CN113172616A - 自主模块化机器人 - Google Patents

Abstract

一种自主模块化机器人附件固持系统，该附件固持系统用于持有两个或更多个可替换附件以用于执行独特任务，如蒸汽清洗，吸尘，除草等。此附件可以循序地置放于机器人的行进路线，并构造为执行相互配合的任务。以清洁地板为例，第一附件可构造为真空清洁此地板且一第二附件可构造为蒸汽清洁此地板。此机器人也可以包含竖直平移升降机构，其包含附件固持系统，以允许附件被竖直移动。升降机构也可包含靠近升降机构顶部的尺寸传感器。此尺寸传感器可用来决定尺寸，例如，具有任何持有附件的机器人的高度及/或宽度,以用于帮助导航机器人和避开障碍物。

Description

自主模块化机器人

本申请是申请日为2016年5月11日、国家申请号为201680040511.3(PCT申请号为PCT/US2016/031933)、名称为“自主模块化机器人”的中国专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请主张依35U.S.C.§119(e)于2015年5月12日所提交的美国临时申请案号第62/160,059，以及于2015年8月4日所提交的美国临时申请案号第62/200,814的优先权。此外，本申请是2015年11月10日所提交的美国专利申请号14/937,633的部分继续申请案。

技术领域

本发明通常涉及一种多功能机器人，特别是涉及一种构造为接受能够构造为执行多种功能的多个可替换附件的模块化机器人。

背景技术

自主机器人由于其能够自动执行传统人工所执行的各种任务，或者是自动执行经由对机器人的直接人为控制所执行的各种任务，而变得越来越普遍。简单地来说，一个自主机器人可以是一个机械式地板清洁装置，例如真空吸尘机器人或是机器人拖把。这些机器人通常为可程式化，允许用户针对这些机器人配置操作时间、操作频率以及其他各种的设定。一旦被程式化后，这些机器人可以不需要另外的人力输入，即可执行任务、移动以及与周围的环境进行互动。而当这类的机器人变得愈来愈普及时，它们通常会被设计为仅执行独特的功能，例如清理表面。因此，由于为了用户希望完成的每一任务而需要获得专用的自主机器人，造成执行多种任务将会变得十分困难及/或成本极为昂贵。

发明内容

在部分的实施例中，提供自主模块化机器人。此机器人包含主体；附着至此主体的驱动系统；附件固持系统；以及控制系统。此驱动系统构造为移动此主体。此附件固持系统构造为将两个或两个以上可替换附件联接至主体，且每一个可替换附件可构造为执行一任务。控制系统可构造为自主化控制驱动系统，并当可替换附件耦合至主体上时，控制系统可自主化控制可替换附件。此机器人也可以包含升降机构以允许移动这些可替换附件，例如竖直开启及下降，横向地往返，或从一侧倾斜到另一侧，亦即所有当机器人保持静止或是组合机器人运动。

附图说明

图1A是根据部分实施例的自主机器人的示例的前透视图。

图1B-1C分别是根据部分实施例的装载和卸载电源供应器的自主机器人的后透视图。

图2A-2D是图1A中的自主机器人的俯视、透视、后视与侧视图的示例。

图3是根据部分实施例描述自主机器人的电连接的示意图的示例。

图4是根据部分实施例描述主电源供应器的电连接的示意图的示例。

图5是根据部分实施例描述副电源供应器的电连接的示意图的示例。

此处所提供的附图用以说明实施例，且此附图并不限制本发明的范围。此外，在附图里的特征并不一定是按照比例而进行绘制。

具体实施方式

在部分的实施例中，自主模块化机器人包含附件固持系统，而此附件固持系统系允许此机器人同时保持两个或多用于执行任务的可替换附件。每一可替换附件能够构造为执行唯一的任务，例如蒸汽清洗、吸尘、割草、打磨、抛光、车道及/或街道清洁(如清扫)、包装采集及/或移动，等等。在部分的实施例中，这些可替换附件可以被保持，使得它们能在机器人的行进路径上被循序地设置。举例来说,第一可替换附件可直接保持在第二可替换附件的前方，使得此两个可替换附件在机器人的行进路径上排在相同的一列上。这些可替换附件可构造为执行相互配合的任务。以清洁一地板为例，第一可替换附件能够构造为对地板进行吸尘，而第二可替换附件则能够构造为对此地板进行蒸汽清洁。

较佳地，可替换附件可在插接站或是基站处从此机器人自动地进行装载和卸载。通过机器人根据需要自动对齐并装载或卸载可替换附件以完成此机器人被程式化所执行的工作指派，此装载和卸载能够被自主执行。

在部分的实施例中，此机器人可包含升降机构，其能够垂直平移、倾斜、旋转及/或向前或向后移动。此升降机构可包含附件固持系统，由此允许可替换附件被垂直移动。此垂直运动可以用作执行任务的其中一部分及/或用作容纳不同尺寸的可替换附件。

