TW201706097A - 自主模組化機械人 - Google Patents

Abstract

一種用於執行獨特任務(如蒸汽清洗，吸塵，除草等)的自主模組化機械人，係包含持有多個可替換附件的一附件固持系統，此附件可以循序的置放於機械人的行進路線，並用以執行相互配合之任務。以清潔地板為例，第一附件可用以真空清潔此地板且一第二附件可用以蒸汽清潔此地板。此機械人也可以包含一垂直轉移升降機構，其包含附件固持系統，以允許附件被垂直移動，升降機構也可包含一個靠近升降機構頂部的尺寸感測器，而此尺寸感測器可用來決定尺寸，例如，與任何持有附件之機械人之高度及/或寬度，以用於幫助導航機器人和避開障礙物。

Description

自主模組化機械人 【相關申請之交互參照】

此申請書主張依35 U.S.C.§119(e)於2015年5月12日所提交之美國臨時申請案號第62/160,059，以及於2015年8月4日所提交之美國臨時申請案號第62/200,814的優先權。此外，此申請書是2015年11月10日所提交之美國專利申請號14/937,633的部分繼續申請案。

本發明是有關於一種多功能機械人，特別是有關一種可接受用來執行多種功能之複數個可替換附件之模組化機械人。

由於自主機器人能夠自動執行傳統人工所執行的各種任務，或者是自動執行需經由人為控制之機器人所執行的各種任務，故目前其普遍的程度變得提高許多，簡單地來說，一個自主機械人可以是一個機械式地板清潔裝置，例如一真空吸塵器或是一機械人拖把。這些機器人通常為可程式化，可允許使用者針對這些機械人配置操作時間、操作頻率以及其他各種的設定。一旦被程式化後，這些機器人可以不經由人類輸入，即可執行一任務、移動以及與週遭的環境進行互動。而當這類的機器人變得愈來愈普及時，它們通常會被指定去執行獨特的功能，例如清理一表面。因此，當使用者為了完成每一任務而分別需要不同專用的自主機器人時，將會變得十分困難及/或其成本將會變得極為昂貴。

在部份的實施例中係提供一個自主模組化機械人。此機械人包含一主體；一個附著至此主體的一驅動系統；一個附件固持系統；以及一控制系統。此驅動系統可用以移動此主體，此附件固持系統可用以結合至少二可替換附件至主體，且每一個可替換附件可用以執行一任務。控制系統可自主化控制驅動系統，並當可替換附件耦合至主體上時，控制系統可自主化控制可替換附件。此機械人也可以包含一升降機構以允許移動這些可替換附件，例如垂直開啟及下降，橫向地往返，或從一側傾斜到另一側，亦即所有當機器人保持靜止或是與機器人運動的組合。

100‧‧‧機械人

1‧‧‧主體

1a、1b‧‧‧框架延伸件

3‧‧‧後端

4a、4b‧‧‧可替換附件

5‧‧‧次要控制單元

6‧‧‧無線收發器

7‧‧‧驅動系統

8‧‧‧車輪

9‧‧‧馬達

10‧‧‧支撐系統

11、12‧‧‧車輪

13‧‧‧電子控制系統

14‧‧‧次要電源供應器

15‧‧‧主要控制單元

16‧‧‧無線通訊模組

17‧‧‧主要電源供應器

17a‧‧‧對應突起

18‧‧‧通道

19‧‧‧發光單元

20‧‧‧感測器

110‧‧‧支撐結構

120‧‧‧前端

120a、120b‧‧‧突起

130‧‧‧升降機構

140‧‧‧延伸件

150‧‧‧插槽

160‧‧‧促動器

本發明之上述及其他特徵及優勢將藉由參照附圖詳細說明其例示性實施例而變得更顯而易知，其中：第1A圖是根據部份實施例之一自主機械人範例之前透視圖。

第1B-1C圖是根據部份實施例之分別具有一裝載和卸載電源供應器之一自主機械人之後透視圖。

第2A-2D圖是第1A圖中之自主機械人之俯視、透視、後視與側視圖之範例。

第3圖是根據部份實施例描述一自主機械人的電性連接之示意圖之範例。

第4圖是根據部份實施例描述一主要電源供應器的電性連接之示意圖之範例。

第5圖是根據部份實施例描述一次要電源供應器的電性連接之示意圖之範例。

此處所提供之附圖係用以說明實施例，且此附圖並不限制本發明之範圍，此外，在附圖裡之特徵並不一定是按照比例而進行繪製。

於此使用，詞彙“與/或”包含一或多個相關條列項目之任何或所有組合。當“至少其一”之敘述前綴於一元件清單前時，係修飾整個清單元件而非修飾清單中之個別元件。

在部份的實施例中，一個自主模組化機械人包含一附件固持系統，而此附件固持系統係允許此機械人同時保有至少二個可替換附件而用以執行任務，每一可替換附件可用以執行一獨特之任務，例如蒸汽清洗、吸塵、割草、打磨、拋光、及/或街道清潔(如清掃)、包裝採集及/或移動，等等。在部份的實施例中，這些可替換附件可以被保留，使得它們能在機器人的行進路徑上被循序地設置。舉例來說，一個第一可替換附件可直接設置在一第二可替換附件的前方，即在機器人的行進路徑上，此兩個可替換附件是排在相同的一列上。這些可替換附件可用以執行相互配合的任務。以清潔一地板為例，第一可替換附件可對地板進行一吸塵的作動，而第二可替換附件則可對此地板進行蒸汽清潔的作動。

