DE212015000011U1

DE212015000011U1 - Magnetisch gekoppeltes Zubehör für eine selbstangetriebene Vorrichtung

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Publication number: DE212015000011U1
Application number: DE212015000011.7U
Authority: DE
Original assignee: Sphero Inc
Current assignee: Sphero Inc
Priority date: 2014-08-13
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2025-05-15

Abstract

System, umfassend: eine Steuervorrichtung; eine selbstangetriebene Vorrichtung mit einem sphärischen Gehäuse, einem in dem sphärischen Gehäuse vorgesehenen Antriebssystem, einer oder mehreren magnetischen Komponenten und einer internen Komponente, welche sich ausgehend von dem Antriebssystem erstreckt, um die eine oder mehreren magnetischen Komponenten in einem Innenraum des sphärischen Gehäuses so zu positionieren, dass sie einer Kontaktstelle zwischen dem sphärischen Gehäuse und einer darunterliegenden Fläche diametral gegenüberliegen; eine Zubehörvorrichtung, die eine oder mehrere magnetische Komponenten und eine Kontaktfläche aufweist, die einen Krümmungsradius hat, der einer Außenfläche des sphärischen Gehäuses entspricht, wobei die Kontaktfläche der Zubehörvorrichtungen entlang der Außenfläche des sphärischen Gehäuses positionierbar ist, um für eine magnetische Wechselwirkung zwischen der einen oder mehreren Komponenten in dem sphärischen Gehäuse und der einen oder mehreren Komponenten der Zubehörvorrichtung zu sorgen; wobei das Antriebssystem unter Steuerung der Steuervorrichtung betreibbar ist, um das sphärische Gehäuse zu manövrieren, einschließlich auf der darunterliegenden Fläche zu rollen, wobei die magnetische Wechselwirkung bewirkt, dass die Zubehörvorrichtung Kontakt mit der Außenfläche des sphärischen Gehäuses beibehält, wenn das sphärische Gehäuse rollt; wobei das Antriebssystem beim Manövrieren des sphärischen Gehäuses bewirkt, dass sich die interne Komponente relativ zu einer vertikalen Achse des sphärischen Gehäuses winkelig verlagert, wobei die magnetische Wechselwirkung bewirkt, dass die Zubehörvorrichtung kontinuierlich Kontakt mit der Außenfläche des sphärischen Gehäuses beibehält, wenn die interne Komponente sich winkelig verlagert.

Description

HINTERGRUND
Ferngesteuerte Vorrichtungen wurden bisher unter Verwendung spezialisierter Fernbedienungen betrieben, die speziell für eine bestimmte Vorrichtung vorgesehen sind. Zubehör für ferngesteuerte Vorrichtungen umfasst typischerweise physische Befestigungsmittel, um das Zubehör mit Teilen eines Rahmens oder Gehäuses zu verbinden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hiesige Offenbarung ist beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen und in denen:
1 ein beispielhaftes Blockdiagramm ist, das ein System zur Steuerung des Betriebs einer selbstangetriebenen Vorrichtung veranschaulicht;
2 eine schematische Darstellung einer selbstangetriebenen Vorrichtung ist, die durch eine Steuervorrichtung gesteuert wird;
3 ein Beispiel einer selbstangetriebenen Vorrichtung veranschaulicht und eine Schemazeichnung darstellt, die Komponenten der beispielhaften sphärischen selbstangetriebenen Vorrichtung veranschaulicht;
4 einen beispielhaften Vorgang, um eine Bewegung einer selbstangetriebenen sphärischen Vorrichtung bewirken, veranschaulicht; und
5 ein beispielhaftes Blockdiagramm ist, das ein Computersystem veranschaulicht, auf dem beschriebene Beispiele implementiert werden können.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird eine selbstangetriebene Vorrichtung offenbart, die ein sphärisches Gehäuse und ein internes Antriebssystem umfasst, das einen oder mehrere Motoren umfasst, die mit einem oder mehreren Rädern verbunden sind, die mit einem Inneren des sphärischen Gehäuses in Wirkverbindung stehen. Mit dem internen Antriebssystem ist ein Vorspannmechanismus gekoppelt, der eine Feder und ein Kontaktende umfasst, um diametral entgegengesetzte Kräfte zwischen den Rädern und dem Kontaktende bereitzustellen, um es zu ermöglichen, dass an den Motor abgegebene Leistung auf das Innere des sphärischen Gehäuses übertragen wird, was bewirkt, dass die selbstangetriebene Vorrichtung über eine Fläche rollt. Die selbstangetriebene Vorrichtung kann basierend auf einer Kombination einer Bewegung ihres Massenschwerpunkts, unabhängigen Leistungsabgabe an die Motoren und der Kraft des Vorspannmechanismus bezüglich des Inneren rotieren. In dem Vorspannmechanismus kann eine magnetische Kopplungskomponente enthalten sein. Die magnetische Kopplungskomponente kann eisenhaltiges Metall oder einen Permanentmagnet, wie etwa einen Neodymmagnet, umfassen, um durch das sphärische Gehäuse ein Magnetfeld bereitzustellen, um mit externen Vorrichtungen oder Zubehör magnetisch zu interagieren.
Es ist ein beispielhaftes externes Zubehör offenbart, das eine magnetische Kopplungskomponente zur magnetischen Kopplung mit der magnetischen Kopplungskomponente des Vorspannmechanismus (beispielsweise dem Kontaktende) umfasst. Dem entsprechend kann, wenn das sphärische Gehäuse der selbstangetriebenen Vorrichtung dazu gebracht wird, zu rollen, das externe Zubehör stabil mit dem Kontaktende des Vorspannmechanismus aufgrund der magnetischen Wechselwirkung durch das sphärische Gehäuse verbunden bleiben.
Entweder die selbstangetriebene Vorrichtung, das externe Zubehör oder beide können einen Magnet umfassen (beispielsweise einen Neodymmagnet), um das Magnetfeld zu erzeugen, das die magnetische Wechselwirkung erzeugt. Eine solche Wechselwirkung kann eine magnetische Anziehung umfassen, bei der zwischen dem externen Zubehör und der Außenfläche des sphärischen Gehäuses Kontakt eintritt. Bei solchen Beispielen kann durch eine Beschichtung der Außenfläche des sphärischen Gehäuses und/oder einer Kontaktfläche des externen Zubehörs mit einem im Wesentlichen reibungslosen Material die Reibung verringert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die magnetische Wechselwirkung einen Stabilitätsmechanismus mit einer abstoßenden Kraft (beispielsweise ein oder mehrere weitere Magnete) umfassen, um für eine stabile magnetische Levitation zwischen dem externen Zubehör und dem sphärischen Gehäuse zu sorgen.
So wie hier verwendet, bedeutet ”im Wesentlichen” zwischen null Grad und weniger als 90 Grad in Bezug auf eine Winkeldrehung des Vorspannmechanismus bei Betriebssteuerung der selbstangetriebenen Vorrichtung. Dementsprechend bedeuten ”im Wesentlichen” stabil, ein ”im Wesentlichen” konstanter Winkel oder eine ”im Wesentlichen” rechtwinklige Beziehung zwischen dem Vorspannmechanismus (oder Federkomponente) und einer externen Fläche, auf der die selbstangetriebene Vorrichtung rollt, weniger als 90 Grad in Bezug auf diese Fläche und typischerweise weniger als 45 Grad während die selbstangetriebene Vorrichtung in einem nicht beschleunigten Zustand ist. So wie hier ferner verwendet bedeutet ”im Wesentlichen”, in Bezug auf die Reibung zwischen der Außenfläche des sphärischen Gehäuses und der Kontaktfläche der externen Zubehörvorrichtung ein schwächeres Reibungsverhältnis als normal zwischen zwei typisch glatten Oberflächen (beispielsweise polierte Metall- oder Holzoberflächen). Somit wird unter einem ”im Wesentlichen” reibungslosen Material Material verstanden, das für eine verringerte Reibung ausgelegt oder hergestellt ist, wie etwa eine TEFLON^® oder DELRIN^® Beschichtung.
Ein oder mehrere hier beschriebene Beispiele sehen vor, dass von einer Computervorrichtung ausgeführte Verfahren, Techniken und Aktionen programmgesteuert oder als computer-implementiertes Verfahren ausgeführt werden. Programmgesteuert, so wie hier verwendet, bedeutet mittels der Verwendung von Code oder computer-ausführbaren Anweisungen. Diese Anweisungen können in einer oder mehreren Speicherressourcen der Computervorrichtung gespeichert werden. Ein programmgesteuert ausgeführter Schritt kann automatisch erfolgen oder nicht.
Ein oder mehrere hier beschriebene Beispiele können unter Verwendung von programmgesteuerten Modulen oder Komponenten eines Systems implementiert sein. Ein programmgesteuertes Modul oder Komponente kann ein Programm, eine Unterfunktion, einen Teil eines Programms oder eine Softwarekomponente oder eine Hardwarekomponente umfassen, das oder die dazu fähig ist, ein oder mehrere angegebene Aufgaben oder Funktionen auszuführen. So wie hier verwendet, kann ein Modul oder eine Komponente in einer Hardwarekomponente unabhängig von anderen Modulen oder Komponenten vorhanden sein. Alternativ kann ein Modul oder eine Komponente ein gemeinsam genutztes Element oder Vorgang anderer Module, Programme oder Maschinen sein.
