專利名稱：可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置及其工作方法
技術領域：
本發明涉及可重構機器人以及無線傳感器網絡領域，特別涉及可重構無線移動傳
感器網絡的節點對接裝置。
背景技術：
近幾年來，作為無線傳感器網絡技術發展的一個重要分支，移動無線傳感器網絡 在軍事、農業、環保、災難搜救等領域的應用越來越廣泛。移動無線傳感器網絡由多個具有
自主機動能力的無線傳感器節點組成，能夠實現自部署、自修復等傳統無線移動傳感器網 絡所不具備的功能。 然而現有的無線移動傳感器網絡大多基于滾動式或爬行式的節點，雖然能適應理 想的平緩地形，但當遇到溝壑縱橫、障礙物密集的復雜崎嶇地形時，單獨的節點由于體積限 制，機動能力受到很大制約。而可重構無線移動傳感器網絡能夠通過個體間的物理協作完 成指定的任務，具有很強的機動性和靈活性，同時還能使整個網絡具有更好的時間和空間 分布性。因此，可重構無線移動傳感器網絡技術將成為無線傳感器網絡技術的一個重要補 充和擴展。
發明內容
本發明的目的在于提供一種結構簡單，使用效果好，能將各節點進行自動對接與
分離的可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置及其工作方法。 本發明為實現上述目的，采用如下技術方案 利用本發明的可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置的工作方法，包括如下 步驟 a、無線移動傳感器節點收到重構指令以后，無線移動傳感器節點公頭原地旋轉， 由紅外避障傳感器尋找到無線移動傳感器節點母頭并做相對直線運動； b、當運動到兩個對接面間距離小于紅外避障傳感器的測量范圍時，由兩對紅外測 距傳感器測得相對距離和角度信息，然后無線移動傳感器節點公頭根據測得信息做出相應 調整； c、無線移動傳感器節點到達預定的對接區域后，記憶合金彈簧通電加熱到預定溫 度收縮，壓縮彈簧被迫壓縮； d、兩個卡板在兩個記憶合金彈簧的拉力作用下，沿矩形滑槽作相反方向的直線移 動，從而使錐形導頭能夠順利插入到圓形定位孔； e、錐形導頭插入被對接面上的圓形定位孔時，錐形導頭前端部的圓錐體通過與圓 形定位孔摩擦使對接節點左右移動，從而消除由于定位不準引起的角度誤差和位置偏移。 當錐形導頭后端的圓柱體與圓形定位過孔完全接觸后，實現無線移動傳感器節點公頭和無 線移動傳感器節點母頭的精確對準； f、無線移動傳感器節點公頭和無線移動傳感器節點母頭實現完全定位以后，記憶合金彈簧斷電，壓縮彈簧上的彈力遠遠大于記憶合金彈簧產生的力，驅動兩個卡板作相對 方向的直線移動，兩個卡板插入到錐形導頭兩側的矩形槽中，從而實現對接機構的卡緊；
g、無線移動傳感器節點母頭收到對接裝置分離信號后，記憶合金彈簧通電加熱到 預定溫度收縮，壓縮彈簧在記憶合金彈簧的作用下被迫壓縮； h、兩個卡板在記憶合金彈簧的拉力作用下作相反方向的直線移動，脫離錐形導頭 兩側的矩形槽； i、無線移動傳感器節點公頭和無線移動傳感器節點母頭作相反方向的直線移動， 錐形導頭脫離圓形定位孔，實現兩個節點的分離。 可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置，包括電源模塊、通信模塊、定位模
塊、機械模塊、控制模塊，電源模塊的電流輸出端分別與通信模塊、定位模塊、機械模塊的電
流輸入端連接，通信模塊、定位模塊、機械模塊的信號輸出端分別與控制模塊的信號輸入端
連接，通信模塊、定位模塊、機械模塊的信號輸入端分別于控制模塊的信號輸出端連接；定
位模塊、機械模塊分別布置在無線移動傳感器節點公頭、無線移動傳感器節點母頭上。 本發明的通信模塊包括存儲器、MCU、無線收發單元，存儲器的信號輸入端、第一信
號輸出端分別與MCU的第一信號輸出端、第一信號輸入端連接，MCU的信號第二輸出端、第
二信號輸入端分別與無線收發單元的信號輸入端、第一信號輸出端連接。 本發明的定位模塊包括紅外避障傳感器、紅外測距傳感器，紅外避障傳感器設置
在無線移動傳感器節點公頭上，紅外測距傳感器分別設置在無線移動傳感器節點公頭、無
