專利名稱：可重構無線移動傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置及其控制電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線移動傳感器網(wǎng)絡技術領域，尤其涉及一種可重構無線移動傳感器
網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置及其控制電路
背景技術：
近年來，無線傳感器網(wǎng)絡越來越引起世人的關注，在軍事、環(huán)境、健康、空間探索、 搶險救災方面得到了越來越多的應用。但是傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡需要預先部署在監(jiān)測場 所，因此限制了無線傳感器網(wǎng)絡的應用。例如火災現(xiàn)場或者發(fā)生毒氣泄漏，人和設備無法進 入事發(fā)現(xiàn)場，如果傳統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點也未事先部署，現(xiàn)場信息采集的任務就無法完 成。 無線移動傳感器網(wǎng)絡則彌補了傳統(tǒng)無線傳感網(wǎng)絡的不足，其節(jié)點是可移動，而非 靜態(tài)的。不僅能在突發(fā)事件發(fā)生之后能進入人無法進入的危險現(xiàn)場，而且在一些復雜的地 形中也可以實現(xiàn)自部署。無線移動傳感器網(wǎng)絡中一個節(jié)點因為故障或者電能消耗完而無法 正常工作的時候，為了能完成現(xiàn)場信息采集的任務，其他節(jié)點可以重新自部署，采用新的通 信拓撲結構。 無線移動傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的移動方式可以是輪式、履帶式。履帶式要比輪式移動 方式的越野能力更強。但是，履帶式移動節(jié)點如果碰到自身高度更高的障礙或者比自身長 度更長的溝壑，也無能為力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的一個技術問題是提供一種多步態(tài)、可適應復雜環(huán)境的可重構無 線移動傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置。 本發(fā)明包括相互轉(zhuǎn)動連接的第一轉(zhuǎn)動臂和第二轉(zhuǎn)動臂，以及用于驅(qū)動所述兩個轉(zhuǎn) 動臂相對轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動機構；每個轉(zhuǎn)動臂包括相互轉(zhuǎn)動連接的第一擺動臂和第二擺動 臂，以及用于驅(qū)動所述兩個擺動臂相對轉(zhuǎn)動的擺動臂驅(qū)動機構。 優(yōu)選地，所述兩個轉(zhuǎn)動臂之間的轉(zhuǎn)角范圍是0 360° ;所述每個轉(zhuǎn)動臂中兩個擺 動臂之間的轉(zhuǎn)角范圍是0 180。。 優(yōu)選地，所述每個轉(zhuǎn)動臂的第一擺動臂和第二擺動臂均是由第一側板、第二側板 和底板組成；所述第一擺動臂的第一側板與所述第二擺動臂的第一側板面面相對，通過第 一轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動連接；所述第一擺動臂的第二側板與所述第二擺動臂的第二側板面面相對， 通過第二轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動連接；所述第一轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底板與所述第二轉(zhuǎn)動臂中的 第一擺動臂的底板面面相對，通過第三轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動連接。 優(yōu)選地，所述每個擺動臂驅(qū)動機構包括一擺動臂驅(qū)動電機；所述第一轉(zhuǎn)動軸是一 聯(lián)軸器，所述聯(lián)軸器的盤狀部分固定連接在所述第二擺動臂的第一側板上，所述聯(lián)軸器的 軸狀部分貫穿第一擺動臂的第一側板，與所述擺動臂驅(qū)動電機的輸出軸相互連接；所述每 個擺動臂驅(qū)動電機借助于一擺動臂驅(qū)動電機連接架連接在對應的轉(zhuǎn)動臂上。