可以理解的是，此升降机构接近或保持可替换附件的移动可能会改变此机器人的实际尺寸。尺寸的这种改变可以影响到此机器人的移动，以及影响到此机器人在其路径上与障碍物的间隙。较佳地，此升降机构在其顶部附近包含有尺寸传感器。此尺寸传感器可用来决定具有任何持有的可替换附件的机器人的尺寸，例如，高度及/或宽度，以帮助导航机器人和避开障碍物。

有利地，此机器人允许利用可替换附件来彻底改变其功能。此外，提供多个附件的能力可以提升机器人在执行特定指派任务时的效率。举例来说，此附件可以执行相互配合的任务(此相互配合的任务是指执行一任务时，将会增加执行另一任务的功效)以更有效地完成特别的指派任务，例如清洁地板。除此之外，此升降机构允许执行需要垂直移动的任务的能力以及容纳各种不同的具有不同高度的附件的能力。在部分的实施例中，尺寸传感器有利地通过使用用以帮助所述装置的运作及导航的单个传感器来维持其轻薄性。

现在将参考附图，其中相同的附图标记代表相同的部件。

图1A显示自主模块化机器人100的透视图的示例。此机器人100包含主体1、可替换附件4a及4b、驱动系统7、用以支撑机器人的前端离开地面的前端支撑系统10、电子控制系统13以及主电源供应器17。主体1可用于作基底或是框架，其余元件可以是位于或是附接在该基站或框架上并在该基站或框架内。驱动系统7系靠近主体1的后端3安装至主体1。在部分的实施例中，此后端3能够相当于机器人100的前端，也就是说，此机器人100能够构造为在一方向上前进，而使得后端3是在机器人100的前方。

请继续参照图1A，驱动系统7提供此机器人100横越底层表面的可动性。在部分的实施例中，驱动系统7系包含车轮8。这些车轮8的转动允许了主体1通过表面。支撑系统10可安装至主体1且与驱动系统7相偏移，例如，此支撑系统10可靠近此机器人100远离车轮8的相对端定位。在部分的实施例中，此支撑系统10可包含可转动车轮或是不可转动车轮11，例如，布置在可替换附件4a及4b的之不同侧上两个间隔开的车轮。在其他的实施例中，此支撑系统10可以省略车轮，且可包含用于接触表面和在表面上滑动的一个或多个低摩擦垫。

在部分实施例中，其中车轮11是可旋转的，支撑系统10可作为具有可转动车轮的转向系统，可转动车轮以视需要在不同的方向转动以及指向不同的方向。在这样的实施例中，支撑系统10可以帮助机器人100导航以横越表面，并可帮助诸如机器人100在行进时转动及改变方向的功能。因此，支撑系统10可以帮助改变机器人在向前及向后移动时进行的侧向移动。在部分的实施例中，支撑系统10以及驱动系统7两者都可以具有可转动车轮，此可转动车轮可用以增加机器人100的可动性并减少机器人100的旋转半径。

此可替换附件4a、4b给机器人100提供了模块化级别以及多种功能。在部分的实施例中，依据所联接至主体1的可替换附件4a及4b，可替换附件4a及4b允许机器人100的功能及效用被完全地改变。如第1A图所示，可替换附件4a及4b可拆卸式地被安装至主体，以视其需要来改变机器人100的功能。

在部分的实施例中，机器人100包含安装至主体1并且构造为保持可替换附件4a及4b的横向延伸支撑结构110。在部分的实施例中，此横向延伸支撑结构110可为具有通道18的杆或横梁的外形，相对应的突起120a或120b可以适配到此通道18中。此通道18提供安装可替换附件4a及4b的空腔。可替换附件4a及4b可以被可操作地接合至附件保留通道18。这样允许附件保留通道18用于结构地固定可替换附件4a及4b，并且当改变此机器人100的功能时，此可替换附件4a及4b可轻易地从主体1上移除。在部分的实施例中，附件4a及4b可以透过简单的滑进或滑出此保留通道18以分别进行安装或拆除。举例来说，此突起120a及120b具有T型横截面轮廓，其可固定在通道18中的T型开孔中。附件保留通道18可包含机构，如门闩，用以一旦安装可替换附件4a及4b就将可替换附件4a及4b固定在适当的地方。因此，附件保留通道18能够使可替换附件4a及4b联接至主体1，并且在机器人100运作期间将此可替换附件4a及4a牢固地保持在适当的地方。此外，附件保留通道18可包含传感器以确保可替换附件4a及4b被正确地对齐以用于安装。

附件保留通道18可循序地通过支撑结构110的完整长度，有利的是，保留通道18的侧边延伸允许多个附件4a及4b被联接到主体1，也允许其他额外的可替换附件联接至主体1。举例来说,为了容纳额外的可替换附件，支撑结构110可以轻易地被延长。在部分的实施例中，此支撑结构110可以被卸除，且适当长度的支撑结构依据将被联接至主体1的可替换附件的尺寸和/或数量来进行安装。在部分其他的实施例中，配重(未显示于图中)可以靠近在机器人100的端部3附接以用来平衡机器人100。在部分的实施例中，机器人100可构造为容纳两个或更多个，或是三个或更多个可替换附件。

