CN108602189B - 机器人协作系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于机器人之间的自主交互的自动方法，其包括由运输机器人自动接收运输维护机器人的请求的动作。所述方法包括自动所述计算维护机器人的位置的动作。所述方法包括自动地将所述运输机器人移动到所述维护机器人的位置的动作。所述方法包括使用包括于与所述维护机器人附接的机械元件中的信号发射器，自动地将信号从所述维护机器人发送到所述运输机器人的动作。所述方法包括使用所述信号自动地将所述机械元件联接到与所述运输机器人附接的载体元件的动作。

Description

机器人协作系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年10月28日提交的名称为“A robotic system formaintaining,servicing,and monitoring surfaces and solar energy panels”的美国专利申请号62/247,212的优先权，所述专利申请的内容通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及机器人领域。

背景技术

机器人可以被描述为可由计算机程序或电子电路(诸如嵌入式系统等)引导的机电机器。机器人可以是自主的、半自主的或操作员控制的，并且可以执行一个或多个任务，诸如工业机器人、医疗操作机器人、专利辅助机器人、狗治疗用机器人、集体编程式群机器人、无人驾驶飞行器(UAV)无人机、无人驾驶地面车辆(UGV)无人机、无人驾驶船舶(UMV)无人机、微观纳米机器人等。机器人可以具有在执行所述一个或多个任务时为机器人的操作和/或运动提供指令的电子电路或控制系统。

机器人技术涉及机器人的设计、构造、操作和应用，以及用于其控制、感测反馈和信息处理的计算机系统。这些技术涉及可以执行一个或多个任务的自动化机器，所述任务诸如危险环境中的任务、制造过程、重复性任务、危险任务和/或类似任务。

导航机器人已经用于在功能机器人执行所述一个或多个任务的地点之间运输功能机器人。这些导航机器人和功能机器人可以组合成机器人系统，用于管理多个功能机器人并在执行任务的地点之间运输所述功能机器人。

相关技术的前述实例和与此相关的局限性旨在为说明性的且非排他性的。对于本领域技术人员而言，通过阅读说明书和研究附图，将清楚了解相关技术的其他限制。

发明内容

结合示例性和说明性而非限制范围的系统、工具和方法来描述和说明下面的实施方案及其各个方面。

根据实施方案，提供了一种用于机器人之间的自主交互的方法，其包括由运输机器人自动接收对运输维护机器人的请求的动作。所述方法包括自动计算所述维护机器人的位置的动作。所述方法包括自动地将所述运输机器人移动到所述维护机器人的位置的动作。所述方法包括使用合并到与所述维护机器人附接的机械元件中的信号发射器，自动地将信号从所述维护机器人发送到所述运输机器人的动作。所述方法包括使用所述信号自动地将所述机械元件联接到与所述运输机器人附接的载体元件的动作。

在一些实施方案中，所述方法还包括：由所述运输机器人自动地将所述维护机器人运输到新位置的动作；以及由所述运输机器人自动地从所述载体元件释放所述机械元件的动作。

在一些实施方案中，通过以下来确定所述新位置：自动定位所述新位置的区域的动作；自动地将带有联接的维护机器人的所述运输机器人移动到所述区域的动作；自动接收用于在所述区域内定位所述新位置的传感器信号的动作；以及使用所述传感器信号来自动地将所述运输机器人移动到所述位置的动作。

在一些实施方案中，所述位置和所述新位置中的一个或多个是工作表面。

在一些实施方案中，所述工作表面是选自由以下构成的组中的一个：太阳能电池板、船舶外壳、飞机外壳、车辆外壳、建筑物窗户、集中式太阳能发电设备反射镜和涡轮叶片。

在一些实施方案中，所述方法还包括在所述释放之前，将所述维护机器人自动定向成平行于所述待维护的工作表面中的一个或多个的动作，其中所述机械元件包括至少两个部分，并且其中通过所述至少两个部分的铰接来执行所述自动定向。

在一些实施方案中，自动铰接是由以下组成的组中的一个或多个：(i)通过控制器指令实时引导的主动铰接，(ii)针对预配置的表面角度的固定铰接，以及(iii)针对一定范围的表面角度预配置的被动铰接，其中所述被动铰接包括具有固定角度元件和灵活角度元件的铰接接头。

在一些实施方案中，所述方法还包括所述运输机器人自动维护所述工作表面中的一个或多个的动作。

在一些实施方案中，所述方法还包括由所述运输机器人自动定位所述维护机器人的区域，以及将所述运输机器人自动地移动到所述维护机器人的所述区域的动作。

在一些实施方案中，所述机械元件被附接到所述运输机器人并且所述载体元件被附接到所述维护机器人。

在一些实施方案中，所述信号包括识别模式。

在一些实施方案中，所述方法还包括在所述运输机器人与所述维护机器人之间自动传递电信号、电力和维护材料中的一个或多个的动作。

在一些实施方案中，所述的方法还包括自动接收对所述维护机器人的放下请求。

在一些实施方案中，所述放下请求包括位置和区域中的一个或多个。

根据实施方案，提供了一种包括一个或多个维护机器人的机器人联接系统，所述维护机器人包括机械元件，其中所述机械元件包括定位信号发射器。所述机器人联接系统包括一个或多个运输机器人，其被配置成自动接收对运输所述一个或多个维护机器人的请求。所述一个或多个运输机器人包括载体元件，其被配置成与所述机械元件自动联接。所述一个或多个运输机器人包括传感器，其被配置成自动接收来自所述定位信号发射器的定位信号。所述一个或多个运输机器人包括电动机，其被配置成自动地将所述一个或多个运输机器人从一个位置移动到新位置。所述一个或多个运输机器人包括一个或多个硬件处理器。所述一个或多个运输机器人包括一个或多个存储单元，其包括在其上编码的处理器指令。

在一些实施方案中，所述一个或多个存储单元包括处理器指令，其用于指导所述一个或多个硬件处理器自动接收对运输所述一个或多个维护机器人的请求。所述处理器指令指导所述一个或多个硬件处理器自动计算所述一个或多个维护机器人的位置，以及将所述一个或多个运输机器人移动到所述一个或多个维护机器人的所述位置。所述处理器指令指导所述一个或多个硬件处理器自动接收使用所述发射器从所述一个或多个维护机器人到所述一个或多个运输机器人的信号。所述处理器指令指导所述一个或多个硬件处理器使用所述信号自动地将所述机械元件机械地联接到所述载体元件。所述处理器指令指导所述一个或多个硬件处理器通过所述一个或多个运输机器人自动地将所述一个或多个维护机器人运输到新位置。所述处理器指令指导所述一个或多个硬件处理器通过所述运输机器人自动地从所述载体元件释放所述机械元件。

在一些实施方案中，所述机器人联接系统还包括处理器指令，其用于指导所述一个或多个硬件处理器通过所述一个或多个运输机器人自动地定位所述一个或多个维护机器人的区域，以及自动地将所述一个或多个运输机器人移动到所述一个或多个维护机器人的所述区域。

在一些实施方案中，通过以下来确定所述新位置：自动定位所述新位置的区域；自动地将带有联接的一个或多个维护机器人的所述一个或多个运输机器人移动到所述区域；自动接收用于在所述区域内定位所述新位置的传感器信号；以及使用所述传感器信号来自动地将所述一个或多个运输机器人移动到所述位置。

在一些实施方案中，所述位置和所述新位置中的一个或多个是工作表面。

在一些实施方案中，所述工作表面是选自由以下构成的组中的一个：太阳能电池板、船舶外壳、飞机外壳、车辆外壳、建筑物窗户、集中式太阳能发电设备反射镜和涡轮叶片。

在一些实施方案中，所述机器人联接系统还包括处理器指令，其用于在所述释放之前，自动地将所述维护机器人定向成平行于待维护的工作表面中的一个或多个。

在一些实施方案中，所述机械元件被附接到所述运输机器人并且所述载体元件被附接到所述维护机器人。

在一些实施方案中，所述定位信号包括识别模式。

在一些实施方案中，所述机械元件和所述载体元件适于在所述运输机器人与所述维护机器人之间传递电信号、电力和维护材料中的一个或多个。

根据实施方案，提供了一种机器人联接组件，其包括：包括定位信号发射器的机械元件，其中所述机械元件附接到维护机器人。所述机器人联接组件包括被配置成与所述机械元件联接的载体元件，其中载体元件附接到运输机器人。

在一些实施方案中，所述机械元件包括轴和凸固定元件，其中所述凸固定元件在至少一个尺寸上大于所述轴。

在一些实施方案中，所述载体元件包括引导子组件和凹固定元件，其中所述凹固定元件基本上是所述轴的所述至少一个尺寸，使得所述凸固定元件牢固地联接在所述凹固定元件内。

在一些实施方案中，所述引导子组件包括开口和两个引导元件，其中所述开口远离所述凹固定元件，其中所述开口的所述至少一个尺寸基本上大于所述轴的所述至少一个尺寸，并且使得所述引导元件形成在所述开口与所述凹固定元件之间的漏斗。

在一些实施方案中，所述两个引导元件是细长材料元件，其具有两个或更多个弯曲以限定用于将所述机械元件引导到所述载体元件中的所述开口和所述漏斗。

根据实施方案，提供了一种机器人系统，其包括：

两个或更多个维护机器人，其各自被配置成在对象上自动执行至少一个维护任务；以及多个运输机器人，其各自被配置成在多个地点之间自动运载所述多个维护机器人中的一个或多个，每个地点包括由以下组成的组中的一个：一个或多个对象、机动地面控制站、充电站、修理站和基站。

除上文描述的示例性方面和实施方案外，其他方面和实施方案通过参考附图及研究以下详述将变得显而易见。

附图说明

在参考的图中示出了示例性实施方案。通常为了呈现的方便和清楚而选择附图所示的部件和特征的尺寸，并且所述尺寸不一定按比例显示。以下列出了所述附图。

图1示出了用于在运输机器人与维护机器人之间进行联接的系统的示意图；

图2示出了用于在运输机器人与维护机器人进行联接的方法的流程图；

图3示出了用于在运输机器人与维护机器人之间进行联接的载体元件的示意图；

图4示出了用于在运输机器人与维护机器人之间进行联接的机械元件的示意图；

图5示出了在运输机器人的载体元件与维护机器人的机械元件之间的联接的示意图；

图6示出了使用维护机器人的机械元件被联接到运输机器人的载体元件的维护机器人的等距视图的示意图；以及

图7示出了使用维护机器人的机械元件被联接到运输机器人的载体元件的维护机器人的前视图的示意图。

具体实施方式

本文描述了一种用于使用两个或更多个类型的机器人(其中之一是运输机器人)来维护包含多个分开表面的域的技术。运输机器人可以在表面之间自动地移动其他类型的机器人(诸如维护机器人)以对其进行维护。描述了用于两个类型的机器人之间进行自主操作和机械交互的方法和装置的实施方案。操作交互可以使用附接到每个机器人的机械联接元件，诸如臂机械元件、载体机械元件和/或类似物，其中机械元件之间的联接提供在运输机器人与维护机器人之间的瞬时机械连接。机械联接元件可以被配置成使得一个元件上的至少一个尺寸/维度(dimention)大于另一个元件上的对应尺寸，从而使得元件可以联接在一起以通过一个机器人来支撑另一个机器人的重量。任选地，一个机械元件的至少两个尺寸大于另一个机械元件的对应尺寸。机械联接元件还可以包括交换定位信号的匹配的发射器和传感器，其改善了将运动信号发送到相应附接的机器人的联接，从而允许两个机器人之间的相对定位以使得无意外地进行联接。例如，发射器是光源并且传感器是相机。例如，发射器是无线电波定向天线并且传感器是定向接收天线。例如，发射器是声波发生器并且传感器是声传感器。

任选地，由发射器自动发送的定位信号包括对每个单独机器人来说是唯一的信令模式，由此提高了运输机器人使用唯一信令模式来定位单个维护机器人(而不是一群维护机器人)的能力。

