TW202128379A - 工業機器人平台 - Google Patents

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詹姆士 卡拉瓦拉
艾莉西亞特蕾莎 卡維拉斯
詹姆士傑森 莫雷
馬克尤金 納爾
約書亞傑若米 伊森伯格
阿瑪瑞許 柯林帕拉
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美商外世界股份有限公司
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Abstract

本案描述工業機器人平台。機器人平台包括經配置以附接至可互換任務特定工具系統及行動力系統的通用平台。機器人可為採礦機器人，具有採礦特定工具系統附接至該通用平台，且經配置用於採礦任務。該平台為模組化的且可經用於其他工業應用及/或機器人類型，諸如建構、衛星群、燃料生產、災難復原、通訊、遠端電力、及其他。機器人可作為整體自主架構之部分而經包括在群體或群落中。機器人可為具有群落或遠端控制中心之架構的部分，該群落或遠端控制中心與機器人通訊並監視機器人。

Description

工業機器人平台
本申請案主張題為「SYSTEMS AND METHODS FOR INDUSTRIAL ROBOTICS」且申請於2019年10月18日之美國專利申請案第62/923376號的權益、以及題為「INDUSTRIAL ROBOTIC PLATFORMS」且申請於2019年10月18日之美國專利申請案第62/923357號的權益，該等申請案之各者的整體在此藉引用方式整體併入，以用於所有目的並形成本說明書之部分。
本案描述工業機器人平台的特徵，特定而言是用於與群體機器人系統一起使用的通用載具平台，該等通用載具平台可與不同有效負荷部件及行動力系統互換。
機器人載具被用以進行各種任務。機器人的使用能改善獲利能力及效率，同時減少對人類的風險。然而，現存針對用以進行各種不同任務之機器人平台的解決方案在製造及操作上複雜且昂貴。因此需要有此領域的改善。
本文中揭露之範例各具有數個態樣，沒有任何單一個實範例完全負擔了本揭示的所欲屬性。在沒有限制本揭示的範疇下，將簡短地論述本案較突出的特徵。在考慮此論述之後，並特定地在閱讀題為「實施方式」之段落後，將理解本文中所述範例的特徵如何提供優於現存的對工業機器人的途徑的優勢。
本案描述工業機器人平台。機器人平台可包括附接至任務特定工具系統的通用平台。機器人可為採礦機器人，具有採礦特定工具系統附接至該通用架構，且經配置用於採礦任務。該平台為模組化的且可經用於其他工業應用及/或機器人類型，諸如建構、衛星群、燃料生產、災難復原、通訊、遠端電力、及其他。
按照一個態樣，描述一種工業機器人。該機器人經配置以在群體（swarm）機器人系統中自主地操作以完成協作工業目的。該工業機器人包括有效負荷堆疊，其經配置以進行機器人特定工業任務。通用平台堆疊支援該有效負荷堆疊，其中該有效負荷堆疊是在該通用平台堆疊經配置支援的複數個不同有效負荷堆疊類型中之一。該通用平台堆疊包括機器人硬體平台、控制系統、及機器人軟體平台。該機器人硬體平台包含支撐結構。該控制系統經配置以控制該通用平台堆疊。該機器人軟體平台經配置以操作該機器人硬體平台以利用該有效負荷堆疊進行該機器人特定工業任務。
可實施各種態樣的各種實施例。在一些實施例中，該機器人硬體平台可包括經配置以支撐該有效負荷堆疊的框架。行動力系統可與該框架耦接及移動該工業機器人。電力系統可供電給該行動力系統及該有效負荷堆疊。在一些實施例中，該控制系統可包括板上處理器以操作該機器人硬體平台及機器人軟體平台。通訊系統可跨於群落通訊網路傳送及接收資料。資料匯流排可介接於該板上處理器及一或更多個硬體平台控制模組。該機器人軟體平台可包括機器人作業系統以執行機器人控制演算法以操作該機器人硬體平台來進行該機器人特定工業任務。硬體處理器模組可介接於該一或更多個硬體平台控制模組的韌體。資料庫可儲存該機器人硬體平台及該機器人軟體平台的操作資料。使用者介面模組使使用者能遠端地存取及控制該機器人作業系統。
該機器人作業系統可執行該機器人控制演算法，藉由通過群落通訊網路來建立與第二工業機器人的自主通訊。可經由該群落通訊網路從該第二工業機器人接收有關該協作工業目的的第一資料。可回應於接收該第一資料而進行該機器人特定工業任務，及該協作工業目的達成。
該有效負荷堆疊可包括鑿、鋸子、或清掃器。該工業機器人可為採礦機器人，該採礦機器人經配置成挖地器機器人、碎石器機器人、清掃器機器人、浮選機器人、噴射混凝土機器人、焊接機器人、操縱器機器人、螺栓連接機器人、或泵送機器人。該機器人特定工業任務可包括預處理（pre-condition）岩石、破壞岩石、收集挖出的岩石、過濾/集中（concentration）挖出的岩石、運輸挖出的岩石、對隧道施加膠凝材料、強化對隧道的螺栓連接、或從隧道抽水。
在一些實施例中，該機器人可為採礦機器人而該有效負荷堆疊包含機器鑿系統。該機器人可為採礦機器人而該有效負荷堆疊可包括機器鋸系統。該機器人可為採礦機器人而該有效負荷堆疊可包括機器清掃器系統。該機器人可為採礦機器人而該有效負荷堆疊可包括機器輸送器系統。該機器人可為採礦機器人而該有效負荷堆疊可包括機器碎石器系統。
在一些實施例中，機器人可作為整體控制架構的部分被包括在群體（swarm）或群落（colony）中。機器人可為架構之部分，該架構包括複數個機器人經分組成群落、小隊、排等，且與其他機器人通訊。位於控制中心、小隊、及/或機器人層級的軟體可分析有關該平台的各種資料以供機器人的監視、通訊、及控制。可於控制中心層級、小隊層級、及機器人層級實施人工智慧（諸如機器學習）以用於由智慧決策驅動的群體行為。機器人可彼此通訊以自主地工作來完成工業任務。群落及/或遠端控制中心可與機器人通訊以監視機器人的自主操作。
在一些實施例中，一種工業機器人可在群體機器人系統中自主地操作以完成協作工業目的。該工業機器人可包括通用平台堆疊，其具有機器人硬體平台，該機器人硬體平台有框架以支撐該通用平台堆疊及有效負荷堆疊。行動力系統可與該框架耦接及移動該工業機器人。電力系統可供電給該行動力系統及該有效負荷堆疊。控制系統可包括板上處理器以操作該機器人硬體平台及機器人軟體平台。通訊系統可跨於群落通訊網路傳送及接收資料。資料匯流排可介接於該板上處理器及一或更多個硬體平台控制模組。該機器人軟體平台可包括機器人作業系統（ROS）以執行機器人控制演算法及操作該機器人硬體平台，來進行機器人特定工業任務。硬體處理器模組可介接於該一或更多個硬體平台控制模組的韌體。資料庫可儲存該機器人硬體平台及該機器人軟體平台的操作資料。使用者介面模組使使用者能遠端地存取及控制該機器人作業系統。有效負荷堆疊可進行該機器人特定工業任務。
可實施各種態樣的各種實施例。在一些實施例中，該有效負荷堆疊可包括鑿、鋸子、清掃器、輸送器或碎石器。該工業機器人可為挖地器機器人、碎石器機器人、清掃器機器人、浮選機器人、噴射混凝土機器人、焊接機器人、操縱器機器人、螺栓連接機器人、或泵送機器人。按照另一實施例，機器人特定工業任務可包括預處理岩石、破壞岩石、收集挖出的岩石、過濾挖出的岩石、運輸挖出的岩石、對隧道施加膠凝材料、強化對隧道的螺栓連接、或從隧道抽水。在一些實施例中，機器人控制演算法可包括下列步驟：通過群落通訊網路來建立與第二採礦機器人的自主通訊、經由該群落通訊網路從第二工業機器人接收有關該協作工業目的的第一資料、及回應於接收該第一資料而進行該機器人特定工業，以及基於該第一資料進行該機器人特定工業任務導致該協作工業目的的達成。按照一些實施例，該工業機器人可為挖地器機器人，該第二工業機器人是清掃器機器人，該第一資料有關挖掘而該協作工業目的可包括藉由該清掃器機器人來收集該挖地器機器人挖出的岩石。按照一些實施例，該工業機器人可為挖地器機器人，該第二工業機器人可為碎石器機器人，該第一資料有關挖掘而該協作工業目的可包括藉由該碎石器機器人來粉碎由該挖地器機器人挖掘的岩石。
以下實施方式係涉及本案的某些特定範例。本說明書中對「一個範例」、「一範例」、或「在一些實施方式中」的參考意指結合該範例所述之特定特徵、結構、或特性被包括在該發明之至少一個範例中。本說明書中各處「一個範例」、「一範例」、或「在一些實施方式中」之片語的出現不必然全部指稱相同範例，分離的或替代的範例也不必然與其他範例彼此互斥。此外，所描述之各種特徵可能展現在一些範例中但沒有在其他範例中。類似地，所描述的各種必要條件可能對一些範例是必要的但對其他範例而言非必要條件。
現將參照隨附圖式說明各種範例，該等圖式之整體中類似的數字指稱類似之元件。本文中提出之說明中使用的術語不意圖以任何限制或侷限性之方式解讀，僅因其乃連同本案的某些特定範例之詳細說明一起運用。此外，本案的範例可包括若干新穎特徵，其中沒有任何單一個特徵完全負責其所欲屬性或是要實踐本文中所述發明為必要者。
