模块化机器人组装套件,模块化机器人集群和通过模块化机器人集群完成任务的方法技术

本发明专利技术设计一种模块化机器人，具有：机器人平台，其被配置以将移动性和与外部组件的连接性传递给模块化机器人；机器人工作头，其被配置以将执行操作任务的能力传递给模块化机器人；以及机器人适配器，其附接于机器人平台或机器人工作头，并被配置以将机器人平台机械地连接到机器人工作头。而且，模块化机器人集群和机器人系统包括这样的模块化机器人。

Modular robot assembly kit, modular robot cluster, and method of completing tasks through modular robotic clusters

The invention relates to a modular robot has a robot platform, which is configured to mobility and connectivity and external components to modular robot; robot head, its ability is configured to perform operational tasks delivered to the modular robot; and the adapter is attached to the robot, the robot platform or the robot head, and is configured to be mechanically connected to the robot platform robot head. Moreover, modular robot clusters and robotic systems include such modular robots.

【技术实现步骤摘要】
模块化机器人组装套件，模块化机器人集群和通过模块化机器人集群完成任务的方法
本专利技术涉及一种模块化机器人，模块化机器人组装套件，由模块化机器人组装套件建立的模块化机器人集群，以及，通过模块化机器人集群完成任务的方法，特别是在运载工具诸如飞机或航天器的装配、构造、维护和/或修理中。
技术介绍
无人驾驶机器人车辆(Unmannedroboticvehicles，URVs)是由远程控制或自主操纵的车辆，其不需要在车辆上的驾驶员。URVs可以通过地面控制站的控制人员而远程控制，也可以根据预先确定的运动路线或动态路线或导航算法而飞行、游动、浮沉、驾驶或以其他方式自主移动。这样的URVs可以集群合作以完成复杂任务或任务链。通常情况下，机器人集群由具有类似结构的众多机器人(其具有一个及相同功能或同一组多重功能)组成。集群中的机器人通常被用于执行各种琐碎的任务，否则这些任务由于任务位置难以接近而对于人类工作者来说是一个挑战，其不需要工人的高技术资格、在窄边界条件下具有重复性质、在对人类有危害的环境中执行、具有危险特性或者以协作方式支持人类工作者。例如，文献US8755936B2公开了一种机器人系统结构，其能够创建和使用服务机器人，服务机器人具有多个车载机器人功能作为任意数目机器人在设施内顺次或同时执行功能的共享、集中资源。文献US2010/0094459A1公开了多个移动机器人的协作系统，其允许多个移动机器人协同执行一个复杂的任务，基于概念行为单元使用集中式控制架构和机器人协作应用代码，以执行绑定于机器人的实际功能的机器人协作应用。文献WO2013/119942A1公开了一种移动机器人编队的作业管理系统，其自动确定作业请求的实际位置和实际作业操作，并基于当前状态和/或所选择移动机器人的当前配置，智能地选择合适的移动机器人来处理各个作业请求。然而，相同或类似构造机器人的集群，要么由于其有限的功能范围而不灵活，要么他们过度利用具有许多功能的大型机器人，而其仅仅在机器人操作的一小部分时间内才能充分利用。因此，现有技术中已经设计出个性化和更灵活的机器人系统。文献US7555363B2、US7720570B2、US8805579B2和WO2013/152414A1中公开了机器人装配系统的实例，其依靠具有不同的功能的单独的机器人部件，这些部件组装以形成个性化的机器人。分布式机器人也取得了关于结构、任务规划能力、以及移动机器人集群控制方面的进展，特别是解决动作选择、授权和控制的代表、通信结构、机器人的异质性和同质性、实现当地行动的协调、以及解决冲突的问题。该领域的概览可以例如在Arai，T.，Pagello，E.，ParkerL.E于2002年10月在“IEEE机器人及自动化公报”第18卷第5期第655-661页发表的“论多机器人系统的进展”(Arai，T.，Pagello，E.，ParkerL.E.：“Editorial：AdvancesinMulti-RobotSystems”；IEEETransactionsonRoboticsandAutomation，vol.18(5)，October2002，p.655-661)中找到。
技术实现思路
因此本专利技术的一个目的在于，提供一种能够自由和灵活配置的机器人解决方案，并且在多任务环境下可以更有效的方式来采用该方案。该目的通过具有权利要求1特征的模块化机器人、具有权利要求6特征的模块化机器人组装套件、具有权利要求9或10特征的模块化机器人集群，具有权利要求11特征的机器人系统以及具有权利要求12特征的通过模块化机器人集群完成任务的方法来实现。上述装置、系统和方法可以特别用在运载工具诸如飞机或航天器的装配、构造、维护和/或修理中。根据本专利技术的第一个方面，模块化机器人包括机器人平台和机器人工作头以及机器人适配器，机器人平台被配置以将移动性和与外部组件的连接性传递给模块化机器人，机器人工作头被配置以将执行操作任务的能力传递给模块化机器人，机器人适配器附接于机器人平台或机器人工作头并被配置以将机器人平台机械地连接机器人工作头。根据本专利技术的第二个方面，模块化机器人组装套件包括多个机器人平台和多个机器人工作头，多个机器人平台均被配置以将移动性和与外部组件的连接性传递给组装的模块化机器人，多个机器人工作头均被配置以将执行多个操作任务中的一个的能力传递给组装的模块化机器人，其中多个机器人工作头中的每一个均包括机器人适配器，机器人适配器被配置以将机器人平台中的一个机械地连接到各自的机器人工作头。根据本专利技术的第三个方面，模块化机器人集群包括：根据本专利技术第一方面的多个模块化机器人和/或采用根据本专利技术第二方面的模块化机器人组装套件构造的多个模块化机器人。根据本专利技术的第四个方面，一种机器人系统包括：根据本专利技术第三方面的模块化机器人集群、集中式任务数据库以及任务控制器，集中式任务数据库被配置以存储和更新由模块化机器人集群执行的多个任务，任务控制器耦接到集中式任务数据库并被配置以根据任务的优先级、等级和/或重要性来管理集中式任务数据库中的存储任务。根据本专利技术的第五个方面，通过模块化机器人集群完成任务的方法包括步骤：由集中式任务数据库提供任务给多个机器人工作头，每个工作头被配置以将执行多个可操作任务中的一个的能力传递给组装的模块化机器人，通过多个机器人工作头决定多个机器人平台中的要组合的一个，每个机器人平台均被配置以将移动性和与外部组件的连接性传递给组装模块化机器人，通过将多个机器人工作头中的一个或多个与多个机器人平台中所确定的那个相连接，而形成一个或多个模块化机器人，以及通过组合的模块化机器人执行所提供的任务。本专利技术所基于的构思是，从提供定位和移动性的机器人平台以及提供机器人功能性和工具性的机器人工作头中，以模块化方式构造机器人。平台和工作头均可以采用通用适配器机制设计，以使得各种平台和工作头可互换和灵活组合。这种模块化机器人的功能能力可以灵活地分布在平台和工作头。该平台可以提供基本的移动性和迁移能力给机器人，该机器人可能由于与该平台结合的工作头的专业化执行定制的任务。单个工作头的功能范围可以有利地限制为一个或较少功能，以使工作头可以保持小型、高效精干和有成本效益。不同的平台类型可以用来形成不同的机械人类型：平台例如可以是，能够形成无人移动地面车辆(UMGV)的轮式、履带式、刀片、滑板、踏板或吸盘平台。可替代地，该平台可以是能够形成无人驾驶飞行器(UAV)或飞行无人机的有翼的、螺旋桨式、悬停或喷气/火箭发动机平台。该平台还可以是用于静止机器人装置的连接器平台，诸如机器人臂、工业机器人、拾取和放置机器人或任何其他具有有限范围的运动能力的自动机。该平台可能最终也是用于手持工具、达到延长臂或稳定承载架的连接器平台、其通过人类工人或用户而保持、携带与操作。同样地，不同的工作头类型可以被用于实现由机器人来执行的不同任务的工作功能：该工作头可以专门用于各种监视或监控任务，例如待检查的航空飞行器的内部和/或外部的自主检查和状态参数的自动收集。为此，工作头可以采用一个或多个安装于工作头的传感器，例如照相机、激光扫描仪、超声波传感器、磁传感器、红外传感器、条码扫描器、化学传感器、气体传感器、金属探测器、生物传感器和类似的物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化机器人，其包括：机器人平台(10)，其被配置以将移动性和与外部组件的连接性传递给模块化机器人；机器人工作头(20)，其被配置以将执行操作任务的能力传递给模块化机器人；以及机器人适配器(1)，其附接于机器人平台(10)或机器人工作头(20)，并被配置以将机器人平台(10)机械地连接到机器人工作头(20)。

