具有机械和数据联接机构的移动机器人的制作方法

本发明的领域是机器人制造系统。

背景技术：

在机器人制造系统中，自动引导车辆(agv)可用于运输部件和组装的设备。agv可以是可在工业环境(例如仓库或工厂)中自动移动的定制机器。它们通常负责搬运物品，例如仓库库存或库存品。agv可以是跟随地板内的标记或电线、或使用视觉、磁铁或激光进行导航的便携式机器人。agv可用于工业应用中，以在制造设施或仓库中搬运物料。agv可能需要高度自动化和灵活的制造系统，车间内的自动化物流和交付方法有很多要求：agv系统的低成本、高可靠性、灵活性。

在某些情况下，单个agv可用于运输部件和组装的设备。但是，在其他情况下，部件或组装的设备可能太大，以至于单个agv无法执行运输。使用多个agv来运输这些较大的结构可能很有用。所需要的是一种系统，该系统允许将多个agv联接在一起，以便agv可以进行通信并协调运动以运输较大的部件或组装的设备。

技术实现要素：

agv用于运输部件和/或组装的结构。agv可以使用全向轮。例如，在不同的实施例中，agv可以包括麦加纳姆(mecanum)轮或伊隆(ilon)轮，其可以允许agv在地面上沿任何方向移动。如果在每个agv上都配备了麦加纳姆轮移动系统，则所连接的agv可以形成任何组装的形状，并且所连接的agv可以作为单个结构和谐地在地面或仓库环境内四处移动。

对agv通用连接机构有一些一般要求。例如，为了确保可靠的agv机械连接，联接机构应保证agv连接的紧密性。在工作环境中，可能很难对齐两个agv的位置以准确地联接和电连接它们。本发明的联接机构的设计可以提供对齐辅助，以便在一定程度上确保相邻agv之间的自对齐。

agv可以是任何形状，例如正方形或矩形，在agv的每个垂直侧面上具有一个或多个联接机构。所述联接机构可包括凹形联接件，所述凹形联接件与凸形联接件在水平方向和竖直方向上间隔开。所述凹形联接件可以具有锁定机构，所述锁定机构可以将所述凸形联接机构固定到所述凹形联接机构。在一个实施例中，所述凸形联接机构可以是具有圆锥形部分的凸出圆柱形结构，而所述凹形联接件是具有内表面的凹入圆柱形结构，所述内表面可以是凸形联接件表面的镜面反转表面。在其他实施例中，所述凹形联接件和凸形联接件的表面可以是球形、椭圆形或其他锥形结构，其中末端部分比近端部分更细。

在一个实施例中，锁定机构可以是旋转锁定t形杆，所述旋转锁定t形杆可以装配在凸形联接件的相应槽内。所述锁定t杆可以在解锁旋转位置和锁定旋转位置之间旋转。例如，所述槽可以处于水平对齐，使得当t形杆在解锁位置中处于水平位置时，所述凸形联接件可以被插入并从所述凹形联接件移除。但是，当处于水平位置的t形杆完全插入所述水平槽中并且所述t形杆延伸到所述水平槽后面的开放空间中并旋转了预定的旋转角度时，例如45至135度或90度之间的角度，使得所述t形杆旋转成与所述槽脱离对齐状态，所述t形杆将不再与所述水平槽对齐，所述凸形联接件将被锁定在所述凹形联接件内。

在其他实施例中，所述槽锁定机构可以具有各种其他构造。例如，所述槽可以竖直或斜角对齐。在其他实施例中，一旦t形杆已经被插入所述凸形联接件的端部的槽中，则所述t形杆可以是固定的并且整个凸形联接件可以绕中心轴线旋转。在又一个实施例中，t形杆可以联接到所述凸形联接件，并且相应的槽可以形成在所述凹形联接件中。在一个实施例中，所述槽的内表面可以是倾斜的，从而当所述t形杆旋转到锁定位置时，所述t形杆的旋转可以使所述凸形联接件更紧密地拉入所述凹形联接件。

