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

背景技術(shù)：

模塊化設(shè)計，就是將產(chǎn)品的某些要素組合在一起，構(gòu)成一個具有特定功能的子系統(tǒng)，將這個子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進行多種組合，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)計是綠色設(shè)計方法之一，它已經(jīng)從理念轉(zhuǎn)變?yōu)檩^成熟的設(shè)計方法。將綠色設(shè)計思想與模塊化設(shè)計方法結(jié)合起來，可以同時滿足產(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)對市場變化；另一方面，可以減少或消除對環(huán)境的不利影響，方便重用、升級、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)計及各模塊化之間的連接非常清晰，整齊；各種賽車在賽場上換胎可以多人協(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不同的場合，具有很好的靈活性及實用性。

現(xiàn)有輪式機器人的內(nèi)部設(shè)計還沒有實現(xiàn)模塊化設(shè)計，機器人內(nèi)部各個部件的連接線較為紊亂，猶如一張蜘蛛網(wǎng)，出現(xiàn)故障的時候很難排查，拆裝非常困難，拆卸時間比較長，牽一發(fā)而動全身，很多時候為了解決一個問題而引發(fā)另外的問題，造成維修時間加長，成本增多；一旦定型下來就沒法進行調(diào)整改變，靈活性不強，很大程度上造成人力物力等資源的浪費。因此，存在現(xiàn)有輪式機器人的內(nèi)部部件模塊化不夠清晰，各個組件的關(guān)聯(lián)沒理清，可塑性差，很難做到靈活變通及更換的問題。

上述問題亟待解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有輪式機器人的內(nèi)部部件模塊化不夠清晰，各個組件的關(guān)聯(lián)沒理清，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)明提供一種輪式機器人的模塊化架構(gòu)，包括：

機械部，以及用于控制所述機械部實施機械動作的電子部；其中，

所述機械部包括用于支撐機器人的主體支架以及與所述主體支架驅(qū)動連接的車輪；所述電子部包括用于給機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)動系統(tǒng)和用于控制機器人內(nèi)部通訊交互的控制系統(tǒng)；

所述車輪包括模塊化連接的主動輪模塊以及用于通過所述主動輪模塊驅(qū)動的從動輪模塊；所述電源系統(tǒng)包括模塊化連接的動力艙模塊以及電源管理模塊；所述驅(qū)動系統(tǒng)包括模塊化連接的電機驅(qū)動模塊以及驅(qū)動控制模塊；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、動力艙模塊、電源管理模塊、電機驅(qū)動模塊以及驅(qū)動控制模塊各自對應(yīng)的部件分別設(shè)置在若干隔離室中，各個所述部件通過所述隔離室之間的連線進行連接。

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，所述主動輪模塊包括相互電性連接的主動輪、電機以及用于固定所述主動輪的懸掛裝置。

優(yōu)選的，所述從動輪模塊包括至少兩個可拆卸式的萬向輪。

優(yōu)選的，所述動力艙模塊包括裝有電池的電池倉。

優(yōu)選的，所述電機驅(qū)動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)動板以及中繼板。

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

本發(fā)明還提供一種輪式機器人的模塊化架構(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)；將所述電機驅(qū)動模塊以及驅(qū)動控制模塊組裝合成所述驅(qū)動系統(tǒng)；將所述主動輪模塊以及從動輪模塊組裝合成所述車輪；

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

將所述機械部以及所述電子部通過機械以及電性連接合成輪式機器人。

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

拆卸輪式機器人中的主動輪模塊、從動輪模塊、主控模塊、交互模塊、通訊模塊、動力倉模塊、電源管理模塊、電機驅(qū)動模塊或者驅(qū)動控制模塊中的一個或者多個，對拆卸掉的模塊中的部件進行獨立更換。