任选地，电力、电信号、维护材料等在维护机器人与运输机器人之间被自动传输。例如，由维护机器人上的传感器收集的测量值被自动传输到运输机器人，并且反之亦然。例如，来自维护机器人上的相机传感器的值通过联接等连接被自动传输(诸如无线地)，以用于自动识别新位置以使维护机器人与运输机器人脱离。任选地，信号、材料和/或能量在维护机器人与运输机器人之间被自动传输。例如，联接元件包括用于自动传输能量和/或材料(诸如清洁流体)的电气和材料运输连接。

例如，数字通信从维护机器人被自动传输到运输机器人，诸如来自维护机器人的消息(即运输机器人释放维护机器人是安全的)。例如，在运输机器人与维护机器人之间传输清洁流体。例如，维护机器人将来自维护机器人电池的电力/能量传输到运输机器人的电池。这些自动传输可以允许机器人在联接之前、期间或之后协同合作以允许安全的拾取/运输/放下。这些传输可以允许自动系统范围内的资源(诸如能量、材料等)的优化。

任选地，运输机器人上的传感器被连接到运输机器人，使得所联接的维护机器人可以不干扰来自传感器(诸如附接到运输机器人的细长机械附件的传感器)的读数。例如，由维护机器人收集的传感器值被自动传输到运输机器人。

现在参考图1，其是用于在运输机器人与维护机器人之间进行联接的系统100的示意图。系统100包括维护机器人101和运输机器人102。维护机器人101维护一个或多个工作表面110。维护机器人包括机械元件101A，所述机械元件101A包括一个或多个发射器101B，所述发射器101B自动发射定位信号以辅助(运输机器人102的)载体元件102C与(维护机器人101的)机械元件101A的联接。定位信号由附接到运输机器人102的一个或多个传感器102A自动接收。任选地，维护机器人101包括一个或多个传感器101C，并且运输机器人102包括一个或多个发射器102B，以便进一步辅助机械元件101A与载体元件102C之间的取向和距离并且由此辅助自动联接。一旦自动联接完成，运输机器人102使用电动机102D将维护机器人101自动移动到新位置，所述电动机102D诸如一个或多个旋转翼、一个或多个船用电动机、一个或多个轮式电动机等。新位置可以是需要维护的工作表面、用于再充电/再供应的机动地面控制站、用于修理的基站等。任选地，运输机器人102自动辅助维护，诸如通过施加流体、去除灰尘等。

现在参考图2，其是用于在运输机器人与维护机器人自动进行联接的方法的流程图200。运输机器人102自动接收201运输请求，所述运输机器人102自动计算202待移动的维护机器人101的位置。运输机器人102自动移动203到所计算的位置，其中由维护机器人101自动发送204的定位信号被运输机器人102自动接收以辅助在机械元件101A与载体元件102C之间的联接205。在已联接205时，维护机器人101被自动运输206到新位置(诸如工作表面、基站、机动地面控制站等)，并且被自动释放207。

现在参考图3，其是用于在运输机器人与维护机器人之间进行联接的载体元件300的示意图。示出了透视图300A、侧视图300B和前视图300C。载体元件300包括用于对准机械元件的开口301和用于联接到机械元件的凹结构元件302。载体元件300可以包括引导构件304(任选地包括传感器)，其用于将机械元件的凸构件引导到开口301中并引导到凹结构元件302中。载体元件300可以包括传感器、电触点、流体导管和/或类似物303，以用于自动定位载体元件300并将其与机械元件对准。载体元件300包括基部305，以用于将载体元件300附接到运输机器人102，诸如附接在运输机器人102的下侧上。该联接可以允许来自运输机器人102的电力自动地为联接元件上的传感器以及任何致动器供电。它还允许将来自传感器的信息被传输到UGV和UAV。

现在参考图4，其是用于在运输机器人与维护机器人之间进行联接的机械元件400的示意图。机械元件400包括用于将机械元件400附接到维护机器人101的基部401。机械元件400可以包括任选的铰接接头402，其可以允许将维护机器人101自动定向到工作表面110的取向。例如，铰接接头将机械元件分成两个部分，一个部分接近维护机器人101并且一个部分远离维护机器人101。

针对可能处于相同取向的工作表面110(诸如太阳电池板)，铰接接头402可以被设置为处于固定/被动取向；或者针对可能处于不同取向的工作表面110(诸如车辆/船舶外壳)，铰接接头402可以被动态/主动铰接。例如，主动铰接接头可以在集中式太阳能发电设备的每个镜面上，将清洁机器人设置为处于随着镜面角度而实时确定的定向。例如，太阳能发电设备具有处于固定角度的PV板工作表面，并且铰接接头被设置为与太阳能电池板的角度基本匹配的预定角度。例如，被动取向铰接接头具有固定角度元件和灵活角度元件，其在一起允许铰接接头具有一定角度范围，由此允许维护机器人角度与表面角度之间具有轻微差异。例如，铰接接头具有固定铰接元件、灵活铰接元件和主动铰接元件的组合。

例如，被动铰接允许铰接角度具有一定的灵活性以实现安全定向。例如，当维护机器人被自动降低到工作表面上时，其轮或履带或底部中的一个或多个可能触及工作表面。机器人底部上的适当传感器将指示这种情况。然后，运输机器人可以继续将维护机器人降低到工作表面，直到所有的“底部”传感器均指示维护机器人正在触及工作表面。然后，运输机器人将通过联接元件从维护机器人自动接收释放维护机器人安全的信号。例如，维护机器人上的四个距离传感器(诸如每个拐角中一个距离感应器等)指示维护机器人与工作表面完全接触。例如，当使用被动铰接时，臂机械元件具有将来自维护机器人传感器的传感器信号传递到运输机器人的电连接。

机械元件400可以包括磁场传感器和/或发射器403、接近度传感器404和可见光信号发射器405，以用于辅助相对于机械元件400自动定位和/或定向载体元件300，使得较大凸结构元件406可以与较小凹结构元件302联接，由此允许运输机器人102与维护机器人101联接。

任选地，载体元件300和/或机械元件400可以具有细长部分(诸如细长主体)以允许安全联接。

现在参考图5，其是在运输机器人的载体元件与维护机器人的机械元件之间的联接500的示意图。较大凸结构元件406被示为联接500到较小凹结构元件302，由此允许运输机器人102与维护机器人101联接。引导构件304形成开口以辅助将凸结构元件406自动引导到凹结构元件302中。

现在参考图6，其是使用维护机器人的机械元件400被联接到运输机器人的载体元件300的维护机器人的等距视图的示意图。机械元件400附接到维护机器人101，并且载体元件300通过机械附接件601被附接到运输机器人102。

现在参考图7，其是使用维护机器人的机械元件被联接到运输机器人的载体元件的维护机器人101的前视图的示意图。维护机器人101使用取向调整元件701被联接到机械元件400。机械元件400联接到载体元件300，使得能量和/或材料可以在已联接的机器人之间被自动传输。例如，维护机器人通过联接将能量传输到运输机器人。例如，运输机器人可以在飞行、拾取、放下等期间使用采用联接的维护机器人的传感器。例如，运输元件可以使用联接来自动调整取向、形状、质心、大小、惯性矩等，以便使机器人对的运输更加容易。

可能需要频繁或定期的检查、诊断、保养、监测或清洁(统称为“维护”)的物理分离的表面的集合(“域”)的示例性应用。此类示例包括(但不限于)：

·太阳能光伏(PV)发电设备，其可以由两个或更多个太阳能PV板表面组成，从而形成各种大小的行或单元，其彼此物理分离、但又是相同发电设备的部分(诸如太阳能PV域)。可以定期对这些PV板进行检查和清除灰尘，以使得发电设备满负荷工作。

·单个或多个建筑物上的窗户形成一系列物理分离的表面，其必须被频繁清洁以使得建筑物和窗户是有视觉吸引力的并且使得窗户起作用(即，允许实现设计的透明度)。

·集中式太阳能发电(CSP)设备可以由许多反射镜组成。每个平面或曲面反射镜可能需要定期维护以便在最大功率容量下工作。

·用于正确起作用(例如，以减小与空气或水的摩擦)的船、飞机和车辆的外壳，这些外壳可以被定期清洁、除冰、用适当材料进行处理等。还可以检查工作表面是否存在可能干扰其操作的开裂、裂纹、材料缺陷或其他损坏。可以维护工作表面以保持其视觉吸引力(例如，着色、清洁)。

·产生电力的空气/风力涡轮机的叶片构成可彼此分离的表面。这些表面需要定期维护以保持高效的发电并防止故障。

为了更清楚地说明，虽然本文的示例涉及仅在形状、大小和方位方面变化的表面，但本发明还涵盖包含在其他特性方面变化的表面的域。

存在可能需要维护(诸如频繁或定期的检查、保养、监测或清洁等)的物理分离的工作表面的表面集合(诸如太阳能领域)的许多示例。例如太阳能光伏(PV)发电设备可以由两个或更多个太阳能PV板表面组成，从而形成各种大小的行或单元，并且其彼此物理分离但又是相同域的部分。可以定期对这些太阳能电池板进行自动检查和清除灰尘，以使得发电设备满负荷工作。

自动机器(诸如机器人)可以被构建成维护单个表面，但是可能难以构建可有效地维护单个表面并在域内的表面之间移动的机器人。特别是在多个表面物理分离的情况下。为了克服由于机器人在表面之间的移动的机械和能量需求而引起的困难，可以使用运输机器人与维护机器人之间的联接组件。

本文描述的实施方案的各方面的方法动作可以被自主执行和/或作为被自动预配置到机器人的指令。任选地，机器人自动存储自主交互的先前记录，以便自动将校正指令应用于未来交互(诸如对速度、加速度、距离等的改变)。例如，当运输机器人自动释放维护机器人导致了高于阈值水平的可听见的声音时，可以针对更小的释放距离值对用于自动执行释放的距离传感器进行校准。任选地，机器人在执行其任务时是自主的，诸如通过根据每个自主场景自动执行一系列步骤。例如，机器人在其集体表现(collective performance)中是自主的。任选地，机器人在执行其任务时是部分自主的并且部分地由人类操作员远程操作。任选地，人类操作员可以诸如基于试探、经验、标准操作程序、安全要求等来超控机器人群的自主行为。任选地，自动方法动作可以被人类操作员超控，并且由机器人记录以改善工作表面、机器人、任务等的性能和安全性。

以下是术语表。

在本文中，术语“机器人”用于指代无人驾驶的车辆/交通工具(vehicle)机器人和/或系统，其在空气、水、地面、真空(诸如外太空中)、这些的任何组合和/或类似物中/上依靠其自身动力移动。系统可以是由人员远程引导的、自主(自动)的或半自动的。

在本文中，术语“维护”用于描述机器人为了保养、诊断、监测、检查、改进、维修表面或其他机器人或以其他方式使其受益而采取的任何操作。例如：清洁；即远程或通过物理接触应用化学处理；使用可见或不可见光谱中的波频率来进行成像(例如，包括热成像和其他形式的红外成像)；使用传感器或有效载荷来进行测量(例如，用于检查目的)；部署与维护接收方(机器人或表面或两者)相关的有效载荷；往后/向前传递通信；向和/或从接收方传输电力(例如，用于充电和再充电)、燃料(和再加油)或材料；建立至机器人或表面的物理连接；修复损坏或故障等。

通用术语“维护操作(servicing)”还包括“再充电”，其用于描述将机器人对接到充电站中的操作，即将其放置成充分靠近专用装置，在所述专用装置中可以对其进行再加油、再充电或以其他方式向其传输电力以使得其可以参与稍后的操作；任选地，所述装置还可以提供对元件的存储、保护等。也可以使用至不同机器人的物理连接来进行再充电，即当一个机器人对另一个机器人进行再充电时。无论在哪里以及如何进行再充电操作，为了简洁起见，术语“对机器人进行充电”可以既指机器人传输能量也指站点传输能量。

