本發(fā)明涉及一種模塊化機器人，模塊化機器人組裝套件，由模塊化機器人組裝套件建立的模塊化機器人集群，以及，通過模塊化機器人集群完成任務(wù)的方法，特別是在運載工具諸如飛機或航天器的裝配、構(gòu)造、維護(hù)和/或修理中。

背景技術(shù)：

無人駕駛機器人車輛(Unmanned robotic vehicles，URVs)是由遠(yuǎn)程控制或自主操縱的車輛，其不需要在車輛上的駕駛員。URVs可以通過地面控制站的控制人員而遠(yuǎn)程控制，也可以根據(jù)預(yù)先確定的運動路線或動態(tài)路線或?qū)Ш剿惴ǘw行、游動、浮沉、駕駛或以其他方式自主移動。

這樣的URVs可以集群合作以完成復(fù)雜任務(wù)或任務(wù)鏈。通常情況下，機器人集群由具有類似結(jié)構(gòu)的眾多機器人(其具有一個及相同功能或同一組多重功能)組成。集群中的機器人通常被用于執(zhí)行各種瑣碎的任務(wù)，否則這些任務(wù)由于任務(wù)位置難以接近而對于人類工作者來說是一個挑戰(zhàn)，其不需要工人的高技術(shù)資格、在窄邊界條件下具有重復(fù)性質(zhì)、在對人類有危害的環(huán)境中執(zhí)行、具有危險特性或者以協(xié)作方式支持人類工作者。

例如，文獻(xiàn)US 8755936 B2公開了一種機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其能夠創(chuàng)建和使用服務(wù)機器人，服務(wù)機器人具有多個車載機器人功能作為任意數(shù)目機器人在設(shè)施內(nèi)順次或同時執(zhí)行功能的共享、集中資源。文獻(xiàn)US 2010/0094459 A1公開了多個移動機器人的協(xié)作系統(tǒng)，其允許多個移動機器人協(xié)同執(zhí)行一個復(fù)雜的任務(wù)，基于概念行為單元使用集中式控制架構(gòu)和機器人協(xié)作應(yīng)用代碼，以執(zhí)行綁定于機器人的實際功能的機器人協(xié)作應(yīng)用。文獻(xiàn)WO2013/119942 A1公開了一種移動機器人編隊的作業(yè)管理系統(tǒng)，其自動確定作業(yè)請求的實際位置和實際作業(yè)操作，并基于當(dāng)前狀態(tài)和/或所選擇移動機器人的當(dāng)前配置，智能地選擇合適的移動機器人來處理各個作業(yè)請求。

然而，相同或類似構(gòu)造機器人的集群，要么由于其有限的功能范圍而不靈活，要么他們過度利用具有許多功能的大型機器人，而其僅僅在機器人操作的一小部分時間內(nèi)才能充分利用。因此，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)設(shè)計出個性化和更靈活的機器人系統(tǒng)。文獻(xiàn)US7555363B2、US7720570B2、US8805579B2和WO2013/152414A1中公開了機器人裝配系統(tǒng)的實例，其依靠具有不同的功能的單獨的機器人部件，這些部件組裝以形成個性化的機器人。

分布式機器人也取得了關(guān)于結(jié)構(gòu)、任務(wù)規(guī)劃能力、以及移動機器人集群控制方面的進(jìn)展，特別是解決動作選擇、授權(quán)和控制的代表、通信結(jié)構(gòu)、機器人的異質(zhì)性和同質(zhì)性、實現(xiàn)當(dāng)?shù)匦袆拥膮f(xié)調(diào)、以及解決沖突的問題。該領(lǐng)域的概覽可以例如在Arai，T.，Pagello，E.，Parker L.E于2002年10月在“IEEE機器人及自動化公報”第18卷第5期第655-661頁發(fā)表的“論多機器人系統(tǒng)的進(jìn)展”(Arai，T.，Pagello，E.，Parker L.E.：“Editorial：Advances in Multi-Robot Systems”；IEEE Transactions on Robotics and Automation，vol.18(5)，October 2002，p.655-661)中找到。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的一個目的在于，提供一種能夠自由和靈活配置的機器人解決方案，并且在多任務(wù)環(huán)境下可以更有效的方式來采用該方案。

