CN105324219B - 用于外围设备的快速连接的模块化可重新构造的工作单元 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于外围设备的快速连接的示例性模块化可重新构造的工作单元。在一个示例中，模块化可重新构造的工作单元包括在工作单元的表面上的模块化对接区，该模块化对接区支持对接模块以固定几何构型安装，且各个模块化对接区包括用于要被安装的对接模块的各种电源和通信总线的电连接。工作单元也包括电气子系统，用于联接模块化对接区之间的通信总线并向模块化对接区提供电源电路，且包括模块化对接区中的结构特征，以使得对接模块能够以固定几何构型插入。工作单元也包括处理器，该处理器用于基于安装到模块化对接区上的相对应的对接模块的位置和取向并基于所安装的外围设备的标识而确定所安装的外围设备的几何标定。

Description

用于外围设备的快速连接的模块化可重新构造的工作单元

与相关申请的横向参照

本申请要求2013年6月24日提交的美国专利申请序列号61/838,698的优先权，该美国申请的全部内容通过引用结合于此。

背景技术

除非在此另有所指，在这个部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不是通过包括在这个部分中而被承认为现有技术。

工作单元提供安装机器人外围设备，如传感器、致动器、臂、计算机和电源的安装结构。通常，技术人员将这些外围设备整合以产生定制的工作单元方案来解决特定任务。这个整合努力包括将机器人外围设备机械安装到工作单元中、将这些装置连线到一起、在自动控制器中描述它们的配置并然后相对于彼此并相对于全局(world)标定这些装置的几何位置。

这个整合过程会是耗时且高成本的。如果期望修改工作单元的功能性，这个整合努力的大部分工作要重复。另外，工作单元经常不能被重新构造，这是因为工作单元通常为特定任务或要求而定制。修改的高成本也使得不期望更换顺序或损坏的装置。

发明内容

在一个示例中，提供了一种模块化可重新构造工作单元，其包括在工作单元的表面上的一个或多个模块化对接区，所述模块化对接区支持一个或多个对接模块以固定几何构型的安装，各个模块化对接区包括多个电连接，用于要被安装的一个或多个对接模块的各种电源和通信总线。所述一个或多个对接模块提供在各自的外围设备和工作单元之间的电和机械接口。工作单元也包括：用于联接在一个或多个模块化对接区之间的通信总线并且向一个或多个模块化对接区提供电源电路的背板；所述一个或多个模块化对接区内的一个或多个结构特征，所述一个或多个结构特征使得一个或多个对接模块能够以固定的几何构型插入，使得一个或多个对接模块相对于工作单元的取向被唯一地限定；以及处理器，所述处理器用于基于安装到一个或多个模块化对接区上的相对应的一个或多个对接模块的位置和取向，并基于相对应的一个或多个对接模块的安装的外围设备的标识而确定所安装的外围设备的几何标定。

在另一示例中，提供了一种模块化可重新构造工作单元，其包括在工作单元的表面上的一个或多个模块化对接区，所述模块化对接区支持对接模块在固定几何构型下的安装，且各个模块化对接区包括多个电连接，该多个电连接用于要被安装的对接模块的各种电源和通信总线。工作单元也包括插入在一个或多个模块化对接区内的一个或多个对接模块，且一个或多个对接模块提供在各自的外围设备和工作单元之间的电和机械接口。所述工作单元也包括处理器，该处理器用于基于安装到一个或多个模块化对接区的相对应的一个或多个对接模块的位置和取向并基于相对应的一个或多个对接模块的所安装的外围设备的标识而确定所安装的外围设备的几何标定。

在另一示例中，提供了一种模块化可重新构造工作单元，其包括机壳，所述机壳在所述机壳的表面上的一个或多个模块化对接区，所述模块化对接区支持对接模块以固定几何构型安装；且各个模块化对接区包括多个电连接，用于要被安装的对接模块的各种电源和通信总线。所述机壳还包括背板，用于联接在一个或多个模块化对接区之间的通信总线并向一个或多个模块化对接区的电源电路。所述工作单元也包括插入所述一个或多个模块化对接区内的一个或多个对接模块，且所述一个或多个对接模块提供各自的外围设备和工作单元之间的电和模块接口。

在仍另一示例中，提供了方法和计算机程序产品，所述计算机程序产品包括由装置或由一个或多个处理器可执行的指令，以执行所述方法的功能。所述方法可以被执行以用于操作工作单元，或用于确定安装到工作单元的外围设备的几何标定。

