CN114786886A - 用于工业机器人的系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于工业机器人平台的系统和方法。工业机器人小队自主通信并一起工作。控制中心可以监测自主操作。在控制中心级、小队级和机器人级的软件形成分布式控制系统，该分布式控制系统分析与平台相关的各种数据以对各种系统进行监测。人工智能(诸如机器学习)在控制中心级、小队级和/或机器人级实施，以进行由智能决策驱动的集群行为。每个机器人都包括附接到任务特定工具系统的通用平台。机器人可以是具有附接到通用框架的采矿特定工具系统的采矿机器人，并被配置用于采矿任务。该平台是模块化的并且可以用于其他工业应用和/或机器人类型，诸如建筑、卫星群、燃料生产、灾难恢复、通信、远程电力等。

Description

用于工业机器人的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年10月18日提交的标题为“用于工业机器人的系统和方法”的第62/923376号美国专利申请的优先权权益，以及于2019年10月18日提交的标题为“工业机器人平台”的第62/923357号美国专利申请的优先权权益，出于所有目的，上述申请中的每个均通过引用整体并入本文并形成本说明书的一部分。

技术领域

描述了用于工业机器人的特征，特别是用于操作自主的任务特定机器人(诸如采矿机器人)集群的架构、方式和方法。

背景技术

机器人被用于执行各种任务。使用机器人可以提高盈利能力和效率，同时降低人工风险。然而，用于执行工业任务的现有解决方案需要频繁维修、很繁琐，并且需要高度密切的人工参与，因此效率低下且成本昂贵。因此，期望在该领域作出改进。

发明内容

本文所公开的实施方式各自具有几个方面，并非单独一个方面独自负责本公开的期望特性。在不限制本公开范围的情况下，现在将简要讨论其更突出的特征。在考虑本讨论之后，特别是在参阅了标题为“详细描述”的部分之后，将理解本文所述的实施方式特征如何提供相对于现有工业机器人方法的优点。

描述了用于工业机器人系统平台的系统和方法。机器人集群可以作为独立单元自主进行操作，并与周围机器人以不同程度进行协作。机器人可以被组织为机器人小队或机器人组，还可以被组织和分组为排，从而形成整体集群分层架构。控制中心与机器人集群通信以启用人工监测和操作异常管理，然而控制中心可能不会在名义上或主动远程操作集群。控制中心级、排级、小队级和机器人级软件可以分析与平台和外部环境有关的各种数据，以对各种系统进行监测、通信和控制。人工智能(诸如机器学习)可以在控制中心级、排级、小队级和机器人级实施，以进行由智能决策驱动的个体机器人和集群行为。机器人可以彼此通信并与控制中心通信，以自主工作来完成工业任务。非地理上并列的远程控制中心可以与多个集群控制中心通信。

此外，每个机器人可以包括与任务特定工具系统集成的通用平台。机器人可以是采矿机器人，具有附接到通用平台(在本文中还被称为框架等)的采矿特定工具系统，并被配置用于采矿任务。该平台是模块化的并且可以用于部署在陆地和水下、在自由空间中、在月球、火星和其他天体上的其他工业应用和/或机器人类型，诸如建造、制造、拆卸、卫星群、燃料生产、灾难恢复、通信、远程电力等。当确定新种类要被添加到种类集群机器人架构目录中的种类组中时，专用于实现新种类的负载模块可以被开发为在硬件级和软件级都与机器人通用平台集成。事实上，机器人体系架构在硬件和软件子系统级都被模块化可以加速以下能力：轻松建造新机器人种类并将新机器人种类集成到现有集群和新集群中以实现新的功能和工业任务。在硬件层，可以在通用平台中模块化关键子系统，例如，电力、热管理、移动性、数据处理、结构支持。在软件层，系统可以包括分布式分层架构，其中专用于通用和负载功能的固件模块和软件模块通过能够处理不同层操作协议(诸如CAN、RS 232、ROS、UDP、TCP/IP等)的API与数据处理层接口连接。

在系统中进行的所有操作和遥测可以统一处理。用于管理进程、监督数据处理、执行内务处理和数据记录的模块可以是不同复杂度层中的SW架构的一部分，并且完全模块化以实现新负载模块的可扩展性、灵活性并易于集成。集群被构造成使得机器人可以作为单独的单元、小队、排或者集群本身完全自主操作。每个机器人可以包括被配置为自主执行工业任务硬件和软件堆栈，而无需人工干预。算法和控制(例如，硬编码、计算机视觉、线性、非线性、机器学习等)、以及整个数据处理基础设施可以处理系统的自主操作，在整个通信网络中广播状态和传感器数据。为了完成某项工业任务，机器人可以被分组成小队，使得每个小队将包括优化数量的特定种类机器人以完成任务。小队机器人可以被标记为在彼此之间共享机器人数据，以作为一组自主协作并实现工业任务的成功执行。在部署站点的某个区域中执行相同或不同的工业任务、或者在整个部署站点中实现特定功能的小队可以被组织成排。属于同一排的机器人被标记为使得数据可以在其间共享，以作为一组自主执行协作任务。

在分布式数据架构中，具有所有相关信息和机器人标识符、小队标识符、排标识符和集群标识符的数据分组可以在集群之间共享。在每个机器人单元处的算法和控制将过滤和分析由同一小队、排和集群中的机器人共享的相关数据分组。在同一小队中协作的机器人可以自主发送和接收专用于该小队的数据分组；并且可以基于操作的接近程度以比专用于排或集群的数据分组更高的频率和容量共享该数据分组，以维持小队级的操作。在同一排中协作的机器人可以自主发送和接收专用于该排的数据分组。在同一集群中协作的机器人可以自主发送和接收专用于该集群的数据分组。控制中心主要用于监测自主操作。控制中心可以根据包括在数据分组中的信息优先级，以低频率或高频率监测网络中的所有数据分组。控制中心将有能力在任何给定时间接管对集群中的任何机器人单元的控制，以执行人工干预、异常管理、测试或训练操作。

在一方面，描述了一种用于操作工业机器人的系统。该系统包括一个或多个集群。每个集群包括一个或多个小队。小队可以被分组成排或不被分组成排。每个小队包括多个机器人。每个机器人被配置为自主操作并包括与负载堆栈联接的通用平台，负载堆栈是通用平台可与之联接的多个负载堆栈中的一个，并且其中，机器人被配置为使用负载堆栈来执行负载特定工业任务。该系统还可以包括集群控制中心，集群控制中心被配置为与一个或多个小队远程通信。

可以实施各方面的各种实施方式。在一些实施方式中，多个机器人可以被配置为经由集群通信网络彼此通信并与集群控制中心通信。小队中的两个或更多个可以经由集群通信网络彼此通信。通用平台还可以包括被配置为移动每个机器人的移动系统。根据另一个实施方式，移动系统可以包括履带式系统、轮式系统或足式系统。通用平台可以包括被配置为通过机器人控制算法来操作的控制系统。机器人控制算法可以包括人工智能或机器学习包。通用平台可以包括数据处理系统，其中每个数据分组包括数据分组报头，数据分组报头包括与每个机器人相关的识别信息。识别信息可以包括以下一项或多项：集群标识符、排标识符、小队标识符、机器人标识符、机器人定位标识符、机器人位置标识符、健康数据、性能数据、操作数据、内务管理数据和/或传感器数据。通用平台可以包括硬件平台堆栈和软件平台堆栈，并且其中，通用平台被配置为使用硬件平台堆栈和软件平台堆栈来自主操作负载堆栈，以执行负载特定工业任务并与其他机器人和/或集群控制中心通信。通信系统可以经由集群通信网络从一个或多个集群接收操作数据并向一个或多个集群发送更新数据。命令和控制系统可以监测和支持多个机器人、初始化系统、执行异常管理、分析操作数据，并基于对操作数据进行分析来生成更新数据。用户界面可以使用户能够监测和控制一个或多个集群。

根据另一个方面，描述了一种用于操作自主工业机器人的系统。该系统包括：控制中心；多个第一工业机器人，被配置为自主执行第一工业任务；以及多个第二工业机器人，被配置为自主执行不同于第一工业任务的第二工业任务。多个第一工业机器人中的一个或多个以及多个第二工业机器人中的一个或多个被配置为与彼此自主通信并与控制中心自主通信；并且多个第一工业机器人中的一个或多个以及多个第二工业机器人中的一个或多个被配置为一起自主工作，以实现由执行第一工业任务和第二工业任务导致的协作工业目标。

可以实施各方面的各种实施方式。在一些实施方式中，多个第一工业机器人中的每个第一工业机器人可以包括与第一负载堆栈联接的通用平台，并且多个第二工业机器人中的每个第二工业机器人可以包括与第二负载堆栈联接的通用平台。第一负载堆栈和第二负载堆栈可以是通用平台可与之联接的多个负载堆栈中的一个，以及其中，每个第一工业机器人可以使用第一负载堆栈来执行第一负载特定工业任务，并且每个第二工业机器人可以使用第二负载堆栈来执行第二负载特定工业任务。根据另一个实施方式，多个第一工业机器人可以包括多个第一采矿机器人。多个第二工业机器人可以包括多个第二采矿机器人。协作工业目标可以包括协作采矿目标。

另一个方面，描述了一种工业机器人。该机器人被配置为在集群机器人系统中自主操作以完成协作工业目标。该工业机器人包括：负载堆栈，被配置为执行机器人特定工业任务；通用平台堆栈，包括机器人硬件平台。机器人硬件平台包括：框架，被配置为支持通用和负载硬件堆栈；移动系统，与框架联接并被配置为移动采矿机器人；以及电力系统，被配置为向通用和负载堆栈系统供电。该机器人还包括控制系统，控制系统包括：板载处理器，被配置为操作机器人硬件平台和机器人软件平台；通信系统，被配置为通过集群通信网络发送和接收数据；以及数据总线，被配置为与板载处理器以及一个或多个硬件平台控制模块接口连接。该机器人还包括：机器人软件平台，机器人软件平台包括机器人操作系统，机器人操作系统被配置为执行机器人控制和/或机器学习算法，以操作机器人硬件平台来执行机器人特定工业任务；数据处理模块，被配置为与在算法、健康、内务管理、登录和操作模块以及人机界面中的一个或多个硬件平台控制模块的固件接口连接；数据库，被配置为存储机器人硬件平台和机器人软件平台的操作数据；以及用户界面模块，被配置为使用户能够远程访问和控制机器人。

在另一个方面，描述了一种使用自主工业机器人的方法。该方法包括：在第一工业机器人和第二工业机器人之间建立自主通信；响应于自主通信，使用第一工业机器人自主执行第一工业任务；响应于自主通信，使用第二工业机器人自主执行不同于第一工业任务的第二工业任务，其中执行工业任务第一和第二工业任务以实现协作工业目标；以及使用第一工业任务或第二工业机器人，与控制中心自主通信与协作工业目标相关的第一数据。

另一个方面，描述了存储有一组或多组指令的一种或多种非暂时性计算机可读介质，当该指令由一个或多个处理器运行时执行使用自主工业机器人进行采矿的方法。该方法包括：在第一工业机器人和第二工业机器人之间建立自主通信；响应于自主通信，使用第一工业机器人自主执行第一工业任务；响应于自主通信，使用第二工业机器人自主执行不同于第一工业任务的第二工业任务，其中执行工业任务第一和第二工业任务以实现协作工业目标；以及使用第一工业任务或第二工业机器人，与控制中心自主通信与协作工业目标相关的第一数据。

在另一个方面，描述了一种使用自主工业机器人进行采矿的系统。该系统包括与存储器通信的处理器，存储器上存储有指令，当该指令由处理器运行时执行使用自主工业机器人的方法。该方法包括：将第一通信发送到第一工业机器人；以及响应于第一通信，在第一工业机器人与第二采矿机器人之间建立自主通信，其中自主通信使得第一工业机器人自主执行第一工业任务，并使得第二工业机器人自主执行不同于第一工业任务的第二工业任务，以及其中第一工业任务和第二工业任务共同定义了协作工业目标。

在另一个方面，描述了一种使用自主工业机器人的方法。该方法包括：将第一通信发送到第一工业机器人；以及响应于第一通信，在第一工业机器人与第二工业机器人之间建立自主通信，其中自主通信使得第一工业机器人自主执行第一工业任务，并使得第二工业机器人自主执行不同于第一工业任务的第二工业任务，以及其中第一工业任务和第二工业任务共同定义了协作工业目标。

另一个方面，描述了其上存储有指令的非暂时性计算机可读介质，当所述指令由处理器执行时执行使用自主工业机器人的方法。该方法包括：将第一通信发送到第一工业机器人；以及响应于第一通信，在第一工业机器人与第二工业机器人之间建立自主通信，其中自主通信使得第一工业机器人自主执行第一工业任务，并使得第二工业机器人自主执行不同于第一工业任务的第二工业任务，以及其中第一工业任务和第二工业任务共同定义了协作工业目标。在一些实施方式，第一工业机器人可以是采矿机器人，并且协作工业目标可以包括协作采矿目标。

在另一个方面，描述了一种工业机器人，该工业机器人被配置为在集群机器人系统中自主操作以完成协作工业目标。该工业机器人包括：包括机器人硬件平台的通用平台堆栈，机器人硬件平台包括被配置为支持通用和负载堆栈的框架；移动系统，与框架联接并被配置为移动工业机器人；电力系统，被配置为向移动系统和负载堆栈供电。该机器人还包括控制系统，控制系统包括：板载处理器，被配置为操作机器人硬件平台和机器人软件平台；通信系统，被配置为通过集群通信网络发送和接收数据；以及数据总线，被配置为与板载处理器以及一个或多个硬件平台控制模块接口连接。机器人还包括：机器人软件平台，机器人软件平台包括机器人操作系统(ROS)，ROS被配置为执行机器人控制算法以操作机器人硬件平台来执行机器人特定机器人任务；硬件处理器模块，被配置为与一个或多个硬件平台控制模块的固件接口连接；数据库，被配置为存储机器人硬件平台和机器人软件平台的操作数据；以及用户界面模块，被配置为使用户能够远程访问和控制机器人操作系统。机器人还可以包括被配置为执行机器人特定工业任务的负载堆栈。