該目的通過具有權(quán)利要求1特征的模塊化機器人、具有權(quán)利要求6特征的模塊化機器人組裝套件、具有權(quán)利要求9或10特征的模塊化機器人集群，具有權(quán)利要求11特征的機器人系統(tǒng)以及具有權(quán)利要求12特征的通過模塊化機器人集群完成任務(wù)的方法來實現(xiàn)。上述裝置、系統(tǒng)和方法可以特別用在運載工具諸如飛機或航天器的裝配、構(gòu)造、維護(hù)和/或修理中。

根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，模塊化機器人包括機器人平臺和機器人工作頭以及機器人適配器，機器人平臺被配置以將移動性和與外部組件的連接性傳遞給模塊化機器人，機器人工作頭被配置以將執(zhí)行操作任務(wù)的能力傳遞給模塊化機器人，機器人適配器附接于機器人平臺或機器人工作頭并被配置以將機器人平臺機械地連接機器人工作頭。

根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，模塊化機器人組裝套件包括多個機器人平臺和多個機器人工作頭，多個機器人平臺均被配置以將移動性和與外部組件的連接性傳遞給組裝的模塊化機器人，多個機器人工作頭均被配置以將執(zhí)行多個操作任務(wù)中的一個的能力傳遞給組裝的模塊化機器人，其中多個機器人工作頭中的每一個均包括機器人適配器，機器人適配器被配置以將機器人平臺中的一個機械地連接到各自的機器人工作頭。

根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，模塊化機器人集群包括：根據(jù)本發(fā)明第一方面的多個模塊化機器人和/或采用根據(jù)本發(fā)明第二方面的模塊化機器人組裝套件構(gòu)造的多個模塊化機器人。

根據(jù)本發(fā)明的第四個方面，一種機器人系統(tǒng)包括：根據(jù)本發(fā)明第三方面的模塊化機器人集群、集中式任務(wù)數(shù)據(jù)庫以及任務(wù)控制器，集中式任務(wù)數(shù)據(jù)庫被配置以存儲和更新由模塊化機器人集群執(zhí)行的多個任務(wù)，任務(wù)控制器耦接到集中式任務(wù)數(shù)據(jù)庫并被配置以根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級、等級和/或重要性來管理集中式任務(wù)數(shù)據(jù)庫中的存儲任務(wù)。

根據(jù)本發(fā)明的第五個方面，通過模塊化機器人集群完成任務(wù)的方法包括步驟：由集中式任務(wù)數(shù)據(jù)庫提供任務(wù)給多個機器人工作頭，每個工作頭被配置以將執(zhí)行多個可操作任務(wù)中的一個的能力傳遞給組裝的模塊化機器人，通過多個機器人工作頭決定多個機器人平臺中的要組合的一個，每個機器人平臺均被配置以將移動性和與外部組件的連接性傳遞給組裝模塊化機器人，通過將多個機器人工作頭中的一個或多個與多個機器人平臺中所確定的那個相連接，而形成一個或多個模塊化機器人，以及通過組合的模塊化機器人執(zhí)行所提供的任務(wù)。

本發(fā)明所基于的構(gòu)思是，從提供定位和移動性的機器人平臺以及提供機器人功能性和工具性的機器人工作頭中，以模塊化方式構(gòu)造機器人。平臺和工作頭均可以采用通用適配器機制設(shè)計，以使得各種平臺和工作頭可互換和靈活組合。這種模塊化機器人的功能能力可以靈活地分布在平臺和工作頭。該平臺可以提供基本的移動性和遷移能力給機器人，該機器人可能由于與該平臺結(jié)合的工作頭的專業(yè)化執(zhí)行定制的任務(wù)。單個工作頭的功能范圍可以有利地限制為一個或較少功能，以使工作頭可以保持小型、高效精干和有成本效益。

不同的平臺類型可以用來形成不同的機械人類型：平臺例如可以是，能夠形成無人移動地面車輛(UMGV)的輪式、履帶式、刀片、滑板、踏板或吸盤平臺?？商娲兀撈脚_可以是能夠形成無人駕駛飛行器(UAV)或飛行無人機的有翼的、螺旋槳式、懸?；驀姎?火箭發(fā)動機平臺。該平臺還可以是用于靜止機器人裝置的連接器平臺，諸如機器人臂、工業(yè)機器人、拾取和放置機器人或任何其他具有有限范圍的運動能力的自動機。該平臺可能最終也是用于手持工具、達(dá)到延長臂或穩(wěn)定承載架的連接器平臺、其通過人類工人或用戶而保持、攜帶與操作。

