本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種組合式移動機器人。

背景技術(shù)：

智能移動機器人，是一個集環(huán)境感知、動態(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、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多學科的研究成果，代表機電一體化的最高成就，是目前科學技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。隨著機器人性能不斷地完善，移動機器人的應(yīng)用范圍大為擴展，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、國防和空間探測領(lǐng)域等有害與危險場合得到很好的應(yīng)用。因此，運動機器人技術(shù)已經(jīng)得到世界各國的普遍關(guān)注。

移動機器人的研究始于60年代末期。斯坦福研究院(sri)的nilsnilssen和charlesrosen等人，在1966年至1972年中研發(fā)出了取名shakey的自主移動機器人。目的是研究應(yīng)用人工智能技術(shù)，在復(fù)雜環(huán)境下機器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制。

根據(jù)移動方式來分，可分為:輪式移動機器人、步行移動機器人(單腿式、雙腿式和多腿式)、履帶式移動機器人、爬行機器人、蠕動式機器人和游動式機器人等類型；

移動機器人具有移動功能，在代替人從事危險、惡劣(如輻射、有毒等)環(huán)境下作業(yè)和人所不及的(如宇宙空間、水下等)環(huán)境作業(yè)方面，比一般機器人有更大的機動性、靈活性。

移動機器人是一種在復(fù)雜環(huán)境下工作的，具有自行組織、自主運行、自主規(guī)劃的智能機器人，融合了計算機技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)和機器人技術(shù)等。

傳統(tǒng)的機器人，都為一個整體，在移動中移動的方式，形狀不能做出太大的改變。面對復(fù)雜的環(huán)境，例如管道，廢墟中移動，傳統(tǒng)的移動方式將會受到極大的限制；傳統(tǒng)的機器人的控制核心集中，因此，中央控制系統(tǒng)發(fā)揮極大作用。一旦中央控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，整個機器人極有可能發(fā)生癱瘓；傳統(tǒng)的機器人每個部件都有不同的功能。因此部件間部件的兼容性差；傳統(tǒng)機器人的適用面窄，面對特定工作環(huán)境需要設(shè)計特定的機器人，需要花費更多的財力物力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種組合式移動機器人，包括多個可獨立控制模塊，各個可獨立控制模塊之間通過磁力進行聯(lián)系，所述可獨立控制模塊為正方形，其每個面上都有兩條相互垂直的的凹槽，所述凹槽將每個面平分為四個區(qū)域；

所述可獨立控制模塊由外殼、動力裝置、控制裝置和供電裝置組成，所述動力裝置是由24個相互獨立小型電磁鐵組成的矩陣結(jié)構(gòu)，通過相應(yīng)位置電磁鐵的開關(guān)和產(chǎn)生不同方向的磁力，來控制各個可獨立控制模塊之間的相對運動，在可獨立控制模塊的每個面上分別安裝有4個電磁鐵，這四個電磁鐵分別位于由凹槽分出的四個區(qū)域中；所述控制裝置采用arduino開發(fā)板，所述供電裝置由鋰電池構(gòu)成；

所述動力裝置的電磁鐵由繞行線圈、塑料保護外殼、電流輸入管腳和鐵芯組成，將鐵芯兩端安裝塑料保護外殼，并將繞行線圈穿過塑料保護外殼的外側(cè)繞行在鐵芯上，所述塑料保護外殼的底端引出電流輸入管腳。優(yōu)選的，所述外殼可由abs塑料構(gòu)成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明每個模塊相互獨立，可通過其內(nèi)部電磁鐵的開關(guān)及方向的改變來控制其移動。當組合式機器人的模塊數(shù)量達到一定的數(shù)目時(一般超過3個)，他們可以隨意改變其形狀來適應(yīng)于不同的環(huán)境，尤其在管道，廢墟這些復(fù)雜的地形中，其移動特點將會發(fā)揮出極大的優(yōu)勢。面對一些特殊環(huán)境無需設(shè)計專用機器人，只需通過設(shè)計控制系統(tǒng)程序便可得到適應(yīng)特定環(huán)境特定移動方式的組合機器人，節(jié)約使用成本。

(2)本發(fā)明的組合式機器人的控制部分分散于每個模塊之中，且都相互獨立，因此不受其他模塊的影響。所以當一個模塊的控制系統(tǒng)出問題不影響其他模塊的控制，削弱了控制系統(tǒng)的權(quán)利，使得機器人的控制更加靈活。

(3)本發(fā)明的組合式機器人的每個模塊相互獨立，且除了控制系統(tǒng)內(nèi)編寫的程序有所不同外，其他部分完全相同。因此，組合式機器人具有極大的兼容性，當一個模塊發(fā)生故障時，只需將其所編寫的程序拷貝到一個新的模塊中，新模塊就可以替代舊模塊，提高了機器人的運行和檢修效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡圖；

圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明可獨立控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明電磁鐵的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中各電磁鐵的位置標注示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例1的示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例2的示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例3的示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例4的示意圖；