电动致动器可以控制所述旋转锁定t形杆的旋转位置。在一个实施例中，所述致动器可以联接至从所述t形杆的中心轴线径向向外延伸的臂。所述致动器可以具有螺线管和弹簧，所述螺线管在施加电力时使所述致动器收缩，而所述弹簧在不施加电力时使所述致动器伸长。在一个实施例中，所述联接机构的锁定状态可以不需要将电力施加到所述电动致动器。在其他实施例中，所述致动器可以被相反地配置，并且当向所述致动器施加电力时，所述t形杆可以旋转到锁定位置，当从所述致动器上移除电力时，所述t形杆可以旋转到解锁位置，在发生电力故障的情况下，所述agv可以分离，因为所述联接件将固有地解锁。

除了机械连接之外，还可以在车辆之间设置数据传输连接机构。无线通信方式并不总是可靠的，在某些使用案例中，有线连接是在联接的agv之间提供电子数据和/或电力连接的更可靠的选择。在一个实施例中，所述电连接机构可以位于所述凹形和凸形联接机构之间。

本发明的agv系统可用作拖曳物体的拖车。在一些实施例中，所述agv可能起到物体承载平台的作用，或者一些agv可能由一些构造性的硬质元件接合起来，以指定的方式执行动作。有几种agv的设计方案可以解决承载重物的问题。为了运输重物，通常使用相对较大和较复杂的agv。然而，联接件可用于产生具有多个连接的agv的联接agv组件以执行大重量的操作。agv的机械和数据联接功能允许无限数量的agv通过刚性机械连接相互连接，并用作为单一的agv运输机构。

附图说明

图1示出了具有联接件的agv的实施例的透视图。

图2示出了在agv的侧表面上的联接件的实施例的透视图。

图3示出了两个未联接的agv联接件的实施例的俯视图。

图4示出了两个联接的agv联接件的实施例的俯视图。

图5示出了agv联接件的实施例的透视侧视图，其中t形杆处于解锁位置。

图6示出了agv联接件的实施例的透视侧视图，其中t形杆处于锁定位置。

图7示出了处于解锁位置的t形杆致动器的实施例的透视侧视图。

图8示出了两个相邻的联接机构的实施例的透视侧视图，其中t形杆处于解锁位置。

图9示出了两个接合的联接机构的实施例的透视侧视图，其中t形杆处于解锁位置。

图10示出了两个接合的联接机构的实施例的透视侧视图，其中t形杆处于锁定位置。

图11、12和13示出了处于不同组装配置的联接的agv。

具体实施方式

本发明涉及用于自动引导车辆(agv)的机械和数据联接系统。参照图1，图上示出了agv100的实施例，其可以包括四个轮子103、105，前侧111，右侧113，后侧115和左侧117。数据联接件139以及具有凸形联接件121和凹形联接件123的机械联接件被安装在前侧111、右侧113、后侧115、和左侧117的中心。

轮子103，105可以具有特殊的滚动机构，所述滚动机构可以允许agv100在任何方向上向前、向后和左右移动。例如，在一个实施例中，轮子103、105可以是麦克纳姆轮或伊隆轮，它们是具有附接到轮子103、105的圆周上的一系列辊子161的轮子。这些辊子161每个可以具有与轮子103、105的旋转平面成45°，并且与穿过辊子161的中心且平行于轮子103、105的旋转轴的线成45°的轴。agv100可以具有轮子103，105的交替布置。在agv100的左前侧和右后侧带有左手辊子161的轮子103和在agv100的右前侧和左后侧上带有右手辊子161的轮子105，每个轮子103、105可以大致垂直于中心轴线施加力。通过控制轮子103、105和轮子103、105上的辊子的旋转，agv100是稳定的，并且可以使其沿任何方向移动。沿相同方向移动所有四个轮子103、105会导致向前或向后移动。相反，在agv100的一侧上的轮子103、105沿与另一侧上的轮子103、105相反的方向运行会引起agv100的旋转，使一个对角线的轮子103、105在与另一对角线相反的方向上运行会导致agv100侧向移动。这些轮子运动的组合允许agv100在平移和旋转的任何方向上运动。因为agv100可以沿任何方向移动，所以agv100可以容易地移动以彼此联接。