通过适当地参照附图阅读以下的详细描述，对本领域技术人员而言，这些以及其他方面、优点和替代方式将变得明显。

附图说明

图1示出示例性模块化可重新构造工作单元；

图2A示出分解图，其显示了机壳的内部结构的示例；

图2B示出具有安装的子系统的示例性背板；

图2C示出示例性对接站PCB，该对接站PCB接口从背板到对接模块的电信号；

图2D示出在机壳内安装的对接站PCB的细节图；

图3示出示例性模块化可重新构造工作单元；

图4示出另一示例性模块化可重新构造工作单元；

图5示出机壳的示例性两层构造，以支持对接区(docking bay)的1×3布置和类似布置；

图6A-6B示出示例性对接模块600的俯视和横截面图；

图7A-7B示出示例性对接模块的插入；

图8示出示例性对接模块的仰视图；

图9示出另一示例性对接模块的仰视图；

图10是示出工作单元的部件的示例性功能架构的框图；

图11示出示例性计算装置的示意图；

图12是示出用于操作工作单元的示例性方法的流程图。

具体实施方式

以下的详细描述参照附图描述了所公开的系统和方法的各种特征和功能。在图中，相同示例性符号标识相同的部件，除非上下文中另有所指。在此描述的说明性系统和方法实施方式并不意在限制。容易理解的是所公开的系统和方法的特定方面可以以各种不同的构造布置和组合，所有这些在此可构想。

在示例中，提供了一种可重新构造的工作单元，该工作单元包括容纳一个或多个模块化对接站的机壳。所述机壳可以相对外部环境密封，并能够刚性支持由所安装的机器人臂或其他外围设备施加的工作力。例如，所述机壳可以被构造成安装到包括工作台、地板、墙壁或天花板的任何表面上。所述机壳包括计算机和能量需求、以及工作单元功能性所需的相关装置，并且可以利用机壳的表面作为用于特定任务的工作表面。

在一些示例中，一个或多个模块化对接站被暴露于机壳的顶表面上，该模块化对接站支持机器人外围设备的插拔安装并可以实现免工具快速连接，使得所述外围设备可以在没有工具的情况下被安装。所述模块化对接站包括防止外围设备在错误取向上安装的特征以及确保外围设备与机壳可重复和精确对准的特征。所述模块化对接站也可以包括允许一个或多个电源和通信总线与所安装的外围设备的电连接的特征，而不使用工具或手动电连接器。

现在参照图，图1示出了示例性模块化可重新构造的工作单元100。工作单元100包括机壳102，该机壳102具有布置成2×3阵列的六个模块化对接区104a-104f。模块化的对接区104a-104f处于机壳102的表面上并且支持一个或多个对接模块以固定的几何构型的安装。模块化对接区104a-104f包括用于要被安装的对接模块的各种电源和通信总线的多个电连接，并且对接模块提供了各自的外围设备和工作单元100之间的电和机械接口。如图1所示，两个模块化对接区104d和104f包括对接模块，所述对接模块被插入并被构造有两个外围设备模块，该外围设备模块包括机器人臂外围设备106和摄像机外围设备108，但是可以实现各种种类和构造的外围设备。其他示例性外围设备包括用于定位组装下的装置(device-under-assembly)的夹具以及用于测量检验下的装置(device-under-inspection)的测量工具。另外，可以选择其他数量和布置的对接站。

每个模块化对接区104a-104f处于外围设备模块能够被插入的位置。机壳102的顶部可以包括没有对接站的区域，提供了用于自动任务的工作表面110。由于工作表面110在机壳本身上，可以实现工作目标和标定的定位。包括没有对接区的区域也产生了机壳102内侧的体积，该体积没有由对接区硬件所占据。这个体积可以用于内部子系统。

如图1所示，未插入对接模块的模块化对接区，如模块化对接区104a、104b、104c和104e各自可以包括盖，如果外围设备不存在的话，该盖被安装以密封对接区。

图2A图示了分解图，该分解图示出了机壳的内部结构的示例。机壳包括底板202，该底板可以包括用于机械安装外围设备的特征。底板202可以作为结构元件，允许机械安装的外围设备将负载传递到机壳的安装表面。底板202也可以提供用于安装电气子系统或背板204的特征。背板204电气子系统可以包括计算机、电源和将所安装的外围设备与计算机接口的电子器件。背板204可以联接在模块化对接区之间的通信总线，并向模块化对接区提供电源电路。背板204可以被认为是电气子系统并可以包括线束(wire harness)或可以是线束。

所述机壳也包括侧板206和顶板208，所述顶板208在安装到所述底板202上时形成所述机壳。所述机壳可以被密封以防止不期望的灰尘、液体或其他环境要素的侵入。顶板208具有切开顶板208的相同的孔，以容纳每个对接区。

背面板210提供了背板电气子系统204和外部源之间的电源和通信的电连接。对接模块，如对接模块212可以被插入到每个对接区内。对接模块212提供了用于将各种外围设备，如机器人臂214整合到机壳上的电和机械接口。

图2B示出了具有安装的子系统的示例性背板电气子系统204。所述子系统提供工作单元所需要的功能性。所述子系统可以包括电源220、用于处理机器人臂外围设备的实时控制的控制处理器222、用于处理非实时任务的任务处理器224以及中央背板印刷电路板(PCB)226，所述中央背板印刷电路板226提供了在一个或多个对接站PCB 228a-228b和处理器222和224之间的电互连。