圖10為本發(fā)明實施例4的示意圖；

圖中：1-可獨立控制模塊；2-凹槽；3-外殼；4-動力裝置；5-控制裝置；6-供電裝置；7-電磁鐵；8-繞行線圈；9-塑料保護外殼；10-電流輸入管腳；11-鐵芯組。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例

如圖1至圖4所示，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種組合式移動機器人，包括多個可獨立控制模塊，各個可獨立控制模塊之間通過磁力進行聯(lián)系，所述可獨立控制模塊為正方形，其各個邊光滑且具有一定的弧度，其每個面上都有兩條相互垂直的的凹槽，凹槽邊緣光滑。凹槽將每個面平分為四個區(qū)域，所述可獨立控制模塊由外殼、動力裝置、控制裝置和供電裝置組成，所述動力裝置是由24個相互獨立小型電磁鐵組成的矩陣結(jié)構(gòu)，通過相應(yīng)位置電磁鐵的開關(guān)和產(chǎn)生不同方向的磁力，來控制各個可獨立控制模塊之間的相對運動，在可獨立控制模塊的每個面上分別安裝有4個電磁鐵，這四個電磁鐵分別位于由凹槽分出的四個區(qū)域中；所述控制裝置采用arduino開發(fā)板，所述供電裝置由鋰電池構(gòu)成；所述動力裝置的電磁鐵由繞行線圈、塑料保護外殼、電流輸入管腳和鐵芯組成，將鐵芯兩端安裝塑料保護外殼，并將繞行線圈穿過塑料保護外殼的外側(cè)繞行在鐵芯上，所述塑料保護外殼的底端引出電流輸入管腳；所述外殼可由abs塑料構(gòu)成。

組合機器人是指由多個可獨立控制的模塊組成的一種智能移動機器人。每個模塊之間通過磁力進行聯(lián)系。每個模塊的動力結(jié)構(gòu)是由在其內(nèi)部的電磁鐵矩陣，通過相應(yīng)位置電磁鐵的開關(guān)和產(chǎn)生不同方向的磁力，來控制各個模塊間的相對運動。

電磁鐵工作說明：組合機器人的移動是通過改變每個模塊上的相應(yīng)電磁鐵的方向及開關(guān)決定的。之后圖示在各電磁鐵的位置處如果有陰影這表示該電磁鐵通電處于工作狀態(tài)。反之，若無陰影則表示其未通電處于關(guān)閉狀態(tài)。電磁鐵工作無嚴格的方向要求，只需約定兩個模塊相互吸引時兩塊電磁鐵產(chǎn)生磁場方向相反即可；單個模塊與金屬板吸引時電磁鐵只需通電，對方向無要求。

坐標說明：圖例上的坐標，規(guī)定x,y軸所在平面為地面，z軸垂直于地面。

只有兩個模塊移動時需要借助金屬板作為輔助固定裝置完成移動，防止移動時兩模塊相互作用引起的位置偏移。當模塊個數(shù)超過2個時可以借助其他模塊固定，可不再借助金屬板作為固定裝置完成移動。

圖示上各電磁鐵的位置按圖5標注來確定。標注原則是由z軸向x，y平面看，模塊上電磁鐵由側(cè)面到上下面順時針計數(shù)。離x,y平面近的為下，離x,y平面遠的為上。

實施例1：

組合式機器人的基本運動方式之一，平移:

以兩個模塊為例(圖6)。兩個模塊并排排列，它們的接觸面與地面交線的方向是組合機器人可以平移的方向。首先需要一個模塊固定其位置。如圖6①，模塊a開啟其底部的四個電磁鐵(下-9,10，11,12)，使之固定于金屬板上，模塊b不固定。同時，模塊a開啟“上-2”和“下-2”兩個電磁鐵，b開啟“上-5”和“下-5”兩個電磁鐵，使兩個模塊進入移動初始狀態(tài)。如圖6②，模塊b開啟“上-6”和“下-6”兩個電磁鐵，模塊a開啟“上-2”和“下-2”兩個電磁鐵，在磁力的作用下模塊b沿x軸方向產(chǎn)生移動。移動距離為模塊邊長的一半。如圖6③，模塊b開啟其底部的四個電磁鐵(下-9,10，11,12)，固定于金屬板上，模塊a不固定。同時，b的“上-5”和“下-5”電磁鐵開啟，a的“上-2”和“下-2電磁鐵”開啟，在磁力的作用下a向x軸移動，移動距離為模塊邊長的一半。如圖6④，模塊b的“上-5”和“下-5”繼續(xù)開啟。同時，模塊a的“上-1”和“下-1”開啟。在磁力的作用下模塊a向x軸正向移動，移動距離為模塊邊長的一半。如圖6⑤，模塊a開啟其底部的四個電磁鐵(下-9,10，11,12)，使之固定于金屬板上，模塊b不固定。模塊b開啟“上-5”和“下-5”電磁鐵，模塊a開啟“上-2”和“下-2”兩個電磁鐵，在磁力的作用下,模塊b向x軸正向移動，移動距離為模塊邊長的一半。同時回到了初始狀態(tài)(圖6①)，完成組合機器人的平移完整的一步，距離為一個模塊的邊長。

實施例2：

組合式機器人的基本運動方式之二，轉(zhuǎn)動:

以兩個模塊為例(圖7)。轉(zhuǎn)動的主要目的是轉(zhuǎn)動兩個模塊接觸面與地面的交線的方向。首先需要一個模塊固定其位置。如圖7①，模塊a開啟其底部的四個電磁鐵(下-9,10，11,12)，使之固定于金屬板上，模塊b不固定。同時，模塊a開啟“上-2”和“下-2”兩個電磁鐵，模塊b開啟“上-5”和“下-5”兩個電磁鐵，使兩個模塊進入轉(zhuǎn)動初始狀態(tài)。如圖7②，模塊b開啟“上-6”和“下-6”兩個電磁鐵，模塊a開啟“上-2”和“下-2”兩個電磁鐵，在磁力的作用下模塊b向x軸方向移動。移動距離為模塊邊長的一半。如圖7③，模塊a開啟“上-3”和“下-3”兩個電磁鐵，模塊b開啟“上-5”和“下-5”兩個電磁鐵。此時，模塊b受磁力的作用將以模塊b上凹槽與模塊a上的凸邊的接觸處為轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動完成后，模塊b到了如圖7④的位置。轉(zhuǎn)動使模塊b轉(zhuǎn)動90度。如圖7⑤，模塊a開啟“上-4”和“下-4”兩個電磁鐵，模塊b開啟“上-5”和“下-5”兩個電磁鐵，在磁力的作用下模塊b向y軸負方向移動，移動距離為模塊邊長的一半。一個轉(zhuǎn)動過程完成，此過程最終使模塊b繞模塊a中心轉(zhuǎn)動90度。

實施例3：

組合式機器人的基本運動方式之三，爬升:

以兩個模塊為例(圖8)。爬升的目的是使一個模塊移動到另一個模塊的上方。首先需要一個模塊固定其位置。如圖8①，模塊a開啟其底部的四個電磁鐵(下-9,10，11,12)，使之固定于金屬板上，模塊b不固定。同時，個體a開啟“上-1”和“上-2”兩個電磁鐵，模塊b開啟“上-5”和“上-6”兩個電磁鐵，使兩個模塊進入爬升初始狀態(tài)。如圖8②，模塊b開啟“下-5”和“下-6”兩個電磁鐵，模塊a開啟“上-1”和“上-2”兩個電磁鐵，在磁力的作用下模塊b向z軸正方向上升。上升距離為模塊邊長的一半。如圖8③，模塊a開啟“上-9”和“上-10”兩個電磁鐵，模塊b開啟“上-5”和“上-6”兩個電磁鐵。此時，模塊b受磁力的作用將以模塊b上凹槽與a上的凸邊的接觸處為轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動完成后，模塊b到了如圖8④的位置。轉(zhuǎn)動使模塊b轉(zhuǎn)動90度。如圖8⑤，模塊a開啟“上-11”和“上-12”兩個電磁鐵，模塊b開啟“上-5”和“上-6”兩個電磁鐵，在磁力的作用下模塊b向x軸負方向移動，移動距離為模塊邊長的一半。到此一個爬升過程完成，此過程最終使模塊b位于模塊a的上方，爬升高度為一個模塊的邊長。

實施例4：

組合式機器人的基本運動方式之四，組合移動:

組合移動是指在3個及3個以上的模塊，以之前的3個移動方式，即以平移，轉(zhuǎn)動和爬升為基礎(chǔ)，進行更復(fù)雜的運動方式。例如用8個組合機器人模塊(圖9)，通過有限步移動可以構(gòu)成一個字母“a”(圖10)。在擁有大量的組合機器人模塊，和合理的編程條件下，理論上組合機器人可以構(gòu)成任意想要組合的形狀，和其他復(fù)雜的運動形式。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明每個模塊相互獨立，可通過其內(nèi)部電磁鐵的開關(guān)及方向的改變來控制其移動。當組合式機器人的模塊數(shù)量達到一定的數(shù)目時(一般超過3個)，他們可以隨意改變其形狀來適應(yīng)于不同的環(huán)境，尤其在管道，廢墟這些復(fù)雜的地形中，其移動特點將會發(fā)揮出極大的優(yōu)勢。面對一些特殊環(huán)境無需設(shè)計專用機器人，只需通過設(shè)計控制系統(tǒng)程序便可得到適應(yīng)特定環(huán)境特定移動方式的組合機器人，節(jié)約使用成本。

(2)本發(fā)明的組合式機器人的控制部分分散于每個模塊之中，且都相互獨立，因此不受其他模塊的影響。所以當一個模塊的控制系統(tǒng)出問題不影響其他模塊的控制，削弱了控制系統(tǒng)的權(quán)利，使得機器人的控制更加靈活。

(3)本發(fā)明的組合式機器人的每個模塊相互獨立，且除了控制系統(tǒng)內(nèi)編寫的程序有所不同外，其他部分完全相同。因此，組合式機器人具有極大的兼容性，當一個模塊發(fā)生故障時，只需將其所編寫的程序拷貝到一個新的模塊中，新模塊就可以替代舊模塊，提高了機器人的運行和檢修效率。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。