本申請涉及一種用于改進(jìn)的牽引的機(jī)器人工作工具系統(tǒng)，具體地，涉及一種用于改進(jìn)在障礙物之間的操作的機(jī)器人工作工具系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)器人工作工具變得越來越先進(jìn)，也增加了對(duì)它們的密封的要求，這使得它們的主體或底盤(chassis，底架)更加(扭轉(zhuǎn)地)剛性。這導(dǎo)致當(dāng)機(jī)器人工作工具越過障礙物或孔，導(dǎo)致一個(gè)車輪被障礙物提升時(shí)，另一個(gè)車輪也將被提升，這可導(dǎo)致機(jī)器人工作工具失去牽引力。此外，任何量距(odometri)可受到這種滑動(dòng)的影響，并且可阻礙適當(dāng)?shù)膶?dǎo)航，諸如通過推導(dǎo)推算(航位推測法)。

許多現(xiàn)有技術(shù)解決方案是可用的，其允許一個(gè)輪獨(dú)立于另一個(gè)輪移動(dòng)，諸如獨(dú)立懸掛，但是，它們昂貴并且難以制造和組裝——特別是如果它們能夠檢測碰撞和/或提升事件。

因此，需要這樣的機(jī)器人工作工具，其即使在具有許多障礙物的崎嶇地形中操作也能夠保持牽引力，但是制造仍然簡單且廉價(jià)，并且在崎嶇的地形中提供可靠的操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請的教導(dǎo)的目的是通過提供包括機(jī)器人工作工具的機(jī)器人工作工具系統(tǒng)來克服上面列出問題，所述機(jī)器人工作工具包括兩個(gè)前輪和底盤，其中所述機(jī)器人工作工具的特征在于，兩個(gè)前輪被布置在可樞轉(zhuǎn)地布置到底盤的梁軸上。

本發(fā)明的發(fā)明人在創(chuàng)造性和洞察力推理之后已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，具有單個(gè)公共梁軸的機(jī)器人工作工具將使其兩個(gè)前輪彼此平衡，從而提供機(jī)器人工作工具的平穩(wěn)和穩(wěn)定的操作，甚至在崎嶇的地形中。此外，通過僅僅具有一個(gè)梁軸，可使用最少的不同部件來解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，這使得制造廉價(jià)并且組裝容易。一體式解決方案也非常堅(jiān)固，并且易于維護(hù)——因此使機(jī)器人工作工具適合于在戶外環(huán)境中的操作。

梁軸的使用提供了一種簡單的解決方案，其解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題，同時(shí)不需要用于前輪的任何其它懸掛，從而使得機(jī)器人工作工具甚至比其它懸掛裝置更堅(jiān)固——如懸掛裝置通常需要較為困難的組裝和維護(hù)。

由于梁軸使得前輪能夠彼此平衡，所以前輪也將使彼此穩(wěn)定，并且機(jī)器人工作工具的底盤能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)和穩(wěn)定的操作。

與懸掛每個(gè)前輪的明顯解決方案相比，本文提供的解決方案適合于提升檢測，并且還更穩(wěn)健，制造和組裝更廉價(jià)。

在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)器人工作工具是機(jī)器人割草機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)器人工作工具是農(nóng)業(yè)設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)器人工作工具是高爾夫球收集工具。機(jī)器人工作工具還可以是真空吸塵器，地板清潔器，街道清掃機(jī)，除雪工具，掃雷機(jī)器人，或需要以有條理的和系統(tǒng)的或位置導(dǎo)向的方式在工作區(qū)域中操作的任何其它機(jī)器人工作工具。

根據(jù)下面詳細(xì)的公開內(nèi)容，所公開的實(shí)施例的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從所附從屬權(quán)利要求以及從附圖中顯而易見。

通常，除非本文另有明確定義，權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語應(yīng)根據(jù)其在技術(shù)領(lǐng)域中的普通含義進(jìn)行解釋。除非另有明確說明，對(duì)“一個(gè)/一種/該[元件、設(shè)備、部件、裝置、步驟等]”的所有引用將被開放地解釋為指代元件、設(shè)備、部件、裝置、步驟等的至少一個(gè)實(shí)例。除非明確說明，本文公開的任何方法的步驟不必以所公開的確切順序執(zhí)行。