背板PCB 226可以包括用于复用通信总线、总线集线器或转换器、电源管理电路或者计算资源的功能性。每个模块化对接区具有相同的形状因数。对接站PCB 228a-228b可以通过卡边缘连接器、通过线束、或通过作为背板本身的一部分而安装到背板PCB 226上。背板204可以进一步包括用于对接模块的安装和配准的特征。例如，一个或多个锥形柱230、闭锁钩232或者螺纹挤压特征能够作为背板204的底板234和对接模块之间的机械接口。

例如，背板204可以进一步包括惯性测量单元(IMU)236，以确定工作单元所经历的加速度。IMU 236可以监视赋予到背板204上的异常加速度。异常加速度能够是故障臂外围设备或者与人或其他机器的非预期接触的指示。在一些示例中，在探测到异常加速度时，工作单元可以以安全故障模式下操作。另外，IMU 236可以提供背板204相对于重力的取向。一些外围设备，如机器人臂能够从重力矢量的知晓中受益，以实现基于重力补偿的控制。IMU236可以输出控制处理器236，该控制处理器236可以接收加速度并确定故障外围设备或者外围设备与另一元件的接触的指示。

图2C示出示例性对接站PCB 250，该对接站PCB 250将电信号从背板204接口到对接模块。对接站PCB 250包括PCB 252，该PCB 252具有用于快速电连接插座254、256、258和260的一个或多个位置，该快速电连接插座254、256、258和26例如被安置为在外围设备被插入时与相对应的连接器形成电连接。所述插座可以是暴露的箔垫(如插座254、256和258)、刀片连接器(如插座260)、或者相关的弹簧电快速连接特征。对接站PCB 250包括配准特征，以确保精确和可重复安装在机壳内侧。对接站PCB 250可以包括用于电源总线的电源总线条262。PCB边缘连接器264可以被采用以将对接站PCB 250连接到中央背板PCB 204上的相对应的连接器266。

图2D示出安装在机壳内的对接站PCB 270的细节图。对接站PCB 270包括安装到中央背板PCB 204的卡边缘连接器272。也示出的是机械连接钩274和锥形柱276，以确保在外围设备安装过程中的对准。背板PCB 204也可以向已安装的计算机278提供电源和通信。

从而，如图2A-2D中所示，工作单元包括机壳中的处理器，一个或多个模块化对接区通过背板并经印刷电路板(PCB)卡边缘连接器或线束联接到一个或多个对接模块。模块化对接区包括各种电连接，如以太网、火线(Firewire)、CANBUS和USB连接，以联接到对接模块。所述机壳还包括电源和中央背板电路板，所述中央背板电路板提供了在一个或多个对接模块和电源之间以及在一个或多个对接模块和处理器之间的电互连。所述机壳使所有一个或多个模块化对接区可以通过工作单元的表面接近，并且可以相对于外侧环境被密封。

在示例中，图2A-2D所示的工作单元使得具有电源和控制系统的外围设备能够共同定位在一个机壳内，以避免连接线束的需求。

图3示出示例性模块化可重新构造的工作单元300。所述工作单元300包括安装在每个对接区内的不同的外围设备，包括具有夹持器302的七自由度(DOF)臂外围设备、具有摄像机304的七DOF臂外围设备、用于评估测试下的装置的功能性的测试装置外围设备306、用于测量组装下的装置的位置的3D传感器外围设备308、对接区盖310以及扩展输入/输出(I/O)外围设备312，该扩展输入/输出(I/O)外围设备312用于接口到外部装置，如测试机、PLC和安全防护装置。任何外围设备可以插入到任何对接区之内，并按照特定应用或任务的需要构造。在示例中，每个模块化对接区是相同的，且未插入对接模块和外围设备的对接区可以包括盖310，该盖310固定覆盖在模块化对接区上，以提供一致的工作表面并保护电气子系统。

图4示出了示例性模块化可重新构造的工作单元400。该工作单元被构造成包括对接区的1×3阵列。在这种构造中，工作单元400包括机壳402，该机壳402具有两个内部层，使得内部计算机、电源和电子器件可以定位在每个对接区之下。在这个示例中，中间板可以用于外围设备404、406和408与其对接。例如，内部支撑结构然后可以将载荷传递到底板。

从而，在示例中，可以提供工作单元，该工作单元包括布置成M×N阵列(例如，图1中所示的2×3)的模块化对接区，并且电源电路和其他计算机可以布置在各行模块化对接区之间。在其他示例中，可以提供工作单元，该工作单元包括布置成1×M阵列(例如，图4中所示的1×3)的模块化对接区，并且电源电路和计算机可以布置在一行模块化对接区下方。