同樣地，不同的工作頭類型可以被用于實現(xiàn)由機器人來執(zhí)行的不同任務(wù)的工作功能：該工作頭可以專門用于各種監(jiān)視或監(jiān)控任務(wù)，例如待檢查的航空飛行器的內(nèi)部和/或外部的自主檢查和狀態(tài)參數(shù)的自動收集。為此，工作頭可以采用一個或多個安裝于工作頭的傳感器，例如照相機、激光掃描儀、超聲波傳感器、磁傳感器、紅外傳感器、條碼掃描器、化學(xué)傳感器、氣體傳感器、金屬探測器、生物傳感器和類似的物理參數(shù)檢測裝置。工作頭可以進(jìn)一步，另外或替代地，包括工作工具，其提供與環(huán)境的具體相互作用，例如在裝配、建造、維護(hù)或修理設(shè)置中。工作頭可以例如采用清潔裝置、印刷裝置、緊固裝置、焊接裝置、螺紋連接裝置、電檢測裝置、夾緊裝置、真空處理裝置、粘合裝置、沖壓裝置、螺栓連接裝置、鉆孔裝置或任何其它類似類型的加工工具。

附圖說明

本發(fā)明將參考附圖中所描繪的示例性實施方式進(jìn)行更詳細(xì)地說明。

附圖被包括以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且附圖被并入并構(gòu)成本說明書的一部分。附圖圖示本發(fā)明的實施方式，并且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。本發(fā)明的其它實施方式和許多的本發(fā)明的預(yù)期優(yōu)點將很容易理解，因為通過參考下面的詳細(xì)描述而更好理解。附圖元件不一定相對于彼此按比例繪制。類似的參考標(biāo)號表示相應(yīng)的類似部分。

圖1示意性示出根據(jù)一實施方式的示意性模塊化機器人。

圖2示意性示出根據(jù)另一實施方式的示意性模塊化機器人。

圖3示意性示出根據(jù)另一實施方式的示意性模塊化機器人。

圖4示意性示出根據(jù)另一實施方式的用戶手持著的示意性模塊化機器人。

圖5示意性示出根據(jù)另一實施方式的示意性模塊化機器人。

圖6示意性示出根據(jù)另一實施方式的模塊化機器人的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。

圖7示意性示出根據(jù)另一實施方式的具有特定工作頭的示意性模塊化機器人。

圖8示意性示出根據(jù)另一實施方式的具有特定工作頭的示意性模塊化機器人。

圖9示意性示出根據(jù)另一實施方式的具有特定工作頭的示意性模塊化機器人。

圖10示意性示出根據(jù)另一實施方式的具有特定工作頭的示意性模塊化機器人。

圖11示意性示出根據(jù)另一實施方式的具有特定工作頭的示意性模塊化機器人。

圖12示意性示出根據(jù)另一實施方式的模塊化機器人集群的工作環(huán)境。

圖13示意性示出根據(jù)另一實施方式的模塊化機器人集群的控制系統(tǒng)架構(gòu)。

圖14示意性圖示出根據(jù)另一實施方式的由模塊化機器人集群完成任務(wù)的方法的步驟。

附圖標(biāo)記

1-機器人適配器；2-機械連接器；3-數(shù)據(jù)接口；4-電源連接器；5-處理器；6-機械接收器；7-數(shù)據(jù)接口；8-電源連接器；9-微處理器；10-機器人平臺；11-直升機葉片；12-輪；13-延伸臂；14-冷氣噴嘴；20-機器人工作頭；21-真空清潔器裝置；22-柵格；23-黑光；24-攝像機單元；25-3D打印系統(tǒng)；26-輥清潔器；27-電線固定器；30-工業(yè)機器人；40-人類工人；50-機身部分；60-腳手架；70-乘客甲板；80-載貨甲板；100-工作環(huán)境；C-任務(wù)控制器；D-集中式任務(wù)數(shù)據(jù)庫；F-集群；M-方法；M1-M6-方法步驟；R1-R11-模塊化機器人；R12-連接器平臺；S1-S2-監(jiān)視機器人；W-工人。

實施方式的詳細(xì)描述

盡管已示出和描述具體實施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍情況下各種替換和/或等效實現(xiàn)方式可以適于所示出并描述的具體實施方案。一般地，本申請旨在覆蓋這里討論的具體實施方式的任何修改或變型。

本發(fā)明所指的機器人可以包括由電子電路或計算機軟件來控制的任何自動機器或人工代理。具體地，本發(fā)明所指的機器人可包括移動機器人，該移動機器人包括能夠運動的任何自動化技術(shù)。本發(fā)明含義范圍內(nèi)的移動機器人并不綁定到單一的物理位置，并能朝向另一物理位置向前推進(jìn)自身。本發(fā)明所指移動機器人包括任何自主行動工具(“自主移動機器人”，AMR)和外部引導(dǎo)工具(“自動導(dǎo)引車”，AGV)。

機器人可特別包括任何無人駕駛運載工具(UMV)，其包括無需人類飛行員乘坐控制的無人飛行器(UAV)和無人地面車輛(UGV)。無人飛行器和無人地面車輛可具有空基或陸基移動，其或者自主地由機載計算機控制，或者通過在地基控制站或其他車輛內(nèi)的駕駛員遠(yuǎn)程控制。

UAV例如可以包括四軸飛行器、四旋翼直升機、四角直升飛機機器人、或四轉(zhuǎn)子。通常，四軸飛行器是由四個轉(zhuǎn)子推進(jìn)的空中旋翼機。在某些實施方案中，UAV運動的控制可通過改變一個或多個轉(zhuǎn)子的槳距或旋轉(zhuǎn)速度來實現(xiàn)。適合無人飛行器的其它配置也是可能的，包括多轉(zhuǎn)子設(shè)計，例如，雙轉(zhuǎn)子、三轉(zhuǎn)子、六轉(zhuǎn)子和八轉(zhuǎn)子，或單轉(zhuǎn)子設(shè)計如直升機。本發(fā)明所指的無人機也可包括固定翼無人飛行器。無人飛行器可以有垂直起飛和降落(VTOL)能力。在一些實施方案中，無人飛行器的轉(zhuǎn)子可以由軟的、能量吸收和耐沖擊的材料制成。在一些實施方案中，無人飛行器具有包圍轉(zhuǎn)子的框架。包圍轉(zhuǎn)子可以具有優(yōu)點，如減少UAV或其周圍的損壞危險。也可以引入推進(jìn)系統(tǒng)。在某些實施方案中，UAV可以是復(fù)合旋翼機，例如，具有在向前飛行時提供一些或所有升力的機翼。在一些實施方案中，UAV可以是傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器。在另一個實施方案中，UAV可以具有噴氣式發(fā)動機或火箭發(fā)動機，并為了穩(wěn)定性使用反作用輪，以使它們也可能在真空環(huán)境的任務(wù)中操作，用于如空間站或衛(wèi)星外部位置的維護(hù)的任務(wù)。

UGV例如可以包括天體登陸車、陸基無人機、全向輪地面車輛、萬向輪式車輛以及能夠沿著地面或在地面上移動的其他移動機器人。例如，該UGV還可包括六足機器人、四足機器人、輪腿機器人、雙足機器人、具有傳送異時運動(metachronal motion)的輸送裝置或允許機器人自己從一個地方自主運送到另一地方的其它機構(gòu)的機器人。

圖1到5示意性示出根據(jù)相對于模塊化概念的本發(fā)明實施方式的模塊化機器人的原理。圖6示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的、適用于任何模塊化機器人的模塊化機器人的一般結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。圖7至圖11示出具有用于不同功能應(yīng)用的具有不同工作頭(workheads)的各種模塊化機器人的概念草圖。在圖1到圖11中所描述的模塊化機器人的共同細(xì)節(jié)將首先結(jié)合圖6進(jìn)行說明，特別是關(guān)于模塊化機器人的機器人平臺和機器人工作頭。此后，機器人平臺以及機器人工作頭的各種實施方式示例將分別結(jié)合圖1到5和圖7到11進(jìn)行說明。

如圖6所示，模塊化機器人的一般結(jié)構(gòu)包括機器人平臺10和機器人工作頭20，它們經(jīng)由通用的機器人適配器1連接。機器人平臺10被設(shè)計為模塊化機器人的基本機箱模塊并且被配置成將移動性和與外部組件的連接性傳遞給機器人。而機器人工作頭20被設(shè)計成定制功能模塊，并且被配置為將執(zhí)行某些操作任務(wù)的能力傳遞到機器人。機器人適配器1通?？梢允菣C器人平臺10和機器人工作頭20之間的結(jié)構(gòu)、通信和/或電源鏈接。由連接的機器人平臺10和機器人工作頭20組成的模塊化機器人是完全自主系統(tǒng)，其能夠，尤其是在飛機或航天器的建造、裝配、維護(hù)和/或修理期間的人體不適宜的(non-ergonomic)條件下，執(zhí)行操作任務(wù)。在示范性實施方式中，每個模塊化機器人可具有約3公斤的最大重量和約20厘米的最大寬度、高度或深度。

