远程监控机器人的制作方法

文档序号:42326阅读:372来源:国知局
专利名称:远程监控机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种远程监控机器人。远程监控机器人包括:驱动底座;支撑件,其包括配置为支撑移动设备的第一端;悬挂机构,其将支撑件的与第一端相对的第二端安装至驱动底座;以及处理器,其连接至驱动底座并配置为控制驱动底座以基于支撑件平衡数据在竖直位置的范围内自动地平衡支撑件。
【专利说明】
远程监控机器人
技术领域
[0001]本实用新型通常涉及机器人学领域,且更具体地涉及机器人学领域中的具有自主稳定机构的新的且有用的远程监控机器人。
【背景技术】
[0002]碰撞和突然的高度变化会使传统机器人翻倒和倾斜。传统机器人不能适应于突然的前后运动。因此更稳定的机器人系统是期望的。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型提供了一种自动平衡远程监控机器人,包括:
[0004]驱动底座,其包括底盘和沿着驱动轴线同轴对齐的两个轮子;
[0005]支撑件,其包括配置为支撑移动设备的第一端、与所述第一端相对的第二端,以及纵向轴线;
[0006]悬挂机构,其将所述第二端安装至所述驱动底座,所述支撑件以所述纵向轴线与所述驱动轴线相交来安装;
[0007]支撑马达,其安装至所述悬挂机构并连接至所述支撑件,所述支撑马达配置为在延伸的位置和缩回的位置之间致动所述支撑件;以及
[0008]处理器,其连接至所述驱动底座并配置为控制所述驱动底座以在竖直位置的范围内自动地平衡所述支撑件。
[0009]在一个实施方案中,所述悬挂机构包括:
[0010]支撑座架,其刚性地安装至所述支撑件的所述第二端、刚性地安装至所述支撑马达并沿着所述支撑座架的第一端将所述支撑马达可旋转地安装至所述底盘;
[0011]—对弹簧,其将所述支撑座架的第二端连接至所述底盘,所述一对弹簧以相应的弹簧轴线大体上平行于所述驱动轴线而同轴地布置,其中每个弹簧被布置在所述支撑马达的相对侧上;以及
[0012]减震器,其刚性地安装至所述支撑座架和所述底盘,所述减震器被配置为抵抗围绕正交于所述驱动轴线和所述纵向轴线的轴线的支撑件旋转。
[0013]本实用新型还提供了一种远程监控机器人,包括:
[0014]驱动底座;
[0015]支撑件,其包括配置为支撑移动设备的第一端;
[0016]悬挂机构,其将所述支撑件的与所述第一端相对的第二端安装至所述驱动底座;以及
[0017]处理器,其连接至所述驱动底座并配置为控制所述驱动底座以基于支撑件平衡数据在竖直位置的范围内自动地平衡所述支撑件。
[0018]在一个实施方案中,所述悬挂机构包括被动机构。
[0019]在一个实施方案中,所述悬挂机构被配置为适应于沿着包括所述驱动底座的驱动轴线的平面的支撑件旋转。
[0020]在一个实施方案中,所述支撑件包括支撑马达,所述支撑马达连接至所述第二端,所述支撑马达配置为在延伸的位置和缩回的位置之间致动所述支撑件。
[0021]在一个实施方案中,所述悬挂机构包括支撑座架,所述支撑座架将所述支撑马达可旋转地安装至所述驱动底座,其中所述支撑马达在包括所述驱动底座的驱动轴线的平面内是可旋转的。
[0022]在一个实施方案中,所述支撑座架静止地安装至所述支撑马达。
[0023]在一个实施方案中,所述悬挂机构还包括一组弹簧,所述一组弹簧以相应的弹簧轴线大体上平行于所述驱动轴线而同轴地布置,其中所述一组弹簧将所述支撑座架的相对侧连接至所述驱动底座。
[0024]在一个实施方案中,所述悬挂机构还包括减震器,所述减震器安装至所述支撑座架,所述减震器被配置为抵抗围绕相对于所述平面的法向轴线的支撑件旋转。
[0025]在一个实施方案中,所述减震器以宽面平行于所述平面并从所述平面偏移而布置。
[0026]在一个实施方案中,所述减震器包括盘式减震器。
[0027]在一个实施方案中,所述驱动底座包括沿着所述驱动底座的驱动轴线同轴地对齐的两个外部轮子。
[0028]在一个实施方案中,所述驱动底座包括主体,所述主体界定主体直径,其中所述轮子界定轮子直径,且其中所述轮子直径超过所述主体直径。
[0029]在一个实施方案中,所述支撑件大体上正交于所述驱动轴线对齐。
[0030]在一个实施方案中,所述驱动底座包括驱动马达,所述驱动马达连接至所述轮子中的一个和所述处理器,其中所述处理器控制所述驱动马达以平衡所述支撑件。
[0031]在一个实施方案中,所述支撑件平衡数据包括来自于一组机器人传感器的方向传感器数据。
