模塊式移動機器人的制作方法
【專利摘要】移動機器人具有大型、中型、小型或可背負型的預(yù)定尺寸。移動機器人包括機架、驅(qū)動系統(tǒng)部件、功率部件、主處理器、通信系統(tǒng)、功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)。機架具有大型、中型、小型或可背負型的預(yù)定尺寸。驅(qū)動系統(tǒng)部件可操作地附接至機架，功率部件可操作地連接至驅(qū)動系統(tǒng)部件和功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)。每個驅(qū)動系統(tǒng)部件具有與機架相容的預(yù)定尺寸。主處理器、通信系統(tǒng)以及功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)都可操作地連接起來并且可操作地連接至牽引部件和功率部件。主處理器、通信系統(tǒng)、和功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)都與機架的預(yù)定尺寸和至少一個其他尺寸相容。
【專利說明】模塊式移動機器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及移動機器人，尤其涉及具有模塊的模塊式移動機器人，該模塊易于拆卸與替換，可互換為不同模塊或可在不同尺寸的移動機器人之間互換。本公開還涉及環(huán)形履帶、柔性尾部和單鏟臂。
【背景技術(shù)】
[0002]移動機器人為大家所熟知并且通常由軍隊、執(zhí)法機關(guān)以及保安部隊所使用。因而移動機器人經(jīng)常使用在危險情況和偏遠的(遙遠的)地點中。因此，將非常有用的是提供易于適應(yīng)不同用途的移動機器人。還將非常有用的是提供易于維護的移動機器人。因此，模塊式移動機器人將是有利的。同樣，有利的是至少一些模塊能夠在不同尺寸的移動機器人之間互換，以適合特殊的或獨特的任務(wù)。
[0003]已經(jīng)提出了一些模塊式機器人。例如，2011年I月13日公開的專利申請US12/316，311。該申請示出了具有左右履帶模塊的移動機器人。然而，該機器人的其他部分并不是模塊式的，因此如果不是履帶模塊需要維修或更換，機器人將很可能會離開現(xiàn)場直到維修和更換工作完成。
[0004]移動機器人經(jīng)常用于特殊的任務(wù)，并且具有用于這些任務(wù)的特殊重量和操作要求。例如移動機器人用于空間探索，這時機器人的重量可能對于任務(wù)是至關(guān)重要的。在遠程操作中，具有可拿起危險物體的臂可能對于這種任務(wù)是有用的。
[0005]移動機器人經(jīng)常包括環(huán)形履帶，尤其使用在未知地形或用于攀登樓梯和斜坡，或穿越障礙的移動機器人。環(huán)形履帶通常由具有垂直于帶的縱向方向設(shè)置的多個防滑楔的帶而形成，并且是一些用于移動機器人的普通驅(qū)動系統(tǒng)的接觸地面的部分。由于與輪相比其具有高牽引力，環(huán)形履帶在許多領(lǐng)域中得到應(yīng)用，如移動式機器系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)、和建筑。此外，使用環(huán)形履帶的驅(qū)動系統(tǒng)可提供比輪式系統(tǒng)更多功能的性能，用于如穿越不平地形和攀登障礙。
[0006]然而，現(xiàn)有的履帶具有很多缺點。例如，與輪相比其受到更多的摩擦，因此需要更大功率來驅(qū)動，并且當(dāng)移動和轉(zhuǎn)向時可導(dǎo)致振動。此外，其可從驅(qū)動它們的輪或鏈輪滑落，可能損壞履帶或驅(qū)動機構(gòu)。如果這發(fā)生在正在遠程操作機器人的危險情況中，可能會使得不能被操作。驅(qū)動履帶的輪還可能偶爾在履帶內(nèi)轉(zhuǎn)動地滑動，喪失牽引力。
[0007]另外，移動機器人經(jīng)常部署在表面特征先前未知的環(huán)境中，并可能是不平的、不規(guī)則的或顛簸的。在這種情況中，機器人在失去平衡之后跌倒的概率可能非常高。對于正在危險情況中遠程操作機器人的情況，跌倒可使機器人不能被操作。此外，可能需要移動機器人具有攀登障礙的能力，而這通常是危險的任務(wù)，因為這樣會很容易導(dǎo)致機器人翻到。
[0008]因此，有利的是提供克服上述困難的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]移動機器人具有預(yù)定尺寸，即大型、中型、小型和可裝入背包型之一。移動機器人與控制單元一起使用。移動機器人包括機架、驅(qū)動系統(tǒng)部件、功率部件、主處理器、通信系統(tǒng)、功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)。機架具有預(yù)定尺寸，即大型、中型、小型和可背負型之一。驅(qū)動系統(tǒng)部件可操作地附接至機架并具有與機架的預(yù)定尺寸相容的預(yù)定尺寸。功率部件可操作地連接至功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)并可操作地連接至驅(qū)動系統(tǒng)部件，并且功率部件具有與驅(qū)動系統(tǒng)部件相容的預(yù)定尺寸。主處理器可操作地連接至驅(qū)動系統(tǒng)部件、功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)、以及功率部件。通信系統(tǒng)可操作地連接至驅(qū)動系統(tǒng)部件、功率部件和主處理器。通信系統(tǒng)用于與操作者控制單元進行通信。功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)可操作地連接至驅(qū)動系統(tǒng)部件、功率部件，主處理器和通信系統(tǒng)。主處理器、通信系統(tǒng)、和功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)都與機架的預(yù)定尺寸和至少一個其他尺寸相容。
[0010]主處理器、通信系統(tǒng)和功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)可互換地使用在大型、中型、小型以及可背負型移動機器人中。
[0011]驅(qū)動系統(tǒng)部件可包括可操作地連接至驅(qū)動傳動模塊的驅(qū)動牽引模塊。
[0012]驅(qū)動系統(tǒng)部件還可包括可操作地連接至鰭式件傳動模塊的鰭式件模塊。驅(qū)動傳動模塊可以是長履帶牽引模塊、短履帶牽引模塊、或輪式牽引模塊之一。
[0013]移動機器人還可包括核心模塊，并且主處理器和通信系統(tǒng)可以是核心模塊的一部分。
[0014]移動機器人還可包括頭部模塊，并且功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)可以是頭部模塊的一部分。
[0015]核心模塊和頭部模塊可以可互換地使用在大型、中型、小型以及可背負型移動機器人中。
[0016]移動機器人可包括大型夾持臂模塊、小型夾持臂模塊以及工具臂之一。移動機器人還可包括PTZ臂模塊。移動機器人還可包括照相機，并且照相機可以可互換地附接至PTZ臂模塊、大型夾持臂模塊和小型夾持臂模塊。