機器人適配器1可具有機械連接器2，其被設(shè)計和構(gòu)造成與對應(yīng)機器人模塊中的相應(yīng)機械接收器6機械互鎖。例如，機器人適配器1可形成為從機器人平臺10或機器人工作頭20的某一固定位置、關(guān)于機器人平臺10和機器人工作頭20中的另一個上的接收器6突出的結(jié)構(gòu)元件，如適用。各種鎖定機構(gòu)可被用于機械連接器2中，如卡口鎖定、卡扣配合鎖定、或螺紋嚙合機構(gòu)。此外，機器人適配器2可以具有防止平臺10和工作頭20被錯誤連接的內(nèi)置防錯機制。

機器人適配器1還可以被配置以形成機器人平臺10和機器人工作頭20之間的數(shù)據(jù)通信鏈路。由于每個平臺10和工作頭20均裝備有形成部件的控制邏輯的電子電路，諸如ASIC(“應(yīng)用型專用集成電路”)、FPGA(“現(xiàn)場可編程門陣列”)、微處理器或類似的可編程邏輯器件，因此與相應(yīng)的平臺10和暫時連接的工作頭20相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)可經(jīng)由數(shù)據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行交換。機器人適配器1可具有數(shù)據(jù)接口3，其與適配器接收器內(nèi)的數(shù)據(jù)接口7接合。數(shù)據(jù)接口3和7例如可以是USB端口和該數(shù)據(jù)通信可以通過標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議來實現(xiàn)，如USB協(xié)議。其他連接器和協(xié)議可能也同樣可行，如火線(Firewire)、計算機與其外圍部件互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)(PCI)、PCIexpress、雷電(Thunderbolt)、串行ATA接口規(guī)范(SATA)、RS-232或類似的通信標(biāo)準(zhǔn)。

此外，機器人適配器1可以進(jìn)一步被配置為提供機器人平臺10和耦合的機器人工作頭20之間的電源連接。為此，機器人適配器1可具有電源連接器4，電源連接器4可以被耦合到適配器接收器內(nèi)的電源連接器8。機器人平臺10或機器人工作頭20可以配備電源系統(tǒng)，或者替代地兩者都可以配備電源系統(tǒng)，諸如發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池、太陽能電池板、蓄電池、可再充電電池或可更換電池。在平臺10和工作頭20中的一個未配備自己的電源的情況下，相應(yīng)的其他部件可通過電源連接器4和8越過機器人適配器1提供電力。電源的電壓電平可例如是5V，并且可以特別通過標(biāo)準(zhǔn)化電源接口來執(zhí)行。它可以是例如通過用作數(shù)據(jù)接口3和7的USB接口來供電。

機器人平臺10和機器人工作頭20可以都分別裝有微處理器5和9，用于分別執(zhí)行軟件或固件以負(fù)責(zé)平臺10和工作頭20的自主功能。微處理器5和9可以被配置為提供無線通信、網(wǎng)絡(luò)接入能力以及數(shù)據(jù)交換能力。另外，微處理器5和9可以具有內(nèi)置或附加的數(shù)據(jù)存儲裝置，用于暫時和/或永久存儲平臺10和工作頭20的應(yīng)用軟件、模塊操作系統(tǒng)和/或配置數(shù)據(jù)。

根據(jù)圖5給出的一般概念來實現(xiàn)的模塊化機器人可特別通過避免人體不適宜的工人位置而提高人體工程學(xué)情況。由于機器人履行其委托任務(wù)時的自主性，即使是在沒有工人的輪班情況下，可以進(jìn)一步通過改進(jìn)重復(fù)性而改進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量。機器人可以在任務(wù)完成中協(xié)作工作以支持人類工人和/或集群中的其他機器人。當(dāng)采用許多模塊化機器人時，因為機器人的所有部件和組件可根據(jù)功能的定制范圍制造并且機器人自身可靈活組合以創(chuàng)建更多種類的獨立機器人，使得每件開發(fā)和生產(chǎn)的效率更高且成本更低。由于靈活性和移動性，模塊化機器人可以不僅在不同的站內(nèi)，而且在若干建筑/機庫內(nèi)充分地使用其能力。模塊化機器人可以在限定的范圍內(nèi)獨立地移動，優(yōu)勢不局限于一個特定的機庫。