在进一步示例中，额外的外围设备可以包括滑动机构，该滑动机构联接在两个对接模块之间，且另一外围设备可以安装到该滑动机构上，以从一个对接区向另一个对接区移动。以这种方式，工作单元可以靠近传送带定位，并且外围设备可以沿着传送带移动。因此，多个模块可以与滑动机构联接到一起，以组合两个模块并且扩展一个或多个外围设备的所及范围(reach)。例如，各模块能够彼此之间以及与滑动机构互换几何信息，以执行标定。

图5示出了机壳的示例性两层构造，以支持对接区的1×3布置和类似的布置。在图5中，下层之内的内部电子器件502被设置并构造在刚性金属框架504之内。对接模块安装板506附接到金属框架504的顶部，使得对接模块能够利用螺栓508或者类似机构安装到对接模块安装板506上。

图6A-6B示出示例性对接模块600的俯视图和横截面图。对接模块600功能为外围设备和机壳之间的电和机械接口。对接模块600包括壳体602，该壳体602将负载从外围设备传递到机壳的底板604。如果外围设备会产生高负载，如具有机器人臂，壳体602可以是刚性金属。如果外围设备产生较轻负载，如具有摄像机，壳体602可以是注模成型塑料。替换地，外围设备负载可以通过机壳外壳传递到安装表面。在这个示例中，机壳侧板可以是挤压的、机加工的、铸造的或片状的金属。

对接模块600可以通过工作单元的基底的顶部沿着单个方向插入。对接模块600可以利用一个或多个螺栓606安装，该螺栓螺纹连接到底板604中的螺纹特征。每个螺纹特征可以包括延伸的凸台608，该凸台608作用为将对接模块600与底板604精确对准，并且在对接模块600和底板604之间提供负载传递。凸台608可以包括锥形部，以允许初始对准。

底板604上的螺纹特征可以与壳体602上的插座610(如图6B中所示)形成精确滑动配合，以精确对准对接模块600。在示例中，这些特征的非对称间隔确保仅有一个可实现的插入取向。

壳体600的安装和配准特征，如插座610作用为提供旋向性，使得对接模块600相对于底板604的姿态和取向被精确和唯一地限定。这允许在设计时被确定的所安装的外围设备的几何标定达到制造工艺的精度。因此，插座610可以是对接模块600内的结构特征，该结构特征与模块化对接区的凸台608结构特征对准，以使得对接模块600能够以固定的几何配置下插入，使得对接模块600相对于工作单元的取向被唯一限定。

图7A-7B示出示例性对接模块700的插入。例如，对接模块700可以利用免工具方法插入。在这个示例中，对接模块700的壳体704上的一个或多个杠杆臂702与附接到安装板708上的钩706接合。当杠杆臂702与钩706接合时，在对接模块700和安装板708之间产生恒定的夹紧力。这个力能够利用弹簧710或者使用在杠杆臂702中的偏心(over center)凸轮轮廓712产生。在对接模块700被拆卸时，弹簧710允许杠杆臂翻转到上部位置。可以使用其他机构来产生通过在对接模块700和安装板708之间的恒定压力产生刚性连接的相同效果。

图8示出示例性对接模块800的仰视图。对接模块800实现外围电子设备和机壳电子设备之间的电快速连接。为了实现电快速连接，弹簧加载的销连接器802和804(例如，弹簧针(pogo pin))可以用于接触抵靠在刚性PCB的箔片上。替换地，可以使用金属刀片连接器806以插入到配合的插座内。可以采用其他类似的快速连接技术，该快速连接技术允许在模块插入过程中对未对准有适当的容许量。

包括有壳体808的对接模块800包括PCB，该PCB提供快速连接连接器802、804、806和810。每个连接器在PCB或线束上引导(route)到外围设备的内部电子设备。每个连接器的位置和功能根据电接口规格而是固定的。这允许符合电接口规格的大量外围设备的模块化连接。

如图8中所示，连接器802是九针总线，连接器804是八针总线，且连接器806是五刀片电源总线。如果外围设备不支持特定连接器功能，连接器的位置可以留空，如连接器位置810所示。对接模块仅需要填充(populate)该特定模块所需要的通信和电源总线的引脚。几何布置使得连接器的弹簧引脚的缺失导致对用于该特定总线的外围设备不建立电连接。

对接模块800也被示出包括联接到底板的特征，如杠杆臂812a-812b，以及对准插座814a-814c。例如，对准插座814a-814c可以与延伸的凸台对齐，螺钉可以插入该凸台内以将对接模块紧固到底板上。

图9示出另一示例性对接模块900的仰视图。在图9中，为对接模块900设置了替代的弹簧连接器构造。在这种构造中，外围设备支持九针总线902和八针总线904以及电源总线。另一总线位置906不支持，并留空。因此，对接模块能够提供不同类型的总线，并且通过填充对接模块的不同部件位置，可以针对特定外围设备实现定制化的连接。

图10是示出工作单元1000的各部件的示例性功能架构的方块图。所述工作单元包括背板电气子系统1002，该背板电气子系统联接到客户端，如移动客户端1004和桌面客户端1006，或其他集成的显示器和输入装置，其提供图形用户接口以允许用户配置和编程工作单元1000。例如，移动客户端1004可以是平板装置，该平板装置与工作单元1000无线通信。

