用于操纵、移动和/或重定向组件的移动代理的制作方法
【专利说明】用于操纵、移动和/或重定向组件的移动代理
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年5月31日提交的美国临时申请序列号61/829，419 “用于建构一般化结构的移动代理(Mobile Agents for Constructing GeneralizedStructures) ”(代理人案号ANK003-PR0V)的优先权，所述申请以引用的方式并入本文中。
[0003]本申请与2013年8月9日提交的美国实用新型申请序列号13/963,638 “具有一个或多个计算装置的机器人系统的集成(Integrat1n of a Robotic System with One orMore Computing Devices) ”(代理人案号ANK002)有关，所述申请以引用的方式并入本文中。
[0004]本申请与在2010年5月27日提交并且在2013年I月15日作为美国专利号8，353，737发布的美国实用新型申请序列号12/788,605 “自主控制型玩具车辆的分布式系统(Distributed System of Autonomously Controlled Toy Vehicles)，，(代理人案号ANKOOI)有关，所述申请以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0005]本文档涉及能够建构一般化结构的移动代理。
【背景技术】
[0006]呈某形式的积木常常是小孩收到的第一件玩具；积木型游戏例如Jenga —直到成人期还很受欢迎。作为意欲用于娱乐的产品的积木与用于人类尺度的基础设施的建造的那些同样都要依赖于某形式的人类控制或操纵以执行在建造(或在一些情况中是拆卸)中涉及的任务。换句话说，积木型结构一般不能够自己建造或拆散。
[0007]另外，常规系统和堆积木玩具不提供使多个移动代理可以一起工作并且以协作方式交互以完成建构工程的任何技术。它们也不具有提供或模拟情绪响应的任何机制，所述情绪响应会影响所述协作和交互的方式。由于所述限制，对所述系统和玩具的参与和感兴趣的程度常常是非常有限的。
【发明内容】
[0008]各种实施例提供用于操纵、移动和/或重定向例如积木等组件以(例如)建构一般化结构的机制。在至少一个实施例中，移动代理(也被称作机器人)在含有标记(或其它机器可读码)的工作表面上进行操作，所述标记辅助所述移动代理维持对它们各自在所述工作表面上的位置的当前了解。移动代理在其环境中按照类型和位置来识别组件并且使用机载硬件根据方向对组件进行重定位或重置；所述方向可以由用户提供，或可以基于预先编排或预先安排的指示，或它们可以是基于当前条件或响应于其它代理的动作来动态地确定。由移动代理协作地或个别地执行，这些任务可以是被顺序地或同时地执行以将组件(例如积木)放置成布置的目标的较大、有组织的序列的一部分。所述操作可以具有建造结构的目标和/或其它目标和/或指示，或者它们可以不具有目标。
[0009]在至少一个实施例中，移动代理对环境改变、正在进行中的任何工作的更改和/或其它条件是有响应的。响应于所述改变和条件，所述代理可以经配置以展现出投射或模拟情绪反应的响应；例如，所述代理可以以与在执行其任务的过程中可能会发生的各种事件(计划中的与意料之外的)一致的方式来作出反应。不同的移动代理可以与不同的性格特点和/或脾性相关联，所述性格特点和/或脾性可以是静态或动态的，并且可以经配置以基于环境条件和/或其它移动代理的行为而改变。移动代理可以进一步经配置以使用任何合适技术来检测环境条件(例如，积木和其它组件的位置、其它移动代理的位置和移动、温度、地形、目标、障碍物、人类用户的行为和/或类似者)，所述合适技术包括(例如)视觉检测、听觉检测、接近度检测、运动检测、与基站和/或与其它移动代理直接通信、和/或类似者、和/或其任何组合。