線移動傳感器節點母頭上。 本發明的機械模塊包括機械對準模塊、夾緊_分離模塊，所述機械對準模塊包括 錐形導頭、與錐形導頭相匹配的圓形定位孔，錐形導頭設置在無線移動傳感器節點公頭上， 圓形定位孔設置在無線移動傳感器節點母頭上；夾緊_分離模塊包括矩形滑槽、卡板、記憶 合金彈簧、壓縮彈簧、彈簧支架，圓形定位孔的直徑方向對稱布置兩個卡板，兩個卡板之間 的距離小于圓形定位孔的直徑；卡板插置在矩形滑槽內，遠離圓形定位孔一側的無線移動 傳感器節點母頭上布置支架，卡板與支架之間設置記憶合金彈簧，記憶合金彈簧內嵌套壓 縮彈簧。 本發明采用上述技術方案，與現有技術相比具有如下優點 1、結構簡單。本發明采用錐形導頭與圓形定位孔相配合的方式，來實現無線移動 傳感器節點公頭、無線移動傳感器節點母頭的相互配合，比起原先使用的基于滾動式或爬 行式的節點來說，結構簡單。 2、使用效果好。本發明在使用時利用紅外避障傳感器、紅外測距傳感器進行檢測， 利用卡板、記憶合金彈簧等實現夾緊_分離，對于遇到溝壑縱橫、障礙物密集的復雜崎嶇地 形時，單獨的節點由于體積限制，機動能力受到很大制約的情況也能夠得到很好的應用。
3、本發明的結構能夠更好的適用于通過個體間的物理協作完成指定的任務，具有 很強的機動性和靈活性，同時還能使整個網絡具有更好的時間和空間分布性。能將各節點 進行自動對接與分離。 4、本發明在完成指定的對接任 后，使多無線移動傳感器節點剛性連接成一個體 積龐大的組合式無線移動傳感器節點，以克服在崎嶇地形中運動時單個無線移動傳感器節 點在幾何體積上的劣勢，從而完成分離式多無線移動傳感器節點所不能完成的任務。
5、本發明通過記憶合金彈簧與普通壓縮彈簧的配合使用，使得無線移動傳感器節 點可以通過控制記憶合金彈簧電流的通斷實現卡板的夾緊以及分離，最終實現無線移動傳 感器節點的自動對接。
附圖1為本發明的模塊結構示意圖； 附圖2為本發明的定位模塊和機械模塊的結構示意圖；
附圖3為本發明無線移動傳感器節點母頭的結構示意圖；
附圖4為本發明夾緊_分離模塊的結構示意圖； 其中1、無線移動傳感器節點公頭，2、無線移動傳感器節點母頭，3、紅外避障傳 感器，4、紅外測距傳感器，5、錐形導頭，6、矩形滑槽，7、卡板，8、記憶合金彈簧，9、壓縮彈簧， 10、彈簧支架，11、圓形定位孔。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明 參見附圖1，可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置，包括電源模塊、通信模 塊、控制模塊、定位模塊和機械模塊。 電源模塊為整個無線移動傳感器節點的對接裝置提供各種所需的電壓，包括5V 和1. 2V，保證了對接裝置的能量供應。 通信模塊將無線移動傳感器節點自身的信息參數與網關設備傳過來的客戶端計 算機的控制信息進行交換。它按照Zigbee協議規范將控制模塊中無線移動傳感器節點自 身的姿態、傳感信息無線傳輸給網關設備，網關設備再傳送給客戶端計算機。客戶端計算機 中的相關軟件接收到此類信息后經過計算分析，再將控制信息由網關發送出去，無線移動 傳感器節點的通信模塊接收到控制信息后再傳給控制模塊來執行所接收到的控制指令。
控制模塊作為整個對接裝置的控制中樞，負責控制和協調對接裝置上的其他各模 塊運作，完成客戶端計算機的指令要求。 定位模塊執行無線移動傳感器節點的導航定位行為，為無線移動傳感器節點的機 械模塊提供方向和位置坐標信息。如圖2所示，定位模塊由紅外避障傳感器3和紅外測距 傳感器4組成。遠距離對接時，無線移動傳感器節點公頭1原地旋轉，由紅外避障傳感器3 尋找到無線移動傳感器節點母頭2然后做相對直線運動，運動到紅外測距傳感器能夠檢測 到的范圍以后，由兩對紅外測距傳感器4測得距離和相對方向信息，然后進行調整對接。