所述背板1002包括模块化对接区接口1008、功率模块1010、通信模块1012、控制处理器1014、任务处理器1016、电源1018、局域网(LAN)接口1020和安全接口1022。

背板1002提供了对接接口1008、功率模块1010、通信模块1012、以及CPU 1014和1016的电互连。背板1002可以包括一个或多个互连的PCB。模块化对接区接口1008使得对接模块能够联接到工作单元1000。例如，对接接口1008向安装的外围设备提供数字通信、电源和机械附接，并且可以限定所有可兼容外围设备所需的电、机械和软件标准。

功率模块1010将功率从电源1018分配到每个对接接口1008以及处理器1014和1016。功率模块1010可以包括功率监视、软起动、安全停机和不间断电源特征。电源1018可以转换电池或线(AC)电力，以产生给所连接的外围设备和板载计算机供电所需的一个或多个供电电压。

通信模块1012可以将通信总线信号从每个对接接口1008路由到CPU和LAN的网络接口。通信模块1012可以包括USB、EtherCAT、以太集线器、转换器或交叉穿过(crossoverpass through)中的一种或多种，以及其他公共总线类型。LAN接口1020提供从背板1002到其他装置的有线或无线网络连接。

控制处理器1014提供一个或多个被致动装置的确定的实时控制，并且在实时控制总线(如，EtherCAT)上传输给每个对接接口1008。任务处理器1016提供任务执行服务、用于感测和觉察的计算、数据管理和分析服务、被致动装置的非实时控制以及对于外部装置的网络接口(USB、以太网)。根据需要，任务处理器1016和控制处理器1014可以是一个CPU上的不同核芯、单个核芯、在不同计算机上的不同核芯。

安全接口1022提供外部安全装置1024(如，紧急停止)与背板1002的电和机械连接。

工作单元1000可以设置在机壳内，并且机壳的顶板作用为自动任务的标定的工作表面。该工作表面可以包括用于附接静止的项目以实现任务的安装点，如组装夹具。

为了将对接模块与机壳运动地配准，可以使用任何数量的方法。一个方法包括将背板1002的底板内的三个销接合到对接模块壳体内的三个狭槽中。这唯一地并精确地约束在安装时模块相对于底板的取向。

工作单元1000可以包括在安装外围设备时用于密封机壳的特征。例如，垫圈或橡胶O形圈可以安装到外围设备对接模块底侧上。机壳顶板具有配合的唇边特征。当模块被安装时，模块对机壳底板的夹紧力导致垫圈在外围设备和顶板之间形成密封。

工作单元1000可以附接到诸如工作台、墙壁或天花板的平坦表面上。底板可以包括通孔特征，使得螺栓可以从上面将底板附接到所述表面。可以采用可移除的插头密封件，以接近安装特征，同时保持机壳被密封。相反，底板可以包括螺纹孔特征，使得螺栓可以从下面将底板拉入所述表面。

工作单元1000可以包括灯(LED)和扬声器以在操作期间和配置期间向用户提供反馈。这些模式可以用于通知用户发生故障或者工作单元1000在工作。这些模式也可以用于增强用户体验。例如，一旦外围设备插入并且成功询问，则可以发出可听见的“咔哒声”。

工作单元1000的很多部件可以采取计算装置的形式，如图11中所示的，图11示出示例性计算装置1100的示意图。在一些示例中，图11所示的一些部件可以分布在多个计算装置中。但是，为了举例的缘故，各部件被示为且描述为一个示例性装置1100的一部分。装置1100可以是或包括移动装置、桌面计算机、平板计算机或可以被构造成执行在此描述的功能的类似装置。

装置1100可以包括接口1102、传感器1104、数据存储器1106和处理器1108。图11中所示的部件可以通过通信链路1110联接到一起。通信链路1110被示为有线连接；但是，也可以使用无线连接。装置1100也可以包括硬件，以实现装置1100之内以及装置1100和另一个计算装置(未示出)，如服务器实体之间的通信。例如，硬件可以包括发射器、接收器和天线。

接口1102可以被构造成允许装置1100与另一计算装置(未示出)，如服务器通信。从而，接口1102可以被构造成从一个或多个计算装置接收输入数据，并也可以被构造成将输出数据发送到一个或多个计算装置。例如，接口1102也可以被构造成从扭矩控制的致动器(torque controlled actuator)、机器人臂的模块化链接或者对接模块的其他外围设备接收输入并向它们提供输入。接口1102可以包括接收器和发射器，以接收和发送数据。在其他示例中，接口1102也可以包括用户接口，如键盘、麦克风、触摸屏等，同样用于接收输入。

