CN107962564A - 改进的机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种机器人系统，包括主机器人框架，主机器人框架包括为机器人系统提供控制命令的计算机化控制模块，主机器人框架包括外周边。机器人系统还包括多个子模块，每个子模块能够选择性地与主机器人框架对接，子模块各自为机器人系统提供不同的功能。子模块当与主机器人框架对接时，安装在外周边内，使机器人系统能够在封闭模式下操作，其中机器人系统的所有运动是基于外周边。

Description

改进的机器人系统

相关申请的交叉引用

本公开要求于2017年3月30日提交的美国临时申请号62/478,697、于2017年3月14日提交的美国临时申请号62/470,938以及于2016年10月19日提交的美国临时申请号62/410,062的优先权和权益，它们都通过引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及机器人系统，特别涉及被配置为执行多个自主或半自主任务中的一个任务的设备。

背景技术

本节中的说明仅是提供与本公开相关的背景信息。因此，这些说明并不意图构成对现有技术的承认。

机器人系统在本领域中是已知的。许多机器人系统需要昂贵的专用电子装置和控制硬件。设计为收集球或其他物体的机器人系统受到本身可存储收集的对象的数量的限制。具有不同的机器人周边或形状的机器人系统可能难以设计，特别是在机器人系统与不可预测运动的人的接触是可能的区域。

机器人系统可以用复杂的软件程序进行程序设计，以控制设备。

发明内容

一种机器人系统，包括主机器人框架，所述主机器人框架包括用于向机器人系统提供控制命令的计算机控制模块，所述主机器人框架还包括机身外周。所述机器人系统还包括多个子模块，每个子模块都能够选择性地与所述主机器人框架对接，子模块各自为机器人系统提供不同的功能。当与所述主机器人框架对接时，所述子模块可以安装在机器人的外周边以内，使得机器人系统能够以封闭的模式操作，其中所述机器人系统的所有运动都基于外周边。

附图说明

现在将参照附图通过示例的方式描述一个或多个实施例，其中：

图1以侧视图示出了根据本公开的示例性网球收集机器人系统；

图2根据本公开以正视图示出了图1的机器人系统；

图3根据本公开示意性地示出了一种示例性的可替换网球收集机器人系统；

图4根据本公开示出了图3收集网球的设备；

图5根据本公开示出了图3的设备，该设备在内部重新配置为弹出已经收集的网球；

图6根据本公开以局部示意图的方式展现了用于收集球的示范性子模块；

图7根据本公开展示出了被配置成充当真空吸尘器的示范性子模块；

图8根据本公开展示出在封闭模式下操作的两个示例性机器人系统，穿过专门设计的走廊，以实现机器人系统穿过复杂环境的快速移动；

图9根据本公开展示出了在开放模式下操作的示例性机器人系统，在机器人系统后面牵引车，以达到增加机器人系统的网球存储容量的目的；

图10根据本公开展示出了在开放模式下操作的示例性机器人系统，在机器人系统后面牵引车，目的是增加可以由机器人系统牵引的多个行李物品；

图11根据本公开展示出了在开放模式下的示例性机器人系统，在机器人系统后面牵引垃圾箱，目的是在必须被清理之前增加真空清洁机器人系统可以存储的碎屑和灰尘的量；

图12根据本公开展示出了示例性机器人系统，其包括呈现为机器人系统的顶部的主机器人框架结构和呈现为机器人系统的下部的子模块；

图13根据本公开展示出了示例性机器人系统，其包括主机器人框架，主机器人框架包括机器人系统的顶部和底部，其中子模块位于顶部和底部之间，并且机器人系统的整体形状为圆柱形；