Einige hier beschriebene Beispiele können allgemein die Verwendung von Computervorrichtungen erfordern, was Verarbeitungs- und Speicherressourcen einschließt. Beispielsweise können ein oder mehrere hier beschriebene Beispiele in Gänze oder in Teilen auf Computervorrichtungen, wie etwa Digitalkameras, digitale Camcorder, Desktopcomputer, Mobiltelefone oder Smartphones, persönliche digitale Assistenten (PDAs), Laptop-Computer, Drucker, digitale Bilderrahmen und Tabletvorrichtungen, implementiert sein. Speicher-, Verarbeitungs- und Netzwerkressourcen können in Verbindung mit der Bereitstellung, Verwendung oder Ausführung eines hier beschriebenen Beispiels verwendet werden (einschließlich des Ausführens eines Verfahrens oder der Implementierung eines Systems).
Ferner können ein oder mehrere hier beschriebene Beispiele unter Verwendung von Anweisungen implementiert werden, die von einem oder mehreren Prozessoren ausführbar sind. Diese Anweisungen können auf einem computerlesbaren Medium vorhanden sein. Maschinen, die mit Bezug auf die untenstehenden Figuren dargestellt oder beschrieben sind, stellen Beispiele von Verarbeitungsressourcen und computerlesbaren Medien bereit, auf denen Anweisungen zur Implementierung von Beispielen vorhanden sein können und/oder ausgeführt werden können. Insbesondere umfassen die zahlreichen in den Beispielen dargestellten Maschinen einen oder mehrere Prozessoren und verschiedene Speicherarten zum Speichern von Daten und Anweisungen. Beispiele computerlesbarer Medien umfassen nicht flüchtige Speichervorrichtungen, wie etwa Festplatten bei Arbeitsplatzrechnern oder Servern. Weitere Beispiele von Computer-Speichermedien umfassen tragbare Speichereinheiten, wie etwa CD oder DVD-Einheiten, Flashspeicher (wie etwa solche, die in Smartphones, multifunktionalen Vorrichtungen oder Tablets mitgeführt werden) und magnetische Speicher. Computer, Endgeräte, netzwerkfähige Geräte (beispielsweise Mobilgeräte, wie etwa Mobiltelefone) sind alles Beispiele für Geräte und Vorrichtungen, die Prozessoren, Speicher und Anweisungen, die auf computerlesbaren Medien gespeichert sind, verwenden. Außerdem können Beispiele in Form von Computerprogrammen implementiert werden, oder einem nichtflüchtigen von Computer verwendbaren Trägermedium, das dazu fähig ist, ein solches Programm vorzuhalten.
SYSTEMBESCHREIBUNG
Jetzt mit Bezug auf die Zeichnungen, zeigt 1 eine beispielhafte schematische Darstellung einer selbstangetriebenen Vorrichtung 100. Die selbstangetriebene Vorrichtung 100 kann betrieben werden, um sich unter Steuerung einer weiteren Vorrichtung zu bewegen, wie etwa ein von einem Benutzer bedientes Computergerät. Die selbstangetriebene Vorrichtung 100 kann mit Ressourcen ausgestattet sein, die eines oder mehreres des Folgenden ermöglichen: (i) Aufrechterhalten des eigenen Wissens über die Orientierung und/oder Position relativ zu einem anfänglichen Referenzrahmen nach Einleiten einer Bewegung durch die Vorrichtung; (ii) programmgesteuertes Verarbeiten von Steuerungseingaben, um einen großen Bereich an programmspezifischen Reaktionen auf verschiedene Steuerungseingaben zu ermöglichen; (iii) Befähigen einer weiteren Vorrichtung unter Verwendung von Software oder Programmierlogik, die mit der Programmierlogik der selbstangetriebenen Vorrichtung kommuniziert, ihre Bewegung zu steuern; und/oder (iv) Erzeugen einer Ausgabeantwort für ihre Bewegung und Zustand, die von der Steuervorrichtung mittels Software interpretierbar ist.
Die selbstangetriebene Vorrichtung 100 kann mehrere miteinander verbundene Subsysteme und Module umfassen. Ein Prozessor 114 kann programmsteuernde Anweisungen aus einem Programmspeicher 104 ausführen. Die im Programmspeicher 104 gespeicherten Anweisungen können geändert werden, beispielsweise um Funktionen hinzuzufügen, Fehler zu korrigieren oder das Verhalten zu ändern. Bei einigen Varianten speichert der Programmspeicher 104 Programmanweisungen, die mit Software kommunizieren oder anderweitig zusammenarbeiten, die auf einer verbundenen Steuervorrichtung ausgeführt wird. Der Prozessor 114 ist eingerichtet, verschiedene Programme programmgesteuerter Anweisungen auszuführen, um die Art und Weise zu ändern, in der die selbstangetriebene Vorrichtung 100 Steuerungseingaben der Steuervorrichtung interpretiert oder anderweitig auf sie reagiert.
Ein Funkkommunikationsanschluss 110 dient in Verbindung mit einem Kommunikationswandler 102 zum Datenaustausch zwischen dem Prozessor 114 und anderen externen Vorrichtungen. Die Datenaustauschvorgänge sorgen beispielsweise für Datenübertragungen, Steuerung, logische Anweisungen, Zustandsinformation und/oder Aktualisierungen für den Programmspeicher 104. Der Prozessor 114 kann eine Ausgabe erzeugen, die der Zustands- und/oder Positionsinformation entspricht, die über den Funkkommunikationsanschluss 110 zur Steuervorrichtung übertragen wird. Aufgrund der Mobilität der selbstangetriebenen Vorrichtung 100 können drahtgebundene Verbindungen nicht erwünscht sein. Der Begriff ”Verbindung” kann daher als logische Verbindung aufgefasst werden, wie etwa eine drahtlose, ohne eine physikalische Verbindung zur selbstangetriebenen Vorrichtung 100 hergestellte Verbindung (beispielsweise BLUETOOTH).
Bei Varianten implementiert der Funkkommunikationsanschluss 110 das BLUETOOTH-Kommunikationsprotokoll, und der Wandler 102 ist eine Antenne, die für das Senden und Empfangen von BLUETOOTH-Funksignalen geeignet ist. Andere funkbasierte Kommunikationsmedien und Protokolle können bei alternativen Implementierungen auch verwendet werden.
Sensoren 112 können dem Prozessor 114 Information über die umgebende Umgebung und Bedingungen bereitstellen. Bei einigen Varianten umfassen die Sensoren 112 Vorrichtungen für Inertialmessungen, einschließlich eines Dreiachsen-Gyroskops, eines Dreiachsen-Beschleunigungsmessers und/oder eines Dreiachsen-Magnetometers. Gemäß einigen Varianten stellen die Sensoren 114 Eingaben bereit, um dem Prozessor 114 zu ermöglichen, die Kenntnis über die Orientierung und/oder Position der Vorrichtung relativ zu einem anfänglichen Referenzrahmen aufrechtzuerhalten, nachdem die Vorrichtung eine Bewegung eingeleitet hat. Bei verschiedenen Beispielen umfassen die Sensoren 112 Instrumente zur Detektion von Licht, Temperatur, Feuchtigkeit und/oder zum Messen von chemischen Konzentrationen oder Radioaktivität.
Ein Zustands/Variablen-Speicher 106 speichert Information über den aktuellen Zustand des Systems, was beispielsweise Position, Orientierung, Rotations- und Translationsraten um jede Achse umfasst. Der Zustands/Variablen-Speicher 106 speichert auch Information, die einen anfänglichen Referenzrahmen für die Vorrichtung korrespondiert, beispielsweise bei Inbetriebnahme der Vorrichtung (z. B. wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird), sowie Positions- und Orientierungsinformation, wenn die Vorrichtung verwendet wird. Auf diese Weise ist es bei einigen Ausführungsformen vorgesehen, dass die Vorrichtung 100 Information des Zustands/Variablen-Speichers 106 verwendet, um Positions- und Orientierungsinformation der Vorrichtung 100 beizubehalten, wenn die Vorrichtung anfängt sich zu bewegen.
Ein Taktgeber 108 stellt dem Prozessor 114 Zeitinformation bereit. Bei einem Beispiel stellt der Taktgeber 108 eine Zeitbasis zum Messen von Intervallen und Änderungsraten bereit. Bei ähnlichen Beispielen stellt der Taktgeber 108 Tages-, Datums-, Jahres-, Zeit- und Alarmfunktionen bereit. Der Taktgeber 108 kann es der selbstangetriebenen Vorrichtung 100 ermöglichen zu vorab gesetzten Zeitpunkten einen Alarm oder Warnung bereitzustellen.