[0017]移動機器人可包括可附接至大型夾持臂和小型夾持臂之一的轉(zhuǎn)臺。此外，轉(zhuǎn)臺可附接至PTZ臂模塊。
[0018]移動機器人可包括能夠互換地使用在大型、中型、小型以及可背負型移動機器人中的武器。
[0019]控制單元可互換地使用在大型、中型、小型以及可背負型移動機器人中。
[0020]控制單元可以是操作者控制單元和自主控制單元之一。
[0021]功率部件可以可互換地與比相容功率部件的預(yù)定尺寸機架更小的預(yù)定尺寸機架
一起使用。
[0022]用于與控制單元結(jié)合使用的模塊式移動機器人，包括機架、驅(qū)動牽引模塊、驅(qū)動傳動模塊、獨立的頭部模塊、獨立的功率模塊、以及獨立的核心模塊。驅(qū)動牽引模塊可操作地附接至機架。驅(qū)動傳動模塊可操作地連接至驅(qū)動牽引模塊。獨立的頭部模塊包括功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)，并且可操作地連接至驅(qū)動傳動模塊。獨立的功率模塊可操作地連接至頭部模塊。獨立的核心模塊可操作地連接至頭部模塊。獨立的核心模塊包括主處理器和通信系統(tǒng)。因此，核心模塊管理與控制單元的通信。
[0023]模塊式移動機器人還可包括可操作地連接至鰭式件傳動模塊的鰭式件模塊。
[0024]驅(qū)動傳動模塊可以是長履帶牽引模塊、短履帶牽引模塊、和輪式牽引模塊之一。模塊式移動機器人還可包括大型夾持臂模塊和小型夾持臂模塊之一。模塊式機器人還可包括工具臂。模塊式移動機器人還可包括PTZ臂模塊。
[0025]工具臂包括殼體、驅(qū)動系統(tǒng)、螺桿與螺母組件、以及鏟組件。螺桿與螺母組件可操作地連接至驅(qū)動系統(tǒng)，使得螺母的旋轉(zhuǎn)相對于殼體向上和向下驅(qū)動螺桿。鏟組件可操作地連接至螺桿。鏟組件具有打開位置和閉合位置，并且螺桿向下的移動相應(yīng)地使鏟組件從打開位置移動到閉合位置。
[0026]鏟組件可作為四連桿機構(gòu)。
[0027]鏟組件可包括一對鏟、一對聯(lián)接件、以及梭式件，每個鏟可樞轉(zhuǎn)地附接至梭式件，每個聯(lián)接件的一端可樞轉(zhuǎn)地附接至托架，而另一端可樞轉(zhuǎn)地附接至一對鏟中的一個。
[0028]托架可附接至螺桿下端。梭式件可包括止動件，該止動件與連接至殼體的阻擋件相接合。
[0029]驅(qū)動系統(tǒng)可包括電機與齒輪頭組件。殼體可包括上安裝板，并且電機和齒輪頭組件可附接至上安裝板。
[0030]螺桿與螺母組件可包括其中具有槽的導(dǎo)管，并且螺桿可包括延伸穿過螺桿的螺旋銷，并且其運動由槽限定。
[0031]殼體可包括上安裝板，并且電機和齒輪頭組件可附接至上安裝板。
[0032]環(huán)形履帶包括帶、多個倒角防滑楔，多個孔以及雙V形引導(dǎo)件。帶具有內(nèi)表面和外表面。每個倒角防滑楔都具有接觸表面。倒角防滑楔附接至限定附接區(qū)域的外表面，并且接觸表面成形為使得當(dāng)履帶放置在平的堅固表面上時，每個倒角防滑楔以比附接區(qū)域更小的區(qū)域與平的堅固表面相接觸。帶中的多個孔設(shè)置在倒角防滑楔之間，并且成形為允許驅(qū)動鏈輪的齒穿過并且與帶相接合以將力從鏈輪傳遞至帶。雙V形引導(dǎo)件包括彼此側(cè)向地間隔且附接至內(nèi)表面的兩個平行的長型凸出。
[0033]每個倒角防滑楔在垂直于履帶的側(cè)向方向的平面上可具有大體上矩形橫截面。
[0034]每個倒角防滑楔可在嵌條處附接至外表面。每個倒角防滑楔可與帶一體形成。
[0035]每個倒角防滑楔可具有橡膠覆層?？卓纱篌w上呈矩形。
[0036]兩個平行的長型凸起可在帶周圍延伸。雙V形引導(dǎo)件的兩個平行的長型凸起可以是第一雙平行的長型凸起，還可包括至少第二雙平行的長型凸起。第一和第二雙平行長型凸起可具有圓形邊緣。第一和至少第二雙平行長型凸起可縱向地間隔開，使得在操作時，驅(qū)動鏈輪一直與第一和第二雙平行長型凸起的至少一部分相接觸。
[0037]帶可由尼龍制成。雙V形引導(dǎo)件可由聚氨酯制成。防滑楔可由橡膠或聚氨酯制成。
[0038]移動機器人包括布置機構(gòu)和柔性尾部。柔性尾部附接至布置機構(gòu)并且從移動機器人沿布置方向向外延伸。布置機構(gòu)的致動使柔性尾部移動并且改變?nèi)嵝晕膊康牟贾梅较颉?br> [0039]布置機構(gòu)可以是可旋轉(zhuǎn)的布置機構(gòu)，并且可旋轉(zhuǎn)的布置機構(gòu)的致動使柔性尾部旋轉(zhuǎn)。
[0040]柔性尾部可繞平行于機器人的側(cè)向方向的軸線旋轉(zhuǎn)?？商娲?，柔性尾部可繞平行于從機器人向上的方向的軸線旋轉(zhuǎn)。
[0041]移動機器人還包括環(huán)形履帶。所述環(huán)形履帶包括:具有內(nèi)表面和外表面的帶；以及多個倒角防滑楔，每個倒角防滑楔具有接觸表面，所述倒角防滑楔附接至限定附接區(qū)域的所述外表面，所述接觸表面成形為使得當(dāng)所述履帶放置在平的堅固表面上時，每個倒角防滑楔以比所述附接區(qū)域更小的區(qū)域與所述平的堅固表面相接觸。
[0042]移動機器人還包括多個孔。所述孔位于所述具有內(nèi)表面和外表面的帶中并設(shè)置在所述倒角防滑楔之間，并且成形為允許驅(qū)動鏈輪的齒穿過并且與所述具有內(nèi)表面和外表面的帶相接合以將力從所述鏈輪傳遞至所述具有內(nèi)表面和外表面的帶。
[0043]移動機器人還包括雙V形引導(dǎo)件。所述雙V形引導(dǎo)件包括彼此側(cè)向地間隔且附接至所述內(nèi)表面的兩個平行長型凸起。
[0044]此外，移動機器人的特征將在下面的細說明過程中進行描述或?qū)⒆兊蔑@而易見。【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]下面將通過僅示例的方式參照附圖描述移動機器人，在附圖中:
[0046]圖1是模塊式移動機器人的立體圖；
[0047]圖2是圖1的模塊式移動機器人的部分分解圖；
[0048]圖3是(a)大型移動機器人、(b)中型移動機器人、(C)小型移動機器人以及(d)可背負移動機器人的立體圖；
[0049]圖4是圖1和圖2的模塊式移動機器人的機架部分的立體圖；
[0050]圖5是與圖4相似但以另一形式示出的模塊式移動機器人的機架部分的立體圖；
[0051]圖6是圖4和圖5的模塊式移動機器人的機架部分的分解圖；
[0052]圖7是模塊式移動機器人的機架部分的立體圖，但示出其配置有短履帶；
[0053]圖8是與圖7所示的模塊式移動機器人相似的模塊式移動機器人的機架部分的立體圖，但示出了配置有輪；
[0054]圖9是與圖1所示的模塊式移動機器人相似的模塊式移動機器人的立體圖，但示出了具有轉(zhuǎn)臺的小型臂；
[0055]圖10是夾持臂的放大視圖，示出了所附接的干擾器模塊；
[0056]圖11是圖10的夾持臂的放大視圖，示出了所附接的X射線模塊；
[0057]圖12是圖10的夾持臂的放大視圖，示出了所附接的可延伸聯(lián)接件；
[0058]圖13是圖10的夾持臂端部的放大視圖，示出了位于夾持器上的切割器；
[0059]圖14是模塊式移動機器人的機架的立體圖，示出了位于比圖4和圖5所示的機器人更大型機器人中的圖4和圖5的頭部模塊和核心模塊；
[0060]圖15是PTZ臂的立體圖；
[0061]圖16是圖15的PTZ臂的立體圖，但示出了與其分離的照相機模塊；