图14根据本公开展示出了卡车形机器人系统，使对接能够在卡车形机器人系统的存储区上携带子模块，同时机器人能够在封闭模式下操作；

图15根据本公开展示出了形状像人体的机器人系统，其中子模块可附接到主机器人框架以便改变机器人系统的外观；

图16A-16C根据本公开展示出了被配置为收集棒球的机器人系统，包括可展开的后平台和桨轮收集机构；

图16A根据本公开展示出了处于封闭模式的机器人系统；

图16B根据本公开展示出了处于开放模式的机器人系统；

图16C根据本公开详细展示出了机器人系统的示例性内部机构，包括桨轮收集机构；

图17根据本公开展示出了包括锁定货物分发机构的示例性机器人系统；

图18根据本公开示意性地示出了示例机器人系统的计算机化控制图；

图19根据本公开示意性地示出了用作空气净化器的示例性子模块；

图20根据本公开示意性地示出了示例主机器人框架；

图21根据本公开示出了处于封闭模式的机器人系统与从外部基础设施系统获取的示例数据进行协调，以在复杂环境下对机器人系统进行导航。

具体实施方式

本申请公开了一种改进型的机器人系统。对所公开的设备的改进是多方面的。

根据本公开的装置、系统和方法，描述了一个复合机器人系统，通过各种传感器和中央处理器内部运行的智能软件，可以手动地或由机器人自身自主地改变身体部件来提供不同的功能组合。如果不同功能的子模块被插入于或者后拖于主单元，共享机器人机体提供自主轮式移动性和丰富的传感器环境，以实现特定任务。该系统可以包括在系统中的多个电子控制板，电子控制板支撑硬件和传感器逻辑，硬件和传感器逻辑是为处理和分析所有输入数据的中央软件提供数据源和处理能力所需要的，从而有助于做出下一步的决策。这些过程包括但不限于机器视觉、位置感知和区域映射、对象识别和障碍物回避、语言理解/解释和语音合成、短距离/中距离/远程通信、与人机接口软件或装备进行本地/远程交互、高效电源管理等。

机器人系统在工业、医疗、军事和消费市场等不同领域有很多种类。机械手臂在工业厂房车间装配、焊接和涂漆车辆已经非常流行。自动或远程遥控军用机器人可以去除危险物品。为附近提供安全监控的移动机器人、真空地板清洁机器人、娱乐机器人用于教育目的。所有提到的和未提及的机器人系统生产起来都非常昂贵，它们在大多数时候都保持不活动状态。成本与使用的比率相对较高。需要生产一种可以以更低的成本/使用比率的系统来执行多任务。

所公开的机器人系统通过一个共同拥有的、对各种任务具有共同的传感器和处理能力的机器人身体，为现实生活中的不同挑战提供自适应功能，以较低的成本提供灵活性和适应性。根据本公开的实施例，机器人的一部分可以被描述为主机器人框架，主机器人框架包括用于接收并向对接子模块提供命令功能的对接槽。主机器人框架可以包括处理单元和计算资源，计算资源能够向具有多种功能的多个子模块中的任一个提供命令功能。根据一个实施例，子模块可以各自包括很少的或没有计算资源，大多数或全部命令功能由主机器人框架处理。每个可分离的子模块也可以具有其自己的功能并且在没有主机器人框架的情况下执行其功能。主机器人框架和子模块之间的通信可以定义新的任务。每个子模块可以提供额外的传感器或额外的计算资源，以超出主机器人框架自身可以完成的操作而增强机器人系统的操作。

子模块和主机器人框架之间的通信可以促进许多操作，包括引导主机器人框架来定位或选择用于自动释放/组装过程的子模块。

子模块可以包括各种特征。例如，子模块可以包括轮子和/或动力，或者轮子和动力可以由主机器人框架完全提供。拖曳的子模块可以有自己的轮子来支撑自己。

根据一个实施例，包括与子模块对接的主机器人框架的机器人系统可以在主机器人框架底盘周围维持已知几何形状。在一个实施例中，机器人系统可以在封闭的几何模式和开放的几何模式之间交替，在封闭的几何模式中，机器人运转时假设机器人系统的外部几何形状由主机器人框架的外部几何形状来限定，在开放式的几何模式下，机器人运转时假设特征、组件或被拖曳的对象在主机器人框架的几何形状之外。

机器人在封闭几何模式中的操作可以包括许多优点。当可以假设外部或周边几何形状时，可以简化实现障碍物回避和寻路的编程。也可以为已知几何形状的机器人系统设计专门的运输设施或走廊，例如，使机器人系统或多个机器人系统能够在诸如机场，医院或工厂的复杂环境中快速移动。

主机器人框架可以是一个传感器富集单元，可以通过其自身进行自主决策，或者也可以由更高优先级的人机接口或设备进行远程控制。陀螺仪传感器和GPS传感器在可以获取信息的情况下可以引导单元。超声波/微波雷达、红外线传感器和磁传感器可以提供距离数据和环境信息，用于寻路和障碍物回避。激光雷达单元可以对3D空间图像提供精确的测量，帮助空间映射/估测算法。双摄像头传感器利用3D图像信息提取和距离测量来帮助识别对象。短距离通信信道，如机器人本身内的蓝牙和WIFI通信，在可能时与用于基于云的应用程序的远程客户端服务器配合使用，提供附加服务和功能，诸如长距离远程遥控功能。诸如zigbee，Lora或窄带物联网(NB-IOT)之类的中距通信信道可以执行用于家庭设备或宠物管理和跟踪的近程控制功能。中距通信也可以用作机器人到机器人的信息交换信道，以由多个机器人执行一个共同的任务。诸如2G、3G、4G、5G或任何类似信令的远程通信系统可以在本地网络不可用的时候覆盖所有的户外活动。本地基础设施中存在的传感器也可以被利用，例如由远程服务器设备监控和合成的机场航站楼中的多个摄像机用于确定人与对象之间的开放路径以供机器人系统移动，并且开放路径可通过任一揭露的通信系统而被实时地传送到机器人系统中。