[0032]在一个实施方案中,所述机器人还包括头部,所述头部将所述移动设备可移除地联接至所述第一端。
[0033]在一个实施方案中,所述头部包括导航机构。
[0034]在一个实施方案中,所述导航机构包括镜子,所述镜子安装至所述头部并与所述移动设备的光学传感器对齐。
【附图说明】
远程监控机器人的制作方法附图
[0035]图1是远程监控机器人的等轴测视图。
[0036]图2A和2B是响应于分别施加于右轮子和左轮子的第一和第二法向力的远程监控机器人的示意图。
[0037]图3是被动悬挂机构的一种变型的分解图。
[0038]图4是安装在机器人内的被动悬挂机构的变型的剖面视图。
[0039]图5是从被动悬挂机构的变型的顶后部的剖面等轴测视图。
[0040]图6A和6B是从安装在机器人内的被动悬挂机构变型的顶前部的剖面等轴测视图。
[0041]图7是被动悬挂机构的变型的前视图。
[0042]图8是被动悬挂机构的变型的侧剖面视图。
[0043]图9是被动悬挂机构的变型的侧视图。
[0044]图10是被动悬挂机构的变型的前剖面视图。
[0045]图11是远程监控机器人操作的示意图。
【具体实施方式】
[0046]本实用新型的优选实施方式的以下描述不旨在将本实用新型限制于这些优选的实施方式,而在于使任何本领域的技术人员能够进行和使用本实用新型。
[0047]如图1中所示,机器人10包括驱动底座100、安装至驱动底座100的支撑件200、安装至驱动底座100的稳定机构以及可移除地安装至支撑件200并配置为短暂地保持移动设备20的头部500。机器人10起作用以在实际地点例如房间、建筑物或场地内支撑和运输移动设备20。该移动设备20和机器人协同地形成远程监控机器人,其能够显示音频、视频、和/或从远程设备50接收的其它数据和/或将记录的音频、视频、和/或其它数据传输至远程设备50。机器人10可以另外地起作用以在相对于重力矢量40的预定的角度范围内自动地平衡移动设备20和/或支撑件,但可以可选择地执行任何其它合适的功能。远程监控机器人优选地被远程控制,但可以可选择地被自动地控制、手动地控制、或以其它方式控制。
[0048]远程监控机器人赋予超过传统的系统的几个好处。第一,通过包括稳定机构,该远程监控机器人起作用以适用于由于碰撞和突然的高度变化的突然的横向运动(例如,一侧到另一侧的运动,由于正交于驱动轴线102的力的施加),其可使机器人10翻倒和倾斜,图2A和2B中所示的实例。第二,通过利用驱动马达120主动地平衡机器人10,远程监控机器人可以适应于突然的前后运动。第三,通过将驱动底座100限制到两个轮子130及主动地平衡其自身,远程监控机器人可以最小化驱动底座100的尺寸,借此最小化机器人的占地面积。在具有有限的存储空间并界定小的进入点(例如,狭窄的门道,等等)的室内空间中,这可能是合意的。第四,通过包括可伸缩的支撑件,机器人10可以在操作过程中在从坐的高度到站的高度的范围内在多个竖直位置之间动态地移动用户界面(例如,移动设备20)。这可以使机器人10(和远程用户)来动态地在环境之间转换。
[0049]机器人10优选地与移动设备20—起使用。移动设备20优选地起到用于机器人10的数据输出的作用,并且可以另外地起到用于机器人10的数据输入的作用。在第一实例中,移动设备20可以为机器人10输出音频和/或视频,其中输出音频和/或视频可以从远程设备50接收。在第二实施例中,移动设备20可以接收音频、视频、触觉输入、和/或其它用于机器人10的合适的输入,其中接收的输入可以被传输(例如,无线地)至远程设备50。但是,移动设备20可以以其它方式起到机器人10用户界面的作用。
[0050]移动设备20可以另外地控制机器人操作。在第一种变型中,移动设备20可以从远程设备50接收远程控制指令并将该远程控制指令传达至驱动底座100。驱动底座100然后可以将该远程控制指令转变为操作指令(例如,驱动指令、支撑操作指令,等等)和/或执行该远程控制指令或操作指令。在第二种变型中,来自于移动设备20的传感器数据(例如,加速度计测量值、陀螺仪测量值、来自于其他方向传感器的测量值,等等)可以被发送(例如,通过无线或有线传输)给驱动底座100。该驱动底座100可以基于该移动设备传感器数据来操作机器人10,但是机器人10可以另外地或以其他方式基于移动设备传感器数据被操作。例如,驱动底座100可以基于移动设备传感器数据探测机器人不平衡,并操作驱动马达120以恢复机器人平衡。在第二实例中,驱动底座100可以将移动设备传感器数据解释为导航数据(例如将图像数据转变为障碍数据、驱动路径数据等)并基于该导航数据自动地操作机器人10。在第三种变型中,移动设备20可以基于移动设备传感器数据和/或从机器人10接收的机器人操作数据(例如,从驱动底座100、驱动底座100传感器,等等)生成操作指令(例如,驱动马达控制指令,等等),并使用操作指令控制机器人操作(例如,驱动底座100操作、驱动马达120操作、稳定机构操作,等等)。但是,移动设备20可以以其它方式部分地或完全地影响机器人操作。
[0051 ]机器人10的驱动底座100起作用以保持支撑件200、悬挂机构300和机器人10的剩余的部件。驱动底座100可以另外地起作用以封闭并保护机器人10的部件。驱动底座100可以包括:主体、一个或多个轮子130(例如,两个轮子130)、一个或多个驱动马达120、一个或多个支架(例如,当机器人10不自动地平衡时,其展开)、平衡机构(例如,陀螺仪、配重,等等)、或任何其它合适的部件。驱动底座100优选地具有大体上比支撑件200、移动设备20,和/或两者组合更大的质量,但是可以可选择地具有较小的质量、大体上相等的质量(例如,在10%以内)、或任何适合的量的质量。驱动底座100优选地大体上比支撑件200在高度上较矮,但是可以可选择地较高或相对于支撑件200具有任何其它合适的高度。驱动底座100优选地大体上比支撑件200更宽(例如,宽5倍以上),但是可以可选择地比支撑件200更细或具有任何其它合适的横向尺寸。
[0052 ]驱动底座100的主体起到安装点的作用并起作用以存放机器人1的部件。该主体优选地包括底盘110和壳体,其中底盘110起安装点的作用且壳体将机器人10的部件封装在其中。但是,主体可以包括部件的任何其它合适的组。底盘110优选地大体上为刚性的,但是可以可选择地为柔性的。壳体优选地大体上为刚性的,但是可以可选择地为柔性的。主体优选地为圆柱体(例如,界定大体上恒定的主体直径),但是可以可选择地为矩形棱柱、具有任何合适的多边形横截面或具有任何其它合适的轮廓。
[0053]驱动底座100的轮子130起作用以沿着地面平移机器人10。驱动底座100优选地包括两个轮子130,但是可以可选择地包括任何合适的数量的轮子130。轮子130优选地为同轴对齐的,使得其共享共同的驱动轴线102,但是可以可选择地偏移布置或以任何其它合适的配置而布置。轮子130优选地被布置在驱动底座100外部,但是可以可选择地被部分地或完全地布置在驱动底座100内。在一种变型中,轮子130以驱动轴线102从主体的中心轴线偏移来布置,使得轮子130的一部分延伸超出驱动底座100。在第二种变型中,轮子130被布置在驱动底座100的相对端上,以驱动轴线102大体上与主体的中心轴线同轴。在这种变型中,轮子130优选地具有比主体直径更大的直径,以使得轮子130封闭相应的主体端部的一部分。但是,轮子130可以以其它方式被布置。
[0054]驱动底座100的驱动马达120起作用以驱动轮子130。驱动马达120优选地响应于从处理器400接收的驱动命令来驱动轮子130,但是可以可选择地响应于从移动设备20或任何其它合适的来源接收的驱动命令来驱动轮子130。驱动马达120可以驱动轮子130来在实际空间内平移,并可以另外地驱动轮子130来相对于重力矢量40动态地平衡支撑件200。
[0055]驱动马达120优选地连接至轮子130和处理器400,但是可以可选择地以其它方式连接至任何其它合适的部件。驱动马达120优选地硬接线至处理器400,但是可以可选择地无线地连接至处理器400。驱动马达120可以通过带驱动、驱动轴、传动齿轮(例如,变速箱)、一组成对的磁体、或通过任何其它合适的动力传动系统连接至相应的轮子130。动力传动系统可以在驱动马达120之间被共享,或者可以单独地用于每个驱动马达120。驱动马达120优选地安装至底盘110,但是可以可选择地安装至任何其它合适的部件。驱动马达120优选地被布置在主体内,但是可以可选择地被布置在主体外面(例如,在轮子130和主体之间)或布置在任何其它合适的地点处。
[0056]驱动马达120优选地为电动马达,但是可以可选择地为任何其它合适的类型的马达。驱动马达120的示例包括:交流马达(例如,感应马达、无刷马达,等等)、直流马达(例如,单极马达、超小型压延用马达(mo use mill motor)、无刷马达,等等)、静电马达(electrostatic motor)或任何其它合适的马达。
[0057]机器人10优选地包括用于每个轮子130的驱动马达120(例如,当机器人10包括两个轮子130时,两个驱动马达120,其中每个驱动马达120连接至单一的轮子130),但是可以可选择地包括用于每一组同轴的轮子130的驱动马达120,或包括任何适合数量的驱动马达120。当机器人10包括多个驱动马达120时,驱动马达120可以是大体上相似的或不同的。驱动马达120可以另外地包括一组传感器(例如,马达编码器,等等),其起作用以测量驱动马达120的操作,其中,传感器测量值可以被处理器400在驱动马达控制中使用。
[0058]机器人10的支撑件200起作用以支撑移动设备20。支撑件200优选地为线性构件(例如,杆),并界定了第一端202、与第一端202相对的第二端204和在其之间延伸的主体。支撑件200可以另外地界定沿着主体延伸的纵向轴线205。支撑件200的第一端202优选地被配置为支撑移动设备20(例如,包括头部500或可移除地联接至头部500),但是可以可选择地被配置为支撑任何其它合适的设备。支撑件200的第二端204优选地安装至驱动底座100,更优选地间接地通过悬挂机构300安装至驱动底座100,但是可选择地直接安装至底盘110或驱动底座100的任何其它合适的部分。支撑件200优选地以纵向轴线大体上垂直于(例如,正交于)驱动轴线102并与驱动轴线102相交来安装,但是可以可选择地以纵向轴线从驱动轴线102偏移、与驱动轴线102成角度、或以任何其它合适的配置来安装。
[0059]支撑件200可以具有大体上是静态的(例如,固定的)长度或可调节的长度。在后者的变型中,支撑件200可以另外地起作用以在一组竖直位置(从延伸的位置到缩回的位置的范围)之间移动该移动设备20。在特定的实例中,支撑件200可以在大体上连续的一组位置(从0.5ft(例如,缩回的/存储的位置)到5.5ft(例如,站立的位置)的范围)之间移动该移动设备20。在第二个特定的实例中,支撑件200可以在0.5ft (例如,缩回的/存储的位置)到2.5ft(例如,坐着的位置)到5.5ft(例如,站立的位置)之间移动该移动设备20。但是,支撑件200可以在任何合适的位置的组之间移动该移动设备20。可致动的支撑件的示例包括可伸缩的支撑件(例如,包括第一和第二嵌套件)、轨道(例如,包括第一元件,其沿着第二元件直线地滑动)、或任何其它合适的支撑件。
[0060]在这种变型中,支撑件200可以另外地包括致动器,其配置为调节支撑件200的长度。该致动器可以为机械致动器,例如螺杆(例如,导螺杆、螺旋千斤顶、滚珠丝杠(ballscrew)、滚柱丝杠(roller screw))、轮子130和轮轴(例如,起重机、绞车、齿条和齿轮、链驱动、带驱动、刚性链和刚性带)、凸轮、或任何其它合适的机械致动器。
[0061]在这种变型中,致动器可以另外地包括支撑马达210,其起作用以在该组位置之间致动支撑件200。支撑马达210可以为电动马达(例如,交流马达、直流马达、电磁马达,等等),或为任何其它合适的马达。支撑马达210优选地可驱动地连接至支撑件200的第二端,更优选地连接至平移部件220(例如,螺杆、轮子130和轮轴、凸轮,等等),但是可以可选择地连接至任何其它的支撑部件。支撑马达210优选地包括主体和轴,其中该轴优选地静态连接至机械致动器的平移部件。支撑马达210的主体优选地静态安装至支撑件200的第二端,但是可以可选择地可移动地安装至第二端。支撑马达210(例如,支撑马达主体)可以直接地或间接地安装至驱动底座100(例如,底盘110,通过悬挂机构300),其中支撑马达210可以静态地或可移动地安装至驱动底座100和/或安装部件(例如,悬挂机构300)。
[0062]但是,致动器可以为液压致动器、气动致动器、压电致动器、机电致动器(例如,蜗轮、移动螺母线性致动器、移动螺杆线性致动器,等等)、线性马达、可伸缩线性致动器或包括任何其它合适的致动器。致动器可以沿着支撑件200的全长延伸、从第二端延伸并沿着支撑件200的长度终止、或者可以安装至支撑件200的任何其它合适的部分。
[0063]机器人10的悬挂机构300起作用来动态地适应于横向的机器人不平衡(例如,沿着横向平面的角度急动、横向倾斜,等等)。这种运动可以归结于施加于两个轮子130中的一个的不均匀的法向力30(例如,意外的碰撞或高度变化),其可以使一个轮子130相对于另一个轮子升高。由于长的支撑件和移动设备20的重量,机器人10的重心远离驱动底座100。当轮子130由于高度差异横向未对齐时,静态安装的支撑件将与驱动底座100—起倾斜,有效地将重心移动到驱动底座100的边界以外(例如,将重心放置成超出驱动底座100的宽度)。这种重心放置与支撑件200的长度结合而产生转动惯量,其促进轮子130升起和机器人倾斜(例如,滚动,其中机器人10横向跌倒)。该悬挂机构300起作用以部分地或完全地隔离沿着该轴线的支撑件移动(例如,被配置为适应于沿着包括驱动底座100的驱动轴线102的平面的支撑件旋转),其可以阻止或减少机器人滚动和/或增加驱动底座100的中心轴线可以相对于水平轴线(例如,垂直于重力矢量40的轴线)定向的角度,而不使机器人倾斜。在一种变型中,当驱动底座100不平衡时(例如,由于碰撞引起的横向倾斜,等等),长的支撑件和移动设备20的惯性保持支撑件200和移动设备20大体上竖直的(例如,与重力矢量40对齐),而驱动底座100被允许独立于支撑200而滚动,以适应于不平衡。
[0064]悬挂机构300优选地将支撑件200安装至驱动底座100,但是可以可选择地将任何其它合适的部件安装至驱动底座100。更优选地,悬挂机构300将支撑件200的第二端和/或支撑马达210安装至驱动底座100。悬挂机构300可以静态地安装支撑马达210(例如,支撑马达主体)、静态地安装支撑件200(例如,支撑件200的第二端)、可移动地安装支撑马达210(例如,支撑马达主体,其中支撑马达210可以相对于悬挂机构300旋转或线性地致动)、可移动地安装支撑件200(例如,支撑件200的第二端,其中支撑件可以相对于悬挂机构300旋转或相线性地致动)、或以其它方式安装支撑件200和/或支撑马达210。悬挂机构300优选地可旋转地安装至驱动底座100(例如,底盘110),但是可以可选择地静态安装至驱动底座100或以其它方式安装至驱动底座100。
[0065]在第一种变型中,在图3中所示的实例,悬挂机构300是被动机构。被动悬挂机构300可以包括支撑座架310和一组弹簧320。被动悬挂机构300可以另外地包括减震器340。
[0066]支撑座架310优选地为大体上刚性的,并界定了具有第一端和第二端的笼子。笼子的第一端安装支撑件的第二端204(例如,容许支撑马达210轴延伸穿过其中),同时笼子的第二端沿着支撑马达主体长度的全部或一部分延伸。支撑座架310的第一端可以被静态安装(例如,刚性地安装)至支撑马达210和/或支撑件的第二端。但是,支撑座架310可以以其它方式被安装至支撑马达210和/或支撑件的第二端。支撑座架310优选地可旋转安装至驱动底座100(例如,底盘110),但是可以可选择地安装至任何其它合适的部件。在一种实施方式中,支撑座架310被安装以使得支撑座架310可以围绕垂直于驱动轴线102和支撑件纵向轴线205两者的旋转轴线302旋转。在其中支撑马达210静态安装至支撑座架310的变型中,这种配置可以将支撑马达210可旋转地安装至驱动底座100(例如,底盘110),以使得支撑马达210可以在沿着驱动底座100的驱动轴线102和支撑件纵向轴线205延伸的平面(悬挂平面304)内有角度地致动。支撑座架310优选地沿着旋转轴线302安装至驱动底座100,但是可以可选择地沿着支撑座架310的任何其它合适的部分被安装。在一种实施方式中,支撑座架310的第一端包括安装点,其中螺栓或其它安装机构可以穿过该安装点和底盘110来将支撑座架310可旋转地安装至底盘110。在这个实施方式中,旋转轴线302优选地穿过安装点,但是可以可选择地沿着支撑座架310的任何其它合适的部分被布置。在特定的实例中(图3中所示),支撑座架310的第一端包括第一和第二同轴安装点,每个同轴安装点通过支撑座架310的相对侧(例如,支撑座架310的前面和后面)界定,其中当支撑座架310以纵向轴线205大体上垂直于驱动轴线102来安装时,安装点轴线垂直驱动轴线102。
[0067]被动悬挂机构300的弹簧320起作用以当支撑马达210和/或支撑座架310沿着悬挂平面304被有角度地放置时提供回复力。被动悬挂机构300优选地包括一对弹簧320,但是可以可选择地包括任何合适数量的弹簧320或弹簧320的对。在一对内的每个弹簧320优选地具有大体上相同的弹簧常数,但是可以可选择地具有不同的弹簧常数。每个弹簧320优选地在弹簧320的第一端处连接至支撑马达210和/或支撑座架310并在弹簧320的第二端处连接至驱动底座100(例如,底盘110)。但是,弹簧320可以被连接至任何其它合适的部件。如图4中所示,一对中的每个弹簧320优选地联接(例如,安装、钩住,等等)在支撑马达210和/或支撑座架310的相对侧上(例如,以一对中的第一个在第一侧上和一对中的第二个在第二侧上)并且将支撑马达210和/或支撑座架310的相应的侧连接至驱动底盘100,但是可以可选择地以其它方式被布置。弹簧320的对优选地以相应的弹簧320轴线大体上平行于驱动轴线102而同轴地布置,但是可以可选择地以其它方式被布置。在一个特定的实例中,悬挂机构300包括弹簧320的对,其中两个弹簧320在第一端处连接至支撑座架310的第二端的相对的两侧,并在第二端处连接至底盘110。弹簧320可以具有固定的弹簧常数、可变的弹簧常数、或具有任何其它合适的弹簧常数。可以被使用的弹簧320的示例包括:拉力弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧、恒力弹簧、可变弹簧,或任何其它合适的类型的弹簧。弹簧常数可以为45镑/英寸、30镑/英寸、10镑/英寸或具有任何其它合适的弹簧常数。
[0068]如图3和5中所示,悬挂机构300可以另外地包括减震器340,其起作用以抑制支撑马达210和/或支撑座架310沿着悬挂平面304的角加速度(例如,被配置为抵抗围绕正交于驱动轴线102和纵向轴线的轴线的支撑件旋转,被配置为抵抗围绕相对于包括驱动底座100的驱动轴线102的平面的法向轴线(norma I axis)的支撑件旋转,等等)。减震器340优选地在第一端处安装至支撑座架310,并沿着第二端安装至驱动底座100(例如,底盘110)。减震器340可以静态地安装(例如,刚性地安装)、可移动地安装、或以其它方式安装至支撑座架310和/或底盘110。减震器340优选地界定沿着每一端的宽面,其中减震器340沿着该宽面联接至相应的部件。但是,减震器340可以以其它方式联接至相应的部件。减震器340可以以宽面平行于悬挂平面304并从悬挂平面304偏移(例如,以宽面的法线平行于旋转轴线302)来布置,但是可以可选择地以其它方式被布置。减震器340可以为被动的或主动的。减震器340可以为盘式减震器340 (例如,包括第一盘和第二盘,其中粘性流体、牛顿流体、非牛顿流体、和/或任何其它合适的流体在其之间)、扭转弹簧、或为任何其它合适的减震器340。减震器340可以具有大体上恒定的阻尼力、可变的阻尼力、或任何其它合适的阻尼力。在一个实例中,减震器340可以具有45镑/英寸、50镑/英寸、30镑/英寸的阻尼力,或任何其它合适的阻尼力。机器人优选地包括单一的减震器340,但是可以可选地包括任何合适数量的减震器。
[0069]在第二种变型中,悬挂机构300是主动悬挂机构300。在这种变型中,支撑座架310、支撑件和/或支撑马达210沿着悬挂平面304的旋转可以由主动部件动态地控制,例如悬挂马达。在一个实例中,主动悬挂机构300可以包括:支撑座架310、悬挂马达、编码器、陀螺仪和加速度计,其中主动悬挂机构300的部件协同地保持支撑件200相对于重力矢量40的横向位置(例如,在相对于重力矢量40的预定角度范围内)。
[0070]主动悬挂机构300的支撑座架310可以大体上相似于被动悬挂机构300的支撑座架310,并起作用以将支撑件200和/或支撑马达210的横向旋转从驱动底座100隔离。
[0071]主动悬挂机构300的悬挂马达可以起作用为在悬挂平面304内(例如,围绕旋转轴线302、相对于重力矢量40、相对于驱动轴线102的法向矢量,等等)主动地调节支撑件200、支撑马达210、和/或支撑座架310的角位置。悬挂马达(更优选地是轴),但是可选择地是任何其它合适的部分,可以静态地(例如,刚性地)安装至支撑件200、支撑马达210、和/或支撑座架310,但是可以可选择地以其它方式连接至支撑件200系统(例如,支撑件、支撑马达210、和/或支撑座架310)。悬挂马达可以为电动马达(例如,交流马达、直流马达、电磁马达、等等),或者为任何其它合适的马达。悬挂马达优选地被布置为驱动轴线102垂直于驱动轴线102和/或支撑马达210的纵向轴线、支撑件200的纵向轴线205、支撑座架310的纵向轴线、悬挂平面304、和/或平行于旋转轴线302,但是可以可选择地以其它方式被安装。悬挂马达的主体优选地被安装至底盘110,但是可以可选择地以其它方式被安装。
[0072]主动悬挂机构300的编码器起作用以确定悬挂马达轴的角位置,其中悬挂马达轴的角位置可以作为用于支撑件200系统的角位置的代表被使用,或以其它方式被使用。在一个实例中,测量的角位置可以被使用以确定是否悬挂马达轴和/或支撑件系统已经被放置在偏移驱动底座100的横向倾斜所必需的角度处。编码器优选地连接至处理器400,但是可以可选择地连接至任何其它合适的处理系统。
[0073]主动悬挂机构300的陀螺仪和/或加速度计可以被使用以确定支撑件200系统在悬挂平面304内的角加速度,其可以作为输入被使用到主动悬挂机构300内。但是,陀螺仪和/或加速度计可以以其它方式被使用。陀螺仪优选地被安装至处理器,但是可以可选择地被安装至支撑系统(例如,支撑件200、支撑座架310、支撑马达主体,等等)或任何其它合适的机器人部件。
[0074]在一种变型中,响应于通过陀螺仪和/或加速度计做出的指示支撑件系统横向加速度(例如,在悬挂平面304内)的测量值,处理器400可以确定配置为偏移横向加速度(例如,相对于驱动轴线102的法线(normal))的支撑件200系统的角位置,并控制悬挂马达以调节支撑件200系统的角位置来大体上匹配确定的角位置。一旦编码器显示轴(并且因此,支撑件200系统)已经旋转必需的距离以在确定的角位置处放置支撑件200系统,悬挂马达致动可以被停止。但是,主动悬挂机构300可以以其它方式被使用。
[0075]机器人10的处理器400起作用以控制驱动底座100。尤其是,处理器400控制驱动马达120的操作,并可以另外地控制支撑马达210、悬挂马达、和/或机器人10的任何其它合适的马达的操作。处理器400优选地硬接线或无线地连接至相应的马达。如图11中所示,处理器400可以控制驱动马达120来基于遍历指令(traversal instruct 1n)沿着驱动表面平移机器人10、在竖直位置的范围内自动地平衡机器人10或保持支撑件200和/或移动设备20(例如,通过测量支撑件200和/或移动设备20的加速度的位置或方向,并控制驱动马达120来在支撑件200之下移动驱动底座100),或以其它方式控制驱动马达120。遍历指令可以由远程设备50、移动设备20、处理器400、或任何其它设备产生。遍历指令可以通过处理器400从远程设备50接收(例如,通过移动设备20从远程设备50接收且转送至处理器400、直接地通过处理器400从远程设备50接收,等等)、从移动设备20接收(例如,基于通过移动设备20和/或机器人传感器记录的图像或声音图谱)或以其它方式确定。
[0076]处理器400可以另外地起作用以接收并处理传感器测量值,其中处理器400可以基于传感器测量值控制马达、将传感器测量值发送至移动设备20或远程设备50,或以其它方式处理传感器测量值。处理器400优选地硬接线或无线地连接至相应的传感器,但是可以可选择地间接接收传感器测量值(例如,通过移动设备20,等等)。从其传感器测量值可以被接收的传感器可以是:机器人传感器(例如,安装至处理器400、驱动底座100、支撑件、悬挂机构300、轮子130、或其他机器人部件)、移动设备传感器(例如,移动设备方向传感器,比如加速度计或陀螺仪;照相机;光传感器;麦克风;等等)、远程设备传感器、或任何其它合适的传感器。在一种变型中,处理器400可以基于传感器测量值动态地平衡机器人10。平衡指令可以通过远程设备50、移动设备20、处理器400、或任何其它的设备产生。处理器400优选地基于平衡指令平衡机器人10,其中平衡指令可以通过处理器400从远程设备50接收(例如,通过移动设备20从远程设备50接收且转送至处理器400,直接地通过处理器400从远程设备50接收,等等)、从移动设备20接收(例如,基于通过移动设备20和/或机器人传感器记录的图像或声音图谱),或以其它方式确定。
[0077]处理器400优选地被安装在驱动底座100内,但是可以可选择地被安装在机器人10上的任何其它合适的位置中。处理器400可以是微处理器400、CPU、GPU、或任何其它合适的处理系统。处理器400可以另外地包括传感器、存储器、或计算部件的任何其它合适的组。
[0078]如图11中所示,机器人10可以另外地包括头部500,其配置为保持和支撑移动设备20。头部500优选地可移除地可联接至支撑件200,更优选地可移除地可联接至第一端202,但是可选择地可移除地可联接至支撑件200的任何其它合适的部分。头部500优选地可移除地联接移动设备20,但是可以可选择地永久联接移动设备20或以其它方式联接移动设备
20ο可选择地,移动设备20可以不用头部500而被联接至支撑件200。头部500可以包括一组有线的连接,其电力地连接移动设备20与处理器400。有线连接优选地为电力地连接至沿着支撑件200延伸至处理器400的一组电线,但是可以可选择地电力地连接至任何其它合适的端点。可选择地,移动设备20可以无线地连接至处理器400。
[0079]机器人10可以另外地包括导航机构,其起作用以促进机器人导航。在一种变型中,导航机构可以包括镜子,其安装至头部500并与移动设备20的光学传感器(例如,照相机)对齐。通过光学传感器记录的反射的图像可以被传输至远程设备50。可选择地,移动设备20可以自动地将反射的图像处理成遍历指令。在第二种变型中,导航机构可以包括LIDAR系统,其中LIDAR处理可以通过移动设备20执行。但是,机器人10可以包括任何其它合适的导航机构。
[0080]虽然为了简洁而省略,但是优选地实施方式包括了各种系统部件和各种方法过程的每种组合和排列,其中方法过程可以以任何合适的次序顺序地或同时地被执行。
[0081]如本领域的技术人员从先前的详细描述及从附图和权利要求应了解的,可以对本实用新型的优选地实施方式做出修改和变化,而没有脱离在下面的权利要求中界定的本实用新型的范围。
【主权项】
1.一种自动平衡远程监控机器人,包括: 驱动底座,其包括底盘和沿着驱动轴线同轴对齐的两个轮子; 支撑件,其包括配置为支撑移动设备的第一端、与所述第一端相对的第二端,以及纵向轴线; 悬挂机构,其将所述第二端安装至所述驱动底座,所述支撑件以所述纵向轴线与所述驱动轴线相交来安装; 支撑马达,其安装至所述悬挂机构并连接至所述支撑件,所述支撑马达配置为在延伸的位置和缩回的位置之间致动所述支撑件;以及 处理器,其连接至所述驱动底座并配置为控制所述驱动底座以在竖直位置的范围内自动地平衡所述支撑件。2.根据权利要求1所述的机器人,其中所述悬挂机构包括: 支撑座架,其刚性地安装至所述支撑件的所述第二端、刚性地安装至所述支撑马达并沿着所述支撑座架的第一端将所述支撑马达可旋转地安装至所述底盘; 一对弹簧,其将所述支撑座架的第二端连接至所述底盘,所述一对弹簧以相应的弹簧轴线大体上平行于所述驱动轴线而同轴地布置,其中每个弹簧被布置在所述支撑马达的相对侧上;以及 减震器,其刚性地安装至所述支撑座架和所述底盘,所述减震器被配置为抵抗围绕正交于所述驱动轴线和所述纵向轴线的轴线的支撑件旋转。3.一种远程监控机器人,包括: 驱动底座; 支撑件,其包括配置为支撑移动设备的第一端; 悬挂机构,其将所述支撑件的与所述第一端相对的第二端安装至所述驱动底座;以及 处理器,其连接至所述驱动底座并配置为控制所述驱动底座以基于支撑件平衡数据在竖直位置的范围内自动地平衡所述支撑件。4.根据权利要求3所述的机器人,其中所述悬挂机构包括被动机构。5.根据权利要求4所述的机器人,其中所述悬挂机构被配置为适应于沿着包括所述驱动底座的驱动轴线的平面的支撑件旋转。6.根据权利要求4所述的机器人,其中所述支撑件包括支撑马达,所述支撑马达连接至所述第二端,所述支撑马达配置为在延伸的位置和缩回的位置之间致动所述支撑件。7.根据权利要求6所述的机器人,其中所述悬挂机构包括支撑座架,所述支撑座架将所述支撑马达可旋转地安装至所述驱动底座,其中所述支撑马达在包括所述驱动底座的驱动轴线的平面内是可旋转的。8.根据权利要求7所述的机器人,其中所述支撑座架静止地安装至所述支撑马达。9.根据权利要求7所述的机器人,其中所述悬挂机构还包括一组弹簧,所述一组弹簧以相应的弹簧轴线大体上平行于所述驱动轴线而同轴地布置,其中所述一组弹簧将所述支撑座架的相对侧连接至所述驱动底座。10.根据权利要求7所述的机器人,其中所述悬挂机构还包括减震器,所述减震器安装至所述支撑座架,所述减震器被配置为抵抗围绕相对于所述平面的法向轴线的支撑件旋转。11.根据权利要求10所述的机器人,其中所述减震器以宽面平行于所述平面并从所述平面偏移而布置。12.根据权利要求10所述的机器人,其中所述减震器包括盘式减震器。13.根据权利要求3所述的机器人,其中所述驱动底座包括沿着所述驱动底座的驱动轴线同轴地对齐的两个外部轮子。14.根据权利要求13所述的机器人,其中所述驱动底座包括主体,所述主体界定主体直径,其中所述轮子界定轮子直径,且其中所述轮子直径超过所述主体直径。15.根据权利要求13所述的机器人,其中所述支撑件大体上正交于所述驱动轴线对齐。16.根据权利要求13所述的机器人,其中所述驱动底座包括驱动马达,所述驱动马达连接至所述轮子中的一个和所述处理器,其中所述处理器控制所述驱动马达以平衡所述支撑件。17.根据权利要求16所述的机器人,其中所述支撑件平衡数据包括来自于一组机器人传感器的方向传感器数据。18.根据权利要求3所述的机器人,还包括头部,所述头部将所述移动设备可移除地联接至所述第一端。19.根据权利要求18所述的机器人,其中所述头部包括导航机构。20.根据权利要求19所述的机器人,其中所述导航机构包括镜子,所述镜子安装至所述头部并与所述移动设备的光学传感器对齐。
【文档编号】B25J11/00GK205704204SQ201620010060
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年1月5日
【发明人】大卫·卡恩, 马克·戴维茨, 安吉拉·巴姆布莱特, 赫克托·萨尔达纳
【申请人】达博机器人公司
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