附图说明

通过下面结合附图的说明书和随附权利要求，本公开的上述和其他特征将变得更加显而易见。应当理解，这些附图仅示出了根据本公开的几个实施方式，而不应被认为是对本公开的范围进行限制，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述本公开。在下面的详细描述中，参考构成本公开一部分的附图。在附图中，相似的符号通常表示相似的部件，除非上下文另有说明。在详细描述、附图和权利要求中描述的示例性实施方式不意味着限制。在不脱离本文提出的主题的精神和范围的情况下，可以使用其他实施方式，并且可以做出其他改变。将容易理解的是，如本文一般描述且如图所示的本公开的各方面可以以被布置、替换、组合和设计成各种不同的配置，所有这些都被明确地考虑并构成本公开的一部分。

图1是工业机器人系统的实施方式的示意图，该系统包括远程控制中心和多个集群，每个集群具有与多个机器人小队通信的集群控制中心，并且每个小队具有被配置用于执行各种工业特定任务的多个工业机器人。

图2是可以与图1中的系统一起使用的远程控制中心、集群控制中心和机器人软件平台的实施方式的框图。

图3A是可以与图1中的系统一起使用的工业机器人系统的实施方式的框图，该系统包括集群控制中心、集群通信网络、以及具有被配置用于执行各种工业特定任务的多个工业机器人的多个机器人小队。

图3B是可以与图1和图3A中的系统一起使用的集群控制中心、集群通信网络和工业机器人的实施方式的框图。

图4是可以与图1至图3B中的系统一起使用的机器人硬件平台的实施方式的框图。

图5A是可以与图4中的机器人硬件平台以及图1至图3B中的系统一起使用的通用机器人平台堆栈的实施方式的示意图。

图5B至图5D是可以与图5A中的通用机器人平台堆栈以及图1至图3B中的系统一起使用的各种工业机器人种类的各种实施方式的示意图，各种工业机器人种类具有被配置为执行机器人特定工业任务的各种负载堆栈。

图6A至图6D是可以与图5A中的通用机器人平台堆栈以及图1至图3B中的系统一起使用的各种工业机器人小队的各种实施方式的示意图，每个工业机器人小队具有带有各种负载堆栈的工业机器人，其中每个小队被配置为执行协作工业目标。

图7A至图7E是具有一个或多个工业采矿机器人小队的集群的各种实施方式的示意图，一个或多个工业采矿机器人小队执行采矿机器人特定工业任务以实现协作采矿目标。

图8是可以各自与本文所述的各种架构一起使用的包括通用和负载堆栈的模块化工业机器人的实施方式的分解图。

图9A至图9B是可以各自与本文所述的各种架构一起使用的挖掘机器人的实施方式的前透视图，分别示出收起和展开的工具臂。

图10A至图10C是可以各自与本文所述的各种架构一起使用的清扫/破碎机器人及其部件的实施方式的各种透视图。

图11A和图11B分别是可以各自与本文所述的各种架构一起使用的浮选机器人和抽吸机器人的实施方式的透视图。

图12A至图12D分别示出了可以各自与本文所述的各种架构一起使用的清扫/破碎机器人、喷射混凝土机器人、栓接机器人和焊接机器人的其他实施方式的透视图。

图13A至图13C是可以与本文所述的各种架构一起使用的挖掘机器人的实施方式的透视图。

图14A至图14D分别是可以各自本文所述的各种架构一起使用的推土机器人、抽吸机器人、3D建造机器人和机械臂机器人的实施方式的透视图。

图15A至图15C示出了可以与本文所述的各种架构一起使用的勘测机器人的另一个示例的透视图。

图16A至图16C是可以各自与本文所述的各种架构一起使用的月球车机器人、月球推土机器人和月球挖掘机器人的实施方式的透视图。

图17A至图17B是可以各自与本文所述的各种架构一起使用的微重力服务机器人和搬运机器人的实施方式的透视图。

具体实施方式

下面的详细描述针对本公开的某些特定实施方式。在本说明书中提及“一个示例”、“示例”或“在一些实施方式中”意味着结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施方式中。在说明书中的不同地方出现短语“一个示例”、“示例”或“在一些实施方式中”，并不一定都是指同一示例，也不一定是与其他示例彼此排斥的独立示例或可替换示例。此外，描述了可以由一些实施方式而不是由其他实施方式展示的各种特征。类似地，描述了各种需求，这些需求可以是某些实施方式的需求，但还可以不是其他实施方式的需求。

现在将参考附图描述各种示例，其中相同的附图标记始终指代相同的元件。本文呈现的描述中使用的术语并非旨在以任何限定或限制性的方式进行解释，这仅仅是与本公开的某些特定实施方式的详细描述结合使用。此外，本公开的示例可以包括几个新特征，其中并非单独一个特征负责所需属性，或者其对于实施本文所述的发明是必不可少的。

A.集群机器人架构

图1是工业机器人系统10的示意图。系统10包括远程控制中心100和多个集群110、140、170。每个集群110、140、170具有与相应的多个机器人小队通信的相应集群控制中心112、142、172。集群110包括小队114、122、130，集群140包括小队144、152、160，集群170包括小队174、182、190。机器人小队还可以分组成排，这使集群中更高层级集群中的其他小队或排更好地协同工作。

系统10可以是在单元级高度智能化的分布式自主系统，其中，机器人被组织成与特定任务有关的子组，在分布式架构中作为集群单独或协作操作；并且其中，控制中心主要充当见证人，例如监测和支持集群的独立操作。因此，控制中心可以是观察实体，而不是动作指导者。在一些实施方式中，只有在由于例外或异常(不是现状操作)而使操作偏离规范的极少数情况下，控制中心的角色才在短时间内改变为监督控制。而且，可能存在如下的极少数情况：机器人(或机器人组合的任何排列)需要来自控制中心的确认才能执行任务或一系列任务。在一些实施方式中，集群完全没有部署控制中心。因此，本文所描述的系统可以包括机器人的自主智能动作，相应地，机器人组合的各种排列之间的自主智能动作和协作。

本文所述的各种系统和方法可以与随文提交的附录A、B、C和D中描述的系统和方法中描述的特征一起使用，或者使用其中的任何特征，出于所有目的，其中的每个通过引用整体并入本文，并构成本说明书的一部分。

每个小队包括被配置用于执行各种工业特定任务的相应的多个工业机器人或“机器人”。每个机器人包括具有共同的结构、机械、电气和计算系统的通用平台，通用平台与可互换负载部件联接。每个负载组件与通用平台集成，并被配置用于要由机器人执行的特定工业任务。机器人包括与一个或多个存储器通信的一个或多个处理器，一个或多个存储器上存储有指令，该指令在由一个或多个处理器执行时执行工业任务。该任务可以由机器人自主执行和/或与其他自主机器人协作执行，以实现整体协作工业目标。系统10允许对机器人进行管理和控制。

根据工业目标，可以实现任何数量的集群、排、小队和机器人。如图所示，在集群110中，小队114包括机器人116、118、120，小队122包括机器人124、126、128，小队130包括机器人132、134、136。在集群140中，小队144包括机器人146、148、150，小队152包括机器人154、156、158，小队160包括机器人162、164、166。在集群170中，小队174包括机器人176、178、180，小队182包括机器人184、186、188，小队190包括机器人192、194、196。

系统10包括三个集群110、140、170。系统10可以包括少于或多于三个集群。可以存在1、2、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、100、500、1000或更多的集群。两个或更多个集群可以彼此相同。一些或所有集群可以不同于其他集群。

机器人可以彼此通信以自主动作。如上所述，控制中心可以用于监测等。控制中心可以接收与机器人、小队、排等相关的通信，以用于监测或其他目的。因此，远程控制中心100可以被配置为与集群110、140、170中的每个通信。中心100可以与相应集群控制中心112、142、172通信。集群控制中心112、142、172中的每个可以与相应集群中的一个或多个小队通信。特定集群内的每个小队可以与集群内的一个或多个其他小队通信。如图所示，小队114与小队122通信，而小队122与小队130通信。小队144与小队152通信，而小队152与小队160通信。小队174与小队182通信，而小队182与小队190通信。这些小队可以各自与一个以上其他小队通信。每个小队可以与特定集群内的所有其他小队通信。这些小队可以与其他集群中的一个或多个小队通信。例如，小队130可以与小队144等通信。如上所述，小队可以经由集群通信网络和/或经由小队内的机器人彼此通信。

系统10可以用于实现工业目标。在一些实施方式中，系统10可以用于采矿，其中机器人是被配置为实现采矿目的的挖掘机器人。系统10可以用于部署在陆地和水下、在自由空间中、在月球、火星和其他天体上的建造、制造、拆除、卫星群、燃料生产、灾难恢复、通信、远程电力等。

系统10可以使用基于软件的方法使用选择的机器人组合并支持基础设施，以执行这些和其他工业任务。每个集群可以包括部署到特定站点的一组小队，一组小队独立和/或以协作方式工作来执行相关任务以实现协作工业目标，并且与支持通信和操作软件及硬件的基础设施密不可分。系统10及其控制特征可以用于模块化、集群化、小型化机器人，这种机器人可以被大规模生产并且显著减少工业任务中的人工参与。这种机器人可以是任何尺寸的。分而治之的集群方法可以允许任何尺寸的机器人，而不论工业任务的尺寸和范围。机器人尺寸的范围可以从细菌级到Battlestar Galactica级。例如参考图2，本文提供了系统10的示例性硬件和软件配置的更多细节。

在一些实施方式中，系统10可以不包括远程控制中心100。例如，系统10可以仅包括通信、监测和支持一个或多个集群110、140、170的一个或多个集群控制中心112、142、172。例如，集群控制中心112可以用于监测和支持集群110、140、170。例如参考图3A至图3B，本文描述了使用集群控制中心监测和支持一个或多个集群的更多细节。因此，本文所描述的各种“控制”中心可以主要用于监测自主机器人，而不是主动控制机器人。

每个集群110、140、170可以位于特定地理站点。每个集群110、140、170可以位于与一个或多个其他集群不同的位置。集群控制中心可以与相应集群处于同一位置，或处于不同位置。远程控制中心100可以位于与集群110、140、170中的一个或多个不同的地理站点。远程控制中心100可以与集群110、140、170中的一个或多个集群处于同一位置。

系统10可以用于使用一群移动机器人单元(诸如机器人116等的小队114等)执行复杂工业任务，其中每个机器人执行特定功能以实现整体目标。如本文进一步描述的，例如参考图4至图6C，每个机器人包括跨所有机器人的共用平台，共用平台具有通用平台堆栈(例如，硬件、固件和软件)以及包括用于执行任务的硬件、固件和/或软件的负载堆栈(即，负载工具或工具集)。每个机器人可以由作为通用和/或负载堆栈的一部分的标准模块组装而成。

如本文进一步描述的，例如参考图5B至图5D，具有相同负载堆栈的机器人是机器人种类的一部分。一个或多个种类的机器人可以组成小队。每个小队可被定义为一组机器人，执行一组协作或互连的功能以实现整体工业目标或特定任务。

如本文进一步描述的，例如参考图6A至图6D，不同类型的小队被定义为执行不同的功能以实现工业目标。针对执行小队功能所需的每个种类，每个小队可以具有优化数量的机器人。部署在特定地理站点的小队总数可以被定义为站点集群。部署在集群中的每种类型的小队总数可以基于性能和经济指标来优化。执行端到端工业目标所需的最小机器人集合可以被称为最小可性排(MVP)。

在一些实施方式中，系统10可以不依赖于任何固定基础设施来执行一些或所有工业任务和整体目标。当需要在特定站点执行工业目标时，非移动部件(例如水管、电缆、电池组等)可以由机器人临时布置，然后在完成工业目标之后将其清除。例如参考图7A至7E，本文描述了与采矿相关的示例工业目标的更多细节。

B.集群机器人架构—用于远程控制中心、集群控制中心和工业机器人的示例性硬 件/软件

图2是工业机器人系统200的示例性框图。如进一步描述的，工业机器人系统200可以包括机器人软件平台和控制中心架构。工业机器人系统200可以具有与图1的工业机器人系统10相同或相似的特征，反之亦然。图2示出了工业机器人系统200的框图，工业机器人系统200包括远程控制中心280、集群控制中心250、以及部署在集群中的多个机器人中的一个机器人210，其还可以与系统10一起使用，并且可以分别具有与图1的远程控制中心100、集群控制中心112、142、173、以及机器人116等相同或相似的特征，反之亦然。

机器人210被示为具有各种模块的框图。对于每个机器人或机器人“种类”，可以生成特定的通用和负载堆栈(例如，负载特定工具或工具集)所需的硬件和软件模块的配置，使得可以在硬件和软件级组装机器人。所有系统可以被模块化，使得在不同种类的机器人之间持久组装硬件和软件功能的简单性。可以实施标准接口，使得结构、电源和数据接口的集成开销最小。在一些实施方式中，通用接口可以控制模块之间流动的数据、功率和耗材。