圖1至5示出不同機器人平臺10的示范性實施方式。機器人平臺10可以是標(biāo)準(zhǔn)化“即插即用”平臺，其負(fù)責(zé)模塊化機器人的位移、重定位和移動。獨立于模塊化機器人的操作功能或應(yīng)用，機器人平臺10可根據(jù)訪問性和位置需求來選擇。機器人平臺10可以是例如空中飛行器例如具有直升機或四軸飛行器葉片11(圖1)或冷氣體噴嘴14(圖5)的無人機、具有移動輸送運動學(xué)設(shè)備如蜘蛛腿，吸盤或輪12的地面車輛(圖2)、用于耦合到工業(yè)機器人30的連接器平臺(圖3)，或者安裝在延伸臂13上的、可以由人類工人40手持和承載的連接器平臺(圖4)。具有用于輸送空中運動的機器人平臺10的模塊化機器人可能在原則上也可以作為用于水下勘探、維護(hù)或維修任務(wù)的潛水機器人。

圖7至11示出不同機器人工作頭20和綁定特定任務(wù)的模塊化機器人的實施的示例性實施方式。機器人工作頭20可以例如是真空清潔器系統(tǒng)21，真空清潔器系統(tǒng)21可用于抽空鉆孔過程剩余的所有碎片和灰塵(圖7(A))。真空清潔器入口可以在地面附近配備格柵22，以避免碎片和真空清潔器系統(tǒng)21的泵系統(tǒng)之間的接觸(圖7(B)-圖7(A)的仰視圖)。真空清潔器機器人可以由輪式平臺10控制，其檢查已經(jīng)清潔的區(qū)域并促使它們驅(qū)動到尚未清潔的剩余區(qū)域。真空清潔器機器人可以排出鉆孔過程中剩余的碎片和灰塵，以及留在地板上的螺釘、螺栓、鉚釘、粘合膠帶、膠帶、夾鉗、夾子、支架或廢線。

機器人工作頭20還可以包括監(jiān)測和監(jiān)視單元，其包含有黑光23和攝像系統(tǒng)24以檢查表面保護(hù)質(zhì)量(圖8)。監(jiān)測和監(jiān)視單元機器人可以記錄探測到無質(zhì)量證據(jù)(non-quality evidences)的位置，并且可以在機器人平臺10的控制下，對已經(jīng)檢查的區(qū)域檢查或重新定位到尚未檢查的區(qū)域。監(jiān)測和監(jiān)視機器人可以方便地以使用具有直升機葉片11的空中機器人平臺10，以對工作環(huán)境具有更好的了解。它們可用于對表面保護(hù)或涂裝缺陷的質(zhì)量控制、以及鉚釘和螺栓的目視檢查。

機器人工作頭20還可以包括3D打印機系統(tǒng)25來打印必要支架或其它緊固件，以維持特定系統(tǒng)，或者可使用附加制造技術(shù)打印的任何其他塑料部件(圖9)。這樣的打印機器人可以有利地將人類工人從組裝飛機機身支架的人體不適宜的位置中的工作解放。打印機器人的機器人平臺10可以控制機器人移動、檢查已經(jīng)打印的支架、并且以有組織的方式將其重新定位到需要支架被打印的下一個位置。

機器人工作頭20還可以包括可擴展的輥26，來在表面保護(hù)之前和/或某些操作已在表面上進(jìn)行之后(如鉆孔、擴孔或相似的操作)清潔表面(圖10)。輥清潔器機器人可通過輪式機器人平臺10來控制，其使機器人監(jiān)視已經(jīng)清洗的區(qū)域并促使它們驅(qū)動到尚未被清潔的區(qū)域，使用例如抹布、海綿和/或液體化學(xué)品和洗滌劑。

機器人工作頭20還可以包括電線固定件27，電線固定件27包括用于電線和支架的支撐件和多個電子螺絲刀，其被構(gòu)造為將電線定位固定在它們的正確位置，并隨后用螺釘固定支架(圖11)。這種電線固定機器人可通過空中平臺10控制，其保證電線固定過程所需的位置穩(wěn)定性和同步性。

其他類型的機器人，當(dāng)然也可以合并，例如用于鉚釘頭密封、在難于訪問的區(qū)域應(yīng)用表面保護(hù)、在表面和緊固件或螺紋連接上提供密封涂層。機器人可以被設(shè)計為支持其他機器人或者人類工作，例如在精確位置中放置、處理和定位零部件的工作，并測量他們精確定位。