較佳地，此可替換附件可從此機械人之一對接座或是一基座自動地進行裝載和卸載。當需要完成此機器人被程式化之工作指派時，此裝載和卸載透過機器人自動對齊並裝載或卸載一可替換附件來達到自主執行。

在部份的實施例中，此機械人可包含一升降機構，其用以垂直平移、傾斜、旋轉及/或向前或向後移動，此升降機構可包含附件固持系統，其允許可替換附件被垂直移動。此垂直運動可以用作執行一個任務的其中一部分及/或用作容納不同尺寸的可替換附件。

可以理解的是，此升降機構之移動或是可替換附件之持有可能會改變此機械人的實際尺寸。這樣尺寸的改變可以影響到此機械人的移動，以及影響到此機器人在其道路上的迴避障礙物。較佳地，此升降機構之頂部附近包含有一尺寸感測器，此尺寸感測器可用來決定機器人之尺寸，例如，決定任何持有可替換附件之機械人之一高度及/或一寬度，以幫助導航機器人和避開障礙物。

有助益的是，此機器人允許利用可替換附件來徹底改變其功能。此外，提供多個附件之能力可以提升機械人在執行特定指派任務時的效率。舉例來說，此附件可以執行相互配合之任務以更有效地完成一特別之指派任務，其中此相互配合之任務是指執行一任務時，將會增加執行另一任務的功效，例如清潔一地板。除此之外，此升降機構有能力允許需要垂直移動之任務以及容納一具有不同高度範圍之附件。在部份的實施例中，可僅使用一個尺寸感測器用以幫助所述裝置之作動及導航，以利於維持其輕薄性。

現在將參考附圖，其中相同的參考標號係代表相同的部件。

第1A圖顯示一自主模組化機械人100之透視圖之範例。此機械人100包含一主體1、可替換附件4a及4b、一驅動系統7、用以支撐機械人的前端離開地面的一前端支撐系統10、一電子控制系統13以及一主要電源供應器17。主體1可用於作一基底或是一框架，而在其內的其餘元件可以是被擺放或是被連接的，驅動系統7係架設至主體1上靠近一後端3的地方。在部份的實施例中，此後端3是相對於機械人100的前端，也就是說，此機械人100也可在一方向上前進，而使得後端3是位在機械人100的前方。

請繼續參照第1A圖，驅動系統7提供此機械人100一可動性來橫越一底層表面，在部份的實施例中，驅動系統7係包含車輪8。這些車輪8的轉動允許了主體1去通過一表面。支撐系統10可架設至主體1且與驅動系統7相間隔，例如，此支撐系統10可定位在靠近此機械人100遠離車輪8的一相對端。在部份的實施例中，此支撐系統10可包含一可轉動的或是一無法轉動的車輪11，例如，在可替換附件4a及4b之不同側上兩個間隔開的車輪。在其他的實施例中，此支撐系統10可以忽略掉車輪，且可包含用於接觸一表面和在一表面上滑動的至少一個低摩擦墊。

在部份實施例中，其中車輪11是可旋轉的，支撐系統10可作為具有轉動車輪之一轉向系統，以視需要來轉動以及指向不同的方向。在這樣的實施例中，支撐系統10可以幫助機械人100導航以橫越一表面，並可幫助機械人100在行進時轉動及改變方向。因此，當機械人在向前及 向後移動時，支撐系統10可以幫助改變機械人進行橫向移動。在部份的實施例中，支撐系統10以及驅動系統7兩者都可以具有轉動車輪，此轉動車輪可用以增加機械人100的可動性並減少機械人100的旋轉半徑。

此可替換附件4a、4b提供了模組化標準以及多種功能至機械人100上。在部份的實施例中，依據所連接至主體1的可替換附件4a及4b，其係允許機械人100的功能及效用被完全地改變，如第1A圖所示，可替換附件4a及4b可拆卸式地被架設至主體，以視其需要來改變機械人100的功能。

在部份的實施例中，機械人100包含架設至主體1之一橫向延伸支撐結構110，用以保留可替換附件4a及4b。在部份的實施例中，此橫向延伸支撐結構110可為具有一通道18之一柵或一欄杆之外形，其中此通道18係適合一相對應之突起120a或120b，此通道18係提供裝設可替換附件4a及4b的一孔穴，使可替換附件4a及4b可以被手動地接合至附件保留通道18。這樣可允許附件保留通道18用於牢固可替換附件4a及4b，當欲改變此機械人100之功能時，此可替換附件4a及4b可輕易地從主體1上移除。在部份的實施例中，附件4a及4b可以透過簡單的滑進或滑出此保留通道18以分別進行安裝或拆除，舉例來說，此突起120a及120b係具有T型之橫截面輪廓，其可固定在通道18裡的T型開孔中。附件保留通道18可包含一機構，如一門閂，用以固定可替換附件4a及4b在其被安裝的地方，如此一來，附件保留通道18可確保可替換附件4a及4b連接至主體1，並且在機械人100作動期間可牢固此可替換附件4a及4a。此外，附件保留通道18可包含感測器以確保可替換附件4a及4b被正確的對齊安裝。