Ein Erweiterungsanschluss 120 stellt eine Verbindung für das Hinzufügen von Zubehör oder Vorrichtungen bereit. Der Erweiterungsanschluss 120 kann für zukünftige Erweiterung und Flexibilität, um Optionen und Verbesserungen zu ergänzen, sorgen. Beispielsweise kann der Erweiterungsanschluss 120 verwendet werden, Peripheriegeräte, Sensoren, Verarbeitungshardware, Speicher, Anzeigen oder Aktoren der selbstangetriebenen Vorrichtung 100 hinzuzufügen.
Bei Varianten stellt der Erweiterungsanschluss 120 eine Schnittstelle bereit, die eingerichtet ist, mit einer geeignet konfigurierten Komponente unter Verwendung analoger oder digitaler Signale zu kommunizieren. Somit kann der Erweiterungsanschluss 120 elektrische Schnittstellen und Protokolle bereitstellen, die Standard oder bekannt sind. Außerdem implementiert der Erweiterungsanschluss 120 eine optische Schnittstelle. Beispielhafte Schnittstellen, die für den Erweiterungsanschluss 120 geeignet sind, umfassen den Universal Serial Bus (USB), Inter-Integrated Circuit Bus (I2C), Serial Peripheral Interface (SPI) oder ETHERNET.
Es kann eine Anzeige 118 vorgesehen sein, um Information äußeren Vorrichtungen oder Personen zu präsentieren. Die Anzeige 118 kann Information in vielerlei Weise darstellen. Bei Varianten kann die Anzeige 118 Licht in Farben und Mustern, Ton, Vibration, Musik oder Kombinationen sensorischer Stimuli erzeugen. Bei einer Ausführungsform arbeitet die Anzeige 118 in Verbindung mit Aktoren 126, um Information durch physische Bewegungen der Vorrichtung 100 zu kommunizieren. Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 ausgeführt sein, menschliches Kopfnicken oder -schütteln zu simulieren, um ”Ja” oder ”Nein” zu kommunizieren.
Bei Varianten ist die Anzeige 118 eine Emissionsquelle für Licht, entweder im sichtbaren oder unsichtbaren Bereich. Unsichtbares Licht im infraroten oder ultravioletten Bereich kann beispielsweise nützlich sein, um Information zu senden, die für menschliche Sinne unsichtbar, jedoch für spezialisierte Detektoren verfügbar ist. Bei einigen Beispielen umfasst die Anzeige 118 ein Array verschiedene Lichtfrequenzen abstrahlende Leuchtdioden (LEDs) die derart angeordnet sind, dass ihre relative Intensität veränderlich ist und das abgestrahlte Licht gemischt wird, um Farbmischungen zu bilden.
Bei Varianten umfasst die Anzeige 118 ein LED-Array, das mehrere LEDs umfasst, die jeweils eine vom Menschen wahrnehmbare Primärfarbe abstrahlen. Der Prozessor 114 kann die relative Intensität jeder der LEDs ändern, um einen großen Farbbereich zu erzeugen. Primärfarben des Lichts sind solche, wo wenige Farben in unterschiedlichen Mengen überlagert werden können, um ein breites Spektrum an sichtbaren Farben zu erzeugen. Viele Sätze Primärfarben sind bekannt, was beispielsweise Rot/Grün/Blau, Rot/Grün/Blau/Weiß und Rot/Grün/Blau/Gelb einschließt. Beispielsweise können rote, grüne und blaue LEDs zusammen einen nutzbaren Satz Vorrichtungen mit drei verfügbaren Primärfarben bilden, wie sie in der Anzeige 118 enthalten sind. Bei anderen Beispielen können andere Sätze Primärfarben und weißen LEDs verwendet werden. Die Anzeige 118 kann außerdem eine LED umfassen, die verwendet wird, für die Ausrichtung einen Referenzpunkt auf der Vorrichtung 100 anzuzeigen.
Eine Energieversorgung 124 speichert Energie für den Betrieb der Elektronik und elektromechanischer Komponenten der Vorrichtung 100. Bei einigen Beispielen ist die Energieversorgung 124 eine aufladbare Batterie. Außerdem kann ein Anschluss 128 zum induktiven Laden das Wiederaufladen der Energieversorgung 124 ohne drahtgebundene elektrische Verbindung gestatten. Bei Varianten kann der Anschluss 128 zum induktiven Laden magnetische Energie aufnehmen und sie in elektrische Energie zum Wiederaufladen der Batterien wandeln. Der Ladeanschluss 128 kann eine funkbasierte Kommunikationsschnittstelle mit einer externen Ladevorrichtung bereitstellen.
Es kann ein Tiefschlaf-Sensor 122 enthalten sein, um die selbstangetriebene Vorrichtung 100 in einen Modus mit sehr geringem Energieverbrauch oder ”Tiefschlaf”-Modus zu bringen, in dem die meisten elektronischen Vorrichtungen keine Batterieleistung verbrauchen. Dies kann für einen Langzeitlagerung oder Versenden nützlich sein.
Bei Varianten ist der Tiefschlaf-Sensor 122 kontaktlos, was bedeutet, dass er ohne drahtgebundene Verbindung durch das Gehäuse der Vorrichtung 100 hindurch erfasst. Der Tiefschlaf-Sensor 122 kann ein Hall-Sensor sein, der so angebracht ist, dass ein externer Magnet an einer vorgegebenen Stelle an der Vorrichtung 100 angelegt werden kann, um den Tiefschlaf-Modus zu aktivieren.
Es können Aktoren 126 enthalten sein, um für verschiedene Verwendungen elektrische Energie in mechanische Energie zu wandeln. Eine primäre Verwendung der Aktoren 126 ist es, die selbstangetriebene Vorrichtung 100 anzutreiben und zu steuern. Bewegungs- und Steuerungsaktoren werden auch als Antriebssystem oder Fahrsystem bezeichnet. Das Antriebssystem bewegt die Vorrichtung 100 rotatorisch und translatorisch unter der Steuerung des Prozessors 114. Beispiele für Aktoren 126 umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Räder, Motoren, Solenoide, Propeller, Schaufelräder und Pendel.
Die Antriebssystem-Aktoren 126 können zwei parallele Räder umfassen, die jeweils an einer Welle angebracht sind, die über ein Untersetzungsgetriebe mit einem Motor mit unabhängig variabler Geschwindigkeit verbunden ist. Somit können die Drehzahlen der zwei Antriebsmotoren von dem Prozessor 114 gesteuert werden.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Aktoren 126 zusätzlich zu reiner Rotation und Translation der selbstangetriebenen Vorrichtung 100 eine Vielzahl von Bewegungen erzeugen können. Bei einigen Varianten die Aktoren 126 bewirken, dass die Vorrichtung 100 kommunikative oder emotionsartige Bewegungen ausführen, was die Simulation menschlicher Gesten einschließt, beispielsweise Kopfnicken, Schütteln, Zittern, Drehen oder Überschlagen. Bei einigen Varianten koordiniert der Prozessor 114 die Aktoren 126 mit der Anzeige 118. Beispielsweise kann der Prozessor 114 den Aktoren 126 und der Anzeige 118 Signale bereitstellen, um zu bewirken, dass die Vorrichtung 100 sich dreht oder zittert und gleichzeitig farbige Lichtmuster abstrahlen. Die Vorrichtung 100 kann somit synchronisiert mit Bewegungen Licht- und/oder Tonmuster abgeben.
Bei weiteren Varianten kann die selbstangetriebene Vorrichtung 100 als Kontroller für andere mit einem Netzwerk verbundene Vorrichtungen verwendet werden. Die Vorrichtung 100 kann Sensoren und Funktionen zur funkbasierten Kommunikation enthalten und somit für andere Vorrichtungen eine Kontroller-Rolle übernehmen. Beispielsweise kann die selbstangetriebene Vorrichtung 100 in der Hand gehalten und verwendet werden, Gesten, Bewegungen, Rotationen, Kombination von Eingaben und Ähnliches zu erfassen.
2 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung einer selbstangetriebenen Vorrichtung 214 unter Steuerung einer Steuervorrichtung 208, wie etwa ein Smartphone oder eine Table-Computervorrichtung. Genauer kann die selbstangetriebene Vorrichtung 214 in ihrer Bewegung durch Programmlogik und/oder Steuerbefehle gesteuert werden, die von der Steuervorrichtung 208 kommen können. Die selbstangetriebene Vorrichtung 214 ist zu Bewegung unter Steuerung der Computervorrichtung 208 fähig, die durch einen Benutzer 202 bedient werden kann. Die Computervorrichtung 208 kann Steuerdaten 204 an die selbstangetriebene Vorrichtung 214 drahtlos übertragen unter Verwendung eines standardisierten oder proprietären Protokolls für funkbasierte Kommunikation. Bei Varianten kann die selbstangetriebene Vorrichtung 214 wenigstens teilweise dies unter Verwendung von Sensoren und einer internen Programmlogik zur Steuerung der Parameter ihrer Bewegung (beispielsweise Geschwindigkeit, Richtung, etc.) selbstgesteuert sein. Ferner kann die selbstangetriebene Vorrichtung 214 Daten übertragen, die die Position und/oder die Bewegungsparameter der Vorrichtung betreffen, um Content der Computervorrichtung 208 zu erzeugen oder zu ändern. Bei zusätzlichen Varianten kann die selbstangetriebene Vorrichtung 214 über ihre Bewegungen und/oder interne Programmlogik Eigenschaften der Computervorrichtung 208 steuern.
