模块化机器人的制作方法

模块化机器人
1.本披露内容涉及一种尤其用于在农业中使用的模块化机器人。
2.例如，从美国专利us 6671582 b1、国际专利申请wo 2006/063314 a2以及美国专利申请us 2015/142250 a1中已知机器人在农业中的使用。
3.agco gmbh的xaver项目涉及机器人在农业中的使用。此处，所使用的大部分机器人各自具有其自身集成的种植单元。这些机器人是电驱动的并且经由云与逻辑单元通信。
4.加拿大公司clearpath robotics提供了一种移动机器人平台“warthog”，该移动机器人平台适用于在农业中使用，并且可以使用各模块灵活地适配于不同目的。
5.特弗劳恩霍夫制造技术与自动化研究所（fraunhofer institute for manufacturing engineering and automation ipa）的项目“agriapps”涉及农业机器人，这些农业机器人可以使用可更换的专用传感器和致动器以适配于相应的目的。
6.法国公司naio technologies类似地提供用于在农业中使用的机器人、尤其是用于给葡萄园除草的机器人。关于这种机器人的信息可通过互联网查到，网址为：https://www.naio-technologies.com/en/agricultural-equipment/vineyard-weeding-robot/。
7.挪威公司saga robotics提供的一种用于农业的机器人被称为thorvald，可通过互联网查到相关信息，网址为：https://sagarobotics.com/pages/thorvald-platform。这种机器人平台的尺寸可以灵活地适配于相应的目的。例如，机器人提供有三轮版本、尤其适于在狭窄的温室中使用的窄而低的版本、差速器驱动版本和标准版本。可以通过使用铝管容易地配置机器人的宽度和长度。
8.现在下文将描述一种尤其用于在农业中使用的模块化机器人。
9.本文所披露的模块化机器人包括驱动平台，该驱动平台具有以下模块：第一侧向驱动模块，该第一侧向驱动模块具有至少两个轮子和至少一个马达，该至少一个马达用于驱动这些轮子中的至少一个轮子；第二侧向驱动模块，该第二侧向驱动模块具有至少一个轮子和至少一个马达，该至少一个马达用于驱动该至少一个轮子；前横梁模块，该前横梁模块用于连接该第一侧向驱动模块的第一端部和该第二侧向驱动模块的第一端部；以及后横梁模块，该后横梁模块用于连接该第一侧向驱动模块的第一端部和该第二侧向驱动模块的第一端部。这两个侧向驱动模块之一具有控制单元，该控制单元用于控制这两个侧向驱动模块的马达，这两个驱动模块在其相应的端部处具有第一连接装置，并且这两个横梁模块在其相应的端部区域中具有第二连接装置，并且该第一连接装置和该第二连接装置具有机械连接器件。这两个驱动模块中的至少一个驱动模块具有至少一个对接装置，该至少一个对接装置用于将应用单元对接在该驱动平台上，并且该至少一个对接装置具有机械和/或电连接器件。
10.该第一连接装置和该第二连接装置可以附加地具有电连接器件。例如，这使得可以将电能供应至在横梁模块和/或侧向驱动模块中的电气单元。电连接器件还可以用于连接信号传输线。
11.这两个横梁模块中的至少一个横梁模块可以具有至少一个传感器，尤其是雷达、激光、或声呐传感器或相机。根据机器人的目的，能够使用配备有合适的传感器的横梁模
块。例如，可以使用具有雷达传感器的横梁模块来测量距离。当要进行目标检测时，例如可以使用具有激光传感器和/或相机的横梁模块。当机器人在水中使用时，可以使用具有声呐传感器的横梁模块来识别障碍。
12.特别地，该第一连接装置和该第二连接装置的机械连接器件被设计成使得这些机械连接器件仅允许横梁模块与侧向驱动模块之间进行规定的连接。这可以防止不正确地组装机器人的模块，例如将横梁模块以偏斜的方式安装在侧向驱动模块上。
13.特别地，这些机械连接器件具有三个或更多个榫眼和榫接头，其中至少一个榫眼和榫接头不布置在连接该榫眼和榫接头的直线上。榫眼和榫接头的这种布置构成了一种措施，可以使用相对较少的机械器件实现横梁模块与侧向驱动模块之间规定的连接。