附件保留通道18可循序地通過支撐結構110的一完整長度，有助益的是，保留通道18的側邊延伸允許多個附件4a及4b被連接到主體1，也允許其他額外的可替換附件連接至主體1。舉例來說，為了容納額外的可替換附件，支撐結構110可以輕易地被延長。在部份的實施例中，此支撐結構110可以被卸除，且一適當長度的支撐結構係依據將被連接主體1的可替換附件數量的尺寸來進行安裝。在部份其他的實施例中，砝碼(未顯示於圖中)可以附著在機械人100靠近後端3之處以用來平衡機械人100。在部份的實施例中，機械人100可用以容納至少兩個，或是至少三個可替 換附件。

在部份的實施例中，此支撐結構110係被架設至一可被垂直移動的升降機構130上，在支撐結構110裡保留這些附件之後，此升降機構130可以移動來改變可替換附件4a及4b的垂直高度，及/或可以移動來容納不同附件4a及4b的高度。在部份的實施例中，除了或是作為替代的垂直運動，此升降機構可以傾斜及/或旋轉至一保留的可替換附件4a及4b的側邊、後方及/或前方。

在部份的實施例中，升降機構可以包含一促動器160以橫向地延伸支撐結構110。這樣的橫向延伸支撐結構可以用於容納更深的可替換附件4a及4b，及/或用於移動被機械人100操縱之物件。舉例來說，在部份的實施例中，一個以上的可替換附件4a及4b可以包含一個適配器或抓取裝置來抓住一物件，此升降機構可用於垂直、橫向及/或傾斜地移動此物件。

請繼續參照第1A圖，在機械人100之作動期間裡，電子控制系統13可用以控制此機械人100，在部份的實施例中，此電子控制系統13可架設於主體1上，即靠近驅動系統7處以及在車輪8之間，在主體1內的電子控制系統13可以不受到來自外在環境的破壞，例如外在環境中物品的碰撞等等。

第3圖是顯示電子控制系統13之一電子連接範例，此電子控制系統13可以以有線的方式連接至驅動系統7，或者採取另一方式，利用無線通訊模組16來無線地建立與驅動系統7的控制方式。為了調節機械人100中所能夠使用到的可替換附件4a及4b之各種功能，電子控制系統13可以與可替換附件4a及4b進行通訊。如此一來，在機械人100作動期間裡，為了使電子控制系統13能夠調節此驅動系統7以及可替換附件4a、4b，此電子控制系統13可以電性連接至驅動系統7及可替換附件4a、4b。在部份實施例中，支撐系統10係包含活動元件，如實施例中作為一個轉向系統的支撐系統10，此電子控制系統13也可以以有線及/或無線的連接方式連接至支撐系統10。此連接係允許電子控制系統13控制此支撐系統10，如允許改變支撐系統之至少一車輪的方向及/或轉動。

請繼續參照第3圖，此可替換附件4a、4b可包含一次要控 制單元5以及一無線收發器6。電子控制系統13之無線通訊模組16允許與無線收發器6進行通訊。接下來，此無線收發器6則可以與可替換附件的次要控制單元5電性連通。如此一來，經由次要控制單元5，主要控制單元15可以控制此驅動系統7以及可替換附件4a、4b，其中在此實施例中之支撐系統10係包含活動元件。無線通訊模組16以及無線收發器6可使得電子控制系統13以及可替換附件4a、4b之間能夠達到無線通訊。此外，無線通訊模組16可允許電子控制系統13接收來自一外在來源的指令，例如，此外在來源可以是透過如Wi-Fi、藍牙等網路的一使用者計算裝置。在部份的實施例中，無線通訊模組16能夠使遠端的使用者控制或者可程式化此機械人100。無線通訊模組16可以通訊的方式連接至無線收發器6，且來自電子控制系統13的指令可以無線傳送到可替換附件4a、4b，此無線收發器6可以電性連接至次要控制單元5，來自電子控制系統13之指令被以無線方式接收之後，可以經由次要控制單元5來加以實施，其允許電子控制系統13以無線的方式來控制可替換附件4a、4b。此外，無線收發器6可使可替換附件4a、4b與其他的可替換附件4a、4b進行無線通訊，以允許執行欲被協調之任務。無線通訊模組16以及無線收發器6可以允許被下載的系統進行更新，且可允許應用於主要控制單元15及/或次要控制單元5之系統進行更新。這樣的系統更新可以被接受，且其可以透過一使用者計算裝置以無線方式來加以實施。