机器人210包括被示出为软件处理框架的处理器212。处理器212可以是跨不同架构模块的管理数据处理的主要结构架构，例如确保数据完整性、最小等待时间、传送保证、归档和可视化。处理器212可以与用于控制和/或管理机器人210的一个或多个模块通信。如图所示，处理器212与控制器局域网(CAN)处理模块214通信。CAN处理模块214与集成在CAN总线中的这些硬件模块的固件控制器接口连接。如图所示，CAN处理模块214与传感器固件216、负载固件218、电力固件220和热固件222连接。

在一些实施方式中，底层数据处理架构可以包括数据管理模块。数据管理模块可以包括开源的内存数据结构存储，用作诸如REDIS数据库的数据库、高速缓存和消息代理。数据管理模块可以包括被配置为与CAN、机器人操作系统(ROS)和机器人210中的其他处理框架进行操作和遥测的接口和API。该架构还可以包括用于操作机器人任务的人机界面(HMI)、流入DB关系数据库或相当于可视化操作的数据输入的注入器。处理/HMI架构可以遵循服务器/客户机架构设计，例如可以在集群控制中心250和/或远程控制中心280中同时可视化多个机器人客户机。

处理器212还与机器人操作系统(ROS)处理模块224通信。ROS处理模块224与集成到ROS中的传感器和封装的一个或多个处理模块接口连接。如图所示，ROS处理器224与被示为相机/传感器主题的传感器模块226、以及被示为负载主题(机器人技术/控制/机器学习)的负载模块228通信。

在一些实施方式中，负载模块228可以包括机器人锯或机器人锯模块。机器人锯或机器人锯模块可以用于控制诸如使用挖掘机器人对材料进行切割的锯或类似锯的工具。机器人锯或机器人锯模块可被配置为用于自主机器人进行锯操作，例如商用的现货锯或定制锯。机器人锯或机器人锯模块可被配置为控制与锯集成的机器人臂。机器人锯或机器人锯模块可以包括用于操作锯的软件包、脚本和文件，包括基于使用力、功率、RGBD相机和/或其他输入的反馈环路来调整操作的控制系统。

在一些实施方式中，负载模块228可以包括机器人凿子或机器人凿子模块。如针对机器人锯模块描述的相同或相似的特征可应用于机器人凿子模块，但机器人凿子模块是用于操作诸如使用挖掘机器人对材料进行挖掘或拆除的凿子或凿状工具。机器人凿子模块可以被配置为在采矿、建筑和应用该架构和机器人的其他环境的过程中，自主控制凿子或类似工具来清除岩石、混凝土或其他材料。机器人凿子模块可以包括用于操作凿子的软件包、脚本和文件，包括基于使用力、功率、RGBD相机和/或其他输入的反馈环路来调整操作的控制系统。连接到凿子上的机器人臂也可以被控制。

处理器212还与算法处理模块230通信。算法处理模块230与被示为机器学习(ML)包的人工智能模块232和被示为机器人/控制包的控制模块234通信。在一些实施方式中，机器人、控件和ML包可以直接嵌入到Python或C++中的主处理框架中。

诸如机器学习的人工智能(AI)可以在整个集群中持续存在。人工智能可以通过具鲁棒性的机器人和控制算法，以及例如增强学习、深度增强学习和/或其他方法的机器学习来实现。机器学习代理可以在机器人级、小队级和/或集群级实施。作为整体的小队和/或作为整体的集群，可以通过在集群中的每个层级上执行智能决策驱动而表现为集群。

在一些实施方式中，机器人210可以包括象限管理器模块。象限管理器模块可以是人工智能模块232、控制模块234或其他模块的一部分。象限管理器模块可以被配置为将机器人收集的挖掘区地形图像自主分解为用于挖掘的单个连续区。象限维度可以基于操作者输入来配置。

在一些实施方式中，机器人210可以包括目标器模块。目标器模块可以是人工智能模块232、控制模块234或其他模块的一部分。目标器模块可以包括ML或其他AI算法，用于使用例如机器人臂和/或拆除锤的各种工具或其组合以智能地针对区中的区域进行挖掘/拆除。

处理器212还与一个或多个数据库236通信。数据库236可以是存储数据的存储器。数据处理框架配置数据、实时操作数据和/或其他数据可以被存储和归档在一个或多个数据库236中，以用于实时操作、后处理、可视化等。在一些实施方式中，一个或多个数据库236可以远离机器人210，诸如在集群控制中心250处(被标识为262)或与集群通信网络一起。

处理器212还与用户界面模块238通信。用户界面模块238与人机界面(HMI)模块240、数据分析模块242和/或虚拟现实/增强现实(VR/AR)模块244通信。这些模块和/或其他模块可以使得用户能够访问机器人310以监测和控制机器人310和/或集群。用户界面模块238可以在车载处理器中直接访问，或者经由虚拟特定网络(VPN)或安全加密连接远程访问。

机器人210可以例如经由集群通信网络(诸如无线特设网络)向集群控制中心250发送数据，例如用于监测和支持机器人210和/或集群。数据可以由对操作进行监督控制的人类操作者全部或部分地进行监测和管理。

在集群控制中心250集成了其他软件模块。集群控制中心250包括被示为数据处理框架的处理器252，处理器252与管理和控制(M&C)模块254、数据库262和用户界面模块264通信。M&C模块254与集群M&C模块256、被示为训练和影子操作模块的模拟模块258以及算法测试模块260通信。M&C模块254监测和控制集群控制中心以及集群运行所需的任何硬件和软件基础设施(控制中心计算机、天线、服务器、数据库、集群无线网络设备等)。训练和影子操作模块258支持操作者训练，并使集群影子操作能够训练和/或测试新功能，而不会干扰集群实时操作。算法测试模块260在虚拟环境中或在集群的测试小队中执行集群操作的模拟，以在推广到整个集群之前验证性能、优化操作和测试升级。

用户界面模块264与人机界面(HMI)模块266、数据分析模块268和虚拟现实/增强现实(VR/AR)模块270通信，这些模块可以分别具有与HMI模块240、数据分析模块242和VR/AR模块244相同或相似的特征。在一些实施方式中，模块用户界面模块264能够监测和支持多个机器人，而并非如在HMI模块240、数据分析模块242和VR/AR模块244中仅针对特定的机器人，多个机器人以种类、小队、状态或任何其他有意义的方式来组织可以增强操作者的集群场景意识。用户界面模块264中的各个模块可以支持不同类型的界面以增强场景意识。在一些实施方式中，用户界面模块264支持的用户界面可以是人与集群250之间的唯一接口。集群控制中心250可以包括部署在站点的一个或多个远程操作者计算机，直到多站点、多计算机、多远程操作者控制中心250。因此，控制中心250可以部分地或全部地共址、或者部分地或全部地分散分布。

在一些实施方式中，例如在将机器人310的一个或多个小队初始或部分部署到常规站点中，人类可以以支持角色与机器人210交互，例如提供相应机器人未解决的其他功能。在这些情况下，计划内和计划外的维护可以由人工来执行，而不是由被配置用于服务的机器人210来执行。

集群250可以向远程控制中心280发送数据。集群250可以经由地面或卫星通信网络来发送数据。在远程控制中心280，人类可以监测集群站点上的集群性能、在紧急情况和异常管理期间支持不同的集群、在其他任务中执行训练并在模拟中开发和测试新功能。在一些实施方式中，机器人完全可以自行创建无线网络，并在整个网络中使用点对点的数据中继，将数据传递到与集群位于同一位置的控制中心或其他不位于远程的控制中心。

远程控制中心280可以包括被示为数据处理框架的处理器282。处理器282与模拟模块284、模拟数据库291、真实镜像复本数据库292和用户界面模块293通信。模拟模块284与ML模拟模块286、机器人/控制模拟模块288以及网络内务管理和模拟模块290通信。模拟模块284及其组件可以基于从不同部署站点集群收集的数据，在新ML、机器人/控制和网络功能的虚拟环境中执行模拟。从独立的不同集群收集的数据可以用于基于针对一个或所有集群的个体行为或集体行为来识别跨不同集群的行为模式和性能优化。用户界面模块293与HMI模块294、数据分析模块296和VR/AR模块298通信，这些模块可以分别具有与HMI模块266、数据分析模块268和VR/AR模块270相同或相似的特征，反之亦然。

在一些实施方式中，远程控制中心可以包括远程通信系统、命令和控制系统和/或用户界面。远程通信系统可以被配置为从集群控制中心接收所有数据，并且经由远程通信网络向集群控制中心发送更新数据。命令和控制系统可以包括被配置为监测、控制、处理、存储和更新集群数据的一个或多个计算机、服务器、交换机、数据库等。用户界面(例如显示器、HMI、AR、VR等)可以被配置为使得用户能够远程监测并控制集群和/或集群控制中心。

集群控制中心250可以包括集群通信网络/通信系统。集群通信网络/通信系统可以从任何数量的机器人、小队、排、集群接收各种类型的数据。命令和控制系统可以是监督和分析(其他任务中)传入的数据，并基于此生成更新数据以实现一般目标。更新数据可以包括对现有命令、优先级、行为、职责、计划、任务、操作阈值、虚拟围墙、环境数据(例如降雨、温度等)和/或一般高级操作指令的修订。作为更新数据的示例，由于异常(如矿山塌方或矿山停工或施工现场的紧急情况)，诸如“停止所有操作直到给出执行命令”的停止命令可以被发送到系统的机器人和/或其他节点。作为另一个示例，机器人任务区域可以从一个指定的矿山象限或区更新到另一个，，诸如使用命令“寻找另一个合适区域而非当前区域”。作为另一个示例，机器人任务区域可以从开采黄金更新为开采白银，诸如“寻找白银而非黄金”。作为另一个示例，由于与人工处理步骤的接口连接，系统可以被指示为加速或减速任务/行为速率，诸如“将采矿速度降低10％以便监督检查的人工处理步骤可以跟上”。作为另一个示例，例如，使用平板、移动电话、膝上型计算机等的接口，指示远程操作数据允许用户在施工现场周围引导/驱动机器人。这些类型和其他类型的更新数据可以经由集群通信网络/通信系统被传送到任何数量的机器人、小队、排和/或集群。更新数据的传送可以是连续的(例如，非串行的)。更新数据的通信可以实时发生，以无限数量的并行流被多向传送。

整体控制系统可以是分布式的，使得系统中的单个节点不负责架构的整体控制。控制系统可以分布在任何数量的机器人、小队、排、集群和/或其他节点上。集群控制中心可以不是直接“命令和控制”类型的系统，而是提供了总体方向的“监督指导”系统，并且该系统确定了完成这些总体方向的最佳方式。“工业目标”可以是所提供的整体监督指导的示例。可以提供更具体的指导以帮助实现任何具体的工业目标，并且可以包括对现有任务、行为、职责、计划的修订。工业目标或其任务的示例可以包括监测以定位和凿除具有软岩硬度的壁，以远离在岩石硬度在阈值之上的岩石，以找到更软的岩石和/或特定类型的岩石，以确定在其中操作的虚拟地质围栏的尺寸和形状，其他合适的监测，或其组合。

在某些实施方式中，没有一个单一的控制中心执行由控制中心250提供的监督指导(例如，本文所述的“监督指导”)。控制中心250可以分布在所有机器人、节点、网络中心等之中并由其共同形成。一些实施方式可以使用“边缘”计算，其发生在系统中的每个节点处。边缘计算可以包括分布式计算范例，使计算和数据存储更靠近需要的地方以例如改善响应时间和节省带宽。

本文所述的集群操作的分而治之方法可以包括其中单个机体不必做所有事情，也不必仅是一个尺寸的系统。专门化允许每个机器人熟练地执行一个或选定数量的任务。因此，易于训练一个功能协作灵活的功能。该系统可以允许快速重新配置每个功能的权重，以快速响应特定工业目标执行中的变化或进步。这些可以以各种方式表现出来，例如，不仅根据需要改变每个机器人的功能，而且还适应并改进、尤其是根据工作规模持续地调整劳动力规模，从而不会出现产能过剩。

C.集群机器人架构，用于集群控制中心和工业机器人小队的示例性硬件/软件

图3A是工业机器人系统300的示例性框图。系统300可以具有与系统10、系统200相同或相似的特征或功能，反之亦然。系统300可以与系统10、系统200一起使用。系统300可用作集群250或集群110、140、170。系统300可以是用于控制一个或多个集群的独立系统。系统300可以被包括在更大系统中作为其一部分，例如其中一个或多个系统300与(诸如远程控制中心100或280的)远程控制中心通信。

系统300包括集群控制中心302、集群通信网络316和多个机器人小队320、330。小队320和小队330分别具有被配置用于执行各种工业特定任务的多个工业机器人322、324和多个工业机器人332、334。

集群控制中心302包括与存储器306通信的处理器304。存储器306可以包括存储在其上的指令，当由处理器304执行时，这些指令执行用于监测和支持集群和/或机器人的各种方法。存储器306可以与集群控制中心302位于同一位置，或者可以位于远程位置。处理器304可以访问多个存储器。可以具有一个以上处理器304。集群控制中心302(诸如处理器304或存储器306)可以包括关于集群控制中心250(诸如分别关于数据处理器282或数据库262)所描述的特征，或者参考图2所示和所述的其他模块。

处理器304与通信系统314通信。通信系统314被配置为经由集群通信网络316与小队320、330通信(例如，进行无线通信)。

处理器304与各种模块308、310、312通信。第一模块308和第二模块310可以被配置为提供各种功能，例如参考图2的集群控制中心250所描述的功能。可以有任何数量的“N”个模块，如N个模块312所示。

