CN105137861B - 具有磁性耦合的自推进设备 - Google Patents

Abstract

一种自推进式设备包括球形壳体和内部驱动系统，所述内部驱动系统包括一个或多个电动机。内部驱动系统用于向球形壳体的内表面提供电源，从而使自推进设备运动。可包括偏置组件以使内部驱动系统持续接合球形壳体的内表面。外部附件通过球形壳体与内部的磁性组件磁性交互，使得自推进设备转动和操纵，所述附件组件保持相对于自推进设备的顶部的位置关系。

Description

具有磁性耦合的自推进设备

相关申请

本申请要求于2015年4月17日提交的申请号为62/149,441，题为“SELF PROPELLEDDEVICE WITH MAGNETIC COUPLING”的美国临时专利的优先权；上述优先申请被通过引用以其整体并入本文。

本申请还是于2014年8月13日提交的、题为“MAGNETICALLY COUPLED ACCESSORYFOR A SELF-PROPELLED DEVICE”申请序列为14/459,235美国专利的部分继续申请； US14/459,235是于2013年9月24日提交的题为“SELF-PROPELLED DEVICE WITH ACTIVELYENGAGED DRIVE SYSTEM”、申请号为14/035,841美国专利的部分继续申请； US14/035,841是2012年1月3日提交的标题为“SELF-PROPELLED DEVICE WITH ACTIVELY ENGAGED DRIVESYSTEM”的申请号为13/342,853的美国专利的继续申请，该申请已于 2013年10月29日授权，其专利为8,571,781；US 13/342,853根据35U.S.C.§119 (e)请求以下申请的优先权：(i)于2011年1月5日提交的、标题为“METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING A ROBOTICDEVICE”的序列号为61/430,023的美国临时专利；(ii) 于2011年1月5日提交的、标题为“METHOD AND SYSTEM FOR ESTABLISHING 2-WAY COMMUNICATION FOR CONTROLLING AROBOTIC DEVICE”的序列号为61/430,083的美国临时专利申请；和(iii)于2011年10月31日提交的、标题为“A SELF-PROPELLED DEVICE AND SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLINGSAME”的序列号为61/553,923的美国临时专利申请；所有前述优先权申请通过引用而整体并入本文。

技术领域

本申请涉及一种自推进设备。

背景技术

远程控制设备先前已使用具体到特定设备专门的遥控器进行操作。远程控制设备的配件通常涉及物理紧固装置，以将配件连接到框架或壳体的一部分。

发明内容

基于本领域的现有技术，本发明的发明人提出了一种新型的自推进设备。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种自推进设备，包括：球形壳体；内部驱动系统，所述内部驱动系统封装在所述球形壳体内并且可操作导致所述自推进设备滚动；内部结构，所述内部结构封装在所述球形壳体内并且耦接至所述内部驱动系统，所述内部结构包括磁体保持器，所述磁体保持器保持第一组磁交互元件，其中所述磁体保持器包括枢转机构，所述枢转机构使所述磁体保持器相对于所述内部驱动系统的旋转轴枢转；外部附件，所述外部附件包括第二组磁交互元件；无线接口，用于接收来自控制器设备的控制命令；和控制机构。所述控制机构执行所述控制命令，从而(i) 使所述内部驱动系统加速和操纵所述自推进设备，以及(ii)使所述枢转机构相对于所述球形壳体枢转所述外部附件，以便与控制命令的方向输入相一致。其中当所述球形壳体滚动时，以及当所述枢转机构枢转所述磁体保持器时，所述第一组磁交互元件和第二组磁交互元件通过所述球形壳体保持磁性交互，在所述磁体保持器枢转时，所述磁性交互使所述外部附件枢转。

附图说明

本公开内容通过示例的方式而非通过限制的方式示出，在附图的各图中，类似的参考标号指代相似的元件，其中：

图1是示出控制自推进设备操作的系统的示例方框图；

图2A是根据一实施例的自推进设备和计算设备的示意图；

图2B示出根据另一实施例的包括计算设备和自推进设备的系统；

图2C是示出根据另一个实施例的，包括计算设备和多个自推进设备的系统的示意图。

图3A是示出根据一个实施例的，以机器人、球状球形式的自推进设备的部件的方框图；

图3B是示出示例自推进设备的分解图的框图；

图4A-4D示出根据一些实施例的，包括用于与外部附件设备磁性耦合的组件使自推进设备旋转或滚动的示例；

图5A和图5B示出根据一个或多个实施例的，在运动中并同时磁耦合到附件设备的自推进设备；

图6示出球形自推进设备的示例，并示意性示出示例球形自推进设备的组件；

图7A是示例自推进设备的剖面侧视图，该自推进设备包括独立内部结构和磁耦合到附件设备的结构；

图7B是示例自推进设备的剖面正视图，该自推进设备包括偏置组件和磁耦合到附属设备的结构；

图8是包括磁性阵列的示例自推进设备的剖视图；

图9A-9B示出自推进设备在控制器设备的操作控制下的示例转向状态；和

图10是示出其中描述的示例可实施的计算机系统的示例框图。

具体实施方式

提供一种包括球形壳体和内部驱动系统的自推进式设备，所述内部驱动系统包括耦合到一个或多个轮子的一个或多个电动机，所述轮子接合到球形壳体的内表面。偏置组件包括一些偏置元件以接触球形壳体的内表面，偏置组件被连接到内部驱动系统，以迫使轮子持续接合内表面，从而允许供给电动机的电力被传送到球形壳体的内表面，导致自推进设备沿表面滚动和操纵。自推进设备可以基于其质心的移动、电动机的独立电源以及偏置元件对内表面的作用力的组合而转动。磁性交互组件或元件可以被包括在球形壳体中。磁性交互组件或元件可以包括黑色金属或永久磁体，诸如钕磁体，用于通过球形壳体提供磁场，从而与外部附件磁性交互。

在一些示例中，使自推进设备的球形壳体滚动和操纵，同时外部附件保持与球形壳体内的磁性交互式组件的磁性交互作用，将外部附件耦合到球形壳体。当自推进设备滚动时，附件设备可以保持在球形壳体的外表面上的恒定的相对部分或区域(例如，顶部部分)。

自驱动设备、外部附件中的一个或两者可以包括任何数量的磁体(例如，钕磁体)，以产生足以保持磁耦合的磁性交互作用。该交互作用可涉及其中在外部附件和球形壳体的外表面之间发生接触的磁引力。在该示例中，可以通过对球形壳体的外表面和/或外部附件的接触面上涂覆本质上无摩擦的材料而减少摩擦。外部附件可包括由滑动轴承、轮毂轴承或接合球形壳体的外表面的一个或多个轮子所构成的接触部分。

附加地或替代地，磁性交互作用可涉及排斥力，其包括稳定机构(例如，一个或多个额外的磁体)，以产生外部附件和球形壳体之间的稳定磁悬浮。

在本公开内容中，术语“本质上”可用于不同的语境中，用于明确引入与声明的定性逼近。在很多语境中，这个词可解释为是所指出的数量、比较或测量的至少75％。在角度测量的语境中，术语“本质上”指当自推进设备处于运动中时相对于球面壳体中的参考结构旋转零度至小于90度的角。因此，该术语可以在各种语境中使用，例如，“本质上”稳定、“本质上”恒定的角度、“本质上”在滚动或静止球上的特定位置，或“本质上”垂直相对于自推进设备在其上滚动的下方表面。在这样的语境中，当自推进设备处于非加速状态时，“本质上”可以指相对于竖直(或垂直)参考轴到下方表面有小于90度的差异，并且通常相对于竖直轴小于45度。因此，例如，当自推进设备被操作时，外部附件可以保持与球形壳体内的磁交互元件的磁性交互作用，并驻留在本质上竖直取向的组件之上或者之内。作为进一步在本文中使用的，在球形壳体的外表面和外部辅助设备的接触表面之间的摩擦的语境下，“本质上”指两个常规光滑的表面(如抛光的金属或木质表面)之间的低于正常摩擦关系。因此，“本质上”无摩擦的材料是指为减少摩擦而设计或制作的材料，诸如或涂层。

本文所述的一个或多个示例提供由计算设备编程执行的方法、技术或操作，或作为计算机实现的方法。如本文所使用的，编程指通过使用代码或计算机可执行指令。这些指令可以存储在计算设备的一个或多个存储器资源中。编程执行步骤可以是自动的或不是自动的。

本文所述的一个或多个示例可为使用编程模块或系统的组件来实现。编程模块或组件可以包括程序、子例程、程序的一部分，或能够执行一个或多个规定的任务或功能的软件组件或硬件组件。如本文所使用的，模块或组件可以独立于其他模块或组件而存在于硬件组件上。可替代地，模块或组件可以是共享元件或其他模块的过程、程序或机器。