Wie hier beschrieben, kann die selbstangetriebene Vorrichtung 214 mehrere Betriebsmodi haben, einschließlich solcher Betriebsmodi, wo die Vorrichtung durch die Computervorrichtung 208 gesteuert wird, sie ein Kontroller für eine andere Vorrichtung ist (beispielsweise eine weitere selbstangetriebene Vorrichtung oder die Computervorrichtung 208) und/oder sie teilweise oder vollständig autonom ist.
Außerdem ermöglichen Ausführungsformen die selbstangetriebene Vorrichtung 214 und die Computervorrichtung 208 eine Verarbeitungsplattform gemeinsam zu nutzen, wo Programmlogik gemeinsam genutzt wird, um neben weiteren Funktionen Funktionalität zu ermöglichen, die umfasst: (i) einen Benutzer 202 in die Lage zu versetzen, die Computervorrichtung 208 zu bedienen, um mehrere Arten Eingaben zu erzeugen, einschließlich einfacher Richtungseingabe, Befehlseingabe, Gesteneingabe, Bewegungs- oder andere sensorische Eingabe, Spracheingabe oder Kombinationen von diesen; (ii) die selbstangetriebene Vorrichtung 214 in die Lage zu versetzen, eine von der Computervorrichtung 208 empfangene Eingabe als Befehl oder Satz von Befehlen zu interpretieren; und/oder (iii) die selbstangetriebene Vorrichtung 214 in die Lage zu versetzen, Daten zu übertragen, die die Position, Bewegung und/oder den Zustand dieser Vorrichtung betreffen, um einen Zustand der Computervorrichtung 208 herbeizuführen (beispielsweise den Anzeigezustand, wie etwa Content, der einer Steuerungs-Benutzerschnittstelle entspricht). Beispiele sorgen ferner dafür, dass die selbstangetriebene Vorrichtung 214 eine Programmschnittstelle umfasst, die zusätzliche Programmlogik und/oder Anweisungen zur Verwendung der Vorrichtung unterstützt. Die Computervorrichtung 208 kann Programme ausführen, die mit der Programmlogik der selbstangetriebenen Vorrichtung 214 kommunizieren.
Gemäß einigen Beispielen umfasst die selbstangetriebene Vorrichtung 214 einen Aktor oder Antriebsmechanismus, der eine Bewegung oder gerichtete Bewegung bewirkt. Die selbstangetriebene Vorrichtung 214 kann durch verwandte Begriffe und Ausdrücke bezeichnet werden, umfassend: gesteuerte Vorrichtung, Roboter, robotische Vorrichtung, entfernte Vorrichtung, autonome Vorrichtung und ferngesteuerte Vorrichtung. Bei einigen Beispielen kann die selbstangetriebene Vorrichtung 214 so aufgebaut sein, dass sie sich in verschiedenen Umgebungen bewegt und gesteuert wird. Beispielsweise kann die selbstangetriebene Vorrichtung 214 für Bewegungen in Umgebungen wie etwa auf flachen Flächen, sandigen Flächen oder felsigen Flächen eingerichtet sein.
Die selbstangetriebene Vorrichtung 214 kann auf verschiedene Weisen umgesetzt werden. Wie nachfolgend und mit einem Beispiel von 3 beschrieben, kann die selbstangetriebene Vorrichtung 214 einem sphärischen Objekt entsprechen, das rollen und/oder andere Bewegungen, wie etwa Kreiseln, ausführen kann. Bei solchen Varianten kann die selbstangetriebene Vorrichtung 214 externes Zubehör 216 umfassen, das über eine magnetische Kopplung durch das Gehäuse der Vorrichtung 214 mit der selbstangetriebenen Vorrichtung 214 magnetisch gekoppelt wird.
Bei weiteren Varianten kann die selbstangetriebene Vorrichtung 214 einem funkgesteuerten Fluggerät, wie etwa ein Flugzeug, Helikopter, Hovercraft oder Ballon, entsprechen. Bei weiteren Varianten kann die Vorrichtung 214 einem funkgesteuerten Wasserfahrzeug, wie etwa ein Boot oder U-Boot, entsprechen. Es können auch zahlreiche weitere Varianten umgesetzt werden, wie etwa diejenigen, bei denen die Vorrichtung 214 ein Roboter ist.
Bei einer Ausführungsform umfasst die selbstangetriebene Vorrichtung 214 eine abgedichtete hohle Hülle von im Wesentlichen sphärischer Form die durch die Wirkung von Aktoren in der umschließenden Hülle zu gerichteter Bewegung fähig ist.
Weiterhin mit Bezug auf 2, kann die selbstangetriebene Vorrichtung 214 eingerichtet sein, unter Verwendung von Netzwerk-Kommunikationsverbindungen 210 und 212 mit der Computervorrichtung 208 zu kommunizieren. Die Verbindung 210 kann Daten von der Vorrichtung 208 zur Vorrichtung 214 übertragen. Die Verbindung 212 kann Daten von der selbstangetriebenen Vorrichtung 214 zur Computervorrichtung 208 übertragen. Die Verbindungen 210 und 212 sind zur Veranschaulichung als getrennte unidirektionale Verbindungen dargestellt, jedoch kann eine einzelne bidirektionale Kommunikationsverbindung Kommunikationen in beide Richtungen ausführen. Es ist zu beachten, dass die Verbindung 210 und die Verbindung 212 nicht notwendigerweise identisch bezüglich Typ, Bandbreite oder Fähigkeit sind. Beispielsweise ist die Kommunikationsverbindung 210 von der Computervorrichtung 208 zur selbstangetriebenen Vorrichtung 214 oftmals für eine höhere Kommunikationsrate und Bandbreite eingerichtet als die Verbindung 212. In manchen Situationen wird nur eine Verbindung 210 oder 212 hergestellt. In einer solchen Situation ist die Kommunikation unidirektional.
Die Computervorrichtung 208 kann einer Vorrichtung entsprechen, die wenigstens einen Prozessor und eine Kommunikationsmöglichkeit umfasst, die dafür geeignet ist, wenigstens unidirektionale Kommunikationsverbindungen mit der selbstangetriebenen Vorrichtung 214 herzustellen. Beispiele für solche Vorrichtungen können ohne Einschränkung mobile Computervorrichtungen (beispielsweise multifunktionale Vorrichtungen zur Nachrichten/Sprach-Kommunikation, wie etwa Smartphones), Tablet-Computer, tragbare Kommunikationsvorrichtungen und Personalcomputer umfassen. Bei einigen Varianten ist die Computervorrichtung 208 ein IPHONE von APPLE COMPUTER, INC. in Cupertino, Kalifornien. Bei weiteren Varianten ist die Computervorrichtung 208 ein IPAD Tabletcomputer, ebenfalls von APPLE COMPUTER. Bei noch weiteren Varianten ist die Computervorrichtung 208 ein tragbares Computer- und Kommunikationsgerät, das das ANDROID Betriebssystem von GOOGLE, INC. ausführt.
Bei noch weiteren Varianten ist die Computervorrichtung 208 ein Personalcomputer, entweder in Laptop- oder Desktop-Konfiguration. Beispielsweise kann die Vorrichtung 208 eine Mehrzweck-Computerplattform sein, auf der das MICROSOFT WINDOWS Betriebssystem, das LINUX Betriebssystem oder das APPLE OS/X Betriebssystem läuft und die mit einem geeigneten Anwendungsprogramm ausgestattet ist, um mit der selbstangetriebenen Vorrichtung 214 zu kommunizieren.
Bei Varianten kann die Computervorrichtung 208 eine spezialisierte Vorrichtung sein, die vorgesehen ist, es dem Benutzer 202 zu ermöglichen, die selbstangetriebene Vorrichtung 214 zu steuern und mit ihr zu interagieren.
Bei einer Ausführungsform können mehrere Typen der Computervorrichtung 208 austauschbar eingesetzt werden, um mit der selbstangetriebenen Vorrichtung 214 zu kommunizieren. Bei einer Ausführungsform ist die selbstangetriebene Vorrichtung 214 eingerichtet, mit mehreren Vorrichtungen zu kommunizieren und/oder von ihnen gesteuert zu werden (beispielsweise gleichzeitig oder von jeweils nur einer). Beispielsweise kann die Vorrichtung 214 sich in einer Sitzung mit einem IPHONE verbinden und in einer späteren Sitzung mit einer ANDROID-Vorrichtung, ohne Änderung der Vorrichtung 214.