如图所示，小队320和小队330分别包括两个机器人322、324和两个机器人332、334。如上所述，小队320、330可以分别包括从1到N的任何数量的机器人。另外，如针对图1所示和所述的，可以具有任何数量的小队320、330。小队320、330和机器人322、324、332、334可以分别具有与小队和机器人相同或相似的特征。

小队和/或机器人可以彼此通信。如图所示，小队320与小队330通信。小队320可以经由集群通信网络与小队330通信。小队320、330可以经由每个小队320、330的一个或多个机器人彼此通信。如图所示，每个机器人与每个其他机器人通信。因此，机器人322与机器人324、332、334通信，机器人324与机器人322、332、334通信，机器人332与机器人322、324、334通信，以及机器人334与机器人322、324、332通信。此外，机器人322、324、332、334中的每个与集群通信网络通信。可以实施这些各种通信路径的任何组合。该组合可以随着工业任务或目标的完成、随着机器人在集群内四处移动、由于维护或维修等而改变。在一些实施方式中，可以不存在集群通信网络316，例如其中一个或多个机器人通过直接在机器人中实施的硬件和软件直接彼此通信以及与集群控制中心302通信。

图3B是工业机器人系统350的示例的框图。工业机器人系统350可以用作图3A的工业机器人系统300，反之亦然。工业机器人系统350可以具有与图3A的工业机器人系统300相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。工业机器人系统350包括集群控制中心380、集群通信网络370和工业机器人352，其可以分别用作集群控制中心302、集群通信网络316和一个或多个机器人322、324、332、334，和/或分别具有与集群控制中心302、集群通信网络316和一个或多个机器人322、324、332、334相同或相似的特征和/或功能。

机器人352包括子系统固件354。子系统固件包括操作模块360、状态模块362、位置模块364以及传感器模块366。子系统数据可以在机器人子系统固件中生成并使用各种模块来分析。操作模块360可以分析包括与机器人352操作状态相关的数据的子系统数据(诸如采矿子系统数据，例如挖掘参数等)。状态模块362可以分析包括与机器人系统的内务管理、温度、故障状态等相关的数据的子系统数据。位置模块364可以分析包括与机器人地理位置相关的数据，诸如臂、足、工具等铰接部件的位置或方向的相对子系统位置相关的数据的子系统数据。传感器模块366可以分析包括与视频和数据流相关的数据的子系统数据。

机器人352包括总线处理系统356。总线处理系统356是为随后操作分发数据的平台总线。总线处理系统356可以基于对机器人352的子系统固件354接收到的固件数据应用集群算法来处理数据。数据可以是从机器人352和/或从其他机器人(诸如相邻机器人、同一小队的机器人、和/或集群内的机器人接收的。数据可以是从一个或多个控制中心接收(诸如集群或远程控制中心)的，并且可以是经由本文所述的一个或多个通信网络。

机器人352包括通信系统358。通信系统358可以被配置为向机器人352发送和从机器人352接收各种数据。通信系统358可以打包数据以进行传输。通信系统358可以中继接收到的数据，例如从相邻机器人接收到的数据。通信系统358可以识别和/或转发所接收的相关数据以供总线处理系统356处理。通信系统358可以与集群通信网络370通信。

集群通信网络370与机器人352通信。如本文所述，可以实施通信网络的各种方法。如图所示，集群通信网络370可以包括MANET/Mesh网络。集群通信网络370可以从一个机器人跳到另一个机器人、从一个小队到邻近小队来发送数据包，例如，诸如分别经由机器人116、机器人118和/或机器人120到机器人124、机器人126和/或机器人128从小队114到小队122(参见图1)。数据可以从机器人352发送到集群通信网络370和集群控制中心380。数据可以由机器人352从集群通信网络370接收，集群通信网络370可以从集群控制中心380接收数据。

在工业采矿操作的情况下，这样的数据传输可以通过从一个机器人到另一个机器人的通信和/或经由通信网络370，从(垂直、倾斜、螺旋或其他几何形状的)矿井、采场、区、隧道或等同形式内的一个或多个机器人352到相邻的或进入从(垂直、倾斜、螺旋或其他几何形状的)矿井、采场、区、隧道或等同形式的一个或多个机器人352，直至集群控制中心380表面。集群控制中心380可以经由地面或卫星中继通信网与远程控制中心通信。在一些实施方式中，如图所示的发送和接收路径在矿山站点可能需要大得多的带宽。为了增加带宽，电缆或通信机器人可被部署在从(垂直、倾斜、螺旋或其他几何形状的)矿井、采场、区、隧道或等同形式处。例如参考图7A-7E，本文提供了在采矿操作中的系统示例性使用的更多细节。

集群控制中心380包括命令和控制模块382。命令和控制模块382接收数据，并处理数据以存储在大数据存储系统中。命令和控制模块382可以为用户服务提供可视用户界面，诸如用于测试和更新的控制和监测、诸如算法和其他系统更新/升级以及网络企业管理、诸如在控制中心、矿山站点的集群所需的基础设施元件。命令和控制模块382还向集群(诸如向矿山站点)发送数据(例如，命令、更新和升级)。

集群控制中心380包括模拟模块384。模拟模块384基于由命令和控制模块382存储的大数据来生成虚拟世界。模拟模块384可以为进一步的机器人控制和机器学习评估创建并行场景以细化和优化操作。

集群控制中心380包括机器学习模块386。机器学习模块386细化、更新和升级(基于控制或机器学习的)集群算法以改进功能性和生产率。机器学习模块386可以通过其他方法在模拟模块384对新算法或更新算法进行分析并认为其准备就绪之后，将其推广到命令和控制模块382，要发送到机器人352(例如，要发送到总线处理系统356)以改进操作。机器学习模块386可以在通过模拟模块384等方法对新的或更新的算法进行分析并认为其准备好之后，将其推广到命令和控制模块382以传输到机器人352(例如，传输到总线处理系统356)，从而改进操作。

数据可以发送到机器人352、集群通信网络370和集群控制中心380数据或从其接收。可以实施本文所述的通信网络的各种方法。集群通信网络370或集群通信网络316、远程通信网络、机器人到机器人直接通信、以及在整个系统中使用的其他通信系统可以使用各种不同的方法或其组合。

在一些实施方式中，联网是通过移动ad-hoc网络来实现。它可以是固定网络。网络可以由人工或由一个或多个机器人建立。在架构中的机器人级、小队级和/或集群级上可以支持所有或一些数据传送。

每个机器人可以包括数据分组机器人节点订阅。每个数据分组可以具有报头，报头提供与机器人、小队、排和分组类型相关的识别信息。小队内的相邻机器人可以订阅、接收、处理和发送集群行为所需的数据分组。集群内的相邻小队可以订阅、接收、处理和发送中等规模场景感知所需的数据分组，诸如在小队级。集群内的相邻排可以订阅、接收、处理和发送中等规模场景感知所需的数据分组，诸如在排级。相邻集群可以订阅、接收、处理和发送宏观规模场景感知所需的数据分组，诸如在集群级。

通信网络可以随着系统施和使用而演进。在一些实施方式中，例如，在常规站点的初始或部分部署中，网络可以通过固定基础设施由人工建立。对于更成熟的集群，ad-hoc网络网格可以由具有联网负载的机器人建立。网络可以动态更新以便在集群中的高密度操作区域(例如，在特定部署处)始终以所需带宽支持站点等。载人控制中心(例如本文所述的集群控制中心)可以部署在集群站点，并且可以是机器人的唯一人机界面。集群控制中心可以通过集群通信网络连接到集群中的机器人。集群控制中心还可以经由卫星或陆地网络连接到(例如，位于异地的)远程控制中心。集群控制中心可以是人工执行监测和异常管理以及其他离线支持功能的地方。

远程控制中心(例如，远程控制中心100)可以是由所有集群生成的数据的中央储存库。远程控制中心100可以优化系统10的性能(例如，个体集群的性能)。这样的优化可以通过开发由机器学习驱动的新功能和/或使用在模拟中运行的机器人和控制算法来实现。一旦新的功能准备好用于部署，远程控制中心就对目标集群发布该功能。在被推广为实时操作之前，算法可以在局部模拟中进行测试或在集群的选定区域中的实际操作中进行测试。

D.工业机器人—用于工业机器人的示例性计算硬件

图4是机器人400的示例的框图。机器人400可以与本文所述的各种系统中的任何系统一起使用，诸如系统10、系统200、系统300、系统350。机器人400可以具有与在图1至图3A中的其他系统10、系统200、系统300、系统350所示和所述的这些机器人相同或相似的特征和/或功能，反之亦然；以及可以与图1至图3B中的系统一起使用的机器人硬件平台。

机器人400包括整体硬件平台412。硬件平台412集成了硬件子系统，每个硬件子系统可以包括如210中所述架构的子系统和结构硬件、计算机硬件和/或软件。

机器人400包括移动性平台414。移动性平台414可以包括以下中的一个或多个：双履带模块416、N-轮式模块418、N-足式模块420以及混合模块422。混合模块422可以包括履带、轮和/或足的组合。移动性平台414被配置为(例如通过命令致动器移动履带、轮、足等)操作以使机器人400移动。各种移动性模块专用于移动机器人400。不同类型的模块可以与通用平台结构框架集成在一起。

机器人400包括电力平台424。电力平台424可以包括以下中的一个或多个：电力总线和传感器模块426、上/下变压/变流器模块428、以及一个或多个电力控制模块430。各种电力模块可以包括电力总线和/或线束、控制器和硬件，以恰当的电压对不同的硬件模块供电，并具有防止过电流/欠电流、短路和静电放电(ESD)的必要保护。

机器人400包括如总线所示的数据平台432。数据平台432可以包括以下中的一个或多个：CAN总线和处理器模块434、一个或多个板载处理器模块436、数据线束模块438、以及用于发送和/或接收通信信号的一个或多个天线模块440。数据平台432可以是CAN、UDP、RS 232、TCP/IP或等同形式、或上述类型总线的组合。各种数据总线模块可以包括数据处理控制器和固件、控制和操作机器人400中的所有模块所需的板载处理器、和/或诸如用于发送和接收数据的天线的通信部件。

机器人400包括结构平台442。结构平台442可以包括以下中的一个或多个：诸如外壳的负载机架模块444、以及负载支持模块446。结构平台442可以提供被配置为支持各种不同的特定任务负载的通用平台，诸如用于实现工业目标的特定任务的不同工具。结构平台442可以包括负载机架外壳(诸如具有侧壁和盖子的平板)，其他模块(诸如负载和通用模块)可以集成并封闭在负载机架外壳中或与其集成并封闭在一起以进行环境控制等。

机器人400包括热平台448。热平台448可以包括以下中的一个或多个：被示为制冷模块的热管理模块或一组模块450、以及热传感器模块452。模块450可以是加热模块。热传感器模块452可以包括提供与机器人400的各种部件的温度相关的数据的各种热传感器，热管理模块450可以使用这些数据来增加或减少对各个部件的加热或冷却。各种热模块可以包括加热或冷却单元、管道或导管、和/或对硬件平台412的硬件模块进行热控制所需的热传感器。

机器人400包括负载平台454。负载平台454包括一个或多个负载模块456。负载模块456可以包括一个或多个负载工具，这些负载工具可以配置在相同的结构上或不配置在相同的结构上，用于执行一个或多个特定工业任务。如本文进一步所述，每个工具可以用于执行特定工业任务，其与执行其他特定工业任务的其他机器人400协作，可以被执行以实现例如采矿的工业目标。各种负载模块可以与通用平台堆栈集成在一起以完成该负载的特定任务。

在一些实施方式中，机器人400可以包括通用平台，通用平台包括机器人硬件平台。机器人硬件平台可以包括被配置为支持通用和负载堆栈/工具的结构框架。机器人硬件平台可以包括移动性平台414，移动性平台414与框架连接并被配置为移动机器人400。机器人硬件平台可以包括电力系统424，电力系统424被配置为向移动性平台414和负载平台454供电。机器人硬件平台可以包括热系统448，热系统448被配置为对通用和负载堆栈进行热控制。机器人硬件平台可以包括数据处理系统432，数据处理系统432被配置为控制通用和负载堆栈。机器人硬件平台可以包括天线模块440，天线模块440被配置为向机器人400发送第一数据和从机器人400接收第二数据。机器人硬件平台可以包括被配置为与数据处理系统432接口连接的数据总线。

在一些实施方式中，机器人400可以包括通用平台，通用平台包括机器人软件平台。机器人400可以包括硬件和软件平台。机器人软件平台可以包括机器人210中所述的模块。机器人软件平台可以包括具有固件的控制器层，固件被配置为使用通用和负载控制算法来操作通用和负载堆栈。机器人软件平台可以包括架构堆栈，架构堆栈包括一个或多个数据协议层，数据协议层被配置为监测来自通用和负载控制算法的数据并将该数据发送到硬件固件控制器。机器人软件平台可以包括机器人控制算法层，机器人控制算法层专用于控制、监测和操作通用和负载硬件以执行机器人特定的机器人任务。机器人软件平台可以包括用于支持专用于支持系统操作的数据库系统，并且数据库系统，被配置为存储和处理系统操作数据的软件包和组件。

图5A至图5D是可以与本文所述的系统和方法一起使用的各种机器人的示意图，例如参考图1至图4所示和所述的系统和方法。此外，本文所述的系统和方法可适用于各种不同的工业任务和目标。本文针对采矿工业任务描述了各种示例性实例。该系统和方法可以用于部署在陆地和水下、在自由空间中、在月球、火星和其他天体上的其他工业任务，诸如建造、制造、拆除、卫星群、燃料生产、灾难恢复、通信、远程电力等。