本文所描述的一些示例可主要要求采用计算设备，包括处理和存储资源。例如，本文描述的一个或多个示例可以全部或部分地基于计算设备实现，诸如数码相机、数码摄像机、台式计算机、蜂窝或智能电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、打印机、数码相框和平板设备。存储、处理和网络资源可以全部结合本文中所描述的任何示例的建立、使用或执行而使用(包括任何方法的执行或任何系统的实施)。

此外，本文所述的一个或多个示例可以通过使用由一个或多个处理器可执行的指令来实现。这些指令可以携带于计算机可读介质。用附图显示或描述的机器提供处理资源和计算机可读介质的示例说明，在所述处理资源和计算机可读介质上可以进行和/ 或执行用于实施示例的指令。具体地，以示例所示的众多机器包括处理器以及用于保持数据和指令的各种形式的存储器。计算机可读介质的示例包括永久存储器存储设备，诸如个人计算机或服务器的硬盘驱动器。计算机存储介质的其他示例包括便携式存储单元，例如CD或DVD单元、闪存(例如，携带于智能电话、多功能设备或平板上)和磁存储器。计算机、终端、网络使能设备(例如，移动设备，诸如蜂窝电话)均是利用处理器、存储器、以及在计算机可读介质上存储的指令的机器和设备的示例。此外，示例可以以计算机程序，或能够承载这该程序的非短暂性计算机可用载体介质的形式来实现。

系统说明

现在参照附图，图1是示出控制自推进设备100的操作的系统的示例方框图。可以操作自推进设备100，从而在诸如由用户操作的计算设备的另一设备的控制之下移动。该自推进设备100可配置有实现如下之一或多个功能的资源：(i)在设备开始运动之后保持相对于初始参考帧的取向和/或位置的自我意识；(ii)编程地处理控制输入，以便实现对不同控制输入的多范围的特定程序响应；(iii)利用软件或编程逻辑使另一设备控制其移动，所述编程逻辑与自推进设备上的编程逻辑通信；和/或(iv) 生成其运动和状态的输出响应，所述响应是可由控制设备进行的软件解释。

自推进设备100可以包括多个互连子系统和模块。处理器114可以执行来自程序存储器104的编程指令。程序存储器104中存储的指令可以改变，例如增加新的特征、纠正瑕疵或修改行为。在一些变型例中，程序存储器104存储通信或以其它方式操作在链接控制器设备上执行的软件的程序指令。该处理器114被配置为执行程序指令的不同程序，以改变其中自推进设备100解译或以其他方式响应来自不同来源的命令输入(“命令”)的方式。如本文中所描述的，自推进设备100可以具有多种操作模式，其中包括自推进设备100受提供命令的计算设备控制，自推进设备100是用于另一设备的控制器，和/或自推进设备100部分或完全地自我控制。

在一些示例中，自推进式设备100可以与编程逻辑在其上被共享的计算设备共享计算平台，以便：(i)使用户操作计算设备来产生多种类型的输入来操作自推进设备 100，所述输入包括简单的方向输入、指令输入、手势输入、运动或其他感官输入、语音输入或它们的组合；(ii)使自推进设备100解释从计算设备接收的输入，作为命令或一组命令；和/或(iii)使自推进设备100交互关于自推进设备的位置、运动和/或状态的数据，以便影响计算设备上的状态(例如，显示状态，以包括与控制器用户界面对应的内容)。在变型例中，自推进式设备100可以进一步提供编程接口(例如，在显示器118上)，该编程接口便于增加编程逻辑和/或指令，以操作自推进设备100。计算设备可以执行与自推进设备100上的编程逻辑交互的编程。

无线通信端口110与通信转换器102结合，用来处理器114和其它外部设备之间交换数据。例如，数据交换提供程序存储器104的通信、控制、逻辑指令、状态信息和/或更新。处理器114可以生成对应于状态和/或位置信息的输出，经由无线通信端口110传送到控制器设备。自推进设备100的移动性可能使有线连接不可取。因此，术语“连接”可被理解为意味着无需到自推进设备100的物理连接的逻辑连接，例如无线链路(例如，蓝牙)。

在变型例中，无线通信端口110实施蓝牙通信协议，换能器102是适用于发送和接收蓝牙无线电信号的天线。其他无线通信介质和协议也可以在替代的实施方式中使用。

传感器112可以提供关于处理器114周边环境和条件的信息。在一些变型例中，传感器112包括惯性测量设备，包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和/或三轴磁力计。根据一些变型例，在设备开始运动之后，传感器112提供输入，使处理器114维持对设备相对于初始参考帧的取向和/或位置的意识。在不同的示例中，传感器112包括用于检测光、温度、湿度和/或测量化学浓度或放射性的仪器。

状态/可变存储器106存储有关系统当前状态的信息，例如包括关于每个轴旋转和平移的位置、取向、速度。状态/可变存储器106还存储对应于设备的初始参照帧(reference frame)的信息，当例如设备100被投入使用(例如，该设备100被开启) 时，还存储该设备100在使用中的位置和取向信息。以这种方式，一些实施例规定设备100利用状态/可变存储器106的信息，以便在设备100开始移动时保持设备100的位置和取向信息。

时钟108向处理器114提供定时信息。在一个示例中，时钟108提供时基，用于测量变化的间隔与速率。在类似的示例中，时钟108提供日、日期、年、时间和闹钟功能。时钟108可允许自推进设备100在预先设定的时间提供发出报警或警报。

扩展端口120提供用于附加附件或设备的连接。扩展端口120可以通过用于进一步扩展，以及添加选项或改进的灵活性。例如，扩展端口120可用于向基础自推进设备100添加外围设备、传感器、处理硬件、存储器、显示器或致动器。

在变型例中，扩展端口120提供能使用模拟或数字信号与适当配置的组件进行通信的接口。因此，扩展端口120可以提供标准的或众所周知的电接口和协议。此外，该扩展端口120实现光纤接口。适合于扩展端口120的示例接口包括通用串行总线 (USB)、内部集成电路总线(I2C)、串行外围设备接口(SPI)或以太网。

可以包括显示器118，以向外部设备或人员呈现信息。该显示器118可以多种形式呈现信息。在变型例中，显示器118可以产生有颜色和图案的光、声音、振动、音乐或感官刺激的组合。在一个实施例中，显示器118与致动器126一起操作，以通过设备100的物理移动而传达信息。例如，设备100可被制成以模拟人的头部点头或摇头来传达“是”或“否”。

在变型例中，无论是在可见或不可见的范围，显示器118是光的发射器。可以用在红外线或紫外线范围内的不可见光，例如发送人的感官看不见但专门探测器可获得的信息。在一些示例中，显示器118包括发射各种光频率的发光二极管(LED)的阵列，设置成使得它们的相对强度可变，并且发出的光被混合而形成彩色混合物。

在变型例中，显示器118包括LED阵列，其包括多个LED，每一个LED发射人类可见的原色。该处理器114可以改变各个LED的相对强度，以产生宽范围的颜色。光的原色是其中几个颜色可以不同量混合而产生宽色域的表观颜色的那些颜色。已知多组原色，例如包括红/绿/蓝、红/绿/蓝/白、红/绿/蓝/琥珀色。例如，红色、绿色和蓝色LED一起可以包括可以获得的三个原色设备的可用集合，包括显示器118。在其它示例中，可以使用原色的其他集合和白色LED。显示器118还可以包括用于指示设备100 上的参考点以便对准的LED。

电源124存储能量，用于操作设备100的电子组件和机电组件。在一些示例中，电源124是可充电电池。此外，感应充电端口128可允许对电源124充电，但无需有线的电连接。在变型例中，感应充电端口128可以接收磁能并将它转换成电能来给电池充电。充电口128可以提供与外部充电设备的无线通信接口。

可以包括深睡眠传感器122，以将自推进设备100设置到非常低的功率或“深度睡眠”模式，其中大多数电子设备都不使用电池电源。这对于长期储存或运输是有利的。

在变型例中，深睡眠传感器122是非接触的，因为它通过设备100的壳体感测，而不使用有线连接感测。深睡眠传感器122可以是安装的霍耳效应传感器，从而外部磁体可施加在设备100的预先确定的位置，以激活深睡眠模式。

可包括致动器126，以将电能转换成机械能用于各种用途。致动器126的主要用途在于在下方表面上推动自推进设备100和使之转向。移动和转向致动器也被称为驱动系统或牵引系统。在处理器114的控制下，驱动系统使移动设备100旋转和平移运动。致动器126的示例包括(但不限于)轮子、电动机、螺线管、螺旋桨、桨轮和钟摆。

驱动系统的致动器126可包括两个平行的轮子，每个轮子分别通过减速齿轮系统安装到与独立变速电动机连接的轴。因此，这两个驱动电动机的速度可以由处理器114 来控制。

然而，应该理解，除了仅仅旋转和平移自推进设备100，致动器126可以产生各种动作。因此，在一些变型例中，致动器126导致设备100实现交际性或情感上令人回味的运动，包括模拟人类的手势，例如点头、摇头、颤抖、旋转或翻转。在一些变型例中，处理器114协调致动器126和显示器118。例如，处理器114可提供信号给致动器126和显示器118，以使设备100旋转或颤抖并同时发射彩色光的图案。因此，设备 100可以发出与运动同步的光图案和/或声音模式。