Gemäß einigen Varianten kann der Benutzer 202 mit der selbstangetriebenen Vorrichtung 214 über die Computervorrichtung 208 interagieren, um die selbstangetriebene Vorrichtung 214 zu steuern und/oder auf der Computervorrichtung 208 eine Rückmeldung oder Interaktion von der selbstangetriebenen Vorrichtung 214 zu erhalten. Dabei kann es dem Benutzer 202 möglich sein, Eingaben 204 über verschiedene Mechanismen zu spezifizieren, die mit der Computervorrichtung 208 bereitgestellt werden. Beispiele für solche Eingaben umfassen Texteingabe, Sprachbefehl, Berühren einer empfindlichen Oberfläche oder Displays, physische Handhabung, Geste, Klopfen, Schütteln und Kombinationen von diesen.
Der Benutzer 202 kann mit der Computervorrichtung 208 interagieren, um eine Rückmeldung 206 zu erhalten. Die Rückmeldung 206 kann in Antwort auf eine Benutzereingabe von der Computervorrichtung 208 erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Rückmeldung 206 auch auf einer Datenkommunikation von der selbstangetriebenen Vorrichtung 214 zur Computervorrichtung 208 basieren, die beispielsweise die Position oder den Zustand der selbstangetriebenen Vorrichtung betrifft. Ohne Einschränkung umfassen Beispiele für eine Rückmeldung 206: Textanzeige, grafische Darstellung, Ton, Musik, Geräuschmuster, Modulation von Farbe oder Lichtintensität, haptische, Vibrations- oder taktile Stimulation. Die Rückmeldung 206 kann mit einer Eingabe kombiniert werden, die von der Computervorrichtung 208 erzeugt wird. Beispielsweise kann die Computervorrichtung 208 Content ausgeben, der angepasst wird, um von der selbstangetriebenen Vorrichtung 214 kommunizierte Positions- oder Zustandsinformation anzuzeigen.
Bei einigen Ausführungsformen sind die Computervorrichtung 208 und/oder die selbstangetriebene Vorrichtung 214 eingerichtet, die Benutzereingabe 204 und Rückmeldung 206 Bedienbarkeit und Zugänglichkeit für einen Benutzer 202 zu maximieren, der bezüglich Fühl-, Denk-, Wahrnehmungs-, motorischer oder anderer Fähigkeiten eingeschränkt ist. Dies gestattet es Benutzern mit Behinderungen oder speziellen Bedürfnissen das System 200 wie beschrieben zu bedienen.
Es ist zu beachten, dass die in 2 veranschaulichte Konfiguration nur eine von verschiedenen möglichen Konfigurationen von Netzwerken einschließlich einer selbstangetriebenen Vorrichtung mit Kommunikationsverbindungen ist. Außerdem, obwohl zahlreiche hier beschriebene Ausführungsformen es einem Benutzer ermöglichen, die Computervorrichtung zu bedienen oder mit dieser anderweitig direkt in Verbindung zu treten, um eine selbstangetriebene Vorrichtung zu steuern und/oder mit ihr zu interagieren, erfassen Varianten von beschriebenen Ausführungsformen, den Benutzers in die Lage zu versetzen die selbstangetriebene Vorrichtung 214 direkt zu steuern oder mit ihr zu interagieren, ohne die Verwendung einer zwischengeschalteten Vorrichtung, wie etwa der Computervorrichtung 208.
BEISPIEL EINER SELBST-ANGETRIEBENEN VORRICHTUNG
3 veranschaulicht ein Beispiel einer selbstangetriebenen Vorrichtung 300 und zeigt eine schematische Darstellung der Komponenten der beispielhaften sphärischen selbstangetriebenen Vorrichtung. Varianten der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht auf solche Vorrichtungen beschränkt. Vielmehr kann das oben diskutierte System 100 bezüglich einer entfernten Vorrichtung implementiert werden, bei der Paarungen oder Verbindungen hergestellt werden. Mit Bezug auf 3 kann die selbstangetriebene Vorrichtung 300 eine Größe und Gewicht haben, die es ermöglichen, leicht mit einer Hand eines erwachsenen Menschen gegriffen, hochgehoben und getragen zu werden. Die selbstangetriebene Vorrichtung 300 kann ein sphärisches Gehäuse 302, mit einer Außenfläche umfassen, die mit einer externen Fläche in Kontakt kommt, wenn die Vorrichtung rollt. Zusätzlich umfasst das sphärische Gehäuse 302 eine Innenfläche 304. Außerdem umfasst die selbstangetriebene Vorrichtung 300 mehrere vom sphärischen Gehäuse 302 umfasste mechanische und elektronische Komponenten.
Das sphärische Gehäuse 302 kann aus einem Material bestehen, das für funkbasierte Kommunikation verwendete Signale überträgt, das jedoch für Feuchtigkeit und Schmutz undurchlässig ist. Das sphärische Gehäuse 302 kann ein Material umfassen, das haltbar, waschbar und/oder erschütterungsfest ist. Das sphärische Gehäuse 302 kann ebenfalls so aufgebaut sein, dass es die Übertragung von Licht gestattet, und es kann texturiert sein, um Licht zu streuen.
Bei einer Variante ist das Gehäuse aus abgedichtetem Polykarbonat-Kunststoff hergestellt. Ferner kann das sphärische Gehäuse 302 eine oder mehrere Flächen umfassen, die texturiert sind, um Licht zu streuen. Bei einem Beispiel umfasst das sphärische Gehäuse 302 zwei halbsphärische Schalen mit einem zugehörigen Befestigungsmechanismus, so dass das sphärische Gehäuse 302 geöffnet werden kann, um den Zugriff auf die inneren elektronischen und mechanischen Komponenten zu ermöglichen.
Innerhalb der Hülle befinden sich einige elektronische und mechanische Komponenten, um eine Verarbeitung, funkbasierte Kommunikation, Antrieb und weitere Funktionen zu ermöglichen (zusammenfassend als ”interner Mechanismus” bezeichnet). Unter den Komponenten umfassen Beispiele ein Antriebssystem 301, um es zu ermöglichen, dass sich die Vorrichtung selbst antreibt. Das Antriebssystem 301 kann mit Verarbeitungsressourcen und weiteren Steuermechanismen verbunden werden, wie dies im Zusammenhang mit anderen Beispielen beschrieben ist. Der Träger 314 dient als Befestigungspunkt und Abstützung für Komponenten des Antriebssystems 301. Die Komponenten des Antriebssystems 301 sind nicht fest am sphärischen Gehäuse 302 befestigt. Stattdessen kann das Antriebssystem 301 ein Paar Räder 318, 320 umfassen, die im Reibungskontakt mit der Innenfläche 304 des sphärischen Gehäuses 302 sind.
Der Träger 314 steht im mechanischen und elektrischen Kontakt mit einem Energiespeicher 316. Der Energiespeicher 316 stellt ein Energiereservoir bereit, um die Vorrichtung 300 und die Elektronik zu versorgen, und kann über einen induktiven Ladeanschluss 326 wiederaufgeladen werden. Der Energiespeicher 316 ist bei einem Beispiel eine wiederaufladbare Batterie. Bei einer Variante ist die Batterie aus Lithium-Polymer-Zellen aufgebaut. Bei weiteren Varianten werden wiederaufladbare Batterien mit anderer chemischer Zusammensetzung verwendet.
Der Träger 314 kann für die meisten internen Komponenten, einschließlich Leiterplatten für Elektronikgruppen, Sensorarrays, Antennen und Anschlüsse die Befestigungsstelle sowie einen mechanischen Befestigungspunkt für interne Komponenten bereitstellen.
Das Antriebssystem 301 kann Motoren 322, 324 und Räder 318, 320 umfassen. Die Motoren 322 und 324 sind jedweils mit den Rädern 318 bzw. 320 über eine zugehörige Welle, Achse und Getriebe (nicht dargestellt) verbunden. Der Umfang der Räder 318 und 320 sind zwei Stellen, an denen der interne Mechanismus im mechanischen Kontakt mit der Innenfläche 304 ist. Die Stellen, an denen die Räder 318 und 320 die Innenfläche 304 kontaktieren, sind ein wesentlicher Teil des Antriebsmechanismus der Kugel und sind daher vorzugsweise mit einem Material zur Erhöhung von Reibung und Verringerung des Schlupfes beschichtet. Beispielsweise können die Räder 318 und 320 mit Silikon-Reifen (engl. silicone rubber) ummantelte sein.
Bei einigen Varianten ist ein Vorspannmechanismus 315 vorgesehen, um die Räder 318, 320 aktiv gegen die Innenfläche 304 zu drängen. Bei einem dargestellten Beispiel können eine Feder 312 und ein Federende 310 den Vorspannmechanismus 315 umfassen. Genauer sind die Feder 312 und das Federende 310 angeordnet, dass sie die Innenfläche 304 an einer Stelle kontaktieren, die den Rädern 318 und 320 diametral gegenüber liegt. Die Feder 312 und das Federende 310 stellen eine zusätzliche Kontaktkraft bereit, um den Schlupf der Räder 318 und 320 zu verringern, insbesondere für Situationen, wo der interne Mechanismus nicht mit den Rädern an der Unterseite angeordnet ist und die Schwerkraft keine ausreichende Kraft zur Verfügung stellt, um die Antriebsräder 318, 320 am Durchrutschen zu hindern. Die Feder 312 ist gewählt, eine Kraft bereitzustellen, um die Räder 318, 320 und das Federende 310 gegen die Innenfläche 304 zu drücken.