本文中所述各種工業機器人平台系統及方法可藉申請於2019年10月18日、題為「Systems and Methods for Industrial Robotics」之美國臨時申請案第62/923376號中所述系統及方法中所述的架構及特徵之任意者來使用（或使用其任意者），該美國臨時申請案在此藉引用方式整體併入本文並因所有目的形成本說明書之部分。
各工業機器人或「機器人（bot）」經配置用於進行各種工業特定任務。該等機器人各包括通用平台，該通用平台有共同的結構性、機械性、電性及/或計算系統，其經配置以與可互換的有效負荷部件及行動力部件耦接。各有效負荷部件是能各自進行獨特工業任務的複數個不同類型之有效負荷部件中之一者。該有效負荷部件與該通用平台整合且經配置用於該機器人特定的將由機器人進行的特定工業任務。各行動力部件是能各自利用獨特移動系統來移動該機器人的複數個不同類型之行動力部件中之一者。機器人包括一或更多個處理器，該一或更多個處理器與其上儲存指令的一或更多個記憶體通訊，當該等指令由該一或更多個處理器執行時藉該有效負荷部件進行該工業任務。該任務可由機器人自主地進行及/或與其他自主機器人協作以達成整體協作工業目的。該等機器人可包括各種硬體及軟體特徵（如本文中所述），其允許機器人在整體架構或系統內被使用以用於機器人的管理及控制。
可利用機器人以達成工業目的。在一些實施方式中，可將機器人用於採礦，其中該等機器人係經配置以達成採礦目的的採礦機器人。可將部署在陸地上和水底、自由太空、月球上、火星和其他天體上的機器人用於建構、 製造、拆除、衛星群、燃料生產、災難復原、通訊、遠端電力、及其他。
機器人可利用基於軟體的途徑，利用機器人的所選組合及支援基礎建設來進行這些及其他工業任務。各機器人可經部署至特定場地，個別地工作及/或以協作方式來進行相關任務以達成協作工業目的，且各機器人與支援的通訊及操作軟硬體基礎建設交織。機器人可為模組化的、群體的小外型（form-factor）機器人，該等機器人可被大量製造且允許在工業任務中顯著減少的人類參與。機器人可具任何尺寸。機器人可從細菌到星際大爭霸（Battlestar Galatica）的尺寸。A. 範例採礦機器人–範例模組化工業機器人
第1圖圖示模組化的採礦機器人1100的範例。採礦機器人1100可包括通用平台1105。通用平台1105可提供具有統一結構性、計算、及支援系統的單一系統，該單一系統經配置以與各式各樣可互換的有效負荷堆疊耦接。
通用平台1105可包括結構框或平台1106。結構平台1106可包括上部的外殼1106A及下部的支撐框1106B，其具有各式各樣不同機械及電性安裝地點及配置方式。框1106B可支撐各個模組及該通用平台的其他部件，諸如通用匯流排等。外殼1106A可容納各個模組及部件。
通用平台1105可進一步包括資料模組1107。資料模組1107可包括一或更多個匯流排及處理器，及用於儲存指令的記憶體系統及用於與其他機器人及/或其他集中式或非集中式控制系統（諸如群落控制系統）通訊的一或更多個天線和通訊模組。資料模組1107的各個部件可包括韌體中的控制器以用於操作與採礦機器人1100連接的全部模組。
通用平台1105可進一步包括電力模組1108。電力模組1108可包括下列之一或更多者：電力供應器（例如一或更多個電池）、導線及/或電力匯流排、電壓或電流轉換器模組、控制器、及硬體，以提供電力給機器人1100的各種其他模組。電力模組1108可也包括電力供應器1108a。可選地，電力供應器1108a可經結合於通用平台1105的其他模組來安裝，諸如在行動力平台1110內。
通用平台1105可包括溫度模組1109。溫度模組1109可位於與資料模組一起（如圖示），或與該平台的其他部件分開或一起。溫度模組1109可包括一或更多個溫度管理模組或模組之集合，諸如冷凍或溫度感測器模組。可選地該模組可包括加熱模組。溫度模組1109可大概運作以管理採礦機器人1100的溫度，其可包括一或更多個加熱或冷卻部件。
通用平台1105可與行動力平台1110連接。行動力平台1110可與結構性平台1106耦接。圖示有用於行動力平台的三個不同的可能部件。行動力平台1110可包含履帶式模組1111、輪式模組1112、及/或足式模組1113。圖示有完整的履帶模組1111，其有部分在通用平台1106的兩側上。為了清楚，僅圖示輪式模組1112和足式模組1113的一側。各行動力模組不同地可包含任意數目必要的履帶、輪、或足（或這些系統之任意者的混合）以用於為工業機器人提供行動力。行動力平台1110可允許行動力模組1111～1113之任意者與結構性平台1106耦接以對採礦機器人1100提供行動力。因此，結構性平台1106可包括必要的共同機械及電性連接點以用於安裝該等行動力模組。
通用平台1105可包含機器人軟體平台。機器人軟體平台可包含具有韌體的控制器層，其經配置以利用通用及有效負荷控制演算法等來操作通用及有效負荷堆疊，如本文中所述。
在某些實施方式中，通用平台1105可有不同大小（例如大、中、或小尺寸）。所運用的大小可依該特定機器人的應用而定。有效負荷堆疊1120及行動力平台1110也可有不同大小，且對於通用平台1105之對應尺寸之各者而言是可互換的。用於整個機器人在組裝後的範例尺寸及尺寸範圍包括從大約1英呎到大約15英呎的長度，從大約1英呎到大約10英呎的寬度，及從大約2英呎到大約10英呎的高度。在一些實施例中，機器人可從大約5～7英呎長，及/或3～5英呎寬，及/或2～4英呎高。
採礦機器人1100可包括有效負荷堆疊1120。有效負荷堆疊1120可包括用於進行特定工業任務的一個或一組有效負荷工具。可使用有效負荷工具以用於達成諸如特定採礦任務（例如挖掘、清掃等）之工業目的。可將有效負荷堆疊1120整合在通用平台1105的各個區域中。例如，在一些實施中有效負荷堆疊的部件可在結構性平台1106的正面、後面、頂部、底部、或側面上與結構性平台1106耦接。可選地，有效負荷堆疊1120的一或更多個部件可與行動力平台1110或行動力平台1110之模組的任意者耦接。如在某些範例中所示，有效負荷堆疊1120可包括挖地器模組1121，該挖地器模組包括挖地工具（例如機器人鑿、機器人鋸、機器人鑽頭、等等）、包括可關節活動（articulable）之關節與相連連桿裝置的機器臂模組1122、包括葉片及升舉機制的推土機模組1123、包括可旋轉的容器的混合器模組1124（例如用於水泥混合物）、及/或包括帶有流體之容器的流體容器模組1125。
可按照由特定採礦機器人1100進行的特定工業任務來選擇有效負荷堆疊1120。以下圖示在第2A圖～第9C圖中並針對該等圖所說明的採礦機器人範例可各包括通用平台1105並攜帶有選自複數個不同有效負荷堆疊類型的不同有效負荷堆疊1120。此外，採礦機器人也可在所選行動力平台1110及/或以上模組中其他者上相異，該行動力平台及/或其他模組分別選自複數個行動力平台類型及複數個模組類型。
第2A圖圖示挖地器機器人1200的實施例。挖地器機器人1200包括通用平台1105。如圖示，通用平台1105與行動力平台1110附接。行動力平台1110經實施成履帶式模組1111（經圖示成兩履帶系統）。挖地器機器人1200可包括挖地器有效負荷堆疊1220。挖地器有效負荷堆疊1220可包括挖地器工具1221，挖地器工具1221可包含機器人岩石移除工具。機器人岩石移除工具可為鑽頭或鑿或用於機械地破壞岩石（例如從岩石面）的類似工具。挖地器工具1221可為電動的、氣動的或以其他方式提供動力。挖地器工具1221可對鑽頭或鑿尖提供往復動作。
挖地器有效負荷堆疊1220可進一步包括機器臂1222。挖地器工具1221可被安裝在機器臂1222上。機器臂1222可包含複數個可關節活動的關節及連桿裝置。機器臂1222的關節可包括伺服驅動（servo-actuated）的旋轉式或平移式關節。機器臂1222可被安裝在通用平台1105上。
挖地器有效負荷堆疊1220可進一步包括感測器1223。感測器1223可為光學式、紅外線、雷射或任何其他類型的感測器。感測器1223可被使用於針對岩石面或其他環境特徵來製圖。感測器1223可結合於機器學習演算法而經使用，以用於促進利用挖地器工具1221移除岩石面的所挖掘物。
在包括挖地器有效負荷堆疊1220之機器人的某些實施例中，僅包括單一機器臂1222及挖地器工具1221。挖地器機器人1201的另一實施例圖示在第2B圖中，其中挖地器有效負荷堆疊1220可進一步包括切割器工具1225。切割器工具1225可包括往復的或旋轉的刀片以用於切入岩石面中並破壞岩石面的岩石。切割器工具1225可由電動馬達或其他類型之致動器來提供動力。切割器工具1225經安裝在機器臂1226上。機器臂1226可包括複數個關節及連桿裝置以用於連接切割器工具1225的位置。可將挖地器有效負荷堆疊1220用於機器人特定的工業任務，該等工業任務包括預處理岩石或混凝土或任何其他建構物料及破壞岩石、混凝土或任何其他建構物料。