附圖說明

將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中：

圖1示出根據(jù)本申請的教導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人工作工具的示意圖；

圖2示出根據(jù)本申請的教導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人工作工具系統(tǒng)的示意圖；

圖3示出現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)器人工作工具的問題的示意圖；

圖4示出根據(jù)本申請的教導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的克服圖3的現(xiàn)有技術(shù)問題的機(jī)器人工作工具的示意圖；

圖5示出根據(jù)本申請的教導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人工作工具的示意性前視圖；

圖6A和圖6B各自示出根據(jù)本申請的教導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人工作工具的示意圖；以及

圖7A和圖7B各自示出根據(jù)本申請的教導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人工作工具的示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將在下文中參考附圖更全面地描述所公開的實(shí)施例，在附圖中示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)被解釋為限于本文所闡述的實(shí)施例；相反，這些實(shí)施例是以舉例的方式被提供的，使得本公開將是詳盡的和完整的，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。相同的數(shù)字始終指代相同的元件。

圖1示出具有底盤140(其將被布置有主體或覆蓋件——未單獨(dú)示出)和多個(gè)輪130,135的機(jī)器人工作工具100的示意圖。在圖1的示例性實(shí)施例中，機(jī)器人工作工具100具有兩個(gè)前輪130A和130B和兩個(gè)后輪135A和135B。輪130,135中的至少一些可驅(qū)動(dòng)地連接到至少一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)150——在該實(shí)施例中，兩個(gè)后輪135可驅(qū)動(dòng)地連接到馬達(dá)150。應(yīng)當(dāng)注意，即使本文的描述集中在電動(dòng)馬達(dá)上，內(nèi)燃機(jī)也可選地可能與電動(dòng)馬達(dá)組合使用。

在圖1的示例中，后輪135中的每個(gè)都連接到電動(dòng)馬達(dá)150。這允許彼此獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)后輪135，例如，這允許急轉(zhuǎn)彎。

機(jī)器人工作工具100還包括控制器110和其它電路，諸如用于控制機(jī)器人工作工具100的操作的存儲(chǔ)器。機(jī)器人工作工具100還具有至少一個(gè)傳感器170，在圖1的示例中，存在兩個(gè)傳感器170，其被布置成檢測由通過邊界線傳輸?shù)目刂菩盘?hào)引起的磁場(未示出)(關(guān)于充電站、控制信號(hào)和邊界線的更多細(xì)節(jié)，參見下面參考圖2的描述)。這使得控制器110能夠確定機(jī)器人工作工具100是在由邊界線圍閉的區(qū)域內(nèi)部還是外部。

控制器110連接到馬達(dá)150，以用于控制機(jī)器人工作工具100的推進(jìn)，這使得機(jī)器人工作工具100能夠服務(wù)于圍閉區(qū)域，同時(shí)不離開該區(qū)域。

機(jī)器人工作工具100還包括工作工具160，其可以是草切割設(shè)備，諸如由切割器馬達(dá)165驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)刀片160。切割器馬達(dá)165連接到控制器110，這使得控制器110能夠控制切割器馬達(dá)165的操作?？刂破鬟€被配置成通過例如，測量輸送到切割器馬達(dá)165的功率，或者通過測量由旋轉(zhuǎn)刀片施加的軸扭矩，來確定施加在旋轉(zhuǎn)刀片上的負(fù)載。在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)器人工作工具100是機(jī)器人割草機(jī)。

機(jī)器人工作工具100還可具有(至少)一個(gè)電池180，用于向馬達(dá)150和切割器馬達(dá)165提供電力。連接到電池180的是兩個(gè)充電連接器，用于從充電站(在圖2中標(biāo)記為210)的充電器(在圖2中標(biāo)記為220)接收充電電流。另選地，電池可以是太陽能充電的。

另選地，機(jī)器人工作工具和/或切割器可由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

圖2示出機(jī)器人工作工具系統(tǒng)200的示意圖，其包括充電站210和被布置成圍繞工作區(qū)域205的邊界線250，工作區(qū)域205不必要地是機(jī)器人系統(tǒng)200的一部分。

圖2的機(jī)器人工作工具100是諸如參考圖1公開的機(jī)器人工作工具100。充電站210具有在本實(shí)施例中耦合到兩個(gè)充電連接器230的充電器220。充電連接器230被布置成與機(jī)器人工作工具100的對(duì)應(yīng)的充電連接器185協(xié)作，以對(duì)機(jī)器人工作工具100的電池180充電。

充電站210還具有信號(hào)發(fā)生器240，或者可耦合到信號(hào)發(fā)生器，以提供通過邊界線250傳輸?shù)目刂菩盘?hào)255(更多細(xì)節(jié)參見圖3)。如本領(lǐng)域中已知的，電流脈沖255將在邊界線250周圍產(chǎn)生磁場，機(jī)器人工作工具100的傳感器170將檢測會(huì)該磁場。隨著機(jī)器人工作工具100(或更準(zhǔn)確地，傳感器170)越過邊界線250，磁場的方向?qū)⒏淖?。機(jī)器人工作工具100因此將能夠確定已經(jīng)越過邊界線。

圖3示出現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)器人工作工具的問題的示意圖。在該示例中，機(jī)器人工作工具100在具有至少一個(gè)障礙物300(在該示例中為小隆起)的區(qū)域中操作。其它障礙物可以是碎片、小樹枝、樹枝、樁、隆起、管道、軟管和其它突出物體，以及孔、溝等。

由于機(jī)器人工作工具通常在室外環(huán)境中操作，在室外環(huán)境中它們經(jīng)受濕氣、潮濕和污垢，所以機(jī)器人工作工具被適當(dāng)?shù)孛芊庖栽试S適當(dāng)?shù)牟僮魇侵匾摹５?，在不使底盤140為剛性的情況下，難以適當(dāng)?shù)孛芊鈾C(jī)器人工作工具。由于底盤140是剛性的，所以當(dāng)機(jī)器人工作工具100遇到諸如隆起300的障礙物時(shí)，根據(jù)其設(shè)計(jì)以兩種方式中的一種工作。當(dāng)一個(gè)前輪130B爬過障礙物時(shí)，另一個(gè)前輪130A或?qū)?yīng)的后輪135B將被提升到空氣中，使得機(jī)器人工作工具100不穩(wěn)定。此外，如果這種情況發(fā)生，機(jī)器人工作工具100可失去對(duì)一個(gè)或多個(gè)輪子的牽引力，這可能導(dǎo)致機(jī)器人工作工具卡住或開始滑動(dòng)。如技術(shù)人員將理解的，這是有問題和不希望的情況。在圖3的示例中，后輪135B已經(jīng)被提升。

圖4示出根據(jù)本申請的教導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的克服圖3的現(xiàn)有技術(shù)問題的機(jī)器人工作工具的示意圖。

發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，通過將兩個(gè)前輪130A和130B布置在可樞轉(zhuǎn)地布置到機(jī)器人工作工具100的底盤140的公共梁軸145上，機(jī)器人工作工具100在不失去抓地力或牽引的情況下將能夠處理障礙物，諸如隆起300。當(dāng)一個(gè)前輪130B越過隆起300時(shí)，該前輪被提升，并且梁軸145圍繞樞轉(zhuǎn)點(diǎn)147被樞轉(zhuǎn)，以防止機(jī)器人工作工具100的底盤140傾斜，從而將另一個(gè)前輪135A以及后輪135保持在地面上。

使用單個(gè)公共梁軸是有利的，因?yàn)槠湓试S容易安裝和維護(hù)的非常簡單的構(gòu)造。其制造也是廉價(jià)的，并且也不太容易斷裂，因?yàn)槠湫枰苌俚牟考?/p>

例如，依賴于單獨(dú)懸掛的前輪的解決方案將需要先進(jìn)的附接系統(tǒng)或連接裝置，從而仍然能夠允許提升和碰撞檢測，并且因此將是昂貴的，并且不如本發(fā)明所提供的巧妙且簡單的解決方案那么穩(wěn)健。

在圖4中，示出了沒有梁軸145(虛線)的機(jī)器人工作工具100的位置與具有梁軸145(實(shí)線)的機(jī)器人工作工具100的位置之間的比較，從而示出了梁軸145如何使機(jī)器人工作工具克服障礙物300，同時(shí)使機(jī)器人工作工具100的底盤140保持穩(wěn)定。

圖5示出了根據(jù)本申請的教導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人工作工具的示意性前視圖。梁軸被示為水平的(虛線)和樞轉(zhuǎn)的(實(shí)線)，以示出梁軸145的功能。如圖4和圖5中所示，梁軸145通過樞轉(zhuǎn)點(diǎn)147可樞轉(zhuǎn)地附接到底盤140，在一個(gè)實(shí)施例中，樞轉(zhuǎn)點(diǎn)是從底盤突出并延伸通過梁軸145中的孔或開口146的軸。這提供了廉價(jià)且簡單的設(shè)計(jì)，其是穩(wěn)健的，并且因此適合于戶外使用。突出(樞轉(zhuǎn))軸147也可以其它方式附接到梁軸，諸如被夾持到梁軸。

在一個(gè)實(shí)施例中，突出(樞轉(zhuǎn))軸通過帽附接到梁軸。為了允許簡單的提升檢測，通過構(gòu)造有細(xì)長的接收開口，帽被設(shè)計(jì)成允許樞轉(zhuǎn)軸147的豎直移動(dòng)。當(dāng)機(jī)器人工作工具100在操作中時(shí)，樞轉(zhuǎn)軸147將擱靠在在帽的下部部分中的梁軸145上(或更確切地說，底盤140將擱置在樞轉(zhuǎn)軸147上)，并且隨著機(jī)器人工作工具100被提升，樞轉(zhuǎn)軸將擱置在帽的上部部分上(或更確切地說，該帽將承載梁軸145)。另選地，可將梁軸145中的孔或開口147制成細(xì)長的，以提供與細(xì)長的帽相同的功能。

通過布置諸如磁性傳感器或觸摸傳感器的傳感器，因此通過簡單地確定樞轉(zhuǎn)軸在帽的哪個(gè)部分中，容易確定機(jī)器人工作工具100是否被提升。

圖6A和6B各自示出根據(jù)本申請的教導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人工作工具100的示意圖，其中梁軸145被底盤140覆蓋(例如通過底盤140的覆蓋件)。

底盤(或底盤的覆蓋件，其被認(rèn)為是用于本申請的目的的底盤的一部分)具有兩個(gè)開口149，梁軸145通過這兩個(gè)開口突出。這允許梁軸被底盤覆蓋，以保護(hù)梁軸145和樞轉(zhuǎn)點(diǎn)免受諸如污垢和水的環(huán)境因素的影響。為了提供更多的保護(hù)，例如，通過橡膠或布保護(hù)罩(gaiter)可覆蓋開口149。

可看出，開口149允許梁軸被移位一定量。所需的位移取決于機(jī)器人工作工具的整體設(shè)計(jì)，但在一個(gè)實(shí)施例中，最大位移為15mm。位移通常在10mm至25mm的范圍內(nèi)。當(dāng)前輪遇到洞時(shí)，隨著機(jī)器人工作工具100的底盤140傾斜，梁軸的有限位移防止切割工具160(或其它工作工具)撞擊地面。然后，有限的位移將允許梁軸在機(jī)器人工作工具100沒有傾斜太多的情況下承載前輪135通過洞，梁軸使機(jī)器人工作工具100的底盤140穩(wěn)定。因此，機(jī)器人工作工具100將能夠以穩(wěn)定的方式操作和移動(dòng)，甚至在存在洞的環(huán)境中。

例如，通過布置在底盤140上的止動(dòng)件，也可限制梁軸145的位移。止動(dòng)件可替代地布置在梁軸145上，或者止動(dòng)件可布置在梁軸和底盤140(或機(jī)器人工作工具100的其它部分)上。在圖6A和6B的實(shí)施例中，開口149用作止動(dòng)件。應(yīng)當(dāng)注意，具有開口149的實(shí)施例也可具有其它止動(dòng)件。

圖7A和7B各自示出根據(jù)本申請的教導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人工作工具的示意圖，其中，底盤140的前部被布置成能夠相對(duì)于底盤140的其余部分或剩余部分樞轉(zhuǎn)。在這種實(shí)施例中，底盤140的前部部分145有效地形成梁軸145。這允許密封任何部件或電路(諸如布置成靠近梁軸145的傳感器或檢測器)的替代方式。

上面已經(jīng)參考幾個(gè)實(shí)施例主要描述了本發(fā)明。但是，如本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的，除了上面公開的實(shí)施例之外的其它實(shí)施例落在由所附專利權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)同樣是可能的。