Das Federende 310 kann dafür ausgelegt sein, einen nahezu reibungslosen Kontakt mit der Innenfläche 304 bereitzustellen. Das Federende 310 kann eine gerundete Fläche umfassen, die ausgelegt ist, an allen Kontaktstellen mit der Innenfläche 304 einen reibungsarmen spiegelbildlichen Kontaktbereich bereitzustellen. Es können zusätzliche Mittel zum Bereitstellen eines nahezu reibungslosen Kontakts vorgesehen sein. Bei einer weiteren Implementierung kann die gerundete Fläche ein oder mehrere Lager umfassen, um die Reibung an der Kontaktstelle, an der das Ende 310 sich entlang der Innenfläche 304 bewegt, weiter zu verringern. Die Feder 312 und das Federende 310 können aus einem nicht magnetischen Material gefertigt sein, um Interferenz mit empfindlichen magnetischen Sensoren zu vermeiden. Bei Varianten kann das Federende 310 jedoch eine oder mehrere magnetische Komponenten enthalten, um eine magnetische Kopplung mit einer externen Zubehörvorrichtung 330 herzustellen.
Bei einigen Beispielen hat die Feder 312 eine solche Federkonstante, dass die Räder 318, 320 und das Federende 310 nahezu konstant in Wirkverbindung mit der Innenfläche 304 des sphärischen Gehäuses 302 stehen. Dadurch wird ein Großteil der Leistung der Motoren 322, 324 direkt übertragen, um das sphärische Gehäuse 302 zu drehen, anstatt zu bewirken, dass die internen Komponenten (d. h. der Vorspannmechanismus 315 und das interne Antriebssystem 301) sich neigen (engl.: pitch). Obgleich eine Bewegung der selbstangetriebenen Vorrichtung 300 wenigstens teilweise durch das Neigen der internen Komponenten (und damit des Schwerpunkts) bewirkt werden kann, kann eine Bewegung auch direkt durch eine aktive Kraft der Räder 318, 320 gegen die Innenfläche 304 des sphärischen Gehäuses 302 (über den Vorspannmechanismus 315) und eine direkte Übertragung elektrischer Leistung der Motoren 322, 324 auf die Räder 318, 320 bewirkt werden kann. Daher kann die Neigung (engl.: pitch) des Vorspannmechanismus 315 erheblich verringert werden und im Wesentlichen konstant bleiben (beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur externen Fläche, auf der die selbstangetriebene Vorrichtung 300 sich bewegt). Zusätzlich oder als Alternative kann in Phasen starker Beschleunigung oder Verzögerung die Neigung des Vorspannmechanismus 315 sich vergrößern (beispielsweise auf über 45 Grad). Ferner kann unter normalen Arbeitsbedingungen die Neigung des Vorspannmechanismus 315 stabil bleiben oder sich leicht ändern (beispielsweise innerhalb 10–15 Grad).
Das Federende 310 kann aus einem magnetischen Metall hergestellt sein, das von einem Magnet angezogen werden kann. Solche Metalle können Eisen, Nickel, Kobalt, Gadolinium, Neodym, Samarium oder Metalllegierungen mit Anteilen dieser Metalle umfassen. Alternativ kann das Federende 310 einen im Wesentlichen reibungslosen Kontaktbereich in Kontakt mit der Innenfläche 304 des sphärischen Gehäuses 302 und einen magnetisch interaktiven Bereich, in Kontakt oder ohne Kontakt mit der Innenfläche 304 umfassen einschließlich der obengenannten Metalle oder Metalllegierungen. Der im Wesentlichen reibungslose Kontaktbereich kann aus einem organischen Polymer, wie etwa ein thermoplastischer oder wärmehärtender Polymer, hergestellt sein.
Alternativ kann das Federende 310 aus einem Magnet, wie etwa ein polierter Neodym-Permanentmagnet, gebildet sein. Bei solchen Varianten kann das Federende 310 ein Magnetfeld erzeugen, das sich über die Außenfläche des sphärischen Gehäuses 302 hinaus erstreckt, um eine magnetische Kopplung mit der externen Zubehörvorrichtung 330 herzustellen. Alternativ kann das Federende 310 ferner aus einem im Wesentlichen reibungslosen Kontaktbereich gebildet sein und dort einen Magnet enthalten.
Alternativ kann die magnetische Komponente der selbstangetriebenen Vorrichtung 300 ferner in einer internen Komponente enthalten sein, wie etwa die Feder 312 oder der Träger 314 oder eine zusätzliche Komponente, die mit dem Vorspannmechanismus 315 oder dem Träger 314 gekoppelt ist.
Zusätzlich oder alternativ kann die externe Zubehörvorrichtung 330 eine magnetische Komponente 332 umfassen, um eine magnetische Kopplung mit dem Vorspannmechanismus 315 herzustellen (beispielsweise mit dem Federende 310). Die magnetischen Komponente 332 kann einen Permanentmagnet umfassen, wie etwa ein Neodymmagnet. Bei solchen Varianten kann die magnetische Komponente 332 eine magnetische Kopplung mit dem Federende 310 herstellen. Dabei kann das von der magnetischen Komponente 332 erzeugte Magnetfeld sich durch das sphärische Gehäuse 302 hindurch erstrecken, um in magnetischem Kontakt mit dem Federende 310 zu bleiben.
Alternativ kann die magnetische Komponente 332 der externen Zubehörvorrichtung 330 ein magnetisches Metall umfassen, das von einem vom Federende 310 umfassten Magnet angezogen werden kann. Wie obenstehend angegeben, können solche Metalle Eisen, Nickel, Kobalt, Gadolinium, Neodym, Samarium oder Metalllegierungen, mit Anteilen dieser Metalle umfassen.
Bei weiteren Beispielen können von dem Federende 310 und der magnetischen Komponente eine beliebige Anzahl an Elektro- oder Permanentmagneten enthalten. Solche Magneten können eine unregelmäßige Form haben, um bei Bewegung der selbstangetriebenen Vorrichtung 300 für eine zusätzliche magnetische Stabilität zu sorgen. Beispielsweise kann die magnetische Komponente 332 der Zubehörvorrichtung 330 ein einzelner oder mehrere magnetische Streifen einschließlich eines oder mehrerer Nebenstreifen sein zur Kopplung mit einem einzelnen oder mehreren entsprechend geformten Magneten am Federende 310. Ferner können in der externen Zubehörvorrichtung 330 und dem Federende 310 mehrere Magneten verteilt sein, um für zusätzliche Stabilität zu sorgen.
Alternativ können das Federende 310 und die externe Zubehörvorrichtung 330 sich in einem stabilen magnetisch abstoßenden Zustand befinden, wenn die selbstangetriebene Vorrichtung 300 sich bewegt. Bei solchen Varianten kann entweder die magnetische Komponente 332 oder das Federende 310 ein supraleitendes Material umfassen, um eine dynamische Instabilität einer magnetischen Rückstoßkraft im Wesentlichen zu eliminieren, um eine stabile magnetische Levitation der Zubehörvorrichtung relativ zum Federende 310 zu ermöglichen, während das sphärische Gehäuse 302 sich dazwischen dreht. Bei ähnlichen Varianten kann in der selbstangetriebenen Vorrichtung 300 und/oder dem Federende 310 und/oder der externen Zubehörvorrichtung 330 ein diamagnetisches Material enthalten sein und für Stabilität zur magnetischen Levitation sorgen. Somit kann ohne die Verwendung von Führungen oder einer magnetischen Schiene die selbstangetriebene Vorrichtung 300 dazu veranlasst werden, in eine Richtung zu fahren, wobei die externe Zubehörvorrichtung 330 in einer im Wesentlichen konstanten Position entlang einer vertikalen Achse der selbstangetriebenen Vorrichtung bleibt (kartesische oder zylindrische z-Achse oder sphärische r-Koordinate ohne Polarwinkel (Θ)).
Die externe Zubehörvorrichtung 330 kann eine beliebige Form haben und ein beliebiges geeignetes Material umfassen. Eine Kontaktfläche 334 der externen Zubehörvorrichtung, oder eine Fläche am nächsten zur Außenfläche des sphärischen Gehäuses 302 liegt (während magnetischer Wechselwirkung) kann so geformt sein, dass sie im Wesentlichen der Außenfläche des sphärischen Gehäuses 304 entspricht. Dabei können sowohl das sphärische Gehäuse 302 der selbstangetriebenen Vorrichtung 300 als auch die externe Zubehörvorrichtung 330, nämlich die Kontaktfläche 334, im Wesentlichen gleiche Krümmungsradien haben. Bei einer bestimmten Variante kann dieser Krümmungsradius im Bereich von 10–30 cm liegen. Es ist jedoch vorgesehen, dass weitere Beispiele für selbstangetriebene Vorrichtungen und zugeordnete externe Zubehörvorrichtungen Radien in der Größenordnung von einem Meter bis zur Größe eines Transportfahrzeugs für Menschen und auch darüber hinaus haben können. Dabei kann eine magnetische Kopplung oder Wechselwirkung unter Verwendung von leistungsfähigen Elektromagneten erreicht werden, die der selbstangetriebenen Vorrichtung 300 angeordnet sind, um mit der externen Zubehörvorrichtung 330 eine magnetische Kopplung herzustellen, die dafür eingerichtet sein kann, Aktionen auszuführen, Lasten zu tragen, ein neuartiges Design aufzuweisen, eine Person oder Figur zu repräsentieren oder dergleichen.