通用术语“维护操作”还具体包括“监测”和“诊断”，其用于指代识别可通过感测装置直接测量或者可通过处理来自感测装置的输出和/或组合此类输出来间接测量的任何规模的部件或子系统或整个系统的状态。任选地，监测还包括用于区分标称(正确的、可接受的)状态与错误(异常、不可接受的)状态的计算。

“维护机器人”可以适于将这里限定的维护应用到表面。

“运输机器人”可以适于运输维护机器人。它也可以运输其他运输机器人。从以下意义来说运输机器人也可以是维护机器人：它们也以适于在表面或其他机器人上执行维护。

术语“安全”用于描述不会伤害或损坏所涉及的机器人和表面、也不伤害或损坏其他对象的操作。

术语“拾取”用于描述安全且受控地建立在多个机器人之间的物理连接，使得一个或多个机器人(“运输机器人”，其中之一至少是运输机器人)的任选后续移动也移动其他机器人(“维护机器人”)。所有机器人一起形成“集团”。为了说明，集团不是由运输机器人和被动对象(诸如表面)形成的。它只能在机器人之间形成。

相反，术语“放下”用于描述通过机器人之间的物理连接的安全且受控的脱离来安全且受控地解散集团，使得集团中涉及的所有机器人可以继续彼此独立地移动。

术语“表面维护任务”用于描述执行给定表面的维护的一个或多个机器人的操作。

术语“运输任务”或“运输”用于描述以下序列：安全且受控的拾取，随后是所得集团的运动，以及放下。当集团处于运动时，机器人也可以在一个或两个方向上参与维护操作。

术语“集团维护任务”用于描述以下序列：安全且受控的拾取，集团中的机器人之间的维护操作(在一个或两个方向上)，以及放下。

术语“运输机器人任务”用于描述未连接到其他运输机器人(不是集团的一部分)的单个运输机器人的安全且受控的运动。

在这里，术语“联接机械元件”用于指代有助于集团中的机器人之间的物理连接的元件或机构。

在这里，术语“臂”或“臂机械元件”用于指代有助于集团中的机器人之间的物理连接的臂状机构。

在这里，术语“载体”或“载体机械元件”用于指代有助于集团中的机器人之间的物理连接的臂或机构的接收元件。

联接

通过一个机器人来拾取、放下、维护和移动另一个机器人的挑战可能与拾取、放下、维护被动货物(例如，包裹)和随被动货物移动不是相同的：

例如，不同类型的机器人可能需要特殊的硬件和软件以协调其动作。对于运输和集团维护任务，所有机器人可以同时位于相同位置，并且处于适于联合任务的操作状态，而不会损害表面或站点/站(station)。例如，对于机器人拾取任务，运输机器人可以放置和识别维护机器人并且对其自身进行定位，使得可以使用联接元件来连接维护机器人，而不会在表面上施加破坏性压力。例如，运输机器人可以不将其自身重量增加到已经位于表面上的维护机器人的重量。

例如，在机器人放下期间，运输机器人可以放置和识别目标表面或站点，并且可以将维护机器人精确地定位在该表面上，而不会在该表面上施加破坏性压力。换言之，在到达表面时，运输机器人可以不将其自身重量增加到维护机器人的重量，并且可以不允许重力或自然力将维护机器人移动到表面(例如，即使是从较小距离，维护机器人也不会掉落到表面上)。

例如，为了进行运输和集团维护操作，可以使用联接元件来主动形成物理连接，使得运输机器人和维护机器人可以一起移动，并且诸如通过经由机械元件传输数据值来协调其拾取/放下/维护。例如，机械元件包括用于传输传感器信息、位置信息等的数字和/或模拟电连接。

以下是对机器人维护操作系统的描述。

任选地，机器人维护操作系统由以下组成：多个机器人、一个或多个控制站、一个或多个充电站(其也可以是控制站)以及用于存储机器人的一个或多个基站(其也可用作充电站或控制站)，所述机器人可以用于维护表面。系统可以由若干部件组成：

·运输机器人。

·维护机器人。

·其中可以根据需要对机器人进行维护、再充电(再加油)和再供应的基站。

·控制站。

·修理站。

·机动地面控制站。

这些部件可以形成机器人的集团。机器人可以执行计算以处理输入、做出判定、彼此通信和/或控制站点和/或基站。

控制站/基站/充电站，其中手动或计算过程可以运行以控制和监测域、表面、其他站点和/或机器人。所述站点也可以彼此通信并与机器人通信，并且可以代表其自身执行计算。

系统可以采用来自机器人和附加信息源的输入来识别表面的状态(历史地、当前地和预计地)。同样，系统可以采用来自机器人和其他源的此类输入来识别机器人、基站和控制站的状态。所识别的状态可以呈现给控制站中的人类操作员，或者可以被用作自动化过程的输入。

基于(当前、历史和预计)状态的信息，系统可以基于优化标准做出关于哪个机器人做什么以及何时做的建议。建议可以由系统自主地进行适配，或者可以将其呈现给人类操作员以进行审查、修改、执行和/或对执行的批准。也可以在控制站处进行该呈现。系统可以调整(或允许人类操作员本地或远程调整)其优化标准。

控制站可以允许人类操作员监测机器人的自主操作，监测机器人本身的状态，通过引导、命令或远程操作机器人来干预机器人的操作，监测正在被维护的表面，以及引导系统在操作模式之间进行切换，如下所述。操作员可以考虑修改、添加或移除优化标准。

自动机器(机器人)可以被构建成维护单个表面，例如在本文的示例中。然而，构建以下机器人可能是有挑战性的：所述机器人可以有效地维护单个表面并且在域内的表面之间移动以使得它可以维护物理分离的多个表面。该困难可能是因为在表面之间的移动的能量要求，所述移动消耗针对维护而保持的能量，或者可能是因为在表面之间的运动需要机械装置，这可能使得无法进行、或效率低下地进行、甚至阻碍在表面上的运动(例如，在船舶外壳之间在水中移动)。

这里描述了使两个或更多个类型的机器人进行交互以维护包含多个分离表面的域的方法。维护机器人可以维护单个表面或多个表面，所述多个表面可以彼此充分靠近以使得机器人可以靠自身到达这些表面。运输机器人可以能够在维护机器人靠自身不能到达的表面之间运输一个或多个维护机器人或其他运输机器人。运输机器人也可以从基站运输维护机器人和其他运输机器人以及将其运输到基站，在所述基站中可以对维护机器人和其他运输机器人进行维护、再加油或再充电、保养和/或存储。以此方式，可以克服表面之间的分离，而不需要可以既维护表面又将其自身从一个表面移动到下一个表面的昂贵且复杂的机器人。也就是说，运输机器人可以辅助维护机器人和/或亲自维护表面。

机器人系统可以包含若干种不同类型的机器人，其中第一类型的机器人旨在用于维护表面，并且其他类型的机器人可以运输或维护第一类型和/或彼此。机器人的类型通过以下中的一个或多个来进行区分：其特征形状、机械特征、计算能力、感测能力、有效载荷、致动能力、在不同介质(诸如空气、水、地面、真空等)的边界中或边界上的移动性以及其维护其他机器人或表面的能力。运输机器人可以通过其运输一个或多个其他类型的机器人的能力来进行区分。

定位包括至少三个过程：集团形成(拾取)、集团解散(放下)和集团运动(即，在运输活动中)。这些过程可能要求运输机器人和维护机器人参加将要以受控且安全的方式执行的任务。

在一些实施方案中，考虑到表面的安全性。例如，在进行拾取时，运输机器人会不对表面施加破坏性压力，并且因此在大多数应用中禁止运输机器人触及表面，因为运输机器人的质量过重而使表面无法承受。例如，在进行放下时，维护机器人可以刚好定位在表面上；它会没有利用重力、风力或水流来掉落到所述表面上。否则，由于维护机器人的质量通过源于自然力的加速度来撞击表面而引起的力会损坏表面。或者，此类力甚至可能将维护机器人从表面移离(例如，在将外壳维护机器人在船舶外壳上放下时，在维护机器人与外壳之间可能发生实际接触，否则水流可能将其带走；同样，在窗户清洁机器人处于窗户上的位置的情况下，除非其接触窗户，否则重力可能将其拉下)。例如，在进行运输时，机器人在运输机器人的动力下一起移动。维护机器人(诸如质量、形状等)与运输机器人的机械联接影响运输机器人控制其移动的能力，并且因此可能使表面处于损坏的风险。该重要约束可以被称为“表面安全约束”或“安全约束”。

一些解决方案可以在运输机器人上使用接近度(或距离)传感器，从而测量运输机器人与相关表面之间的距离。然而，这些传感器可能无法准确测量距离，并且因此，运输机器人可能无法准确识别其相对于目标表面的位置。这会可能通过运输机器人与表面碰撞或者通过导致维护机器人与地面之间的碰撞而损坏表面。

以下是这些困难的几个实例。例如，UAV运输机器人可能试图使用向下指向的激光测距仪来测量与其下方对象(诸如表面、机器人、突起等)相距的距离。然而，激光测距传感器在与玻璃表面(诸如透明PV表面)一起使用时容易出错。例如，激光传感器通常透视它们，或者当工作表面是半透明的时，工作表面可能反射回激光并且给出错误读数。

例如，运输机器人可以使用超声波传感器，所述超声波传感器使用声音/压力波来测量距离。然而，声波的准确度会随着测量与其相距距离的表面的角度以及相对于传感器的角度而改变。例如，在角度非90度的情况下，其测量的距离读数可能具有非常大的误差，诸如百分之10-20的误差。

例如，运输机器人可以使用红外传感器，以便使用红外频率范围内的反射光的强度来测量距离。然而，红外传感器的测量值随着表面温度而改变，并且也受环境温度的影响。这些因素可能导致测量距离的较大误差。

例如，运输机器人可以使用连接到伸缩机械附件端部的接触传感器或附接到运输机器人的探针，其长度可以被动态改变。通过朝着表面挤压叉臂并且在接触传感器指示已经到达表面时测量其长度，可以测量与表面相距的距离。然而，即使这样，叉臂的估计长度中也存在误差。此外，在有限操作范围方面以及在外部机械装置影响运输机器人的形状、质量和可操作性的情况下，均存在对这种叉臂的显著限制。

例如，运输机器人可以使用具有重叠视场的若干相机，以便使用立体观测原理来估计表面与运输机器人相距的距离。然而，这取决于能够识别由相机产生的图像中的共同特征。对于干净的全白色表面，在不存在此类特征的情况下，准确测量可能是困难的。附加地，具有许多相同特征的表面可能混淆立体观测算法并且导致错误测量。例如，在光伏板表面的拐角和线看起来相同的情况下。

例如，运输机器人可以使用投射光模式(诸如在红外频率范围内)，并且处理来自捕获投影的相机的图像以识别可根据其测量距离的失真。这种方法可能容易受到外部光源(人造光源或自然光源)的影响，并且还可能受到表面和环境的温度的影响。

除了在本文中讨论的困难之外，许多方法可以提供在单点处的距离测量值。例如，为了估计表面的角度以进行放下，当维护机器人可能被对准到表面的角度时，可以同时测量多个点，并且维护机器人和/或运输机器人可以将其自身对准到表面以避免任何影响。这可能是困难的或不可能的(例如，由于运输机器人与表面之间的可能碰撞，或者由于整个集团的运输机器人的有限可控性，例如在风力或水流下)。

在此描述了用于单个运输机器人(运输机器人)和单个维护机器人的程序，但所述程序易于扩展到多个运输机器人和/或多个维护机器人。

以下是对机器人系统的主要组件的详细说明。

运输机器人可以是使用机械载体元件来运载其他机器人的机器人。运输机器人可以包括能够飞行的无人驾驶飞行器(UAV)。此类运输UAV的实例包括但不限于固定翼和旋转翼飞机，诸如(但不限于)飞机、直升机、四翼直升飞机、六翼直升飞机和八翼直升飞机以及能够竖直起飞和/或竖直着陆的其他飞行器。运输机器人还可以包括能够在水面和/或水下运动的无人驾驶船舶(UMV)。此类运输UMV的实例包括但不限于无人驾驶艇、潜艇、海上滑翔机、水陆两用机器人等。运输机器人还可以包括能够在坚硬表面和/或地下运动的无人驾驶地面车辆(UGV)。此类运输UGV的实例包括但不限于有腿机器人、轮式机器人、履带式机器人、组合平台运输地面机器人(例如，轮和履带的组合等)等。