[0062]圖17示出了可轉(zhuǎn)移到另一移動機器人的照相機模塊；
[0063]圖18是模塊式移動機器人的立體圖，示出了大型臂與小型臂的可互換能力；
[0064]圖19是與圖2所示的模塊式移動機器人相似的模塊式移動機器人的部分分解圖，但還包括轉(zhuǎn)臺；
[0065]圖20是處于長履帶模式并且工具臂附接至機架的移動機器人的立體圖；
[0066]圖21是與圖20相似的立體圖，但示出了處于輪式模式的移動機器人；
[0067]圖22是工具臂的立體圖；
[0068]圖23是圖22的工具臂的局部剖視立體圖；
[0069]圖24是圖22的工具臂的剖視立體圖；[0070]圖25是圖22的工具臂的連桿機構(gòu)的放大立體圖；
[0071]圖26是圖22的工具臂的螺桿和電機的放大立體圖；
[0072]圖27是圖22的工具臂的立體圖，但是移除了一部分殼體并示出了處于開始或打開狀態(tài)的工具臂；
[0073]圖28是與圖27相似的立體圖，但示出了部分閉合的鏟；
[0074]圖29是與圖27相似的立體圖，但示出了閉合的鏟；
[0075]圖30是具有橡膠覆層的帶的實施方式的立體圖；
[0076]圖31是具有橡膠覆層的帶的一部分的放大立體圖，其中橡膠覆層具有圖30所示的防滑楔；
[0077]圖32是具有圖30的橡膠覆層的帶的側(cè)視圖；
[0078]圖33是沿一個防滑楔的具有圖30的橡膠覆層的帶的剖視圖；
[0079]圖34是具有圖30的橡膠覆層的帶的一個防滑楔的放大的側(cè)視圖；
[0080]圖35是履帶的另一實施方式的側(cè)視圖；
[0081]圖36是沿一個防滑楔的圖35的履帶的剖視圖；
[0082]圖37是圖35的履帶的俯視圖；
[0083]圖38是圖35的履帶的一部分的放大俯視圖；
[0084]圖39是具有鏈輪的圖35的履帶的一部分的局部立體圖；
[0085]圖40是圖39的鏈輪與履帶的立體圖；
[0086]圖41是履帶的可替代性實施方式的立體圖，示出了多個平行的長型凸起；
[0087]圖42是包括柔性尾部的移動機器人的可替代性實施方式的立體圖；
[0088]圖43是示出位于斜坡上的圖41的移動機器人的立體圖；以及
[0089]圖44是圖41的移動機器人的側(cè)視圖，示出了柔性尾部在樓梯上的使用。
【具體實施方式】
[0090]本文中描述的系統(tǒng)通常涉及模塊式移動機器人、本文中使用的可互換特征、與其一起使用的工具臂、與其一起使用的環(huán)形履帶以及柔性尾部。雖然本文中公開了移動機器人的實施方式，但這些公開的實施方式僅是示例性的。此外，沒有按比例繪制附圖并對一些特征進行了放大或縮小以示出具體特征的細節(jié)，并且為防止弱化新的部分，可能省略了其相關(guān)部分。因此，本文中公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應(yīng)解釋為限制性的，而僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及作為使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)移動機器人的代表性基礎(chǔ)。
[0091]參照圖1和圖2，模塊式移動機器人的一個實施方式大體上示為10。移動機器人10具有多個模塊化的特征。同樣，一些模塊或部件能夠在不同尺寸的移動機器人之間互換。
[0092]具有可互換部件的移動機器人對于具有一大群移動機器人的用戶尤其有用。通過具有能夠在不同尺寸的移動機器人中使用的模塊，可以預(yù)備在不同機器人中使用的一系列不同部件，從而更容易地保持機器人機群的運轉(zhuǎn)。在許多機器人機群中，有多種尺寸的移動機器人。例如圖3所示的示例，可能有大型機器人圖3 (a)、中型機器人圖3 (b)、小型機器人圖3 (c)以及能夠裝入背包的機器人圖3 (d)。例如僅作為示例，大型機器人可以是LXWXH為139X66X78cm且重量為250kg，中型機器人可以是LXWXH為98X50X82cm且無負載(payload)的重量為125kg，小型機器人可以是LXWXH為71 X 54X 50cm且重量為60kg，以及能夠裝入背包的機器人可以是LXWXH為60X35X23cm并且重量為15kg。通常大中型機器人用于大負載處理和平衡；小型機器人可用于小負載處理和勘察；背負式(back-packable)機器人可用于監(jiān)視和勘察。
[0093]能夠在具有兩種或多種尺寸的機器人之間互換的部件是控制單元、通信部件、電子部件、功率部件、外部傳感器、內(nèi)部傳感器、照相機以及武器。通信部件和主處理器可形成能夠在不同尺寸的機器人之間互換的獨立(self-contained)的核心模塊的一部分。功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)可形成能夠在不同尺寸機器人之間互換的獨立的頭部模塊的一部分。獨立的功率模塊可與不同機器人向下兼容，指的是如果其具有用于特殊機架(chassis)尺寸的尺寸，其能夠與具有該尺寸的機架或更小尺寸的機架一起使用。相反地，外部部件如大型夾持臂、小型夾持臂及PTZ臂是向上兼容，指的是如果該臂具有用于特殊機架尺寸的尺寸，其能夠與具有該尺寸的機架或更大的機架一起使用。同樣，控制具體任務(wù)的軟件程序可在不同尺寸的機器人之間互換。例如，諸如自動導(dǎo)航和從工具架進行抓取的自動抓取工具將是互換的。同樣，控制驅(qū)動功能的軟件和控制PTZ的軟件可是互換的。控制傳感器的軟件、用于繼電器控制的軟件、用于功率分配的軟件、控制可互換武器的軟件以及用于視頻選擇的軟件都可以是可互換的。然而，控制鰭式件(flipper)的軟件、控制夾持臂的軟件以及控制PTZ臂的軟件專用于這些部件特定尺寸。
[0094]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，不是所有的部件或模塊都能夠在不同尺寸機器人之間互換。特別地，與機架相關(guān)的模塊在不同尺寸的機器人之間不可互換。更具體地，獨立的頭部模塊、核心模塊以及功率模塊(下文將詳細描述)是可互換的。因此，與機架、牽引、傳動以及功率相關(guān)的模塊是不可互換的。諸如夾持臂、PTZ (擺動(pan)、傾斜(tilt)和縮放(zoom))臂的部件和工具可向上兼容，因為為較小機器人設(shè)計的部件可用在較大的機器人上；但是較小部件可能將不能提供較大機器人的功能。
[0095]核心模塊、頭部模塊以及功率模塊被描述為獨立的，因為其都包含在一個殼體中，以便于拆卸與替換。核心模塊、頭部模塊以及功率模塊是完整模塊，即可在特定機器人中輕易地拆卸與替換或可在其他移動機器人中使用的獨立模塊。更具體地在一個實施方式中，核心模塊內(nèi)部具有:處理器，通信接口卡，用于雙向數(shù)據(jù)和音頻、單向視頻的無線收發(fā)器，以及DC-DC變換器。核心模塊是機器人的“大腦”。其從控制單元接收任務(wù)指令以及分析、轉(zhuǎn)化任務(wù)指令，然后發(fā)布給不同模塊并且通過多個串口從這些模塊接收反饋。其還向用戶提供以太網(wǎng)接口、USB接口、RS232接口、RS485接口、RS422接口以及VGA接口，從而用戶可自己開發(fā)軟件以控制機器人。功率模塊集成了大容量鋰-聚合物電池、DC-DC變換器和控制繼電器。功率模塊上的輸出接口連接器包括電源開關(guān)插腳、功率繼電器線圈插腳、以及12VDC、24VDC.37VDC輸出插腳。通過電源開關(guān)和功率繼電器觸點將功率輸出與其他模塊分離，這意味著僅在電源開關(guān)和功率繼電器接通(手動地或遠程地)后，12VDC、24VDC和37VDC將對外輸出。機器人中的頭部模塊接收來自功率模塊的功率輸入、控制從核心模塊輸入/輸出的信號以及將功率分配給所有的不同模塊，例如包括驅(qū)動傳動模塊、鰭式件模塊、夾持臂模塊、PTZ臂模塊、以及升級模塊。功率和信號分配是通過頭部模塊內(nèi)部的硬線而實現(xiàn)的，以最小化任何額外的處理延遲。頭部模塊還管理照相機、光(可見光與紅外線)、畫中畫顯示、平臺干擾器、激光控制以及繼電器控制。