Die Kontaktfläche 334 der externen Zubehörvorrichtung 330 kann aus einem im Wesentlichen reibungslosen Material hergestellt oder damit beschichtet sein, wie etwa eine synthetische Zusammensetzung oder ein geeigneter Polymer. Weitere geeignete Zusammensetzungen umfassen Beschichtungen mit Polytetrafluorethylen (PTFE) der Marke TEFLON^® oder der Polyoxymethylen (POM) der Marke DELRIN^®. Es ist jedoch eine beliebige im Wesentlichen reibungslose Beschichtung möglich, einschließlich stark abweisender Oberflächen oder flüssigkeitsimprägnierte Oberflächen und Materialien, wie etwa Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces (SLIPS). Weitere Beispiele für im Wesentlichen reibungslose Oberflächen oder Beschichtungen umfassen ”Keramiklegierungen” oder ”Cermete”, die durch Kombination einer Metalllegierung mit einer Keramikmischung erhalten werden können. Beispielsweise kann eine Metall/Keramik-Legierung, mit Bor, Aluminium und Magnesium besteht (AlMgB₁₄) mit einer Cermet-Mischung aus Titandiborid (TiB₂) kombiniert werden, um eine nahezu reibungslose Beschichtung für die Kontaktfläche 334 der externen Zubehörvorrichtung 330 bereitzustellen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Außenfläche des sphärischen Gehäuses 302 eine der obengenannten im Wesentlichen reibungslosen Beschichtungen oder Mischungen umfassen, die mit Bezug auf die Kontaktfläche 334 der externen Zubehörvorrichtung 330 diskutiert wurden. Demgemäß kann eine Kombination von im Wesentlichen reibungslosen Beschichtungen oder Mischungen bezüglich der Außenfläche des sphärischen Gehäuses 302 und der Kontaktfläche der externen Zubehörvorrichtung 330 aufgenommen werden.
Ferner kann das sphärische Gehäuse 302 ausgebildet sein, so dass es eine Innenfläche 304 umfasst, die stärker für zusätzliche Reibung sorgt, beispielsweise unter Verwendung einer Gummimischung oder einer anderen geeigneten synthetischen Mischung, wie etwa einem Silikon. Außerdem kann das sphärische Gehäuse 302 unter Verwendung der oben besprochenen Beschichtungen oder Mischungen ausgeführt sein, eine Außenfläche, mit nahezu reibungslosen Eigenschaften zu umfassen.
Bei den obigen Beispielen kann, wenn die selbstangetriebene Vorrichtung 300 sich bewegt, die externe Zubehörvorrichtung 330 an einer im Wesentlichen konstanten Position oben auf der selbstangetriebenen Vorrichtung 300 mit dem Federende 310 magnetisch gekoppelt bleiben. Während die selbstangetriebene Vorrichtung 300 manövriert wird, kann der Vorspannmechanismus 315 einen veränderlichen Neigungswinkel (engl.: tiltangle) (Polarwinkel (Θ) relativ zur Bewegungsebene) haben, der in einem gewissen Rahmen minimal bleibt, jedoch in den meisten Fällen typischerweise nicht 45 Grad übersteigt, außer in Phasen relativ extremer Beschleunigung. Während konstanter und stabiler Bewegungsvorgänge der selbstangetriebenen Vorrichtung 300 kann der Neigungswinkel des Vorspannmechanismus 315 jedoch näher bei null liegen oder innerhalb von 10 Grad. Ferner kann während Bewegungsvorgängen der Azimuthwinkel (φ) in Abhängigkeit von einer unabhängigen von den Motoren 322, 344 auf die Räder 318, 320 übertragenen Leistung jeden Winkel annehmen.
Die verschiedenen beschriebenen Beispiele dienen der Veranschaulichung. Bei jedem der beschriebenen Systeme beinhalten Varianten das Hinzufügen von mehr oder weniger Computervorrichtungen und/oder mehr oder weniger selbstangetriebenen Vorrichtungen. Wie bei einigen Varianten beschrieben, können zusätzliche Quellen oder Knoten einer entfernten Netzwerkquelle vorgesehen sein. Außerdem ist in einigen Einsatzumgebungen das Vorhandensein der Computervorrichtung optional. Beispielsweise können die selbstangetriebenen Vorrichtungen unter Verwendung von Programmlogik für ihre Funktion teilweise oder vollständig autonom sein.
4 veranschaulicht eine Beispieltechnik, um eine Bewegung einer selbstangetriebenen sphärischen Vorrichtung 400 zu bewirken. Bei dem in 4 dargestellten Beispiel hat die gezeigte selbstangetriebene Vorrichtung 400 ein Rotationszentrum 402 und einen Masseschwerpunkt 406 hat und steht in Kontakt mit einer ebenen Fläche 412. Der Antriebsmechanismus für die Robotervorrichtung 400 kann zwei unabhängig gesteuerte mit Rädern ausgestattete Aktoren 408 umfassen, die in Kontakt mit der Innenfläche der umschließenden sphärischen Hülle der Vorrichtung 400 sind. Ebenfalls dargestellt ist eine Sensorplattform 404. Einige Komponenten der Vorrichtung 400 sind in 4 zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt.
Zum Erreichen einer kontinuierlichen Bewegung mit einer konstanten Geschwindigkeit kann die Verlagerung des Masseschwerpunkts 406 relativ zum Rotationszentrum 402 durch Wirkung der mit Rädern ausgestatteten Aktoren 408 aufrechterhalten werden. Die Verlagerung des Masseschwerpunkts 406 relativ zum Rotationszentrum 402 ist schwer zu messen, wodurch es schwierig ist, eine Rückmeldung für eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis für das Beibehalten einer konstanten Geschwindigkeit zu erhalten. Die Verlagerung ist jedoch proportional zum Winkel 410 (gleich Θ) zwischen der Sensorplattform 404 und der Fläche 412. Der Winkel 410 kann durch verschiedene Sensoreingaben erfasst oder geschätzt werden. Daher kann als Beispiel die Geschwindigkeitssteuerung für die Robotervorrichtung 400 so implementiert sein, dass sie den Winkel 410 verwendet, um die Geschwindigkeit für die mit Rädern ausgestatteten Aktoren 408 zu regeln, um die Vorrichtung 400 mit einer konstanten Geschwindigkeit über die Fläche 412 zu bewegen. Die Geschwindigkeitssteuerung kann den gewünschten Winkel 410 feststellen, um die gewünschte Geschwindigkeit zu erzeugen, und der gewünschte Sollwert für den Winkel wird als Eingabe für eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis bereitgestellt, der den Antriebsmechanismus regelt.
4 veranschaulicht die Verwendung der Winkelmessung zur Geschwindigkeitssteuerung; die Technik kann jedoch darauf erweitert werden, eine Steuerung zum Wenden und für Rotationen mit Rückmeldung von geeigneten erfassten Winkeln und Winkelraten bereitzustellen. Aus der vorhergehenden Diskussion ist ersichtlich, dass bei verschiedenen Ausführungsformen die Kenntnis der Orientierungswinkel für die Steuerung einer selbstangetriebenen Vorrichtung nützlich ist. Das Messen der Orientierung der Vorrichtung ist auch für die Navigation und die Ausrichtung mit anderen Vorrichtungen nützlich.
HARDWARE-DIAGRAMM
5 zeigt ein Beispiel eines Blockdiagramms, das ein Computersystem veranschaulicht, auf dem beschriebene Beispiele implementiert werden können. Beispielsweise können eine oder mehrere Komponenten, die mit Bezug auf das System 100 in 1 diskutiert wurden, von dem System 500 in 5 ausgeführt werden. Das System 100 kann auch unter Verwendung einer Kombination von mehreren Computersystemen, wie sie in 5 beschrieben sind, implementiert werden.