参照图2，图上示出了agv100的右侧113和后侧115，其给出了具有凸形联接件121和凹形联接件123的机械联接的实施例的更详细图示。在所示的实施例中，凸形联接件121具有水平槽141是中空内部空间的入口。当面对agv100的侧面时，凸形联接件121在凹形联接件123的右侧，并间隔开固定的预定距离。凸形联接件121和凹形联接件123定位在相对于地面相同的垂直高度。当agv100处于相同的面向前方的旋转对齐状态时，agv100可以彼此联接。agv100前侧111的联接件121、123可以联接至相邻agv100后侧115的联接件121、123。类似地，agv100右侧113的联接件121、123可以与相邻agv100左侧117的联接件121、123联接。因此，agv100可以联接成任何几何组装配置。

参照图3，图上示出对齐的联接件121、123的图，并参照图4，图上示出了凸形联接件121的图，其中t形杆145的细长末端对齐并且处于凸形联接件121的水平槽141内。凸形连接件121可以是凸出圆锥形，其具有圆柱形结构的近端部分和平坦的平面端，实施平坦的平面端可以垂直于凸形连接件121的中心轴线。所述平面端可以具有开口，在该实施例中，开口是水平槽141并提供通向内部空间143的通道。圆锥形表面的角度可以在20至70度之间。

凹形联接件123可具有在圆柱形结构内形成的凹形表面。凹形联接件123的中心部分可以是凹入圆柱形的形状，并且凹形联接件123的近端部分可以具有凹入圆柱形表面，该凹入圆柱形表面的圆锥角与凸形联接件121的凸出圆锥角相对应。t形杆145可安装到凹形联接件123的中心部分。凹形联接件123可具有中心t形杆145，所述中心t形杆145可具有联接到中心杆的细长末端。所述细长末端可以围绕中心杆在锁定位置和解锁位置之间旋转。

尽管将凸形联接件121和凹形联接件123描述为具有圆柱和圆锥形表面，但是在其他实施例中，这些结构可以具有其他几何形状。例如，凸形联接件121可以具有凸出的球形、椭圆形或其他锥形结构，其中末端部分比近端部分细，并且凸形联接件121可以具有对应的凹入的球形、椭圆形或其他锥形结构，其中近端部分比末端部分细。

参照图5-7，图上示出了凸形联接件121、凹形联接件123和数据联接件139的透视图。参照图5，前透视图显示凹形联接件123的t形杆145处于水平位置。t形杆145可以联接到致动器151，致动器151可以是电磁线性致动器，当施加电力时所述电磁线性致动器可以使致动器151缩回。致动器151可以联接至弹簧153，弹簧153可以在移除电力时使致动器151延伸。致动器151被供电并且弹簧153被收缩。参照图7，图上示出凹形联接件123的后透视图，其中臂155联接至t形杆145的近端。在所示结构中，致动器151附接到旋转安装件157并联接至臂155。致动器151处于施加电力的收缩状态，并且弹簧153收缩。参照图6，当没有施加电力到致动器151时，弹簧153将伸展，致动器151将伸展并移动臂155，使得t形杆145旋转到锁定位置，而末端细长部分旋转到垂直方向。因此，在t形杆145处于锁定位置时，凸形联接件121将失效。在其他实施例中，致动器151可以被配置为当被通电时致动器151处于锁定位置，并且当从致动器151移除电力时，致动器151可以将臂155和t形杆145旋转到解锁位置。

参照图8，图上示出了两个相邻且对齐的联接件121、123的透视图。凹形联接件123的t形杆145的细长末端处于与相邻的凸形联接件121的水平槽141对齐的解锁水平位置。两个所示的致动器151都处于通电状态，并且弹簧153处于压缩状态。臂155被旋转以将t形杆145移动到解锁位置。

参照图9，示出了两个相邻且对齐的联接件121、123的透视图。臂155旋转以将t形杆145移动到解锁位置并放置在相邻的凸形联接件121的水平槽141内。所示的两个致动器151均处于通电状态，并且弹簧153处于压缩状态。参照图10，示出了两个相邻且接合的联接件121、123的透视图。凸形联接件121完全插入凹形联接件123中。t形杆145的细长末端位于凸形联接件121的内部空间143中，并且臂155旋转以将t形杆145移动到锁定位置，t形杆145的细长末端与相邻的凸形联接件121的水平槽141脱离对齐状态。所示的两个致动器151均处于伸展的未通电状态，弹簧153处于伸展的状态。