主机器人系统也可以在预期的或可预见的应用中采取不同的形状。简化的系统可以使用蜂窝电话或智能电话作为主处理器。软件应用程序将通过有线或无线信道操作机器人的功能和活动。圆柱体或像人的形状、立方体形状或任何其他形状对于不同的应用都是可能的。另一种组合形式可以使中央处理器部分成为一个独立盒体，通过连接机构连接到不同支撑机器人身体，例如图12所示。这意味着需要通过手动组合方式改变身体构架来实现不同的功能。另一种组合模式是使部分中央处理器和部分传感器可以手动组装，以适应具有轮子和特殊功能的不同部件。

可以想到各种机器人系统功能。包括单个机器人框架的机器人系统可以与各种子模块对接，这些子模块可实现以下示例性功能：网球收集器、真空吸尘器、空气净化器、具有电子和/或机械锁的物料运送间。在较大的区域内，例如医院、机场、高尔夫球场等，可能需要较大的设备单元用于运送，承载有效载荷或拖动更大的装备，如吸尘器和擦拭机、行李牵引车、医疗设备运送系统，或甚至是垃圾桶等。

人形机器人是早已为人所知的。本申请公开了一种人形机器人系统，包括可互换的子模块。例如，机器人系统可以包括通用主机器人框架，并且可以为特定应用选择机器人系统性别。例如，汽车零售商可以询问一个走进经销店的人，他是愿意和男性还是和女性销售人员一起工作。在做选择后，将子模块或多个子模块快速附接到主要机器人框架上以模拟所选择的性别特征，例如面部、头发和手。

根据另一个实施例，公开了一种用于收集球类的机器人系统。球可以包括例如接近网球场的网球，使网球练习或网球比赛更有效率。球可以包括篮球，例如，使得运动者能够持续地练习罚球或三分球，而不必停下来去收集球。球可以包括棒球，例如，击球笼装置内的球或在练习场上的球。在一个实施例中，在封闭模式下操作的机器人系统可以在由主机器人框架设置的几何形状内内部存储各种球。在另一个实施例中，在开放模式下操作的该装置可以包括弹性折叠篮框(其也可以在一些实施例中被替换描述成无地板的柔性围栏收集球的机构)，弹性折叠篮框允许球在机器人系统正行驶的地上滚动，使得机器人系统不必将球物理地存储在设备内。

根据本公开的另一实施例，蜂窝电话或智能电话设备可以包括可下载的应用程序，该应用程序使插入机器人系统的智能电话充当设备的控制器。最近开发的智能手机包括令人难以置信的处理能力和安装在其上的诸如相机设备和麦克风设备的传感器。智能电话还包括从附近的蜂窝电话塔或基础设施收集的GPS或位置数据。这种控制用的智能电话可以但不一定必需在物理地位于机器人系统上。在一个实施例中，智能电话可以通过蓝牙或者类似的通信方式进行通信，以获取用于机器人系统的传感器信息，并向机器人系统远程地提供控制命令。在一个实施例中，智能电话可以位于机器人系统的圆顶形头部驾驶舱内。圆顶可以是透明的，使得智能电话可以使用安装的相机设备来收集信息。智能电话可以安装在旋转和/或倾斜的机构上，或万向节机构上，以向智能电话上的摄像机提供可控制的视角。

根据本公开的另一实施例，机器人系统可以被编程为跟随程控的用户。在一个示例中，控制器(专用于机器人系统控制的智能手机或其他计算机系统)可以被编程为跟随来自用户拥有的智能电话的位置数据。可以使用诸如照相机或超声波输入等其它传感器数据来将机器人系统保持在适当的位置，例如，在礼貌的距离而不碰撞到对象。在一个示例中，这样的机器人系统可以将高尔夫球杆运送和分配给高尔夫球手。这样的机器人系统可以包含其他程序，例如跟踪高尔夫球手在球场上的历史击球，并根据历史击球给出玩游戏的窍门或建议的球棒。如果机器人系统由高尔夫球手的智能电话控制，高尔夫球手可以离开高尔夫球场调整机器人系统的命令参数，例如说不要给我6号洞的球棒，或者提醒我避开7号洞的左侧。在另一个实施例中，机器人系统可以被编程为，在机场拿人们的随身行李，在用户步行经过航站楼时离开存储区，然后在登机前15分钟与用户在登机口门口汇合。