[0096]同樣，這種移動機器人是非常有用的，該機器人的功能可通過改變部件或模塊來盡興改變。例如不同尺寸的臂可附接至相同的機器人上或不同的末端執(zhí)行器可附接至相同或不同的臂上。
[0097]本文中描述的移動機器人的一個實施方式包括一系列模塊。這樣易于將履帶式機器人轉(zhuǎn)換成輪式機器人或從長履帶式機器人轉(zhuǎn)換到短履帶式機器人。同樣，機器人被設(shè)計成:當(dāng)機器人需要修理時可移除模塊并且可容易地安裝替換模塊。
[0098]如圖1和圖2所示的移動機器人10是模塊式移動機器人。機器人10包括機架
12、驅(qū)動系統(tǒng)部件、功率部件、電子部件、臂部件及執(zhí)行特定任務(wù)的其他部件。
[0099]驅(qū)動系統(tǒng)部件可附接至機架12。驅(qū)動系統(tǒng)部件包括驅(qū)動牽引模塊和驅(qū)動傳動模塊。參照圖6，本文所示的驅(qū)動模塊為長履帶式牽引模塊14并且還包括鰭式件模塊16，傳動模塊為驅(qū)動傳動模塊18和鰭式件傳動模塊19。注意到，無論鰭式件模塊16是否被使用，移動機器人10通常都包括鰭式件傳動模塊19。因此用戶可容易地在短履帶、長履帶與鰭式件和輪式配置之間進行重新配置。但是如果用戶已知將不會使用鰭式件模塊16，則不需使用鰭式件傳動模塊19。
[0100]功率模塊20包括電池和多個電壓DC-DC變換器，并提供用于整個機器人的所有電壓和功率。核心模塊22包括主處理器和通信系統(tǒng)，并且管理所有模塊與控制單元的通信。其可操作地連接至其他模塊。核心模塊接收來自控制單元的指令，然后命令其他模塊。核心模塊通過驅(qū)動傳動模塊18和鰭式件傳動模塊19來控制機器人的運動?？刂茊卧?未示出)通常遠離機器人。控制單元可以是操作者控制單元或自主控制單元。控制單元還可包括具有繼電器單元的混合通信系統(tǒng)。
[0101]頭部模塊24是功率、數(shù)據(jù)與通信分配模塊、以及用于外部傳感器的接口模塊。頭部模塊可操作地連接至功率模塊20和核心模塊22。同樣，其可操作地連接至其他模塊。頭部模塊24分配來自功率模塊20的功率并且分配來自核心模塊22的指令。頭部模塊24控制移動機器人的所有方面。例如，其將功率和操作指示傳送給驅(qū)動傳動模塊18和鰭式件傳動模塊19，并且通過另一通道其將功率和操作指示傳送給諸如夾持臂、PTZ臂、光纖部件等其他部件。頭部模塊24還將諸如12V的功率和操作指令分配給內(nèi)外部傳感器部件和任何武器。在本文所示的實施方式中，頭部模塊24配置成與具有串行通信接口的至多兩個傳感器通過接口連接。另外，頭部模塊24控制平臺上的繼電器輸出69和70、干擾器以及激光指示器。頭部模塊24安裝有照相機71、可見光72和IR光73。頭部模塊24設(shè)有多個端口。例如設(shè)有PTZ臂端口 74、夾持臂端口 75、電池充電器端口 30、W1-Fi端口 32。PTZ臂端口 74和夾持臂端口 75向各自的臂提供功率供應(yīng)、通信和視頻信號。臂的功能限定在其單獨的控制箱中。頭部模塊24還可包括諸如溫度傳感器、羅盤、傾斜計和電池功率傳感器等特定的內(nèi)部傳感器。同樣，頭部模塊還可具有這樣的傳感器，可包括氣體傳感器和環(huán)境傳感器，如化學(xué)、生物、核和爆炸(CBRNE)傳感器?？商娲兀珻BRNE傳感器可位于單獨模塊中，該單獨模塊作為負載可附接至夾持器臂之一或機架。這些傳感器可以是外部傳感器或者內(nèi)部傳感器。
[0102]另外，頭部模塊包括控制傳感器的軟件、用于繼電器控制的軟件、用于功率分配的軟件、用于數(shù)據(jù)分配的軟件以及用于視頻選擇的軟件。
[0103]機架12通常具有鉸接蓋36的盒體34。一對軌道38附接至機架外側(cè)。軌道38便于部件(如夾持臂)的附接。[0104]在本文所示的實施方式中，一些模塊為機電一體化模塊，因為其具有集成的電子和機械部分。例如，鰭式件傳動模塊19具有電機、齒輪頭(gear head)、編碼器、角度位置傳感器、制動器、伺服電機驅(qū)動器、傳動齒輪對、凸輪、機械結(jié)構(gòu)等。大型夾持臂模塊28具有集成的夾持指狀件、聯(lián)接件、機械結(jié)構(gòu)、和武器控制接口、負載接口、角度位置傳感器、編碼器、齒輪頭以及電機。PTZ臂26具有電機、電機驅(qū)動器以及功率調(diào)節(jié)器。
[0105]在本文中的實施方式中，核心模塊22具有多個串口，并且可根據(jù)多種串行通信協(xié)議標準進行配置。在這些串口中，核心模塊中的串口連接至頭部模塊24，然后再連接至不同模塊。在本文中的實施方式中，來自頭部模塊的串口連接至:驅(qū)動傳動模塊18和鰭式件傳動模塊19、夾持臂28、PTZ臂26、光纖模塊44。另外，其他模塊或部件還可連接至串口。所有通信都由核心模塊22啟動。只有核心模塊22可與不同模塊“交談”，而模塊不可直接彼此“交談”。但是，頭部模塊將信息或“交談”傳送給其他部件。核心模塊通過頭部模塊24進行通信。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，頭部模塊24和核心模塊22中端口數(shù)量可根據(jù)移動機器人的具體用途和規(guī)格而改變。
[0106]升級模塊46包括光纖線軸和線纜以及附加傳感器。升級模塊僅用于大中型移動式機器人中。光纖線纜連接至控制單元并與核心模塊22通信。
[0107]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本文中示出并描述的模塊式移動機器人的實施方式可以向用戶提供關(guān)于機器人配置和所附接部件的多種選擇。例如，機器人具有三種基本牽引配置:即附接至機架的長履帶牽引模塊14和鰭式件模塊16 (如圖1、圖2和圖4至圖6所示);附接至機架的短履帶牽引模塊52 (如圖7所示);和附接至機架的輪式牽引模塊55 (如圖8所示)。
[0108]同樣，本文所示的模塊式移動機器人的實施方式允許為了特定任務(wù)重新配置臂和負載。例如，參照圖9，比夾持臂28小的替代夾持臂54可附接至軌道38并且可操作地連接至與夾持臂28相同的端口。夾持臂28或夾持臂54可附接有各種不同部件。例如，如圖10中示出的干擾器(disruptor) 56、激光指示器57或武器59或如圖11所示的X射線58可附接至夾持臂?？商娲?，夾持臂可包括可延伸的聯(lián)接件60 (如圖12所示)。如圖13所不，夾持器可包括切割器62。
[0109]在不同尺寸的移動機器人之間多個模塊是可互換的。圖14示出了模塊式移動機器人65的機架64，其類似于機架12但更大。機架64具有位于其中的核心模塊22和頭部模塊24。