在进一步的变型例中，自推进设备100可用作其它网络连接设备的控制器。设备100可以包含传感器和无线通信能力，因此它可以起到其他设备的控制器的作用。例如，自推进设备100可以握持在手中并用于感测手势、运动、旋转、组合输入，等等。

在一些实施方式中，自推进设备100是完全自主的，这意味着设备100的运动由设备100上的资源确定，要么没有来自作为控制器的另一设备的输入信号或独立于该信号。在其他实现方式中，自推进设备100可以在由另一设备提供的各种控制级别操作，例如通过下面关于图2A-2C描述的一些示例所提供的那样。更进一步地，自推进设备100可在任自治模式下、部分自治模式或以受控模式下操作。

图2A是根据一实施例的自推进设备和计算设备的示意图。更具体地，自推进设备214由源自控制器设备208的编程逻辑和/或控件控制它的运动。自推进设备214可以在计算设备208的控制下运动，计算设备208可以由用户202操作。使用标准的或专有的无线通信协议，计算设备208可以将控制数据无线交换到自推进设备214。在变型例中，自推进设备214可以至少部分地自控制，利用传感器和内部编程逻辑来控制其运动的参数(例如，速度、方向等)。更进一步地，自推进设备214可以交换有关自推进设备的位置和/或运动参数的数据，用于产生或交替计算设备208上的内容。在其它变型中，自推进设备214可以通过它的运动和/或内部的编程逻辑控制计算设备208的各方面。

如本文所描述的，自推进设备214可具有多种操作模式，包括自推进设备214由计算设备208控制，自推进设备214由另一个设备(例如，另一自推进设备或计算设备208)的控制器控制，和/或自推进设备100部分自治或完全自治。

在一些示例中，自推进设备214和计算设备208可以共享计算平台，在该计算平台上实现编程逻辑共享，以便：(i)使用户202操作该计算设备208，以产生多种输入，包括简单的定向输入、命令输入、手势输入、运动或其他感官输入、语音输入或它们的组合，用于操作自推进设备214；(ii)使自推进设备214解释从计算设备208接收的输入，作为命令或一组命令；和/或(iii)使自推进设备214交换关于自推进设备的位置、运动和/或状态的数据，用于实现计算设备208上的状态(例如，显示状态，以包括与控制器用户界面对应的内容)。该自推进设备214可以进一步包括编程接口，它便于额外的编程逻辑和/或指令使用自推进设备214。计算设备208可以执行编程，其与自推进设备214上的编程逻辑交互。

根据一些实施例，自推进设备214包括造成运动或定向运动的致动器或驱动机构。自推进设备214可以用多种相关的术语和短语来称谓，包括控制设备、机器人、机器人设备、远程设备、独立设备和遥控设备。在一些实施例中，自推进式设备214可以被构造成在各种介质中移动并进行控制。例如，自推进设备214可以配置为在介质中运动，诸如平表面、沙面或岩石表面。

自驱动设备214可以以各种形式实施。如下面一些示例中所描述的，自推进设备214可对应于可以滚动和/或实现其他运动(诸如，旋转)的球形物体。在其它变型例中，自推进设备214可以包括圆柱形壳体，当自推进设备214移动时该圆柱形壳体旋转。圆柱形壳体可直接在下方表面上旋转，以便沿给定方向运动或平移。替代地，圆柱形壳体可包括使圆柱形壳体运动的外部轮子和/或驱动系统组件，通过圆柱形壳体的动量和与外部驱动系统的自由连接，或者通过圆柱形壳体连接到轮子或驱动系统的其他旋转组件，圆柱形壳体旋转。更进一步地，自推进设备214可以包括其它形状的壳体，其中壳体滚动或旋转。更进一步，在其它变型例中，自推进设备214可包括磁耦合到壳体中的磁互动元件(例如，金属或磁体)的外部附件。自推进设备的壳体可以包括一个或多个结构元件，其保持磁性互动元件在壳体内的位置。更进一步地，设备 214可以对应于无线电控制飞行器，诸如飞机、直升机、气垫船或气球。在其它变型例中，设备214可对应于无线电控制的船只，诸如船或潜水艇。许多其它的变型例也可以实现，诸如其中设备214是机器人的那些变型例。在一个实施例中，设备214包括密封的中空外壳、大致为球形，能通过封闭外壳中的致动器的动作实现定向运动。

继续参考图2A，自推进设备214被配置为使用网络通信链路210和212与计算设备208进行通信。链路210从计算设备208向自推进设备214传输数据。链路212从所述自推进设备214向计算设备208传输数据。链路210和212被示出为单独的单向链路用于说明。在一些实施例中，单一的双向通信链路执行在两个方向上的通信。应当理解，链路210和链路212不一定在类型、带宽或容量上是相同的。例如，从计算设备208到自推进设备214的通信链路210具有的通信速率和带宽常常比链路212的更高。在某些情况下，只有一个链路210或212被建立。在这种实施例中，通信是单向的。

计算设备208可对应于包括至少一个处理器和通信能力的任何设备，其适合建立至少与自推进设备214的单向通信。这种设备的示例包括但不限于：移动计算设备(例如，多功能消息/语音通信设备，诸如智能电话)、平板电脑、便携式通信设备和个人电脑。在一个实施例中，计算设备208可是来自加利福尼亚的库珀蒂诺的苹果电脑公司的IPHONE。在另一个实施例中，计算设备208是IPAD平板电脑，其也来自苹果电脑公司。在另一个实施例中，计算设备208是执行来自谷歌公司的Android操作系统的任何手持计算和通信装置。

在另一个实施例中，计算设备208是笔记本电脑或台式机配置的个人电脑。例如，计算设备208可以是运行Microsoft Windows操作系统、或Linux操作系统系统、或 APPLEOS/X操作系统的多用途计算平台，配置有适当的应用程序以与自推进设备214 进行通信。

在变型例中，计算设备208可以是专用于使用户202能够控制自推进设备214并与自推进设备214交互的专门设备。

在一个实施例中，多种类型的计算设备208可以互换使用，以与自推进设备214 进行通信。在一个实施例中，所述自推进设备214能够通信和/或由多个设备控制(例如，同时或一次一个)。例如，自推进设备214可以在一个会话与IPHONE链接，而在以后的会话中与Android设备链接，而不用修改自推进设备214。

根据一些实施例，用户202可以经由计算设备208与自推进设备214交互，以控制自推进设备214和/或从自推进设备214收到计算设备208上的反馈或相互作用。根据实施例，能使用户202以通过提供计算设备208的各种机构指定输入204。这种输入的示例包括文字输入、语音命令、触摸传感表面或屏幕、物理操作、手势、敲击、摇晃和以上的组合。

用户202可以与计算设备208进行交互，以接收反馈206。响应于用户输入，在计算设备208上生成反馈206。作为替代或附加项，反馈206也可以基于从自推进设备 214向计算设备208传送的关于例如自推进设备的位置或状态的数据。无意限制，反馈 206的示例包括文本显示、图形显示、声音、音乐、色调图案、光色或光强的调制、触觉、振动或触觉刺激。反馈206可以结合计算设备208上生成的内容。例如，计算设备208可输出内容，其被修改以反映从自推进设备214交互得到的位置或状态信息。

在一些实施例中，计算设备208和/或自推进设备214被配置为使得用户输入204和反馈206最大限度地为用户202提高可用性和可访问性，该用户202拥有有限的感知、思维、知觉、运动或其他能力。这允许残疾或有特殊需要的用户操作所描述的系统200。

应当理解，图2A的实施例示出的配置仅仅是几乎无限可能的、包括具有通信连接功能的自推进设备的网络配置中的一个。此外，尽管本文描述的许多实施例规定用户操作或以其他方式直接与计算设备对接，以控制自推进设备和/或与自推进设备交互，所描述实施例的变型例包括使用户能直接控制自推进设备214或与自推进设备214进行交互，而不使用诸如计算设备208的中间设备。

图2B示出根据另一实施例的包括计算设备和自推进设备的系统218。在由图2B 提供的示例中，系统218包括两个计算设备220和228、四个自推进设备224、232、 236和238，以及通信链路222、226、230、234和239。计算设备220使用链路222 与自推进设备224的通信类似于图2A的网络200中所描述的实施例。然而，如所图示的那些实施例使得两个计算设备220和228之间经由网络链路226建立额外的通信。

根据一个诸如设有系统218的实施例，计算设备220、228可以任选控制多于一个的自推进设备。此外，每个自推进设备224、232、236、238可以由一个以上的计算设备220、228控制。例如，实施例规定，计算设备228可以建立多个通信链路，其中包括与自推进设备232和236和计算设备220的通信链路。