在部分的实施例中，此支撑结构110安装至能够被竖直移动的升降机构130上。此升降机构130可以在将这些附件保持在支撑结构110中之后移动来改变可替换附件4a及4b的竖直高度，及/或可以移动来容纳不同附件4a及4b的高度。在部分的实施例中，除了竖直运动或是作为竖直运动的替代，此升降机构可以倾斜及/或旋转以例如提升保持的可替换附件4a及4b的侧边、后方及/或前方。

在部分的实施例中，升降机构还可以包含促动器160以横向地延伸支撑结构110。这样的横向延伸可以用于容纳更深的可替换附件4a及4b，及/或用于移动被机器人100操纵的物件。举例来说，在部分的实施例中，一个或更多个的可替换附件4a及4b可以包含适配器或抓取装置以用于抓住一物件。此升降机构可用于竖直、横向及/或倾斜地移动此物件。

请继续参照第1A图，电子控制系统13可构造为在运作期间控制此机器人100。在部分的实施例中，此电子控制系统13可靠近驱动系统7处以及在车轮8之间安装至主体1上。电子控制系统13由此可以在主体1内不受到来自外在环境的破坏，包括外在环境中物品的碰撞。

图3中示意性地显示了电子控制系统13的电子连接示例。此电子控制系统13可以以有线地连接至驱动系统7，或者采取另一方式，利用无线通信模块16来无线地建立对驱动系统7的控制。为了调节机器人100中使用可替换附件4a及4b可获得的各种功能，电子控制系统13还可以构造为与可替换附件4a及4b进行通信。因此，为了使电子控制系统13能够在机器人100运作期间调节此驱动系统7以及可替换附件4a、4b，此电子控制系统13可以电性连接至驱动系统7及可替换附件4a、4b。在支撑系统10包含有源元件的实施例中，如支撑系统10用作转向系统的实施例，此电子控制系统13也可以以有线及/或无线的连接方式连接至支撑系统10。此连接允许电子控制系统13控制此支撑系统10，如由此允许改变支撑系统的一个或多个车轮的方向及/或转动。

请继续参照图3，此可替换附件4a、4b可包含副控制单元5以及无线收发器6。电子控制系统13的无线通信模块16允许与无线收发器6进行通信。接下来，此无线收发器6则可以与可替换附件的副控制单元5电连通。因此，主控制单元15可以控制此驱动系统7(和在支撑系统10包含有源元件的实施例中的支撑系统10)以及经由副控制单元5控制可替换附件4a、4b。无线通信模块16以及无线收发器6可使得在电子控制系统13以及可替换附件4a、4b之间能够达到无线通信。此外，无线通信模块16可允许电子控制系统13接收来自外在来源的指令，例如，此外在来源可以是通过如Wi-Fi、蓝牙等网络的用户计算装置。在部分实施例中，无线通信模块16能够使远程用户控制或者可程式化此机器人100。无线通信模块16可以通信地连接至无线收发器6，且来自电子控制系统13的指令可以无线传送到可替换附件4a、4b。此无线收发器6可以电连接至副控制单元5。因此，从电子控制系统13被无线接收的指令可以经由副控制单元5来加以实施，允许电子控制系统13无线地控制可替换附件4a、4b。此外，无线收发器6可使可替换附件4a、4b与其他的可替换附件4a、4b进行无线通信，以允许执行待被协调的任务。无线通信模块16以及无线收发器6可以允许系统更新被下载且应用于主控制单元15及/或副控制单元5。这样的系统更新可以被接受，且其可以通过用户计算装置以无线方式来加以实施。

在不是无线通信的部分的实施例中，在可替换附件和电子控制系统之间可以建立实体连接。举例来说，无线通信模块16以及收发器6可以仅仅是以有线的方式彼此互连的通信单元。在部分的实施例中，电极可以存在于附件保留通道18以及突起120a、120b之中。一但锁定到保留通道18的适当位置内时，此突起120a、120b上的电极可以与保留通道18中的相对应电极进行配对以及提供与保留通道18中的相对应电极的电接触，进而形成电子控制系统13以及可替换附件4a、4b的通信通道。

请再参照图1A，主电源供应器17系提供电力给机器人100，电源供应器17的电源供应或是其他揭露于本案的其他电源供应的非局限性示例包含独立电源供应器，如可充电、非可充电电池等。可充电电池的实例可包含镍氢或锂离子电池。在部分的实施例中，此主电源供应器17包含变压器，且此主电源供应器17连接至电源插座，如AC电源插座。

主电源供应器17可以相对于可替换附件4a、4b在外部地并可拆卸式地安装至主体1上。这样的设置可允许主电源供应器17充当可替换附件4a、4b的配重。当此主电源供应器17电力耗尽时，其可从主体1上移除并进行取代。此主电源供应器17可以另外地定位，使得主电源供应器17可以在不用从主体1上移除该主电源供应器17的情况下，对接此机器人至充电站(未显示于图中)来进行充电。如第4图所示，主电源供应器17可以电连接至驱动系统7及可替换附件4a、4b，提供电力以输送机器人100以及通过可替换附件4a、4b执行各种功能。