參見附圖2，機械模塊包括無線移動傳感器節點公頭l，無線移動傳感器節點母頭 2 ;所述的無線移動傳感器節點公頭l對接面的中心裝有錐形導頭5，主要用于消除由于定 位不準帶來的角度誤差和位置偏差，實現對接機構的夾緊和分離。所述的無線移動傳感器 節點母頭2對接面的中心設有一圓形定位孔ll，其與無線移動傳感器節點公頭1上的錐形 導頭5對應，使得無線移動傳感器節點的自動對接能夠準確定位。 參見附圖3，無線移動傳感器節點母頭2對接面的內側設有兩對矩形滑槽6、兩個 卡板7、兩個彈簧支架10和兩組驅動彈簧(每組分別由一個記憶合金彈簧8和一個壓縮彈 簧9構成)，所述的兩對矩形滑槽6平行安裝以限制卡板7只能夠沿X軸方向作直線移動。
參見附圖4，所述的卡板7和彈簧支架10之間裝有一個記憶合金彈簧8和一個壓縮彈簧9，兩個彈簧呈嵌套式安裝。對接前記憶合金彈簧8通電加熱到預定溫度收縮，壓縮彈簧9被迫壓縮；對接完成以后記憶合金彈簧8斷電降溫，在壓縮彈簧9的彈力作用下實現機構的夾緊。 可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置的工作方法，包括如下步驟 a、無線移動傳感器節點收到重構指令以后，無線移動傳感器節點公頭1原地旋
轉，由紅外避障傳感器3尋找到無線移動傳感器節點母頭2并做相對直線運動； b、當運動到兩個對接面間距離小于紅外避障傳感器3的測量范圍時，由兩對紅外
測距傳感器4測得相對距離和角度信息，然后無線移動傳感器節點公頭1根據測得信息做
出相應調整； c、無線移動傳感器節點到達預定的對接區域后，記憶合金彈簧8通電加熱到預定溫度收縮，壓縮彈簧9被迫壓縮； d、兩個卡板7在兩個記憶合金彈簧8的拉力作用下，沿矩形滑槽6作相反方向的直線移動，從而使錐形導頭5能夠順利插入到圓形定位孔11 ; e、錐形導頭5插入被對接面上的圓形定位孔11時，錐形導頭5前端部的圓錐體通過與圓形定位孔11摩擦使對接節點左右移動，從而消除由于定位不準引起的角度誤差和位置偏移。當錐形導頭后端的圓柱體與圓形定位過孔11完全接觸后，實現無線移動傳感器節點公頭1和無線移動傳感器節點母頭2的精確對準； f、無線移動傳感器節點公頭1和無線移動傳感器節點母頭2實現完全定位以后，記憶合金彈簧8斷電，壓縮彈簧9上的彈力遠遠大于記憶合金彈簧產生的力，驅動兩個卡板7作相對方向的直線移動，兩個卡板7插入到錐形導頭5兩側的矩形槽中，從而實現對接機構的卡緊； g、無線移動傳感器節點母頭2收到對接裝置分離信號后，記憶合金彈簧8通電加
熱到預定溫度收縮，壓縮彈簧9在記憶合金彈簧8的作用下被迫壓縮； h、兩個卡板7在記憶合金彈簧8的拉力作用下作相反方向的直線移動，脫離錐形
導頭5兩側的矩形槽； i、無線移動傳感器節點公頭1和無線移動傳感器節點母頭2作相反方向的直線移動，錐形導頭5脫離圓形定位孔11，實現兩個節點的分離。
權利要求
可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置的工作方法，其特征在于包括如下步驟a、無線移動傳感器節點收到重構指令以后，無線移動傳感器節點公頭(1)原地旋轉，由紅外避障傳感器(3)尋找到無線移動傳感器節點母頭(2)并做相對直線運動；b、當運動到兩個對接面間距離小于紅外避障傳感器(3)的測量范圍時，由兩對紅外測距傳感器(4)測得相對距離和角度信息，然后無線移動傳感器節點公頭(1)根據測得信息做出相應調整；c、無線移動傳感器節點到達預定的對接區域后，記憶合金彈簧(8)通電加熱到預定溫度收縮，壓縮彈簧(9)被迫壓縮；d、兩個卡板(7)在兩個記憶合金彈簧(8)的拉力作用下，沿矩形滑槽(6)作相反方向的直線移動，從而使錐形導頭(5)能夠順利插入到圓形定位孔(11)；e、錐形導頭(5)插入被對接面上的圓形定位孔(11)時，錐形導頭(5)前端部的圓錐體通過與圓形定位孔(11)摩擦使對接節點左右移動，從而消除由于定位不準引起的角度誤差和位置偏移；當錐形導頭后端的圓柱體與圓形定位過孔(11)完全接觸后，實現無線移動傳感器節點公頭(1)和無線移動傳感器節點母頭(2)的精確對準；f、無線移動傳感器節點公頭(1)和無線移動傳感器節點母頭(2)實現完全定位以后，記憶合金彈簧(8)斷電，壓縮彈簧(9)上的彈力遠遠大于記憶合金彈簧產生的力，驅動兩個卡板(7)作相對方向的直線移動，兩個卡板(7)插入到錐形導頭(5)兩側的矩形槽中，從而實現對接機構的卡緊；g、無線移動傳感器節點母頭(2)收到對接裝置分離信號后，記憶合金彈簧(8)通電加熱到預定溫度收縮，壓縮彈簧(9)在記憶合金彈簧(8)的作用下被迫壓縮；h、兩個卡板(7)在記憶合金彈簧(8)的拉力作用下作相反方向的直線移動，脫離錐形導頭(5)兩側的矩形槽；i、無線移動傳感器節點公頭(1)和無線移動傳感器節點母頭(2)作相反方向的直線移動，錐形導頭(5)脫離圓形定位孔(11)，實現兩個節點的分離。