挖地器有效負荷堆疊1220可也包括第二感測器1227。第二感測器1227可經安裝在第二機器臂1226上。類似於第一感測器1223，第二感測器1227可被用於針對岩石面製圖及控制切割器工具1225。感測器1223/1227可選地可被直接安裝在通用平台1105的另一部分上。
第3A圖～第3C圖圖示清掃器機器人1300的範例及其部件。清掃器機器人1300可包括通用平台1105。清掃器機器人1300可包括行動力平台1110。行動力平台1110可包括履帶式模組1111。履帶式模組1111可沿著且圍繞旋轉的輪子或滑輪延伸，以推動機器人1300往前及往後。清掃器機器人1300可包括清掃器有效負荷堆疊1320。清掃器有效負荷堆疊1320可收集鬆散的物料，諸如挖出的岩石。該岩石可為已由挖地器機器人1200從岩石面挖出的物料。
清掃器有效負荷堆疊1320可包括第一清掃器1321。第一清掃器1321可被安裝在刮刀或斜坡1321a上。斜坡1321a可為大概平面的構件。可將斜坡1321a定向為成一角度朝下並接觸地表面。清掃器1321可包括複數個朝外定向的刷子構件。清掃器1321可旋轉以將物料掃到斜坡1321a上。清掃器1321可以逆時針方向旋轉。清掃器有效負荷堆疊1320可包括第二清掃器1322。第二清掃器1322可相對於第一清掃器1321安裝在斜坡1321a上。第二清掃器1322可以順時針方向旋轉以大致清掃第一及第二清掃器1321、1322之間的物料。
清掃器有效負荷堆疊1320可包括輸送器1323。輸送器1323可大致位於第一及第二清掃器1321、1322之間。輸送器1323可包括安裝在一或更多個滾軸上的皮帶，以用於從斜坡1321a收集被掃起的岩石物料並將其存放在容器內。該容器可位於清掃器機器人1300上或其中。清掃器有效負荷堆疊1320可被結合於挖地器機器人1200使用於挖掘目的。清掃器有效負荷堆疊1320可經使用於機器人特定的工業任務，該等工業任務包括收集挖出的岩石、混凝土或任何其他建構物料及運輸挖出的岩石、混凝土或任何其他建構物料。
如第3B圖及第3C圖中圖示，清掃器有效負荷堆疊1320可進一步包括碎石器1324。替代地，碎石器1324可被安裝在與清掃器機器人1300分離的採礦機器人上（例如專屬碎石器機器人）。所收集的岩石物料可由輸送器1323輸送至碎石器1324中。岩石物料可被接收在進入碎石器1324之碎屑夾帶滾筒的入口1327內。該碎屑夾帶滾筒可包括出口1328。出口1328可與物料袋1329連接。碎石器1324可包括內部轉子1325。轉子1325可經可旋轉地安裝且由馬達1326提供動力。轉子1325可包括一或更多個研磨或碎石元件以供擊碎碎石器1324的內含物。碎石器1324可藉由轉子1325的旋轉來將岩石段塊粉末化成更小塊。碎石器1324的被粉碎物料可被吹入物料收集袋1329中。碎石器有效負荷堆疊可被用於包括過濾/集中挖出的岩石的機器人特定之工業任務。
第4A圖圖示浮選機器人1400。浮選機器人1400可包括通用平台1105及行動力平台1110。浮選機器人1400可包括履帶式模組1111。浮選機器人1400可進一步包括浮選有效負荷堆疊1420。浮選有效負荷堆疊1420可包括浮選單元1421。浮選單元1421可經使用於將粉碎的岩石物料分離成目標物料及不想要的物料。被粉碎的岩石物料可經接收在浮選有效負荷堆疊1420內。被粉碎的岩石物料可接著經由軟管被泵送通過浮選單元1421。浮選單元1421可分離想要的及不想要的物料。想要的物料可沿第一管路或軟管被發送。不想要的物料可沿另一管路或軟管被發送。浮選有效負荷堆疊1420可往（諸如）礦場內另一地點或區域發送廢棄或不想要的物料。浮選有效負荷堆疊1420可被用於包括過濾/集中挖出的岩石的機器人特定的工業任務。
第4B圖圖示抽吸機器人1500的範例。抽吸機器人1500可包括通用平台1105。抽吸機器人1500可包括行動力平台1110。該行動力平台可包括履帶式模組1111。抽吸機器人1500可進一步包括抽吸有效負荷堆疊1520。抽吸有效負荷堆疊1520可包括抽吸構件1521。抽吸部件1521可經安裝至機器臂1522。機器臂1522可包含用於關節活動及操縱抽吸構件1521之位置的複數個關節及連桿裝置。可選地，可包括第二抽吸構件及/或機器臂1523。抽吸有效負荷堆疊1520可經用以運輸及/或舉起物料（例如混凝土厚板）。抽吸機器人1500（例如）可舉起工具或物料就位以用於將工具或物料固定在其中。例如，它們可舉起強化物料，該等強化物料可接著被維修小隊中的其他類型機器人固定就位。作為拆除小隊之部分，抽吸機器人1500可清掃及運走不想在操作區域的內部擁有的物料。抽吸有效負荷堆疊1520可經用於包括吸引或支撐岩石、混凝土或任何其他建構物料的機器人特定的工業任務。
第5A圖圖示另一清掃器機器人1600的範例。清掃器機器人1600可包括通用平台1105。清掃器機器人1600可包括行動力平台1110及/或履帶式模組1111。清掃器機器人1600可包括清掃器有效負荷堆疊1620。清掃器有效負荷堆疊1620可相同於清掃器有效負荷堆疊1320，具有以下特徵：第一清掃器構件1621、第二清掃器構件1622、第一及第二清掃器構件1621、1622可安裝在其上的刮刀1626、及/或在第一及第二清掃器構件1621、1622之間與刮刀1626耦接的輸送器1623。清掃器有效負荷堆疊1620可進一步包括第一臂1624。第一臂1624可包括複數個連桿裝置及關節。第一臂1624可安裝在刮刀1626上。第一臂1624可概略關節活動以取得物料並將物料推入第一清掃器1621中。第一臂1624的遠端可從清掃器1621朝外延伸，收集物料，並將物料推入至清掃器1621的刷毛中。此可促進更快及更有效率的進入輸送器1623中的物料回收。類似地，第二側可包括第二機器臂1625，其相對第二清掃器1622類似該第一機器臂來操作。
第5B圖圖示噴射混凝土機器人1700的範例。噴射混凝土可包含經噴灑的混凝土化合物或其他經噴灑的硬化化合物。噴射混凝土機器人1700可包括通用平台1105。噴射混凝土機器人1700可包括行動力平台1110及/或履帶式模組1111。噴射混凝土機器人1700可包括噴射混凝土有效負荷堆疊1720。噴射混凝土有效負荷堆疊可包括噴嘴1721以用於噴灑噴射混凝土化合物。噴嘴1721可由包括複數個關節及連桿裝置的機器臂1722控制。噴射混凝土有效負荷堆疊1720可進一步包括供應軟管1723。供應軟管1723可與噴射混凝土化合物的儲存槽耦接，該儲存槽在噴射混凝土機器人1700上抑或在另一機器人或通過供應軟管1723的其他供應來源上。噴射混凝土有效負荷堆疊1720可大概被用於建構，諸如施加膠凝材料至礦場段（例如礦場或隧道）。噴射混凝土有效負荷堆疊1720可形成挖隧道/維修小隊或其他類型之小隊的部分。噴射混凝土有效負荷堆疊1720可經用於包括施加膠凝材料以支撐岩石、混凝土或任何其他建構物料、強化鋼筋、及施加鈍化塗層在內的機器人特定的工業任務。
第5C圖圖示螺栓連接機器人1800的範例。螺栓連接機器人1800可包括通用平台1105。螺栓連接機器人1800可包括行動力平台1110及/或履帶式模組1111。螺栓連接機器人1800可包括螺栓有效負荷堆疊1820。螺栓有效負荷堆疊1820可包括螺栓插入器1821。螺栓插入器1821可包含諸如螺栓、螺釘、釘子、錨栓或類似者之機械式緊固件的倉匣。該等機械式緊固件可被該倉匣饋入至致動器中。該致動器可向緊固件施力以用於將該等緊固件插入基板中。螺栓插入器1821可經由機器臂來關節活動並可包含一或更多個關節和連桿裝置。螺栓連接機器人1800可形成挖隧道或維修機器人小隊或其他類型之小隊的部分。螺栓有效負荷堆疊1820可大致被用以插入強化螺栓連接礦場段（例如礦區或隧道）。螺栓連接有效負荷堆疊1820可經使用於包括強化支撐岩石、混凝土或任何其他建構物料之螺栓連接在內的機器人特定的工業任務。
第5D圖圖示焊接機器人1900的範例。焊接機器人1900可包括通用平台1105。焊接機器人1900可包括行動力平台1110及/或履帶式模組1111。焊接機器人1900可包括焊接有效負荷堆疊1920。焊接有效負荷堆疊1920可包括焊頭1921。焊頭1921可包含一或更多個焊接構件，該一或更多個焊接構件由電源供電並藉一或更多個電線連接至該電源。焊頭1921可被機器臂1922關節活動。機器臂1922可包含一或更多個關節及連桿裝置以用於操縱焊頭1921的位置。焊接有效負荷堆疊1920可作為用於連接至金屬材料之焊接單元來運作。焊接機器人1900可形成挖隧道、維修或類似類型之機器人小隊的部分。焊接有效負荷堆疊1920可經用於包括焊接或維修及強化鋼筋或隧道支撐材料在內的機器人特定的工業任務。