[0010]通过向移动代理提供以上特征中的任一者或全部(单独地或以任何合适组合)，各种移动代理的行为和交互可以使得对根据本文中描述的技术实施的玩具和系统的感兴趣程度和参与程度提高。
[0011]在本文中描述了其它细节和变化。
【附图说明】
[0012]附图示出了若干实施例。它们与说明书一起用于阐释所述实施例的原理和操作机制。本领域的技术人员将认识到图式中所示的特定实施例只是示例性的并且不欲限制范围。
[0013]图1是描绘了根据一个实施例的移动代理的框图。
[0014]图2是根据一个实施例描绘了根据一般化个性类型而告知动作的一组响应和参数的表格。
[0015]图3是根据一个实施例描绘了可以在相反的特性之间按照量表上的点来界定的一组情绪特性的表格。
[0016]图4根据一个实施例描绘了可能是一些组件类型的特性的特征的实例。
[0017]图5根据一个实施例描绘了具有在每一面上居中定位的矩形凹座和偏离每一边缘的圆形凹座的积木组件的实例。
[0018]图6根据各种实施例描绘了呈现为被设计成从多个方位读取的标记的机器可读码的实例。
[0019]图7A至图7C根据各种实施例描绘了参考标记的实例，如它们可能会出现在例如积木等立方体形组件的面上那样。
[0020]图8是根据一个实施例描绘了移动代理可以不断地用来维持虚拟状态与物理状态之间的对等性的方法的流程图。
[0021]图9根据一个实施例描绘了其中两个移动代理结合并各自从任一端提升物理负载并且协调地移动至它们分享的重物的既定位置的实例。
[0022]图10是根据一个实施例描绘了其中移动代理向用户请求组件的情形的流程图。
[0023]图11是根据一个实施例描绘了其中移动代理向用户请求组件的情形的流程图，其中移动代理可以展现出情绪状态。
[0024]图12根据一个实施例描绘了其中在处于各种建构状态时移动代理向用户请求组件的实例。
[0025]图13是描绘根据一个实施例的实施架构的框图。
[0026]图14根据一个实施例描绘了具有机器可读码的工作表面的实例。
[0027]图15根据各种实施例描绘了包括方位指示符的机器可读码的实例。
[0028]图16根据各种实施例描绘了可变码线的实例。
[0029]图17根据各种实施例描绘了机器可读码的实例。
[0030]图18根据一个实施例描绘了在工作表面上操纵组件的若干移动代理的实例。
[0031]图19根据一个实施例描绘了具有混合码类型的工作表面的实例。
[0032]图20根据各种实施例描绘了码类型的额外实例。
【具体实施方式】
[0033]为了进行说明，本文中描述和描绘的系统和方法可能会涉及在以娱乐用户为目标(作为其主要目的)的玩具的情形中用于建构结构的移动代理。然而，本领域的技术人员将认识到本文中描述的技术可以应用于许多不同的情形和环境，在所述情形和环境中，提供可以建构结构、显示情绪、协作、完成和/或执行其它动作的移动代理可能是有用的或所要的。因此，本文中描述的技术意欲适用于任何所述情形或环境，并且不欲限于本文中呈现的特定实施方式。
[0034]另外，以下描述陈述了可以单独地或以各种组合来实施的许多不同的概念、特征和机构。本领域的技术人员将认识到，可以使用所述概念、特征和机构中的一者或多者使用任何合适组合来实施各种实施例。
[0035]为了进行以下描述，术语“组件”意欲适用于许多不同类型的个别积木和/或其它元件中的任一者。如下文更详细地描述，组件可以被分类为属于三种类型中的一者:被动的、半主动的和主动的。另外，术语“积木”或“组件”的使用不应被认为是限制性的，并且明确地说不强制组件应以与符合积木的常规观念的几何形状或组成一致的形式出现。例如，虽然工作表面不太可能具有与常规积木形状的类似性，但是如下文将论述，在作用和功能方面，它符合被动组件类型的类别。另外，如下文所描述，移动代理可以被视为一类组件。