在部份的實施例中，若不利用無線通訊的方式，則在可替換附件和電子控制系統之間可以建立一實體連接。舉例來說，無線通訊模組16以及收發器6可以為一簡單的通訊單元，並以有線的方式彼此互連。在部份的實施例中，電極可以存在於附件保留通道18以及突起120a，120b之中。一但鎖定到保留通道18的位置內時，此突起120a，120b上的電極可以對保留通道18裡的相對應電極進行配對以及提供電性接觸，進而形成電子控制系統13以及可替換附件4a、4b的一通訊通道。

請再參照第1A圖，主要電源供應器17係提供電力來源給機械人100，不拘限於如電源供應器17或是其他揭露於本案之其他電源供應，本發明案之電源供應包含獨立電源供應器，如可充電、非可充電電池等，其中可充電電池可包含鎳氫或鋰離子電池之例子在部份的實施例中， 此主要電源供應器17包含一變壓器，且此主要電源供應器17係連接至一電源插座，如一AC電源插座。

主要電源供應器17可以是在外部並以可拆卸式地方式架設至主體1上相對於可替換附件4a、4b之處。這樣的設置可允許主要電源供應器17充當可替換附件4a、4b的一抗衡，當此主要電源供應器17電力耗盡時，其可從主體1上移除並進行取代。此主要電源供應器17可以額外的以一方式定位，使得在不用從主體1上移除主要電源供應器17的情況下，此主要電源供應器17可以對接此機械人至一充電站來進行充電(未顯示於圖中)。如第4圖所示，主要電源供應器17可以電性連接至驅動系統7及可替換附件4a、4b，以傳輸電力來源給機械人100以及執行各種功能的可替換附件4a、4b。

為了牢固此主要電源供應器17在適當的位置上，一個用以固定此主要電源供應器17之緊固機構可以被提供在主體1上。第1B-1C圖是分別具有一裝載和卸載電源供應器之一自主機械人之一範例之後透視圖。為了便於說明，這些圖示將不會包含可替換附件4a、4b。如圖所示，電源供應器17可以透過附著在主體1的插槽150而被緊緊牢固。在部份的實施例中，插槽150可以是垂直延伸件140的一部份。此插槽150可以配合電源供應器17上之一對應突起17a。在部份的實施例中，多個插槽150可被用於提供容納多個電源供應器17。此外，插槽150可以用於支撐功能附件，例如用以執行任務的額外可替換附件，及/或支撐可替換附件之砝碼或是電源供應器17。

可以理解的是，此機械人100可以容納複數個電源供應器，舉例來說，請再次參照第3圖並一併參照第5圖，除了主要控制單元15，電子控制系統13也可包含一次要電源供應器14，此次要電源供應器14提供一電力來源給電子控制系統13，並且可以電性連接至驅動系統7、支撐系統10、可替換附件4a、4b以及主要控制單元15，其中在此實施例中，支撐系統10包含了需要電力之活動元件。當主要電源供應器因耗盡而被取代時，為了使機械人維持運作，次要電源供應器14提供電力來源給驅動系統7、支撐系統10以及可替換附件4a、4b，其中再次地，此支撐系統中係包含有需要電力來源的活動元件。當此主要電源供應器17是耗盡或是被移 除時，此次要電源供應器14係額外地取代主要電源供應器17以提供電力來源以及維持機械人之運作。

現在請參照第2A-2D圖，其係繪示了機械人100之俯視、透視、後視與側視圖之範例。如第2A圖所示，驅動系統7包含一對主動輪8以及至少一馬達9，當這個馬達9轉換來自主要電源供應器17以及次要電源供應器14之電能為機械能時，這一對主動輪8係允許機械人橫越一表面，例如，如車輪8的位置。由於所述至少一馬達9所提供的機械能，這對主動輪8可被扭轉地連接至所述至少一馬達9，而使得這對車輪8得以轉動，較佳地，這對主動輪8可以是一對後方車輪，在部份的實施例中，這對主動輪8的每一個主動輪可以是由其所屬的馬達9所驅動。較佳地，所述至少一馬達9包含一變速器(未顯示於圖中)以及至少一感測器，當感測器能夠監督所述至少一馬達9以及傳達資料至電子控制系統13以幫助機械人之移動時，變速器可用以改變所述至少一馬達9之扭力輸出。

現在請參照第2B-2D圖，在此實施例中，支撐系統10係作為一個轉向系統，此系統可包含一個第一轉動車輪11以及一個第二轉動車輪12。在部份的實施例中，這些車輪11、12可以分別被架設在主體1的框架延伸件1a、1b上。如圖所示，這些框架延伸件1a、1b也定義出可容納可替換附件4a、4b的一開孔。

當機械人欲橫越一表面時，第一轉動車輪11與第二轉動車輪12可使機械人改變方向，此第一轉動車輪11及第二轉動車輪12是架設在靠近前端120(如第2D圖所示)並延著後端3，同時相對於驅動系統7，第一轉動車輪11及第二轉動車輪12可從驅動系統7進行偏移，且其可用以改變機械人100移動的一橫向方向。在部份的實施例中，電子控制系統13係透過控制第一轉動車輪11及第二轉動車輪12來導航機械人100。在部份的實施例中，第一轉動車輪11及第二轉動車輪12係為腳輪。

在部份的實施例中，一第一胎面係被盤繞在這對主動輪8中的其中之一至第一轉動車輪11，且一第二胎面係被盤繞在這對主動輪8中的另外一個至第二轉動車輪12。當存在時，這些胎面可使得機械人通過更為多樣或溼滑的地形，例如雪或冰。在部份的實施例中，機器人從而可提供如一坦克之類似方式的可動性。

請繼續參照第4圖，在部份的實施例中，此機械人也可以包含複數個發光單元19，此複數個發光單元19可用以提供在機械人附近之照明。在部份的實施例中，此複數個發光單元可以架設在主體1上靠近後端3的地方，此複數個發光單元19可以從一側到另一側或是從上至下進行調整。此外，複數個發光單元19可用以同時照明多個方向。如第4圖所示，複數個發光單元19可以電性連接至主要電源供應器17，使得此主要電源供應器17可供應電力至複數個發光單元19。為了適應機械人100的功能和設計，此複數個發光單元19之特定位置可如所期望的進行變化。舉例來說，在部份實施例裡，複數個發光單元19可以是直接內建於主體1內之複數個發光二極體(LEDs)。

由於此機械人100係用於自主操作，故其理想的方式是在其操作期間內，此機械人不會變成被卡住、損壞或以其他方式受到損害。現在請參照第2A-2D圖，機械人100可更包含至少一感測器20，此至少一感測器20可利用其作動以協助機械人之自主操作。在部份的實施例中，此至少一感測器20係為碰撞偵測感測器。在部份的實施例中，至少一感測器20可以是至少一紅外線或其他距離感測器、地面感測器或是線條偵測感測器。此至少一感測器20可用以偵測若是此機械人目前正與一物件處於一碰撞過程中，然後此至少一感測器20可以提供一訊號以警示即將發生碰撞的電子控制系統13，使得防止碰撞之行為得以被採用。舉例來說，在部份實施例中，支撐系統10可以是一個轉向系統，電子控制系統13可以命令支撐系統10駕駛此機械人100遠離此物件。在部份的實施例中，在機械人100能工作的區域內可以包含信標(beacons)，以幫助機械人100進行導航。舉例來說，此工作區域可以包含被感測器20之其中之一感測之藍牙信標或是紅外線發射器。

此至少一感測器20可以置於主體1的一前端2，使得至少一感測器在機械人橫越一表面時可以偵測其前方的一物件。此複數個感測器20可以電性連接至電子控制系統13，因此，至少一感測器20便能夠如第4圖所示之與電子控制系統13進行溝通，而允許電子控制系統13採取行動以防止碰撞發生。此機械人100可額外包含用於吸收衝擊之一保險槓(未顯示於圖中)，為了確定此機械人100是否與一物件產生接觸，其他如碰 撞感測器(未顯示於圖中)之類的感測器也可以被包含在內。

在部份的實施例中，至少一感測器20可以包含至少一照相機以提供機械人100附近之一實況取景，較佳地，此照相機可以架設在靠近機械人100的最高位置上。在部份的實施例中，此照相機係架設在升降機構130上，如在升降機構的一頂部上。除此之外，較佳地，此照相機係靜止而架設在升降機構的一部份上，且不會隨著機械人100之主體1垂直或橫向移動。在這個位置上，此照相機可以被用於觀看機械人100以及周圍的環境。在部份的實施例中，機械人100可包含至少二個照相機，例如，其中一個面朝前，而另一個則是面朝後，面朝前的照相機可以掃描機械人100行進路線上的障礙，而當機械人100後退時，面朝後的照相機便可以掃描其後退時在路線上的障礙。除此之外，此面朝後的照相機可用以反映可替換附件4a、4b，則此機械人100便可使用此反映的資訊以判斷可替換附件4a、4b之數量及/或大小。這樣的判斷可有效地避免附件4a、4b的頂部與高處的障礙進行碰撞，如高處之轉角。在部份的實施例中，此照相機可用於偵測物件、顏色以及其他可幫助此機械人100自主作動的視覺因素。舉例來說，綠色可以對應到草地地形，而藍色可以對應到水，可允許機器人從水中離開且留在草地地形上。此照相機可以更包含紅外線成像，夜視，及/或用於發射和檢測所發射波長之類似成像技術，因此，此照相機可以被用作一尺寸感測器以判斷機械人100的大小，包含判斷附件4a、4b的大小。

如此處所揭露，可替換附件4a、4b可為機械人100提供多種功能，在部份的實施例中，可替換附件4a、4b可包含一吸塵器，此吸塵器可用以從一表面去除灰塵、碎屑和其它小物體，此表面可以是機械人行進而橫越之表面。在部份的實施例中，可替換附件4a、4b可包含一蒸汽清淨機，此蒸汽清淨機可用以清理機械人100行進時之表面。可替換附件4a、4b可包含一割草機，當行進至一植物生長區時，此割草機可用以修剪此植物生長區。在部份的實施例中，可替換附件4a、4b可包含或可以是一附加電源供應器，在超過主要電源供應器17及次要電源供應器14之容量時，此附加電源供應器可用以提供電力來源給機械人100。此附加電源供應器可以電性連接至驅動系統7、支撐系統10以及電子控制系統13，其中在部份實施例中，支撐系統10係包含需要電力之活動元件。

可以理解的是，可替換附件4a、4b可以包含額外的元件來協助這些附件的各種功能。舉例來說，以割草機為例，可替換附件4a、4b可包含一個馬達以及一個附加的刀片。可以理解的是，可替換附件4a、4b的外形及整體設計可根據其功能或是所執行的任務而有所變化。其他的範例可包含馬路之油漆、運輸貨物以及冰層之重鋪，但不拘限於上述範例。此機械人100可以另外的使用於軍事應用上，如化學偵測、挖掘偵測以及爆炸排除(EOD,explosive ordnance disposal)。除此之外，此可替換附件4a、4b可以是一適配器，其用以允許機械人拾起此適配器設計容納的一個物品。經由此適配器拾起的範例物品可以包含，但不限制是，垃圾箱以及衣服箱。

請參照第1A圖，此可替換附件4a、4b可以循序的設置在機械人100的移動路徑上。舉例來說，可替換附件4a、4b可以前後彼此排列，即可替換附件4a係在靠近機械人100後端3之可替換附件4b之前方。

較佳地，可替換附件4a、4b所執行的任務是相互匹配的，即利用一個附件的服務來增加另一個在執行任務之附件的效率。舉例來說，此可替換附件4a可以是一真空吸塵器，且可替換附件4b可以是一蒸汽清淨機。舉另一個範例來說，此可替換附件4a可以是一真空吸塵器或是一蒸汽清淨機，而此可替換附件4b可以包含是一個用以繪製一底層表面的一油漆分配器。再舉另一個範例來說，可替換附件的其中之一可以是一個空箱，而可替換附件的另外一個可以是接收或是產生物質的一裝置，其中此物質係需要一儲存之空間。在部份的實施例中，產生需要物質儲存之裝置可以是一掃路機或是一割草機，且此空箱可以用於容納，例如，由掃路機所清掃的物質或是由割草機所割除的青草。當此箱子已滿時，此機械人100可在一基座用一空箱來置換此填滿的箱子。

在部份的實施例中，電子控制系統13可以包含一數位顯示器(未顯示於圖中)，此數位顯示器可讓使用者能夠觀看此機械人100的各種設定以及特點，此數位顯示器可以整合使用者輸入之觸控技術至電子控制系統13及/或如鍵盤的一實體輸入裝置，此顯示器可以作為允許使用者輸入指令之介面的一部份，並可配置此電子控制系統13及/或可替換附件4a、4b。電子控制系統13可更整合一麥克風，讓使用者在機械人運作期間得以輸入一語音指令。一資料儲存裝置也可以提供用來允許收集在機械人運作 期間欲儲存的資料，此資料儲存15也許可以或不可以從機械人100上進行移除，如通用串行總線(USB,Universal Serial Bus)的資料儲存埠可以用來協助資料轉移，或是允許機械人100被連接至一外部的計算裝置。此外，此機械人100可更包含一充電埠，以允許機械人本身可實體連接到一外部電源以進行充電。

如上所討論，由於此主要電源供應器17是外部架設至主體1上，機械人100能夠由使用者自主手動地替換此主要電源供應器17，此機械人100可用於對接至一對接座或是對接至充電及/或取代主要電源供應器17之相似結構。為了讓主要電源供應器17充電，機械人100可以自主地與對接座進行對接，此可替換附件4a、4b也可被對接至對接座並從對接座進行充電。除了主要電源供應器17之外，其將會允許次要電源供應器14可由對接座進行充電。

有助益的是，根據本文所揭露的各種實施例，當產生需要以及工作任務產生變化時，機器人可以持續地交換電池以及可替換附件，因此，此機械人可以用作居家清潔機器人、商業清潔機器人、室外機器人、室內機器人等等，其可以不需與人類互動而自主地改變功能，(例如，從具有一割草附件之除草機、為了支撐箱子和木箱而移動適配器之箱子和木箱，以及利用真空吸塵器及/或掃地附件來清潔車道。)機械人之一作動範例係提供如下，可以理解的是，以下之順序也許可以以下述的次序來執行。此外，在不同作動順序裡的部份作動及/或改變的省略是可以被考慮的。

1.機械人可以在一充電基座啟動，其中此機械人係具有透過固持系統而鎖固在其主機箱或主體的可替換附件，如以真空吸塵器為例。

2.此機械人可啟動一電源供應器，其中此電源供應器可以是置於一適當位置上的一移動式電池。

3.此機械人離開此充電基座以執行其被指派的任務，在此實施例中係以吸塵器為例。

4.當此機械人完成指派之任務或是當可替換附件的容量已被填滿(例如真空吸塵器模組已被灰塵填滿)，則此機械人將會返回此充電基座或是其他指定的終止區域，並且卸除此可替換附件。此卸除作動可以經過解除鎖定或是推擠此附件而發生，或是透過重力來扔除此附件。