在一个实施例中，机器人系统的头部驾驶舱可以包括类似于计算机鼠标传感器的传感器，使得如果用户触摸头部驾驶舱的顶部，机器人系统可以通过来自传感器的方向输入从用户那里取得方向命令。

在一个实施例中，机器人系统可以包括遥控功能。示例性的遥控设备可以包括智能电话、计算机终端、游戏控制台类型的控制器，或与用于遥控模型飞机用的控制器类似的专用控制器。这样的遥控设备可以通过3G或类似的蜂窝连接与机器人系统连接。遥控信号可以直接控制机器人系统。在另一个实施例中，自身的控制器可以继续提供对机器人系统的主要控制，遥控器向机器人系统提供优先级设置或简要的覆写命令。

在另一个实施例中，所公开的机器人系统可以用作安防设备，保护家庭、办公室或其他环境免受入侵。已知的安防系统大多包括固定的运动传感器，但是机器人系统可以被编程为围绕被保护的地域进行巡逻。安防设备用户或者业主可以通过智能电话遥控设备随时接管对机器人系统的控制。机器人系统可以具有无线通信设备，无线通信设备能够联系110、120和119(在美国为911)的接线员、远程保安公司和/或家庭或办公室的所有者。

在另一个实施例中，机器人系统可以包括程序，程序用以为操作者拾取物品。例如，高尔夫球场上的高尔夫球手可能需要俱乐部会所的三明治。机器人系统可以包括程序，该程序用以传送点特定食物的订单到俱乐部的中心计算机系统，去到俱乐部会所的指定地方，通过贴近用户的设备的位置而返回到高尔夫球手身边，该设备例如在用户的高尔夫搭档的口袋里的蜂窝电话。

现在参考附图，其中图示仅用于说明某些示例性实施例的目的，而不是为了限制本发明的目的。图1以侧视图的方式示出了示例性的网球收集机器人系统。机器人系统10包括头部驾驶舱12、轮子14、收集球开口16和弹性折叠篮20。头部驾驶舱12用于接收示例性的智能电话设备，轮子14包括用于接收来自电机或类似设备传来的扭矩的至少一个轮子，弹性折叠篮20被配置为允许收集的球30在地上滚动，同时篮子20随着设备的移动将收集到的球围在机器人系统的后面。

图2以正视图示出了图1的机器人系统。机器人系统10被示出为包括头部驾驶舱12，轮子14和包括清扫或旋转鼓状物18的球收集开口16(其在一些实例中可替代地称为收集滚筒)。机器人系统10在表面周围操作以收集球30，其中，球30被置于与清扫鼓状物18接触，清扫鼓状物18沿着一方向旋转，该方向使球进入附接的弹性折叠篮中的收集区域。在一个实施例中，清扫鼓状物18可以升高或降低以最佳的方式与被收集的球接触。在一个实施例中，当释放所收集的球的时候，可以使鼓状物18向相反的方向旋转。在这样的实施例中，可以使附着的弹性折叠篮收缩，使得收集的球被迫进入反向旋转的清扫鼓状物18。

图3示意性地示出了示例性篮球收集机器人系统。机器人系统50被示出为包括主机器人框架51和安装到主机器人框架51的子模块60。主机器人框架51包括轮子58和59、视觉传感器组件52、超声波传感器组件56和腔53，子模块60可以对接或安装到腔53。主机器人框架51包括可选的前门70，前门70可以电动控制，并且可以在操作期间基于安装到机器人系统50的特定子模块60的功能来打开或关闭。

图3的子模块60特别用于收集篮球。子模块60包括使用电动主轴64可以展开或缩回的折叠球围栏62。折叠球围栏62可以包括刚性的垂直竖栏或构件65，垂直竖栏或构件65起到加强围栏62的其他柔性材料并使围栏62的其他柔性材料竖立起来的作用。当篮球穿过打开的前门70时，内部机构将篮球移动到由围栏62创建的容纳空间中。轮子58和59中的一个或两个可以被驱动，从而实现机器人系统50的受控移动。

可以在视觉传感器阵列52内使用任何数量的相机或视觉系统54，并且这样的摄像机或视觉系统54可包括在旋转或可移动的万向平台上的单个摄像机、在固定方位的多个照相机，或任何多个的组合方式。在视觉传感器阵列52上示出了示例性的可选保护性透明圆顶。

当机器人系统50完成收集篮球时，它可以从子模块60脱离并且安装另一个子模块，例如包括用于清洁篮球场地表面附近的走道的真空装置，或保养篮球场地的打蜡和抛光单元。每个模块都可以例如包括电池组，使机器人系统50能够用完第一子模块的电池电量，然后在必要时获取具有新电池电量的第二子模块。