有益效果：本發(fā)明通過將輪式機器人分解為多個模塊，以便于對機器人的主體進行變形、拆裝、更換及維護各個零部件，使得輪式機器人的模塊化安裝拆卸，更加簡便快捷；且通過線束的規(guī)范化排布，有利于各個模塊化之間的連接。各個模塊之間互相獨立，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行擺放，通過各抽屜間的連線使得各個模塊得以連通，使得整體看起來較為干凈整潔，便于排查各種線路故障。該輪式機器人整體規(guī)劃布局趨近于合理，各個模塊分工明確，功能分配合理，個別部件出現(xiàn)故障時，可以整個模塊拆出來進行排查，省時省力；各個部件的升級或者置換可以整一個模塊進行置換，不需要對整體進行更改；各臺機器人之間的模塊完全一致，機器與機器之間的模塊可以相互置換，每個模塊通過簡易的連接方式進行連接，模塊化的組合也比較方便；模塊化的設(shè)計在量產(chǎn)時能夠通過不同的人負責(zé)不同的模塊進行生產(chǎn)組裝，后期再將各個模塊進行組裝，提高生產(chǎn)效率；各模塊相互獨立，易于進行改裝變形，四輪六輪結(jié)構(gòu)可以隨便變換，同時也可以進行長軸距短軸距的變換，增強結(jié)構(gòu)的靈動性，適用于各個不同的應(yīng)用場景。

附圖說明

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

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

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

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實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)明實施例提供的輪式機器人的模塊化架構(gòu)的模塊連接示意圖。參見圖1所示，本實施例提供的輪式機器人的模塊化架構(gòu)，包括：

機械部，以及用于控制所述機械部實施機械動作的電子部；其中，

所述機械部包括用于支撐機器人的主體支架以及與所述主體支架驅(qū)動連接的車輪；所述電子部包括用于給機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)動系統(tǒng)和用于控制機器人內(nèi)部通訊交互的控制系統(tǒng)；

所述車輪包括模塊化連接的主動輪模塊以及用于通過所述主動輪模塊驅(qū)動的從動輪模塊；所述電源系統(tǒng)包括模塊化連接的動力艙模塊以及電源管理模塊；所述驅(qū)動系統(tǒng)包括模塊化連接的電機驅(qū)動模塊以及驅(qū)動控制模塊；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(xué)科的研究成果，代表機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。隨著機器人性能不斷地完善，輪式機器人的應(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，輪式機器人技術(shù)已經(jīng)得到世界各國的普遍關(guān)注。

優(yōu)選的，所述主控模塊、交互模塊、通訊模塊、動力艙模塊、電源管理模塊、電機驅(qū)動模塊以及驅(qū)動控制模塊各自對應(yīng)的部件分別設(shè)置在若干隔離室中，各個所述部件通過所述隔離室之間的連線進行連接。

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，方便拆卸，檢查問題，以及更換抽屜內(nèi)的部件。

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

優(yōu)選的，所述從動輪模塊包括至少兩個可拆卸式的萬向輪。

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

優(yōu)選的，所述動力艙模塊包括裝有電池的電池倉。

具體的，獨立的動力艙模塊基于電池倉的設(shè)計，既能方便置換電池，對電池本身也是一種保護。

優(yōu)選的，所述電機驅(qū)動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)動板以及中繼板。

具體的，獨立的電機驅(qū)動模塊的架構(gòu)有利于對電源進行供電，安全電路保護及驅(qū)動信號集中到同一模塊，線序更加合理。

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

具體的，控制系統(tǒng)內(nèi)三個模塊之間進行獨立連接，有利于對機器人的核心控制系統(tǒng)進行保護，板間連線不再與外部混合。進一步的，輪式機器人上位機系統(tǒng)相當(dāng)于機器人的“大腦”，是輪式機器人智能性得以體現(xiàn)的物理基礎(chǔ)。通常情況下，機器人需要借助于上位機協(xié)調(diào)系統(tǒng)的整體資源，實現(xiàn)同其他各模塊相關(guān)的高級算法的處理，并通過決策和規(guī)劃實現(xiàn)機器人的類人化智能行為。由于機器人不便于進行拖線操作，往往采用電池供電，為延長機器人的工作時間，提高其續(xù)航能力，必須考慮機器人的整體功耗問題。在輪式機器人中，除了移動平臺和執(zhí)行機構(gòu)的執(zhí)行電機功耗外，另一個耗電大戶就是上位機系統(tǒng)，因此設(shè)計一種低功耗的上位機系統(tǒng)尤其重要。然而目前的輪式機器人產(chǎn)品，上位機系統(tǒng)通常采用通用計算機來實現(xiàn)。