维护机器人可以是维护表面和/或其他机器人的机器人。维护机器人可以使用机械联接元件被联接到运输机器人。

任选地，运输机器人可以协助维护表面。例如，表面维护是在表面上喷洒流体。另一个实例是使用旋转、移动或固定的刷子擦拭表面。协助表面维护的运输机器人的一个实例是使用由UMV产生的水流来将污垢从船舶外壳表面移开或使其松动。类似地，另一个实例是使用由UAV的下向通风产生的风力将灰尘从面板吹走，或使用UAV在表面上喷涂清洁材料。一个不同的实例是使用UAV将能量传递到UMV(这是一个运输机器人维护另一个的实例)。

一般来说，机器人可以通过一个或多个硬件处理器执行计算过程以用于其自身的控制，并且还可以代表其他机器人执行计算过程，以便为其他机器人生成控制命令等。

任选地，机器人可以被构造成其外表面覆盖有主动或被动地拒绝灰尘和/或允许再充电电源免于与其移动所处的环境进行光交互、热交互或化学交互的材料。所有的机器人可以构造成使得保护它们免受环境的损害。

为了相对于目标表面找出其自身位置(定位其自身)，机器人可以使用标准源，诸如基于卫星或地面的无线电定位服务(诸如GPS、DGPS)，或专用于目标表面或该表面和其他表面所处的大体区域的其他感测辅助设备。例如，无源标记可以响应于外部电源或辐射源，诸如彩色标记、反光射标记、射频识别(RFID)标签等。这些无源标记可以被预先放置在大体区域中或工作表面上的各种位置。例如，有源标记可以发射功率或辐射，诸如光源(可见和不可见)、声音(人类可听见或听不见)、电磁(无线电)波等。这些有源标记可以被预先放置在大体区域中或工作表面上的各种位置。

通过使用能够感测这些标记中的一个或多个的主动或被动感测装置，机器人可以找到其自身在大体区域和/或目标工作表面内的位置。此外，机器人可以使用感测装置以便在其移动时通过测量距离、加速度等来跟踪它的位置。例如，相对于表面和地面的反射或电磁场强度。例如，使用来自表面的反射的变化来监测它们，或者找到它们的位置。例如，通过区分来自地面的标记，并使用图像(在人类可见或不可见的频谱中)来识别具体位置。用于此类找到位置的一个示例性过程被称为SLAM(同时定位和地图构建)。

可以保护机器人免于与地面或表面的冲击，或免于以不受控制的方式沉入水中，以及免受碰撞，以致不妨碍机器人的飞行能力以及机器人维护和监测表面和其他机器人的能力的方式。此类保护的实例可以包括使用降落伞、液体袋、气囊、加压空气或液体、泵、漂浮装置、围绕机器人的半刚性丝网(诸如金属、塑料或其他材料)等。

机器人可以包括通信设备，所述通信设备允许对所述机器人进行命令、控制、引导和/或从控制站远程操作。机器人也可以代表其他机器人，充当路由器或中继器，来传输通信。

机器人可以与提供维护、再充电、存储等的站点(诸如基站、修理站、充电站等)对接。站点本身可具有基于太阳能、风力或水流的发电设施，从而减小或消除其对外部电源的依赖。基站被构建成使得运输机器人可以将维护机器人转移到其上(即，可以将维护机器人定位成处于对接)，和/或(所有类型的)机器人可以与其对接。在被对接时，可以以多种方式对机器人进行维护(例如，同时进行清洁和再充电)，或者可以简单地存储机器人。

对接机构可以利用重力和其他环境力(例如，风力、水流)来辅助固定对接，使得机器人可以进行对接，而其在对接方面花费的自身能量较少。例如，具有已耗尽电池的UGV机器人可以与基站对接以用于进行维护和再充电。

对接机构可以允许识别当前对接的车辆。基站可以包括一个或多个对接位置，使得一个以上的机器人可以能够对接和/或存储在相同的基站。基站可以关闭并密封其自身，从而防止污垢、风、水、湿气、灰尘、沙子或任何污染物，以保护对接的车辆免受其影响。也可以手动关闭和密封基站。

基站可以通信至控制站，并且可以彼此通信，以及可以报告其状态。例如，对接什么车辆，每个已对接车辆的状态是什么，进行对接的时间，关于每个已对接车辆的维护何时可能终止的预测等。例如，当前有多少个开放对接口可用于与车辆进行对接，当前使用多少对接口，可以对接的机器人的类型，可以向每个已对接机器人提供哪些维护，可以在开放对接口中提供哪些维护等。

控制站用于命令、控制和协调本文讨论的所有不同系统。控制站可以与各种机器人进行通信以命令他们，将来自任何机器人、基站、充电站或控制站的消息传递到任何其他机器人、基站、充电站或控制站。控制站也可以代表机器人运行计算过程，或运行监测过程和映射过程，从而自主地分析结果和/或将其显示给操作员。

控制站可以从机器人、表面、其他信息源和各种类型的站点接收数据，以便实时或非实时地识别表面、机器人和站点的状态(历史地、当前地和预计地)。表面和机器人及站点的状态可以包括利用机器人的识别来实时或非实时地(例如，过去窗口内的统计数据)识别：所有类型的全部机器人的位置和状态、与表面域的关系、维护水平、维修水平、充电水平、节能/输出效率。该信息可以用于执行诊断和故障检测过程、异常检测过程以及与机器人的正确操作有关的其他处理。

所识别的机器人状态可以被呈现给控制站中的人类操作员。一个或多个专用显示器和屏幕可以用于显示信息、状态和所有过程结果(监测、映射、诊断、故障检测、维护状态、机器人和站点状态等)。显示器可以使用任何类型的可视化技术(诸如显示数字和/或形状和/或文本和/或颜色)，以便更好地将要呈现的信息传送给人类操作员。

控制站软件、机器人和所有站点可具有应用程序编程接口(API)，其允许添加功能、传输来自各种源的新数据、获得可用于控制站或任何机器人和其他站的信息以及传输信息。

将数据从控制站传输到机器人以及反之亦然可以直接从每个机器人到所有其他机器人以及到所有站点进行，并且反之亦然。机器人可以充当消息路由器以改善通信能力和/或带宽要求。以此方式，来自机器人或站点A的消息未直接传输到B，而是通过一个或多个中间机器人/站点，诸如C1…Cn。

总体而言，系统的目标可以是通过依靠运输机器人将维护机器人运载到站点和中间表面/从站点和中间表面运载维护机器人来有效地维护表面。运输机器人也可以彼此维护，但这是次要功能。系统采用管理系统的所有部件(机器人和各种工作站)的算法。任选地，算法还管理表面，这依靠在控制站中聚集的其已识别状态。算法可以考虑来自系统的任何部件、外部信息源和表面的可用于机器人和各个站点的经处理和未经处理的信息的全部或子集。算法可以考虑上述的过去信息的任何子集，并且还包括先前做出的建议以及人类操作员和任何系统组件(机器人、站点、表面)的响应。

算法的输出可以涉及关于以下的建议：机器人的未来运动轨迹、机器人的未来位置、对机器人和站点的任务(维护、监测、对接等)分配、各种系统的模式(例如，重置或默认操作模式、映射模式、任何类型的维护模式等)。建议还可以包括分配机器人以拾取或维护其他机器人。因此，多个机器人可以收集、存放(例如，存放到基站中)和维护其他机器人。

这些建议可以跨越多个重叠的时间范围(从几毫秒到数天)。建议可以根据需要而可供站点和机器人使用，并且(通过显示器或其他人类可读通信方式)可供人类操作员使用，诸如用于远程操作。建议也可以由系统自动或半自动地执行。人类操作员可以随时干预、修改、取消、批准、修订建议。

在创建建议时，算法可以考虑机器人、表面和站点的维护和监测需求。它们可以使建议基于：对维护和/或监测任何部件的需求、人类操作员的过去或当前命令或者他/她的愿望(通过某种人机接口传送给系统)、可能检测到的故障或异常(和/或其诊断)、天气信息和其他外部信息源等。

运输机器人可以维护以及拾取/放下维护机器人。允许这一点的机构(诸如机械元件)可以附接到运输机器人和维护机器人。也可以包括另一个机器人上的相互配合元件，诸如凸结构元件和凹结构元件。联接元件允许机器人形成一对，其被牢固地联接，例如足以用于表面之间或者表面与站点之间的运动。机械元件可能不需要来自维护机器人的有源(带电)参与，因此即使在维护机器人没有或几乎没有电力时，所述机械元件也可以工作。

当维护机器人通过联接元件被连接到运输机器人时，其可以由运输机器人维护，例如被再充电或被再供应维护材料(例如，清洁材料)。反方向(即维护机器人维护运输机器人)也是可能的。例如，维护机器人可以将材料或电力转移到运输机器人。

联接元件由运输机器人或维护机器人或两者激活。它也可以由对接站触发(以锁定或释放)，使得当运输机器人将维护机器人带入对接站或基站中时，锁定机构可以被自动释放和/或适当信号可以被发送到机器人和对接站(或基站)。

系统可以利用机器人来识别和定位需要维护或更详细监测的目标表面和大体区域。这种识别也可以在连续、持久或重复的基础上进行以便提供对表面的监测，从而识别其状态改变。为此，系统(任选地通过控制站)可以：

·适当地命令运输机器人在一定高度(对于UAV)或深度(对于UMV)或者在其感测范围延伸以覆盖更大区域的距离上移动。

·命令机器人报告可指示表面需要维护的传感器读数。传感器读数(例如，图像)可以被实时或非实时地传输或以其他方式传送到控制站。在那里，可以使用自动化器件或人类输入来评估感测区域中的维护需求。

上述程序也可以用于识别表面的物理损坏或窃用，其形状、取向、位置等的改变。

为了确定目标表面区域是否需要维护，可能以不同的方式使用任何数量的传感器模态。例如，录像片段以及使用图像处理、可见光或不可见光(IR、UV)相机、激光器、声音响应(声呐)等。可用于识别需要维护的表面的示例性方法包括感测电磁场、其光(可见光和不可见光)反射、其热反射、声音响应等。

管理异构机器人队伍以最大化其维护表面的能力可能遇到两个问题：

·调度拾取活动和放下活动：哪些运输机器人在何时何地(哪个表面或站点)拾取哪些维护机器人，以及在何时何地(表面或站点)所述运输机器人放下所述维护机器人。

·定位：机器人在形成集团(拾取)、解散集团(放下)和集团运动(集团运输活动)时的实际协调，以使得它们是安全的(对于所涉及的表面和机器人)。

以下是对系统所保持的并且提供给用于计划、调度、监测和执行域内表面维护的算法的信息的描述。

可能以几何学、逻辑学、拓扑学等方式表示域和其内包含的表面。域和表面的几何表示意味着表示每个表面的二维(2D)或三维(3D)特征。例如，使用多面体(3D)或多边形(2D)以便在给定误差极限内表示表面。另一种方法可能仅存储表面上的某些点的2D或3D坐标，或存储限定表面边界及其在空间中的位置的线段的2D或3D坐标。域可以由经缩放的多边形(多面体)表示，所述多边形(多面体)环绕所有表面表示连同任何附加的相关联结构(例如，控制站、对接站或基站、燃料和储存设施、周边道路、最大允许高度或最大深度等)。或者，其可以由构成域的2D/3D点坐标的集合或者对应于其内部结构的线段或几何表面的参数和/或坐标表示。域中的每个2D或3D点被唯一地分配几何表示中的一个点，并且反之亦然。因此，几何表示是域和表面的经缩放的度量映射(2D)或模型(3D)。