Bei einer Implementierung umfasst das Computersystem 500 Verarbeitungsressourcen 510, einen Hauptspeicher 520, ein ROM 530, eine Speichervorrichtung 540 und eine Kommunikationsschnittstelle 550. Das Computersystem 500 umfasst wenigstens einen Prozessor 510 zum Verarbeiten von Information und einen Hauptspeicher 520, wie etwa einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) oder eine andere dynamische Speichervorrichtung, zum Speichern von Information und Anweisungen 522, die vom Prozessor 510 auszuführen sind. Der Hauptspeicher 520 kann auch zum Speichern temporärer Variablen oder anderer Zwischeninformation während der Ausführung von Anweisungen, die von dem Prozessor 510 auszuführen sind, verwendet werden. Das Computersystem 500 kann auch einen Nurlesespeicher (ROM) 530 oder eine andere statische Speichervorrichtung zum Speichern von statischer Information und Anweisungen für den Prozessor 510 umfassen. Eine Speichervorrichtung 540, wie etwa eine Magnetplatte oder eine optische Platte, wird zum Speichern von Information und Anweisungen vorgesehen. Beispielsweise kann die Speichervorrichtung 540 einem computerlesbaren Medium entsprechen, das eine Logik zum Manövrieren der mit Bezug auf die 1–4 diskutierten selbstangetriebenen Vorrichtung abruft.
Die Kommunikationsschnittstelle 550 kann das Computersystem 500 dazu befähigen, mit einer Steuervorrichtung 580 über eine aufgebaute Netzwerkverbindung 552 (drahtlos oder drahtgebunden) zu kommunizieren. Unter Verwendung der Netzwerkverbindung 552 kann das Computersystem 500 Steuerbefehle zum Manövrieren der selbstangetriebenen Vorrichtung empfangen.
Die hier beschriebenen Beispiele betreffen den Einsatz des Computersystems 500 zum Implementieren der hier beschriebenen Techniken. Gemäß einem Beispiel werden diese Techniken durch das Computersystem 500 in Antwort darauf ausgeführt, dass der Prozessor 510 eine oder mehrere Folgen von einer oder mehreren Anweisungen ausführt, die im Hauptspeicher 520 enthalten sind. Solche Anweisungen können in den Hauptspeicher 520 von einem anderen maschinenlesbaren Medium eingelesen werden, wie etwa aus der Speichervorrichtung 540. Die Ausführung der im Hauptspeicher 520 enthaltenen Folgen von Anweisungen veranlasst den Prozessor 510 die hier beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen. Bei alternativen Implementierungen kann eine festverdrahtete Schaltung anstatt oder in Kombination mit Softwareanweisungen verwendet werden, um die hier beschriebenen Beispiele zu implementieren. Die beschriebenen Beispiele sind somit nicht auf eine spezielle Kombination von Hardware und Software eingeschränkt.

Claims

System, umfassend: eine Steuervorrichtung; eine selbstangetriebene Vorrichtung mit einem sphärischen Gehäuse, einem in dem sphärischen Gehäuse vorgesehenen Antriebssystem, einer oder mehreren magnetischen Komponenten und einer internen Komponente, welche sich ausgehend von dem Antriebssystem erstreckt, um die eine oder mehreren magnetischen Komponenten in einem Innenraum des sphärischen Gehäuses so zu positionieren, dass sie einer Kontaktstelle zwischen dem sphärischen Gehäuse und einer darunterliegenden Fläche diametral gegenüberliegen; eine Zubehörvorrichtung, die eine oder mehrere magnetische Komponenten und eine Kontaktfläche aufweist, die einen Krümmungsradius hat, der einer Außenfläche des sphärischen Gehäuses entspricht, wobei die Kontaktfläche der Zubehörvorrichtungen entlang der Außenfläche des sphärischen Gehäuses positionierbar ist, um für eine magnetische Wechselwirkung zwischen der einen oder mehreren Komponenten in dem sphärischen Gehäuse und der einen oder mehreren Komponenten der Zubehörvorrichtung zu sorgen; wobei das Antriebssystem unter Steuerung der Steuervorrichtung betreibbar ist, um das sphärische Gehäuse zu manövrieren, einschließlich auf der darunterliegenden Fläche zu rollen, wobei die magnetische Wechselwirkung bewirkt, dass die Zubehörvorrichtung Kontakt mit der Außenfläche des sphärischen Gehäuses beibehält, wenn das sphärische Gehäuse rollt; wobei das Antriebssystem beim Manövrieren des sphärischen Gehäuses bewirkt, dass sich die interne Komponente relativ zu einer vertikalen Achse des sphärischen Gehäuses winkelig verlagert, wobei die magnetische Wechselwirkung bewirkt, dass die Zubehörvorrichtung kontinuierlich Kontakt mit der Außenfläche des sphärischen Gehäuses beibehält, wenn die interne Komponente sich winkelig verlagert.
System nach Anspruch 1, wobei das Antriebssystem ein Paar Räder umfasst, die betreibbar sind, um zu ermöglichen, dass sich das sphärische Gehäuse auf der darunterliegenden Fläche dreht.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die eine oder mehreren magnetischen Komponenten der selbstangetriebenen Vorrichtung wenigstens zwei Magnete umfassen, die in dem sphärischen Gehäuse verteilt angeordnet sind, um die Zubehörvorrichtung zu stabilisieren.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die eine oder mehreren magnetischen Komponenten der selbstangetriebenen Vorrichtung einen Elektromagneten umfassen.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die interne Komponente das Antriebssystem gegen die Innenseite des sphärischen Gehäuses drängt.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Antriebssystem das sphärische Gehäuse in eine Richtung auf der darunterliegenden Fläche manövriert, wenn das Antriebssystem bewirkt, dass die interne Komponente verlagert wird.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner mit einer Hardwarekomponente, um wenigstens das Antriebssystem basierend auf Benutzerinteraktion mit der Steuervorrichtung zu steuern.
System nach Anspruch 7, wobei die Hardwarekomponente eine Benutzereingabe von der Steuervorrichtung erhält, welche sich in drahtloser Kommunikation mit der selbstangetriebenen Vorrichtung befindet, wobei die Hardwarekomponente die Benutzereingabe implementiert, um das Antriebssystem zu steuern.
System nach Anspruch 8, wobei die Hardwarekomponente die Benutzereingabe unmittelbar von dem Benutzer erhält und wobei die Benutzereingabe das Antriebssystem veranlasst, das sphärische Gehäuse in spezieller Weise zu manövrieren, welche von der Hardwarekomponente aus der Benutzereingabe ermittelt wird
System nach Anspruch 9, wobei die Benutzereingabe einem Sprachbefehl entspricht und wobei die Hardwarekomponente einen Prozessor umfasst, um den Sprachbefehl als Richtungssteuerbefehl zu interpretieren, um zu bewirken, dass das Antriebssystem das sphärische Gehäuse in eine spezielle Richtung manövriert.
System nach Anspruch 7, wobei die Hardwarekomponente bewirkt, dass das Antriebssystem eine Rückmeldungsaktion in Antwort auf einen Vorgang oder Zustand durchführt.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die interne Komponente einen Vorspannmechanismus mit einem Federende umfasst, welches aktiv mit der Innenseite des sphärischen Gehäuses zusammenwirkt.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner mit einer Mehrzahl von Aktoren, welche bewirken, dass das sphärische Gehäuse eine emotive Aktion durchführt.
System nach Anspruch 13, wobei die emotive Aktion ein Kopfnicken und/oder ein Schütteln und/oder ein Zittern und/oder eine Drehung umfasst.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner mit einem Prozessor, um wenigstens eine oder mehrere Beleuchtungsquellen zu steuern, um wenigstens einen Teil des sphärischen Gehäuses zu beleuchten.
System nach Anspruch 15, wobei der Prozessor als Rückmeldungsantwort an einen Benutzer jede der einen oder mehreren Beleuchtungsquellen beleuchtet.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das sphärische Gehäuse zwei halbsphärische Schalen aufweist, die geöffnet werden können und Zugriff auf interne elektrische Komponenten der selbstangetriebenen Vorrichtung ermöglichen.
System nach Anspruch 17, wobei die internen elektrischen Komponenten der selbstangetriebenen Vorrichtung einen Energiespeicher umfassen.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Antriebssystem betreibbar ist, um die selbstangetriebene Vorrichtung so zu beschleunigen oder verzögern, dass die interne Komponente sich um einen veränderlichen Neigungswinkel von mehr als 10° bezüglich der vertikalen Achse winkelig verlagert, während die Zubehörvorrichtung mit der Außenfläche des sphärischen Gehäuses kontinuierlich Kontakt aufrecht erhält
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die interne Komponente, welche die eine oder mehreren magnetischen Komponenten positioniert, einen Träger umfasst.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die interne Komponente so winkelig verlagert wird, dass ein konstanter Winkelbereich relativ zu der vertikalen Achse des sphärischen Gehäuses beibehalten wird.
System nach Anspruch 19, wobei der veränderlichen Neigungswinkel mehr als 45° bezüglich der vertikalen Achse beträgt.
System nach Anspruch 21, wobei der konstante Winkelbereich der internen Komponente einen Winkelbereich von wenigstens 10° bezüglich der vertikalen Achse des sphärischen Gehäuses umfasst.
System nach Anspruch 21, wobei der konstante Winkelbereich der internen Komponente einen Winkelbereich von wenigstens 45° bezüglich der vertikalen Achse des sphärischen Gehäuses umfasst.