本發(fā)明通過將輪式機器人分解為多個模塊的架構(gòu)，以便于對機器人的主體進行變形、拆裝、更換及維護各個零部件，使得輪式機器人的模塊化安裝拆卸，更加簡便快捷；且通過線束的規(guī)范化排布，有利于各個模塊化之間的連接。各個模塊之間互相獨立，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行擺放，通過各抽屜間的連線使得各個模塊得以連通，使得整體看起來較為干凈整潔，便于排查各種線路故障。該輪式機器人整體規(guī)劃布局趨近于合理，各個模塊分工明確，功能分配合理，個別部件出現(xiàn)故障時，可以整個模塊拆出來進行排查，省時省力；各個部件的升級或者置換可以整一個模塊進行置換，不需要對整體進行更改；各臺機器人之間的模塊完全一致，機器與機器之間的模塊可以相互置換，每個模塊通過簡易的連接方式進行連接，模塊化的組合也比較方便；模塊化的設(shè)計在量產(chǎn)時能夠通過不同的人負責(zé)不同的模塊進行生產(chǎn)組裝，后期再將各個模塊進行組裝，提高生產(chǎn)效率；各模塊相互獨立，易于進行改裝變形，四輪六輪結(jié)構(gòu)可以隨便變換，同時也可以進行長軸距短軸距的變換，增強結(jié)構(gòu)的靈動性，適用于各個不同的應(yīng)用場景。

圖2是本發(fā)明實施例提供的輪式機器人的模塊化架構(gòu)方法的具體流程實現(xiàn)圖。參見圖2所示，本實施例提供的輪式機器人的模塊化架構(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)；將所述電機驅(qū)動模塊以及驅(qū)動控制模塊組裝合成所述驅(qū)動系統(tǒng)；將所述主動輪模塊以及從動輪模塊組裝合成所述車輪；

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

S300、將所述機械部以及所述電子部通過機械以及電性連接合成輪式機器人。

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

S400、拆卸輪式機器人中的主動輪模塊、從動輪模塊、主控模塊、交互模塊、通訊模塊、動力倉模塊、電源管理模塊、電機驅(qū)動模塊或者驅(qū)動控制模塊中的一個或者多個，對拆卸掉的模塊中的部件進行獨立更換。

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

本發(fā)明通過將輪式機器人分解為多個模塊進行獨立組裝的架構(gòu)方法，同樣便于對機器人的主體進行變形、拆裝、更換及維護各個零部件，使得輪式機器人的模塊化安裝拆卸，更加簡便快捷；且通過線束的規(guī)范化排布，有利于各個模塊化之間的連接。各個模塊之間互相獨立，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行擺放，通過各抽屜間的連線使得各個模塊得以連通，使得整體看起來較為干凈整潔，便于排查各種線路故障。該輪式機器人整體規(guī)劃布局趨近于合理，各個模塊分工明確，功能分配合理，個別部件出現(xiàn)故障時，可以整個模塊拆出來進行排查，省時省力；各個部件的升級或者置換可以整一個模塊進行置換，不需要對整體進行更改；各臺機器人之間的模塊完全一致，機器與機器之間的模塊可以相互置換，每個模塊通過簡易的連接方式進行連接，模塊化的組合也比較方便；模塊化的設(shè)計在量產(chǎn)時能夠通過不同的人負責(zé)不同的模塊進行生產(chǎn)組裝，后期再將各個模塊進行組裝，提高生產(chǎn)效率；各模塊相互獨立，易于進行改裝變形，四輪六輪結(jié)構(gòu)可以隨便變換，同時也可以進行長軸距短軸距的變換，增強結(jié)構(gòu)的靈動性，適用于各個不同的應(yīng)用場景。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，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、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。