域和板的逻辑表示可以涉及为向每个板和站点、向每个对象和结构分配潜在唯一标识符(字符串和/或数字)，使得在给定域中或其几何表示中的点的情况下，该点所属的对象的标识符(如果有的话)是已知的。此外，标识符可以区分不同的对象：来自道路的板、来自站点的板等。当点处于自由空间时(即，不与任何对象相关联)，它可以被分配将其区分为自由的标识符。任何点可以被分配将其区分为禁止移动通过的标识符，从而指示机器人可能在轨迹上无法移动通过该点。因此，对象内的点可以被区分，但是自由空间点也可以被分配此类标识符(例如，以表示其中没有机器人可以移动的区，即“禁飞区”)。域的逻辑表示可以是空间中的每个点的标记，使得不同的对象和自由空间可以被区分并且可以被识别。

域和表面的拓扑表示涉及创建由顶点和边组成的数学图表，所述顶点和边表示域上的对象及其物理连接。在域中或者在域及其组成对象(其可以是相同对象的一部分)的几何表示或逻辑表示中的点可以由被分配所有点共有的标识符的单个顶点表示。此类对象不包括自由点。因此，每个顶点表示域中的一个对象。与每个顶点相关联的附加信息可以包括：维护或其处理产品的记录、在各种条件下的维护持续时间的估计、(针对每个维护类型)直到重复每个维护类型的预期时间的预计、关于故障时间的预计等。表示用于运输任务或集团维护任务的运动路线的交叉的顶点可以是域拓扑表示的一部分。

当域中的两个不同对象之间存在运输路线时(即，存在连接两个对象并且集团可行进通过的相邻自由点的序列)时，则可以将一条边添加到图中，从而连接表示两个对象的两个顶点。路线的度量长度可以在该边上标出，与计划可利用路线的运输集团任务和集团维护任务有关的其他信息也可以被标出(例如，在地面上时的道路宽度、路线的曲率和绝对角度、所允许的移动速度、对不同类型的机器人的可接近度等)。当路线上仅允许沿单个方向的运动时，路线被认为是方向性的，并且方向与该边相关联。否则，当在边之间允许沿两个方向的运动时，则创建双向边，即每个方向上有一个边。当对象之间存在多个不同路线时，它们可以由对应顶点之间的不同边表示。以下描述了对路线的存在和特征的确定。边也可以表示对象之间的物理分离，而不是对象之间的机器人运动的可能性，即非路线。

确定哪些路线对于集团运输任务来说是可行的(存在)可以自动完成、手动完成或这些的组合。过程为所有可能的集团组合物和运输机器人生成可行路线。一般来说，可以区分若干类型的可行路线：

·使运输机器人其自身从它们被再充电、获取维护或被存储的站点移动或移动到上述站点的路线。

·使运输机器人其自身从服务机器人可以被再充电、获取维护或被存储的站点移动或移动到所述站点的路线。

·使集团(即，包括通过联接元件物理连接到维护机器人的一个或多个运输机器人的多个运输机器人)在表面之间移动的路线，即用于其中起始位置和目标位置与表面相关联的运输任务的路线。

·使集团(即，包括通过联接元件物理连接到维护机器人的一个或多个运输机器人的多个运输机器人)在表面以及站点(例如，用于再充电)之间移动的路线，即用于其中起始位置与表面相关联并且目标位置与站点相关联的运输任务的路线(或反之亦然，即从用于再充电的对接站到表面、或从表面到存储站的路线)。

由此区分的任何可行路线可能具有与其相关联的附加信息，还具有生成路线的过程的产物。此类信息可以包括：

·集团或移动其的运输机器人的安全速度和/或高度和/或深度和/或方向。

·路线不用于集团，仅用于运输机器人(或反之亦然)，或者两者都允许的标记。

·路线可以被堆叠(即，在不同高度或深度下移动的运输机器人可以沿相反方向安全行驶)的标记。

·表示其中运动是安全的空间包络的二维或三维的安全裕量。

·路线的唯一标识符(字符串或数字或组合)。

该信息可以与分别用于每种类型的机器人、以及用于集团的任何组合物的每个路线相关联。

为了使系统执行任务的调度和路线的使用，可以保持关于每个机器人的信息。该信息可以包括：

·机器人在任何给定时间的估计的2D或3D位置。可以在全球坐标系(例如，GPS)中、在与域相关联的坐标系中(即，其中所有位置是相对于与域相关联的原点确定的)、相对于给定表面和相关联的原点表示位置。

·机器人当前正在沿其行驶的路线标识符(如果在集团或运输机器人中)，或者它当前正在维护的表面(对于维护机器人)，或其中它被存储、维护或再充电的站点的对象标识符。

·机器人的类型、它提供的维护等。

·当前的电池、燃料或功率水平，包括耗尽这些的估计持续时间。

·与机器人相关联的故障信息。

·已知其与控制系统或任何其他机器人进行通信的上次时间。

·唯一标识符。

机器人承担诸如任务、维护等的活动。分配的活动可以由包含以下信息的数据结构表示：

·所涉及的任务的类型(运输任务、集团维护任务、表面维护任务、再充电任务等)。

·对于涉及维护的任务：所涉及的维护(例如，特定材料的应用、再充电、检查、诊断、监测、清洁等)以及与特定维护相关联的所有细节：

ο预期的维护持续时间、预期的终止时间、预期的维护开始时间(如果尚未开始)或维护已经进行的持续时间。

ο正在被维护的表面或机器人、正在被再充电的电池等的标识符。

ο提供维护的机器人(或站点)、其功率状态(包括当前和预测的功率电平)等的标识符。

ο任务在某种绝对标度上的优先级，或任务相对于有关相同或其他表面的其他任务的优先级。

例如，这表示涉及与任务相关联的维护的信息。

·对于涉及集团的任务：集团中的机器人的唯一标识符以及每个机器人的角色、集团成员之间的物理连接的细节、形成集团的时间以及假定集团解散的时间、当前和预测的电池功率水平和持续时间(直到功率达到非功能水平)。此外，当任务被分配路线时，路线的所有细节(或用于查找信息的唯一路线标识符)也可以与活动一起被存储。集团的位置(当前估计的和预测的)、运输优先级(绝对或相对于其他运输)等也可以被存储。

·对于运输机器人任务：运输机器人的唯一标识符、其当前和预计的功率水平、飞行开始时间和剩余的预期飞行时间、运输机器人位置(当前估计的和预测的)。此外，当任务被分配路线时，路线的细节(或用于查找信息的唯一路线标识符)也可以与活动一起被存储。类似地，当任务被分配优先级时，它也可以被存储。

当活动尚未被分配给机器人时，它可以包含上述信息，除了所涉及的机器人的身份(其被标记为表示机器人尚未被系统所知)。同样，当路线信息尚未已知时，则该信息可能被标记为未知的。

系统的目标是生成活动并且将活动分配给机器人和路线，使得在接近活动数据结构中存储的开始时间执行活动时，机器人和资源的利用可以被最大化，并且域可以被尽可能高效地维护，即最大数量的表面可以由最小数量的机器人来维护，和/或在固定持续时间内进行维护。

确定应当按照其维护表面的完整或部分顺序可以通过创建产生有效维护的时间表来完成，其中在其充电站或对接站外等待其下一个操作开始的维护机器人的空闲最小。这种时间表可以允许灵活性，因为它可以指定具有相同优先级的表面(在这种情况下，可以进行任意的排序选择、或基于其他因素(诸如剩余燃料或距离)的选择)。调度过程是自动触发的，或者是响应于人类操作员的手动指令(例如，通过控制站或远程)而触发的。时间表的自动触发的实例包括(但不限于)：

·考虑气象数据和关于表面的其他数据以便推荐在风暴之前或之后的维护的自动过程。

·考虑自动检查或手动检查的结果(维护类型)的过程，所述检查识别需要维护的表面。

·确定将按照其维护表面的规律性(频率)的过程。

·表面的添加或移除(例如，当船舶进入港口时可能需要外壳清洁维护，或者当船舶离开时可能需要外壳检查维护)。

在太阳能电池板清洁中，可以适时地处理位置和定时协调：需要运输的维护机器人可以发信号通知控制系统，并等待直到控制系统发信号通知运输机器人将其拾取。在维护机器人等待时，这可能浪费时间，如果在维护机器人完成对板的维护时，运输机器人已经等待所述维护机器人，则所述时间可以被节省。此外，当使用两个或更多个运输机器人时，则可能需要仔细调度其沿着路径的运动，因此它们不会彼此干扰并且以便最小化运输时间。

一般而言，可以将若干种算法应用于该调度任务，通常落在“有组织行为的管理”的涵盖性术语下，诸如基于车辆路线求解器、作业车间调度、匈牙利算法及其针对多个机器人的扩展等的算法。例如，Beck等人在2013年6月10-14日的关于人工智能计划与调度的第13届国际会议的会刊，“Vehicle routing and job shop scheduling:What's thedifference”中描述了一种算法。例如，Dantzig等人在管理科学6(1)，80-91页，1959年10月，doi:10.1287/mnsc.6.1.80，“The Truck Dispatching Problem”中描述了一种算法。例如，Christofides等人在1979，英国奇切斯特Wiley，315-338页，“The Vehicle RoutingProblem”中描述了一种算法。例如，Frazzoli等人在2004年12月14-17日的关于决策和控制(CDC)的第43届IEEE会议的会刊，3357-3363页，第4卷，DOI:10.1109/CDC.2004.1429220，“Decentralized algorithms for vehicle routing in a stochastic time-varyingenvironment”中描述了一种算法。例如，Psaraftis在车辆路由：方法和研究，1988，16，223-248页，“Dynamic vehicle routing problems”中描述了一种算法。例如，Bertsimas等人在操作研究，1991，39(4)，601-615页，doi:10.1287/opre.39.4.601.JSTOR 171167，“AStochastic and Dynamic Vehicle Routing Problem in the Euclidean Plane”中描述了一种算法。例如，Toth等人在2001，Philadelphia:Siam，ISBN 0-89871-579-2，“TheVehicle Routing Problem”中描述了一种算法。例如，Wurman等人在2007年7月22-26的关于人工智能的新型应用(IAAI)的国际会议的会刊，1752-1760页，“Coordinating Hundredsof Cooperative Autonomous Vehicles in Warehouses”中描述了一种算法。例如，Chan等人在2005，机械和计算机建模41，1035-1053页，“The multiple depot,multipletraveling salesman facility-location problem:vehicle range,service frequency,and heuristic implementations”中描述了一种算法。例如，MacAlpine等人在2015年1月25-30的关于人工智能(AAAI)的第二十九届会议的会刊，2096-2102页，“SCRAM:ScalableCollision-avoiding Role Assignment with Minimal-makespan for FormationalPositioning”中描述了一种算法。

为了使拾取发生，维护机器人和运输机器人可以以其间足够接近的情况下同时存在，使得联接元件可以用于物理连接它们。此外，由于安全约束，因此可以建立实际的物理连接而不会对表面造成伤害。

以下是拾取程序实施方案的示例性阶段。

通过从控制站、从机器人等发送的“拾取请求”信号来启动拾取程序。

·信号可以包含有关待拾取的机器人的位置的信息。该信息可以是域所使用的坐标系中的几何坐标的形式；或者它可以是其中存在待拾取的机器人的对象(表面或站点)的唯一标识符的形式。

·信号可以附加地包含将响应于拾取请求的运输机器人的唯一标识符。当信号被传输到其中只有一个机器人将会响应的多个运输机器人时，这是尤为重要的；否则，多个运输机器人可以利用许多现成的任务分配或投票协议中的一个来决定可以响应的运输机器人。