图4示出了图3收集篮球的设备。示出了包括照相机或视觉系统54和超声波传感器阵列56的机器人系统50。另外，示出了在展开状态下的折叠球围栏62，其中一个篮球80被包含在已展开的围栏62内。前门70显示为打开状态，第二个篮球80位于要带入前门70之间的空间中。在门70的端部示出了由电动机90供电的附加的可选的旋转收集臂92，进一步用于收集和引导机器人系统50内的篮球80。

图5示出了示例性的主机器人框架接近位于子模块充电站上的子模块的过程。示出了机器人系统100，其包括主机器人框架110，主机器人框架110靠近子模块120以准备在主机器人框架110的腔130内对接子模块120。主机器人框架110包括双目相机设备112和动力轮114。腔130以一形状形成为与子模块120的外部配合。子模块120位于子模块充电站140上。在一些实施例中，子模块充电站140可以向板载子模块120上的电池提供电荷。在其他实施例中，充电站140可以额外地或可选地将物品移除或装载到子模块120上、清洁子模块120、更新子模块120内的编程命令、和/或执行与子模块120相关的其他服务。子模块120包括电力和数据接口122，电力和数据接口122配置为与腔体130内的匹配电力和数据接口132电气连接，充电站140包括一个可选的插塞单元142，用于辅助将子模块120安装在腔体130内。机器人系统100的形状、位置和物理配置都是示例性的，并且根据本发明可以使用任何数目的替代方案。

图6示出了用于收集球的示例性子模块的局部示意图。示出了子模块200，其包括电力和数据接口210、电池组220、控制模块230、旋转收集刷240、分拣输送机250和252以及内部收集槽260。子模块200为子模块的示例，其包括存储在电池组220中的自配电池电源，以及通过控制模块230可得到的计算资源。需要理解的是，电池组220或控制模块230可以从子模块200中省略，将负责电力和/或计算资源的责任交给匹配的主机器人框架。电池组220包括本领域已知的用于向子模块供电的任何可再充电电池。控制模块230包括处理器、存储器和本领域已知的用于执行编程指令的其他计算组件。旋转收集刷240是可以提供扭矩的示例性非限制性装置，例如来自本领域已知的电动机，以用于在与刷240接触时向球体或类似物体提供机械力。分拣输送机250和252各自包括由电动滚筒驱动的示例性皮带，其中皮带以相反方向旋转，皮带之间的空间被配置成使移动的输送机能够在输送机之间向上推动球并进入内部收集槽260，内部收集槽260包括示例性的可打开的外门，以使得能够卸载收集的球。

图7示出了用作真空吸尘器的示例性子模块。示出了子模块300，其包括电力和数据接口310、连接到鼓风机风扇322的鼓风电动机320和真空铲330。应当理解，旋转搅拌刷可以与真空铲330一起使用，这取决于要被真空吸尘的表面。子模块300是子模块的示例，不包括存储的自备的电池电力和计算资源，而是依赖匹配的主机器人框架来获得电力和控制命令。鼓风机322是本领域已知的旋转式风扇，其在风扇叶片324中产生低压。风扇叶片324内的低压又降低了内部垃圾箱340内的压力，这降低了真空铲330内的压力。这种较低的压力将真空铲330外部的空气抽吸到垃圾箱340中并经过风扇叶片324。这样，灰尘和碎屑可以在垃圾箱340内收集。

图8示出了以封闭模式操作的两个示例性机器人系统，其经过专门设计的走廊，以使机器人系统能够通过复杂的环境快速移动。机器人系统400A和400B各自沿着根据机器人系统400A和400B的形状配置的路径410行进。基于机器人处于封闭模式，它们的外部几何形状或包装尺寸是已知量。这意味着它们可以在路径410和天花板420之间限定的间隙空间430内在通道内移动，同时需要最小的程序设计来确定机器人系统在间隙空间430内如何移动。此外，由于已知在封闭模式下的机器人可以非常紧密地集中在同一间隙空间430内，机器人系统可以一个接一个快速移动到坡道上。这种特别配置的路径可用于多个场所。例如，航运公司可以使用大量的机器人系统从仓库或装卸设施装载卡车或飞机。机器人可以反复循环通过这些路径，将货物从中心点分配到每个单独的交通工具。类似地，机器人系统可以用于在机场航站楼内协助运送随身携带的行李，离开走过航站楼的人，在小的、专门的路径内经过航站楼，在合适的时间到达门口。