在变型例中，计算设备220、228也可以使用诸如因特网或本地无线网络(例如，家庭网络)的网络与一个或多个自推进设备进行通信。例如，计算设备228被示出为具有通信链路239，其可将计算设备连接到因特网服务器、网站或到远程位置的另一计算设备。在一些实施例中，计算设备228可作为网络源和自推进设备之间的中间媒介。例如，计算设备228可以访问来自因特网的编程并将该编程交换到其中一个自推进设备。

作为替代或变型，计算设备228可以使网络用户控制控制一个或多个自推进设备232、236等的计算设备228。更进一步地，计算设备228可以访问网络源，以接收编程触发的命令，诸如缘于网络服务的命令，该网络服务使用计算设备228导致一个或多个自推进设备更新或同步。例如，自推进设备232可包括图像捕获资源，网络源可以触发计算设备228访问来自自推进设备的图像，和/或通过互联网将那些图像交换到网络源。

在变型例中，这种远程网络功能可替代地直接从网络源向自推进设备224、232、236通信。因此，计算设备220、228可以是可选的。可替换地，计算设备220、228 可以通过诸如因特网的网络与自推进设备224、232、236分离。因此，计算设备220、 228也可以可替换地是远程控制和/或与自推进设备进行通信的网络源。

应当指出，为了说明的目的，图2A，2B和2C中的数据通信链路210、212、222、 226、230、234、239、242、246、248和252被描绘得简短而直接。然而，实际链路可能更加多样和复杂。例如，如果设备220和228近在咫尺，连接两个计算设备220和 228的链路226可以是低功率的无线链路。然而，只要可以建立合适的网络通信，计算设备220和228可以相隔很远(例如，分开数英里或者被地理条件分开)。

因此，链路226和所有的链路222、230、234和239可采用各种网络技术，包括因特网，万维网，无线链路，采用网络协议的无线射频通信、光链路、或任何可用网络通信技术。到自推进设备224、232、236和238的最终连接优选是无线的，因此连接导线不会限制运动性。

在一个实施例中，通信链路222、226、230和234基于被称为蓝牙的无线通信标准来进行数据交换。蓝牙技术广泛可用，并提供了灵活的通信架构，用于使用短波无线电传送机和数据编码建立数据网络。蓝牙集成了安全功能，以保护在链路上从未经授权的观察员或干扰发送的数据。也可使用可选的无线通信媒体，诸如无线USB、无线网络或专有无线通信。在变型例中，到一个或多个通信链接222、226、230和234可以利用短距离射频(RF)通信和/或视距通信。

在其它各种实施例中，通信链路基于其它无线通信系统。各种无线电频率数据通信系统是可用的，包括例如那些被称为WI-FI、IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g或IEEE802.11n标准。其他射频数据链路使用蜂窝电话服务形成，或使用无线电调制解调器的串行通信协议。在其他实施例中，采用光通信链路，包括光线和激光束的调制属性。

任何合适的通信技术可用于形成网络链接，无论其是目前已知的或在未来可用的。该本文中所描述的特征不依赖于任何特定的网络技术或标准。

在一些实施例中，在设备之间(诸如，在计算设备220、228和/或自推进设备224、232、236之间)建立的通信可以是临时的、弹性的和可重构的。所得到的这种设备的网络可以被认为是“自组织(ad-hoc)”网络，或者可替换的“微微网(piconet)”或者“个人区域网络(personal area network)”。在这方面，一些实施方式规定：计算设备220、228和自推进设备224、232、236可以被认为是网络(诸如自组织网络)的节点。在这样的配置中，网络组件、拓扑和通信路径是柔性并且易于调节以适应加入或去除设备，改变通信要求或信道干扰。例如，图2B中的自推进式设备238没有当前网络连接。然而，自推进设备238已在过去连接到系统218并接收指令以使其能够在没有持久网络链路的情况下进行操作。

图2C是示出根据另一个实施例的系统268的示意图，该系统268包括一个计算设备和多个自推进设备。计算设备240可操作用于与一个或多个自推进设备244、250、 254通信。类似于上述实施例，计算设备240可交换命令或其他控制数据并接收反馈。自推进设备244、250、254被配置为与计算设备240通信和/或受计算设备240控制。另外，自推进设备244、250、254被配置成互相通信和/或控制。

在图中2C所示的示例中，该计算设备240使用通信链路242与自推进设备244进行通信。自推进设备244使用链路246与自推进设备250通信，并使用链接248与自推进设备254通信。自推进设备250和254使用链路252通信。使用设备244作为中继，计算设备250可以发送数据到自推进设备250或254。可替代地，计算设备240 可直接与其他自推进设备250、254通信。

系统268可以包括各种配置。例如，用户可以操作计算设备240来控制自推进设备244。自推进设备244的运动可以交流到计算设备240和一个或多个其他自推进设备 250、254。每一个自推进设备可被预编程，以基于从另外一个自推进设备交换到的状态或位置信息而以特定的方式反应。例如，自推进设备244、250的每一个可以在排斥模式下操作，使得自推进设备244的运动(如从计算设备240控制)产生自推进设备 250的排斥运动。在其它变型例中，自推进设备244、250、254可以被编程，以在互相之间保持特定的距离，从而一个设备的运动自动引起其他两个设备的运动。更进一步地，设备244、250、254可以配置为进行各种活动，例如，(i)一个自推进设备在另一个自推进设备接近阈值距离时自动移动；(ii)一个自推进设备编程移动以撞击另一个自推进设备；(iii)基于由每个自推进设备从其他自推进设备或从设备计算240和/ 或它们的变体所接收的输入，该自推进设备自动随后移动。

各种系统200、218、238是本文提供的实施例。使用描述的任何系统，变型例包括添加或多或少的计算设备，和/或或多或少的自推进设备。如所描述的一些变型例，附加的来源或节点可以由远程网络源提供。另外，在一些操作环境中，计算设备的存在是可选的。例如，使用编程逻辑以运作，自推进设备可以是部分或完全自主的。

自推进设备示例

图3A是示出根据一个实施例的呈机器人球状球的形式的自推进设备300各组件的框图。在一个实施例中，自推进设备300的尺寸和重量允许它容易地被握持于手中、抬起以及在成人的手上携带。

如图所示，自推进设备300包括球形壳体302，球形壳体302的外表面在设备300 滚动时接触外部表面。另外，自推进设备300包括壳体302的内表面304。此外，自推进设备300包括由壳体302封装的多个机械部件和电子部件。

在所述实施例中，壳体302由传送用于无线通信的信号但不透潮气和污物的材料组成。壳体材料可以是持久的、可水洗和/或抗粉碎的。壳体302也可以构造成能透射光和被纹理化而漫射光。

在一个实施例中，壳体302由密封的聚碳酸酯塑料制成。在一个实施例中，壳体302或内表面304被纹理化以使光漫射。在一个实施例中，壳体302包括带有相关联的附件机构的两个半球壳，从而壳体302可被打开以允许访问内部的电子组件和机械组件。

多个电子组件和机械组件位于壳体302内，用于实现处理、无线通信、推进、以及其他功能。在一个示例中，组件包括驱动系统301，以使设备300推进自身。如结合其它实施例所描述的，可将驱动系统301耦合到处理资源及其他控制机构。再次参考图3A，载体314作为用于自推进设备300的内部元件的附接点和支撑。自推进设备300 的组件并非刚性地连接到壳体302。相反，驱动系统310在选择的点与内表面304摩擦接触，并可在壳体302内由驱动系统301的致动器的动作而运动。

载体314与储能器316机械接触和电接触。储能器316为设备300和电子设备提供能量储备，并通过电感充电端口326进行再补充。在一个实施例中，储能器316是可充电电池。在一个实施例中，储能器316是电池，例如由锂聚合物电池组成。在其它实施例中，储能器316可以是其他类型的可充电电池。

载体314可为大多数的内部组件提供安装位置，包括电子组件的印刷电路板、传感器阵列、天线和连接器，以及为内部组件提供机械附接点。

在一个实施例中，驱动系统301包括电动机322、324和轮子318、320。电动机 322和324分别通过相关联的轴、轮轴和齿轮驱动(未示出)连接到轮子318和320。轮子318和320的周界是两个位置，其中驱动系统301机械接触内表面304。其中轮子 318和320接触内表面304的位置可以是自推进设备300的驱动机构的主要部分，所以轮子318和320可涂覆或覆盖材料以增加摩擦和减小打滑。例如，轮子318和320可覆盖有硅橡胶轮胎。

在一些实施例中，提供偏置机构以主动迫使轮子318和320压靠内表面304。在一个示例中，弹簧312和弹簧端部310可以包括偏置机构。更具体地，弹簧312和弹簧端部310定位成在与轮子318和320径向相对的点接触内表面304。弹簧312和弹簧端部310提供额外的接触力，以减少轮子318和320打滑，尤其在驱动系统301没有定位成使得轮子318和320在底部并且其中重力未提供足够的力来防止驱动轮318和320 滑动的情况。选择弹簧312以提供力，用于推动轮子318和320以及弹簧端部310均匀地抵靠内表面304。