为了将此主电源供应器17固定在适当的位置上，可以设置用于将此主电源供应器17保持在主体1上的紧固机构。图1B-1C分别是装载电源供应器和卸载电源供应器的自主机器人的示例的后透视图。为了便于说明，这些图示将不会包含可替换附件4a、4b。如图所示，电源供应器17可以通过附着在主体1的插槽150而被固定。在部分的实施例中，插槽150可以是竖直延伸件140的一部分。此插槽150可以成型为配合电源供应器17上的一对应突起17a。在部分的实施例中，多个插槽150可设置为容纳多个电源供应器17。此外，插槽150可以用于保持功能附件，例如用以执行任务的额外可替换附件，及/或保持可替换附件或是电源供应器17的配重。

可以理解的是，此机器人100可以容纳多个电源供应器。举例来说，请再次参照图3并一并参照图5，除了主控制单元15，电子控制系统13也可包含副电源供应器14。此副电源供应器14提供电力给电子控制系统13，并且还可以电连接至驱动系统7、支撑系统10(其中在支撑系统10包含了需要电力的有源元件的实施例中，)、可替换附件4a、4b以及主控制单元15，。当主电源供应器17因耗尽而被取代时，为了使机器人维持运作，副电源供应器14提供电力给驱动系统7、支撑系统10(其中再次地，此支撑系统中包含有需要电力的有源元件)以及可替换附件4a、4b，。当此主电源供应器17是耗尽或是被移除时，此副电源供应器14通过提供电力并保持机器人操作而额外地使机器人100自身能够取代主电源供应器17。

现在请参照图2A-2D，其分别绘示了机器人100的俯视、透视、后视与侧视图的示例。如第2A图所示，驱动系统7包含一对主动轮8以及至少一个马达9。当该至少一个马达9将来自主电源供应器17以及副电源供应器14的电能转换为机械能时，这一对主动轮8允许机器人横越表面，例如，车轮8的位置。由于该至少一个马达9所提供的机械能，这对主动轮8可被扭转地连接至所述至少一个马达9，而使得这对车轮8得以转动。较佳地，这对主动轮8可以是一对后方车轮。在部分的实施例中，这对主动轮8的每一个主动轮可以是由其所属的马达9所驱动。较佳地，所述至少一个马达9包含变速器(未显示于图中)以及一个或多个传感器。变速器构造为当传感器能够监控所述至少一个马达9以及传达数据至电子控制系统13时，改变所述至少一个马达9的扭力输出以帮助机器人100移动。

现在请参照图2B-2D，在支撑系统10作为转向系统的实施例中，此系统可包含第一可转动车轮11以及第二可转动车轮12。在部分的实施例中，这些车轮11、12可以分别安装在主体1的框架延伸件1a、1b上。如图所示，这些框架延伸件1a、1b也限定可容纳可替换附件4a、4b的开孔。

当机器人欲横越一表面时，第一转动车轮11与第二转动车轮12能够使机器人改变方向。此第一可转动车轮11及第二可转动车轮12靠近前端120(如第2D图所示)、延着后端3相对于驱动系统7安装。第一可转动车轮11及第二可转动车轮12由此从驱动系统7进行偏移，且其构造为改变机器人100移动的横向方向。在部分的实施例中,电子控制系统13经由控制第一可转动车轮11及第二可转动车轮12来导航机器人100。在部分的实施例中，第一可转动车轮11及第二可转动车轮12为脚轮。

在部分的实施例中，第一胎面对应第一转动车轮11被盘绕在这对主动轮8中的其中之一周围，且第二胎面对应第二转动车轮12被盘绕在这对主动轮8中的另外一个周围。当存在时，这些胎面可使得机器人通过更为多样或湿滑的地形，例如雪或冰。在部分的实施例中，机器人从而可提供如坦克的类似方式的可动性。

请继续参照图4，在部分的实施例中，此机器人也可以包含多个发光单元19。此多个发光单元19可构造为提供在机器人附近的照明。在部分的实施例中，此多个发光单元可以靠近后端3安装在主体1上。此多个发光单元19可以从一侧到另一侧或是从上至下进行调整。此外，多个发光单元19可构造为同时照明多个方向。如图4所示，多个发光单元19可以电连接至主电源供应器17，使得此主电源供应器17能够供应电力至多个发光单元19。为了适应机器人100的功能和设计，此多个发光单元19的特定位置可如所期望的进行变化。举例来说，在部分实施例里，多个发光单元19可以是直接内置于主体1内的多个发光二极体(LED)。