【技术特征摘要】
2015.08.26 DE 102015216272.91.一种模块化机器人，其包括：机器人平台(10)，其被配置以将移动性和与外部组件的连接性传递给模块化机器人；机器人工作头(20)，其被配置以将执行操作任务的能力传递给模块化机器人；以及机器人适配器(1)，其附接于机器人平台(10)或机器人工作头(20)，并被配置以将机器人平台(10)机械地连接到机器人工作头(20)。2.如权利要求1所述的模块化机器人，其中，所述机器人适配器(1)包括机械连接器(2)，其被配置以与机器人工作头(20)或机器人平台(10)中的相应的机械接收器(6)机械互锁。3.如权利要求2所述的模块化机器人，其中，所述机器人适配器(1)还被配置以形成所述机器人平台(10)和机器人工作头(20)之间的数据通信链接。4.如权利要求1-3中任意一项所述的模块化机器人，其中，机器人平台(10)和机器人工作头(20)各自都包括微处理器(5)，其分别执行负责机器人平台(10)和机器人工作头(20)的自主功能的软件或固件。5.如权利要求1-4中任意一项所述的模块化机器人，其中，所述机器人适配器(1)还被配置以提供机器人平台(10)和机器人工作头(20)之间的电力供应连接。6.一种模块化机器人组装套件，其包括：多个机器人平台(10)，其中每个均被配置以将移动性和与外部组件的连接性传递给组装的模块化机器人；以及多个机器人工作头(20)，其中每个均被配置以将执行多个操作任务中的一个的能力传递给组装的模块化机器人；其中，多个机器人工作头(20)中的每一个均包括机器人适配器(1)，机器人适配器(1)被配置以将机器人平台(10)中的一个机械地连接到各自的机器人工作头(20)。7.根据权利要求6所述的模块化机器人组装套件，其中，多个机器人平台(10)包括如下至少两个：具有直升机或四轴飞行器叶片(11)或冷气体喷嘴(14)的无人机、具有移动输送运动学设备(12)的地面车辆、用于耦合到...

【专利技术属性】
技术研发人员：英戈·克罗内，罗伯特·亚历山大·格利希，汤姆·博尔歇特，卡米拉·弗拉加·塞拉菲姆，
申请(专利权)人：空中客车运营有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE