本申請是申請日為2013年3月14日、申請?zhí)枮椤?01380014378.0”、發(fā)明名稱為“包括傳感器陣列的用于機器人的緩沖器”的發(fā)明專利申請的分案申請。
本發(fā)明涉及用于使機器人與其物理環(huán)境交互從而允許所述機器人檢測與物體的碰撞且確定所述碰撞的程度或碰撞力、所述碰撞的位置及/或所述碰撞的方向的工具。本發(fā)明還提供用于保護機器人免受此類碰撞的緩沖器。
背景技術(shù)：
歷史上，機器人觸摸傳感器并入到機器人緩沖器組合件中。此類緩沖器組合件為與機器人底盤間隔開且從機器人底盤懸吊下來的剛性、可移動緩沖器。通常，此類緩沖器包含剛性外殼，所述剛性外殼通過一系列硬件(例如，樞軸/緩沖器臂及盤簧)從機器人底盤懸吊下來。所述彈簧吸收碰撞能量，但需要高碰撞力，即要求緩沖器在觸發(fā)開關(guān)以指示已發(fā)生碰撞事件之前偏轉(zhuǎn)若干毫米以吸收所述能量。剛性緩沖器相對于機器人的剛性底盤的偏轉(zhuǎn)不僅需要容積排量來致動而且在外部上產(chǎn)生可視縫隙及夾點。所述臂及彈簧的使用需要產(chǎn)生機械安裝復(fù)雜性且可能導(dǎo)致機械故障的許多移動部件。緩沖器與機器人之間的距離產(chǎn)生塵埃及碎片可在其中聚集的空間。
檢測碰撞的位置受到可經(jīng)濟地并入到機器人的機械幾何形狀中的開關(guān)及懸掛點的數(shù)目的限制。對于許多機器人，使用兩個開關(guān)，即左開關(guān)及右開關(guān)。這最多允許三個檢測區(qū)，即右、左及中間檢測區(qū)(如果兩個開關(guān)均觸發(fā))。使用此類開關(guān)時的幾何限制妨礙機器人檢測其何時從上方(例如在楔入情形中)接收到壓力的能力。類似地，機器人無法確定碰撞程度或碰撞力。
不采用復(fù)雜機械安裝的替代緩沖器設(shè)計利用圍繞機器人的前部定位的碳球類型的接觸件。此結(jié)構(gòu)具有若干缺陷。舉例來說，碳球緩沖器結(jié)構(gòu)的重量較大并改變機器人的重心。此外，碳球緩沖器結(jié)構(gòu)造價昂貴且所述緩沖器的外觀不均勻，使其在美學(xué)上對消費者來說較不悅目。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一個方面提供一種機器人緩沖器組合件，其包含緩沖器主體及第一及第二傳感器陣列。所述第一傳感器陣列沿著緩沖器主體的前向部分的外圍安置且在輪廓上與所述外圍相符。所述第一傳感器陣列在沿著緩沖器主體的前向部分的外圍的輪廓的位置處感測與外部環(huán)境的接觸。所述第二傳感器陣列沿著機器人主體的前向部分的頂部的外圍安置且在輪廓上與所述外圍相符。所述頂部成角度地向上斜升。所述第二傳感器陣列在沿著緩沖器主體的成角頂部的外圍的位置處感測與外部環(huán)境的接觸。
本發(fā)明的實施方案可包含以下特征中的一或多者。所述第一傳感器陣列可沿著緩沖器主體的前向部分的高度垂直延伸。在一些實例中，所述機器人緩沖器進一步包含沿著緩沖器主體的前向部分的外圍安置且在輪廓上與所述外圍相符的第三傳感器陣列。所述第三傳感器陣列在沿著緩沖器主體的前向部分的外圍的輪廓的位置處感測與外部環(huán)境的接觸。所述第三傳感器可沿著緩沖器主體的前向部分與所述第一傳感器陣列垂直間隔開。所述第一及第二傳感器陣列可為壓敏的。此外或替代地，所述第二傳感器陣列可沿著緩沖器主體的成角頂部的高度垂直延伸。在一些實例中，所述成角頂部是彎曲的。
在一些實施方案中，所述機器人緩沖器進一步包含第四傳感器陣列。所述第四傳感器陣列可沿著緩沖器主體的前向部分的成角頂部的外圍鄰近所述第二傳感器陣列而安置。此外，所述第四傳感器陣列可在輪廓上與所述成角頂部的表面相符且可在沿著緩沖器主體的成角頂部的外圍的位置處感測與外部環(huán)境的接觸。所述緩沖器主體可界定實質(zhì)上圓形的外圍或至少部分正方形的外圍。
在一些實例中，所述機器人緩沖器組合件可包含安置在緩沖器主體的前向部分上的非接觸式傳感器陣列。所述非接觸式傳感器陣列可垂直間隔在所述第一傳感器陣列與所述第二傳感器陣列之間。所述第一及第二傳感器陣列可為膜片開關(guān)，所述膜片開關(guān)具有由分隔層分隔的第一及第二導(dǎo)電層。
本發(fā)明的另一方面提供一種機器人，所述機器人包含機器人底盤，所述機器人底盤具有界定機器人底盤的外圍的側(cè)邊緣及上邊緣。所述機器人包含用于感測機器人底盤與外部環(huán)境之間的碰撞的膜片開關(guān)及用于將來自所述機器人底盤與外部環(huán)境之間的碰撞的能量傳輸?shù)剿瞿て_關(guān)的力傳輸層。
在一些實施方案中，所述膜片開關(guān)感測所述機器人底盤的側(cè)邊緣及上邊緣上的碰撞。此外，所述膜片開關(guān)可沿著機器人底盤的側(cè)邊緣具有第一靈敏度且可沿著機器人底盤的上邊緣具有第二靈敏度。所述第一靈敏度可大于所述第二靈敏度。此外或替代地，所述膜片開關(guān)圍繞機器人底盤的整個外圍延伸。所述機器人底盤可具有近似圓形的外圍或局部正方形的外圍。在一些實例中，所述膜片開關(guān)包含由分隔層分隔的第一及第二導(dǎo)電層。
本發(fā)明的另一方面提供一種機器人緩沖器，所述機器人緩沖器包含力吸收層、膜片開關(guān)層(其具有多個電接觸件)及力傳輸層，所述力傳輸層包括經(jīng)配置以將力傳輸?shù)剿鲩_關(guān)層的多個力傳輸元件。在一些實例中，所述膜片開關(guān)層包含具有多個電觸點的第一薄片及具有多個電觸點的第二薄片。所述開關(guān)層可進一步包括分隔層，所述分隔層定位在所述第一薄片與所述第二薄片之間且用于防止所述第一及第二薄片上的多個電觸點之間的意外或偶然接觸。此外或替代地，第一薄片上的電觸點形成第一圖案且第二薄片上的電觸點形成第二圖案。在一些實例中，所述第一圖案與所述第二圖案相同。
在一些實施方案中，每一薄片上的多個電觸點形成多個區(qū)，每一區(qū)對應(yīng)于緩沖器的外表面上的碰撞點。此外，每一電觸點可形成個別區(qū)。
在一些實例中，所述力傳輸層定位在所述力吸收層與所述膜片開關(guān)層之間。所述緩沖器可與機器人底盤的形狀共形。
本發(fā)明的目的及優(yōu)點將在以下描述中部分陳述，且將從所述描述部分明白或可通過實踐本教示來習(xí)得。本發(fā)明的目的及優(yōu)點可通過在所附權(quán)利要求書中特別指出的元件及組合來實現(xiàn)及獲得。
應(yīng)理解，如所主張，以上一般描述及以下詳細描述僅為示范性及解釋性的且不限制本教示。
并入在本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖說明本教示的示范性實施例且與所述描述一起用于解釋那些教示的原理。
附圖說明
圖1a為示范性機器人的前俯視透視圖。
圖1b為圖1a中展示的機器人的后仰視透視圖。
圖1c為圖1a中展示的機器人的分解視圖。
圖1d為示范性機器人的示意圖。
圖2a為示范性緩沖器組合件的分解橫截面圖。
圖2b為另一示范性緩沖器組合件的分解橫截面圖。
圖3說明機器人上的示范性緩沖器組合件的分解透視圖。
圖4a為緩沖器的膜片開關(guān)組合件的示范性第一導(dǎo)電層的前視圖。
圖4b為緩沖器的膜片開關(guān)組合件的示范性第二導(dǎo)電層的前視圖。
圖4c為緩沖器的膜片開關(guān)組合件的示范性分隔層的側(cè)視圖。
圖4d為分隔第一及第二導(dǎo)電層的膜片開關(guān)組合件的示范性分隔層的透視圖。
圖4e為分隔第一及第二導(dǎo)電層的膜片開關(guān)組合件的示范性分隔層的透視圖。
圖5a為膜片開關(guān)組合件的示范性導(dǎo)電層及緩沖器組合件的力傳輸層的透視圖。
圖5b及5c為膜片開關(guān)組合件的示范性導(dǎo)電層的示意圖。
圖6a為緩沖器的示范性膜片開關(guān)組合件的透視圖。
圖6b為緩沖器的示范性膜片開關(guān)組合件的截面圖。
圖7為緩沖器組合件的示范性力傳輸層的透視圖。
圖8a到8d為具有緩沖器的示范性機器人底盤的示意性俯視圖。
圖9a為膜片開關(guān)組合件的示范性導(dǎo)電層的示意圖。
圖9b為施加到圓柱體的示范性膜片開關(guān)組合件層的透視圖。
圖9c為具有施加到操縱器的圓柱體臂部分的膜片開關(guān)組合件層的示范性操縱器的透視圖。
圖9d為在不同機器人應(yīng)用中應(yīng)用膜片開關(guān)組合件的示意圖。
圖10為機器人的示范性部分及其上的傳感器陣列的示意側(cè)視圖。
相同參考符號在各種視圖中指示相同元件。
具體實施方式
參考圖1a到1d，在一些實施方案中，機器人100包含由驅(qū)動系統(tǒng)128支撐的主體104，驅(qū)動系統(tǒng)128可基于(例如)由控制器200發(fā)布的驅(qū)動命令(其具有x、y及θ分量)跨越地板表面10操縱機器人100。機器人主體104具有由主體104承載的前向部分112及后向部分114。驅(qū)動系統(tǒng)128包含右及左驅(qū)動輪模塊128a、128b。輪模塊128a、128b沿著由主體104界定的橫軸x實質(zhì)上對置且包含驅(qū)動相應(yīng)輪124a、124b的相應(yīng)驅(qū)動電機122a、122b。驅(qū)動電機122a、122b可可釋放地連接到主體104(例如，經(jīng)由緊固件或免工具連接)，其中驅(qū)動電機122a、122b任選地實質(zhì)上定位在相應(yīng)輪124a、124b上方。輪模塊128a、128b可可釋放地附接到底盤104且通過相應(yīng)彈簧迫使其與清潔表面10嚙合。機器人100可包含腳輪126，其經(jīng)安置以支撐機器人主體104的前向部分112。機器人主體104支撐用于為機器人100的任何電組件提供電力的電源103(例如，電池)。
機器人100可通過相對于由主體104界定的三個相互垂直軸(橫軸x；前后軸y；及中央垂直軸z)的運動的各種組合而跨越表面10移動。沿著前后軸y的前向驅(qū)動方向標(biāo)示為f(在下文中有時稱為“前向”)，沿著前后軸y的后驅(qū)動方向標(biāo)示為a(在下文中有時稱為“后向”)。橫軸x實質(zhì)上沿著由輪模塊128a、128b的中心點界定的軸在機器人100的右側(cè)r與左側(cè)l之間延伸。
在一些實施方案中，機器人100包含用于清潔或處理地板表面10的清潔系統(tǒng)300。清潔系統(tǒng)300可包含干式清潔系統(tǒng)300a及/或濕式清潔系統(tǒng)300b。
用戶接口102可安置在主體104的頂部上及接收一或多個用戶命令且/或顯示機器人100的狀態(tài)。用戶接口102與機器人控制器200通信，使得由用戶接口102接收的一或多個命令可起始機器人100執(zhí)行清潔例行程序。
機器人控制器200(例如，在計算處理器上執(zhí)行)可執(zhí)行致使機器人100采取行動的行為，例如以沿壁方式、地板洗滌方式操縱或在檢測到障礙物時改變其行進方向。機器人控制器200可通過獨立控制每一輪模塊128a、128b的旋轉(zhuǎn)速度及方向而跨越表面10在任何方向上操縱機器人100。舉例來說，機器人控制器200可在前向f方向、逆向(后向)a方向、右向r方向及左向l方向上操縱機器人100。當(dāng)橫穿清潔表面10時機器人控制器200可在實質(zhì)上隨機(例如，偽隨機)路徑上引導(dǎo)機器人100。機器人控制器200可響應(yīng)于圍繞機器人100安置的一或多個傳感器(例如，碰撞傳感器、接近傳感器、墻壁傳感器、阻塞傳感器及峭壁傳感器)。機器人控制器200可響應(yīng)于從所述傳感器接收的信號來重新引導(dǎo)輪模塊128a、128b，從而在操縱表面10時致使機器人100規(guī)避障礙物及雜物。如果機器人100在使用期間被卡住或纏住，那么機器人控制器200可通過一系列逃脫行為引導(dǎo)輪模塊128a、128b，使得機器人100可逃脫并恢復(fù)正常清潔操作。
在一些實施方案中，為實現(xiàn)可靠且穩(wěn)健的自主移動，機器人100包含傳感器系統(tǒng)500，傳感器系統(tǒng)500由機器人主體104支撐且具有一或多種類型的傳感器505，傳感器505可用于產(chǎn)生對機器人的環(huán)境的感知，所述感知足以允許機器人100做出關(guān)于在所述環(huán)境中應(yīng)采取的行動的明智決定。傳感器系統(tǒng)500可包含障礙物檢測障礙物規(guī)避(odoa)傳感器、通信傳感器、導(dǎo)航傳感器等等。這些傳感器可包含但不限于接近傳感器、接觸傳感器、相機(例如，體積點云成像、三維(3d)成像或深度圖傳感器、可見光相機及/或紅外相機)、聲納、成像聲納、雷達、lidar(光檢測及測距，其可承擔(dān)測量散色光的性質(zhì)以發(fā)現(xiàn)遠距離目標(biāo)的距離/或其它信息的光學(xué)遠程感測)、ladar(激光檢測及測距)、測距聲納傳感器、激光掃描儀等等。
主體104的前向部分112承載緩沖器組合件108，舉例來說，當(dāng)輪模塊128a、128b在清潔例行程序期間跨越清潔表面10推進機器人100時，緩沖器組合件108檢測(例如，經(jīng)由一或多個傳感器)機器人100的驅(qū)動路徑中的一或多個事件。機器人100可通過響應(yīng)于由緩沖器組合件108檢測到的事件(例如，障礙物、峭壁、墻壁)來控制輪模塊128a、128b以操縱機器人100(例如，遠離障礙物)而對所述事件做出響應(yīng)。緩沖器組合件108提供感測能力且因此在機器人與外部環(huán)境物理接觸時提供反饋。此外，緩沖器組合件108保護機器人100的元件免受由此物理接觸引起的碰撞力。雖然一些傳感器在本文中描述為布置在緩沖器組合件108上，但此外或替代地這些傳感器可布置在機器人100上的各種不同位置中的任何者處。
參考圖2a，緩沖器組合108可包含安置在彼此之上的若干層。所述層包含最內(nèi)層110(也稱為內(nèi)部框架層)、感測層120(也稱為膜片開關(guān)組合件層)、力傳輸層185(也稱為激活層)、力吸收層188(也稱為震動吸收層)及外部層190(也稱為外保護層)。緩沖器組合件108可不包含所有以上層或替代地以上層中的元件中的一些可并入到單個層中。感測系統(tǒng)500可包含膜片開關(guān)組合件層120，其可向控制器200提供接觸信號。
如圖2a中所展示，最內(nèi)層110(也稱為機器人主體107的前向部分)可為由機器人100的底盤104(其上耦合或安裝緩沖器組合件108)形成的緩沖器組合件108的內(nèi)固體壁110或可為緩沖器組合件108的單獨組件。壁110可由剛性塑料(例如，abs(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)材料)制成且可經(jīng)形成以提供感測層120可抵靠其定位的光滑表面。abs為一種類型的聚合物，其在達到特定溫度時變得可彎曲。當(dāng)abs冷卻時，其返回到其固體狀態(tài)。所述表面的光滑性減少了感測層120的錯誤致動的可能性。僅最內(nèi)層110將與感測層120接觸的部分提供用于定位鄰近感測層120的光滑表面。舉例來說，如果機器人底盤104在接納緩沖器組合件108的區(qū)域中包含窗口或開口106，那么最內(nèi)層110及緩沖器組合件108的任何額外層(例如感測層120)可包含對應(yīng)于底盤開口104的開口106，如圖3中所展示。
再次參考圖1，在一些實施方案中，感測或膜片開關(guān)組合件層120包含三個層，即第一導(dǎo)電層130、第二導(dǎo)電層140及定位在第一及第二導(dǎo)電層130、140之間的介入分隔層150。第一及第二導(dǎo)電層130、140以及分隔層150中的每一者可由柔性材料(例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)或氧化銦錫(ito))制成。
參考圖4a到4e，每一導(dǎo)電層130、140可形成分別包含多個電接觸件160a、160b的柔性襯底。如圖5a到5c及圖7中所展示，電接觸件160a、160b可形成提供在每一柔性導(dǎo)電層130、140上的電路165的部分。包含每一導(dǎo)電層130、140上的電接觸件160a、160b的電路165可為印刷在柔性襯底130、140上的電路。舉例來說，每一導(dǎo)電層130、140可包含以導(dǎo)電墨水(例如銅、銀或石墨)絲網(wǎng)印刷的聚酯薄膜。如此領(lǐng)域中已知的適合用于印刷電路的其它類型的材料可用于形成第一及第二導(dǎo)電層130、140。
在一些實施方案中，分隔層150為電介質(zhì)墨水層。電介質(zhì)墨水層150可直接印刷在導(dǎo)電層130、140中的一者上以充當(dāng)兩個導(dǎo)電層130、140之間的絕緣體。這基于所印刷的電介質(zhì)墨水層的厚度及數(shù)目在第一及第二導(dǎo)電層130、140之間產(chǎn)生可控間隙c。將電介質(zhì)墨水作為分隔層150消除了使用絕緣薄膜來產(chǎn)生間隙的需要。可調(diào)節(jié)電介質(zhì)墨水層的位置、間隔、形狀及厚度以調(diào)整緩沖器組合件108的各種區(qū)域中的開關(guān)的激活力。
如圖4d及6a中所展示，形成在第一及第二導(dǎo)電層130、140上的電接觸件160a、160b可在由分隔層150分隔的情況下彼此面對。當(dāng)使第一導(dǎo)電層130上的電接觸件160a與第二導(dǎo)電層140上的電接觸件160b接觸時，開關(guān)“閉合”且當(dāng)接觸被破壞時，開關(guān)“斷開”。膜片開關(guān)組合件120可連接到且將信號傳輸?shù)娇刂破?00(例如，計算處理器)以指示在何時及何處檢測到碰撞。控制器200可經(jīng)配置以檢測及辨識碰撞的大小、位置及數(shù)目?？赏ㄟ^區(qū)域(例如，前部、后部、側(cè)部、頂部等等)或通過矩陣識別碰撞。
再次參考圖2a及4c，在一些實施方案中，第一導(dǎo)電層130上的電接觸件160a通過分隔層150與第二導(dǎo)電層140上的電接觸件160b分隔。分隔層150可界定多個開口170，可通過開口170使第一導(dǎo)電層130上的電接觸件160a與第二導(dǎo)電層140上的電接觸件160b接觸。
可部分通過提供在第一及第二導(dǎo)電層130、140上的電接觸件160a、160b的密度來控制感測或膜片開關(guān)組合件層120的靈敏度。如圖4a及4b中展示，每一導(dǎo)電層130、140可包含相同數(shù)目的電接觸件160a、160b或不同數(shù)目的電接觸件160a、160b。電接觸件160a、160b可在第一及第二導(dǎo)電層130、140上相同地圖案化或可具有不同的圖案、大小及形狀。第一導(dǎo)電層130上的電接觸件160a與第二導(dǎo)電層140上的電接觸件160b接觸的機會數(shù)目越多，膜片開關(guān)組合件120就越靈敏。類似地，分隔層150中的開口170的大小、形狀及位置控制導(dǎo)電層130上的電接觸件160a與第二導(dǎo)電層140上的電接觸件160b發(fā)生接觸的地方(或機會)的數(shù)目。分隔層150中的每一開口170提供第一導(dǎo)電層130上的電接觸件160a與第二導(dǎo)電層140上的電接觸件160b接觸的機會。
在一些實施方案中，第一及第二導(dǎo)電層130、140(例如，印刷電路板(pcb))為以銀印刷電路絲網(wǎng)印刷的熱穩(wěn)定聚酯薄膜。第一及第二導(dǎo)電pcb層130、140為0.127mm厚。分隔層150(在其中具有開口170)為具有0.0254mm的厚度的膜片開關(guān)間隔物。三個層(第一及第二導(dǎo)電層130、140及分隔層150)中的每一者界定用于使它們相對于彼此對準的對準孔。最內(nèi)導(dǎo)電層130可膠合到最內(nèi)層110(例如，塑料壁)且感測層120的三個層130、140、150可使用雙面膠帶附著。還可將兩個導(dǎo)電層(pcb)130、140及分隔層150制造為密封單元。
將第一及第二導(dǎo)電層130、140壓縮在一起在電接觸件160a、160b彼此接觸時產(chǎn)生電連接。當(dāng)?shù)谝患暗诙?dǎo)電層130、140壓縮在一起時進行的接觸的程度或數(shù)目可表示外部環(huán)境對緩沖器組合件的碰撞的大小或力?？赏ㄟ^接觸點160a、160b或通過區(qū)域132a到132n、142a到142n確定接觸量。舉例來說，如圖5a及5b中展示，第一及第二導(dǎo)電層130、140各自包含電接觸件160a、160b，其經(jīng)相同地定位且分成六個不同區(qū)域132a到132f、142a到142f。替代地，如果電接觸件160a、160b在一個導(dǎo)電層130上垂直連接(例如，六個區(qū)域132a到132f)且在其它導(dǎo)電層140上水平連接(例如，六個區(qū)域142a到142f)，那么發(fā)生接觸的潛在區(qū)域(例如，36個區(qū)域)的簡單x-y圖是可能的而電接觸件160a、160b的數(shù)目沒有任何增加。這允許碰撞點的更精細定位。所述概念還可經(jīng)實施使得多個區(qū)域132a到132f、142a到142f被同時讀取，從而允許緩沖器組合件108充當(dāng)多觸摸傳感器且用作同時觸發(fā)的所述數(shù)目的區(qū)域132a到132f、142a到142f的碰撞力的度量。在一些實例中，導(dǎo)體層130、140的區(qū)域132a到132f、142a到142f各自具有1.8英寸的高度。此外，第一區(qū)域132a、142a及第六區(qū)域132f、142f可各自具有3.5英寸的寬度。第二區(qū)域132b、142b及第五區(qū)域132e、142e各自具有4.2英寸的寬度。最終，第三區(qū)域132c、142c及第四區(qū)域132d、142d可各自具有3.05英寸的寬度。
在一些實施方案中，參考圖4d，分隔層150由壓阻材料制成。當(dāng)壓力施加到壓阻材料上時，壓阻材料經(jīng)歷阻力變化。此阻力變化引起原子間間隔變化，使導(dǎo)電帶更容易傳導(dǎo)電子。電子的移動導(dǎo)致壓阻材料的電阻率的變化。壓阻電阻率基于以下等式測量：
其中ρσ為壓阻率，δρ為電阻率的變化，ρ為原始電阻率且為ε為應(yīng)變。兩個導(dǎo)電層130、140夾置形成分隔層150的壓阻材料。在一些實例中，由橡膠或氯丁橡膠制成的外部震動或力吸收層188用于分散力及限制集中的碰撞。可使用的壓阻材料包含但不限于3m的velostat及caplinq的linqstat。由于分隔層150輔助確定施加到緩沖器組合件108的特定區(qū)域的壓力；需要較少的機械行程，因此壓阻材料是可校準的且可較少受機械疲勞影響。
鄰近于膜片開關(guān)組合件層120且在膜片開關(guān)組合件層120外部的是力傳輸層180或激活層180。力傳輸層180可由經(jīng)設(shè)計以抵抗永久壓縮形變的聚氨酯泡沫材料制成。合適材料的實例為
力傳輸元件185的數(shù)目可與第一及第二導(dǎo)電層130、140之間的潛在電觸點160a、160b的數(shù)目相同?？烧{(diào)整力傳輸元件的大小及位置以與膜片開關(guān)組合件層120的第一及第二導(dǎo)電層130、140上的每一電接觸件160a、160b對準。舉例來說，力傳輸元件185可為圓的且具有與電接觸件160a、160b的直徑相等的直徑。舉例來說，力傳輸元件185可具有8mm的直徑及1.25mm的高度。因此，力傳輸元件185用于將碰撞能的一部分傳送到膜片開關(guān)組合件層120的觸點。當(dāng)此能量傳輸?shù)侥て_關(guān)組合件層120且足以使第一導(dǎo)電層130的至少一個電接觸件160a與第二導(dǎo)電層140的至少一個電接觸件160b接觸時，膜片開關(guān)在所述接觸的持續(xù)時間期間是“閉合”的。
與力傳輸層180類似，震動或力吸收層188可由經(jīng)設(shè)計以抵抗永久壓縮形變的聚氨酯泡沫材料制成。合適材料的實例為
在一些實例方案中，緩沖器組合件108的外部具備外保護層或涂層190。外保護層190可形成耐磨皮，其用于保護緩沖器組合件108免受磨損、切割及穿刺?？墒褂萌魏魏线m的彈性材料，例如增強乙烯基材料。外保護層190可具有(例如)約1mm的厚度。外保護層190可與震動或力吸收層188整體形成。在此類實施方案中，震動或力吸收層188可由聚氨酯泡沫制成且以聚氨酯皮覆蓋。適當(dāng)材料的實例為由
參考圖2a及6b，在一些實施方案中，感測層120的第一導(dǎo)電層130包含位于光滑表面110(即，機器人主體107的前向部分)上的若干行接觸件160。第一導(dǎo)電層130位于分隔層150上。分隔層150包含開口170。如先前論述，可在直徑方面調(diào)節(jié)開口170以調(diào)節(jié)膜片開關(guān)組合件層120的靈敏度且因此調(diào)節(jié)緩沖器組合件108的靈敏度。第二導(dǎo)電層140可包含開關(guān)矩陣，其在與第一導(dǎo)電層130接觸的情況下閉合開關(guān)。鄰近于第二導(dǎo)電層140的是力傳輸層180或激活層180。力傳輸層180或激活層180可包含通過吻切及沖模附著到第一導(dǎo)電層130的兩個層。所述第一層包含力傳輸元件185。所述第二層包含表面182。在一些實例中，操縱傳輸元件185的高度以調(diào)節(jié)緩沖器組合件108的靈敏度。傳輸元件185可為吻切的。吻切為不切割元件支撐而僅圍繞元件進行切割從而產(chǎn)生突起(例如，傳輸元件185)的工藝。表面182可為沖切的。沖切切割元件的形狀。沖切及吻切兩者使用沖模來切割元件的形狀。所述沖模通常依元件的特定要求定制。表面182接合到第二導(dǎo)電層140且圍繞傳輸元件185。表面182提供傳輸元件185與電接觸件160之間的間隔物。表面182及傳輸元件185可由比用于在緩沖器組合件108受到碰撞時變形的震動吸收層188中的泡沫更硬的材料制成。震動吸收層188提供緩沖器108的形狀且在緩沖器受到碰撞時壓縮。壓縮傳輸通過震動吸收層188的泡沫且移動傳輸元件185，這接著閉合第一導(dǎo)電層130中的開關(guān)。在一些實例中，外部層190用作外保護層且提供皮，可調(diào)節(jié)所述皮的手感而無需考慮震動吸收層188中使用的泡沫的手感。外部層190歸因于其向膜片開關(guān)組合件120提供的保護而增加緩沖器組合件190的壽命。
如圖3及圖8a到8d中展示，緩沖器組合件108可用于形成僅覆蓋機器人底盤104b、104c的一部分的緩沖器108b、108c或圍繞機器人底盤104a、104d的緩沖器108a、108d。緩沖器組合件108是充分柔性的以與機器人底盤104a、104b的圓輪廓(圖8a、圖8b)共形且可呈正方形形式(圖8c、圖8d)以與機器人底盤104c、104d共形。類似地，緩沖器組合件108的柔性允許膜片開關(guān)組合件120延伸超過底盤104的側(cè)且延伸到機器人底盤104的上邊緣109(圖1a)上。沿著機器人底盤104的上邊緣提供膜片開關(guān)組合件層120允許檢測向下推動到機器人的底盤上或楔入機器人的底盤的力。當(dāng)機器人100處于其中其可在低垂物體下行進的環(huán)境中時這是特別有用的?？蔀楹弦獾氖?，使定位在機器人底盤104的頂部上的膜片開關(guān)組合件層120比定位在機器人底盤104的邊緣上的膜片開關(guān)組合件層120較不靈敏。如上文論述，可通過調(diào)節(jié)電接觸件160a、160b的大小、間隔及位置，分隔層150中的開口170的大小、形狀及間隔及力傳輸層180的泡沫的剛性以及力傳輸元件185的大小及形狀來改變膜片開關(guān)組合件層120的部分的靈敏度。
緩沖器組合件108可使用先前緩沖器要求的物理體積的大約三分之一。其不具有移動部件，從而消除機械安裝復(fù)雜性、可視接縫及夾點。如所描述的緩沖器組合件108提供實際上不限數(shù)目的檢測區(qū)域以用于碰撞點的大規(guī)模優(yōu)良定位，且將允許通過計數(shù)所檢測到的接觸點的數(shù)目來近似碰撞的力。最終，緩沖器組合件108可用作全環(huán)繞緩沖器，其可檢測來自前部、側(cè)部及后部的碰撞且還可檢測來自上方的楔入力。
參考圖9a到9c，在一些實施方案中，感測或膜片開關(guān)組合件層120可施加到圓柱體400。圓柱體400可在機器人中實施以用于檢測施加到所述機器人具有膜片開關(guān)組合件層120的部分的任何撞擊或壓力。在一些實例中，機器人100可包含用于操縱及移動物體的機器人臂600。機器人臂600可包含由膜片開關(guān)組合件層120圍繞的圓柱體400。如較早描述，感測或膜片開關(guān)組合件層120可包含第一導(dǎo)電層130、第二導(dǎo)電層140及介入分隔層150。第一導(dǎo)電層130水平延伸且包含導(dǎo)電區(qū)域132a到132f(例如，導(dǎo)電條帶)，第二導(dǎo)電層140垂直延伸從而與第一導(dǎo)電層130形成柵格圖案。在一些實例中，第一及第二層130、140相互垂直。此外，分隔層150延伸水平第一導(dǎo)電層130的長度。分隔層150可為定位在第一及第二導(dǎo)電層130、140之間的單個薄片。
在一些實施方案中，第一導(dǎo)電層130與機器人控制器200通信，機器人控制器200可包含模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)210。adc210為用于將連續(xù)物理量轉(zhuǎn)換成數(shù)字的裝置。連續(xù)物理量可為電壓且數(shù)字表示物理量的幅值。機器人控制器200可激活第一導(dǎo)電層130的單個區(qū)域132a到132f(例如，允許/接受在所述區(qū)域132a到132f中產(chǎn)生的信號)而不激活所述層130的其它區(qū)域132a到132f。此外，垂直第二導(dǎo)電層140也可連接到機器人控制器200。當(dāng)機器人控制器200激活第一導(dǎo)電層130的水平區(qū)132a到132f時，adc210讀取與經(jīng)激活的水平區(qū)域132a到132f交叉的垂直區(qū)域142a到142f中的每一者的數(shù)據(jù)。所收集的adc數(shù)據(jù)指示施加在由第一及第二導(dǎo)電層130、140形成的區(qū)域矩陣上的特定點處的壓力。
參考圖9d，在一些實施方案中，感測或膜片開關(guān)組合件層120可具有若干應(yīng)用，例如用于代理手或手指的機器人前臂600或皮620。在一些實例中，感測或膜片開關(guān)組合件層120可安置在用于感測圍繞基座602的負載分布的基座602上。
參考圖10，在一些實施方案中，機器人100包含緩沖器組合件108，其具有承載一或多個離散放置的障礙物傳感器120a、120c及一或多個離散放置的楔入傳感器120b、120d的緩沖器主體107。傳感器120a到120d可為用于指示接觸的任何開關(guān)，例如但不限于上文描述的膜片開關(guān)組合件層120的實施方案、具有定位在兩個電容器層之間的可壓縮電介質(zhì)層的電容器/電介質(zhì)開關(guān)或任何二進制開關(guān)中的任何者。在圖10中展示的實例中，傳感器120a、102b為撞擊及楔入位置中的相同類型的陣列，撞擊位置定位在緩沖器組合件108在前向行進方向f上定位的壁部分110上且楔入位置定位在緩沖器主體107的頂部表面109或“頂部斜面部分109”上，其可如所指示般成角度。此處，描述符“成角度”包含彎曲表面輪廓。在一些實例中，障礙物傳感器陣列120a、120b及任選楔入傳感器陣列120c、120d可經(jīng)預(yù)成型以與緩沖器主體107的壁部分110及頂部斜面部分109的輪廓匹配。此外，預(yù)成型傳感器陣列120a到120d可具有上文描述的壓阻膜片開關(guān)組合件類型。
第一傳感器陣列120a可沿著在行進方向f上面向前的緩沖器主體107或緩沖器組合件108的壁部分110的輪廓安置。術(shù)語“陣列”最初表示沿著輪廓的不同感測位置。任選地，陣列120a還針對沿著緩沖器主體107的壁部分110的高度的不同感測位置垂直延伸。這可通過提供連續(xù)傳感器陣列120a或定位在沿著緩沖器108的輪廓(即，沿著外圍緩沖器輪廓)的離散高度處的兩個或兩個以上離散傳感器陣列120a、120b來實現(xiàn)。在此后一實施方案中，兩個離散傳感器陣列120a、120c由非接觸式odoa傳感器陣列505分隔。分隔離散撞擊傳感器陣列120a、120c留下緩沖器主體107的壁部分110的未占據(jù)部分以用于在其上及/或其中定位一或多個額外傳感器而不阻斷從其開始的視場。在具有沿著壁部分110的高度離散定位的兩個或兩個以上撞擊傳感器陣列120a、120c的實施方案中，這些傳感器120a、120c在沿著壁部分110的高度的離散位置處的放置使得機器人100能夠感測在撞擊到通常遇到的物體(例如，墻壁、椅子腿、腳尖等等)中的沿著機器人100的位置范圍中的接觸。
在一些實施方案中，第二傳感器陣列120b沿著緩沖器主體107的前向輪廓的頂部斜面部分109安置，緩沖器主體107的部分在遠離前向行進方向f的方向上向后成角度。術(shù)語“陣列”最初表示沿著輪廓(即，沿著外圍緩沖器輪廓)的不同感測位置。任選地，陣列120b也針對沿著緩沖器主體107的斜面部分109的高度的不同感測位置垂直延伸。這可通過提供連續(xù)傳感器陣列120b或定位在沿著緩沖器主體107的輪廓(即，沿著緩沖器組合件108的外圍)的離散高度處的兩個或兩個以上離散傳感器陣列120b、120d來實現(xiàn)。
兩個或兩個以上離散撞擊傳感器陣列120a、120c及兩個或兩個以上離散楔入傳感器陣列120b、120d使得機器人100能夠辨出碰撞的高度。機器人100可使用撞擊及楔入傳感器陣列120a、120b及任選撞擊及楔入傳感器陣列120c、120d來比較從沿著壁部分110及頂部斜面部分109的不同陣列位置輸出的信號的定時，以確定由機器人100接觸的障礙物是否在移動(例如，撞擊移動的鞋對靜止的椅子腿)。
如上文描述，可將障礙物傳感器陣列120a、120c及任選楔入傳感器陣列120b、120d調(diào)節(jié)到用于檢測某個范圍的障礙物(例如但不限于，軟障礙物、移動障礙物、墻壁及家具對墻壁)的感測閾值。機器人可使用障礙物傳感器陣列120a、120b及任選楔入傳感器陣列120c、120d來比較可連續(xù)或離散改變的壓力以確定被碰撞材料(例如，窗簾)的特性。
在一些實例中，機器人100使用沿著緩沖器主體107的前向輪廓的頂部斜面部分109的楔入傳感器陣列120b、120d來比較可連續(xù)或離散改變的壓力以確定懸伸表面的特性。舉例來說，機器人100可因為檢測接觸的傳感器陣列120b、120d的垂直位置從機器人的頂部109向下延伸而檢測到增加的楔入風(fēng)險，或因為檢測接觸的傳感器陣列120b、120d的垂直位置向上延伸而檢測到降低的楔入風(fēng)險。此外或替代地，機器人100可因為接觸楔入傳感器陣列120b、120d的楔入懸伸的表面區(qū)域較寬及/或柔軟而檢測到高楔入風(fēng)險，或機器人100可因為接觸楔入傳感器陣列120b、120d的楔入懸伸的表面區(qū)域較窄及/或硬而檢測到低楔入風(fēng)險。
本文中描述的系統(tǒng)及技術(shù)的各種實施方案可以數(shù)字電子及/或光學(xué)電路、集成電路、特定設(shè)計的asic(專用集成電路)、計算機硬件、固件、軟件及/或其組合來實現(xiàn)。這些各種實施方案可包含一或多個計算機程序中的實施方案，所述計算機程序可在包含至少一個可編程處理器(其可為專用或通用的)的可編程系統(tǒng)上執(zhí)行及/或解譯，所述可編程處理器經(jīng)耦合以從存儲系統(tǒng)、至少一個輸入裝置及至少一個輸出裝置接收數(shù)據(jù)及指令及將數(shù)據(jù)及指令傳輸?shù)酱鎯ο到y(tǒng)、至少一個輸入裝置及至少一個輸出裝置。
為提供與用戶的交互，本發(fā)明的一或多個方面可在計算機上實施，所述計算機具有顯示裝置(例如，crt(陰極射線管)、lcd(液晶顯示器)監(jiān)視器、或觸摸屏(其用于向用戶顯示信息))及(任選地)鍵盤及指向裝置(例如，鼠標(biāo)或軌跡球)，用戶可通過所述鍵盤及指向裝置向計算機提供輸入。其它種類的裝置也可用于提供與用戶的交互；舉例來說，向用戶提供的反饋可為任何形式的感覺反饋，例如視覺反饋、聽覺反饋或觸覺反饋；且來自用戶的輸入可以任何形式接收，包含聲音輸入、語音輸入、觸覺輸入。此外，計算機可通過將文檔發(fā)送到由用戶使用的裝置及從所述裝置接收文檔來與用戶交互；舉例來說，通過響應(yīng)于從網(wǎng)頁瀏覽器接收的請求將網(wǎng)頁發(fā)送到用戶的客戶端裝置上的網(wǎng)頁瀏覽器。
雖然此說明書含有許多特性，但這些特性不應(yīng)被理解為對本發(fā)明的范圍或可主張的內(nèi)容的限制，而是應(yīng)理解為對本發(fā)明的特定實施方案特有的特征的描述。本說明書中在單獨實施方案的背景下描述的某些特征也可在單個實施方案中以組合實施。相反，在單個實施方案的背景中描述的各種特征也可在多個實施方案中單獨實施或以任何合適子組合實施。此外，雖然若干特征可在上文描述為以某些組合起作用且甚至最初如此主張，但來自所主張的組合的一或多個特征在一些情形中可從所述組合切除，且所主張組合可針對子組合或子組合的變型。
已描述若干實施方案。然而，將理解，可在不脫離本發(fā)明的精神及范圍的情況下做出各種修改。因此，其它實施方案在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。舉例來說，所附權(quán)利要求書中引述的動作可以不同次序執(zhí)行且仍實現(xiàn)所要結(jié)果。