5.此機械人可對齊本身至可替換附件的後方或是當此保留適配器是處在可替換附件之中時，機械人可如預期地朝可替換附件之方向前進及集中自身(如使用如照相機的感測器)，並且此可替換附件可以由固持系統進行鎖定/解鎖。當此機械人靠近基座/充電基座時，其在一定距離時係啟動一對接程序，而在對接機械人之前，機械人係從基座維持一對接距離，以幫助其對齊模組化箱子的後方以及對齊此固持系統。

6.在一指定區域或是一基座/充電基座暴，此對接程序係存在於進行持有與拆卸此可替換附件之時。

7.此基座可透過感測器以及基座上的按鈕來協助指引機械人，並且對準此固持系統，換句話說，此基座可以提供機械人一指引，進而返回到所述基座。此外，此基座可以包含一促動器，其中此促動器可轉移可替換附件以對準機械人之固持系統。

8.此機械人可朝基座移動並定位在此基座，其中此基座係具有多種感測器，例如實況回饋照相機，紅外線或其他接近感測器，地面感測器，或是能沿著機器人行進路線而遵循設置在地面上''磁道''行動之直線檢測感測器，其中此磁道可以是任何置於地面上的帶感測器至繪圖感測器。

9.此機械人可使用各種感測器，例如實況回饋照相機及/或紅外線或其他距離感測器，以協助在一基座或其他指定區域上定位、載入或卸載此可替換附件。

10.此機械人可以移動至一空曠區域，例如是在基座或是在一指定區域上，並卸除其可替換附件，較佳地，當此元件較早是由機械人持有時，其發生在可替換附件位置的卸除作動原先是從已敞開的空間拿起所述可替換附件。

11.然後此機械人可為了另一任務而移動至另一個可替換附件。舉例來說，此機械人可以與位於基座(例如在周圍的真空吸塵器之可替換附件之旁邊)的一蒸汽清洗可替換附件進行對準，經由固持系統撿拾起蒸汽清洗可替換附件，然後從基座離開以執行蒸汽清洗任務。在部份其他的實施例中，此真空吸塵器附件及蒸汽清洗附件可以一起被載入到機械人，使得機械人不需返回到基座來替換附件，便可以同時執行真空吸塵及蒸汽清洗之任務。

12.除了未設置在機械人上或是基座上的其他定位裝置之外，此機械人可以利用GPS來協助導航以返回用於對接或是卸除之一可替換附件。這些定位裝置可包含了藍牙信標或是紅外線發射器。

13.在機械人是配備有一模組化且可移除式電源供應器的情況下時，此電源供應器可以是被卸載，且一個新的電源供應器可以是被載入的，其程序係雷同於可替換附件之卸載及裝載。舉例來說，在機械人執行不同任務且其附加的電池為一低電量時，此機械人可以移動到具有一充電電池的基座，在此基座或指定區域卸載一耗盡之電池並載入另一個電池。

14.在機械人沒有配備有一模組化且可移除式的電源供應器的情況下時，此機械人可使用各種感測器以返回基座進行充電。根據此指派任務的完成與否，此機械人可以返回至基座以進行充電、阻止完成其工作，或者停留在此基座上。

15.當持有一個可替換附件時，此機械人可以進行充電。舉例來說，這樣的充電可以透過內建於機械人的連接器來執行，其可傳送訊號及電力至可替換附件以及機械人的主電腦系統。在部份的實施例中，此充電也可以發生在不持有任何可替換附件的機械人身上。

16.可以理解的是，可替換附件可以被機械人使用外形/顏色或設計而進行追蹤，這樣的追蹤在卸載及裝載可替換附件時，可以被用來對齊機械人。

在部份的實施例中，機械人100的移動可以發生在使用所有的車輪8及11-12時。在部份的實施例中，所有，無，或只有車輪8和11-12的其中一個子集是可以旋轉的。

在部份的實施例中，當機械人100的前端120離開地面時，機械人100可以在其兩個車輪上，如車輪8，進行平衡及移動。可以理解的是，此機械人100可以包含連接至主體1的至少一個陀螺儀，一但機械人100是位於兩個車輪上時，這些陀螺儀可以幫助維持機械人100的平衡。

此機械人100可以在兩個車輪上使用各種程序來進行定位，舉例來說，一直到機械人100達到在車輪8上平衡的一傾向之前，可替換附件的其中之一可以垂直升降車輪11、12，且車輪8可以向著一表面(如一 面牆)來推動車輪11、12，而使得它們到達此表面。舉另一個範例來說，車輪11、12可以被舉起(如透過一可替換附件)，且此機械人100可在車輪11、12的方向上加快其速度，使得這些車輪被抬舉高過於機械人100平衡在車輪8之上的一標準。