14.该控制单元可以被设计成使得该控制单元在调试期间和在该驱动平台由这些模块组装而成之后自动地配置自身，其方式为：通过确定该驱动平台是由哪些类型的侧向驱动模块和横梁模块组装而成的，并且根据此信息配置这些模块的电气部件、尤其是这些驱动模块的马达。例如，控制单元可以确定机器人各个模块的标识符，并且基于所确定的标识符来配置对模块的电气部件的控制。在横梁模块配备有多个传感器的情况下，控制单元可以例如自动地确定传感器类型，并加载合适的软件部件以控制所确定的传感器类型。特别地，控制单元可以确定在侧向驱动单元中使用的马达，并根据此信息调节所述马达的控制。
15.此外，该控制单元可以被设计成以无线的方式和/或经由在驱动模块和横梁模块中的数据传输线以有线的方式与电气部件通信。无线通信的优点是在模块中不需要信号线来进行数据传输。当最可靠的传输很重要、尤其是在无法以所期望的可靠程度保证雷达传输不受干扰的环境中使用机器人时，有线数据传输是较为重要的。
16.这两个驱动模块中的至少一个驱动模块可以具有能量储存装置，该能量储存装置用于操作该驱动模块的一个或多个马达。例如在电动马达的情况下，电池、尤其是可充电电池或燃料电池可以用作能量储存装置。
17.这些侧向驱动模块的轮子可以具有永久的规定取向，并且该控制单元可以被设计成用于控制这些侧向驱动模块的马达，其方式为使得通过对应地控制这些侧向驱动单元的马达的转速来使该机器人执行转弯。结果，不需要复杂的机械或机电转向装置。
18.此外，可以通过使用具有对应长度的横梁模块来建立该机器人的驱动平台的宽度。结果，可以创建模块化机器人的普遍使用的驱动平台。特别地，这通过使用具有相应长度的横梁模块以相对简单的方式允许驱动平台适配于所期望的履带宽度。
19.可以结合附图所示的示例性实施例在以下描述中发现进一步的特征。
附图说明
20.附图在图1中示出了模块化机器人的示例性实施例。
具体实施方式
21.在以下描述中，相同元件、功能上相同和功能上相关的元件可以设有相同的附图标记。绝对值在下文中仅通过举例的方式指示，而不应被理解为是限制性的。
22.图1示出了模块化机器人10的驱动平台，该驱动平台由若干模块构成。这些模块是两个驱动模块12和14以及两个横梁模块16和18。
23.两个驱动模块12和14就尺寸和形状而言是镜像对称构造的，并且各自相应地具有两个轮子120、122和140、142。驱动模块还可以仅具有一个轮子或多于两个轮子。两个驱动模块12和14中的每一个驱动模块具有至少一个马达、尤其是电动马达，以用于驱动轮子。在驱动模块14的情况下，示意性地示出了两个电动马达141、143，这两个电动马达相应地驱动两个轮子140、142。
24.此外，这些驱动模块中仅有一个驱动模块（即驱动模块14）具有控制单元20，该控制单元被设置成用于控制驱动模块12、14两者的马达。控制单元20可以附加地被配置成用于机器人的其他功能，如将在下文中描述的。最后，能量储存装置24、尤其是可充电电池也集成在驱动模块14中，该能量储存装置尤其供应能量以驱动驱动模块14的马达141、143。这种能量储存装置也可以设置在驱动模块12中。作为替代方案，集成在驱动模块14中的能量储存装置24也可以经由在两个横梁模块16、18之一中延伸的对应的供电电缆为电动单元（如驱动模块12的马达）供应电能。
25.驱动模块12、14各自分别在其相应的端部124、126和144、146处具有相应的第一连接装置128和148。第一连接装置128、148具有呈榫的形式的相应机械连接器件130和150，在所展示的示例性实施例中，这些机械连接器件布置在三角形的三个角处。此外，第一连接装置128、148可以具有例如呈电插头触点的形式的相应的电连接器件136、156。第一连接装置128、148主要用于将驱动模块12、14机械地紧固至横梁模块16、18。如果第一连接装置128、148还具有电连接器件136、156，则还可以经由所述电连接器件来传输电信号和/或电能。在这种情况下，第一连接装置还用作各个模块12、14、16、18之间的电气接口。特别地，集成在模块12、16、18中的各个电气或电子部件的控制单元20发出的信号或传递到该控制单元的信号可以通过集成在这些模块中的电线经由电连接器件136、156传输。例如，集成在横梁模块16中的传感器160发出的信号可以经由电线和电连接器件156传输至侧向驱动模块14中的控制单元20以进行进一步处理。