[0036]就分类来说，将组件划分成三个组件类型在论述所述类别内的一致性和所述类别间的区别时提供了方便的排序和参考；然而，所述分类是任选的并且不应被认为限制范围。如下文更详细地描述，组件的各种分类具有特定的特性和差异，所述特性和差异可能可用于理解它们相对于彼此和在整个系统内的作用以及理解系统作为一个整体来说的性质。
[0037]可以在单个系统的构造内操作的统一框架中考虑系统的各种元件。在至少一个实施例中，所述系统可以包括各种类型以及自主程度和功能性的组件，所述组件可以负责建造自身的结构。通过提供所要的完成设计、和/或通过提供用于指导能够输送并放置组件(例如积木)的移动代理的高级指令、和/或通过直接控制个别代理的离散动作，一个或多个用户可以参与到此项活动中。
[0038]在各种实施例中，用户可以使用任何合适的通信机制和/或用户接口机制来与系统和/或与个别代理交互。在至少一个实施例中，所述系统支持在用户与移动代理之间经由任何合适装置(或一个以上装置)(例如平板计算机、智能电话和/或其它移动计算装置)实现的稳健介接。在至少一个实施例中，支持基于触摸的屏幕接口或其它直接操纵型接口，但是可以使用任何其它类型的用户接口。在替代实施例中，可以支持其它类型的接口机制，例如语音输入、基于文本的输入、基于鼠标的输入、操纵杆输入和/或类似者。可以使用任何所述输入机制以及合适的输出机制和/或反馈来提供图形(或非图形)接口。所述系统的代理可以以任何合适和所要的自主程度和/或在任何合适和所要程度的用户控制下操作。
[0039]在至少一个实施例中，所述系统包括例如垫子等工作表面。所述垫子可以含有机器可读码601或标记，所述可读码或标记对可由移动代理用来经由移动代理上的传感器(例如光传感器)确定其位置的位置信息编码。
[0040]现在参看图18，示出了根据一个实施例的实例，其中若干移动代理104处于在工作表面407上操纵各种组件402 (示出为积木)的过程中。如从所述实例可以看出，各种移动代理104可以彼此协作工作；或者，它们可以彼此分开工作或者甚至可以彼此干涉和/或竞争。对组件402的操纵可以包括结构的建构以及拆除或任何其它合适的操纵。如下文更详细地论述，组件402可以采取许多不同形式，并且不需要是积木。
[0041]图18描绘了关于表面407和组件402的代理104的交互和行为的若干实例，其中的许多在本文中更详细地描述。在图18的实例中，一些组件402存放在积木供应区域1801中，代理104可以在建构工程需要时从所述积木供应区域取出组件402。代理104G处于将组件402N从供应区域1801输送至建构工程正在进行的建造区域1803的过程中。在至少一个实施例中，表面407可以含有界定用于运送和用于建造的不同区的标记或码，使得所述代理104G在以此方式输送组件(例如402N)时可能会使用运送通道。
[0042]作为另一实例，图18描绘了使用剪叉式升降机104H(它自身可以是由代理104J操作的工具，或者它可以是代理自身)将组件402P放置在本来会太高而无法够得到的一排上的代理104J。图18进一步描绘了实施为功能门的主动组件402G(下文对主动组件进行更详细描述)。在此实例中，主动组件402G的门在它从主动组件402H接收到信号时可以打开，所述主动组件402H实施为当在阈值距离内检测到物体(例如代理104或其它组件402)时发送信号的距离传感器。可以使用用于接近度或运动检测的任何合适机制，例如反射光、超声波、蓝牙接近度和/或类似者。在此实例中，一起协作来搬运组件402M的代理104L、104M激活组件402H的距离传感器，从而使组件402H发出指示物体的检测的信号。组件402G的门通过打开来作出响应，从而允许代理104L、104M进入所述结构中。