传感器1104可以包括一个或多个传感器，或者可以表示包括在装置1100内的一个或多个传感器。示例性传感器包括加速度计、陀螺仪、计步器、光传感器、麦克风、摄像机或其他位置和/或情景感知传感器，所述传感器可以收集外围设备的数据(例如，臂的运动)并将数据提供给数据存储器1106或处理器1108。

处理器1108可以被构造成从接口1102、传感器1104和数据存储器1106接收数据。数据存储器1316可以存储程序逻辑1112，该程序逻辑1112能够由处理器1108访问和执行，以进行可执行以确定机器人臂的操作的指令的功能。示例性的功能包括所安装的外围设备的标定、安装的外围设备的操作、安全探测功能或者其他专用功能。在此描述的任何功能、或者用于工作单元的其他示例性功能可以通过装置1100或装置的处理器1108经由存储在数据存储器1106上的指令的执行来进行。

所述装置1100被示为包括额外的处理器1114。处理器1114可以被构造成控制装置1100的其他方面，包括装置1100的显示或输出(例如，处理器1114可以是GPU)。在此描述的示例性方法可以通过装置1100的部件单独地执行，或者通过装置1100的一个部件或所有部件来结合地执行。在一种情况中，例如，装置1100的各部分可以处理数据，并在装置1100内部将输出提供给处理器1114。在其他情况下，装置1100的各部分可以处理数据并对外地将输出提供给其他计算装置。

例如，计算装置1100可以被构造成确定所安装的外围设备相对于工作单元的标定。工作单元的工作表面的几何形状已知为所有对接区、安装点和对接模块的相对姿态。这个知识实现在安装时外围设备的标定。部分的工作表面也可以通过对接站盖来形成。在一个示例中，处理器1108可以基于安装到模块化对接区的相对应的对接模块的位置和取向并基于相对应的一个或多个对接模块的安装的外围设备的标识来确定所安装的外围设备的几何标定。

所安装的外围设备的标识可以以多种方式来接收。作为一个示例，外围设备可以利用电连接(例如，通过如图8-9所示的模块)来安装到工作单元。在这个示例中，数据可以被电地提供，该数据表示外围设备的信息。

在另一示例中，外围设备可以安装到模块上，该模块机械联接到对接区上。一组引脚或旋钮(knob)可以通过外围设备的插入来致动或抵压，并且被致动的引脚或旋钮的特定组合可以与外围设备标识相关联。例如，处理器1108可以确定该组被致动的引脚，并访问查询表，以确定哪个外围设备与被致动的引脚相关联，从而利用与外围设备或模块的无电通信来机械识别外围设备。由此，机械接口的特性可以唯一地识别外围设备，并且工作单元可以从能够由用户更新的数据库来查询几何信息。这可以实现定制外围设备的三维打印以及在该领域的工作单元的更动态延伸。

在仍进一步示例中，机械和电连接与通信的组合可以用于识别被安装的外围设备。

处理器1108可以从相应的被安装的外围设备接收相应安装的外围设备的描述，该描述包括在相应被安装的外围设备的相对应对接模块安装到模块化对接区时所安装的外围设备的几何特征。处理器1108能够基于一个或多个对接模块相对于彼此的位置并基于给定的空的模块化对接区来确定几何标定。因此，给定外围设备的描述、插入模块化区的外围设备的位置以及对接模块的取向，处理器1108能够确定工作单元的标定参数。

标定参数可以包括相应的外围设备之间的距离以及相应的外围设备之间的取向和姿态，以使相应的外围设备能够彼此相互作用。工作单元和模块化对接区的构造以有限数量的方式强制所安装的外围设备的特定取向。利用强制约束，标定参数能够从存储器中存储的一组已知的标定参数中确定或识别。作为示例，已知的标定参数可以被确定用于各参数的示例性配置的任何数量的排列，并且一旦所安装的外围设备被识别并且每个外围设备的位置被确定，能够访问存储的参数文件，以确定匹配工作单元的当前构造的相对应的参数。

在此处的一些示例中，操作可以被描述为用于执行功能的方法，且该方法可以在计算机程序产品(例如，可触及计算机可读存储介质或非瞬态计算机可读介质)上实现，该计算机程序产品包括可执行以执行功能的指令。

图12是示出用于操作工作单元的示例性方法1200的流程图。在方块1202，方法1200包括确定安装到所述一个或多个模块的对接区上的对接模块的位置和取向。在方块1204，方法1200包括确定相对应的一个或多个对接模块的安装的外围设备的标识。在方块1206，方法1200包括基于对接模块的位置和取向并基于所安装的外围设备的标识，确定所安装的外围设备的几何标定。

已经描述了包括各种部件的很多示例性模块化可重新构造的工作单元。一个示例性工作单元包括在工作单元的表面上的多个模块化对接区，所述模块化对接区支持多个对接模块以固定几何构型安装。所述模块化对接区包括多个电连接器，用于要被安装的对接模块的各种电源和通信总线，且对接模块在各自的外围设备和工作单元之间提供电和机械接口。这个示例性工作单元也包括用于联接模块化对接区之间的通信总线并向模块化对接区提供电源电路的背板以及模块化对接区内的结构特征，以使得对接模块能够以固定几何构型插入，使得对接模块相对于工作单元的取向被唯一限定。这个示例性工作单元还包括处理器，该处理器用于基于安装到模块化对接区上的相对应的对接模块的位置和取向并基于相对应的对接模块的安装的外围设备的标识来确定所安装的外围设备的几何标定。