·信号可以附加地包含待拾取的机器人的唯一标识符。

·信号可以附加地包含有关运输机器人朝待拾取的机器人的运动的信息，诸如路线信息、电力状态和剩余时间、请求的速度、预期的障碍等。

·信号可以附加地包含关于运输机器人的任何后续任务的信息，诸如一旦拾取程序完成就可开始的运输活动、放下任务等。

运输机器人可以开始从其当前位置到拾取请求信号中包含的位置的移动。运输机器人可以使用现成方法以安全且受控的方式执行该移动以便：

·计划运输机器人的路线和轨迹从而避免障碍物、表面、站点以及禁止其移动的区域。这种计划可以由运输机器人或(例如在站点中的)任何外部计算装置执行。

·执行沿着计划路线的运动，从而保持针对运动的任何安全或法律要求(例如，最小高度、禁飞区、最大深度等)。

·动态响应沿着路线的突发事件，诸如意外障碍物、其他机器人的动态运动、风力和水流等。响应可以包括重新计划运动轨迹和路线、在必要时取消等。

由拾取请求信号供应的目标位置的规格可能足以用于针对运输机器人的运动轨迹的计划和执行。例如，与所使用的规格类型相匹配的域内的位置的表示(例如，GPS坐标和使用GPS作为坐标系的几何表示)。目标位置信息可以是近似的，诸如当规格必然不准确时，因为其在测量和估计中受到错误的影响，或者仅指定其中将发现已拾取的机器人的区域(例如，当由对象(诸如表面)的标识符指定时)。当运输机器人到达拾取请求信号中提供的大致位置时，或者当拾取程序中止时，该阶段可以结束。

当运输机器人到达拾取请求信号中指定的位置时，运输机器人和待拾取的机器人(此后在该程序的描述中，为“维护机器人”)现在可以彼此定位，或者相互定位，使得可以使用联接元件来形成运输机器人与维护机器人之间的实际物理连接。例如，一个或两个机器人可以移动，使得其相应位置处于由所使用的载体和臂机械元件限定的“捕获区”的限定内，并且引导框架元件被并入。

可以区分两种情况。在第一情况下，维护机器人的唯一识别是可能的，从而将所述维护机器人与其他机器人以及与所述维护机器人所处的表面或站点区分开。在第二情况下，维护机器人可能无法与其他机器人区分开。在第一情况下，当运输机器人成功地处于维护机器人的大致位置时，运输机器人可以使用一个或多个传感器来识别其相对于维护机器人的相对位置。例如，相对位置可以被指定或转换成极坐标(其中运输机器人处于原点)，并且识别和/或计算到维护机器人的方位和距离。

此类识别程序的实例可以包括：

·相机的使用，由此运输机器人在对表面或站点拍摄的图像中在视觉上识别表面上或站点中的维护机器人。从图像坐标(维护机器人在图像中的像素)到相对位置的转化可以是简单的，其本身可能需要可以是现成的信息(诸如UAV运输机器人的高度，其与地面的大致距离等)。存在许多不同的使用相机来达到此目的的已知方式。一些实例包括：

ο计算机视觉识别算法，其用于识别维护机器人、其臂机械元件、或者机器人或臂上的任何视觉标记。

ο视觉识别机器人特有的光投射，其中此类光投射由维护机器人或其臂机械元件激活(参见第3节)。例如，维护机器人可能以约定频率发光，或者可能以某种预定的规则模式打开和关闭，非常类似灯塔地使用独特光标识以进行识别。为了识别此类模式，运输机器人拍摄假定维护机器人处于的大体区域的多个图像。通过使用简单的背景差异或更先进的技术，从一个图像到另一个图像的像素改变精确地确定维护机器人的图像坐标。

ο使用上述多种方法(例如，四种不同的灯)不仅可以给出维护机器人相对于运输机器人的位置，而且还可以给出其姿态(例如，在表面上或站点中的角度)。

·使用运输机器人上的一个或多个麦克风来识别由维护机器人或其臂机械元件发出的预定听觉信号(预定不会与预期的环境声音混淆)。可能以预定频率或听觉模式或其组合来使用此类信号；它们不一定在人类可能听到的频率范围内。声音定位装置和程序可以用于此目的。这里，麦克风可以至少提供相对位置的方位。

·使用RFID定位方法来识别包含RFID标记的维护机器人或其臂机械元件。

识别程序可以由维护机器人使用以便识别运输机器人(直接地或通过其臂机械元件)并且相应地对其自身进行定位(如果可能的话)，和/或报告维护机器人相对于运输机器人的相对位置，使得运输机器人可以移动以补偿定位中的任何剩余间隙。

运输机器人和/或臂机械元件和/或维护机器人可以使用用于机器人的运动控制技术来调整其位置以减小其相对位置的差异。维护机器人相对于运输机器人的相对位置的识别过程迭代地继续，直到运输机器人和维护机器人位于载体机械元件的捕获区中。

第二情况是运输机器人到达维护机器人的大致位置但不能唯一识别它(例如通过上述任何方式)时。这可能因为识别出多于一个维护机器人(例如，两个维护机器人被视觉识别并且在图像中可能无法相互区分)，或者因为可能根本没有识别出维护机器人(例如，由于干扰识别过程的环境条件)而发生。在后一种情况下，在可能无法容易地识别维护机器人时，运输机器人可以将其故障传送到控制站和/或维护机器人。在这种情况下，一种选择是中止程序-通过控制站中的过程或人类操作员、或者运输机器人或维护机器人来进行这种决定。可替代地，可以从控制站或从维护机器人发送命令以重试该过程，任选地通过不同的坐标集或者通过不同的识别方法。

例如，可以命令维护机器人使其臂机械元件上的灯以更大的强度或以不同的频率闪烁，同时将命令发送到运输机器人以指示其使用匹配方法来重新尝试识别。或者在另一个实例中，运输机器人可以移动以增加其与目标坐标相距的距离，使得由其相机捕获的图像捕获到其中可以潜在识别维护机器人的更大区域。

在前一种情况下，在可以轻易识别出一个以上的机器人时，运输机器人可以如处理没有已识别的维护机器人的情况中描述的那样起作用。当维护机器人改变其识别方法时，其与其他机器人可以区分开。可替代地，它也可能尝试朝向所识别的维护机器人之一移动，例如朝向离它最近的维护机器人或者任意选择的维护机器人移动。

在未中止时，运输机器人和维护机器人可以定位在针对使用中的载体机械元件限定的捕获区内。运输机器人和维护机器人现在可以通过对准每个相应机器人上的凸元件和凹元件来遵循适合于使用中的臂机械元件的捕获程序。

当发生机器人放下时，形成集团的机器人可以被定位成使得在它们执行针对所使用的臂机械元件的释放过程(即，集团被解散)时，它们可能以安全且受控的方式继续操作，由此避免损坏机器人或表面。例如，可以完成其中运输机器人是飞行器(“运输机器人”)并且维护机器人是地面车辆的放下，使得地面车辆已经安全着陆并且不会损坏其自身、运输机器人或其着陆的表面或对象。

可以通过从控制站或从机器人发送的“放下请求”信号来启动放下过程，例如响应于集团参与的运输活动的终止。

·信号可以包含有关用于放下的表面或站点的位置的信息。该信息可以呈现区域所使用的坐标系中的几何坐标的形式；或者它可以呈现其中将要放下维护机器人的对象(表面或站点)的唯一标识符的形式。

·信号可以附加地包含待放下的维护机器人的唯一标识符。当集团由多个维护机器人组成时，这可能是重要的。

信号可以附加地包含关于运输机器人或维护机器人的任何后续任务的信息，诸如一旦完成放下程序就可以开始的运输机器人任务等。

任选地，在拾取之前预先确定放下位置。

集团可能已经最大限度地靠近目标表面或站点，而没有损坏机器人或表面的风险。例如，当运输活动的结束使集团处于该位置时，这种情况可能发生。集团可以启动从其当前位置到放下请求信号中包含的位置的移动。运输机器人(用于移动集团)可能以安全且受控的方式执行该移动，通过：

·计划集团的路线和轨迹从而避免障碍物、表面、站点以及禁止其移动的区域。这种计划可以由机器人或任何外部计算装置执行，例如在站点中。

·沿着计划路线移动，从而保持针对运动的任何安全或法律要求(例如，最小高度、禁飞区、最大深度等)。

·动态响应沿着路线的突发事件，诸如意外障碍物、其他机器人的动态运动、风力和水流等。响应可以包括重新计划运动轨迹和路线，在必要时取消等。

由放下请求信号供应的新计算位置足以用于集团的运动轨迹的计划和执行。例如，通过与所使用的规格类型相匹配的区域的表示(例如，GPS坐标和使用GPS作为坐标系的几何表示)。

也就是说，应当理解的是，目标位置信息可以是近似的；规格可能是不准确的，因为它在测量和估计时会受到误差的影响，或者仅指定其中将发现目标表面或站点的区域(例如，当由对象(诸如表面)的标识符指定时)。在这种情况下，集团可以保持朝向目标表面或站点的移动，直到它不再可以这样做，诸如当自动过程决定(1)它可能无法在不冒险损坏表面或机器人的情况下进一步移动，或者(2)它在表面或站点的给定距离内时，其中在程序外指定这种距离。

集团到达大致新位置，并且如描述的那样接近表面或站点，或者可替代地中止拾取程序。

运输机器人移动集团以便尽可能接近地对准维护机器人与表面的角度。这可以通过例如经由使用臂机械元件来主动改变机器人之间的相对角度，或者通过改变运输机器人的(并且因此改变集团的)方向和角度而完成，使得维护机器人更好地与表面对准。运输机器人朝向目标表面或站点的中心移动集团，同时仍保持与其相距最小安全距离。这可以增加定位程序对集团相对于表面或站点边界的定位误差的容许度。可能无需将集团放置在与中心相距尽可能最短的安全距离的位置处。相反，对集团进行定位使得到边界的距离在被认为是安全的容许度内就足够了。

运输机器人以被认为对于机器人和对象来说是安全的速度朝向对象(表面或站点)移动维护机器人，即使得维护机器人在其接触对象时引起的冲击可能不会引起损坏。一旦维护机器人安全地定位在表面上，运输机器人可以停止；这可能以一种或多种方式来检测。例如：

·运输机器人可能感觉到由对象相对附加运动的摩擦或阻力而引起的移动的加速度或速度的改变。

·维护机器人可以使用其传感器和/或臂机械元件上的传感器来确定维护机器人何时安全地定位并且通知运输机器人。例如，维护机器人可以在与对象接触(或正好在对象上方)的区域中使用压力传感器或短距离传感器，并且例如通过臂机械元件或独立地向运输机器人报告它们的值。熟悉的传感器融合技术可以用于确定报告值何时指示表面上的安全定位。

例如，定位表面清洁机器人的UAV运输机器人可以使用维护机器人的轮或履带内的若干压力传感器来识别何时其正在接触表面。例如，处于多个位置中的多个传感器可以指示机器人的所有支撑部分都安全地位于表面上。UAV可以开始朝向表面缓慢移动。当一个或多个轮接触表面时，适当的压力传感器读数会指示这种情况。读数通过联接元件来传送到UAV。当所有轮都位于地面上时，所有读数可以指示安全支撑在表面上，并且UAV可以停止移动。

当在给定时限内没有实现安全定位或者传感器报告不安全定位时，可以中止程序。可替代地，运输机器人可以沿相反方向、远离对象移回集团，使得可以重试程序(整个阶段)。一旦维护机器人处于正确的位置，集团就启动使载体机械元件从维护机器人脱离的释放程序。

当作为集团行进时，维护机器人可能使运输机器人(并且因此使集团)的运动更加困难。例如，运输机器人的传感器的视野可能被维护机器人阻挡，或者因为维护机器人的形状可能与周围的流体运动(诸如风力和水流)交互并影响运动。例如，维护机器人的质量影响集团的质心，所述质心与运输机器人的质心不同。

可以在集团运动期间使用若干程序来缓解这些困难：

·首先，可以使用联接元件将来自维护机器人的传感器信息传输到运输机器人。例如，具有面向前的相机的表面清洁机器人可以通过联接元件或通过其他装置将图像传输到运输机器人，从而允许运输机器人以不同视角来识别障碍物。或者清洁机器人中的面向下的相机可以传输可用于估计集团的水平运动的影像(例如，通过熟悉的视觉测距仪程序)。