第6A圖～第6C圖分別圖示三個不同挖地器機器人2000、2001、2002的實施例。挖地器機器人2000、2001、2002可包括通用平台1105及行動力平台1110。挖地器機器人2000、2001、2002可包括挖地器有效負荷堆疊2020。挖地器有效負荷堆疊2020可包括諸如以上說明的挖掘工具。挖地器機器人2000（如第6A圖中所示）可具有包括履帶式模組1111的行動力平台1110。挖地器機器人2001（如第6圖中所示）可具有包括輪式模組1112的行動力平台2010b。在所圖示範例中，輪式模組1112之各側包括三個輪子。挖地器機器人2002（如第6C圖中所示）可包括包括足式模組1113的行動力平台1110。足式模組1113之各側包括三個足部，其可經鉸接以對挖地器機器人2002提供行動力。行動力平台1110的各不同行動力模組可在相同通用平台1105及挖地器有效負荷堆疊2020下可互換。
第7A圖圖示推土機機器人2100的範例。推土機機器人2100可包括通用平台1105。推土機機器人2100可包括行動力平台1110及/或履帶式模組1111。推土機機器人2100可包括推土機有效負荷堆疊2120。推土機有效負荷堆疊2120可包括葉片及/或升舉模組2121。推土機有效負荷堆疊2120可大概被用於移動鬆散的物料（諸如被粉碎的岩石）。推土機有效負荷堆疊2120可被使用在各種機器人小隊中，諸如挖隧道、拆除、維修、及清理小隊。
第7B圖圖示泵送機器人2200的實施例。泵送機器人2200可包括通用平台1105。泵送機器人2200可包括具有輪式模組1112的行動力平台1110。泵送機器人2200可包括流體有效負荷堆疊2220。流體有效負荷堆疊2220可包括抽吸噴嘴2221。流體有效負荷堆疊2220可包括機器臂2222。抽吸噴嘴2221可被安裝在機器臂2222上。流體有效負荷堆疊2220可包括一或更多個儲存槽2223。儲存槽2223可與附接於抽吸噴嘴2221的軟管耦接，而利用抽吸噴嘴2221可將流體吸入流體儲存槽2223中。替代地（或額外地），抽吸噴嘴2221可為噴灑噴嘴。流體有效負荷堆疊2220可被利用在各種機器人小隊中，諸如挖隧道、拆除、維修、及清理小隊。流體有效負荷堆疊2220可被使用於吸引來自礦場段（例如採礦場或隧道）的水。在另一實施方式中，泵送機器人2200可經配置成噴砂器及噴霧器機器人（未圖示）。噴砂器及噴霧器機器人可包括噴嘴，其經配置於噴灑物質來輔助挖掘、清理、或其他採礦相關的任務。流體有效負荷堆疊2220可經用於包括吸引或泵送水、清潔、及施加鈍化塗層之機器人特定的工業任務。
第7C圖圖示3D建構機器人2300。3D建構機器人2300可包括通用平台1105。3D建構機器人2300可包括行動力平台1110及/或履帶式模組1111。3D建構機器人2300可包括3D建構有效負荷堆疊2320。3D建構有效負荷堆疊2320可包括噴嘴2321。噴嘴2321可被安裝在機器臂2322上。機器臂2322可包含一或更多個關節及連桿裝置以用於移動噴嘴2321。軟管可沿機器臂2322延伸並與噴嘴2321耦接。該軟管可與3D化合物儲存槽2323耦接。儲存槽2323可與泵耦接以向噴嘴2321泵送3D建構化合物。該3D建構化合物可為水泥、聚合物或其他類型的化合物，經使用於新物料的建構、填充空隙、施加黏著劑、及類似活動。3D建構機器人2300可經使用於各種機器人小隊中，諸如挖隧道及維修小隊。3D建構有效負荷堆疊2320可經用於包括施加膠凝材料或強化物至支撐岩石、混凝土或任何其他建構物料的機器人特定的工業任務。
第7D圖圖示操縱器機器人2400的範例。操縱器機器人2400可包括通用平台1105。操縱器機器人2400可包括行動力平台1110及/或履帶式模組1111。操縱器機器人2400可包括維修有效負荷堆疊2420。維修有效負荷堆疊2420可包括機器人操縱器2421。機器人操縱器2421可包括一或更多個可關節活動的構件，諸如用於夾持操縱其他物體的夾持機構。機器人操縱器2421可與機器臂2423耦接。機器臂2423可包括複數個關節及連桿裝置以用於移動機器人操縱器2421。可選地，維修有效負荷堆疊2420可包括第二機器人操縱器2422及機器臂2424。操縱器機器人2400可經使用在各種機器人小隊中，諸如挖隧道、拆除、維修、及清理小隊。維修有效負荷堆疊2420可經用於包括清潔、維修、強化鋼筋及移除鏽蝕的機器人特定的工業任務。
第8A圖～第8C圖分別圖示測量機器人2500、2501、2502的範例實施例。測量機器人2500、2501、2502可包括通用平台1105及行動力平台1110。測量機器人2500、2501、2502可包括測量有效負荷堆疊2520。測量有效負荷堆疊2520可包括測量模組2521。測量模組2521可包括一或更多個感測器，諸如雷射、紅外線、GPS或類似者，以用於進行測量任務。測量有效負荷堆疊2520可進一步包括機器臂2522。機器臂2522可包括終端效應器2523。終端效應器2523可包括定位系統，其中終端效應器2523的末端可被用於結合於測量機器人2500的這些測量任務來進行其他物體及環境的測量。第8A圖圖示測量機器人2500，其具有包括履帶式模組1111的行動力平台1110。第8B圖圖示測量機器人2501，其具有包括輪式模組1112的行動力平台1110。第8C圖圖示測量機器人2502，其具有包括足式模組1113的行動力平台1110。
第9A圖圖示月球油箱機器人2600的範例。月球油箱機器人2600可包括通用平台1105。月球油箱機器人2600可包括行動力平台1110。行動力平台1110可包括月球履帶式模組1114，其包括一對履帶，該對履帶有複數個凸緣自其延伸並經配置用於在月球環境中使用。月球油箱機器人2600可包括流體有效負荷堆疊2620（類似於流體有效負荷堆疊2220）。
第9B圖圖示月球推土機2700的範例。月球推土機2700可包括通用平台1105。月球推土機2700可包括行動力平台1110。行動力平台1110可包括月球輪式模組1115，其在各側上有一或更多個輪子。該等輪子可包括從中心半徑朝外延伸的凸緣。該等輪子可經設計用於在月球表面上使用。月球推土機2700可包括推土機有效負荷堆疊2720（類似於推土機有效負荷堆疊2120）。
第9C圖圖示月球挖地器機器人2800的範例。月球挖地器機器人2800可包括通用平台1105。月球挖地器機器人2800可包括行動力平台1110。行動力平台1110可包括月球輪式模組1115。月球挖地器機器人2800可包括挖地器有效負荷堆疊2820（類似於上述的挖地器有效負荷堆疊1220）。B. 群體機器人架構–用於遠端控制中心、群落控制中心、及工業機器人的範例硬體 / 軟體
第10A圖是工業機器人系統3200之範例的方塊圖。工業機器人系統3200可包括機器人軟體平台及控制中心架構，如進一步說明。機器人3210經圖示成具有各種模組的方塊圖。對於各機器人或各機器人「種類」，可生成針對特定通用及有效負荷堆疊（例如有效負荷特定的工具或工具集合）的必要硬體和軟體模組之配置方式，使機器人可在硬體及軟體層級被組裝。所有系統可經模組化使得硬體及軟體功能性組合件的簡潔性跨於各機器人種類為持久的。可實施標準介面使得整合的額外負擔對於結構化、電力及資料介面是最小的。在一些實施方式中，通用介面可控制在模組之間的資料、電力、及消耗品的流通。
機器人3210包括處理器3212，其經圖示成軟體處理框架。處理器3212可為跨於不同架構模組來管理資料處理的主要結構性架構，例如確保資料完整性、最小時延、交付保證、歸檔及視覺化。處理器3212可與用於控制及/或管理機器人3210的一或更多個模組通訊。如圖示，處理器3212與控制器區域網路（CAN）處理模組3214通訊。CAN處理模組3214介接於用於整合在該CAN匯流排中之彼等硬體模組的韌體控制器。如圖示，CAN處理模組3214介接於感測器韌體3216、有效負荷韌體3218、電力韌體3220、及溫度韌體3222。
在一些實施方式中，底下的資料處理架構可包括資料管理模組。資料管理模組可包括開放原始碼、記憶體中的資料結構儲存器，其經使用作為資料庫、快取、及訊息中介者，諸如redis資料庫。該資料管理模組可包括經配置以與該CAN、機器人作業系統（ROS）、及機器人3210中的其他處理框架交易操作及遙測的介面及API。該架構可也包括人機介面（HMI）以操作機器人任務、對influx DB關聯資料庫或等效者之注入器（injector）來將操作資料視覺化。