弹簧端部310可以被设计为提供与内表面304的接近无摩擦的接触。在一个实施例中，弹簧端部310包括圆形表面，该圆形表面配置成在其与内表面304的所有接触点处反映(mirror)低摩擦接触区域。可以设置提供接近无摩擦接触的其他机构。在另一实施方式中，圆形表面可以包括一个或多个轴承，以进一步降低在端部310沿着内表面304移动的接触点处的摩擦。

图3B是示出圆柱形自推进设备350的示例的分解框图。在图3B的示例中，驱动系统305包括具有相应轮轴的左电动机352和右电动机354、一个或多个动力装置370、载体384、具有任何数量的电子组件的电路板366，以及接收器368，该接收器368可配置成或包括各种无线通信的标准和/或技术。

参考图3B，上述特征都包含在自推进设备350的主体364内。另外，上述特征的任意组合可被构造为相对主体364是刚性的。例如，载体384可被安装或以其它方式连接到主体364的内部。可替换地，自推进设备350的任何数目的内部组件可耦接到主体364的内部部分。因此，由于内部部件向对主体364是刚性的，当自推进设备350 正在被操纵时，主体364可随着驱动系统305的旋转倾斜而一起旋转。

主体364的形状大致为圆柱形，并且可以包括任意数量的设计和功能。例如，主体可以是至少部分透明的，使得来自置于主体内的内部发光组件的光从设备350的外部看是明显的。内部发光组件可以是任何类型的照明元件，例如一个或多个发光二极管(LED)或一个或多个LED阵列。照明元件可以被固定到载体384，或自推进设备350 的任何其他内部组件。附加地或可替换地，主体364可以包括密封的聚碳酸酯塑料或其它可以被纹理化以漫射来自内部照明元件的光的复合物。

此外，主体364可以由允许传输用于无线通信的信号的材料构成。还进一步，主体364的外表面可以包含本质上不透潮气且耐受日常磨损的材料。主体364可以是从自推进设备350可拆卸的，以允许接近内部组件，并且还可以是持久、可洗和/或抗粉碎的。

作为补充或替代，主体364可包括紧固或附接点，以允许可移动附件连接到主体364的外部。如在下面进一步详细讨论的，这些附件可以例如包括可附接头灯或拖车附件。

如图3B所示，出于说明的目的，特定轮子358的齿轮360可以模制或至少部分形成在轮子的内部部分中，如通过轮子358所示意性显示的。可替代地，可包括齿轮360 作为动力传动系的一部分，其中电动机354耦接到轮轴362与齿轮360的组合。因此，轮轴362与齿轮360的组合然后可以装配到轮子358。可替代地，可以在轮子的内部部分中至少部分地形成轮轴与齿轮的组合。

更进一步地，轮毂386可以：(i)至少部分地形成于各自轮子(未示出)的外部部分内，(ii)与轮子(也未示出)的内半径中的齿轮组合形成，(iii)动力传动系的一部分附接到齿轮360和轮轴362。在后者的示例中，轮毂386可以是轮轴362的一部分或耦接到轮轴362，并且可以进一步被配置为从轮子358的外部突出。自驱动设备 350可进一步包括可移除的毂盖372、374，该毂盖372、374可以很容易地附接至轮毂 386和与之分离。毂盖372、374可根据用户的偏好采用各种不同的颜色和/或样式。可替代地，毂盖372、374可半永久性贴到轮毂386上。轮毂盖372、374可以由硬塑料或软塑料、塑料/橡胶复合物或化合物、金属或任何其他合适的材料制成。

轮子356、358可以允许轮子覆盖物376、378(例如，轮胎)配合覆盖它们。轮子覆盖物376、378可拆卸且由柔软的橡胶化合物形成。然而，轮子覆盖物376、378不限于软橡胶，还可以由任何化合物制成。轮子覆盖物376，378可包括任何数量的胎面图案，用于特定的或者简单风格的目的。轮子覆盖物376、378也可以根据用户的偏好有多种不同的风格和/或颜色。在变型例中，轮毂356、358具有和主体364相同或本质相同的高度，轮子覆盖物376、378可允许轮子与轮胎的组合相对于主体具有的略微的高度优势。可替代地，轮子356，358的高度显著大于主体364的高度。

具有磁性耦合的自推进设备

图4A-4D示出根据一些实施例的旋转或滚动自推进设备的示例，该自推进设备包括用于磁性耦接外部附件设备的组件。在图4A的示例中，自推进设备400被描绘为在运动之中，同时被磁耦合到外部附件设备430。图4B示出自推进设备400的俯视图，示出用于创建磁耦接的磁性元件405。同样地，图4C示出外部附件设备的俯视图，描绘用于与自推进设备400的磁性元件405耦接的互补磁性元件435。

在图4A-4D的一个示例中，自推进设备400根据诸如以图3A的示例(例如，自推进设备300)或图3B的示例(例如，自推进设备350)所描述的实施方式来构造。因此，在图4A-4D的示例中，自推进设备400包括球形壳体410，其使用内部驱动系统而在下方表面402上滚动。在变型例中，自推进设备400的壳体410可以具有可替代的圆整形状，诸如椭圆形或圆柱形(例如，参考图3B)，从而使壳体在下方表面402上方或之上旋转。

根据一个方面，自推进式设备400可以包括由磁性材料形成的磁性元件405和内部支撑结构425，以将磁性元件405支撑在相对于下方表面402的期望取向和位置。示例性地，支撑结构425可被实现为偏置机构的一部分，磁性元件405可以设置在偏置机构的顶部或弹簧端部上。磁性元件405可以对应于磁体或任何材料(例如，黑色金属等)，其能够磁性交互和耦接在设置于外部附件设备430上的互补磁体。板结构420 (例如，印刷电路板)可以提供逻辑和硬件，用于控制自推进设备400的驱动系统。在一个实施方式中，板结构420和支撑结构425作为平台的一部分被提供，当壳体410 在下方表面402上旋转(W)时，该平台保持本质恒定的角度位置。

附件设备430可以在底部区域之上或其附近包括互补磁性元件435，其接触球形壳体410。在变型例中，附件设备430可以包括各种形状和取向，这取决于组合设备的实施方式或目的。例如，在图4A-4C的实施方式中，附件设备430包括球形壳体410的圆筒状或矩形“帽子”形。在其它变型例中，附件设备430可具有球形或球体形。在许多应用中，自推进设备400作为玩具或娱乐设备操作，附件设备430选择性地成形或构造成模仿人类的特征，或提供其他增强功能以增进组合设备的娱乐和欣赏。

在一个实施方式中，自推进设备400和附件设备430中每一个的磁性元件405、435是定向为使其相对磁极朝向彼此而实现磁性吸引的磁体。在变型例中，自推进设备400 或附件设备430的磁性元件405、435包括磁性交互材料，诸如黑色金属。

在各种示例中，自推进设备400的操作或使用环境可以包括扰乱自推进设备400运动的事件或情况，例如(i)下方表面的变化(例如，从光滑的地板过渡为地毯地板)， (ii)碰撞(例如，与墙壁或其他自推进式设备碰撞)，以及(iii)由于自推进设备 400在多个方向中的任一方向上旋转或转向，自推进设备400的比较急剧的速度和加速度。给定自推进设备400的操作和使用环境，磁性元件405、435可以维持自推进设备 400和附件设备430之间强大、稳定和弹性的磁性耦合。

因此，在一些实施例中，球形壳体410内磁性元件(或磁性材料)的数量和/或分布可以被改变，以增加稳定性和/或磁耦合的弹性。例如，虽然图4A规定磁性元件405 将大致位于极区412(相对于下方表面402)，在变型例中，磁性元件405可以被多个分立的磁性元件替换或者扩充，这些分立的磁性元件被定位成提高磁耦合中的强度、稳定性和灵活性。例如，分立的磁性元件可以从极区412等距离(或以其他方式)布置，诸如沿赤道408和极区412之间的横向平面411布置。附件设备430可包括一个或多个互补磁性元件435，以实现所希望的磁性耦合。

更进一步地，附件设备430的耦接表面可以包括轮廓和结构，以至少在自推进设备400在运动中时减少摩擦。存在摩擦可以例如导致球形壳体410和附件设备430磁性分离或破坏这两个设备之间的耦合。为了减少摩擦，附件设备430的下方表面432 可以是圆形的，并且球形壳体410和附件设备430中每一个的外表面可以保持相对光滑。此外，球形壳体410的外表面417和附件设备430的下方表面432中的一个或两者可由减少与其他表面摩擦的材料形成。

附件设备430可呈现各种不同的尺寸、各种不同的形状。例如，参考图4D，附件设备430可以是圆拱形或半球形。附件设备430可以进一步被成形为圆盘状、长方体、圆柱体或任何数量的其它不规则形状。无论形状或尺寸如何，附件设备430可以包括多个磁体435，以保持与自推进设备400的磁性元件405的磁性交互。此外，附件设备 430可以与具有不同形状和大小的各种其它附件设备互换。