由于此机器人100构造为用于自主操作，故理想的是在其操作期间内，此机器人不会变成被卡住、损坏或以其他方式受到损害。现在请参照图2A-2D，机器人100还可以包含一个或多个传感器20。此一个或多个传感器20可利用协助机器人移动以协助机器人的自主操作。在部分的实施例中，此一个或多个传感器20是碰撞检测传感器。在部分的实施例中，一个或多个传感器20可以是一个或多个红外线传感器或其他距离传感器、地面传感器或是线路检测传感器。此一个或多个传感器20可构造为检测是否此机器人目前正与物件处于一碰撞过程中。然后此一个或多个传感器20可以提供一信号以警示电子控制系统13即将发生碰撞，由此使得能够采取行动以防止碰撞。举例来说，在支撑系统10可以是一个转向系统的部分实施例中，电子控制系统13可以命令支撑系统10引导此机器人100远离此物件。在部分的实施例中，在机器人100将工作的区域内可以包含信标，以帮助机器人100进行导航。举例来说，此工作区域可以包含被传感器20的其中之一感测的蓝牙信标或是红外线发射器。

此一个或多个传感器20可以置于主体1的前端2，使得一个或多个传感器20在机器人横越表面时可以检测其前方的物体。此多个传感器20电连接至电子控制系统13，因此，一个或多个传感器20能够如图4所示与电子控制系统13进行通信，以允许电子控制系统13采取行动以防止碰撞发生。此机器人100可额外包含用于吸收冲击的保险杠(未显示于图中)。为了确定此机器人100是否与物体产生接触，可以包含如碰撞传感器(未显示于图中)的其他传感器。

在部分的实施例中，一个或多个传感器20可以包含至少一个照相机以提供机器人100附近的实况取景。较佳地，此照相机靠近机器人100的最高点安装。在部分的实施例中，此照相机系安装在升降机构130上，如在升降机构的顶部上。除此之外，较佳地，此照相机是固定的，例如安装在不会相对于机器人100的主体1竖直或横向移动的升降机构的一部分上。在这个位置上，此照相机可以被用于观看机器人100以及周围的环境。在部分的实施例中，机器人100包含两个或更多个照相机，例如，面朝前的照相机，面朝后的照相机。面朝前的照相机可以扫描机器人100行进路线上的障碍，而面朝后的照相机可以扫描当机器人100后退时的障碍。除此之外，此面朝后的照相机可构造为反映可替换附件4a、4b，并且此机器人100可构造为使用此信息以判断可替换附件4a、4b的数量及/或大小。这样的判断对于避免附件4a、4b的顶部(如顶部转角)与高处的障碍进行碰撞是有用的。在部分的实施例中，此照相机可用于检测物体、颜色以及可帮助此机器人100自主操作的其他视觉因素。举例来说，绿色可以对应到草地地形，而蓝色可以对应到水，可允许机器人避开水且留在草地地形上。此照相机另外包含红外线成像、夜视及/或用于发射和检测所发射波长的光的类似成像技术。因此，此照相机可以被用作尺寸传感器以确定机器人100的大小，包含确定附件4a、4b的大小。

如此处所揭露，可替换附件4a、4b可为机器人100提供多种功能。在部分的实施例中，可替换附件4a、4b可包含吸尘器。此吸尘器可用以当机器人行进而横越表面从表面去除灰尘、碎屑和其它小物体。在部分的实施例中，可替换附件4a、4b可包含蒸汽清净机。此蒸汽清净机可构造为清理机器人100行进横越的表面。可替换附件4a、4b可包含割草机。此割草机可构造为当行进至植物生长区时修剪此植物生长区。在部分的实施例中，可替换附件4a、4b可包含附加电源供应器或可以是附加电源供应器。在超过主电源供应器17及副电源供应器14的容量时，此附加电源供应器可构造为提供电力给机器人100。此附加电源供应器可以电连接至驱动系统7、支撑系统10(在支撑系统10包含需要电力的有源元件部分的实施例中)以及电子控制系统13。

可以理解的是，可替换附件4a、4b可以包含额外的元件来协助这些附件的各种功能。举例来说，以割草机为例，可替换附件4a、4b可包含马达以及附加的刀片。可以理解的是，可替换附件4a、4b的外形及整体设计可根据可替换附件4a、4b所执行的功能或是任务而有所变化。其他的实例任务可包含马路的喷漆、运输货物以及冰层的重铺，但不拘限于上述示例。此机器人100可以另外地使用于军事应用上，如化学检测、挖掘检测以及爆炸性军械处理(EOD)。除此之外，此可替换附件4a、4b可以是适配器，其用以允许机器人拾起此适配器设计容纳的物品。经由此适配器拾起的示例物品可以包含、但不限于垃圾箱以及衣服箱。

请参照图1A，此可替换附件4a、4b可以循序地设置在机器人100的移动路径上。举例来说，可替换附件4a、4b可以前后彼此排列，即可替换附件4a靠近机器人100的后端3在可替换附件4b的后方。