[0043]图18还示出了探查组件402的坍塌1802的代理104N，所述坍塌可能会在物理环境与其虚拟模型之间产生不一致。如下文更详细地描述，所述系统可以(例如)通过基于物理环境的检测到的状态对虚拟环境进行调整或通过进行物理调整(例如通过移动代理104和/或组件402)以使物理环境与虚拟环境一致来对所述检测到的不一致作出反应。
[0044]在至少一个实施例中，移动代理104可以彼此通信以确定它们相对于彼此和/或相对于表面407的相对位置。在至少一个实施例中，表面407被实施为可卷的或可折叠的垫子以实现方便的收纳和拆解；或者，表面407可以是刚性的或可以具有许多互锁部件。
[0045]工作表面407意欲提供可以在上面对组件402 (例如积木)进行操纵和组装的区域。在至少一个实施例中，工作表面407 —旦部署好便提供用于组装组件402的基本上平坦的区域。然而，在至少一个实施例中，不需要提供特殊表面，并且可以在地板、台面或任何其它可用的常规表面上对组件402进行操纵和组装。另外，在至少一个实施例中，所述系统促进了在工作表面407的界线外的组件功能性。在其它实施例中，组件构造可以适应可变表面；例如，工作表面407可以横跨处于各种高度的互连的不同平坦(和/或非平坦)区域。
[0046]为了进行说明，工作表面407在图18中示出为不具有标记的一般矩形表面。然而，在至少一个实施例中，工作表面407可以包括机器可读码和/或其它标记。现在参看图14，示出了包括机器可读码601的工作表面407的实例。在此实例中，表面407包括六边形栅格；然而，本领域的技术人员将认识到任何其它布置是可能的，包括其它类型的栅格或根本没有栅格。另外，码601可以采取任何合适的形式，并且不需要类似于图14中所示的特定码 601。
[0047]被动组件402
[0048]现在参看图4，示出了根据至少一个实施例的在工作表面407上的被动组件402A至402D的一些实例，所述被动组件被实施为积木并且具有可能是一些组件类型的特性的示例性特征。图4还描绘了装备有叉式吊车403的移动代理104的实例。
[0049]被动组件402包括功能上惰性的元件。所述组件的一个实例是惰性积木，所述惰性积木可以是立方体、矩形长方体或任何其它合适形状。这些元件可以具有使它们可用于所述系统中的其它元件的标记，和/或它们可以起到结构上的作用。一般来说，被动组件不能够实现任何状态改变。
[0050]在各种实施例中，可以以任何合适方式来存储和/或编码关于被动组件402的相关数据，包括贴到组件402、印在组件402上或安置在组件402附近的任何形式的机器可读码；所述码可以包括光或磁可读标记、RFID标签和/或类似者中的任一者或全部。现在参看图17，示出了根据各种实施例的机器可读码601的实例；然而，在其它实施例中，机器可读码可以采取任何合适的形式。使用任何合适手段存储和/或编码所述相关数据准许与组件402 —起工作、操纵组件402和/或在组件402周围的环境中操作的移动代理104读取或解码所述数据。所述实施例支持外部代理或其它实体的功能，同时组件402保持为被动元件。同样地，虽然在一些实施例中，被动组件402可以用于建造并且可以以各种位置或方位进行放置，和/或与类似的或其它类别的对等组件402堆叠成布置，但是这个作用是被动的作用并且所述组件402仍将被分类为被动的。
[0051]就具有介接元件来说，被动组件402可以类似于半主动或主动组件402，其中所述介接元件可以方便放置期间的对齐以及提供与邻近组件402的某程度的固定性或被动互锁(例如，重力配合)；然而，一般来说，被动组件402缺少任何功能性电子器件或可操作机构(或者如果它们含有所述元件，那么所述元件是非功能性的或执行与本文中描述的操作不相关的操作)。