在一些实施方式中，所述系统和方法可以用于集群机器人采矿(SRM)。SRM可以指将集群机器人架构的概念应用于采矿工业任务中，例如相对于图1-4所示和所述的系统和方法。SRM集群可以包括执行端到端采矿功能的功能小队。如进一步所述，初级小队可以是可以包括多个“种类”的采矿小队。功能小队可以分组成排，其中相同或不同功能的小队是基于站点的地形和为集群定义的经济性能指标来分组。

采矿小队可以用于代替传统采矿方法的钻爆采矿和初级浓缩功能。可以不需要大范围爆破。相反地，集群小队部署在矿区中，以通过使用针对超精密采矿优化的不同负载技术来对岩石进行预处理和挖掘。采矿之后，通过将材料破碎成细颗粒浓缩物以就地浓缩材料，细颗粒浓缩物可以从矿井中移出或送入流化床以就地浮选材料。浮选产品被液压提升、或由清扫/搬运机器人输送或运输出矿。

在一些实施方式中，并且如进一步描述的，一个或多个机器人可以是被配置为预处理和破碎岩石的挖掘机器人。在一些实施方式中，一个或多个机器人可以是被配置为收集和/或破碎岩石的破碎机器人。在一些实施方式中，一个或多个机器人可以是浮选机器人，浮选机器人被配置为使浓缩颗粒浮起以提取目标材料。可以实施其他过滤方法。

E.工业机器人—示例性模块化机器人小队和种类

图5A是通用平台500的示例的示意图。通用平台500可以用于采矿环境或其他环境中的各种类型的机器人。通用平台500可以与图4中的机器人400(诸如机器人硬件平台412)一起使用。通用平台500可以与在图1至图3B中的系统中所示和所述的机器人一起使用。例如，通用平台500可以与系统10中的机器人114等、与系统200中的机器人310、与系统300中的机器人322、324、332、334和/或与系统350中的机器人352一起使用。

通用平台500可以提供具有统一结构的计算和支持系统的单个系统，并且单个系统被配置为与各种不同的可互换负载联接。以这种方式，关于在图1至图4所示和所述的各种控制系统架构可以与许多机器人一起使用，每个机器人都使用通用平台500但是具有不同的特定负载。这允许了大规模生产公共总线系统从而降低成本，以实现需要部署在陆地和水下、在自由空间中、在月球、火星和其他天体上的大量机器人的工业目标，诸如采矿、建筑、制造、拆除、卫星群、燃料生产、灾难恢复、通信、远程电力等。如本文进一步描述的，通用平台500可以具有用于可互换地附接到各种不同负载的公共机械接口连接。

图5B至图5D是各种工业机器人小队501、530、560的各种示例的示意图，工业机器人小队501、530、560具有被配置为执行机器人特定工业任务的各种负载。小队501、530、560或其他小队中的一个或多个可以包括满足特定工业任务的相同或不同种类的机器人的组合，其与通用平台500和图1至图3B中的系统集成在一起。下面是如何将机器人物种分组成小队以及如何配置小队501、530、560的示例。在小队501、530、560内可以有任何数量的机器人。除了本文明确描述的功能以外，可以由小队501、530、560内的其他机器人提供其他功能。

每个机器人可以包括具有硬件平台和软件平台的通用平台500，并且通用平台500集成了特定负载模块以实现机器人种类的功能。因此，通用平台500被模块化以与各种不同类型的负载一起使用。针对机器人的模块化平台设计允许许多集群机器人架构的设计驱动因素，诸如灵活性、可伸缩性、可操作性、可靠性、鲁棒性和智能性。除其他优点外，该设计确保了高性能和低成本。

图5B是第一机器人小队501的示意图，在本示例中第一机器人小队501是采矿小队。第一小队501包括五个不同的机器人，包括例如挖掘机器人502、破碎机器人506、浮选或浓缩机器人510、清扫/搬运机器人514以及电池机器人518，每个机器人分别包括与挖掘机负载502、破碎机负载508、浮选/浓缩机负载512、搬运机负载516和电池负载520联接的通用平台500。

图5C是第二机器人小队530的示意图，在本示例中第二机器人小队530是运输小队。第二小队530包括七个不同的机器人，包括例如清扫/搬运机器人532、泵机器人536、管道机器人540、电缆机器人544、能源机器人548、电力机器人552和宝藏机器人556，每个机器人分别包括与搬运机负载534、泵负载538、管道负载542、电缆负载546、能源负载550、电力负载554和宝藏负载558联接的通用平台500。

图5D是第三机器人小队560的示意图，在本示例中第三机器人小队560是运输小队。第三小队560包括五个不同的机器人，包括例如服务机器人562、勘测机器人566、建筑机器人570、支柱机器人574和通信机器人578，每个机器人分别包括与服务负载564、勘测负载568、建筑负载572、支柱负载576和通信负载580联接的通用平台500。

本文所述的特定小队501、530、560仅用于说明，并不限于可以与图1至图4中的系统和方法一起使用的小队和机器人的范围。如进一步描述的，可以针对特定任务实施各个小队501、530、560中的机器人的各种组合。小队501、530、560中可以包括其他机器人。

使用自主机器人的架构系统和方法具有各种独特的理想特性。例如，由于环路中的人员较少，所需的基础设施可以被最小化。由于人员较少，安全成本可以显著降低。在采矿的情况下，可以具有更大能力进入目前由于经济和其他原因无法进入的矿体。可以具有更大能力进入目前人类矿工无法进入的矿体。

作为进一步的示例，在采矿环境内，机器人的形状因素可以基于矿体和负载要求来优化，使得机器人可以以最小废物挖掘量来跟随矿体。与传统采矿相比，这种方法具有几个关键的优点。例如，避免大范围爆破意味着对矿山结构完整性的影响更小，从而减少对矿山结构的栓接和支承。此外，传统采矿需要在结构上为人类矿工和重型机械提供通道。相反地，本文所述的机器人方法通过机器人形状因素和超精密采矿提供了最少量的废石挖掘，这提高了生产率并降低了矿井结构的复杂性。此外，就地浓缩意味着挖掘出的材料不需移出矿井并用卡车送运到有时距离很远的浓缩厂，而是可以在现场完成以降低材料运输的复杂性。假定最少的废石被挖掘出，则移动的岩石的总体积也会减小。此外，在一些实施方式中，使用就地浮选意味着挖掘出的岩石被进一步浓缩，使得仅矿石中的目标材料被移出矿井。这进一步减少了从矿井中挖掘出的材料的总体积，有时减少到整个挖掘出的矿石的一小部分。

图6A至图6D是各种工业机器人小队600、602、604、606的各种示例的示意图，每个小队具有附带各种负载工具的各种工业机器人，并配置为针对相应小队一起执行协作工业目标。小队600、602、604、606可以用作参考图1至图3B所示所述的小队。例如，小队600、602、604、606中的一个或多个可以用作小队114、122、130、144、152、160、174、182、190、320和330中的一个或多个。

小队600、602、604、606可以包括参考图5B至图5D所示和所述的各种机器人小队501、530、560内的各种机器人的任何组合。小队600、602、604、606可以包括除了关于小队501、530、560所述的机器人以外的其他机器人。因此，下面是可以如何配置小队600、602、604、606的一个示例。在小队600、602、604、606内可以有任何数量的机器人。除了本文明确描述的机器人以外，可以由小队600、602、604、606内的其他机器人提供其他功能。此外，除了在本文明确描述的小队之外，还可以有其他小队。

图6A是第一小队600的示意图，在本实施方式中第一小队600被示为采矿小队。第一小队600包括三个不同的机器人，包括例如挖掘机器人502、破碎机器人506和分拣机器人510，分拣机器人510可以是浮选机器人。例如，第一小队600可以用于从地下挖掘岩石以从中开采资源。挖掘机器人502可以破碎岩石并挖掘岩石。破碎机器人506可以收集碎岩石并将其破碎以进行进一步处理。分拣机器人510可以收集被破碎的岩石并对其进行分拣，以将需要的材料转移到一个位置而将不需要的材料转移到第二位置。

图6B是第二小队602的示意图，在本实施方式中第二小队602被示为隧道小队。第二小队602包括七个不同的机器人，包括例如挖掘机器人502、清扫/搬运机器人532、喷射混凝土机器人582、焊接机器人584、机械臂机器人586、栓接机器人588和泵机器人536。第二小队602可以将本文所述的集群机器人架构以及其他系统和方法应用于隧道挖掘任务。例如，第二小队602可以用于开挖隧道，以形成进入或穿过地下矿场的隧道。挖掘机器人502可以对岩石进行预处理和破碎以挖掘隧道。清扫/搬运机器人532可以收集和运输挖掘的岩石。清扫/搬运机器人532可以清扫和/或搬运由挖掘机器人502挖掘出的岩石。喷射混凝土机器人582可以将胶凝材料施加到隧道，这可以精确地施加。喷射混凝土机器人582可以提供诸如喷射混凝土的结构加固以稳定地下矿场。焊接机器人584可以在矿场内的选定位置提供焊接或其他结构加固。焊接机器人584可以清洁、维修和加固钢筋。机械臂机器人586可以用于操纵诸如梁、螺栓等的建筑材料。焊接机器人和机械臂机器人586可一起执行隧道加固桁架焊接。栓接机器人588可以紧固螺栓或其他紧固件以固定由其他机器人搭建的结构。泵机器人536可以将水或其他废物(诸如碎屑、不可用材料等)泵出隧道。

图6C是第三小队604的示意图，在本实施方式中第三小队604被示为拆除小队。第三小队604包括三个不同的机器人，包括例如挖掘机器人502、清扫/搬运机器人532和抽吸机器人590。例如，第三小队604可以用于选择性桥面拆除。第三小队604可以将本文所述的集群机器人架构以及其他系统和方法应用于选择性桥面拆除任务。挖掘机器人502可以锯断并破碎桥面或其他结构。清扫/搬运机器人532可以收集和运输被拆除的甲板碎片。例如在采矿操作完成之后，抽吸机器人590可以收集和/或运走甲板混凝土板，和/或提供抽吸功能以保持和/或确保由第三小队604清除的结构的各种特征。

图6D是第四小队606的示意图，在本实施方式中第四小队606被示为维修小队。第四小队606包括五个不同的机器人，包括例如挖掘和抽吸机器人591、清扫/搬运机器人532、喷砂和喷雾机器人592、钢筋维修机器人593和喷射混凝土机器人582。例如，第三小队604可以用于选择性桥柱和桥梁维修。第三小队604可以将本文所述的集群机器人架构以及其他系统和方法应用于选择性桥梁柱和桥梁维修任务。挖掘和抽吸机器人591可以将凿子或其他工具提升到柱或梁维修区域，用混凝土吸盘将其锚固到柱或梁上，并选择性地削除暴露的或损坏的混凝土区域。清扫/搬运机器人532可以收集和运输碎混凝土。喷砂和喷雾机器人592可以去除腐蚀和/或将钝化涂层施加到各种结构。喷射混凝土机器人582可以选择性地将喷射混凝土混合物施加到维修区域以完成维修。

可以实施其他小队和机器人。此外，各种机器人可以装配有传感器，传感器被配置为持续监测隧道的结构完整性。勘测机器人还可以被部署为对隧道面进行更主动的勘测，以在挖掘之前确定潜在的问题/障碍物并执行精确测量以确保合适的隧道定向和对准。

在一些实施方式中，其他小队可以用于支持全操作的SRM矿井的端到端采矿功能。例如，回填小队可以用于将废弃的浓缩材料移动到区背面、处理材料膨胀并压实，因此一旦目标材料被运出矿井，回填小队被留下提供支持并最小化废弃材料的移动。服务小队可以用于为集群中的机器人提供服务。能源小队可以用于通过铺设临时电缆和电池组并在每个机器人中更换机器人电池来向集群提供能量。勘测小队可以用于执行矿山勘探功能，诸如测绘和岩土勘测。其他小队和机器人种类可以被定义以支持诸如供水和管道、联网等的其他功能。

F.集群机器人架构—工业采矿的示例性应用

图7A至图7E是集群的各种示例的示意图，该集群具有执行一个或多个采矿机器人特定工业任务的一个或多个工业采矿机器人小队以实现协作采矿目标。参考图1至图6D所示和所述的系统、方法和机器人可以用于图7A至图7E的集群中。基于矿山架构设计，采矿小队可部署在从(垂直、倾斜、螺旋或其他几何形状的)竖井、采场、区、隧道或等同形式中，使得每个区具有多个采矿小队在操作以确保操作不会发生冲突或中断。图7A至图7E中所示的特定采矿区仅仅是一些示例，并且其可以包括本文所述的小队和机器人的任何组合以及相关联的功能。

本文所述的系统和方法可以用于陆地采矿(例如，地表露天采矿)、露天采矿和地下采矿(例如，铂矿、金伯利岩矿(如钻石矿)、铜矿和金矿)。该系统和方法可以用于就地处理以提高这些和其他采矿操作的效率。传统陆地采矿涉及从地下或露天矿中清除大体积和大量的废石。本文所述的系统和方法可以消除去除绝大部分废石的需求从而显著降低能源成本，以及其他优点。

在一些实施方式中，可以使用挖掘机器人、清扫/破碎机器人以及分拣/浮选机器人。这些和其他机器人可以是可大规模生产以取代矿岩壁上的人工的小型采矿机器人。在一些实施方式中，处理可以包括就地金属精炼。例如，可以采用分子分离技术来达到99％或更多的金属回收率，这可以在几分钟内而不是几天或几周完成。在一些实施方式中，所述系统和方法可以用于直接就地开采较大材料，诸如贵金属块和钻石块，诸如金伯利岩(如钻石矿石)、铜和金。