本文描述的机器人系统可以选择性地在封闭模式或开放模式下操作。图9示出了以开放模式操作的示例性机器人系统，为了增加机器人系统的网球存储容量，机器人系统后面采用了牵引车。机器人系统500只是一个示意图，它能够以封闭模式操作，但在图例中是以开放模式操作，在机器人系统500之后牵引储球车510。为了增加效用，机器人系统500进入开放模式以增加可以由系统500存储的球520的数量。然而，如果机器人系统需要切换到封闭模式，例如，需要移动到乡村俱乐部的忙碌的大厅而不碰到大厅中的人，可以把储球车510存放起来并且机器人可进入封闭模式。

图10示出了处于开放模式下的示例性机器人系统，在机器人系统的后面有牵引车，目的是增加可由机器人系统托运的行李物品的数目。在图10中示出了机器人系统500，牵引包括三件行李箱532的第一行李车530A和包括超大件物品534的第二行李车530B。为了增加效用，机器人系统500进入开放模式，目的是增加可以由系统500移动的行李的数量。但是，如果机器人系统需要切换到封闭模式，例如，需要穿过繁忙的飞机或火车站，可以把牵引车530A和530B存放起来，机器人可以进入封闭模式。

图11示出了处于开放模式下的示例性机器人系统，在机器人系统后面牵引垃圾箱，以在碎屑和灰尘必须被清扫之前，增加真空清扫机器人系统可以存储的碎屑和灰尘的量。图示的机器人系统600被配置成真空清扫的机器人系统，包括牵引的垃圾箱610和将机器人系统600连接到垃圾箱610的软管620。为了增加效用，机器人系统600进入开放模式，以增加可以由系统600收集的碎屑的数量。但是，如果机器人系统需要切换到封闭模式，例如，需要清扫封闭区域，该封闭区域不利于拉动大型垃圾箱610经过清扫的区域，垃圾箱610可以存储起来，机器人系统600可以进入封闭模式。

图12示出了示例性机器人系统，其包括呈现为机器人系统的顶部的主机器人框架和呈现为机器人系统下部的子模块。示出了机器人系统700，其包括被图示为机器人系统700的顶部的主机器人框架710和呈现为机器人系统700的下部的子模块720。在图示的实施例中，机器人系统700的轮子可以是完全位于子模块720上，机器人系统700是在每次有新的子模块与主机器人框架对接时获取新的轮子、轨道、腿部或其他的动力机制。可选地，主机器人框架可以位于机器人的底部，在不同的子模块与主机器人框架对接时，机器人系统获取新的或不同的传感器。

图13示出了示例性机器人系统，其包括主机器人框架，主机器人框架包括机器人系统的顶部和底部，子模块位于顶部和底部之间，并且机器人系统的整体形状为圆柱形。机器人系统800被图示为包括主机器人框架810和子模块820。主机器人框架810和子模块820均被配置为创建机器人系统800的圆柱体，这可以有利于没有尖角在人群中移动，并且有能力旋转就位。这样的机器人可以用于在聚会上分配茶点。示例的主机器人框架包括细长的中间部分812，中间部分812连接分别位于下方和上方的端盖814和816，并当对接时连接子模块820的圆端部分。示例的智能电话单元830被附接到机器人系统800上，提供对机器人系统800的计算机控制。

图14示出了卡车形机器人系统，使对接能够在卡车形机器人系统的存储区域上携带子模块，其中机器人能够在封闭模式下操作。机器人系统900被图示为包括卡车形的主机器人框架910和盒形子模块920。框架910的后边界912和子模块920的后边界922被配置为对准，使得当子模块920对接时，机器人系统900可以在封闭模式下操作，假定在路面上的二维行驶将引起的结果是系统900的周界与框架910的周界相同。

图15示出了形状类似人体的机器人系统，其中子模块可附接到主机器人框架上，以改变机器人系统的外观。机器人系统1000包括主机器人框架1010。框架1010包括接口1012和1014，接口1012和1014被配置为分别接受看起来像头部和手部的子模块。子模块1020A和1020B提供不同的外观，子模块1030A和1030B也提供不同的外观。在可以附接到框架1010的子模块中可建模任何数目的子模块和不同的外观，并且本公开并不打算限于本文提供的特定示例。