處理器3212進一步與機器人作業系統（ROS）處理模組3224通訊。ROS處理模組3224介接於用於整合進ROS中的感測器及套件的一或更多個處理模組。如圖示，ROS處理器3224與感測器模組3226（經圖示成攝影機/感測器主題）和有效負荷模組3228（經圖示成有效負荷主題(機器人技術/控制/機器學習)）通訊。
在一些實施方式中，有效負荷模組3228可包括機器鋸（或robosaw）模組。機器鋸或robosaw模組可經用以控制鋸子或類似鋸子的工具以用於材料切割，諸如藉由挖地器機器人。機器鋸或robosaw模組可經配置用於鋸子（諸如商用現成的鋸子或自製的鋸子）的自主機器人操作。機器鋸或robosaw模組可經配置以控制與鋸子整合的機器臂。機器鋸或robosaw模組可包括軟體套件、指令碼（scripts）及檔案以操作鋸子，包括利用施力、電力、RGBD攝影機、及/或其他輸入以根據反饋迴圈調整操作的控制系統。
在一些實施方式中，有效負荷模組3228可包括機器鑿或robochisel模組。與針對robosaw模組所述之特徵相同或類似者可應用至robochisel模組，但是用於操作鑿子或類似鑿子的工具以供物料的挖掘或拆除，諸如藉由挖地器機器人。robochisel模組可經配置以自主地控制鑿子或類似工具以用於在採礦、建構、及應用此架構及機器人的其他情境的過程中移除岩石、混凝土、或其他物料。robochisel模組可包括軟體套件、指令碼及檔案以操作鑿子，包括利用施力、電力、RGBD攝影機、及/或其他輸入以根據反饋迴圈調整操作的控制系統。也可控制附接至鑿子的機器臂。
處理器3212進一步與演算法處理模組3230通訊。演算法處理模組3230與人工智慧模組3232（圖示成機器學習(ML)套件）及控制模組3234（圖示成機器人技術/控制套件）通訊。在一些實施方式中，機器人技術、控制及ML套件可以Python或C++直接嵌入在主處理框架中。
人工智慧（AI），諸如機器學習，可在整個群落是持續的。可藉強大的機器人及控制演算法和機器學習（例如強化式學習、深度強化式學習、及/或其他方法）作為手段來實施人工智慧。可將機器學習代理器嵌入機器人、小隊及/或群落層級處。全部小隊之整體、及/或全部群落之整體，可表現成一個群體，該群體由該群落中每個層級進行之智慧決策所驅動。
在一些實施方式中，機器人3210可包括象限管理器模組。象限管理器模組可為人工智慧模組3232、控制模組3234、或其他模組之部分。象限管理器模組可經配置以自主地將由機器人收集的挖掘區之地形的影像分解成連續的個別分區以供挖掘。可根據操作者輸入來配置象限維度。
在一些實施方式中，機器人3210可包括標靶器（targeter）模組。標靶器模組可為人工智慧模組3232、控制模組3234、或其他模組之部分。標靶器模組可包括ML或其他AI演算法以供各種工具或其組合（諸如機器臂及/或拆除榔頭）之用，來智慧地瞄準要挖掘/拆除之平面中的區域。
處理器3212進一步與一或更多個資料庫3236通訊。資料庫3236可為儲存資料所在的記憶體。資料處理框架配置資料、即時操作性資料、及/或其他資料可經儲存並歸檔在一或更多個資料庫3236中以用於即時操作、後處理、視覺化等。在一些實施方式中，一或更多個資料庫3236可位於機器人3210遠端，諸如在群落控制中心處。
處理器3212進一步與使用者介面模組3238通訊。使用者介面模組3238與人機介面（HMI）模組3240、資料分析模組3242、及/或虛擬實境/擴增實境（VR/AR）模組3244通訊。可在板上處理器中直接存取、或經由虛擬私人網路（VPN）或安全加密連線遠端地存取使用者介面模組3238。
機器人3210可向群落控制中心發送資料，例如經由諸如無線隨意網路（ad-hoc network）之群落通訊網路，例如用於監視及支援機器人3210及/或群落。可由進行操作之監管控制的人類操作者來監視及管理整個資料或部分資料。
在一些實施方式中，遠端控制中心可包括遠端通訊系統、命令及控制系統、及/或使用者介面。該遠端通訊系統可經配置以經由遠端通訊網路接收來自群落控制中心的所有資料並發送更新資料至群落控制中心。該命令及控制系統可包括經配置以監視、控制、處理、儲存及更新群落資料的一或更多個電腦、伺服器、切換器、資料庫等。該使用者介面（例如顯示器、HMI、AR、VR、等等）可經配置以讓使用者能遠端地監視及控制群落及/或群落控制中心。群落控制中心可包括群落通訊網路/通訊系統。群落通訊網路/通訊系統可從任意數目的機器人、小隊、排、群落接收具各種類型的資料。監管的命令及控制系統可分析進來的資料（還有其他任務）並生成更新資料。更新資料可包括命令、優先度、行為、使命、計畫、對現存任務的修訂、操作性閾值、虛擬圍欄、及/或一般高階操作指令。此更新資料經由群落通訊網路/通訊系統被傳達至任意數目的機器人、小隊、排、群落。對於更新資料的通訊可為連續的（例如不是序列性的）。對於更新資料的通訊可即時發生，具有無限之數目的平行串流被多向地通訊。監管的命令及控制系統，連同群落通訊網路/通訊系統，可為分散式的，使得不需要存在有用於各個需求的分離實體（例如，可跨於任意數目的機器人、小隊、排、群落及/或其他元素而分散）。
本文中所述的針對群體操作的各個擊破途徑可包括系統，該系統中單一有機體不必所有事都做、單一有機體也不會只有一種尺寸。此種特殊化允許各機器人去熟練地做一個或所選數目的任務。因此易於訓練單一種功能，其中對於功能協作具有撓性。系統可允許對各功能之權重的快速重新配置，以對執行特定工業目的中的改變或進程快速反應。這些可以各種方式體現出來，例如不僅可以隨需要更改各機器人的功能，也可以根據永久性的工作規模進行調整和改善，且尤其是正確調整勞動力規模，從而永遠不會有產能過剩的情況。C. 工業機器人–用於工業機器人的範例計算硬體
第10B圖是機器人3400之範例的方塊圖。機器人3400可與本文中所述各種系統中任意者一起使用，諸如系統3200。機器人3400可具有與第1圖～第9圖中圖示的及說明的機器人相同或類似的特徵及/或功能，且反之亦然，以及可與第1圖～第9圖之系統一起使用的機器人硬體平台。
機器人3400包括整體硬體平台3412。硬體平台3412整合硬體子系統，該等硬體子系統之各者可包括可經架構成如3210中所述的子系統及結構性硬體、電腦硬體、及/或軟體。
機器人3400包括行動力平台3414。行動力平台3414能類似於上述的行動力平台1110，且反之亦然。行動力平台3414可包括下列之一或更多者：2履帶式模組3416、N輪式模組3418、N足式模組3420、及混合模組3422。混合模組3422可包括履帶、輪、及/或足的組合。行動力平台3414經配置以被操作來致使機器人3400移動，諸如藉由命令致動器去移動履帶、輪、足、等等。各種行動力模組乃專用以移動機器人3400。可將不同類型的模組與通用平台結構框整合。
機器人3400包括電力平台3424。電力平台3424能類似於電力模組1108且反之亦然。電力平台3424可包括下列之一或更多者：電力匯流排及感測器模組3426、電壓/電流上/下轉換器模組3428、及一或更多個電力控制模組3430。各種電力模組可包括電力匯流排及/或導線束、控制器及硬體以在正確電壓並具有對抗過度/過低電流、短路、及靜電放電（ESD）之必要保護之下供應電力至不同硬體模組。
機器人3400包括資料平台3432，其經圖示成匯流排。資料平台3432能類似於資料模組1107且反之亦然。資料平台3432可包括下列之一或更多者：CAN匯流排及處理器模組3434、一或更多個板上處理器模組3436、資料控制（harness）模組3438、及用於發送及/或接收通訊信號的一或更多個天線模組3440。資料平台3432可為CAN、UDP、RS232、TCP/IP或等效者，或以上類型匯流排之組合。各種資料匯流排模組可包括資料處理控制器及韌體、用以控制及操作機器人3400中之所有模組所必要的板上處理器、及/或諸如用以發送及接收資料之天線的通訊部件。
機器人3400包括結構平台3442。結構平台3442能類似於上述的結構平台1106且反之亦然。結構平台3442可包括下列之一或更多者：有效負荷機架模組3444（諸如外殼），及有效負荷支撐模組3446。結構平台3442可提供經配置以支援各式各樣不同任務特定有效負荷的通用平台，諸如用於達成工業目的之特定任務所使用的不同工具。結構平台3442可包括有效負荷機架外殼，諸如具有側壁及蓋的平床，其他模組（諸如有效負荷及通用模組）可經整合與包覆在其中或與其整合或包覆，以用於環境控制等。
機器人3400包括溫度平台3448。溫度平台3448能類似於上述的溫度模組1109且反之亦然。溫度平台3448可包括下列之一或更多者：溫度管理模組3450或一組模組3450（其經圖示成冷凍模組）及溫度感測器模組3452。模組3450可為加熱模組。溫度感測器模組3452可包括各式各樣溫度感測器，其提供有關機器人3400之各個部件的溫度的資料，溫度管理模組3450可利用該資料以增加或減少對該等部件的加熱或冷卻。各種溫度模組可包括用以溫度控制硬體平台3412之硬體模組所必要的加熱或冷卻單元、管道或導管、及/或溫度感測器。
機器人3400包括有效負荷平台3454。有效負荷平台3454包括一或更多個有效負荷模組3456。有效負荷模組3456可包括用於進行一或更多個特定工業任務的一或更多個有效負荷工具（其不一定在相同結構上的同地點）。各工具可被用於進行特定工業任務，其與進行其他特定工業任務的其他機器人3400協作，可被進行以達成工業目的（例如採礦，如本文中將進一步說明）。各種有效負荷模組可與通用平台堆疊整合以實現用於該有效負荷的特定任務。
在一些實施方式中，機器人3400可包括通用平台，該通用平台包含機器人硬體平台。該機器人硬體平台可包括經配置以支撐該通用平台及有效負荷堆疊/工具的結構框。該機器人硬體平台可包括行動力平台3414，其與該框耦接且經配置以移動機器人3400。機器人硬體平台可包括經配置以供電給行動力平台3414和有效負荷平台3454的電力系統3424。機器人硬體平台可包括溫度系統3448，其經配置以溫度控制通用及有效負荷堆疊。機器人硬體平台可包括資料處理系統3432，其經配置以控制通用及有效負荷堆疊。機器人硬體平台可包括天線模組3440，其經配置以從機器人3400發送第一資料及接收往機器人3400的第二資料。機器人硬體平台可包括資料匯流排，其經配置以介接於資料處理系統3432。
在一些實施方式中，機器人3400可包括通用平台，該通用平台包含機器人軟體平台。機器人3400可包括硬體及軟體平台。機器人軟體平台可包含機器人3210中說明之該等模組。機器人軟體平台可包含具有韌體的控制器層，其經配置以利用通用及有效負荷控制演算法來操作通用及有效負荷堆疊。機器人軟體平台可包含包括有一個或若干資料協定層的架構堆疊，該架構堆疊經配置以監視來自通用及有效負荷控制演算法的資料及發送資料至硬體韌體控制器。機器人軟體平台可包含機器人控制演算法層，其專用於控制、監視、及操作通用及有效負荷硬體來進行該機器人特定的機器人任務。機器人軟體平台可包含資料庫系統，用於支援專用於支援該系統之操作的軟體套件及部件，且經配置以儲存及處理系統操作性資料。
本文中描述針對採礦工業任務的各種範例。可將該等系統及方法使用於其他工業任務，諸如部署在陸地上和水底、自由太空、月球、火星和其他星體上的建構、製造、拆除、衛星群、燃料生產、災難復原、通訊、遠端電力、及其他。
在一些實施方式中，可利用該等系統及方法於群體機器人採礦（SRM）。SRM群落可包括功能性小隊，其進行端到端（end-to-end）的採礦功能。主要小隊可為採礦小隊，其可包括多個「種類」，如進一步說明。功能性小隊可經分組成排，其中具有相同或不同功能的小隊可根據場地的地形及針對該群落所定義的經濟表現度量來分組。
可利用採礦小隊來取代習知採礦途徑的鑽井-爆破-採礦及主要集中功能。不需要大型的爆破。替代地，群體小隊被部署在礦區中通過不同有效負荷技術的利用來預處理及挖掘岩石，該等不同有效負荷技術經最佳化以用於超精密採礦。採礦之後接著藉由將物料粉碎成精細的顆粒集中物來原地（in-situ）集中，該等顆粒集中物能被移出礦場或饋入至流化床中以用於該等物料的原地浮選。浮選產物由清掃器/搬運器機器人液壓吊掛、輸送或運輸離開礦場。
在一些實施方式中（且如進一步說明者），一或更多個機器人可為經配置以預處理及破壞岩石的挖地器機器人。在一些實施方式中，一或更多個機器人可為經配置以收集及/或粉碎岩石的碎石器機器人。在一些實施方式中，一或更多個機器人可為經配置以浮選集中顆粒物來萃取出目標物料的浮選機器人。可實施其他的過濾途徑。D. 群體機器人架構–用於群落控制中心及工業機器人小隊的範例硬體 / 軟體
第10C圖是工業機器人系統3550的範例的方塊圖。可使用工業機器人系統3550作為第10A圖的工業機器人系統300，且反之亦然。機器人3552包括子系統韌體3554。該子系統韌體包括操作模組3560、狀態模組3562、位置模組3564、及感測器或感測器模組3566。可在機器人子系統韌體中生成子系統資料，且可利用各種模組分析該子系統資料。操作模組3560可分析包括有關機器人3552之操作狀態的資料的子系統資料，諸如採礦子系統資料（例如挖掘參數、等等）。狀態模組3562可分析包括有關機器人系統內務處理、溫度、故障狀態、等等資料的子系統資料。位置模組3564可分析包括有關機器人地理位置、諸如鉸接部件（諸如臂、足、工具、等等）之位置或定向的相對子系統位置之資料的子系統資料。感測器模組3566可分析包括有關視訊及資料串流之資料的子系統資料。
機器人3552包括匯流排處理系統3556。匯流排處理系統3556是分配用於後續操作之資料的平台匯流排。匯流排處理系統3556可基於對接收自機器人3552之子系統韌體3554的韌體資料應用群體演算法，來處理資料。該資料可接收自機器人3552及/或接收自其他機器人，諸如相鄰機器人、在相同小隊及/或群落內的機器人。該資料可經接收自一或更多個控制中心（諸如群落或遠端控制中心）且可經由本文中所述一或更多個通訊網路所接收。
機器人3552包括通訊系統3558。通訊系統3558可經配置以發送各種資料至機器人3552及從機器人3552接收各種資料。通訊系統3558可包裝資料以用於傳輸。通訊系統3558可中繼所接收的資料，例如從相鄰機器人接收的資料。通訊系統3558可識別及/或去轉換經接收的相關資料以供由匯流排處理系統3556處理。通訊系統3558可與群落通訊網路通訊。
在工業採礦操作的情境中，藉由從機器人到機器人及/或經由通訊網路的通訊手段，此種資料傳輸可從礦井（垂直的、傾斜的、螺旋的或其他幾何形狀）、採礦場、礦區、隧道或均等者之內的一或更多個機器人3552，往相鄰或出入井（垂直的、傾斜的、螺旋的或其他幾何形狀）、採礦場、礦區、隧道或均等者之內的一或更多個機器人3552，一直到群落控制中心的表面。
資料可在機器人3552之間來往發送或接收。可實施本文中所述各種對通訊網路的途徑。在一些實施方式中，連網的完成是藉由行動隨意網路之手段。其可為固定式網路。該網路可由人類設立，或由一或更多個機器人所設立。可於架構的機器人層級、小隊層級及/或群落層級支援全部的或一些的資料傳輸。
各機器人可包括資料封包機器人節點訂閱。各資料封包可具有標頭，其提供有關機器人、小隊、排及封包類型的識別資訊。小隊內的鄰近機器人可訂閱、接收、處理、及發送對於群體行為必要的資料封包。群落內（諸如排之內）的鄰近小隊可訂閱、接收、處理、及發送對於中型規模之狀態覺察（諸如於小隊層級）必要的資料封包。群落內的鄰近排可訂閱、接收、處理、及發送對於中型規模之狀態覺察（諸如於排層級）必要的資料封包。鄰近群落可訂閱、接收、處理、及發送對於巨型規模之狀態覺察（諸如於群落層級）必要的資料封包。識別資訊可包括群落識別符、排識別符、小隊識別符、機器人識別符、機器人地點識別符、機器人位置識別符、健康資料、效能資料、操作資料、內務處理資料及/或感測器資料。
通訊網路可隨系統被實施及利用而演進。在一些實施方式中，例如於習知場地的初始或局部部署，可由人類通過固定基礎建設來建立網路。對於較成熟的群落，可由具有連網有效負荷的機器人建立隨意網路格線。網路可經動態更新，以使群落中的高密度操作區域（例如於某一特定部署）場地被支援隨時有所需的頻寬等等。有人控制中心（諸如本文中所述群落控制中心）可部署於群落場地且可是對機器人的唯一人類介面。群落控制中心可通過群落通訊網路連接至群落中的機器人。群落控制中心也可經由衛星或地面網路連接至遠端控制中心（例如位於離開場地之處）。群落控制中心可為人類進行監視及例外管理還有其他離線支援功能之處。
利用自主機器人的架構系統及方法有各種獨有的理想特徵。例如，必要的基礎建設可經最小化，例如因為迴圈中有較少的人類。因為較少人類，安全成本有明顯降低。在採礦情境中，可有較大可能性取得現今為了經濟及其他因素而無法取得的礦石體。有較大可能性取得現今人類礦工無法取得的礦石體。
作為進一步範例，在採礦情境內，機器人的外型可根據礦石體及有效負荷需求而最佳化，使得機器人可以最少的徒勞挖掘來追蹤礦石體。此種途徑使得有相較於習知的採礦法的數個關鍵優點。例如，避免巨型爆破的需要代表了對礦場之結構完整性的較少影響，導致在礦場結構上的較少螺栓連接及拉撐（bracing）。進一步，習知的採礦法需要結構上提供對人類礦工及重機械的接取。相反的，本文中所述的機器人途徑通過機器人外型和超精密採礦提供了最少的廢棄岩石挖掘物，此允許增加生產力及減少礦場結構複雜性。進一步，原地集中代表挖出的物料不需要被移出礦場並被運載到有時在距離很遠之處的集中場中，反而可以在現場完成而減少物料運輸複雜性。既然挖掘出最少的廢棄岩石，則被移出的總岩石量也降低了。進一步，在一些實施中原地浮選的利用代表被挖出的岩石經進一步集中，使得僅有礦石中的目標物料被移出礦場。此進一步減少從礦場挖出的總物料量，有時減少至全部挖出的礦石的一小部分。