图7A是集群700或其一部分的示例的示意图，集群700或其一部分包括包括挖掘机器人502和破碎机器人504的小队。集群包括具有岩底702、岩面704和岩顶706的采矿区。为了清楚起见，仅示出了岩底702、岩面704和岩顶706的一部分。例如，岩顶706可以在整个岩底702上延伸等。

挖掘机器人502和破碎机器人504部署在矿山中。机器人可以部署在新挖掘的矿山中或已经提供集群机器人采矿功能的矿山中。挖掘机器人502和破碎机器人504可以部署在基于沉积物几何形状和经济指标确定尺寸的矿区中，这可以由现有的矿山工程计划或集群矿山工程计划所驱动。挖掘机器人502沿着岩面704挖掘岩石，留下挖掘出的材料以便破碎机器人504可以收集它。机器人可单独部署以在传统处理链中执行指定任务中的一个，或者作为端到端系统自主执行工业功能中的所有任务。

在挖掘机器人502移动之前一次挖掘的总材料可以被称为“挖掘象限”，其可以被定义为在一个或多个机器人移动到下一位置之前的任何给定时间所挖掘的岩面704的宽度、高度和深度。挖掘象限尺寸可以使用本文所述的系统和方法来优化，并且可以基于矿山性能和经济指标以及岩面的局部地形。

图7B是集群710或其一部分的示例的示意图，集群710或其一部分包括包括挖掘机器人502、破碎机器人504和分拣机器人510的小队，分拣机器人510可以是浮选机器人。图中示出了具有岩顶714的岩底712上的挖掘机器人502，挖掘机器人502挖掘岩面713。挖掘机器人502已经沿着岩石表面713移动，破碎机器人504跟随其后以破碎碎石。破碎机器人504通过软管或管716连接到分拣机器人510。破碎的岩石例如使用泵或液压提升机来从破碎机器人504传送到分拣机器人510。分拣机器人510优选或浓缩要开采的目标矿物，例如，其例如使用浮选技术过滤破碎的岩石从不需要的材料中分离出需要的材料。然后可以沿着第一软管718传送所需的材料以进一步处理。不需要的材料可以作为废物或为了出于其他目的沿着第二软管或管720传送，例如传送到表面的收集器、传送到区背面、或传入先前处理过的区域中等。破碎机器人可以直接将材料输入到分拣机器人中，而不使用软管或管道。另一个机器人种类(即搬运机器人)可以收集来自分拣机器人的材料，以将其移出矿井或移到区背面或移入预先处理的区域中等。

图7C是集群722或其部分的一个示例的示意图，集群722或其一部分包括包括多个挖掘机器人502和破碎机器人504的小队。有四个挖掘机器人502和两个破碎机器人504。可以有任何数量的相应机器人。一个或多个破碎机器人504可以服务于来自一个或多个挖掘机器人502的碎石。如图所示，单个破碎机器人504为来自两个挖掘机器人502的碎石提供服务。可以实施其他组合。

图7D是集群724或其一部分的示例的示意图，集群724或其一部分包括包括多个挖掘机器人502、破碎机器人504和分拣机器人510的小队。如图所示，第一破碎机器人504A服务于由挖掘机器人502破碎的岩石，并通过第一软管716A连接到第一分拣机器人510A。第二破碎机器人504B服务于由挖掘机器人502破碎的岩石，并通过第二软管716A连接到第二分拣机器人510A。破碎机器人可以直接将材料输入到分拣机器人中，而不使用软管或管道。另一个机器人种类(搬运机器人)可以收集来自分拣机器人的材料，以将其移出矿井或移到区背面或移入预先处理的区域中等。

图7E是集群726或其一部分的示例的示意图，集群726或其一部分包括多个小队724A、724B、724C、724D、724E。小队可以类似于参考图7A至图7D所述的小队。每个小队可以包括一个或多个挖掘机器人502、破碎机器人504和/或分拣机器人510。每个小队可以服务于矿场的一部分或区。机器人可以创建隧道728、730、732、734以进入矿场的各种位置。软管或管道可以沿着隧道延伸。未被服务的区733接下来可以由小队(例如小队724E)来服务。

本文所述的各种架构中的任何一种可以用于管理和操作各种各样的工业机器人系统，诸如图7A至图7E中的采矿集群。例如，系统10可以应用于集群726。远程控制中心100可以与集群控制中心112通信，集群控制中心112可以位于集群726处。小队724A可以包括机器人116、210、322、352、502等。机器人可以包括图2中的处理器212和/或图4中的硬件平台412。处理模块214和/或224和/或230可以使用成像、热、环境和其他传感器来定位、瞄准和挖掘例如图7A中的岩面704上的岩石。处理模块214可以例如使用挖掘机器人502来控制锯子、凿子和/或其他工具来挖掘岩石。处理模块214、224和230可以控制挖掘机，其包括挖掘负载堆栈功能和通用平台功能。算法230可以与诸如破碎机器人506的其他机器人一起用于智能和协作采矿操作。小队724A的机器人502、506可以与来自相邻小队724B、724C、724D和/或724E中的机器人通信。通信系统358可以由机器人用于通信。机器人可以包括图4中的硬件平台414、424、432、442、448和/或454，以移动机器人、在结构上支持机器人、为机器人供电、分析数据、对机器人进行热管理和/或集成负载子系统/工具(诸如凿子或锯)。

作为进一步的示例，集群控制中心142、250、302或380可以位于集群726处。小队和集群控制中心可以经由集群通信网络316进行通信。网络可以是图3B中的网络370。网络316可以由与小队724A中的机器人等一起定位的通信系统提供。诸如图3A中的机器人322、324、332、334所示，集群726中的机器人可以彼此通信和/或与网络316通信。网络316可以沿着隧道728、730、732、734定位，这可以由联网或通信机器人部署。图3A中的机器人模块308、310、312可以用于分析由小队和/或机器人提供的数据。图2中的模拟模块284可以用于运行小队或机器人的模拟，以改进应用于小队或机器人的控制算法。模块286、288、290可以用于模拟机器学习算法、机器人控制模拟和联网模拟，其可应用于控制小队724A等。集群控制中心可将该数据和其他数据传送到远程控制中心100、小队或机器人、和/或其他集群控制中心。采矿作业的进度可以以这种方式进行监测、分析和支持，以完成例如定位矿场、形成矿场、挖掘矿场和关闭矿场的工业目标。这些和其他操作可以由小队和机器人自主执行，除了以计划、监督和异常管理方式之外，几乎没有或没有来自控制中心的用户输入。

G.集群机器人架构—“作为服务的机器人”

本文所述的用于工业机器人的系统和方法可以实施为用于特定工业目标(诸如采矿)的服务包(例如，包括软件和机器人)。在一些实施方式中，“作为服务的机器人”(RaaS)包可以使用本文所述的架构来实施。各种管理和控制架构以及系统可以作为特定用例的软件被交付或以其他方式访问。机器人可以包括在RaaS包中，也可以不包括在RaaS包中。

例如，在建筑行业，RaaS服务包可以是混凝土拆除软件包。基于特定要求，可以部署机器人小队来完成手头的服务。

使用本文所述的系统和方法的RaaS方法提供了几个优点。例如，客户可以不必熟悉机器人操作。可以不需承担机器人的资金成本或处理机器人所有权。可以降低向用户提供服务的责任和风险。可以根据来自用户的实时需求，灵活地改变用途和使用通用平台和负载堆栈。可以灵活地定制集群和小队部署的规模和组成。可以使用基于价值的定价方式，该定价方式反映了为特定任务交付服务的市场定价，而不是以机器人成本为中心的定价。

H.示例性采矿机器人—示例性模块化工业机器人

图8示出了模块化采矿机器人1100的示例。采矿机器人1100可以包括通用平台1105。通用平台1105可以是上述通用平台500的示例，并且可以具有相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。通用平台1105可以与本文所述的机器人400和其他机器人结合使用。通用平台1105可以提供具有统一结构的计算和支持系统的单个系统，单个系统被配置为与各种可互换的负载堆栈联接。

通用平台1105可以包括结构框架或平台1106。结构平台1106可以类似于上述结构平台442。结构平台1106可以包括具有各种不同的机械和电气安装位置和配置的上外壳1106A和下支承框架1106B。框架1106B可以支承通用平台的各种模块和其他部件(例如通用总线等)。外壳1106A可以容纳各种模块和部件。

通用平台1105还可以包括数据模块1107。数据模块1107可以类似于上述数据平台432。数据模块1107可以包括一个或多个总线和处理器、以及用于存储指令的存储系统、以及用于与其他机器人和/或其他中央控制系统或分布式控制系统(诸如集群控制系统)通信的一个或多个天线和通信模块。数据模块1107的各种部件可以包括固件中的用于对与采矿机器人1100连接的所有模块进行操作的控制器。

通用平台1105还可以包括电力模块1108。电力模块1108可以类似于上述电力平台424。电力模块1108可以包括以下中的一个或多个：电力(例如，一个或多个电池)、布线和/或电力总线、变压器或变流器模块、控制器和硬件，以向机器人1100的各种其他模块提供电力。电力模块1108还可以包括电源1115。可选地，电源1115可以与通用平台1105的其他模块一起安装，诸如安装在移动性平台1110内。

通用平台1105可以包括热模块1109。热模块1109可以类似于上述热平台448。如图所示，热模块1109可以与数据模块一起定位，或者单独定位或与平台的其他部件一起定位。热模块1109可以包括一个或多个热管理模块或一组模块，诸如制冷模块或热传感器模块。可选地，模块可以包括热模块。热模块1109通常可以用作管理采矿机器人1100的温度，采矿机器人1100可以包括一个或多个加热或冷却部件。

通用平台1105可以与移动性平台1110连接。移动性平台1110可以类似于上述移动性平台414。移动性平台1110可以与结构平台1106联接。示出了用于移动性平台的三个不同的可能部件。移动性平台1110可以包括履带式模块1111、轮式模块1112和/或足式模块1113。示出了其一部分位于通用平台1106两侧的完整履带式模块1111。为了清楚起见，仅示出了轮式模块1112和足式模块113的一侧。不同地，移动性模块中的每个可以包括用于为工业机器人500提供移动性的任何数量的必需履带、车轮或足部(或任何这些系统的混合)。移动性平台1110可以允许任何移动性模块1111至1113与结构平台1106联接，以为采矿机器人1100提供移动性。因此，结构平台1106可以包括用于安装移动性模块所必需的公共机械和电连接点。

通用平台1105可以包括机器人软件平台。机器人软件平台可以类似于上述机器人210的软件平台。如本文所述，机器人软件平台可以包括具有固件的控制器层，其被配置为使用通用和负载控制算法等来操作通用和负载堆栈。

在机器人的某些实施方式中，通用平台1105可以具有不同的尺寸(例如，大、中或小尺寸)。所使用的大小可以取决于特定机器人的应用。负载堆栈1120和移动性平台1110也可以具有不同的尺寸，并且用于通用平台1105的相应尺寸中的每个是可互换的。组装时，整个机器人的示例性尺寸和尺寸范围包括从约1英尺至约15英尺的长度、从约1英尺至约10英尺的宽度、以及从约2英尺至约10英尺的高度。在一些实施方式中，机器人可以是约5至7英尺长、和/或3至5英尺宽、和/或2至4英尺高。

采矿机器人1100可以包括负载堆栈1120。负载堆栈1120可以包括用于执行特定工业任务的一个或一组负载工具。负载工具可以用于实现诸如特定采矿任务(例如，挖掘、清扫等)的工业目标。负载堆栈1120可以集成在通用平台1105的各个区域中。例如，在一些实施方式中，负载堆栈的部件可在其前后顶部、底部、或侧面与结构平台1106联接。可选地，负载堆栈1120的一个或多个部件可以与移动性平台1110或其任何模块联接。如在某些示例中所示，负载堆栈1120可以包括以下模块：包括挖掘工具(例如，机器人凿子、机器人锯、机器人钻)的挖掘机模块1121、包括铰接关节和连接连杆的机器人臂模块1122，包括铲刀和提升机构的推土机模块1123、包括可旋转容器的混合器模块1124(例如，用于水泥混合物)、和/或包括流体承载容器的流体容器模块1125。

可以根据由特定采矿机器人1100执行的特定工业任务来选择负载堆栈1120。参考图9A至图17B所示和所述的采矿机器人的以下示例可以各自都包括通用平台1105，以及承载从多个不同的负载堆栈类型中选择的不同负载堆栈1120。另外，采矿机器人还可以在所选择的移动性平台1110和/或分别从多个移动性平台类型和多个模块类型中选择的上述其他模块中有所变化。

图9A示出了挖掘机器人1200的实施方式。挖掘机器人1200可以具有与上述挖掘机器人502相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。挖掘机器人1200包括通用平台1105。如图所示，通用平台1105与移动性平台1110附接。移动性平台1110被实施为被示为双履带系统的履带式模块1111。挖掘机器人1200可以包括挖掘机负载堆栈1220。挖掘机负载堆栈1220可以包括挖掘机工具1221，挖掘机工具1221可以包括机器人岩石清除工具。机器人岩石清除工具可以是(例如，从岩石表面)进行机械碎石的钻头或凿子或类似工具。挖掘机工具1221可以是电动的、气动的或以其他动力方式。挖掘机工具1221可以针对钻头或凿尖设置往复动作。

挖掘机负载堆栈1220还可以包括机器人臂1222。挖掘机工具1221可以安装在机器人臂1222上。机器人臂1222可以包括多个铰接关节和连杆。机器人臂1222的接头可以包括伺服致动的旋转或平移接头。机器人臂1222可以安装在通用平台1105上。