2. —種實現權利要求1所述工作方法的可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置， 其特征在于包括電源模塊、通信模塊、定位模塊、機械模塊、控制模塊，電源模塊的電流輸出 端分別與通信模塊、定位模塊、機械模塊的電流輸入端連接，通信模塊、定位模塊、機械模塊 的信號輸出端分別與控制模塊的信號輸入端連接，通信模塊、定位模塊、機械模塊的信號輸 入端分別于控制模塊的信號輸出端連接；定位模塊、機械模塊分別布置在無線移動傳感器 節點公頭(D、無線移動傳感器節點母頭(2)上。
3. 根據權利要求2所述的可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置，其特征在于上 述通信模塊包括存儲器、MCU、無線收發單元，存儲器的信號輸入端、第一信號輸出端分別與 MCU的第一信號輸出端、第一信號輸入端連接，MCU的信號第二輸出端、第二信號輸入端分 別與無線收發單元的信號輸入端、第一信號輸出端連接。
4. 根據權利要求2所述的可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置，其特征在于上 述定位模塊包括紅外避障傳感器(3)、紅外測距傳感器(4)，紅外避障傳感器(3)設置在無 線移動傳感器節點母頭(2)上，紅外測距傳感器(4)分別設置在無線移動傳感器節點公頭 (1)、無線移動傳感器節點母頭(2)上。
5.根據權利要求2所述的可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置，其特征在于 上述機械模塊包括機械對準模塊、夾緊_分離模塊，所述機械對準模塊包括錐形導頭(5)、 與錐形導頭(5)相匹配的圓形定位孔(ll)，錐形導頭(5)設置在無線移動傳感器節點公頭 (1)上，圓形定位孔(11)設置在無線移動傳感器節點母頭(2)上；夾緊-分離模塊包括矩形 滑槽(6)、卡板(7)、記憶合金彈簧(8)、壓縮彈簧(9)、彈簧支架(10)，圓形定位孔(11)的直 徑方向對稱布置兩個卡板(7)，兩個卡板(7)之間的距離小于圓形定位孔(11)的直徑；卡 板(7)插置在矩形滑槽(6)內，遠離圓形定位孔(11) 一側的無線移動傳感器節點母頭(2) 上布置支架(IO)，卡板(7)與支架(10)之間設置記憶合金彈簧(8)，記憶合金彈簧(8)內 嵌套壓縮彈簧(9)。
全文摘要
可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置及其工作方法，涉及可重構機器人以及無線傳感器網絡領域，特別涉及可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置。可重構無線移動傳感器網絡的節點對接裝置，包括電源模塊、通信模塊、定位模塊、機械模塊、控制模塊，電源模塊的電流輸出端分別與通信模塊、定位模塊、機械模塊的電流輸入端連接，通信模塊、定位模塊、機械模塊的信號輸出端分別與控制模塊的信號輸入端連接，通信模塊、定位模塊、機械模塊的信號輸入端分別于控制模塊的信號輸出端連接；定位模塊、機械模塊分別布置在無線移動傳感器節點公頭、無線移動傳感器節點母頭上本發明實現了結構簡單，使用效果好，能將各節點進行自動對接與分離的目的。
文檔編號G01S5/00GK101754439SQ20091026337
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者宋光明, 宋愛國, 牛艷鵬 申請人:東南大學