26.横梁模块16、18主要用于在两个侧向驱动模块12和14之间藉由前横梁模块16和后横梁模块18建立机械弹性连接来创建机器人10的机械上稳定的驱动平台。可以使用不同长度的横梁模块16、18来创建具有不同履带宽度的机器人10的驱动平台，这对在农业中使用是尤其有利的，因为可以仅简单地更换横梁模块16、18来使驱动平台的履带宽度适配于对应的目的，而无需复杂的机械调节选项、例如移位装置。
27.然而，横梁模块16、18还可以配备有一个或多个传感器160，并且因此实施机器人10的附加功能。例如，可以使用雷达、激光或声呐传感器和/或相机作为传感器，以便检测机器人10周围的区域，例如以便在农业使用期间识别机器人10路径上的障碍，并且如果必要，则自动地避免这些障碍，或者例如在传感器160所识别到的障碍前方及时自动阻止机器人10。这可以通过控制单元20全自动地执行，该控制单元可以对应地控制马达141、143来使机器人10停止。
28.此外，控制单元20还可以控制马达141、143使得机器人10绕过识别到的障碍行驶，其方式为使得控制单元20相应地控制轮子120、122或140、142的驱动马达来影响这些轮子的转速，从而使机器人10执行转弯。这种设计在如图1所示的示例性实施例的情况下是尤其有利的：期望以尽可能简单的方式构建驱动模块12、14，尤其是不期望这些驱动模块包括机械或机电转向装置，并且相应的轮子120、122和140、142具有永久的规定取向123（也就是说
不能转向）。
29.为了确保可以以尽可能简单的方式更换模块12、14、16、18并无误差地组装，横梁模块16、18可以具有榫眼188作为机械连接器件，用以接纳驱动模块12、14的榫130、150。对于组装，则仅需要定位横梁，使其端部180、182之一抵靠驱动模块的端部124、126、144、146，使得榫130、150接合在对应的榫眼188中并且可以锁定在所述榫眼中。类似地，驱动模块12、14的端部124、126、144、146处的电连接器件136、156可以与对应的横梁的电连接器件190电接触。通过将榫130布置在尤其是非等边三角形的角处，还可以确保仅可以以一种方式将横梁模块机械地连接至驱动模块。
30.两个侧向驱动模块12和14各自附加地具有两个相应的对接装置132、134和152、154，这些对接装置设置用于将应用单元（未示出）对接在驱动平台上。对接装置132、134、152、154可以被设计成简单的凹部或开口，用以插入并锁定应用单元的对应的紧固器件。特别地，这些对接装置可以附加地具有电气接口，以便将电能供应至应用单元的电气部件（比如电动马达、致动器、传感器等）和/或用于数据和/或信号传输。
31.特别地，本文所描述的模块化机器人提供以下所列的优点和可能性：-基于子模块的模块化概念可以自由结合。
[0032]-子模块：具有电驱动装置和轮子的驱动模块，具有电能储存装置的能量模块（如有必要），可以具有传感器组合的传感器模块（如有必要），可以具有用于为电能储存装置充电的多个不同选项的充电模块（如有必要），同样可以通过披露接口的定义集成第三方模块。
[0033]-子模块的变化允许更具体地适应于应用或使用领域（例如通过选择具有合适轮胎的驱动模块来适应特定的履带宽度，为具体任务选择合适的传感器模块（例如用于检测杂草的传感器系统））。
[0034]-可以根据“防错”原则来设计机械和电气模块接口，使得可以确保无误差地组装整个机器人。
[0035]-可以根据所识别的模块组成来实施控制单元的软件的自动配置；特别地，可以通过控制单元的操作软件中实施的算法来识别模块的组合。
[0036]-可以通过开放的标准化接口来保障接收不同的附接件（作业模块）。
[0037]-创建包括模块化机器人概念和装置载体平台的组合。
[0038]-可以创建尤其符合安全要求的、自由配置的机器人平台，该机器人平台自动且独立地识别模块组合。
[0039]-还可以由用户进行维修，这尤其不需要任何专业知识；可以以简单的方式更换模块。
[0040]-由于维护简单，因而可以实现较低的总拥有成本。
[0041]-由于可以快速维修，因而可以实现停机时间的最小化。