挖掘机负载堆栈1220还可以包括传感器1223。传感器1223可以是光学、红外、激光或任何其他类型的传感器。传感器1223可以用于绘制岩石表面或其他环境特征。传感器1223可以与机器学习算法结合使用，以便于使用挖掘机工具1221进行岩面挖掘的清除。

在包括挖掘机负载堆栈1220的机器人的某些实施方式中，仅包括单个机器人臂1222和挖掘机工具1221。图9B中示出了挖掘机器人1201的另一个实施方式，其中挖掘机负载堆栈1220还可以包括切割工具1225。切割工具1225可以包括用于切入岩面并进行岩石破碎的往复式或旋转式刀片。切割工具1225可以由电动机或其他类型的致动器提供动力。切割工具1225安装在机器人臂1226上。机器人臂1226可以包括用于铰接切割工具1225位置的多个关节和连杆。挖掘机负载堆栈1220可以用于机器人特定工业任务，包括预处理岩石或混凝土或任何其他建筑材料以及破碎岩石、混凝土或任何其他建筑材料。

挖掘机负载堆栈1220还可以包括第二传感器1227。第二传感器1227可以安装在第二机器人臂1226上。类似于第一传感器1223，第二传感器1227可以用于绘制岩面图并控制切割工具1225。可选地，传感器1223/1227可以直接安装在通用平台1105的另一部分上。

图10A至图10C示出了清扫机器人1300及其部件的示例。清扫机器人1300可以具有与上述清扫/搬运机器人514相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。清扫机器人1300可以包括通用平台1105。清扫机器人1300可以包括移动性平台1110。移动性平台1310可以包括履带式模块1111。履带式模块1111可以沿着并围绕旋转轮或滑轮延伸，以向前和向后推动机器人1300。清扫机器人1300可以包括清扫机负载堆栈1320。清扫机负载堆栈1320可以收集散落的材料，诸如挖掘出的岩石。岩石可以是已由挖掘机器人1200从岩面挖掘出的材料。

清扫机负载堆栈1320可以包括第一清扫机1321。第一清扫机1321可以安装在铲刀或斜面1321a上。斜面1321a可以是大致平面的构件。斜面1321a可以呈一定角度朝下定向并与地面接触。清扫机1321可以包括多个朝外定向的刷子构件。清扫机1321可以旋转以将材料清扫到斜面1321a上。清扫机1321可以按逆时针方向旋转。清扫机负载堆栈1320可以包括第二清扫机1322。第二清扫机1322可以安装在与第一清扫机1321相对的斜面1321a上。第二清扫机1322可以按顺时针方向旋转以大体清扫第一清扫机1321与第二清扫机1322之间的材料。

清扫机负载堆栈1320可以包括传送机1323。传送机1323通常可以位于第一清扫机1321与第二清扫机1322之间。传送机1323可以包括安装在一个或多个辊子上的皮带，用于从斜面1321a收集被清扫的岩石材料并将其存放在容器内。容器可以位于清扫机器人1300之上或位于清扫机器人1300中。清扫机负载堆栈1320可以与挖掘机器人1200结合使用以实现挖掘目的。清扫机负载堆栈1320可以用于机器人特定工业任务，包括收集挖掘出的岩石、混凝土或任何其他建筑材料，以及运输挖掘出的岩石、混凝土或任何其他建筑材料。

如图10B和图10C所示，清扫机负载堆栈1320还可以包括破碎机1324。可替代地，破碎机1324(例如，特定破碎机器人)可以安装在与清扫机器人1300分离的采矿机器人上。收集的岩石材料可以由传送机1323传送到破碎机1324中。岩石材料可以容纳在入口1327内以进入到破碎机1324的碎屑夹带滚筒。碎屑夹带滚筒可以包括出口1328。出口1328可以与材料袋1329连接。破碎机1324可以包括内部转子1325。转子1325被可旋转地安装并由马达1326供电。转子1325可以包括对破碎机1324中的材料进行破碎的一个或多个研磨或破碎元件。破碎机1324可以通过转子1325的旋转将岩石碎片破碎成更小的碎片。破碎机1324的破碎材料可以被吹入材料收集袋1329中。破碎机负载堆栈可以用于机器人特定工业任务，包括过滤/浓缩挖掘出的岩石。

图11A示出了浮选机器人1400。浮选机器人1400可以具有与上述分拣机器人510相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。浮选机器人1400可以包括通用平台1105和移动性平台1110。浮选机器人1400可以包括履带式模块1111。浮选机器人1400还可以包括浮选负载堆栈1420。浮选负载堆栈1420可以包括浮选单元1421。浮选单元1421可以用于将碎石材料分离成目标材料和不需要的材料。碎石材料可以容纳在浮选负载堆栈1420中。然后，碎石材料可以经由软管泵送通过浮选单元1421。浮选单元1421可以分离所需材料和不需要的材料。所需材料可以沿着第一管道或软管传送。不需要的材料可以沿着另一个管道或软管传送。浮选负载堆栈1420可以将废物或不需要的材料传送到诸如矿山内的另一个位置或区域。浮选负载堆栈1420可以用于机器人特定工业任务，包括过滤/浓缩挖掘出的岩石。

图11B示出了抽吸机器人1500的示例。抽吸机器人1500可以具有与上述挖掘和抽吸机器人591相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。抽吸机器人1500可以包括通用平台1105。抽吸机器人1500可以包括移动性平台1110。移动性平台可以包括履带式模块1111。抽吸机器人1500还可以包括抽吸负载堆栈1520。抽吸负载堆栈1520可以包括抽吸构件1521。抽吸构件1521可以安装到机器人臂1522上。机器人臂1522可以包括用于铰接和操纵抽吸构件1521位置的多个关节和连杆。可选地，可以包括第二抽吸构件和/或机器人臂1523。抽吸负载堆栈1520可以用于运输和/或提升材料(例如，混凝土板)。例如，抽吸机器人1500可以将工具或材料升高到固定在其中的位置。例如，抽吸机器人1500可以升高加固材料，然后由维修小队中的其他类型的机器人将其固定就位。作为拆除小队的一部分，抽吸机器人1500可以清扫和拖走操作区域内不需要的材料。抽吸负载堆栈1520可以用于机器人特定工业任务，包括抽吸或支承岩石、混凝土或任何其他建筑材料。

图12A示出了清扫机器人1600的另一个示例。清扫机器人1600可以包括通用平台1105。清扫机器人1600可以包括移动性平台1110和/或履带式模块1111。清扫机器人1600可以包括清扫机负载堆栈1620。清扫机负载堆栈1620可以与清扫机负载堆栈1320相同，具有以下特征：第一清扫机构件1621、第二清扫机构件1622、其上安装有第一清扫机构件1621和第二清扫机构件1622的铲刀1626、和/或与铲刀1626在第一清扫机构件1621与第二清扫机构件1622之间连接的传送机1623。清扫机负载堆栈1620还可以包括第一臂1624。第一臂1624可以包括多个连杆和接头。第一臂1624可以安装在铲刀1626上。第一臂1624通常是可铰接的，以回收材料并将其推入第一清扫机1621中。第一臂1624的远端可以从清扫机1621向外延伸，收集材料并将其推入清扫机1621的刷毛中。这可以有利于更快和更有效地将材料回收到传送机1623中。类似地，第二侧可以包括相对于第二清扫机1622类似于第一机器人臂进行操作的第二机器人臂1625。

图12B示出了喷射混凝土机器人1700的示例。喷射混凝土机器人1700可以具有与上述喷射混凝土机器人582相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。喷射混凝土可包括喷射混凝土复合物或其他喷射硬化复合物。喷射混凝土机器人1700可以包括通用平台1105。喷射混凝土机器人1700可以包括移动性平台1110和/或履带式模块1111。喷射混凝土机器人1700可以包括喷射混凝土负载堆栈1720。喷射混凝土负载堆栈可以包括用于喷射混凝土复合物的喷嘴1721。喷嘴1721可以由包括多个关节和连杆的机器人臂1722控制。喷射混凝土负载堆栈1720还可以包括供应软管1723。供应软管1723可通过供应软管1723与在喷射混凝土机器人1700上或另一个机器人或其他供应源上的喷射混凝土复合物的贮存器连接。喷射混凝土负载堆栈1720通常可以用于诸如将水泥材料应用到矿区(例如区或隧道)的施工。喷射混凝土负载堆栈1720可以形成隧道施工/维修小队或其他类型小队的一部分。喷射混凝土负载堆栈1720可以用于机器人特定工业任务，包括将水泥材料应用到支承岩石、混凝土或任何其他建筑材料上、加固钢筋、以及喷涂钝化涂层。

图12C示出了栓接机器人1800的示例。栓接机器人1800可以具有与上述栓接机器人588相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。栓接机器人1800可以包括通用平台1105。栓接机器人1800可以包括移动性平台1110和/或履带式模块1111。栓接机器人1800可以包括栓接负载堆栈1820。栓接负载堆栈1820可以包括螺栓插入器1821。螺栓插入器1821可以包括诸如螺栓、螺钉、钉子、锚固件等的机械紧固件的弹匣。机械紧固件可由弹匣送入致动器。致动器可以向紧固件施加力以将其插入到基底中。螺栓插入器1821可以经由机器人臂铰接，并且可以包括一个或多个关节和连杆。栓接机器人1800可以形成隧道施工或维修机器人小队或其他类型小队的一部分。栓接负载堆栈1820通常可以用于插入加固矿井段(例如区或隧道)的栓接。栓接负载堆栈1820可以用于机器人特定工业任务，包括支承岩石、混凝土或任何其他建筑材料的栓接加固。

图12D示出了焊接机器人1900的示例。焊接机器人1900可以具有与上述焊接机器人584相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。焊接机器人1900可以包括通用平台1105。焊接机器人1900可以包括移动性平台1110和/或履带式模块1111。焊接机器人1900可以包括焊接负载堆栈1920。焊接负载堆栈1920可以包括焊接头1921。焊接头1921可以包括一个或多个焊接构件，焊接构件由电力供电并以一个或多个导线连接到焊接头。焊接头1921可以由机器人臂1922铰接。机器人臂1922可以包括用于操纵焊接头1921位置的一个或多个关节和连杆。焊接负载堆栈1920可用作连接到金属材料的焊接单元。焊接机器人1900可以形成隧道施工、维修或类似类型的机器人小队的一部分。焊接负载堆栈1920可以用于机器人特定工业任务，包括焊接或维修以及加强钢筋或隧道支承材料。

图13A至图13C分别示出三个不同的挖掘机器人2000、2001、2002的实施方式。挖掘机器人2000、2001、2002可以包括通用平台1105和移动性平台1110。挖掘机器人2000、2001、2002可以包括挖掘机负载堆栈2020。挖掘机负载堆栈2020可以包括例如上述挖掘机工具。如图13A所示，挖掘机器人2000可以具有包括履带式模块1111的移动性平台1110。如图13B所示，挖掘机器人2001可以具有包括轮式模块1112的移动性平台2010b。在所示示例中，轮式模块1112的每一侧包括三个轮子。如图13C所示，挖掘机器人2002可以具有包括足式模块1113的移动性平台1110。足式模块1113的每一侧包括可被铰接的三个足部，用于为挖掘机器人2002提供移动性。移动性平台1110的不同移动性模块中的每个可以与相同的通用平台1105和挖掘机负载堆栈208互换。

图14A示出了推土机器人2100的示例。推土机器人2100可以包括通用平台1105。推土机器人2100可以包括移动性平台1110和/或履带式模块1111。推土机器人2100可以包括推土机负载堆栈2120。推土机负载堆栈2120可以包括铲刀和/或提升模块2121。推土机负载堆栈2120通常可以用于移动散落的材料(诸如破碎的岩石)。推土机负载堆栈2120可以用于各种机器人小队，例如隧道施工、拆除、维修和清理小队。

图14B示出了泵机器人2200的实施方式。泵机器人2200可以具有与上述泵机器人536相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。泵机器人2200可以包括通用平台1105。泵机器人2200可以包括具有轮式模块1112的移动性平台1110。泵机器人2200可以包括流体负载堆栈2220。流体负载堆栈2220可以包括吸嘴2221。流体负载堆栈2220可以包括机器人臂2222。吸嘴2221可以安装在机器人臂2222上。流体负载堆栈2220可以包括一个或多个贮存器2223。贮存器2223可以与连接有吸嘴2221的软管连接，并且使用吸嘴2221可以将流体吸入到流体贮存器2223中。可替代地或另外地，吸嘴2221可以是喷嘴。流体负载堆栈2220可以用于各种机器人小队，诸如隧道施工、拆除、维修和清理小队。流体负载堆栈2220可以用于从矿段(例如采场或隧道)中抽水。在另一个实施方式中，泵机器人2200可以被配置为喷砂和喷雾机器人(未示出)。喷砂和喷射机器人可以包括喷嘴，喷嘴被配置为喷射物质以帮助挖掘、清理或其他与采矿相关的任务。流体负载堆栈2220可以用于机器人特定工业任务，包括抽水或泵水、清洁和喷涂钝化涂层。

图14C示出了3D建筑机器人2300。3D建筑机器人2300可以具有与上述建筑机器人570相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。3D建筑机器人2300可以包括通用平台1105。3D建筑机器人2300可以包括移动性平台1110和/或履带式模块1111。3D建筑机器人2300可以包括3D建筑负载堆栈2320。3D建筑负载堆栈2320可以包括喷嘴2321。喷嘴2321可以安装在机器人臂2322上。机器人臂2322可以包括用于移动喷嘴232的一个或多个关节和连杆。软管可以沿着机器人臂2322延伸并与喷嘴2321联接。软管可以与3D复合物贮存器2323联接。贮存器2323可以与用于将3D建筑复合物泵送到喷嘴2321的泵联接。3D构造复合物可以是水泥、聚合物或其他类型的复合物，用于构造新材料、填充空隙、施加粘合剂和类似的活性。3D建筑机器人2300可以用于各种机器人小队，诸如隧道施工和维修小队。3D建筑负载堆栈2320可以用于机器人特定工业任务，包括应用于对支承岩石、混凝土或任何其他建筑材料施加将水泥材料或加固材料。