優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動機構包括夾板、夾板柱、驅(qū)動齒輪、從動齒輪、轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動 電機；所述夾板通過若干根夾板柱連接在所述第二轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底板上；上述 第三轉(zhuǎn)動軸貫穿第一轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底板、第二轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底板和 夾板，所述第三轉(zhuǎn)動軸的一端與第一轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底板固定連接；所述驅(qū)動齒 輪和從動齒輪布置在第二轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底板和夾板之間，驅(qū)動齒輪和從動齒輪 相互嚙合，所述從動齒輪固定連接在第三轉(zhuǎn)動軸上；所述轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動電機連接在夾板上，轉(zhuǎn) 動臂驅(qū)動電機的輸出軸貫穿夾板與驅(qū)動齒輪相互連接。 本發(fā)明所要解決的另一個技術問題是提供一種可重構無線移動傳感器網(wǎng)絡模塊 化節(jié)點裝置的控制電路，其包括第一控制電路和第二控制電路；所述第一控制電路用于控 制第二擺動臂的擺動臂驅(qū)動電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，以及用于控制轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動電機的正 轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止；所述第二控制電路用于控制第一擺動臂的擺動臂驅(qū)動電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。 優(yōu)選地，所述第一控制電路和第二控制電路的結構相同，每個控制電路包括無線 通信處理模塊和環(huán)境感知傳感器，無線通信處理模塊包括無線通信模塊、控制處理單元、存 儲單元；無線通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的收發(fā)，控制處理單元用于數(shù)據(jù)處理和協(xié)調(diào)各單元模塊 間的運行，存儲單元用于存儲系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。 優(yōu)選地，環(huán)境感知傳感器包括溫濕度傳感器和光照傳感器，無線通信處理模塊可 控制環(huán)境感知傳感器將采集的數(shù)據(jù)存儲于存儲單元中。 優(yōu)選地，所述無線通信處理模塊是型號為JN5139R1的JENNIC無線通信處理模塊； 所述溫濕度傳感器的型號是SHTll ;所述光照傳感器是型號為MJ5616的光敏電阻。
本發(fā)明中的節(jié)點裝置結構緊湊、活動靈活，在驅(qū)動機構驅(qū)動下能實現(xiàn)不同姿態(tài)爬 行，旋轉(zhuǎn)關節(jié)相對旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)運動方向的調(diào)整；模塊化節(jié)點裝置為三自由度的機械裝置；三 自由度的機械設計保證活動靈活，適應不同自然環(huán)境，實現(xiàn)各種功能；三自由度的模塊化節(jié) 點可以有效地實現(xiàn)多節(jié)點對接和多節(jié)點形態(tài)控制。 本發(fā)明可重構無線傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置在其兩側和前后兩面留出了可以 實現(xiàn)自動對接的機械接口 ；對接后，多模塊化節(jié)點裝置可以實現(xiàn)多種組合形態(tài)；多個模塊 化節(jié)點裝置前后面對接，成鏈式蛇形，通過電機運動控制可以實現(xiàn)蛇形爬行，每個機械關節(jié) 功能似蛇的關節(jié)，活動靈活；多個模塊化節(jié)點裝置前后對接形成蛇形鏈之后，鏈首連接鏈 尾，形成環(huán)形，通過電機運動控制可以實現(xiàn)多模塊化節(jié)點機構呈環(huán)形滾動，此種組合運動形 態(tài)運動速度快，可以有效降低運動功耗；多個模塊化節(jié)點裝置前后對接形成蛇形鏈之后，選 其中間模塊化節(jié)點裝置，在節(jié)點一個側面對接上蛇形鏈長度1/2的多模塊化節(jié)點裝置，形 成似蝎子T型組合形態(tài)，通過電機運動控制可以實現(xiàn)節(jié)點機構爬行；多個模塊化節(jié)點裝置 前后對接形成蛇形鏈之后，選其中間模塊化節(jié)點裝置，在節(jié)點兩側面對接上蛇形鏈長度1/2 的多模塊化節(jié)點裝置，通過電機運動控制可以實現(xiàn)四足型爬行。 無線通信處理模塊用于發(fā)送和接受數(shù)據(jù)包，并進行數(shù)據(jù)處理，指示電機正反轉(zhuǎn)或 者停止，接收電機反饋回來的旋轉(zhuǎn)角度信息；無線通信處理模塊可工作在2. 4GHz頻段的無 線傳感網(wǎng)絡，采用網(wǎng)狀網(wǎng)多跳通信協(xié)議，功耗低、通信穩(wěn)定，當節(jié)點與基站距離較遠或者環(huán) 境惡劣不能直接通信的時候，節(jié)點信息可以通過通信質(zhì)量較好相鄰節(jié)點多跳路由到基站， 從而實現(xiàn)與基站的多跳通信；這樣可以大大提高網(wǎng)絡的覆蓋面，且在一些無線通信較弱的場合，例如礦井、隧道等，也可以保證通信信號可靠傳輸。本模塊化節(jié)點裝置節(jié)點之間采用
無線傳感器網(wǎng)絡通信，省去了許多通信線路，簡化了電路連接和布局，提高了模塊化節(jié)點的
各功能單元運動的靈活性和協(xié)調(diào)性；無線通信處理模塊集成了無線通信，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)
存儲功能，可以有效的滿足本發(fā)明所提出的多步態(tài)移動節(jié)點裝置的控制、數(shù)據(jù)處理以及無
線傳感器網(wǎng)絡組網(wǎng)通信的要求。 說明書附圖
圖1是本發(fā)明中節(jié)點裝置的立體示意圖；
圖2是本發(fā)明中節(jié)點裝置的結構示意圖；
圖3是本發(fā)明中控制電路的原理圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，本實施方式中的可重構無線移動傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置 包括第一轉(zhuǎn)動臂1和第二轉(zhuǎn)動臂2，上述兩個轉(zhuǎn)動臂的結構相同。以第一轉(zhuǎn)動臂1為例，其 包括第一擺動臂l-l、第二擺動臂l-2、擺動臂驅(qū)動機構1-3。上述第一擺動臂1-1由第一側 板l-l-l、第二側板1-1-2和底板1-1-3組成。上述第二擺動臂1-2與第一擺動臂1-1的結 構相同。 所述第一擺動臂1-1的第一側板與第二擺動臂1-2的第一側板面面相對，通過第 一轉(zhuǎn)動軸3轉(zhuǎn)動連接；所述第一擺動臂1-1的第二側板與所述第二擺動臂1-2的第二側板 面面相對，通過第二轉(zhuǎn)動軸4轉(zhuǎn)動連接。擺動臂驅(qū)動機構1-3包括一擺動臂驅(qū)動電機1-3-1 ; 所述第一轉(zhuǎn)動軸優(yōu)選是一聯(lián)軸器，所述聯(lián)軸器的盤狀部分固定連接在所述第二擺動臂1-2 的第一側板上，所述聯(lián)軸器的軸狀部分貫穿第一擺動臂1-1的第一側板，與所述擺動臂驅(qū) 動電機1-3-1的輸出軸相互連接；所述擺動臂驅(qū)動電機1-3-1借助于一擺動臂驅(qū)動電機連 接架1-3-2連接在第一轉(zhuǎn)動臂1上。 所述第一轉(zhuǎn)動臂1中的第一擺動臂的底板與所述第二轉(zhuǎn)動臂2中的第一擺動臂的 底板面面相對，通過第三轉(zhuǎn)動軸5轉(zhuǎn)動連接。 另外還包括一轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動機構6，所述轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動機構6包括夾板6-l、夾板柱 6-2、驅(qū)動齒輪6-3、從動齒輪6-4、轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動電機6-5 ;所述夾板6_1通過若干根夾板柱 6-2連接在所述第二轉(zhuǎn)動臂2中的第一擺動臂的底板上；上述第三轉(zhuǎn)動軸5貫穿第一轉(zhuǎn)動 臂1中的第一擺動臂的底板、第二轉(zhuǎn)動臂2中的第一擺動臂的底板和夾板6-l，所述第三轉(zhuǎn) 動軸5的一端與第一轉(zhuǎn)動臂1中的第一擺動臂的底板固定連接；所述驅(qū)動齒輪6-3和從動 齒輪6-4布置在第二轉(zhuǎn)動臂2中的第一擺動臂的底板和夾板6-1之間，驅(qū)動齒輪6-3和從 動齒輪6-4相互嚙合，所述從動齒輪6-4固定連接在第三轉(zhuǎn)動軸5上；所述轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動電機 6-5連接在夾板6-1上，轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動電機6-5的輸出軸貫穿夾板6-1與驅(qū)動齒輪6-3相互連 接。 優(yōu)選地，所述兩個轉(zhuǎn)動臂之間的轉(zhuǎn)角范圍是0 360° ，其可以作連續(xù)的順時針或
逆時針旋轉(zhuǎn)；所述每個轉(zhuǎn)動臂中兩個擺動臂之間的轉(zhuǎn)角范圍是0 180° 。 如圖3所示，控制電路包括第一控制電路7和第二控制電路8。 所述第一控制電路7用于控制第二擺動臂1-2的擺動臂驅(qū)動電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和
