī)器人。

圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的輪式機(jī)器人的模塊化架構(gòu)方法的具體流程實(shí)現(xiàn)圖。參見(jiàn)圖3所示，本實(shí)施例提供的所述將所述機(jī)械部以及所述電子部通過(guò)機(jī)械以及電性連接合成輪式機(jī)器人之后還包括：

S400、拆卸輪式機(jī)器人中的主動(dòng)輪模塊、從動(dòng)輪模塊、主控模塊、交互模塊、通訊模塊、動(dòng)力倉(cāng)模塊、電源管理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊或者驅(qū)動(dòng)控制模塊中的一個(gè)或者多個(gè)，對(duì)拆卸掉的模塊中的部件進(jìn)行獨(dú)立更換。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的上述架構(gòu)方法，由于與本發(fā)明架構(gòu)實(shí)施例基于同一構(gòu)思，其帶來(lái)的技術(shù)效果與本發(fā)明方法實(shí)施例相同，具體內(nèi)容可參見(jiàn)本發(fā)明方法實(shí)施例中的敘述，此處不再贅述。

本發(fā)明通過(guò)將輪式機(jī)器人分解為多個(gè)模塊進(jìn)行獨(dú)立組裝的架構(gòu)方法，同樣便于對(duì)機(jī)器人的主體進(jìn)行變形、拆裝、更換及維護(hù)各個(gè)零部件，使得輪式機(jī)器人的模塊化安裝拆卸，更加簡(jiǎn)便快捷；且通過(guò)線束的規(guī)范化排布，有利于各個(gè)模塊化之間的連接。各個(gè)模塊之間互相獨(dú)立，互不干擾，易于組裝拆卸及更改造型。電路板模塊的部件都采用抽屜的形式進(jìn)行擺放，通過(guò)各抽屜間的連線使得各個(gè)模塊得以連通，使得整體看起來(lái)較為干凈整潔，便于排查各種線路故障。該輪式機(jī)器人整體規(guī)劃布局趨近于合理，各個(gè)模塊分工明確，功能分配合理，個(gè)別部件出現(xiàn)故障時(shí)，可以整個(gè)模塊拆出來(lái)進(jìn)行排查，省時(shí)省力；各個(gè)部件的升級(jí)或者置換可以整一個(gè)模塊進(jìn)行置換，不需要對(duì)整體進(jìn)行更改；各臺(tái)機(jī)器人之間的模塊完全一致，機(jī)器與機(jī)器之間的模塊可以相互置換，每個(gè)模塊通過(guò)簡(jiǎn)易的連接方式進(jìn)行連接，模塊化的組合也比較方便；模塊化的設(shè)計(jì)在量產(chǎn)時(shí)能夠通過(guò)不同的人負(fù)責(zé)不同的模塊進(jìn)行生產(chǎn)組裝，后期再將各個(gè)模塊進(jìn)行組裝，提高生產(chǎn)效率；各模塊相互獨(dú)立，易于進(jìn)行改裝變形，四輪六輪結(jié)構(gòu)可以隨便變換，同時(shí)也可以進(jìn)行長(zhǎng)軸距短軸距的變換，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的靈動(dòng)性，適用于各個(gè)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。