[0052]组件402B是具有表面几何形状的组件402的实例。在这种情况中，所述表面几何形状经构造以适应吊车403的叉，不管组件402B的哪个面向下或哪个边缘正交地迎向叉。组件402C是另一实例，它具有从其顶面延伸的凸起的几何特征404，所述几何特征将会配合在其基座上的此形式的倒置(由此准许这种设计的组件以互锁方式堆叠)。组件402D是又一实例，它具有与组件402C的特征404类似的凸起的几何特征405，其中增添了在几何特征405的基座处的开槽开口 406，从而方便了从顶部提升组件402。
[0053]就优选实施例内的表现来说，工作表面407也可以被视为被动组件402。工作表面407可以包括标记、机器可读码、RFID标签和/或方便在表面407上对移动代理104导航和对组件402放置的任何其它合适元件。
[0054]半主动组件
[0055]半主动组件402包括一系列的可能组件类型。为了在本文中进行描述，半主动组件402可以具有与被动组件402类似的基本性质，但是还可以拥有可以由用户和/或移动代理104控制的功能性。例如，半主动组件402可以能够经受机械或其它状态改变。所述组件402的实例是具有准许与另一组件402互锁的机械系统的组件。在所述情形中，移动代理104可以被配置有操纵器，所述操纵器适于操作半主动组件402。例如，可旋转的伸长杆可以插入至组件402上的插槽中；通过转动所述插槽，移动代理104可以接合互锁部件，所述互锁部件栓锁至一个或多个邻近组件402上的表面特征。可以用在组件402之间提供结合力的磁铁来达成类似结果；在这种情况中，负责操纵组件402的移动代理104可以或者在操纵器的末端处采用具有铁氧体磁心的磁线圈，以准许组件402中所含的磁铁附接至臂或通过使电流通过线圈而释放所述磁铁。其它构造是可能的，其中一个或多个半主动组件402含有能够实现状态改变的一个或多个元件。
[0056]现在参看图5，示出了积木组件402E的实例，所述积木组件具有在每一面503上居中定位的矩形或正方形的凹座501和偏离每一边缘的圆形凹座502。铁板(未图示)可以固定在每一凹座501内，使得在它被齐平安装时可能存在于凹座501的面上的任何识别标记或特征将不那么容易被邻近表面刮擦或磨损。
[0057]图5还描绘了大概是通过负责对组件(例如积木组件402E)定位的移动代理(未图示)安装或以其它方式控制的操纵工具或操纵器504。在这种情况中，操纵器504具有对应尺寸和间隔的突出部505以与组件402E的面503上的圆形凹座502配合。环形元件506处在操纵器504的中心，所述环形元件可以是永久磁铁或铁质材料，所述永久磁铁或铁质材料经构造以操作为电磁铁，使其安装表面507高耸以确保与组件402E的凹座501接触。当操纵器504施加至组件402E时，通过环形元件506与凹座501的板之间的磁吸引而产生的吸引力在所述两者之间产生一定程度的固定性，并且由此使控制操纵器504的移动代理能够移动、提升或以其它方式操纵组件402E。凹座502与突出部505之间的相配几何形状保证了在组件402E与操纵器504彼此互锁时组件402E相对于操纵器504的位置和方位的一致性和可预测性。本领域的技术人员将了解，在空间中移动和放置组件402 (例如组件402E)时维持精确性的重要性依赖于对组件402相对于已知位置(例如操纵器504的位置)的相对位置的了解。然而，可以使用其它技术来保证所述精确性。
[0058]还可以了解，取决于例如组件尺寸、相配的特征几何形状和位置等因素以及操纵器504的位置和相关联运动控制的工作知识的限制，以将保证相配特征互锁的方式成功地将操纵器504施加至组件402E的面503可能会变成困难的。可以使用许多技术中的任一者来方便操纵器504相对于组件402E的定位。例如，在至少一个实施例中，相机507或类似成像装置可以与操纵器504的中心轴同位于一处。在所述实施例中，可以以使得能够方便地识别中心点或某其它已知点的方式来构造组件402E的凹入区域501上或附近的任何合适标记(未