图5A和图5B示出根据一个或多个实施例的正在运动并且磁性耦接到附件设备的自推进设备。当自推进设备500运动时，外部附件设备504可在自推进设备500顶部的本质上恒定的位置保持到自推进设备500的磁性耦合。由此，当自推进设备500被操纵时，支撑平台或结构515(例如，诸如如下详细描述的提供图6的偏置机构615 的结构)可以具有可变的倾斜角(相对于运动平面的极角(θ))，当极端破坏性事件或情况发生时，该倾斜角通常不超过45度。然而，在自推进设备500连续和稳定操作期间，支撑平台或结构515的倾斜可最小，如在约10度的水平。此外，操纵过程中，根据从电动机或轮子或自推进设备的另一驱动机构传递的独立电源，方位角(φ)可以在任何角度变化。

为了实现自推进设备500以恒定速度连续运动，设备的质心相对于其旋转中心的位移可以通过轮子568，570的动作维持，自推进设备500的质心相对于旋转中心的位移500可能难以测量，因此难以获得用于保持恒定速度的闭环控制器的反馈。然而，位移与支持平台或结构515和自推进设备500在其上运动的表面之间的倾斜角(等于极角θ)成比例。可以由各种传感器输入感测或估计倾斜角。因此，例如，自推进设备500的速度控制器可以实施为使用支撑平台或结构515和表面之间的倾斜角来调节一对轮子568、570的速度，使得自推进设备500以恒定速度移动。速度控制器可确定期望的倾斜角度，以产生期望的速度，希望的角度设定点被作为输入提供给调节驱动机构的闭环控制器。

在一些实现方式中，诸如如图5B所示，自推进设备500可由控制器设备502可操作地控制。控制器设备502可以是能够与自推进设备500通信链接从而提供控制命令的任意设备。例如，控制设备502可以是多功能无线设备，诸如智能电话或平板计算设备。控制器设备502可以执行专门控制自推进设备500的应用程序。根据许多示例，控制器设备502可以生成包括虚拟控制(例如，虚拟转向机构)的用户界面，以使用户能够操作自推进设备。因此，如图5B所示，当用户在控制器设备502上输入控制输入590指令自推进设备500向前移动时，自推进设备500相应向前移动。

在图5A和图5B的示例中，自推进设备500的内部驱动系统可基于加速度的方向产生动量而使平台倾斜或翘起，它可以与前进、后退或横向加速度相一致。当自推进设备500加速和前进时，外部附件504和自推进设备500之间的磁性交互可引起外部附件504与内部组件滚动或倾斜。为了防止外部附件504旋转，外部附件504可以具有互补的磁性元件，其定向成相对极性朝着自推进设备500的磁性元件。在图5A-5B 的示例中，自推进设备500包括一对磁性元件，其中第一磁性元件可定向成使得其南磁极朝上，第二磁元件可以被定向成使得它的北磁极朝上。因此，外部附件504可以包括一对互补的磁体，第一磁性元件被定向成使其南磁极朝下，以磁性吸引自推进设备500的第一磁性元件。外部附件504的第二磁性元件可以定向成使它的北磁极朝向向下以磁性吸引自推进设备500的第二磁性元件。可设想多种磁性元件布置，其中任何数目的磁性元件(例如，磁性阵列)可包括在自推进设备500中。对于这样的布置，示例外部附件设备504可以包括互补集合或磁性阵列，其中配对的磁体与自推进设备 500中的关联磁体相对。

图6示出球形自推进设备600的示例，并示出示例球形自推进设备600的组件的示意图。然而，本公开内容的变型例不限于这样的设备。而是，以上讨论的图1的系统100可以相对于任何远程设备实现，在远程设备中进行配对或连接。参照图6，自推进设备600的尺寸和重量可以允许它容易地被握持、抬起、和携带在成人的手中。自推进设备600可以包括具有外表面的球形壳体602，当自推进设备600滚动时该外表面与相应磁耦合的附件设备的外表面接触。此外，球形壳体602包括内表面604。另外，自推进设备600包括由球形壳体302封装的多个机械组件和电子组件。在一个示例中，自推进设备600包括磁性元件682，其支持在球形壳体602内并与合适的附件设备的互补磁性元件磁性交互。当自推进设备600运动时，可发生和/或维持磁交互作用和耦合。

球形壳体602由传送用于无线通信的信号并不透潮气和污物的材料组成。球形壳体602可以包括持久的、可水洗和/或抗粉碎的材料。球形壳体602也可以构造成实现光的透射和被纹理化而漫射光。

在一个变型例中，壳体602由密封的聚碳酸酯塑料制成。在一个示例中，球形壳体602包括具有相关联的附件机构的两个半球壳，从而球形壳体602可被打开以允许访问内部的电子组件和机械组件。

多个电子组件和机械组件位于封装的内，用于实现处理、无线通信、推进、以及其他功能(以下统称为“内部机构”)。在一个示例中，组件包括驱动系统601，以使设备推进自身。驱动系统601可耦合到处理资源及其他控制机构，如其它实施例描述的。载体614作为驱动系统601的组件的附接点和支撑。驱动系统601的组件非刚性连接到壳体602。相反，驱动系统601可包括一对轮子618、620，所述轮子618、620与球形壳体602的内表面604摩擦接触。

载体614与储能器616机械接触和电接触。储能器616为设备600和电子设备提供能量储备，并通过电感充电端口626进行再补充。在一个示例中，储能器616是可充电电池。在一个变型例中，电池由锂聚合物电池组成。在其它变型例中，储能器616 可以是其他类型的可充电化学电池。

载体614可为大多数的内部组件提供安装位置，包括电子组件的印刷电路板、传感器阵列、天线和连接器，以及为内部组件提供机械附接点。

驱动系统601包括电动机622、624和轮子618、620。电动机622和624分别通过相关联的轴、轮轴和齿轮驱动(未示出)连接到轮子618和620。轮子618和620的周界是其中内部机构与内表面604机械接触的两个位置。其中轮子618和620接触内表面604的位置可以是自推进设备600的驱动机构的主要部分，所以轮子618和620优选涂覆或覆盖材料以增加摩擦和减小打滑。例如，轮子618和620可覆盖有硅橡胶轮胎。

在一些变型例中，提供偏置机构615以主动迫使轮子618和620压靠内表面604。在提供的示例中，偏置组件615可包括两个或更多个单独的门式轴658、660，以主动将驱动系统轮子618、620压靠至内表面604。门式轴658、660可包括偏置元件654、 656(或弹簧)，其包括用具有纵向值的力矢量按压在内表面604上的末端655或端部。来自于按压在内表面604上的偏置弹簧654、656的垂直力主动使驱动系统601及其各轮子618、620压靠于内表面604，从而提供用于驱动系统601的足够的力，以使自推进设备600运动。

包括独立偏置元件654、656的门式轴658、660可以直接安装到载体614上。耦接到门式轴658、660的偏置元件654、656可以是扭力弹簧的形式，其诱发对内表面力604的力。作为补充或替代，偏置元件654、656可以包括一个或更多个压缩弹簧、表簧或拉簧。可替换地，门式轴658、660可在不包括弹簧的情况下安装，以保持将驱动系统601和轮子618、620按靠至内表面604的力，并留有足够的牵引力以使自推进设备600运动。

根据许多实施例，自推进设备600可以包括感应充电端口626，以实现充电源616的感应充电，同于向给轮子618、620提供动力的独立电动机622、624提供电力。自推进设备600可以进一步包括耦接到载体614的磁体保持器680。磁体保持器680可包括一组磁交互式元件682，诸如包括黑色金属材料和/或电磁体或永久磁体的元件。同样地，外部附件还可以包括用于实现磁耦合的互补磁体。因此，磁体保持器680和外部附件可以包括磁性互动金属，铁磁元件，钕、钇/钴、铝镍钴或其他永久元素磁体，其他“稀土”磁体，电磁体等的任意组合中的一个或多个。

在变型例中，磁体保持器680可以包括一组磁性元件682(例如，磁体对)，磁性元件682可被定向成具有相反的极性。例如，如以其他实施例示出的，磁性元件682 包括第一磁体和第二磁体，其中第一磁体可被定向为使其北磁极朝上而其南磁极朝下。第二磁体可定向成使其南磁极朝上和其北磁极朝下。

在变型例中，磁体保持器680和外部附件中的每一个均可收容任何数量的互补的磁体或磁性元件，或者互补的磁体或磁性元件的组合。例如，单个磁性组件可以容纳在自推进设备600或相应的外部附件中，并且被布置成与外部附件或自推进设备600 中的另一方的多个磁性组件磁性交互。可替代地，对于较大的变型，三个或更多个磁体的磁性阵列可被容纳在球形壳体602内，以与外部附件的对应磁体阵列磁性交互。

