[发明专利]微型机器人以及群机器人系统

说明书

本发明涉及一种微型机器人以及包括多个该微型机器人的群机器人系统。该群机器人系统包括：多个结构相同的微型机器人单体，以及试验平台，用于多个微型机器人单体进行试验活动以及充电，具有平台本体以及设置在平台本体下表面的无线充电发射线圈阵列。每个微型机器人具有：驱动部，用于驱动机器人单体移动；控制部，用于控制机器人单体的交互行为，包含从上至下依次设置且相互之间进行电路连接的上电路板、中电路板、两个侧电路板和下电路板；以及供电部，用于对驱动部和控制部进行供电，包含电池以及与无线充电发射线圈阵列相匹配的无线充电线圈。本发明的微型机器人及其群机器人系统具有移动便捷、结构精巧、充电稳定的特点。

技术领域

本发明涉及自动控制技术、计算机技术、通信技术以及机电信息领域，具体涉及一种微型机器人以及一种由多个该微型机器人组成的群机器人系统。

背景技术

群机器人系统是多机器人系统的一类，是由大量的、简单自治的单体机器人组成，它们之间通过交互、协调和控制，“涌现”出群体宏观行为，尤其是宏观动力学的有序行为，例如耦合动力学研究。这种群机器人系统的灵感来源于蚂蚁、蜜蜂一类的生物群系统，这类昆虫在没有统一领导的情况下，也能合作执行大量复杂的任务。目前，群机器人系统已经可以实现集群机器人避障、集群机器人编队控制以及群机器人合作快速搜索、围捕、跟踪目标等。

受蚁群和蜂群启发，哈佛大学发明了由上千个微型机器人Kilobot 组成的机器人群组，其中每个单体机器人都设置有小型微处理器、红外传感器以及振动电机，在没有中央控制系统协调和组织的情况下，这些机器人可以进行通信、测距、定位等操作，进而可以自行协作完成指定任务，甚至还可以自行组合成另一个全新的机器人。

但是Kilobot机器人还存在一些不足：(1)Kilobot机器人的移动是通过电机振动实现的，移动效果不佳；(2)Kilobot机器人中的通信、测距系统所占安装空间比较大；(3)Kilobot机器人中的通信、测距系统不够稳定、存在缺陷，例如Kilobot机器人的测距是通过平台的反射，其效果受其所处平台环境颜色的影响很大；(4)供电需求亟待解决，具体表现在Kilobot机器人充电数小时，只能供数十分钟的工作耗电，而且充电和供电没法同时进行。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种微型机器人以及包含多个该微型机器人的群机器人系统。

本发明提供了一种微型机器人，具有这样的特征，包括：驱动部，用于驱动微型机器人移动；控制部，用于控制微型机器人的交互行为，包含从上至下依次设置且相互进行电连接的上电路板、中电路板、两个侧电路板和下电路板；以及供电部，用于对驱动部和控制部进行供电，包含设置中电路板的上表面的电池以及设置在下电路板的下表面的无线充电线圈，其中，驱动部包含电机、固定在电机上的主动轮、与主动轮连接的皮带以及通过皮带带动运行的车轮，上电路板用于传感与显示，包含设置在上电路板上表面的磁传感器、LED灯和显示器，设置在上电路板下表面的红外线发射管和红外线接收管，以及用于控制磁传感器、LED灯、显示器、红外线发射管和红外线接收管的第一控制器，中电路板用于无线通信，设置有无线收发模块和用于控制无线收发模块的第二控制器，侧电路板与电机进行电连接，用于驱动控制，下电路板用于供电控制，包含电池充电管理芯片、DC/DC 转换芯片以及无线充电管理芯片。

在本发明提供的微型机器人中，还可以具有这样的特征：其中，中电路板的上表面还设置有半球形反光镜，半球形反光镜用于反射红外信号。

在本发明提供的微型机器人中，还可以具有这样的特征：其中，第一控制器为8bit微型控制器，第二控制器为32bit微型控制器。

在本发明提供的微型机器人中，还可以具有这样的特征：其中，磁传感器为三轴磁传感器，测量单体机器人静态情况下的姿态角，该姿态角为俯仰角、翻滚角或朝向角。