较佳地，可替换附件4a、4b所执行的任务是相互匹配的，使得一个附件用于来增加另一个附件在执行任务时的效率。举例来说，此可替换附件4a可以是真空吸尘器，且可替换附件4b可以是蒸汽清净机。举另一个示例来说，此可替换附件4a可以是真空吸尘器或是蒸汽清净机，而此可替换附件4b可以包含用以绘制底层表面的油漆分配器。再举另一个示例来说，可替换附件的其中之一可以是空箱，而可替换附件的另外一个可以是接收或是产生物质的装置，其中此物质需要储存空间。在部分的实施例中，产生需要储存的物质的装置可以是扫路机或是割草机，且此空箱可以用于容纳，例如，由扫路机所清扫的物质或是由割草机生成的所割除的青草。当此箱已满时，此机器人100可构造为例如在基站用空箱来置换此填满的箱。

在部分的实施例中，电子控制系统13可以包含数位显示器(未显示于图中)，此数位显示器使此机器人100的用户能够观看各种设定以及性能。此数位显示器可以整合触控技术以用于用户输入至电子控制系统13及/或可以提供如键盘的实体输入装置。此显示器可以作为允许用户输入指令的界面的一部分，并可配置此电子控制系统13及/或可替换附件4a、4b。电子控制系统13可进一步整合麦克风，以使用户能够在机器人运作期间输入语音指令。数据储存装置也可以提供用来允许在机器人运作期间收集的数据被保存。此数据存储15可以从机器人100上移除或不可以从机器人100上移除。如通用串行总线(USB)的数据存储端口可以提供用来协助数据转移，或是允许机器人100被连接至外部的计算装置。此外，此机器人100还可包含充电端口，以允许机器人实体连接到外部电源以进行充电。

如上所讨论，由于此主电源供应器17在外部地安装至主体1，机器人100能够自主替换主电源供应器17来代替由用户的手动替换。此机器人100能够结合插接站或用于充电及/或取代主电源供应器17的相似结构使用。为了给主电源供应器17充电，机器人100可以构造为自主地与插接站进行对接。此可替换附件4a、4b也可被对接至插接站并从插接站进行充电。除了主电源供应器17之外，其将会允许副电源供应器14可由插接站进行充电。

有利地，根据本文所揭露的各种实施例的机器人能够无限期运行，使得当产生需要以及工作任务产生变化时，机器人可以持续地交换电池以及可替换附件。因此，此机器人可以用作居家清洁机器人、商业清洁机器人、室外机器人、室内机器人等等，其可以不需与人类互动而自主地改变功能，(例如，从通过割草附件除草、到为了支撑箱子和木箱而移动适配器的箱子和木箱、再到利用真空吸尘器及/或扫地附件来清洁车道)。机器人的操作示例提供如下。可以理解的是，以下顺序也许可以以下述的次序来执行。此外，还可以考虑按不同动作的顺序省略部分动作及/或改变。

1.机器人可以在充电站启动，使得可替换附件(例如真空吸尘器)通过固持系统而锁固在机器人的主机箱或主体。

2.此机器人可以通过以处于适当为的电源供应器(例如可移动电池)启动。

3.此机器人离开此充电站以执行其被指派的任务(在吸尘的情况下)。

4.当此机器人完成指派任务或是当可替换附件的容量饱和(例如真空吸尘器模块已被灰尘填满)，则此机器人将会返回此充电站或是其他指定的终止区域，并且卸除此可替换附件。此卸除可以经过解除锁定并且推出此附件，或是通过重力来扔除此附件而发生。

5.如预期地，此机器人可使本身对准至可替换附件的后方，或是无论此固持适配器是处在可替换附件之中什么地方，机器人可朝可替换附件前进及集中自身(如使用如照相机的传感器)，并且此可替换附件可以由固持系统进行锁定/解锁。当此机器人靠近基站/充电站时，其在一定距离时启动对接程序。而在机器人对接之前，机器人从基站维持对接距离，以帮助其对齐模块化箱子的后方以及对齐此固持系统。

6.在指定区域或基站/充电站，此对接程序存在于进行持有与拆卸此可替换附件中。

7.此基站可经由传感器以及按钮来协助指引机器人在基站对接，并且对准此固持系统。换句话说，此基站可以给机器人提供指引以返回到所述基站。此外，此基站可以包含促动器，其中此促动器可转移可替换附件的位置以对准机器人的固持系统。

8.此机器人可朝基站移动并定位在此基站，其中此基站系具有多种传感器，例如实况回馈照相机，红外线传感器或其他接近传感器，地面传感器，或是能沿着机器人行进路线而设置在地面上的"磁道"行动的线路检测传感器。此磁道可以是任何置于地面上的带传感器至绘图传感器。

9.此机器人可使用各种传感器，例如实况回馈照相机及/或红外线传感器或其他距离传感器，以协助在基站或其他指定区域上定位、载入或卸载此可替换附件。

10.此机器人可以移动至空旷区域，例如是在基站或是在一指定区域上，并卸除其可替换附件。较佳地，此卸除发生在可替换附件原先被拾取额位置，例如在当此元件较早是由机器人持有时所保持空旷的空间。