图5-10利用致动器151，致动器151连接到臂155，臂155运动以旋转t形杆145。但是，在其他实施例中，可以使用各种其他机构来控制t形杆145在锁定位置和解锁位置之间的旋转运动。例如，在一个实施例中，agv上的锁定电动机可以是联接的蜗杆，所述蜗杆与联接到t形杆145近端部分的齿轮上的齿啮合。可替代地，锁定步进电动机可以直接联接到t形杆145的近端。

在一个实施例中，凸形联接件121的面向内部空间的内表面可以具有倾斜表面，所述倾斜表面可以抵靠t形杆145的细长末端的近侧表面滑动。在该实施例中，凸形联接件121可以通过进一步旋转t形杆145而使其与槽脱离对齐状态，来紧固与凹形联接件123的连接。凸形联接件121和凹形联接件123可以由高强度硬质材料制成，例如不锈钢，碳钢，复合材料或其他合适的材料。

在一个实施例中，agv可以具有用于使凸形联接件121和凹形联接件123对齐并联接的自动化程序。以这样的方式设计联接件，使得提供机构对齐的圆锥形表面或锥形表面在电联接件139接合之前完全对齐。仅在将凸形联接件121至少部分地插入到凹形联接件123中之后，电联接件机构139才碰在一起并建立电连接。这意味着电联接件139不可能误对齐，因为凸形联接件121和凹形联接件123机构在一起。

当配备有凸形联接件121和凹形联接件123的两个agv彼此相对运动时，可以通过使用控制驱动轮子103、105的电机的内部定位控制算法来执行初始对齐。初始接近位置错位由凸形联接件121和凹形联接件123的圆锥形状补偿，它们可以校正高达预定偏移量的误对齐。例如，在一些设计中，相对于凸形联接件121和凹形联接件123的轴线对齐状态的对齐误差可高达10毫米。当t形杆145处于解锁位置时，凸形联接件121和凹形联接件123可以与agv联接在一起。两个连接的agv利用轮子103、105的运动将凸形联接件121和凹形联接件123紧密地压在一起。一旦将凸形联接件121插入凹形联接件123，则电联接件139就被联接。t形杆145的末端也穿过槽141并进入内部空间143，因此t形杆145可绕轴旋转。在一个实施例中，系统可以仅仅在联接和解除联接过程期间向致动器151供电，这可以是非常短的耗电时间，以解锁t形杆145，如所讨论的，致动器151可以不需要供电来锁定t形杆145。

为了接合锁定机构，致动器141可以旋转t形杆145以从槽141偏移。例如，在一个实施例中，致动器151可以是螺线管。当通电时，可以施加电磁力并且螺线管可以克服弹簧力，使致动器151收缩。致动器151的收缩运动使臂155旋转，臂155将t形杆145旋转到水平方向的解锁位置。一旦t形杆145完全插入并且系统继续将agv锁定在一起，系统就可以将t形杆145从水平的“解锁”方向绕轴旋转到90度的“锁定”方向。在一个实施例中，t形杆145可以在垂直的“锁定”位置被弹簧加载。一旦完全就位并且面对面闭合，则螺线管151被断电。这继而允许弹簧将锁定臂155和t形杆145旋转到垂直锁定位置。因为弹簧153的力用于将t形杆145转动到锁定位置，所以这些机构不需要任何电能来保持完全接合并彼此锁定在一起。

通常需要使用先前描述的联接系统来创建协同工作的agv100的任意形状。参照图11和12，示出了联接的agv100组件的示例。图11示出了以矩形配置连接的四个agv201、202、203、204的组件210。图12示出了以t形结构联接的四个agv201、202、203、204。在所示的组件中，agv201、202、203、204分别处于相同的面向前的旋转位置，agv201、202、203、204可以通过凸形联接件121和凹形联接件123彼此连接，并且agv204前侧的凸形联接件121和凹形联接件123可以与相邻的agv202后侧的凸形联接件121和凹形联接件123联接。类似地，agv201、202右侧113的凸形联接件121和凹形联接件123可以联接到相邻的agv202、203左侧117的凸形联接件121和凹形联接件123。