在一些实施例中，偏置组件615被形成为使得轮子618、620和偏置元件654、656 的末端部655几乎持续地接合球形壳体602的内表面604。这样，来自电动机622、624 的大部分功率被直接传递来使球形壳体602旋转，而不是使内部组件(即，偏置组件 615和内部驱动系统601)倾斜。因此，虽然自推进设备600的运动可至少部分由使内部组件(因此和质心)倾斜而导致，运动也可直接由轮子618、620对球形壳体602的内表面604的主动力(经由偏置组件615)和电功率的从电动机622、624至轮子618、 620的直接传输导致。因此，偏置组件615的倾斜可以大大减小，并且本质上保持恒定 (例如，本质上垂直于自推进设备600在其上运动的外表面)。附加地或者作为替代，偏置机构615的倾斜可在硬加速或减速周期增加(例如，直至超过45度)。此外，在正常工作条件下，偏置组件615的倾斜可以保持稳定或精细地改变(例如，在10-15 度内)。

在一些变型例中，磁性元件682可以被磁性材料替换或者补充，该磁性材料可以包含在例如偏置元件654、656的末端部655。末前655可以由磁性材料形成，诸如黑色金属。这样金属可以包括铁、镍、钴、钆、钕、钐、或含有这些金属成分的金属合金。替代地，末端部655可以包括接触球形壳体602的内表面604的、本质上无摩擦的接触部分，以及接触或不接触内表面604的磁交互部分，包括上述金属或金属合金。作为另一变型例，本质上无摩擦的接触部可以包括有机聚合物，诸如热塑性或热固性聚合物。

在一些示例中，末端部655可以由磁体形成，诸如抛光钕永久磁体。在这样的变型例中，末端部655可以产生延伸超出球形壳体602外表面的磁场，以磁性耦合外部附件设备630。仍然可选地，末端部655可以包括本质上无摩擦的接触部分，和包括于其中的磁体。

仍然可替换地，自推进设备600的磁性组件可包括在任何内部组件上，诸如载体614，或耦合到偏置组件615或载体614的附件组件。

在进一步的示例中，磁性元件682、末端部655和/或外部附件设备的互补磁体中的一个或多个可包括任何数量的电磁体或永久磁体。这种磁体可以是不规则的形状，以在自推进设备600运动时提供额外的磁稳定性。例如，自推进设备600的磁性元件 682可以是单个或多个磁条，包括一个或多个支流条(tributary strip)以耦接附件设备的互补磁体。附加地或可替换地，末端部655也可以包括不同形状的单个或多个磁体，所述磁体耦接到附件设备的互补磁体。

替代地，自推进设备600和附件设备之间的磁性耦合可以是创建稳定的磁排斥状态的磁性耦合。例如，磁性元件682可以包括超导材料，以本质上消除排斥磁力的动态不稳定性，从而允许附件设备关于磁性元件682的稳定磁悬浮，同时球形壳体602 在下方表面上旋转。在类似的变型例中，抗磁材料可以被包括于自推进设备600、末端部655或外部附件设备中的一个或多个中，用于为磁悬浮提供稳定性。因此，在不使用导轨或磁性轨道的情况下，可以使自推进设备600在任何方向操纵，外部附件设备保持在沿自推进设备600的竖直轴的本质上恒定的位置(笛卡尔坐标或圆柱z轴坐标，或没有极角(θ)的球形r-坐标)。

图7A是示例自推进设备的横截面侧视图，该自推进设备包括独立的内部结构和用于磁性耦接到外部附件设备的结构。在对图7A的以下描述中，自推进设备700可结合在此提供的其他示例的多个特征。参照图7A，自推进设备700可以包括内部驱动系统 702，以引起自推进设备700在多个可能方向中的任何一个方向上运动。内部驱动器系统702可被一个或多个偏置元件偏置，以导致一定数量的轮子714持续地接合球形壳体718的内表面716。因此，当自推进设备700由控制器设备远程操作时，内部驱动系统702使球形壳体718按照接收到的控制命令滚动和操纵。

根据本文所描述的示例，自推进设备700可包括外部附件，其中自推进设备700 的磁性元件712可以通过球形壳体718与相应的磁性元件或外部附件的材料磁性交互。因此，当球形壳体718滚动时，磁性元件712和相应磁性元件或外部附件的材料之间的磁性交互使磁体保持器706保持与外部附件的位置关系，自推进设备700的磁性元件被容纳在磁体保持器706上。因此，球形壳体718可以根据接收到的控制命令滚动和操纵，磁性元件712可以保持与磁性元件或外部附件设备的材料持续交互。

在一些示例中，磁体保持器706可直接耦接到内部驱动系统702，或者例如电路板的组件集成于其上的载体。可替代地，磁体保持器706可耦接到独立的内部结构707，该独立的内部结构707经由倾斜弹簧708耦接到内部驱动系统。如图7A所示，倾斜弹簧708可允许在自推进设备700经历碰撞事件时吸收一定量的振动。倾斜弹簧708进一步缓冲由独立内部结构707经受的冲击力，以便减少震动、加速事件和/或由自推进设备700经历的颠簸。这样的事件可能会增加磁性元件将解耦的概率，使耦接到自推进设备700的外部附件脱离。倾斜弹簧708可以降低这种解耦事件的概率。

图7B是示例自推进设备的剖面正视图，该自推进设备包括偏置组件和磁耦合到附属设备的结构。自推进设备720可以是参考图7A所描述的自推进设备700的变体。作为示例，图7A的独立内部结构707可作为如图7B所示的偏置组件758的一部分被包括。此外，虽然没有在图7B示出，自推进设备720可还包括在图7A中提供的倾斜弹簧708。参照图7B，自推进设备720的内部驱动系统760可由偏置组件758偏置。偏置组件758可包括多个偏置元件754、756，所述偏置元件754、756可包括弹簧或存储机械能的其他设备，以便产生对球形壳体757的内表面的持续力。由偏置元件754、756 提供的力可导致内部驱动系统760对球形壳体757的内表面施加持续的力(F1)，因此当电源被提供给设备720内的轮子时，转动轮子导致自推进设备720滚动和操纵。

任何数目的偏置元件754，756可包括在球形壳体757中。这些偏置元件754、756 可包括在偏置组件758上，也可作为内部驱动系统760的一部分，以在操作过程中提供稳定性并减少自推进设备720的内部组件的倾斜和/或滚动。当自推进设备720运动时，减少自推进设备720的内部组件的倾斜可导致外部附件在自推进设备720的顶部的更紧缩的位置区域内与球形壳体757保持接触。

根据实施例，偏置组件758可包括枢转磁体保持器750，其可枢转一定度数(例如，10-20度)，或其可以设置在引导系统上以枢转360度。枢转磁体保持器750可包括定向成相反极性彼此相对的一对磁体762。相应外部附件的互补磁体还可以定向为相反极性彼此相对，从而外部附件可以仅附接到自推进设备720，外部附件上的相对磁体耦接到旋转磁体保持器750上的相对磁体762。因此，当枢转磁体保持器750枢转时，外部附件相应枢转。

偏置组件758还可以包括枢转致动器752，该枢转致动器752可以基于从控制器设备接收的控制命令导致枢转磁体保持器750转向。在一个示例中，其中图7B的设备使用图1的系统100来实现，枢转命令可以由换能器102接收并通过处理器114处理(如图1所示)，以在枢转致动器752上执行所述命令。因此，控制器设备上的控制功能(诸如，虚拟转向机构上的用户接口功能)可用于接收用户输入，该用户输入导致枢转磁体保持器750转向，并由此使外部附件转向。响应于这样的枢转命令，枢转致动器752 可以被控制而顺时针或逆时针动态转向。

附加地或替代地，自推进设备720可被预编程而导致枢转致动器752响应于某些事件激活。例如，在启动时，自推进设备720可以被预编程以检测朝向控制器设备的方向。基于控制器的方向，内部驱动器系统760可以旋转自推进设备720，以便校准自推进设备720相对于控制器设备的向前方向。此外，枢转致动器752可以自动启用以使枢转磁体保持器750转向，使得外部附件面向控制器设备。

附加地或替代地，枢转磁体保持器750可以具有默认的向前方向，该默认的向前方向符合校准的内部驱动系统760的向前方向。因此，当自推进设备720被最初校准到控制器设备的控制时，枢转致动器752可被启用而自动校准外部附件的朝向前的方向。此外，枢转致动器752可在碰撞事件期间或当预定距离内检测到另一自推进设备时自动启动。更进一步地，动作的组合可以由内部驱动系统760和枢转促动器752来执行，作为编程动作或事件。

根据示例，外部附件还可以包括抑制冲击事件的特征，诸如当自推进设备720越过凸起或经历碰撞时。外部附件可因此包括接触部分，以保持与球形壳体757的外表面接触，以及壳体结构以支撑任何数量的功能性或非功能性机构。因此，内部驱动系统760、枢转致动器752、外部附件的功能性或非功能性组件(例如，一个或多个扬声器)可以被组合，以使自推进设备720展示出不同种类的动作。