儘管以上詳細說明已圖示、說明、及指出適用於各個範例的本案新穎特徵，將理解本領域之技藝人士在所例示之系統或製程的形式及細節中可做出各種省略、替代、及改變，而無悖離本案之精神。如將確知的，本案可實現為沒有提供本文中闡述之全部特徵及優點的一種形式，因為一些特徵可與其他特徵分開地被利用或實踐。本發明之範疇由隨附申請專利範圍所表示，而非前述說明。落在申請專利範圍之意義及範圍內的全部改變將被涵蓋在申請專利範圍的範疇內。該等系統、裝置、及方法因此可以許多方式實踐。
本領域之技藝人士也將理解到一個範例中包括的零件可與其他範例互換；來自一個經描繪範例的一或更多個零件可以任意組合被包括在其他經描繪範例中。例如，本文中所述的及/或描繪在圖式中的各種部件的任意組合可經組合、互換、或自其他範例中排除。標題的使用僅為了易於閱讀，不是意圖以任何方式限制本揭示案的範疇。來自一個標題區段的任何特徵或範例可被應用至另一標題區段的任何其他特徵或範例。
流程圖順序僅是說明性的。本領域之技藝人士將理解本文中所述的流程圖中所實施的步驟、決策、及製程可以不同於本文中說明的順序來進行。因此，特定流程圖及說明不意圖將相關聯的製程限制成以所述的特定順序來進行。
針對本文中實質上任何複數型及/或單數型術語的使用，本領域之技藝人士可依照對情境及/或應用適當者來從複數型轉譯成單數型及/或從單數型轉譯成複數型。為了清楚起見，各種單數型/複數型置換在本文中經明確地闡述。
本領域之通常知識者將理解，一般而言，本文中使用的術語一般意圖為「開放式」術語（例如術語「包括」應被解讀成「包括但不限於」，術語「具有」應被解讀成「至少具有」，術語「包括」應被解讀成「包括但不限於」，及其他）。本文中所用之術語「包含」同義於「包括」、「內含」、或「其特徵在於」，且為包容性或開放式的，並不排除額外的、未被記載的元件或方法步驟。
本領域之通常知識者將進一步理解，若意圖導入特定數目的請求項敘述，此種意圖將被明確記載在請求項中，沒有此種記載則不存在此種意圖。例如，作為理解之輔助，以下隨附請求項可包含引導式片語「至少一個」及「一或更多個」之使用以導入請求的敘述。然而，此類片語的使用不應被解讀為隱含藉由不定冠詞「一」或「一個」引入的請求敘述限制了任何包含此種引入請求敘述的特定請求項為僅包含一個此敘述的範例，即使當相同請求項包括有該引導式片語「一或更多個」或「至少一個」還有諸如「一」或「一個」之不定冠詞（例如，「一」及/或「一個」常見應被解讀為表示「至少一個」或「一或更多個」）；對用於引入請求敘述的定冠詞的使用也是同理。此外，即使明確載明特定數目的被導入請求敘述，本領域之技藝人士將理解此種敘述常見應被解讀為表示至少是該被敘述的數目（例如單單記載「兩個敘述」，而沒有其他修飾詞，常見為代表至少兩個敘述，或兩個或更多個敘述）。
此外，在其中利用了類似於「A、B、及C等中至少一者」的慣例的實例中，一般而言此種結構本意為本領域之技藝人士將理解此慣例的方式（例如「具有A、B、及C中至少一者的系統」將包括但不限於以下系統：只有A的、只有B的、只有C的、有A和B一起、有A和C一起、有B和C一起、及/或有A、B、和C一起等）。在其中利用了類似於「A、B、或C等中至少一者」的慣例的實例中，一般而言此種結構本意為本領域之技藝人士將理解此慣例的方式（例如「具有A、B、或C中至少一者的系統」將包括但不限於以下系統：只有A的、只有B的、只有C的、有A和B一起、有A和C一起、有B和C一起、及/或有A、B、和C一起等）。本領域中通常知識者將進一步理解，無論是在說明書、申請專利範圍或圖式中，幾乎任何代表兩個或更多個替代性術語的歧義詞及/或片語，應被理解為設想了包括該等術語之一、該等術語中任一、或該等術語兩者之可能性。例如，片語「A或B」將被理解成包括「A」或「B」或「A及B」之可能性。
本說明書及申請專利範圍中使用的表達數量的全部數字應被理解成在全部實例中被術語「大約」所修飾，除非有相反表示。因此，除非相反地指明，本說明書及隨附申請專利範圍中闡述的數字參數為趨近值，其可依本發明所欲獲得之期望屬性而異。在最低限度，而非企圖將均等論的應用限制在申請專利範圍的範疇中，各數字參數應根據顯著位元的個數及普通四捨五入法被解讀。例如，諸如大約、近似、實質上、及類似術語可在各個範例中代表±1%、±5%、±10%、或±20%的百分比相對偏差。
本文中所引用的全部參考文件在此藉引用方式整體併入。在藉引用方式併入的揭示文件和專利文件或專利申請案與本說明書中包含的揭示內容抵觸的範圍內，本說明書意圖為凌駕及/或優先於任何此類抵觸的內容。
1100:採礦機器人 1105:通用平台 1106:結構平台 1106A:外殼 1106B:支撐框 1107:資料模組 1108:電力模組 1108A:電力供應器 1109:溫度模組 1110:行動力平台 1111:履帶式模組 1112:輪式模組 1113:足式模組 1115:月球輪式模組 1120:有效負荷堆疊 1121:挖地器模組 1122:機器臂模組 1123:推土機模組 1124:混合器模組 1125:流體容器模組 1200,1201:挖地器機器人 1220:挖地器有效負荷堆疊 1221:挖地器工具 1222:機器臂 1223,1227:感測器 1225:切割器工具 1226:機器臂 1300:清掃器機器人 1321,1322:清掃器 1321a:斜坡 1323:輸送器 1324:碎石器 1325:轉子 1326:馬達 1327:入口 1328:出口 1329:物料袋 1400:浮選機器人 1420:浮選有效負荷堆疊 1421:浮選單元 1500:抽吸機器人 1520:抽吸有效負荷堆疊 1521:抽吸構件 1522:機器臂 1523:第二抽吸構件及/或機器臂 1600:清掃器機器人 1620:清掃器有效負荷堆疊 1621:清掃器構件 1622:清掃器構件 1623:輸送器 1624:機器臂 1625:機器臂 1626:刮刀 1700:噴射混凝土機器人 1720:噴射混凝土有效負荷堆疊 1721:噴嘴 1722:機器臂 1723:供應軟管 1800:螺栓連接機器人 1820:螺栓連接有效負荷堆疊 1821:螺栓插入器 1900:焊接機器人 1920:焊接有效負荷堆疊 1921:焊頭 1922:機器臂 2000,2001,2002:挖地器機器人 2020:挖地器有效負荷堆疊 2100:推土機機器人 2121:葉片及/或升舉模組 2200:泵送機器人 2220:流體有效負荷堆疊 2221:抽吸噴嘴 2222:機器臂 2223:儲存槽 2300:3D建構機器人 2320:3D建構有效負荷堆疊 2321:噴嘴 2322:機器臂 2323:3D化合物儲存槽 2400:操縱器機器人 2420:維修有效負荷堆疊 2421,2422:機器人操縱器 2423,2424:機器臂 2500,2501,2502:測量機器人 2520:測量有效負荷堆疊 2521:測量模組 2522:機器臂 2523:終端效應器 2600:月球油箱機器人 2620:流體有效負荷堆疊 2700:月球推土機 2720:推土機有效負荷堆疊 2800:月球挖地器機器人 2820:挖地器有效負荷堆疊 3200:系統 3210:機器人 3212:處理器/資料處理框架 3214:控制器區域網路（CAN）處理模組 3216:感測器韌體 3218:有效負荷韌體 3220:電力韌體 3222:溫度韌體 3224:機器人操作系統（ROS）處理模組 3226:感測器模組（攝影機/感測器主題） 3228:有效負荷模組（機器人/控制/ML） 3230:演算法模組 3232:人工智慧模組 3234:控制模組 3236:資料庫 3238:使用者介面模組 3240:HMI模組 3242:資料分析模組 3244:VR/AR模組 3400:機器人 3412:硬體平台 3414:行動力平台 3416:2履帶式系統 3418:N輪式系統 3420:N足式系統 3422:混合系統 3424:電力平台 3426:電力匯流排及感測器模組 3428:電壓/電流上/下轉換器模組 3430:電力控制模組 3432:資料平台 3434:CAN匯流排及處理器模組 3436:板上處理器模組 3438:資料控制模組 3440:天線模組 3442:結構平台 3444:有效負荷機架模組 3446:有效負荷支撐模組 3448:溫度平台 3450:溫度管理模組 3452:溫度感測器模組 3454:有效負荷平台 3456:有效負荷模組 3550:工業機器人系統 3552:機器人 3554:子系統韌體 3556:匯流排處理系統 3558:通訊系統 3560:操作模組 3562:狀態模組 3564:位置模組 3566:感測器模組