停止，以及用于控制轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動電機6-5的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。
所述第二控制電路8用于控制第一擺動臂1-1的擺動臂驅(qū)動電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。 所述第一控制電路7和第二控制電路8的結構相同。以第一控制電路7為例，其包括無線通信處理模塊7-l、環(huán)境感知傳感器7-2和電源7-3。 無線通信處理模塊7-l負責數(shù)據(jù)的收發(fā)、電機控制，使機械關節(jié)之間能夠相互通信，機械關節(jié)與網(wǎng)關之間能夠相互通信。 無線通信處理模塊7-1包括無線通信模塊7-l-l、控制處理單元7-l-2、存儲單元
7-1-3。無線通信模塊7-1-1實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的收發(fā)，控制處理單元7-1-2用于數(shù)據(jù)處理和協(xié)調(diào)
各單元模塊間的運行，存儲單元7-1-3用于存儲系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。 本實施方案中的電機帶有角度傳感器，當旋轉(zhuǎn)關節(jié)正常工作的時候可以測量機構
之間相互的旋轉(zhuǎn)角度。 另外，環(huán)境感知傳感器7-2包括溫濕度傳感器和光照傳感器，無線通信處理模塊
7-1可控制環(huán)境感知傳感器7-2將采集的數(shù)據(jù)存儲于存儲單元7-1-3中。 上述每個控制電路中的無線通信處理模塊優(yōu)選是型號為JN5139R1的JENNIC無線
通信處理模塊；溫濕度傳感器的型號優(yōu)選是SHT11 ;光照傳感器優(yōu)選采用型號是MJ5616的
光敏電阻。
權利要求
可重構無線移動傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置，其特征在于包括相互轉(zhuǎn)動連接的第一轉(zhuǎn)動臂和第二轉(zhuǎn)動臂，以及用于驅(qū)動所述兩個轉(zhuǎn)動臂相對轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動機構；每個轉(zhuǎn)動臂包括相互轉(zhuǎn)動連接的第一擺動臂和第二擺動臂，以及用于驅(qū)動所述兩個擺動臂相對轉(zhuǎn)動的擺動臂驅(qū)動機構。
2. 根據(jù)權利要求1所述的可重構無線移動傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置，其特征在于 所述兩個轉(zhuǎn)動臂之間的轉(zhuǎn)角范圍是O 360° ;所述每個轉(zhuǎn)動臂中兩個擺動臂之間的轉(zhuǎn)角 范圍是0 180° 。
3. 根據(jù)權利要求1所述的可重構無線移動傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置，其特征在于 所述每個轉(zhuǎn)動臂的第一擺動臂和第二擺動臂均是由第一側板、第二側板和底板組成；所述 第一擺動臂的第一側板與所述第二擺動臂的第一側板面面相對，通過第一轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動連 接；所述第一擺動臂的第二側板與所述第二擺動臂的第二側板面面相對，通過第二轉(zhuǎn)動軸 轉(zhuǎn)動連接；所述第一轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底板與所述第二轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底 板面面相對，通過第三轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動連接。
4. 根據(jù)權利要求3所述的可重構無線移動傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置，其特征在于 所述每個擺動臂驅(qū)動機構包括一擺動臂驅(qū)動電機；所述第一轉(zhuǎn)動軸是一聯(lián)軸器，所述聯(lián)軸 器的盤狀部分固定連接在所述第二擺動臂的第一側板上，所述聯(lián)軸器的軸狀部分貫穿第一 擺動臂的第一側板，與所述擺動臂驅(qū)動電機的輸出軸相互連接；所述每個擺動臂驅(qū)動電機 借助于一擺動臂驅(qū)動電機連接架連接在對應的轉(zhuǎn)動臂上。