另一示例性模块化可重新构造工作单元可以包括在工作单元的表面上的多个模块化对接区，所述模块化对接区支持对接模块以固定几何构型安装，并且各个模块化对接区包括用于要被安装的对接模块的各种电源和通信总线的多个电连接。这个示例性工作单元包括插入到模块化对接区内的对接模块，且对接模块在各自的外围设备和工作单元之间提供电和机械接口。这个示例性工作单元也包括处理器，该处理器用于基于安装到模块化对接区上的相对应的对接模块的位置和取向并基于相对应的对接模块的安装的外围设备的标识来确定所安装的外围设备的几何标定。

进一步的示例性模块化可重新构造工作单元可以包括机壳，该机壳在该机壳的表面上包括模块化对接区，所述模块化对接区支持对接模块以固定几何构型安装，且各个模块化对接区包括用于要被安装的对接模块的各种电源和通信总线的多个电连接。所述机壳也包括用于联接模块化对接区之间的通信总线并向模块化对接区提供电源电路的背板。这个示例性工作单元包括插入到模块化对接区内的对接模块，该对接模块在各自的外围设备和工作单元之间提供电和机械接口。

以任意组合利用在此描述的任何部件，也可以提供工作单元的很多其他示例性的不同构造。在示例中，工作单元提供即插即用环境，以按需要增加新的外围设备或者改变构造。例如，如果臂不能够达到所需要的区域，则臂可以被移动到相邻的开放的模块化对接区。外围设备可以在总线上描述其本身(例如，提供外围设备的尺寸、形状、所执行的功能、名称等)，使得外围设备的已知几何模型可以被确定以用于标定。

应该明白的是在此描述的布置仅用于示例的目的。如此，本领域技术人员将理解其他布置和其他元件(例如，机器、接口、功能、顺序和功能的组等)可以代之被使用，并且根据期望的结果，一些元件可以被一起省略。此外，被描述的很多元件是功能性实体，它们可以作为离散的或分布式元件实现或者与其他部件相结合地、以任何适当的组合和位置来实现，或者被描述为独立结构的其他结构元件可以被组合。

虽然在此已经描述了各种方面和实施方式，但是其他方面和实施方式对本领域技术人员而言是显然的。在此公开的各个方面和实施方式是出于说明的目的并且不意在限制，且真实的范围由所附的权利要求书以及这种权利要求所授权的等价物的全部范围所指示。也应理解的是在此使用的术语仅是出于描述特定实施方式的目的，而不意在限制。

Claims (20)

1.一种模块化可重新构造工作单元，包括：

在所述工作单元的表面上的一个或多个模块化对接区，所述模块化对接区支持一个或多个对接模块以固定几何构型安装，其中各个模块化对接区包括用于要被安装的一个或多个对接模块的各种电源和通信总线的多个电连接，且其中所述一个或多个对接模块在各自的外围设备和工作单元之间提供电和机械接口；

电气子系统，所述电气子系统用于联接一个或多个模块化对接区之间的通信总线，并向一个或多个模块化对接区提供电源电路；

在所述一个或多个模块化对接区中的一个或多个结构特征，以使得一个或多个对接模块能够以固定几何构型插入，使得一个或多个对接模块相对于工作单元的取向被唯一限定；以及

处理器，所述处理器用于基于安装到一个或多个模块化对接区上的相对应的一个或多个对接模块的位置和取向并基于相对应的一个或多个对接模块的所安装的外围设备的标识来确定所安装到外围设备的标定参数，并且，所述标定参数包括相应的外围设备之间的距离以及相应的外围设备之间的取向和姿态，以使相应的外围设备能够彼此相互作用。

2.如权利要求1所述的模块化可重新构造工作单元，还包括插入所述一个或多个模块化对接区内的一个或多个对接模块，其中所述一个或多个对接模块包括联接到一个或多个模块化对接区的电连接器，其中所述电连接器包括一个或多个弹簧加载的销连接器和金属刀片连接器。

3.如权利要求1所述的模块化可重新构造的工作单元，还包括插入所述一个或多个模块化对接区内的一个或多个对接模块，其中所述一个或多个对接模块包括一个或多个杠杆臂，以与一个或多个模块化对接区内的一个或多个结构特征相接合并在一个或多个对接模块和工作单元之间产生刚性连接。

4.如权利要求1所述的模块化可重新构造的工作单元，其中，所述一个或多个模块化对接区通过电气子系统并经由印刷电路板(PCB)卡边缘连接器或线束联接到一个或多个对接模块。