可以被本領域技術人員理解到的是，上述的過程和結構在不脫離本發明主旨的範圍內可以進行各種省略，添加和修改。舉例來說，可以理解的是，此機械人100已顯示在其功能性元件之周圍不具有任何的側鑲板或其他殼體。在部份的實施例中，一殼體或外殼可以提供在上述元件的周圍，用以保護這些元件遭受外部物件、氣候或其他可以損害這些功能元件的外部現象之衝擊。除此之外，此殼體可以保持機械人的一致性外觀、大小及外型，而無關於可替換附件之大小或是保留附件之個數。這可以提供美觀的好處及/或允許此機械人外部其他裝置的一致介面(如一基座)，而與內部元件或可替換附件之修改無關。除此之外，當各種所繪示及討論的元件被放置在不同的位置時，可以理解的是，各種元件的相對位置可以改變，且同時此處仍保有上述所提及的功能。可以設想到的是，各種組合、具體特徵和實施例之子集合係可以被進行，且此子集合仍然落入本說明書的範圍之內。各種特徵和所公開的實施例可以彼此結合或進行取代，而所有這些修改和改變都將落入本發明之所附權利要求所限定的範圍之內。

100‧‧‧機械人

1‧‧‧主體

3‧‧‧後端

4a、4b‧‧‧可替換附件

7‧‧‧驅動系統

8‧‧‧車輪

10‧‧‧支撐系統

11‧‧‧車輪

13‧‧‧電子控制系統

17‧‧‧主要電源供應器

18‧‧‧通道

20‧‧‧感測器

110‧‧‧支撐結構

120a、120b‧‧‧突起

130‧‧‧升降機構

160‧‧‧促動器

Claims (22)

1. 一種自主模組化機械人，包含：一主體；一驅動系統，係附著於該主體並用以移動該主體；一附件固持系統，係用以結合至少二可替換附件至該主體，其中每一該可替換附件係用以執行一任務；以及一控制系統，係用以自主化控制該驅動系統以及耦街至該主體的該可替換附件上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自主模組化機械人，更包含：一升降機構，其中該升降機構之一部份係為該附件固持系統。
3. 如申請專利範圍第2項所述之自主模組化機械人，更包含設置靠近該升降機構之一頂部之一尺寸感測器。
4. 如申請專利範圍第3項所述之自主模組化機械人，其中該尺寸感測器係為一照相機。
5. 如申請專利範圍第4項所述之自主模組化機械人，其中該照相機係為一碰撞偵測器。
6. 如申請專利範圍第2項所述之自主模組化機械人，其中該附件固持系統包含一伸長且橫向之延伸支撐件，用以附著每一該至少二可替換附件。
7. 如申請專利範圍第4項所述之自主模組化機械人，其中該伸長且橫向之延伸支撐件為一欄杆，該欄杆係包含在欄杆下側上之一通道，其中該通道之大小和形狀係相互配合該可替換附件之一頂部上之一突起。
8. 如申請專利範圍第2項所述之自主模組化機械人，其中該升降機構係用以橫向地伸長與縮回。
9. 如申請專利範圍第2項所述之自主模組化機械人，更包含一電源供應器，其中該電源供應器係位在該主體之相對於該升降機構之一側上。
10. 如申請專利範圍第9項所述之自主模組化機械人，更包含一附加電源供應器，其中該附加電源供應器係伴隨至該升降機構。
11. 如申請專利範圍第1項所述之自主模組化機械人，其中該附件固持系統係用以結合三個以上可替換附件至該主體。
12. 如申請專利範圍第1項所述之自主模組化機械人，其中該至少二可替換附件係包含一蒸汽清淨機。
13. 如申請專利範圍第1項所述之自主模組化機械人，其中該至少二可替換附件係包含一真空吸塵器。
14. 如申請專利範圍第1項所述之自主模組化機械人，其中該至少二可替換附件包含一割草機。
15. 如申請專利範圍第1項所述之自主模組化機械人，其中該至少二可替換附件包含一車道清掃機、一吹雪機以及一包裝採集機之至少其中之一。
16. 如申請專利範圍第1項所述之自主模組化機械人，其中該至少二可替換附件包含一電源供應器。
17. 如申請專利範圍第1項所述之自主模組化機械人，其中該至少二可替換附件係用以執行相互配合之任務。
18. 如申請專利範圍第17項所述之自主模組化機械人，其中該至少二可替換附件係包含一真空吸塵器以及一蒸汽清淨機。
19. 如申請專利範圍第1項所述之自主模組化機械人，其中該至少二可替換附件包含一次要控制單元。
20. 如申請專利範圍第1項所述之自主模組化機械人，其中該驅動系統包含：至少一主動輪以及連接至該主動輪之至少一馬達；以及 至少一轉動車輪，係靠近該機械人之一端，其中該端係相對於在該機械人上被該至少一主動輪佔據之一端。
21. 如申請專利範圍第20項所述之自主模組化機械人，其中該控制系統係用以將該機械人維持在該轉動車輪上，並使該機械人在該主動輪上平衡。
22. 如申請專利範圍第20項所述之自主模組化機械人，其中一第一轉動車輪係架設在該主體之一第一框架延伸件上，且一第二轉動車輪係架設在該主體之一第二框架延伸件上，其中該第一及該第二框架延伸件定義一開孔用以容納該至少二可替換附件。