·其次，臂机械元件可以改变运输和维护机器人的相对位置和角度，以便调整集团的整体形状及其质心，从而使运动更加容易并且较少受环境条件(诸如风力和水流)的影响。

机械联接元件是用于指代以下的术语：两个机器人之间的任何联接机构的机械元件，诸如用于通过物理地、电子地和逻辑地连接机器人来形成集团的机械元件。例如，这与机器人(或车辆)与有效载荷之间的物理连接不同。机械元件本身可以由附接到一个或多个机器人的一个或多个元件制成。

联接元件有若干重要特征：

·它可以形成安全可靠的物理机械连接，由此一个或多个机器人连接到一个或多个其他机器人，使得运输机器人的运动使所连接的机器人移动。

例如，这将联接元件与用于车辆到车辆再加油的其他机械元件区分开，例如，在空中或海上(两个车辆可以协调其移动以用于进行再加油)。燃料管线的物理连接可能不会将车辆之一的运动转化成其他车辆的运动。

ο安全可靠的物理连接的形成可以被称为捕获。对于载体机械元件的每个实施方案，存在被称为捕获区的一个或多个具体2D或3D区域，其位于臂机械元件附近。当两个机器人在捕获区中定位在其相应机械元件内时，它们可以参与捕获程序。一旦程序成功运行，运输机器人的运动引起维护机器人的运动。

ο物理连接的解散被称为释放。对于载体机械元件的每个实施方案，存在被称为释放区的一个或多个具体2D或3D区域，其位于臂机械元件附近(通常与捕获区相同)。当运输机器人和维护机器人定位在相应的机械元件释放区内时，它们可以开始释放程序。一旦程序成功运行，运输机器人的运动独立于维护机器人。

·机械元件可以由两个或更多个机器人使用，由此一个或多个机器人是自主的(即，不受人类本地或远程控制)。机械元件的部署和操作由连接机器人控制，并且它们可以自主地调整其位置或姿势或者部署附加的过程和装置，以帮助通过联接元件来形成集团。在形成集团之后，机器人可以进一步调整其姿势或者部署附加的过程和装置以辅助集团的运动，例如使其更加有效。例如，将联接元件与车辆间锁定机构区分开，其取决于要部署的人类监测和/或控制，例如在一个车辆正在牵引另一个车辆时。

·机械元件允许集团中的机器人相对于彼此的相对姿态具有灵活性，以便有助于集团的运动(例如，以改善重心的保持、飞行的控制或效率等)。例如，臂机械元件可以被物理成形为使得机器人相对于集团和/或表面的移动方向保持一定的角度。在另一个实例中，臂机械元件用于连接UAV运输机器人和UGV维护机器人，并且臂机械元件允许被动(例如，由于风力)或主动(由机器人自身)改变UGV相对于UAV的角度，以改善平衡并有助于更容易地控制飞行。在另一个实例中，臂机械元件用于连接无人驾驶船(这里是运输机器人)，其通过灵活地将外壳清洁机器人拖拽到水中来运载所述外壳清洁机器人。水流可以导致机器人相对于船的位置和角度改变，从而允许来自水的较小运动阻力。

·联接元件可以形成集团中的机器人之间的三个连接水平中的至少两个：

ο机械连接，其可以安全且可靠地用于机器人的联合运动。

ο感测和致动电连接，其允许运输机器人利用维护机器人的传感器和致动器，或反之亦然。例如，运输机器人可以利用维护机器人下侧上的传感器来测量到表面或地面的距离；或者它可以使用来自维护机器人上的相机的视频影像来避开障碍物、估计集团相对于域的移动等。

ο通过射频、光或电子装置进行的通信连接，其可以允许发射和接收有关集团的命令、控制、监测，或者有关集团的运动，或者有关集团和构成集团的机器人的活动的信息。此类信息还包括一个机器人为了另一个机器人的利益而执行的任何计算的结果，例如，上述实例中的视频影像可以在被传输到运输机器人之前，在维护机器人上完全或部分地进行处理。

联接元件可以允许信息、命令和控制的多方向传输。集团中的运输机器人负责整个集团的物理运动，但对运动的控制不一定在任何一个机器人中执行，也不一定在运输机器人中执行。作为一个实例，维护机器人可以命令和控制整个集团的运动。

合适的实施方案的各方面是一对匹配的机械连接器，使得该对中的一个具有第一大小/形状的球形突起(诸如凸机械元件)，并且使得该对中的第二个具有诸如显著大于第一大小/形状的较大接收区域(诸如凹元件)，以便将突起引导到具有比第一大小/形状更小的第二大小/形状的载体元件中。因此，突起可以暂时“锁定”到用于运输机器人的载体中以便运载维护机器人。例如，突起机械元件是附接到维护机器人的臂机械元件的一部分，并且载体元件附接到运输机器人。可替代地，臂附接到运输机器人并且载体附接到维护机器人。可替代地，对于凸机械载体元件和凹机械载体元件，可以存在两个类似大小/形状的机械元件(诸如两个钩)，其各自附接到机器人，使得一个钩与另一个钩闩锁。类似地，可以设计用于闩锁具有大致相同大小和形状的机械元件的其他选项。

任选地，突起可以具有各向同性的对称形状(诸如球)，使得维护机器人可以在载体机械元件内自由旋转。例如，突起是具有用于转移传感器信号、传输信号、电力等的环形电连接器的球。任选地，突起具有各向异性的对称形状(诸如具有弯曲底部的砖)，使得在与曲边平行对准的载体机械元件和电连接器内，维护机器人可以仅在一个轴线上自由旋转。例如，具有弯曲底部形突起的砖具有单个旋转轴线以允许维护机器人与倾斜表面对准。例如，半球形突起具有环形电连接器和位于半球体的平坦表面中心的用于转移维护材料(诸如流体)的接收导管。

任选地，光信号用于在维护机器人与运输机器人之间传输信息(诸如接近度传感器值、机器人状态等)。例如，发光器以脉冲方式发送光，所述脉冲被匹配元件上的光学传感器捕获并转换成数字值信号。任选地，突起具有多个径向连接器，并且载体机械元件的漏斗的两侧用于传输信号、电力等。例如，动态地选择突起上的两个触点，每个触点与载体元件的一半进行电接触，由此建立可用于传输信号(例如，通过串行通信)、电力等的双线连接。

此外，联接元件可以具有附加的特征：

·联接元件可以形成可通过其传输燃料或电力或动力的连接，以用于对集团中的一个或多个机器人再充电的目的。再充电可以在一个方向上(从一个机器人到其他机器人)或在多个方向上(从一个机器人到其他机器人，从另一个机器人到第一机器人等)进行。

·联接元件可以形成可通过其来转移用于维护表面或其他机器人的材料(例如，液体形式或气体形式或固体形式的清洁材料和维护材料)的连接。

·联接元件可以形成电连接，使得联接元件增强对集团中的一个或多个机器人的射频发射和接收。

·联接元件可以被自主地供电，或者可以在连接到一个或多个机器人时被供电，或者可以不需要电力。它可能具有板载的传感器和致动器或有源标记(诸如灯)，其由联接元件电源供电，无论所述电源位于联接元件上还是来自连接的机器人。它可能具有板载的一个或多个硬件处理器或控制器以执行处理器指令。例如，为了执行用于控制臂的计算过程，报告其状态，建立与机器人的连接，识别机器人等。

·联接元件可以由非供电装置(磁体、包括视觉标记和反射表面的无源标记、RFID)标记，以帮助识别机器人、建立与机器人的连接等。

·联接元件可以被构建以机械地改进机器人之间的连接的形成并使其变得容易。作为一个实例(这里，两部分式联接元件的实例)，联接元件(在该实例中，为两部分式)的物理形状使得一个机器人上的臂机械元件部分被机械地引导到另一个机器人上的载体机械元件部分中的正确位置中。可替代地，在单个部分的臂机械元件中，臂机械元件的形状使得机器人本身如上所述的那样被机械地引导到正确位置中。这减小机械震动并且在六个移动自由度(位置的三个尺寸/维度、三个角度)上控制机器人的定位。

·当机器人对自己进行定位以形成连接时，联接元件可以被构建成被动地或主动地减小震动。

·联接元件的物理形状可以是固定的，或者可以在形成集团之前和期间以及在集团解散之后改变，以有助于过程本身的形成的改进或解散过程的改进。此类改变可能影响机器人之间、或机器人与表面之间的位置和角度。改变可以被动地进行(例如，对压力改变的机械响应)，或者可以由臂或机器人主动控制。

以下提供了联接元件的示例性实施方案，以说明如上所述的臂的关键特性。这是用于两部分式联接元件的设计。一个部分可以附接到UAV运输机器人，所述UAV运输机器人能够提升清洁机器人(UGV)并且与其一起飞行。另一个部分可以附接到表面清洁机器人，使得当两部分连接时，运输机器人是运输机器人，UGV是维护机器人，并且两者形成可以一起起飞、飞行和着陆的集团。

对于UGV位于表面上的本实例，捕获程序如下。UGV将其自身定位在表面的顶部，成角度以使得球处于最高点(直线向上90度)。臂的角度被设置成补偿表面相对于水平线的角度，这是上述臂机械元件的益处。UGV将电力传输给与其附接的臂机械元件，使得光源发出可由UAV上的相机检测到的光谱内的光。UAV使用该光来识别UGV的大致位置并且在其上方且略后处悬停，使得捕获区(这里标记为开口)位于UGV上方，但是UAV的向前运动可以用于使开口位于球的上方。UAV可以使用一个或多个面向下的相机来识别球相对于开口的位置，其位置为UAV已知的(通过预设)。通过在源自面向下相机的图像中定位光源来完成这种识别。

然后，UAV降低高度直到出现以下情况中的一个或多个：(1)开口后面的接近度传感器向UAV报告：到保持球的臂的距离使得球可以位于限定开口区域的多边形内；(2)计算过程可以识别：在来自UAV的相机的图像中可见的球位于限定捕获区(开口区域)的多边形内；(3)臂上的接近度传感器可以向UGV报告对象在球附近；(4)来自UGV上的相机并面向上朝向UAV的一个或多个图像检测UAV的存在并估计其位置，使得球位于限定开口区域的多边形内；(5)嵌入臂机械元件、载体机械元件或两者中的磁传感器向附接的机器人报告(例如嵌入在球中或在开口中的)磁体在附近。来自机器人和联接元件中的传感器的信息的传送是联接元件的益处的说明。

一旦适当条件集成立，UAV停止降低高度并且向前移动较小距离，这足以将球捕获在球捕捉器上方的垂直空间内。开口的形状机械地将保持球的臂引导到正确位置。接近度传感器可以用于验证球处于适当位置，并且然后UAV上升，可能还伴随某种向前运动，从而捕获球并将其固定在球捕捉器中。这形成了物理连接，所述物理连接在飞行期间具有某种灵活性(例如，以允许由于作用在UGV上的风力而产生的某种移动)，但仍然可能不允许球离开球捕捉器以及从而断开。

使用联接组件的示例性机器人系统可以由以下组成：多个无人驾驶车辆(以下称为：机器人)、一个或多个控制站以及一个或多个基站，其共同用于一定目标，诸如维修、维护和监测工作表面(诸如太阳能电池板表面等)。系统可以由能够竖直起飞和着陆的空中(飞行或悬停)机器人(以下称为：UAV)组成，所述机器人可以维护、维修和/或监测工作表面。任选地，系统包括能够在水上和/或水下移动的一个或多个船用机器人(以下称为：UMV)。UMV也可以能够飞行。UMV可以能够维修、维护和/或监测在海洋环境中与其接触的工作表面。