[0110]參照圖15和圖16,如上所述,在不同移動機器人之間和在不同尺寸的移動機器人之間多個模塊是可互換的。例如，PTZ臂42附接有照相機66。照相機66附接有多個螺絲68，因此通過移除螺絲可將其卸下。然后其可從PTZ臂42移動至夾持臂28，如圖17所示。圖18示出了具有可附接至平臺12的三個臂的實施方式。這些臂為PTZ臂26、大型夾持臂28以及更小的夾持臂54。圖19示出了包括轉(zhuǎn)臺(turret)76的實施方式，其中大型夾持臂28可附接至轉(zhuǎn)臺76并且PTZ臂26可附接至延伸至大型夾持臂28 —側(cè)的平臺77。本文中示出的小型夾持臂54具有與其集成的轉(zhuǎn)臺，但是轉(zhuǎn)臺可以是與小型夾持臂附接的獨立模塊。任一個臂26、28和54都可附接至轉(zhuǎn)臺76，從而允許臂旋轉(zhuǎn)360度。
[0111]模塊式移動機器人的實施方式還可包括可以控制特定功能的模塊。例如，可操作地連接至核心模塊的自動導(dǎo)航模塊可以控制機器人的運動。自動導(dǎo)航模塊包括處理器和多個傳感器，如MU (慣性測量單元)、傾斜計、陀螺儀以及LIDAR (激光雷達)。該模塊將基于傳感器反饋來計算路徑并且向核心模塊發(fā)出運動指令。還可有用于自動控制夾持臂的特定功能(如自動裝載運動或自動布置功能)以及自動地從工具箱抓取和更換工具的模塊。該自動抓取模塊包括處理器和多個傳感器如力和觸覺傳感器。
[0112]參照圖20和圖21，工具臂80示出為附接至移動機器人10。應(yīng)該理解，雖然移動機器人10具有多種不同配置，但是工具臂80可附接至移動機器人10。例如，如圖20所示，其可附接至長履帶模式的移動機器人，或如圖21所示，其可附接至輪式模式的移動機器人。當(dāng)機器人為微型機器人并且重量很重要時，工具臂80尤其有用。工具臂80尤其可用于鏟且收集小樣本。工具臂80可以采樣和挖掘到預(yù)定深度以及獲得和裝載沙或土樣本。因此工具臂尤其適用于月球或火星勘探的機器人。
[0113]參照圖22至圖24，工具臂80包括驅(qū)動系統(tǒng)82、螺桿與螺母組件84、鏟挖組件86以及殼體88。如圖19和圖20所示，工具臂80可固定地安裝在移動機器人10前部?？商娲兀ぞ弑?0可釋放地附接至軌道38 (圖1至圖19中示出)。
[0114]驅(qū)動系統(tǒng)82可以是電機與齒輪頭組件。驅(qū)動系統(tǒng)82固定地安裝在上部安裝板94上，該上部安裝板94固定地附接至殼體88。螺桿與螺母組件84包括螺桿100、螺母102(如在圖24中更好示出)、其中具有豎直槽98的導(dǎo)管96 (如在圖26中最佳示出)、以及固定地附接至殼體88的下部安裝板104。螺母102可旋轉(zhuǎn)地附接至螺桿100。螺旋銷105延伸穿過螺桿100。螺旋銷105延伸穿過螺桿106并且其運動限定在導(dǎo)管96的槽98內(nèi)。導(dǎo)管96固定地安裝在上部安裝板94上。驅(qū)動系統(tǒng)82通過一對嚙合正齒輪107(如圖23中更好示出)可操作地連接至螺母102。嚙合正齒輪107分別固定地連接至螺母102和驅(qū)動系統(tǒng)82。從而，螺桿100相對于移動機器人的機架和殼體88以大體豎直的方式進行上下移動。
[0115]鏟組件86包括一對鏟106，一對聯(lián)接件110以及梭式件(shuttle) 108。每個鏟106可樞轉(zhuǎn)地附接至梭式件108。每個聯(lián)接件110 —端可樞轉(zhuǎn)地附接至鏟106而另一端可樞轉(zhuǎn)地附接至托架112。托架112附接至螺桿100的底端。因此當(dāng)螺桿上下移動時，托架112上下移動。梭式件108中形成有兩個大體豎直的槽114。柱116從聯(lián)接件110 (即該聯(lián)接件可樞轉(zhuǎn)地附接至托架112處)向外延伸。柱108使槽114滑動地接合在梭式件108中。鏟組件86作為四連桿機構(gòu)，其中滑動件為螺桿100 ;聯(lián)結(jié)桿為聯(lián)接件110 ;滑動聯(lián)桿為鏟106 ;以及框架為梭式件108。
[0116]殼體88設(shè)有阻擋件118，其適于與從梭式件108向外延伸的止動件120相嚙合，如圖23和圖29中最佳示出。
[0117]圖27至圖29示出了使用時的工具臂80。鏟組件86具有如圖27所示的打開位置和如圖29所示的閉合位置。響應(yīng)于螺桿100的移動，鏟組件86從打開位置移動到閉合位置，這樣當(dāng)螺桿100向下移動時，鏟組件86從打開位置移動到閉合位置。利用螺桿100作用于聯(lián)接件110上的向下力，控制鏟組件86打開和閉合。螺桿100相對于機架大體豎直地移動并且不轉(zhuǎn)動。工具臂80具有兩個自由度(D0F)。更具體地，工具臂80利用一個驅(qū)動系統(tǒng)82來實現(xiàn)兩種運動，因此螺桿100提供線性運動，該線性運動通過鏟106旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動，從而鏟閉合和打開。給予電機90的旋轉(zhuǎn)方向，螺桿100向上或向下移動。當(dāng)螺桿100向下移動時，鏟組件83向下移動，并且梭式件108、聯(lián)接件110以及鏟106作為一個單元一起向下移動。當(dāng)梭式件的止動件120由安裝在殼體88上的阻擋件118阻礙或與阻擋件118相嚙合時，梭式件108將停止運動。當(dāng)止動件120與阻擋件118相嚙合時，梭式件停止向下移動而螺桿100向下運動。電機90繼續(xù)向下驅(qū)動螺桿100，其接著使聯(lián)接件100在梭式件108的槽114中向下移動。這樣接著使鏟106挖掘，閉合然后鏟起其路徑中的任何物體。一旦鏟完全閉合，驅(qū)動系統(tǒng)82就反向以向上驅(qū)動螺桿100，接著向上提升梭式件108和鏟106，并因此閉合鏟106。當(dāng)鏟106離開圍繞的樣本時，電機90停止。為打開鏟并放置樣本，電機90反向以向上驅(qū)動螺桿100，這使得梭式件108向上移動直到與下安裝板104相接觸。電機90繼續(xù)向上驅(qū)動螺桿100，其接著使聯(lián)接件100在梭式件108的槽114中向上移動。這然后使鏟106打開并釋放內(nèi)部樣本。
[0118]采樣傳感器148可以安裝在鏟106內(nèi)部以測量是否收集到樣本。距離傳感器可固定地安裝在梭式件108上以檢測鏟106與地面之間的距離。
[0119]參照圖1、圖30至圖34，提供了環(huán)形履帶，其包括帶131和多個防滑楔(cleat)136，帶131具有內(nèi)表面132和外表面132，多個防滑楔136附接至外表面134。附接的防滑楔136大體從帶131向外凸起并且提供環(huán)形履帶的大部分牽引與夾持能力。