圖12示意性示出采用模塊化機器人集群的工作環(huán)境100。模塊化機器人集群可能包括工作機器人R1至R11，其在飛機機身部分50附近的不同地點執(zhí)行不同的任務(wù)和子任務(wù)。一些機器人R4、R5和R6可在機身部分的外側(cè)工作，例如在腳手架60上。一些其他機器人R7、R8、R9、R10和R11可以在機身部分50的內(nèi)部工作，例如在飛機的飛行甲板70上。一些機器人R1、R2可以例如在飛機的載貨甲板80上工作。機器人集群例如可以包括監(jiān)測和監(jiān)視的機器人S1、S2，其任務(wù)是監(jiān)督工作環(huán)境，在出現(xiàn)問題的情況下報警和/或?qū)⑷蝿?wù)完成信息傳達(dá)給集中式數(shù)據(jù)庫D。集中式數(shù)據(jù)庫D可以包括要執(zhí)行的任務(wù)的分級列表。任務(wù)控制器C可以負(fù)責(zé)管理存儲在集中式數(shù)據(jù)庫D中的任務(wù)。圖12的工作環(huán)境100也可以空間站模塊實現(xiàn)，其中集群機器人執(zhí)行裝配任務(wù)、維護(hù)任務(wù)和/或?qū)嶒灐?/p>

由于其模塊性和靈活性，集群機器人可能能夠在任何環(huán)境中工作，甚至在難以訪問的區(qū)域、在貨物和艙底區(qū)、或在具有污染物或危害風(fēng)險的區(qū)域，如高壓線區(qū)域。具有移動輸送模塊的機器人平臺10允許機器人改變機庫。移動機器人可以裝備有防碰撞系統(tǒng)，以能夠在工作環(huán)境中自主移動，并且與另一機器人或工人W具有低碰撞風(fēng)險，另一機器人或工人W與用于手持和手動應(yīng)用的連接器平臺R12一起工作。

在合適的地點，停車的庫房設(shè)施、充電和交換功能的工具和設(shè)備可以遠(yuǎn)離工作現(xiàn)場而設(shè)置。為了給定的機器人平臺10上的機器人工作頭20改變或?qū)τ诮o定機器人工作頭20的移動平臺10改變，機器人可以朝向這樣庫房設(shè)施被定向。通過使用支持機器人和/或通過人工干預(yù)，可以由機器人本身自主地進(jìn)行模塊化機器人的重新組裝。

工作環(huán)境100也可用于特別是具有人類組員的航天器或空間站。模塊化機器人集群可以特別地包括無人機，其構(gòu)造及設(shè)計以在沒有重力或重力很小的空間內(nèi)工作。這種機器人的機器人平臺10例如可以包括噴氣推進(jìn)系統(tǒng)或具有冷氣體噴嘴和反作用輪的火箭發(fā)動機。被設(shè)計來輔助空間站內(nèi)人類機組人員的移動機器人可配備有攀爬腿，使它們的運動自由度受空間站機械結(jié)構(gòu)限制。

圖13示意性示出模塊化機器人的集群F和機器人模塊的控制系統(tǒng)架構(gòu)。集群F可以包括組合的機器人和/或作為分立的集群成員的機器人平臺10和機器人工作頭20。由于機器人平臺10和機器人工作頭20中的每個可具有其自身的帶有控制邏輯的微處理器，因此這些平臺10和工作頭20的每個都可以作為單個集群成員單獨參與功能群智能。

由于每個構(gòu)件10、20內(nèi)的智能功能性模塊，不同集群元件10、20(以及可能的組合機器人)可以通過具有分散智能而在集群方式中操作。集群操作的基礎(chǔ)可以是例如多智能控制機構(gòu)(multi-agent control mechanism)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。該集群成員可以一方面，與集中式數(shù)據(jù)庫D通信以收集新的任務(wù)、將任務(wù)的完成結(jié)果或與任務(wù)管理相關(guān)的任意更新傳遞到集中式數(shù)據(jù)庫D作為作業(yè)卡進(jìn)度。任務(wù)控制器C可以在集中式數(shù)據(jù)庫D中檢索動態(tài)更新信息、建立新任務(wù)、刪除完成的任務(wù)或相對于彼此重新優(yōu)化任務(wù)。另一方面，集群成員能夠彼此之間溝通以共同同意最佳的“組”設(shè)置來完成所需任務(wù)。這需要一些機器人工作頭20自主地與某些最佳機器人平臺10裝配以便靈活地形成工作環(huán)境中當(dāng)前所需的模塊化機器人。