5.如权利要求1所述的模块化可重新构造的工作单元，其中，所述多个电连接包括以太网和USB连接。

6.如权利要求1所述的模块化可重新构造的工作单元，其中，给定的外围设备可以包括机器人臂、摄像机、夹持器、具有摄像机的七自由度(DOF)臂、用于评估测试下的装置的功能性的装置、用于测量测试下的装置的位置的传感器以及用于接口到外部装置的输入/输出(I/O)外围设备中的一个或多个。

7.如权利要求1所述的模块化可重新构造的工作单元，其中，所述一个或多个模块化对接区布置成M×N阵列，且其中，电源电路和处理器布置在各行模块化对接区之间。

8.如权利要求1所述的模块化可重新构造的工作单元，其中，所述一个或多个模块化对接区布置成1×M阵列，且其中电源电路和处理器布置在一行模块化对接区之下。

9.如权利要求1所述的模块化可重新构造的工作单元，还包括盖，所述盖固定到没有相对应的对接模块的给定模块化对接区上。

10.如权利要求1所述的模块化看重新构造的工作单元，其中，所述一个或多个模块化对接区是相同的。

11.如权利要求1所述的模块化可重新构造的工作单元，其中，所述处理器还从各自的所安装的外围设备接收各自的所安装外围设备的描述，该描述包括在将各自的所安装的外围设备的相对应的对接模块安装到所述一个或多个模块化对接区上时，所安装的外围设备的几何特征。

12.如权利要求1所述的模块化可重新构造的工作单元，其中，所述处理器进一步基于一个或多个对接模块相对于彼此的位置确定标定参数。

13.如权利要求1所述的模块化可重新构造的工作单元，还包括电源和中心背板电路板，所述中心背板电路板提供在一个或多个对接模块和电源之间以及在一个或多个对接模块和处理器之间的电互连。

14.如权利要求1所述的模块化可重新构造的工作单元，还包括机壳，所述机壳包括：

通过所述工作单元的表面可接近的一个或多个模块化对接区；

电气子系统；以及

处理器，

其中，所述机壳与外侧环境密封。

15.如权利要求1所述的模块化可重新构造的工作单元，还包括：

惯性测量单元(IMU)，以确定所述工作单元经历的加速度以及工作单元的取向中的一个或多个；

其中，所述处理器联接到IMU，以接收工作单元的取向和加速度中的一个或多个，并确定故障的外围设备或者外围设备与其他元件接触的指示。

16.一种模块化可重新构造的工作单元，包括：

在所述工作单元的表面上的一个或多个模块化对接区，所述模块化对接区支持对接模块以固定几何构型安装，其中各个模块化对接区包括用于要被安装的对接模块的各种电源和通信总线的多个电连接；

插入所述一个或多个模块化对接区内的一个或多个对接模块，其中，所述一个或多个对接模块在各自的外围设备和工作单元之间提供电和机械接口；以及

处理器，所述处理器用于基于安装到一个或多个模块化对接区上的相对应的一个或多个对接模块的位置和取向并基于所述相对应的一个或多个对接模块的所安装的外围设备的标识，确定所安装的外围设备的标定参数，并且，所述标定参数包括相应的外围设备之间的距离以及相应的外围设备之间的取向和姿态，以使相应的外围设备能够彼此相互作用。

17.如权利要求16所述的模块化可重新构造的工作单元，其中，所述一个或多个对接模块包括一个或多个杠杆臂，以与一个或多个模块化对接区内的一个或多个结构特征相接合并在所述一个或多个对接模块和工作单元之间产生刚性连接。

18.如权利要求16所述的模块化可重新构造的工作单元，其中，所述一个或多个模块化对接区布置成M×N阵列，且其中电源电路和处理器布置在各行模块化对接区之间。

19.一种模块化可重新构造的工作单元，包括：

机壳，所述机壳包括：

在机壳的表面上的一个或多个模块化对接区，所述模块化对接区支持对接模块以固定几何构型安装，其中，各个模块化对接区包括用于要被安装的对接模块的各种电源和通信总线的多个电连接；

电气子系统，所述电气子系统用于联接一个或多个模块化对接区之间的通信总线并向所述一个或多个模块化对接区提供电源电路；

插入所述一个或多个模块化对接区之内的一个或多个对接模块，其中，所述一个或多个对接模块在各自的外围设备和工作单元之间提供电和机械接口；以及

处理器，所述处理器用于基于安装到一个或多个模块化对接区的相对应的一个或多个对接模块的位置和取向并基于所述相对应的一个或多个对接模块的所安装的外围设备的标识确定所安装的外围设备的标定参数，并且所述标定参数包括相应的外围设备之间的距离以及相应的外围设备之间的取向和姿态，以使相应的外围设备能够彼此相互作用。

20.如权利要求19所述的模块化可重新构造的工作单元，其中，所述处理器还基于所述一个或多个对接模块相对于彼此的位置确定所述标定参数。