[0120]在一些實施方式中，防滑楔136附接至限定附接區(qū)域的外表面134和具有比附接區(qū)域更小的表面面積的接觸表面138。換句話說，防滑楔136可是倒角的，這樣當(dāng)履帶放置在平的堅固表面上時，每個倒角防滑楔136利用比附接區(qū)域更小的區(qū)域與平的堅固表面相接觸。這樣在轉(zhuǎn)向和驅(qū)動過程中減小了履帶的摩擦和振動。為保持通過使用環(huán)形履帶而提供的牽引，同時還通過使用倒角防滑楔136減小摩擦和振動，防滑楔136可僅在大體與履帶130運動的縱向方向平行的邊緣上成斜面或成圓面。例如，因為在制造過程中在斜切之前防滑楔136呈大體矩形棱柱狀，所以當(dāng)在軌道的側(cè)向上觀察時該多個倒角防滑楔136都仍然大體呈矩形。例如，如圖36所示，沿剖面A-A觀察的防滑楔136看起來具有梯形頂部，其中該圖(三維的邊緣，平行于履帶運動的縱向方向)中頂部拐角已被斜切，以減小接觸表面138的表面積。但是，當(dāng)沿側(cè)向方向觀察時，如圖35所示，防滑楔136大體上呈矩形。如圖31、圖34和圖38所示，防滑楔136還可具有位于其與環(huán)形履帶外表面134之間的嵌條(f i I let)140或其他加固件。防滑楔136可由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的適于應(yīng)用的任何材料制成；例如，橡膠或聚氨酯。在防滑楔136由橡膠制成的實施方式中，防滑楔可具有橡膠涂層。該橡膠為了減小振動可以是軟的或者為了彎曲可以是柔性的。覆層橡膠的特性可以是如下:硬度-80邵氏A，拉伸強度_13800psi，延伸率-1380%。此外應(yīng)該理解，防滑楔136可以與帶一體地形成。
[0121]在環(huán)形履帶的一些實施方式中,雙V形引導(dǎo)件142附接至帶131的內(nèi)表面132或可能與帶131的內(nèi)表面132 —體形成。參照圖35至圖40，雙V形引導(dǎo)件142包括彼此側(cè)向地間隔的兩個平行的長型凸起部。這種側(cè)向間隔提供了溝槽，輪、鏈輪146或其他履帶驅(qū)動機構(gòu)可位于該溝槽中并向環(huán)形履帶提供驅(qū)動功力。雙V形引導(dǎo)件142用于使驅(qū)動機構(gòu)與履帶130對準并且防止其從履帶130中側(cè)向滑出。應(yīng)當(dāng)注意，雙V形引導(dǎo)件142可以是連續(xù)的并且繞履帶130延伸，或者履帶130可包括多個平行的長型凸起部(相當(dāng)于如圖41所示的分為多個凸起部分的雙V形引導(dǎo)件142)。在具有多個凸起部分的實施方式中，凸出部分的形狀可被設(shè)計成使得當(dāng)凸起部分與驅(qū)動機構(gòu)的側(cè)部嚙合時，驅(qū)動機構(gòu)不會由凸起部分阻礙，例如通過位于凸起部分上的圓面或斜面邊緣。此外，在這種實施方式中，凸起部分可縱向地間隔開，使得在操作過程中，驅(qū)動機構(gòu)總是使至少一部分凸起部分位于其任一側(cè)上。此外應(yīng)當(dāng)理解，雙V形引導(dǎo)件142可包括與帶131相同或不同的材料，并且其可與帶131 —體形成或附接至帶131。具有C形剖面的雙V形引導(dǎo)件142的材料是熱塑性聚氨酯模塑料。其物理和機械性能是:比重-1.136，扯斷強度-6200psi，斷裂伸長率_600%，撕裂強度-434PLI，肖氏硬度-70。
[0122]在一些實施方式中，履帶130可具有位于防滑楔136之間的孔144，如圖35至圖40所示?？?44成形為允許驅(qū)動鏈輪146的齒148穿過其中并且與其相嚙合以向履帶傳送力，如圖40所示。環(huán)形履帶的這種實施方式防止驅(qū)動機構(gòu)在履帶內(nèi)的旋轉(zhuǎn)滑動，因此與簡單的滑輪驅(qū)動機構(gòu)的相比可以傳送更多的力。此外，與添加有用于嚙合鏈輪齒148的內(nèi)部突耳的環(huán)形履帶相比，具有孔144的環(huán)形履帶可以更輕。應(yīng)當(dāng)理解，具有孔144的實施方式不需要包括移除一些材料的履帶130 ;例如，履帶可包括兩個一半的帶，它們通過防滑楔136彼此附接以形成履帶。此外應(yīng)該理解，可在關(guān)鍵位置加強履帶130，例如在孔144或防滑楔136附近。履帶130可由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的適用于環(huán)形履帶的任何材料制成；在非限制性示例中，可包括橡膠或氨基甲酸乙酯或鋼
[0123]在該實施方式中，帶131是NITTA公司制造的TTA-1500型帶。帶131具有2.4mm的厚度。其主結(jié)構(gòu)包括尼龍芯和尼龍織物。其特性包括:拉伸強度:450N/mm，斷裂延長率:25%，標準延伸率:1.0%，工作負載在l%-22.5N/mm之間，溫度范圍:_20到+80°C，摩擦系數(shù)(鋼):0.2 至 0.3。
[0124]在具有連續(xù)的雙V形引導(dǎo)件142的環(huán)形履帶的實施方式中，每個凸起可成形為使得其增加履帶的面積的二次矩，以在具有非常小的附加質(zhì)量(mass)的情況下提供增強的剛度。在這種實施方式中，應(yīng)該理解，高且細長的凸起每附加質(zhì)量提供最高的剛度。在帶131包括孔144以與鏈輪齒148相接合的實施方式中，雙V形引導(dǎo)件142可加強履帶以補償由于孔144而減少的剛度。此外，倒角防滑楔136也可被包括并設(shè)置成加強具有孔144的履帶區(qū)域。在這種實施方式，除其基本功能外，雙V形引導(dǎo)件142為履帶提供縱向彎曲剛度，防滑楔136為履帶提供側(cè)向彎曲剛度。
[0125]履帶130包括帶131、具有防滑楔136的橡膠覆層、以及V形引導(dǎo)件142。圖31至圖34示出了帶131與橡膠覆層粘附在一起,這是構(gòu)造履帶130的第一步。第二步是在結(jié)合的帶131與橡膠覆層上穿孔144。最后一步是將V形引導(dǎo)件144附接在帶131上，以制成如圖35至40所示的履帶130。
[0126]如圖42至圖44所示，移動機器人提供為包括柔性尾部150，其能夠在從移動機器人向外延伸的各個方向上布置(deploy)。在一些實施方式中，柔性尾部150能夠在機器人前面和后面布置。柔性尾部150附接至布置機構(gòu)。在這種實施方式中，尾部150可以通過可致動旋轉(zhuǎn)方式安裝至機器人，使得在致動時，尾部150將其布置方向從位于機器人前面改變到位于機器人后面，或反之亦然。尾部150可以繞與機器人的側(cè)向方向平行的軸線旋轉(zhuǎn)，在這種情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)變時尾部150翻過機器人；或尾部150可繞與從機器人向上的方向平行的軸線旋轉(zhuǎn)，在這種情況下，尾部150可在機器人的前面、后面、向機器人的側(cè)面以及它們之間的任何位置布置。柔性尾部150可以本領(lǐng)域已知的任何方式安裝到機器人，例如但不限于，安裝在板、輪、鏈輪、齒輪或軸上，并且可以拆卸。
[0127]柔性尾部150可由任何材料組成、具有任何長度，并且可具有任何橫截面形狀，使得其可作為懸臂梁來支承自己。通常，柔性尾部的長度(L)取決于:(I)平臺的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如前后滑輪/輪之間的中心距(C)和滑輪/輪的直徑(D); (2 )待越過的障礙物的高度(H)，或待攀爬的樓梯跨度(L’)。例如，如果要設(shè)計成攀爬具有L’跨度的樓梯，柔性尾部長度L可基于以下公式獲得，
[0128]
[0129]在非限制性示例中，尾部150可由具有足夠強度、剛度以及柔性的任何材料制成。該材料可以是金屬材料，如合金、彈簧鋼等；也可以是非金屬材料，如玻璃纖維或橡膠，并且該尾部可具有矩形、圓形或橢圓形的截面。例如在圖42至圖44所示的實施方式中，柔性尾部150具有矩形截面并且由彈簧鋼制成。尾部150附接在機器人的中心處(縱向地)。在該實施方式中，尾部150的寬度遠大于其厚度；當(dāng)受到側(cè)向負荷(如當(dāng)機器人轉(zhuǎn)向)時，這樣可防止尾部150側(cè)向彎曲并且將其保持在相對于機器人的優(yōu)選布置方向上。應(yīng)當(dāng)理解，本文中提及的相對尺寸用于教導(dǎo)目的而非限制目的。
[0130]柔性尾部150為移動機器人提供了許多優(yōu)點。例如，當(dāng)尾部被布置或其布置方向通過旋轉(zhuǎn)而改變時，由于其通過變形而吸收能量的能力，這可通過快速方式實現(xiàn)。因此，當(dāng)柔性尾部150撞擊堅固表面時，其將具有非常低的折斷自己或其所附接的機器人的可能性。在類似方案中，在柔性尾部150在機器人前面布置并且機器人向前驅(qū)動的情況下，如果尾部150與堅固物體(例如壁或巨石)相接觸時，其將不會將沖擊能直接傳遞給機器人，而是通過變形來吸收該沖擊能。如果機器人下落或倒下時，柔性尾部150可吸收一些沖擊能，因此對倒下的機器人進行緩沖。此外，柔性尾部150可以改變機器人的質(zhì)心，并且當(dāng)支承在不平坦的地形上時柔性尾部150與該不平坦的地形相適應(yīng)，從而在不平坦的地形上更穩(wěn)定的保持機器人。
[0131]應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)被布置在某些配置(如圖42至圖44所示)中時，柔性尾部150可增加機器人在轉(zhuǎn)向過程中所受到的摩擦。在機器人包括柔性尾部150和如上所述的環(huán)形履帶的實施方式中，通過使用位于環(huán)形履帶上的倒角防滑楔136而減少摩擦。在這種實施方式中，當(dāng)操縱機器人時，在不損失運動效率的情況下，可實現(xiàn)柔性尾部150的優(yōu)點。
[0132]當(dāng)附圖所示的移動機器人為機器人時，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，包括本文所述的柔性尾部和/或環(huán)形履帶的移動機器人可以是任何數(shù)量的機器人。在非限制性示例中，移動機器人可以是機器人；建筑機器人，如反鏟挖掘機、推土機或起重機；農(nóng)業(yè)機器人，如收割機或拖拉機；軍事機器人，如坦克；或在雪上移動的機器人。
[0133]總之，本文所描述的系統(tǒng)涉及模塊式移動機器人、在模塊化移動機器人中使用的可互換特征、與模塊式移動機器人一起使用的工具臂以及與其一起使用的環(huán)形履帶。沒有按比例繪制附圖并且對一些特征進行了放大或縮小以示出具體特征的細節(jié)，并且為防止軟化新的方面，可能省去了相關(guān)部件。因此，本文所公開的特定結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應(yīng)解釋為限制性的，而僅是作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)。為了教導(dǎo)與非限制目的，本文所描述的系統(tǒng)涉及模塊式移動機器人在其中使用的可互換特征、與其一起使用的工具臂以及與其一起使用的環(huán)形履帶。
[0134]如本文所使用的，術(shù)語“having(具有)”、“comprises (包括)”、“comprising (包括)”、“includes (包括)”以及“including (包括)”應(yīng)理解為包括性的和開放的，而非排他性的。特別地，當(dāng)在該說明書(包括權(quán)利要求書)中使用時，術(shù)語“comprises (包括)”、“comprising (包括)”、“includes (包括)”和“including (包括)”及其變型是指包括特定的特征、步驟或部件。這些術(shù)語不應(yīng)解釋為排除其他特征、步驟或部件的存在。
[0135]如本文中所使用的，當(dāng)結(jié)合尺寸范圍、混合物的組成或其他物理特性或特征使用時，術(shù)語“substantially (大體)”、“about (約)”和 “approximately (約)”指的是涵蓋可能存在于尺寸范圍的上下限中的微小變化，從而不排除平均來說大多數(shù)尺寸都被滿足但是在統(tǒng)計意義上尺寸可能存在于此區(qū)域外的實施方式。
[0136]如本文所使用的，并列連詞“和/或”是指相鄰的詞語、短語或從句的邏輯或和邏輯與之間的選擇。特別地，短語“X和/或Y”應(yīng)解釋為“X和Y之一或兩者全部”，其中X和Y為任何詞語、短語或從句。
[0137]如本文所使用的術(shù)語“可操作地連接至”指的是兩個元件可直接連接或間接連接，即這兩個元件通過其它元件連接。
[0138]如本文所使用的，詞語“縱向”，當(dāng)使用在與履帶的運動方向有關(guān)的環(huán)境中時，指的是當(dāng)履帶裝有一個或多個輪、鏈輪、滑輪或其他旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)時，將履帶放置在表面上并且致動這些驅(qū)動機構(gòu)時，單個履帶將沿行的方向或軸線。如本文所使用的，詞語“側(cè)向”，當(dāng)使用在與履帶的運動方向有關(guān)的環(huán)境中時，是指平行于當(dāng)放置在履帶內(nèi)并被致動以驅(qū)動履帶時的一個或多個輪、鏈輪、滑輪或其他旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線的方向或軸線。如本文所使用的，詞語“縱向”和“側(cè)向”，當(dāng)使用在機器人的背景中時，分別指的是機器人將沿行且不轉(zhuǎn)向的方向或軸線，和沿垂直于上述軸線的移動表面的方向或軸線。如本文所使用的，術(shù)語“斜面”或變型指的是位于邊緣或拐角處的傾斜表面，而不暗含傾斜表面與任何其他表面形成的任何對稱或特殊的角度。
【權(quán)利要求】
1.一種具有預(yù)定尺寸的移動機器人，所述預(yù)定尺寸是大型、中型、小型和可背負型尺寸之一，并且與控制單元一起使用的所述機器人包括: 機架，具有預(yù)定尺寸，即大型、中型、小型和可背負型尺寸之一； 驅(qū)動系統(tǒng)部件，可操作地附接至所述機架并具有與所述機架的所述預(yù)定尺寸相容的預(yù)定尺寸； 功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)，可操作地連接至所述驅(qū)動系統(tǒng)部件； 功率部件，可操作地連接至所述 功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)并可操作地連接至所述驅(qū)動系統(tǒng)部件，并且具有與所述驅(qū)動系統(tǒng)部件相容的預(yù)定尺寸； 主處理器，可操作地連接至所述驅(qū)動系統(tǒng)部件、所述功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)、和所述功率部件； 通信系統(tǒng)，可操作地連接至所述驅(qū)動系統(tǒng)部件、所述功率部件和所述主處理器，所述通信系統(tǒng)用于與所述控制單元進行通信；以及 