從以下說明及隨附申請專利範圍，連同附加的圖式，將更完整顯見本案的前述的及其他特徵。在理解這些圖式僅描繪按照本案的若干實施例而不應被認定為限制其範疇之下，以下將透過附加圖式的利用來以額外的特定性及細節說明本案。以下的實施方式中將參照隨附圖式，該等等圖式形成實施方式的一部分。圖式中類似的符號一般識別類似的部件，除非上下文另外表示。實施方式、圖式、及申請專利範圍中所述的說明性實施例不意圖設限。可運用其他實施例，並可做出其他改變，而無悖離本文中所提出之標的的精神或範疇。將可明確理解本案之態樣（如本文中所概略說明及圖式中所示出者）能以廣泛各式各樣不同配置方式排列、替代、組合、及設計，而其全部經明確設想且構成本揭示之部分。
第1圖是模組化的工業機器人的實施例的分解圖，該工業機器人包括通用平台，該通用平台具有可附接至該通用平台且可與該通用平台一起使用的各種模組化的有效負荷堆疊及模組化的行動力系統。
第2A圖～第2B圖是挖地器機器人之實施例的正面透視圖，該等圖分別圖示收起的及展開的工具臂。
第3A圖～第3C圖為清掃器/碎石器機器人及其部件之實施例的各種透視圖。
第4A圖及第4B圖分別是浮選機器人及抽吸機器人之實施例的透視圖。
第5A圖～第5D圖分別圖示清掃器/碎石器機器人、噴射混凝土機器人、螺栓連接機器人、及焊接機器人之實施例的透視圖。
第6A圖～第6C圖是挖地器機器人之實施例的透視圖，其分別具有履帶式、輪式、及足式行動力系統。
第7A圖～第7D圖分別是推土機機器人、抽吸機器人、3D建構機器人、及操縱器機器人之實施例的透視圖。
第8A圖～第8C圖圖示具有測量模組之測量機器人之另一範例的透視圖，其分別具有履帶式、輪式、及足式行動力系統。
第9A圖～第9C圖分別是月球油箱機器人、月球推土機機器人、及月球挖地器機器人之實施例的透視圖。
第10A圖～第10C圖分別是機器人軟體平台、機器人硬體平台、及具有可與第1圖～第9C圖之工業機器人中任一者一起使用之特徵的工業機器人的實施例的方塊圖。
1100:採礦機器人
1105:通用平台
1106:結構平台
1106A:外殼
1106B:支撐框
1107:資料模組
1108:電力模組
1108A:電力供應器
1109:溫度模組
1110:行動力平台
1111:履帶式模組
1112:輪式模組
1113:足式模組
1120:有效負荷堆疊
1121:挖地器模組
1122:機器臂模組
1123:推土機模組
1124:混合器模組
1125:流體容器模組

Claims (20)

  1. 一種工業機器人，該工業機器人經配置以在一群體機器人系統中自主地操作以完成一協作工業目的，該工業機器人包含： 一有效負荷堆疊，該有效負荷堆疊經配置以進行一機器人特定工業任務；及 支援該有效負荷堆疊的一通用平台堆疊，其中該有效負荷堆疊是在該通用平台堆疊經配置支援的複數個不同有效負荷堆疊類型中之一，該通用平台堆疊包含： 一機器人硬體平台，該機器人硬體平台包含支撐結構； 一控制系統，該控制系統經配置以控制該通用平台堆疊，及 一機器人軟體平台，該機器人軟體平台經配置以操作該機器人硬體平台來利用該有效負荷堆疊進行該機器人特定工業任務。
  2. 如請求項1所述之工業機器人，該機器人硬體平台包含： 一框架，該框架經配置以支撐該有效負荷堆疊； 一行動力系統，該行動力系統與該框架耦接且經配置以移動該工業機器人；及 一電力系統，該電力系統經配置以供電給該行動力系統及該有效負荷堆疊。
  3. 如請求項1所述之工業機器人，該控制系統包含： 一板上處理器，該板上處理器經配置以操作該機器人硬體平台及一機器人軟體平台； 一通訊系統，該通訊系統經配置以跨於一群落通訊網路發送及接收資料；及 一資料匯流排，該資料匯流排經配置以介接於該板上處理器及一或更多個硬體平台控制模組。
  4. 如請求項3所述之工業機器人，該機器人軟體平台包含： 一機器人作業系統，該機器人作業系統經配置以執行一機器人控制演算法以操作該機器人硬體平台來進行該機器人特定工業任務； 一硬體處理器模組，該硬體處理器模組經配置以介接於該一或更多個硬體平台控制模組的韌體； 一資料庫，該資料庫經配置以儲存該機器人硬體平台及該機器人軟體平台的操作資料；及 一使用者介面模組，該使用者介面模組經配置以使一使用者能遠端地存取及控制該機器人作業系統。
  5. 如請求項4所述之工業機器人，其中該機器人作業系統經配置以藉由以下步驟執行該機器人控制演算法： 通過一群落通訊網路來建立與一第二工業機器人的自主通訊； 經由該群落通訊網路從該第二工業機器人接收有關該協作工業目的的一第一資料；及 回應於接收該第一資料來進行該機器人特定工業任務，其中基於該第一資料而進行機器人特定工業任務導致該協作工業目的的達成。
  6. 如請求項1所述之工業機器人，其中該有效負荷堆疊包含一鑿、一鋸子、或一清掃器。
  7. 如請求項1所述之工業機器人，其中該工業機器人是一採礦機器人，該採礦機器人經配置成一挖地器機器人、一碎石器機器人、一清掃器機器人、一浮選機器人、一噴射混凝土機器人、一焊接機器人、一操縱器機器人、一螺栓連接機器人、或一泵送機器人。
  8. 如請求項1所述之工業機器人，其中該機器人特定工業任務包含預處理岩石、破壞岩石、收集挖出的岩石、過濾/集中挖出的岩石、運輸挖出的岩石、對一隧道施加膠凝材料、強化對一隧道的螺栓連接、或從一隧道抽水。
  9. 如請求項1所述之工業機器人，其中該機器人是一採礦機器人而該有效負荷堆疊包含一機器鑿系統。
  10. 如請求項1所述之工業機器人，其中該機器人是一採礦機器人而該有效負荷堆疊包含一機器鋸系統。
  11. 如請求項1所述之工業機器人，其中該機器人是一採礦機器人而該有效負荷堆疊包含一機器清掃器系統。
  12. 如請求項1所述之工業機器人，其中該機器人是一採礦機器人而該有效負荷堆疊包含一機器輸送器系統。
  13. 如請求項1所述之工業機器人，其中該機器人是一採礦機器人而該有效負荷堆疊包含一機器碎石器系統。
  14. 一種工業機器人，該工業機器人經配置以在一群體機器人系統中自主地操作以完成一協作工業目的，該工業機器人包含： 一通用平台堆疊，包含： 一機器人硬體平台，該機器人硬體平台包含： 一框架，該框架經配置以支撐該通用平台堆疊及一有效負荷堆疊； 一行動力系統，該行動力系統與該框架耦接且經配置以移動該工業機器人，其中該行動力系統是在該框架經配置以耦接的複數個不同行動力系統類型中之一者； 一電力系統，該電力系統經配置以提供電力給該工業機器人； 一控制系統，該控制系統包含一板上處理器； 一通訊系統，該通訊系統經配置以發送資料至該工業機器人及接收來自該工業機器人的資料；及 一資料匯流排，該資料匯流排經配置以介接於該板上處理器； 一機器人軟體平台，該機器人軟體平台包含： 一機器人作業系統（ROS），該ROS經配置以執行一機器人控制演算法以操作該機器人硬體平台來進行一機器人特定工業任務； 一硬體處理器模組，該硬體處理器模組經配置以介接於該控制系統； 一資料庫，該資料庫經配置以儲存操作資料；及 一使用者介面模組，該使用者介面模組經配置以使一使用者能遠端地與該ROS通訊；及 一有效負荷堆疊，該有效負荷堆疊經配置以進行該機器人特定工業任務。
  15. 如請求項14所述之工業機器人，其中該有效負荷堆疊包含一鑿、一鋸子、一清掃器、一輸送器或一碎石器。
  16. 如請求項14所述之工業機器人，其中該工業機器人是一挖地器機器人、一碎石器機器人、一清掃器機器人、一浮選機器人、一噴射混凝土機器人、一焊接機器人、一操縱器機器人、一螺栓連接機器人、或一泵送機器人。
  17. 如請求項14所述之工業機器人，其中該機器人特定工業任務包含預處理岩石、破壞岩石、收集挖出的岩石、過濾挖出的岩石、運輸挖出的岩石、對一隧道施加膠凝材料、強化對一隧道的螺栓連接、或從一隧道抽水。
  18. 如請求項14所述之工業機器人，其中該機器人控制演算法包括下列步驟： 通過一群落通訊網路來建立與一第二工業機器人的自主通訊； 經由該群落通訊網路從一第二工業機器人接收有關該協作工業目的的一第一資料；及 回應於接收該第一資料來進行該機器人特定工業任務，其中基於該第一資料而進行機器人特定工業任務導致該協作工業目的的達成。
  19. 如請求項18所述之工業機器人，其中該工業機器人是一挖地器機器人，該第二工業機器人是一清掃器機器人，該第一資料關於挖掘且該協作工業目的是收集藉該清掃器機器人來收集該挖地器機器人所挖掘的岩石。
  20. 如請求項18所述之工業機器人，其中該工業機器人是一挖地器機器人，該第二工業機器人是一碎石器機器人，該第一資料關於挖掘且該協作工業目的是藉該碎石器機器人來粉碎該挖地器機器人所挖掘的岩石。
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