工作頭應(yīng)用的功能智能(知識)可以通常位于機器人工作頭20的微處理器內(nèi)，而定位智能(知識)則可以是通常位于機器人平臺10的微處理器內(nèi)。平臺10和工作頭20之間的模塊間通信可能交換功能和位置的數(shù)據(jù)和信息。機器人工作頭20能夠從集中式任務(wù)數(shù)據(jù)庫D或由任務(wù)控制器C直接查詢來自主地選擇將要執(zhí)行的下一個任務(wù)。

合適的機器人平臺20可以被自主和/或通過請求它而找到。如果任務(wù)需要的話，可請求額外的支持集群機器人單元援助。例如，鉆孔工作頭可以與空中平臺組裝，并且另外請求來自真空清潔器工作頭(其可以與輪式平臺組裝來用于此目的)的援助。計量工作頭可以在鉆孔機器人的鉆孔任務(wù)之后被要求，以出于質(zhì)量控制的目的而對鉆孔機器人工作的詳細(xì)測量值進(jìn)行記錄。

當(dāng)目前不使用或空閑時，任何機器人平臺10或機器人工作頭20可指示給任務(wù)控制器C和/或剩余集群成員為自身可用。此外，當(dāng)機器人平臺10或機器人工作頭20需要被重新充電或清潔時，其可以指示給任務(wù)控制器C和/或剩余集群成員為自身故障。該集群F可以自主(例如由于其自身所賦予的移動性)，或者由人類操作人員的支持而設(shè)置/組裝。每個機器人平臺10和機器人工作頭20可以配備有某種程度的自動化機制，允許工作過程迅速且即時地中斷，以用于平臺10和工作頭20自身的維護(hù)、檢查和修理。剩下的集群成員可以獨立地繼續(xù)其分配的任務(wù)，使得一些集群成員的臨時故障不會帶來整個任務(wù)執(zhí)行的停止。

如圖14示意性所示，使用模塊化機器人集群完成任務(wù)的方法M的步驟被示出。方法M可以特別用于結(jié)合圖12所示和解釋的工作環(huán)境100中，并且可以采用結(jié)合圖1到11所示和解釋的一個或多個模塊化機器人。方法M在飛機或航天器的構(gòu)造、組裝、維護(hù)、拆裝、操作和/或維修期間的執(zhí)行任務(wù)中可以特別有利的。飛機和航天器例如可以包括客機、無人駕駛飛機、直升機、運載火箭、助推器、宇宙飛船、衛(wèi)星和空間站。

方法M包括，在M1由集中式任務(wù)數(shù)據(jù)庫D提供任務(wù)給多個機器人工作頭20。每個機器人工作頭20被配置以將執(zhí)行多個可操作任務(wù)中的一個的能力傳遞給組裝的模塊化機器人。根據(jù)所提供的任務(wù)，隨后在M2，多個機器人工作頭20決定將與多個機器人平臺10中的哪一個相組合。每個機器人平臺10均被配置以將移動性和與外部組件的連接性傳遞給組裝的模塊化機器人。在M3，隨后通過將多個機器人工作頭20中的一個或多個與多個機器人平臺10中所確定的那個相連接，而形成一個或多個模塊化機器人。那些模塊化機器人隨后能夠在M4執(zhí)行所提供的任務(wù)。

當(dāng)任務(wù)已經(jīng)完成時，集中式任務(wù)數(shù)據(jù)庫D可通過在M5中分別分配的機器人而進(jìn)行更新。然后，機器人可以通過在M6從組合的機器人平臺10斷開機器人工作頭20而再次拆卸。斷開的零件-工件頭20和平臺10-然后再次自由以承擔(dān)來自集中式任務(wù)數(shù)據(jù)庫D的另一個任務(wù)。

在前述的詳細(xì)描述中，出于簡化本公開的目的，一個或多個實施方式或示例中的各種特征組合在一起。但應(yīng)該理解的是，上面的描述旨在是說明性的，而不是限制性的。其意在覆蓋所有替換、修改和等同物。在閱讀上述說明書后，許多其它示例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。

選擇并描述實施方式以最佳地解釋本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠以適合于預(yù)期的特定用途的各種修改最佳地利用本發(fā)明和各種實施方式。在所附的權(quán)利要求書和整個說明書中，術(shù)語“包括”和“其中”分別用作術(shù)語“包含”和“在其中”的各自等效普通英語。此外，本發(fā)明中的“一個”或“一”并不排除多個。