图16A-16C示出了被配置为收集棒球的机器人系统，包括可展开的后平台和桨轮收集机构。图16A示出了处于封闭模式下的机器人系统。机器人系统1100包括被配置为收集棒球的主机器人框架1110和子模块1120。可展开的后平台1130被显示为处于已存储的上部位置，使得机器人系统1100能够以封闭模式行动。图16B示出了处于开放模式下的机器人系统，其中可展开的后平台1130处于展开的水平位置，它能够保持存储箱1150并且将棒球1140通过开口1160推进到箱1150中。图16C示意性地示出了包括桨轮收集机构的机器人系统的示例内部机构。示出了机器人系统1100，其内部具有电动桨轮球收集器1170，包括多个径向桨叶部分1172，桨叶部分1172在旋转时，接触并推进相邻的棒球1140向上进入坡道1180，使得棒球1140被推出开口1160。桨轮式球收集器可以被描述为具有桨叶延伸部的旋转鼓状物。应当理解的是，图16的机器人系统和子模块可以收集或稍加修改就可以收集许多球，包括但不限于网球、垒球、高尔夫球、排球、足球和篮球或任何其他类似的对象。

图17示出了包括锁定货物分发机构的示例性机器人系统。机器人系统1200被示出为包括主机器人框架1210和子模块1220。子模块1220包括内部存储器和锁门机构1222，防止意外或未经授权地获取子模块1220内的物品。一旦锁门机构1222在控制下转换到打开状态，存储的物品就可以从子模块1220的内部存储区拿出来。在另一个实施例中，子模块1220可以具有升降平台或有关节的臂，以便于分发设置在子模块1220的内部存储区中的存储物品。示例性的激光雷达(LIDAR)感测模块1212可以被提供用于在机器人系统1200的环境中引导机器人系统1200。可以基于许多识别方法，包括密码、指纹、钥匙卡、语音识别、签名识别或任何其他类似的过程，来提供对机器人系统的授权访问。

图18示意性地示出了示例性机器人系统的计算机控制。示出了计算机化控制系统1300，其包括处理器设备1310、持久记忆存储设备1350、通信设备1320、传感器阵列1330、动力设备1340和通过电力和数据接口1362连接的子模块1360。

处理器设备1310包括本领域已知的用于操作编程代码的计算设备。设备1310包括RAM存储器，并且可通过连接到记忆存储设备1350而访问存储的数据。记忆存储设备1350包括任一硬盘驱动器、闪存驱动器或能够接收、存储并提供对数字数据的访问的其他类似设备。

处理器设备1310包括编程模块，编程模块包括任务模块1312、感测和运动模块1314以及子模块控制器模块1316，这些模块表示程序化的功能，这些程序化的功能是可以在处理器设备1310内执行的示例进程，但是意为这些进程的非限制性示例。任务模块1312接收操作任务的命令，例如拾取球、将对象从一个地方运送到另一个地方，或清洁特定的表面，并执行需要完成所分配的任务的操作。感测和运动模块1314监测与靠近机器人系统的表面和障碍物相关的输入，并根据所监测的输入来计划运动。子模块控制器模块1316与模块1312和1314一起协调附接到机器人系统的子模块的操作，以便实现期望的功能和完成期望的任务。模块1312、1314和1316可以包括任何相关的程序设计和相关进程，并且只是作为系统如何配置的非限制性示例。

传感器阵列1330包括任何相机、雷达、激光雷达、超声波或可向机器人系统提供有关机器人系统周围的操作环境的信息的其它类似装置。

动力设备1340包括任何可用于机器人系统在其周围环境中移动的机动化的或机械化的装置。动力装置1340可以包括锁定机构，使子模块可以保持在对接状态或者防止对子模块进行未经授权的访问。

通信设备1320包括任一无线通信系统，无线通信系统需要接收面向机器人系统的命令输入，并且提供机器人系统的状态的输出报告，例如任务完成状态、位置和电池充电状态。

子模块1360包括机器人系统的对接子模块的任一电力或数据操作要求。子模块1360通过电力和数据接口1362连接到处理器1310，电力和数据接口1362能够将子模块从机器人系统的剩余部分断开。

图19示意性地示出了可用作空气净化器的示例性子模块。子模块1400被示出，其被配置为用来过滤来自周围环境的空气流。子模块1400包括电力和数据接口1410、电池1460以及鼓风电动机和风扇单元1420。鼓风电动机和风扇单元1420从周围环境中抽取空气进入空气入口1430，推动空气经过空气过滤器单元1440，离开空气过滤器单元1440的净化空气通过排气口1450排出。子模块1400的构造是示例性的，并且根据本公开可以使用空气净化器的其它构造方式。

图20示意性地示出了示例的主机器人框架。主机器人框架1500被示出为包括计算机控制模块1520、电池1530、电机或电动机1550、摄像设备1540、被配置为接收子模块且与子模块对接的腔1560，以及电力和数据接口1510。控制模块1520包括处理器和程序，程序被配置为运作本文揭露的方法和机器人系统。电力和数据接口1510包括将机器人框架1500连接到任何一个已公开的子模块所需要的电子连接。接口1510可以包括用以保持对接子模块就位的特征，或者其它的机械锁定特征可以位于腔1560内，以将对接的子模块保持就位。电池1530可以包括用来操作整个机器人系统实现期望功能的容量，或者电池1530可以包括转换期间将机器人框架1500从一个子模块切换到另一个子模块的容量，但是依赖子模块的电池电力来操作子模块的功能。图示了两个轮轴，轮轴1556和轮轴1554。轮轴1556没有动力并可自由旋转。轮轴1554通过齿轮传动单元1552连接到电动机1550并从中获取动力。摄像装置1540通过有关节的接臂1542附接到机器人框架1500的其余部分，有关节的接臂1542使机器人系统能够根据需要在不同的操作情况下改变摄像机装置1540的视角。可以在一个机器人系统上使用多个不同的摄像装置。

图21示出了一个处于封闭模式下的机器人系统协调从外部基础设施可获取的示例数据，以在复杂环境中对机器人系统进行导航。图中显示机器人系统1600处在繁忙的环境，多个人1630显示为携带着随身物品。基础设施摄像机设备1620A和1620B显示为与远程服务器系统1610进行通信。远程服务器1610被显示为与机器人系统1600进行无线通信。远程服务器系统1610包括程序，程序被配置成使用来自摄像设备1620A和1620B的图像来合成出清晰的路径1640，机器人系统1600可以通过此清晰路径移动并避免接触和碰撞任何人1630。机器人系统1600可以从远程服务器1610获取指令，或者机器人系统1600可以从远程服务器1610获取信息，并且使用自身的程序来优先处理来自远程服务器1610的信息以及由机器人系统1600的机载传感器收集的信息，以确定清晰的路径1640。

如本发明所公开的，子模块可以承担任何数目的功能。子模块可以被配置成，拾取诸如网球或篮球等球类、真空清理地表面、投递内部存储区内的物品，诸如食品饮料或者药品(具有制冷或加温元件的子模块可用于食品和饮料)、运送行李以及通过过滤设备净化空气。还可以设想其他的功能，例如业余时间在建筑物周边进行安全巡逻、在医院的多个房间里检查病人、在大型设施中为服务狗做投食、为在工厂或其他环境中的多个静止设备中的电池充电，以及计算商店或汽车经销商的库存。公开的机器人系统可以提供任何数量的备选功能，并且本公开不受到本文提供的特定示例的限制。

本公开描述了某些优选的实施例和对这些实施例的修改。在阅读和理解本说明书后，其他人可能会进行进一步的修改和变化。因此，本公开不仅限于揭露为考虑用于实施本公开的最佳模式的特定实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (16)

1.一种系统，包括机器人系统，所述机器人系统包括：

主机器人框架，包括为所述机器人系统提供控制命令的计算机化控制模块，所述主机器人框架包括外周边；以及

多个子模块，每个子模块能够选择性地与所述主机器人框架对接，所述子模块各自为所述机器人系统提供不同的功能；

其中，所述子模块在与所述主机器人框架对接时，安装在所述外周边内，使所述机器人系统能够以封闭模式操作，其中所述机器人系统的所有运动是基于所述外周边。

2.根据权利要求1所述的系统，所述多个子模块各自包括可充电电池。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述机器人系统可以选择性地退出封闭模式并以开放模式操作，其中，所述机器人系统的运动是基于所述外周边和在所述外周边外连接到所述机器人系统的对象。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述子模块中的一个被配置为收集散落在地表面的球。

5.根据权利要求4所述的系统，还包括可展开的围栏，所述围栏可可选地缩回到所述子模块内或者延伸到所述子模块外，以持有被收集的球。

6.根据权利要求4所述的系统，还包括可展开的平台，所述可展开的平台可以被降低以支撑填充有收集的球的容器。

7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述子模块包括旋转鼓状物，所述旋转鼓状物被配置成将收集的球推进到所述子模块的内部。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述旋转鼓状物包括多个桨叶延伸部。

9.根据权利要求7所述的系统，还包括在所述机器人系统前部的打开的门。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述子模块中的一个被配置为真空吸尘器以从地板表面去除碎屑。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述子模块中的一个被配置为空气净化器，从靠近所述机器人系统的环境中移除空气，推动空气经过空气过滤器设备，并将经过过滤的空气排回到所述环境中。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述子模块中的一个被配置为分发在所述子模块的内部存储区的物品。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述子模块被机电式锁定，直至所述物品被分发。

14.根据权利要求1所述的系统，还包括多个相机设备，所述多个相机设备被配置成捕获靠近所述机器人系统的环境的图像。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述相机设备中的至少一个附接到旋转万向节设备和有关节的臂设备中的一者。

16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算机化控制模块包括附接到所述机器人系统的蜂窝电话。