相邻的agv100分别用凹形联接件123插入并锁定到凸形联接件121。除了机械连接之外，联接的agv100还可通过机械或无线的数据连接彼此通信。通信可以允许agv100一致地移动。如果agv组件平移，则所有agv100可以以相同的方式移动，每个agv100以相同的方向和速度移动轮子103、105。但是，如果agv组件旋转运动，则每个agv100可以具有不同的轮子运动控制信号。例如，如果组件向右旋转，则agv组件左侧的轮子103、105的行进距离将比agv组件右侧的轮子103、105行进更远。因此，agv组件左侧的轮子103、105将比agv组件右侧的轮子103、105在向前旋转方向上旋转得更快。

在不同的实施例中，可以使用不同的控制装置来控制组装的agv的运动。在一个实施例中，每个agv201、202、203、204可以具有射频(rf)接收器，所述rf接收器接收用于单独控制agv201、202、203、204中的每一个agv运动的rf信号。在这些实施例中，当组件在表面上平移运动时，所述控制器可向agv201、202、203、204中的每一个agv提供相同的轮子电动机控制信号。然而，当组件旋转运动时，控制器必须向agv201、202、203、204中的每一个agv提供不同的轮子电动机控制信号，以便转动agv组件。

在其他实施例中，可以通过单个运动控制信号来控制组装配置中的agv201、202、203、204的运动。例如，控制器可以简单地提供从a点到b点的指令，而agv组件必须独立完成导航。在该实施例中，agv组件220的agv中的至少一个agv可以具有处理器，所述处理器可以接收运动控制信号，然后将运动控制信号发送到agv201、202、203、204中的每一个agv。如果所述控制信号为向左转，则agv组件220右侧的轮子103、105将比左侧轮子103、105在向前旋转方向上旋转得更快。

在图11和12中，四个agv201、202、203、204处于相同的方向。但是，也可以以非匹配的方向联接agv201、202、203、204。参照图13，agv201、202以90度的非对齐配置联接到agv203、204。更具体地，agv201的右侧联接至agv202的左侧，agv204的前部联接至agv203的后部，且agv203的右侧联接至agv202的后部。agv201、202与agv203、204呈90度的非对齐状态。当agv201、202用轮子103、105沿相同旋转方向正常旋转的情况下向前移动时，agv203、204用轮子103、105沿相反方向旋转进行水平移动。如所讨论的，在不同的实施例中，agv可具有任意数量的凸形联接件121和凹形联接件123的侧表面。因此，agv201、202、203、204可经由以任意几何组装配置的凸形联接件121和凹形联接件123而进行联接。

已经描述了本发明的联接系统，可应用于联接在所有方向上移动的agv。在其他实施例中，除了agv联接之外，本发明的联接件可以用于多种应用中。例如：将agv连接到附加设备，用于agv的牵引装置，为诸如agv之类的插入物体提供电力等。本发明的agv联接件可以消除对可能不适用于较小的负载的大载重agv的需求。通过使用本发明的联接件来组合所描述的多用途agv，可以放大agv组件以满足各种各样的载重运输要求。在其他实施例中，所述联接机构可以用于拖曳装备有联接件的其他平台、机器人和其他设备。在一个实施例中，所述联接机构可以用于向配备有联接件的其他平台或机器人提供电力或数据链路。所述联接机构也可以与任何设备组合，并可以手动安装，例如相机、抓手、传感器等。

在各种实施例中，本公开内容包括基本上如本文所描绘和描述的组件、方法、过程、系统和/或装置，包括各种实施例、子组合及其子集。在理解本公开内容后，本领域技术人员将理解如何制造和使用本公开内容。在各种实施例中，本公开内容包括在不存在本文或其各种实施例中未描绘和/或描述的项目下，提供装置和过程，包括在不存在可能在先前的设备或过程中使用过的项目的情况下，例如，用于提高性能、简化和/或降低实施成本。相反，如以下权利要求所反映的，本发明的方面在于少于任何单个前述公开的实施例的所有特征。