11.然后此机器人可为了另一任务而移动至另一个可替换附件。举例来说，此机器人可以与位于基站(例如在真空吸尘器可替换附件的附近或周围)的蒸汽清洗可替换附件进行对准，经由固持系统捡拾起蒸汽清洗可替换附件，然后从基站离开以执行蒸汽清洗任务。在部分其他的实施例中，此真空吸尘器附件及蒸汽清洗附件可以一起被装载到机器人，使得机器人不需返回到基站来替换附件，便可以同时执行真空吸尘及蒸汽清洗。

12.除了未设置在机器人自身上或是基站上的其他定位装置之外，此机器人能够利用GPS来协助导航，以协助返回用于对接或是取消对接的可替换附件。这些定位装置可包含蓝牙信标或是红外线发射器。

13.在机器人配备有模块化且可移除式电源供应器的情况下，此电源供应器可以是被卸载，且新的电源供应器可以与可替换附件的卸载及装载相似的程序被装载。举例来说，在机器人执行不同任务且其附加的电池为低电量时，此机器人可以移动到具有已充电电池或正充电电池的基站，在此基站或指定区域卸载耗尽的电池并装载另一个电池。

14.在机器人没有配备有一模块化且可移除式的电源供应器的情况下，此机器人可使用各种传感器以返回基站进行充电。根据工作安排的完成与否，此机器人可以返回至基站以进行充电、前去完成其工作，或者停留在此基站上。

15.此机器人可以在持有一个可替换附件时进行充电。举例来说，这样的充电可以经由内置于机器人的连接器来执行，其可传送信号及电力至可替换附件以及机器人的主电脑系统。在部分的实施例中，此充电也可以发生在不持有任何可替换附件的机器人上。

16.可以理解的是，可替换附件可以被机器人使用外形/颜色或设计而进行追踪，这样的追踪在卸载及装载可替换附件时，可以被用来对准机器人。

在部分的实施例中，机器人100的移动可以发生在使用所有的车轮8及11-12时。在部分的实施例中，所有车轮8和11-12、没有一个车轮8和11-12或仅一个子集的车轮8和11-12是可以旋转的。

在部分的实施例中，当机器人100的前端120离开地面时，机器人100可以在其两个车轮(如车轮8)上进行平衡及移动。可以理解的是，此机器人100可以包含连接至主体1的一个或多个陀螺仪。一但机器人100是位于两个车轮上时，这些陀螺仪可以帮助维持机器人100的平衡。

此机器人100可以使用各种程序将自身定位在两个车轮上。举例来说，一直到机器人100达到其在车轮8上平衡的定向之前，可替换附件的其中之一可以提升车轮11、12，且车轮8可以向着表面(如，墙)来推动车轮11、12，而使得它们到达此表面。举另一个示例来说，车轮11、12可以被举起(如通过可替换附件)，且此机器人100可在车轮11、12的方向上充分加快速度，使得这些车轮被抬举更高至机器人100在车轮8上平衡的水平。

可以被本领域技术人员理解到的是，上述的过程和结构在不脱离本发明主旨的范围内可以进行各种省略，添加和修改。举例来说，可以理解的是，此机器人100已显示在示出的功能性元件的周围不具有任何的侧镶板或其他壳体。在部分的实施例中，壳体或外壳可以提供在上述元件的周围，例如用以保护这些元件避免外部物件的膨胀、气候或可以损害这些功能元件的其他外部现象。除此之外，此壳体可以保持机器人的一致性外观、大小及外型，而无关于可替换附件的大小或是保留附件的个数。这可以提供美观的好处及/或允许此机器人外部其他装置的一致配合(如一基站)，而与内部元件或可替换附件的修改无关。除此之外，当各种所绘示及讨论的元件被放置在不同的位置时，可以理解的是，各种元件的相对位置可以改变，且同时此处仍保有上述所提及的功能。可以设想到的是，实施例的具体特征和方面的各种组合或子组合可以被进行，且仍然落入本说明书的范围之内。所公开的实施例各种特征和方面可以彼此结合或进行取代。而所有这些修改和改变都将落入本发明的所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (20)

1.一种自主机器人，包含：

主体，所述主体具有框架，所述框架包括前端和后端，其中，所述框架包括将框架的后端连接至框架的前端的第一框架延伸件和第二框架延伸件，所述框架的前端包括至设置在第一框架延伸件、第二框架延伸件和所述后端之间的开孔的路径；

驱动系统，所述驱动系统连接至所述框架；

固持系统，所述固持系统联接至所述框架；

升降机构，所述升降机构附接至所述框架；

清扫机附件，所述清扫机附件具有基本上适配在主体的所述开孔中的尺寸，所述清扫机附件能够连接至所述固持系统，以利用所述升降机构升高和降低所述清扫机附件；以及

控制器，所述控制器与所述驱动系统、所述固持系统以及所述升降机构交互；

其中，所述控制器被配置为启动所述固持系统以在所述主体被布置在清扫机附件上方并且所述清扫机附件基本上被布置在所述开孔内时连接所述框架与清扫机附件，并且所述驱动系统由所述控制器控制，以移动所述自主机器人以及启动清扫机附件以清扫表面。