系统还可以包括不能飞行的一个或多个其他机器人(以下称为：UGV)，其可以维修、维护和/或监测与其接触的工作表面。基站可以包括在系统中，其中UAV、UMV和UGV可以根据需要被维护、再充电(再加油)并且再供应。UAV和UMV可以具有在不同工作表面之间和/或在给定工作表面与基站之间转移UGV和/或UMV的能力。UAV和UMV也可以维护(和/或再充电、再供应等)UGV和其他UMV。如果这样，则UAV、UMV和UGV可以任选地具有用于该目的的专用机构。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质(或多个介质)，所述计算机可读存储介质在其上具有用于致使处理器执行本发明的各方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可保留和存储供指令执行装置使用的指令的有形装置。计算机可读存储介质可以是例如但不限于：电子存储装置、磁存储装置、光存储装置、电磁存储装置、半导体存储装置、或前述的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体实例的非穷尽性列表包括以下：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、其上记录有指令的机械编码装置、以及前述的任何合适组合。如本文所使用的，计算机可读存储介质不应当被解释为本身是瞬时信号，诸如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输介质(例如，穿过光纤电缆的光脉冲)传播的电磁波、或通过导线传输的电信号。相反，计算机可读存储介质是非瞬态(即非易失性)介质。

本文描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理装置，或者通过网络(例如，互联网、局域网、广域网和/或无线网络)下载到外部计算机或外部存储装置。网络可以包括铜传输电缆、光传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘维护器。每个计算/处理装置中的网络适配卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并且转发计算机可读程序指令以用于存储在相应计算/处理装置内的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明的操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任何组合编写的源代码或对象代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言(诸如Java、Smalltalk、C++等)以及常规程序性编程语言(诸如“C”编程语言或类似的编程语言)。计算机可读程序指令可以完全在用户的计算机上执行，部分地在用户的计算机上执行，作为独立的软件集团执行，部分地在用户的计算机上且部分地在远程计算机上执行，或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))来连接到用户的计算机，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。在一些实施方案中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)、或可编程逻辑阵列(PLA)的电子电路可以执行计算机可读程序指令，以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化电子电路，来，以便执行本发明的各方面。

本文中关于根据本发明的实施方案的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图解和/或框图描述了本发明的各方面。应当理解，流程图图解和/或框图的每个框、以及流程图图解和/或框图中的框的组合可以通过计算机程序指令来实现。

可以将这些计算机可读程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一种机器，使得通过计算机的处理器或其他可编程数据处理设备来执行的指令创建用于实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/操作的装置。这些计算机可读程序指令还可以存储在可引导计算机、可编程数据处理设备、和/或以特定方式起作用的其他装置的计算机可读介质中，使得具有存储在其中的指令的计算机可读介质中包括制品，所述制品包括实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的各方面的指令。

计算机可读程序指令也可以被加载到计算机、其他可编程数据处理设备、或其他装置上，以致使在计算机、其他可编程设备或其他装置上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，使得在计算机、其他可编程设备、或其他装置上执行的指令实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。

附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能性和操作。在此方面，流程图或框图中的每个框可以表示指令的模块、区段或部分，其包括用于实现所指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代性实现方式中，框中提到的功能可以不按附图中提到的顺序进行。例如，连续示出的两个框实际上可以大致上同时执行，或者框有时可以按相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能性。也应当指出的是，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图中的框组合可以由基于特殊用途硬件的系统实现，所述基于特殊用途硬件的系统执行所指定的功能或动作或执行特殊用途硬件和计算机指令的组合。

已出于说明目的呈现了本发明的各种实施方案的描述，但所述描述并不意图是详尽的或限于所公开的实施方案。在不背离所描述实施方案的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。本文所使用的术语被选择来最好地解释所述实施方案的原理、实际应用或优于市场上可见技术的技术改进，或者使所属领域技术人员能够理解本文公开的实施方案。

在本申请的说明书和权利要求中，单词“包括(comprise)”、“包括(include)”和“具有(have)”中的每一个及其形式不一定限于可与所述单词相关联的列表中的成员。此外，在本申请与通过引用并入的任何文件之间存在不一致的情况下，由此预期本申请进行控制。

Claims (29)

1.一种用于机器人之间的自主交互的方法，其包括：

由运输机器人的机载处理器接收运输维护机器人的请求；

自动计算所述维护机器人的位置；

由所述运输机器人的所述机载处理器接收所述维护机器人的计算的位置或者由所述维护机器人的所述机载处理器接收所述运输机器人的所述计算的位置，

自动地将所述运输机器人移动到所述维护机器人的所述位置；

使用结合到与所述维护机器人附接的机械元件中的定位信号发射器，将自动定位信号从所述维护机器人的所述机载处理器发送到所述运输机器人的所述机载处理器；以及

使用所述定位信号将所述机械元件自动地联接到与所述运输机器人附接的载体元件，其中所述机械元件和所述载体元件每个适于将由在所述维护机器人上的传感器收集的测量值传输到所述运输机器人；以及

由所述运输机器人将所述维护机器人自主地运输到新位置，其中所述运输至少部分地基于所述测量值。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

由所述运输机器人从所述载体元件自动地释放所述机械元件。

3.根据权利要求1所述的方法，其中通过以下来自动确定所述新位置：

自动定位所述新位置的区域；

将带有已联接的维护机器人的所述运输机器人自动地移动到所述区域；

自动接收用于在所述区域内定位所述新位置的传感器信号；以及

使用所述传感器信号将所述运输机器人自动地移动到所述新位置。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述位置和所述新位置中的至少一个是工作表面。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述工作表面是选自由以下构成的组中的一个：太阳能电池板、船舶外壳、飞机外壳、车辆外壳、建筑物窗户、集中式太阳能发电设备反射镜和涡轮叶片。

6.根据权利要求4所述的方法，其还包括在所述自动地释放之前，将所述维护机器人自动地定向成平行于待维护的所述工作表面中的至少一个，其中所述机械元件包括至少两个部分，并且其中通过所述至少两个部分的自动铰接来执行所述定向。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述铰接是由以下构成的组中的至少一个：(i)通过控制器指令实时引导的主动铰接，(ii)针对预配置的表面角度的固定铰接，或(iii)针对一定范围的表面角度预配置的被动铰接，其中所述被动铰接包括具有固定角度元件和灵活角度元件的铰接接头。

8.根据权利要求4所述的方法，其还包括所述运输机器人维护所述工作表面中的至少一个。

9.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

由所述运输机器人自动地定位所述维护机器人的区域；以及

将所述运输机器人自动地移动到所述维护机器人的所述区域。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述机械元件被附接到所述运输机器人并且所述载体元件被附接到所述维护机器人。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号包括识别模式。

12.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述运输机器人与所述维护机器人之间传输电信号、电力和维护材料中的至少一种。

13.根据权利要求1所述的方法，其还包括自动地接收对所述维护机器人的放下请求。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述放下请求包括位置和区域中的至少一个。

15.一种机器人联接系统，其包括：

至少一个维护机器人，其包括机械元件和机载处理器，其中所述机械元件包括定位信号发射器和用于收集测量值的一个或多个传感器；以及

至少一个运输机器人，其被配置成自动地接收用于运输所述至少一个维护机器人的请求，其中所述至少一个运输机器人包括：

(a)载体元件，其被配置成与所述机械元件自动联接，其中所述机械元件和所述载体元件每个适于在所述运输机器人与所述维护机器人之间自动地传输所述测量值；

(b)传感器，其被配置成自动地接收来自所述定位信号发射器的定位信号；

(c)电动机，其被配置成将所述至少一个运输机器人从一个位置自动地移动到新位置；

(d)至少一个机载硬件处理器；以及

(e)至少一个机载存储单元，其包括在其上编码的处理器指令，所述处理器指令可由所述至少一个机载硬件处理器执行以自动地：

(i)由所述至少一个机载硬件处理器接收用于运输所述维护机器人的请求；

(ii)由所述至少一个机载硬件处理器接收所述维护机器人的计算的位置；

(iii)使用所述定位信号发射器将自动定位信号从所述维护机器人的所述机载处理器发送到所述至少一个机载硬件处理器。

16.根据权利要求15所述的机器人联接系统，其中所述处理器指令可进一步由所述至少一个机载硬件处理器执行以

由所述至少一个运输机器人自动地定位所述至少一个维护机器人的区域；以及

将所述至少一个运输机器人自动地移动到所述至少一个维护机器人的所述区域。

17.根据权利要求15所述的机器人联接系统，其中通过以下来确定所述新位置：

基于所述测量值自动地定位所述新位置的区域；

基于所述测量值将带有已联接的至少一个维护机器人的所述至少一个运输机器人自动地移动到所述区域；

自动地接收用于在所述区域内定位所述新位置的传感器信号；以及

使用所述传感器信号将所述至少一个运输机器人自动地移动到所述新位置。

18.根据权利要求15所述的机器人联接系统，其中所述位置和所述新位置中的至少一个是工作表面。

19.根据权利要求18所述的机器人联接系统，其中所述工作表面是选自由以下构成的组中的一个：太阳能电池板、船舶外壳、飞机外壳、车辆外壳、建筑物窗户、集中式太阳能发电设备反射镜和涡轮叶片。

20.根据权利要求18所述的机器人联接系统，其中所述处理器指令可进一步由所述至少一个机载硬件处理器执行以在释放之前，将所述维护机器人自动地定向成平行于待维护的所述工作表面中的至少一个。

21.根据权利要求15所述的机器人联接系统，其中所述机械元件被附接到所述运输机器人并且所述载体元件被附接到所述维护机器人。

22.根据权利要求15所述的机器人联接系统，其中所述定位信号包括识别模式。

23.根据权利要求15所述的机器人联接系统，其中所述机械元件和所述载体元件适于在所述运输机器人与所述维护机器人之间传输电信号、电力和维护材料中的至少一种。

24.一种机器人联接组件，其包括：

至少一个处理器；

包括定位信号发射器的机械元件，其中所述机械元件被附接到维护机器人；以及

被配置成与所述机械元件自动地联接的载体元件，其中载体元件被附接到运输机器人，

其中所述机械元件包括在所述维护机器人和所述运输机器人之间交换定位信号的匹配的发射器和传感器，和

其中所述至少一个处理器被配置为：(a)计算所述维护机器人的位置；(b)将所述运输机器人移动到所计算的位置；和(c)基于所述定位信号在所述机械元件之间联接，

其中所述运输机器人包括：

(a)至少一个机载硬件处理器；以及

(b)至少一个机载存储单元，其包括在其上编码的处理器指令，所述处理器指令可由所述至少一个机载硬件处理器执行以自动地：

(i)由所述至少一个机载硬件处理器接收用于运输所述维护机器人的请求；

(ii)由所述至少一个机载硬件处理器接收所述维护机器人的计算的位置；

(iii)使用结合到所述机械元件中的所述定位信号发射器将自动定位信号从所述维护机器人的机载处理器发送到所述至少一个机载硬件处理器。

25.根据权利要求24所述的机器人联接组件，其中所述机械元件包括轴和凸固定元件，其中所述凸固定元件在至少一个尺寸上大于所述轴。

26.根据权利要求25所述的机器人联接组件，其中所述载体元件包括引导子组件和凹固定元件，其中所述凹固定元件基本上是所述轴的所述至少一个尺寸，使得所述凸固定元件牢固地联接在所述凹固定元件内。

27.根据权利要求26所述的机器人联接组件，其中所述引导子组件包括开口和两个引导元件，其中所述开口远离所述凹固定元件，其中所述开口的至少一个尺寸基本上大于所述轴的所述至少一个尺寸，并且使得所述引导元件形成所述开口与所述凹固定元件之间的漏斗。

28.根据权利要求27所述的机器人联接组件，其中所述两个引导元件是细长材料元件，其具有多个弯曲以限定用于将所述机械元件引导到所述载体元件中的所述开口和所述漏斗。

29.一种机器人系统，其包括：

根据权利要求15所述的机器人联接系统和多个维护机器人，其均被配置成在对象上自动地执行至少一个维护任务；以及

多个运输机器人，其均被配置成在多个地点之间自动地运载所述多个维护机器人中的至少一个，每个地点包括由以下组成的组中的一个：至少一个对象、机动地面站、充电站、修理站和基站。

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