外部附件的接触部分可由一个或多个冲击弹簧耦接到壳体结构，以减少冲击对磁性耦合的影响。在图7A的一个方面中，当自推进设备720越过凸起或经历碰撞事件时，倾斜弹簧708以及外部附件的冲击弹簧可缓冲这样的事件以降低外部附件与自推进设备720解耦的可能性。

图8是包括磁阵列的示例自推进设备的剖视图。自推进设备800和相应的外部附件可包括以上关于图1、2A-2C、3A-3B、4A-4B、5A-5B、6和7A-7B讨论的各种元件。根据本文描述的许多示例，自推进设备800可以包括耦接到偏置组件820的内部驱动系统810。偏置组件820可以包括多个偏置元件816、818，枢转磁体保持器822，以及一个或多个枢转致动器826，以使枢转磁体保持器822(以及因此的外部附件)转向。偏置组件820可以经由倾斜弹簧814耦接到内部驱动系统810，允许枢转磁体保持器 822吸收冲击，而外部附件不会从自推进设备800解耦。

根据一些示例，枢转磁保持器822可保持由磁性元件阵列组成的磁阵列824。这样的磁性元件可以是钕或其他永久磁体的阵列。可替代地，磁阵列824可以由一个或多个电磁体构成以产生相对强大的磁场。在一些实施方式中，外部附件可以包括对应的未磁化的黑色金属以与自推进设备800的磁性阵列824磁性交互。可替换地，外部附件可包括其自己的互补磁性元件或互补磁体阵列，以与自推进设备800的磁阵列824 交互。外部附件可以包括壳体结构，该壳体结构维持耦接到球形壳体的磁性元件的互补集合。

图9A-9B说明在控制设备的操作控制下自推进设备的示例转向状态。自推进设备900从图9A-9B所示的正视图描绘。示出在控制器设备902上用户输入以执行转向。例如，用户可以提供输入以向右转动自推进设备900，如图9A所示。自推进设备900可以接收输入，并对内部驱动系统实施转向命令，这可导致内部组件相应倾斜和滚动。当内部组件倾斜和滚动以执行转向时，外部附件904也可以相应滚动，保持与自推进设备900的内部磁体的磁性交互。图9B描绘在控制器设备上的用户输入式自推进设备 900向左转动，其中内部组件以及外部附件相应地倾斜和滚动。

硬件框图

图10是示出描述的示例可在其中实施的计算机系统的示例框图。例如，关于图1的系统100所讨论的一个或多个组件可以由图10的系统1000来执行。此外，计算机系统1000可在自推进设备上实施或作为自推进设备的一部分，诸如图2A-2C、图3A-3B、图4A-4C、图5A-5B、图6、图7A-7B、图8以及图9A-9B的示例所示。

在一个实施方式中，计算机系统1000包括处理资源1010、主存储器1020、只读存储器1030、存储设备1040以及通信接口1050。计算机系统1000包括用于处理信息的至少一个处理器1010和主存储器1020(诸如，随机存取存储器(RAM)或其他动态存储设备)，主存储器1020用于存储将由处理器1010执行的信息和指令1022。指令 1022例如可以实现对从控制设备1002到命令输入中的输入的解释。主存储器1020还可以用于存储临时变量或在执行由处理器1010执行指令期间的其他中间信息。计算机系统1000也可包括只读存储器(ROM)1030或其他静态存储设备，用于存储处理器1010 的静态信息和指令。提供存储设备1040(诸如，磁盘或光盘)用于存储信息和指令。例如，存储设备1040可以对应于计算机可读介质，其触发逻辑用于操纵关于图1，2A-2C 所讨论的自推进设备。

通信接口1050可以使计算机系统1000经由建立的网络链路1052(无线或有线) 与控制器设备1002进行通信。使用网络链路1052，计算机系统1000可以接收命令指令，用于操纵自推进设备。

本文所述示例涉及使用电脑系统1000来实现本文描述的技术。跟据图10所示出的示例，响应于处理器1010执行包含在主存储器1020中的一个或多个指令的一个或多个序列，这些技术由计算机系统1000执行。这种指令可以从另一个机器可读介质(诸如，存储设备1040)读取到主存储器1020。执行在主存储器1020中包含的指令序列导致处理器1010执行本文中描述的处理步骤。在替代实施方式中，硬连接电路可用于代替或者结合软件指令以实施本文所述的示例。因此，描述的示例不限于任何硬件电路和软件的特定组合。

虽然某些实施例已在上面描述，但应理解，所描述的实施例仅仅是示例性的。因此，本公开不应限制于描述的示例。相反，当结合以上说明和附图时，本公开的范围应仅限于后续的权利要求。

Claims (20)

1.一种自推进设备，其特征在于，包括：

球形壳体，

内部驱动系统，所述内部驱动系统封装在所述球形壳体内并且可操作导致所述自推进设备滚动；

内部结构，所述内部结构封装在所述球形壳体内并且耦接至所述内部驱动系统，所述内部结构包括磁体保持器，所述磁体保持器保持第一组磁交互元件，其中所述磁体保持器包括枢转机构，所述枢转机构使所述磁体保持器相对于所述内部驱动系统的旋转轴枢转；

外部附件，所述外部附件包括第二组磁交互元件；

无线接口，用于接收来自控制器设备的控制命令；和

控制机构，所述控制机构执行所述控制命令，从而(i)使所述内部驱动系统加速和操纵所述自推进设备，以及(ii)使所述枢转机构相对于所述球形壳体枢转所述外部附件，以便与控制命令的方向输入相一致；

其中当所述球形壳体滚动时，以及当所述枢转机构枢转所述磁体保持器时，所述第一组磁交互元件和第二组磁交互元件通过所述球形壳体保持磁性交互，在所述磁体保持器枢转时，所述磁性交互使所述外部附件枢转。

2.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述第一组磁交互元件包括定向成具有相反极性的第一磁体和第二磁体；其中所述第二组磁交互元件包括定向成具有相反极性的第一磁体和第二磁体，以便分别与所述磁体保持器的第一磁体和第二磁体磁性耦接。

3.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述自推进设备进一步包括：

偏置子组件，所述偏置子组件耦接到所述内部驱动系统，使得所述内部驱动系统持续接合所述球形壳体的内表面。

4.如权利要求3所述的自推进设备，其特征在于，所述偏置子组件包括多个门式轴，每个门式轴包括偏置弹簧，以在多个接触点处接合所述球形壳体的内表面。

5.如权利要求3所述的自推进设备，其特征在于，所述偏置子组件和磁体保持器构成所述球形壳体内的单一内部组件。

6.如权利要求5所述的自推进设备，其特征在于，所述单一内部组件通过一个或多个弹簧耦接到所述内部驱动系统。

7.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述外部附件包括壳体结构和接触部分，所述接触部分接合所述球形壳体的外表面。

8.如权利要求7所述的自推进设备，其特征在于，所述外部附件的接触部分包括滑动轴承以接合所述球形壳体的外表面。

9.如权利要求8所述的自推进设备，其特征在于，所述滑动轴承包括所述第二组磁交互元件。

10.如权利要求7所述的自推进设备，其特征在于，所述壳体结构包括所述第二组磁交互元件。

11.如权利要求7所述的自推进设备，其特征在于，所述外部附件包括耦接所述壳体结构和接触部分的一个或多个弹簧。

12.如权利要求7所述的自推进设备，其特征在于，所述外部附件的接触部分包括通过轴组件耦接的一对轮子，所述一对轮子接合所述球形壳体的外表面。

13.如权利要求12所述的自推进设备，其特征在于，所述外部附件包括将所述壳体结构耦接到所述接触部分的轴组件的一个或多个弹簧。

14.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述第一组磁交互元件和第二组磁交互元件中的每一组均包括一个或多个磁体。

15.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述第一组磁交互元件和第二组磁交互元件中的每一组均包括一个或多个铁磁元件、或者一个或多个电磁元件。

16.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述内部驱动系统包括操作第一轮子的第一电动机和操作第二轮子的第二电动机，所述第一轮子和第二轮子接合所述球形壳体的内表面。

17.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述枢转机构包括一个或多个致动器，所述致动器用于使所述磁体保持器响应从所述控制器设备接收的枢转命令而在所述球形壳体内枢转。

18.如权利要求17所述的自推进设备，其特征在于，所述控制命令包括所述枢转命令，其中所述枢转命令使得所述一个或多个致动器导致所述枢转机构相对于所述球形壳体枢转所述外部附件。

19.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述自推进设备进一步包括：

电源，所述电源耦接到所述内部驱动系统；和

感应充电端口，用于实现所述电源的感应充电。

20.如权利要求6所述的自推进设备，其特征在于，将所述单一内部组件耦接至所述内部驱动系统的所述一个或多个弹簧包括倾斜弹簧，当所述自推进设备经历碰撞事件时，所述倾斜弹簧缓冲作用在所述单一内部组件上的冲击力。