图14D示出了机械臂机器人2400的示例。机械臂机器人2400可以具有与上述机械臂机器人586相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。机械臂机器人2400可以包括通用平台1105。机械臂机器人2400可以包括移动性平台1110和/或履带式模块1111。机械臂机器人2400可以包括维修负载堆栈2420。维修负载堆栈2420可以包括机器人机械臂2421。机器人机械臂2421可以包括一个或多个可铰接的构件，诸如用于抓握操纵其他物体的夹紧机构。机器人机械臂2421可以与机器人臂2423联接。机器人臂2423可以包括用于移动机器人机械臂2421的多个关节和连杆。可选地，维修负载堆栈2420可以包括第二机器人机械臂2422和机器人臂2424。机械臂机器人2400可以用于各种机器人小队，例如隧道施工、拆除、维修和清理小队。维修负载堆栈2420可以用于机器人特定工业任务，包括清洁、维修、加固钢筋和腐蚀。

图15A至图15C分别示出了勘测机器人2500、2501、2502的示例性实施方式。勘测机器人2500、2501、2502可以具有与上述勘测机器人566相同或相似的特征和/或功能，反之亦然。勘测机器人2500、2501、2502可以包括通用平台1105和移动性平台1110。勘测机器人2500、2501、2502可以包括勘测负载堆栈2520。勘测负载堆栈2520可以包括勘测模块2521。勘测模块2521可以包括用于执行勘测任务的一个或多个传感器，诸如激光器、红外、GPS或类似装置。勘测负载堆栈2520还可以包括机器人臂2522。机器人臂2522可以包括端部执行器2523。端部执行器2523可以包括定位系统，其中端部执行器2523的端部可以用于结合勘测机器人2500的这些勘测任务对其他对象和环境进行测量。图15A示出了具有包括履带式模块1111的移动性平台1110的勘测机器人2500。图15B示出了具有包括轮式模块1112的移动性平台1110的勘测机器人2501。图15C示出了具有足式模块1113的移动性平台1110的勘测机器人2502。

图16A示出了月球车机器人2600的示例。月球车机器人2600可以包括通用平台1105。月球车机器人2600可以包括移动性平台1110。移动性平台1110可以包括月球履带式模块1114，月球履带式模块1114包括具有从其延伸的多个凸缘的一对履带并被配置为在月球环境中使用。月球车机器人2600可以包括与流体负载堆栈2220类似的流体负载堆栈2620。

图16B示出了月球推土机2700的示例。月球推土机2700可以包括通用平台1105。月球推土机2700可以包括移动性平台1110。移动性平台1110可以包括每一侧上都具有一个或多个轮子的月球轮式模块1115。轮子可以包括从中心半径向外延伸的凸缘。这些轮子可被设计用于月球表面。月球推土机2700可以包括与推土机负载堆栈2120类似的推土机负载堆栈2720。

图16C示出了月球挖掘机器人2800的示例。月球挖掘机器人2800可以包括通用平台1105。月球挖掘机器人2800可以包括移动性平台1110。移动性平台1110可以包括月球轮式模块1115。月球挖掘机器人2800可以包括与上述挖掘机负载堆栈1220类似的挖掘机负载堆栈2820。

图17A示出了微重力服务机器人2900。微重力服务机器人2900可以包括通用平台1105。微重力服务机器人2900可以包括移动性平台21110。移动性平台1110可以包括在前侧、后侧、左侧、右侧、上侧和/或下侧上具有多个助推器的助推器模块1116。助推器模块1116可以被配置为在微重力环境中(例如在月球或小行星上)提供推进和导航。微重力服务机器人2900可以包括维修负载堆栈2920。维修负载堆栈2920可以包括与维修负载堆栈2420类似的、与相应机器人臂联接的机器人夹子。

图17B示出了搬运机器人3000的示例。搬运机器人3000可以包括通用平台1105。搬运机器人3000可以包括具有助推器模块1116的移动性平台1110。搬运机器人3000可以包括太阳能负载堆栈3020。太阳能负载堆栈3020被配置为通过一个或多个太阳能电池阵列收集太阳能。

虽然上面的详细描述已经示出、描述、并指出了应用于各种实施方式的本开发的新特征，应当理解，本领域技术人员可以在不背离本公开精神的情况下，对所示系统或过程的形式和细节进行各种省略、替换和改变。正如将认识到的，由于一些特征可以与其他特征分开使用或实施，本公开的开发可以实施为不提供本文所述的所有特征和有益效果的形式。本公开的范围由随附权利要求而非前面的描述来表示。在权利要求的等同含义和范围内的所有变化都包括在该范围内。因此，可以以多种方式实施所述系统、设备和方法。

本领域技术人员还将认识到，一个实施方式中包括的部件可与其他实施方式互换；来自所述实施方式的一个或多个部分可以以任何组合与其他所述实施方式包括在一起。例如，本文所述和/或图中所示的任何不同部件可以被组合、互换或从其他实施方式中排除。使用标题仅仅是为了方便阅读，并不意味着以任何方式限制本公开的范围。来自一个标题部分的任何特征或示例可以应用于其他标题部分的任何其他特征或示例。

流程图序列仅仅是说明性的。本领域技术人员将理解，在本文所述的流程图中实施的步骤、决定和过程可以按照不同于本文所述的顺序来执行。因此，特定流程图和描述并不意意味着限制相关过程以所述的特定顺序执行。

针对在此基本上使用的任何复数和/或单数术语，本领域技术人员可以根据上下文和/或应用，将复数解释为单数和/或将单数解释为复数。为了清楚起见，可以不必明确地阐述单数/复数的各种变换。

本领域技术人员将理解，本文所用的术语通常是“开放性的”术语(例如，术语“包括”应当被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当被解释为“至少具有”，术语“包括”应当被解释为“包括但不限于”等)。本文所使用的术语“包括”与“包括”、“含有”、或“特征为”含义相同，并且它是包括性的或开放式的，而不排除其他未列举的元件或方法步骤。

本领域技术人员还将理解，如果意图引出特定数量的权利要求陈述，则在权利要求中将明确地对这种意图进行陈述，如果没有这种陈述则不存在这样的意图。例如，为了帮助理解，随附权利要求可以包括对引导性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引出对权利要求的陈述。然而，即使当同一权利要求包括引导性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一(a)”或“一个(an)”的不定冠词时(例如，“一(a)”和/或“一个(an)”通常应当被解释为“至少一个”或“一个或多个”)时，使用这样的短语不应当被解释为暗示由不定冠词“一(a)”或“一个(an)”引出权利要求陈述将包括这样引出的权利要求陈述的任何特定权利要求限制为仅包括一个这样陈述的示例；对于引出权利要求陈述的定冠词的使用也是如此。另外，即使明确陈述了引出特定数量的权利要求陈述，本领域的技术人员将认识到，这种陈述通常应当被解释为至少是陈述的数量(例如，无其他修饰语的仅“两个陈述”的陈述，通常是指至少两个陈述、或两个或更多个陈述)。

此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用语的示例中，一般地，这样的结构是旨在本领域技术人员将理解惯用语(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于仅具有A，仅具有B、仅具有C、A和B一起、A和C一起、B和C一起，和/或A、B和C一起等的系统)。在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用语的示例中，一般地，这样的结构是旨在本领域技术人员将理解惯用语(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于仅具有A，仅具有B、仅具有C、A和B一起、A和C一起、B和C一起，和/或A、B和C一起等的系统)。本领域技术人员还将理解，实际上任何表示两个或更多个可选术语的分离词和/或短语，无论在说明书、权利要求书或附图中，都应当被理解为考虑到包括术语中的一个、任一术语、或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

除非另有说明，否则说明书和权利要求中使用的表述数量的所有数字应当被理解为在所有示例中都由术语“约”修饰。因此，除非有相反说明，否则说明书和所附权利要求中列出的数值参数是近似值，其可以根据本公开寻求获得的所需性能而变化。至少而不是试图将等同原则的应用局限于权利要求的范围，每个数值参数应当根据有效位数的数量和普通舍入方法来进行解释。例如，在各种实施方式中，诸如约、近似、基本上等术语可以表示百分比为±1％、±5％、±10％、或±20％的相对偏差。

本文引用的所有参考文献均通过引用整体并入本文。如果通过引用并入的出版物、专利或专利申请与本说明书中包括的公开内容相矛盾，则本说明书旨在取代和/或优先于任何这种矛盾的材料。

Claims (20)

1.一种用于操作工业机器人的系统，所述系统包括一个或多个集群，每个集群包括：

一个或多个小队，每个小队包括多个机器人，每个机器人被配置为自主操作并包括与负载堆栈联接的通用平台，所述负载堆栈是能与所述通用平台联接的多个负载堆栈中的一个，并且其中，每个机器人被配置为使用所述负载堆栈来执行负载特定工业任务；以及

集群控制中心，被配置为与所述一个或多个小队远程通信。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个机器人被配置为经由集群通信网络彼此通信并与所述集群控制中心通信。

3.根据权利要求1所述的系统，包括被配置为经由集群通信网络彼此通信的两个或更多个所述小队。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述通用平台还包括被配置为移动每个机器人的移动系统。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述移动系统包括履带式系统、轮式系统或足式系统。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述通用平台包括控制系统，所述控制系统被配置为通过机器人控制算法来操作。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述机器人控制算法包括人工智能或机器学习包。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述通用平台包括数据处理系统，其中每个数据分组包括数据分组报头，所述数据分组报头包括与每个机器人相关的标识信息。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述标识信息包括以下一项或多项：集群标识符、排标识符、小队标识符、机器人标识符、机器人定位标识符、机器人位置标识符、健康数据、性能数据、操作数据、内务管理数据和/或传感器数据。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述通用平台包括硬件平台堆栈和软件平台堆栈，并且其中，所述通用平台被配置为使用所述硬件平台堆栈和所述软件平台堆栈来自主操作所述负载堆栈，以执行所述负载特定工业任务并与其他机器人和/或所述集群控制中心通信。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述集群控制中心包括：

通信系统，被配置为经由集群通信网络从所述一个或多个集群接收操作数据并向所述一个或多个集群发送更新数据；

命令和控制系统，被配置为监测和支持所述多个机器人、初始化系统、执行异常管理、分析所述操作数据，并基于对所述操作数据进行分析来生成所述更新数据；以及

用户界面，被配置为使用户能够监测和控制所述一个或多个集群。

12.根据权利要求1所述的系统，还包括远程控制中心，所述远程控制中心被配置为经由所述一个或多个集群中的每个的所述集群控制中心与所述一个或多个集群通信，所述远程控制中心包括：

通信系统，被配置为经由远程通信网络从所述一个或多个集群接收集群数据，并向相应集群控制中心发送集群更新数据；

命令和控制系统，被配置为分析所述集群数据，并基于对所述集群数据的分析生成所述集群更新数据；以及

用户界面，被配置为使用户能够监测并控制所述一个或多个集群控制中心。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述远程控制中心包括模拟系统，所述模拟系统被配置为：在将所述集群更新数据发送到所述相应集群控制中心之前，使用所述集群更新数据来模拟所述一个或多个集群的操作。

14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述集群更新数据包括用于一个或多个机器人的更新的机器人控制算法。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述集群更新数据是基于机器学习的。

16.一种用于操作自主工业机器人的系统，所述系统包括：

控制中心；

多个第一工业机器人，被配置为自主执行第一工业任务；以及

多个第二工业机器人，被配置为自主执行不同于所述第一工业任务的第二工业任务，

其中，所述多个第一工业机器人中的一个或多个以及所述多个第二工业机器人中的一个或多个被配置为彼此自主通信并与所述控制中心自主通信，并且其中，所述多个第一工业机器人中的一个或多个以及所述多个第二工业机器人中的一个或多个被配置为一起自主工作以通过执行所述第一工业任务和所述第二工业任务来实现协作工业目标。

17.根据权利要求16所述的系统，

其中，所述多个第一工业机器人中的每个第一工业机器人包括与第一负载堆栈联接的通用平台，并且所述多个第二工业机器人中的每个第二工业机器人包括与第二负载堆栈联接的通用平台，其中所述第一负载堆栈和所述第二负载堆栈是能与所述通用平台联接的多个负载堆栈中的一个，以及

其中，每个第一工业机器人被配置为使用所述第一负载堆栈来执行第一负载特定工业任务，并且每个第二工业机器人被配置为使用所述第一负载堆栈来执行第二负载特定工业任务。

18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述多个第一工业机器人包括多个第一采矿机器人，所述多个第二工业机器人包括多个第二采矿机器人，并且其中所述协作工业目标包括协作采矿目标。

19.一种使用自主工业机器人的方法，所述方法包括：

在第一工业机器人与第二工业机器人之间建立自主通信；

响应于所述自主通信，使用所述第一工业机器人自主执行第一工业任务；

响应于所述自主通信，使用所述第二工业机器人自主执行不同于所述第一工业任务的第二工业任务，其中执行所述第一工业任务和所述第二工业任务以实现协作工业目标；以及

使用所述第一工业任务或所述第二工业机器人与控制中心进行自主通信与所述协作工业目标相关的第一数据。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一工业机器人是采矿机器人，并且所述协作工业目标是协作采矿目标。

Images