2.根据权利要求1所述的自主机器人，还包含：

连接至所述主体的电源供应器；以及

连接至清扫机附件的电源供应器。

3.根据权利要求1所述的自主机器人，还包含：

马达；以及

连接至所述框架的车轮，所述马达连接至所述车轮，以基于来自所述控制器的指令驱动具有清扫机附件或不具有清扫机附件的自主机器人。

4.根据权利要求3所述的自主机器人，其中，所述自主机器人的主体被控制成：

在工作区域内移动，以使用清扫机附件执行表面的清扫，以及

移动到插接站，用于与清扫机附件和所述自主机器人中的一者或两者相关的电池的再充电。

5.根据权利要求1所述的自主机器人，还包含：

设置在所述主体上的多个照相机，所述多个照相机至少包括面朝前的照相机、面朝后的照相机和侧向照相机，用于观察行进路径以及在自主机器人的移动期间避开一个或更多个障碍物。

6.根据权利要求5所述的自主机器人，其中，所述多个照相机收集经处理的图像数据，以使得驱动系统能够沿着行进路径移动自主机器人，以及对准至插接站，以对与清扫机附件和所述自主机器人中的一者或两者相关的一个或更多个电池进行再充电。

7.根据权利要求1所述的自主机器人，还包含：与图像数据结合使用的多个传感器，以使得驱动系统能够在使用清扫机附件清扫表面的工作期间移动自主机器人并避开障碍物。

8.根据权利要求1所述的自主机器人，其中，提供了插接站，以使得自主机器人能够卸载清扫机附件，以便给清扫机附件的电池充电，其中，为了卸载清扫机附件，控制器使得提升机构在插接站处降下清扫机附件，并且脱离固持系统。

9.根据权利要求8所述的自主机器人，其中，所清扫机附件能够与另一清扫机附件互换，并且所述控制器被配置成将自主机器人移动到另一插接站，以装载基本上充电并准备好继续清扫的所述另一清扫机附件。

10.根据权利要求1所述的自主机器人，其中，提供了插接站，以使得自主机器人能够卸载或装载清扫机附件，其中，所述控制器被配置成使用来自安装至所述主体的一个或更多个照相机的图像数据，以靠近并对准至所述插接站。

11.根据权利要求10所述的自主机器人，其中，所述插接站包括外形或颜色设计，以使得所述自主机器人能够使用所述图像数据来对准，以靠近所述插接站。

12.根据权利要求1所述的自主机器人，其中，所述控制器由一个或更多个计算装置限定，并且所述一个或更多个计算装置包括无线通信模块，用于与计算机交互。

13.根据权利要求12所述的自主机器人，其中，所述无线通信模块提供用于导航控制、远程控制、或与计算装置的数据交换、或编程、或系统更新、或其组合中的一者或更多者。

14.根据权利要求1所述的自主机器人，还包括尺寸传感器，该尺寸传感器是照相机和碰撞检测器中的一个或多个。

15.根据权利要求1所述的自主机器人，其中，所述升降机构被构造为伸长和缩回。

16.根据权利要求1所述的自主机器人，其中，所述清扫机附件包括空箱，用于保持从清扫收集的材料。

17.一种用于经由自主控制进行清扫的机器人，包括：

主体，所述主体具有框架，所述框架包括前端和后端，其中，所述框架包括将框架的后端连接至框架的前端的第一框架延伸件和第二框架延伸件，所述框架的前端包括至设置在第一框架延伸件、第二框架延伸件和所述后端之间的开孔的路径；

驱动系统，所述驱动系统连接至所述框架；

固持系统，所述固持系统联接至所述框架；

升降机构，所述升降机构附接至所述框架；

清扫机附件，所述清扫机附件具有基本上适配在主体的所述开孔中的尺寸，所述清扫机附件能够连接至所述固持系统，以利用所述升降机构升高和降低所述清扫机附件；以及

控制器，所述控制器与所述驱动系统、所述固持系统以及所述升降机构交互，所述控制器包括一个或更多个计算装置，所述一个或更多个计算装置包括无线通信模块，用于对机器人进行导航。

18.根据权利要求17所述的机器人，还包括：

连接至所述主体的电源供应器；

连接至清扫机附件的电源供应器；

马达；以及

连接至所述框架的车轮，所述马达连接至所述车轮，以基于来自所述控制器的指令驱动具有清扫机附件或不具有清扫机附件的机器人。

19.根据权利要求17所述的机器人，其中，所述机器人的主体被控制成：

在工作区域内移动，以使用清扫机附件执行表面的清扫，以及

移动到插接站，用于与清扫机附件和自主机器人中的一者或两者相关的电池的再充电。

20.根据权利要求17所述的机器人，其中，所述控制器被配置为启动所述固持系统以在所述主体被布置在清扫机附件上方并且所述清扫机附件基本上被布置在所述开孔内时连接所述框架与所述清扫机附件。

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