所述主處理器、所述通信系統(tǒng)、和所述功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)都與所述機架的所述預(yù)定尺寸和至少一個其他尺寸相容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機器人，其中，所述主處理器、所述通信系統(tǒng)和所述功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)可互換地使用在大型、中型、小型和可背負型移動機器人中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的移動機器人，其中，所述驅(qū)動系統(tǒng)部件包括驅(qū)動牽引模塊，所述驅(qū)動牽引模塊可操作地連接至驅(qū)動傳動模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動機器人，其中，所述驅(qū)動牽引模塊為長履帶牽引模塊、短履帶牽引模塊或輪式牽引模塊之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的移動機器人，其中，所述驅(qū)動系統(tǒng)部件還包括鰭式件模塊，所述鰭式件模塊可操作地連接至鰭式件傳動模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的移動機器人，還包括核心模塊，所述主處理器和所述通信系統(tǒng)屬于所述核心模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的移動機器人，還包括頭部模塊，所述功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)屬于所述頭部模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動機器人，其中，所述核心模塊可互換地使用在大型、中型、小型以及可背負型移動機器人中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的移動機器人，其中，所述頭部模塊可互換地使用在大型、中型、小型以及可背負型移動機器人中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的移動機器人，還包括大型夾持臂模塊、小型夾持臂模塊和工具臂之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的移動機器人，還包括PTZ臂模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的移動機器人，還包括照相機，所述照相機可互換地附接至所述PTZ臂模塊、所述大型夾持臂模塊和所述小型夾持臂模塊。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的移動機器人，還包括轉(zhuǎn)臺，所述轉(zhuǎn)臺可附接至所述大型夾持臂和所述小型夾持臂之一。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的移動機器人，還包括可附接至所述PTZ臂模塊的轉(zhuǎn)臺。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的移動機器人，還包括能夠在大型、中型、小型以及可背負型移動機器人中可互換地使用的武器。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的移動機器人，其中，所述控制單元可互換地使用在大型、中型、小型以及可背負型移動機器人中。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的移動機器人，其中，所述功率部件能夠可互換地與預(yù)定尺寸機架一起使用，其中所述預(yù)定尺寸機架小于相容功率部件的預(yù)定尺寸機架。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的移動機器人，其中，所述控制單元為操作者控制單元和自主控制單元之一。
19.一種與控制單元聯(lián)合使用的模塊式移動機器人，包括: 機架； 驅(qū)動牽引模塊，可操作地附接至所述機架； 驅(qū)動傳動模塊，可操作地連接至所述驅(qū)動牽引模塊； 獨立的頭部模塊，包括功率與數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)，并且可操作地連接至所述驅(qū)動傳動模塊； 獨立的功率模塊，可操作地連接至所述頭部模塊；以及 獨立的核心模塊，包括主處理器和通信系統(tǒng)，所述獨立的核心模塊可操作地連接至所述獨立的頭部模塊和所述獨立的功率模塊，從而所述核心模塊管理與所述控制單元進行的通信。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的模塊`式移動機器人，還包括鰭式件模塊，所述鰭式件模塊可操作地連接至鰭式件傳動模塊。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的移動機器人，其中，所述驅(qū)動牽引模塊為長履帶牽引模塊、短履帶牽引模塊或輪式牽引模塊之一。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中任一項所述的移動機器人，還包括大型夾持臂模塊、小型夾持臂模塊和工具臂之一。
23.根據(jù)權(quán)利要求19至22中任一項所述的模塊式移動機器人，還包括PTZ臂模塊。
24.根據(jù)權(quán)利要求19至23中任一項所述的移動機器人，其中，所述控制單元為操作者控制單元和自主控制單元之一。
25.—種工具臂，包括: 殼體； 驅(qū)動系統(tǒng)； 螺桿與螺母組件，螺桿可操作地連接至所述驅(qū)動系統(tǒng)，使得旋轉(zhuǎn)螺母以相對于所述殼體向上和向下地驅(qū)動所述螺桿；所述螺桿通過一對嚙合正齒輪可旋轉(zhuǎn)地連接至由電機驅(qū)動的所述螺母；旋轉(zhuǎn)所述螺母以相對于所述殼體向上和向下地驅(qū)動所述螺桿；以及 鏟組件，連接至所述螺桿，所述鏟組件具有打開位置和閉合位置，所述螺桿的向下移動相應(yīng)地使所述鏟組件從所述打開位置移動至所述閉合位置。
26.—種環(huán)形履帶,包括: 具有內(nèi)表面和外表面的帶； 多個倒角防滑楔，每個倒角防滑楔具有接觸表面，所述倒角防滑楔附接至限定附接區(qū)域的所述外表面，所述接觸表面成形為使得當(dāng)所述履帶放置在平的堅固表面上時，每個倒角防滑楔以比所述附接區(qū)域更小的區(qū)域接觸所述平的堅固表面多個孔，位于履帶中且設(shè)置在所述倒角防滑楔之間，并且成形為允許驅(qū)動鏈輪的齒穿過并與所述具有內(nèi)表面和外表面的帶相接合，以將力從所述驅(qū)動鏈輪傳遞至所述具有內(nèi)表面和外表面的帶；以及 雙V形引導(dǎo)件，包括彼此側(cè)向地間隔且附接至所述內(nèi)表面的兩個平行的長型凸出。
27.—種移動機器人,包括: 布置機構(gòu)；以及 柔性尾部，附接至所述布置機構(gòu)并且從所述移動機器人沿布置方向向外延伸； 其中，致動所述布置機構(gòu)，以移動所述柔性尾部并且改變所述柔性尾部的布置方向。
【文檔編號】B62D55/065GK103568001SQ201310322830
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月27日
【發(fā)明者】安德魯·A·戈登伯格, 林軍 申請人:工程服務(wù)公司