5. 根據(jù)權利要求1所述的可重構無線移動傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置，其特征在于 所述轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動機構包括夾板、夾板柱、驅(qū)動齒輪、從動齒輪、轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動電機；所述夾板通 過若干根夾板柱連接在所述第二轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底板上；上述第三轉(zhuǎn)動軸貫穿第 一轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底板、第二轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底板和夾板，所述第三轉(zhuǎn) 動軸的一端與第一轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底板固定連接；所述驅(qū)動齒輪和從動齒輪布置 在第二轉(zhuǎn)動臂中的第一擺動臂的底板和夾板之間，驅(qū)動齒輪和從動齒輪相互嚙合，所述從 動齒輪固定連接在第三轉(zhuǎn)動軸上；所述轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動電機連接在夾板上，轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動電機的 輸出軸貫穿夾板與驅(qū)動齒輪相互連接。
6. 可重構無線移動傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置的控制電路，其特征在于包括第一控 制電路和第二控制電路；所述第一控制電路用于控制第二擺動臂的擺動臂驅(qū)動電機的正 轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，以及用于控制轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止；所述第二控制電路用 于控制第一擺動臂的擺動臂驅(qū)動電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。
7. 根據(jù)權利要求6所述的可重構無線移動傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置的控制電路， 其特征在于所述第一控制電路和第二控制電路的結構相同，每個控制電路包括無線通信 處理模塊和環(huán)境感知傳感器，無線通信處理模塊包括無線通信模塊、控制處理單元、存儲單 元；無線通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的收發(fā)，控制處理單元用于數(shù)據(jù)處理和協(xié)調(diào)各單元模塊間的 運行，存儲單元用于存儲系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
8. 根據(jù)權利要求7所述的可重構無線移動傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置的控制電路，其 特征在于環(huán)境感知傳感器包括溫濕度傳感器和光照傳感器，無線通信處理模塊可控制環(huán) 境感知傳感器將采集的數(shù)據(jù)存儲于存儲單元中。
9. 根據(jù)權利要求8所述的可重構無線移動傳感器模塊化網(wǎng)絡節(jié)點裝置的控制電路，其特征在于所述無線通信處理模塊是型號為JN513服1的JENNIC無線通信處理模塊；所述 溫濕度傳感器的型號是SHTll ;所述光照傳感器是型號為MJ5616的光敏電阻。
全文摘要
本發(fā)明公開了無線移動傳感器網(wǎng)絡技術領域中的一種可重構無線移動傳感器網(wǎng)絡模塊化節(jié)點裝置及其控制電路。節(jié)點裝置包括相互轉(zhuǎn)動連接的第一轉(zhuǎn)動臂和第二轉(zhuǎn)動臂，以及用于驅(qū)動所述兩個轉(zhuǎn)動臂相對轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動機構；每個轉(zhuǎn)動臂包括相互轉(zhuǎn)動連接的第一擺動臂和第二擺動臂，以及用于驅(qū)動所述兩個擺動臂相對轉(zhuǎn)動的擺動臂驅(qū)動機構。控制電路包括第一控制電路和第二控制電路；所述第一控制電路用于控制第二擺動臂的擺動臂驅(qū)動電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，以及用于控制轉(zhuǎn)動臂驅(qū)動電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止；所述第二控制電路用于控制第一擺動臂的擺動臂驅(qū)動電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。
文檔編號H02P1/18GK101754438SQ20091026329
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權日2009年12月18日
發(fā)明者葉曉峰, 宋光明, 宋愛國 申請人:東南大學