[发明专利]机器人及充电系统、充电站搜索法、连接器和电连接结构

说明书

本发明涉及大体上或部分地模仿人类或动物的生命机制的机动机器人装置，尤其涉及一种在工作区域或者空间内用两足或者四足自由行走和爬行的(以无轨方式)的机动机器人装置。

本发明还涉及一种用充电电池驱动的，不连接脐带式电力电缆，能够在工作空间内自由和无轨地移动的机动机器人装置，以及涉及一种给机动机器人的电池充电的充电系统。更具体地说，本发明涉及那种在自控运行中电池电力下降时，可以停在一个充电站前自动充电的机动机器人装置，该机器人在充电结束之后离开充电站，恢复正常运行，以及涉及一种给机动机器人内的电池充电的充电机构。

术语机器人据说是来自斯拉夫单词机器人(奴隶机)。在日本，从19世纪60年代开始广泛使用机器人，当时大多数机器人是工业机器人，如多节机器人臂(机械手)和用于工厂自动生产线或无人工厂的传输机器人。

对使用脚行走的移动(走动)机器人以及控制该机动机器人稳定行走的研究和开发已经取得了进展，例如模仿如狗和猫等四足动物生命机制和行为的宠物型和玩具型机器人，以及可以模仿人类和类人猿生命机制和行为的人类型机器人。使这些机器人商业化的愿望正在被实现。行走机器人是不稳定的，在姿势控制和行走控制方面出现了比爬行机器人更多的困难。但是，这种行走机器人在行走和跑动方面表现出极好的灵活性，例如上、下楼梯和跨越障碍。

一个安装好的机器人，如一个机械手，牢固地安装于一个特定位置，仅用于在一个有限和局部工作空间内安装和选择零件。相反，机动机器人的工作空间不受限制。机动机器人可以沿一定的轨道运动，也可以在一个无轨道区域自由移动，完成任何预定的工作。因此这种机器人可以代替人类、狗和其它生物提供各种服务。

具有人类特点的机器人在人类生活环境下共存，进行涉及人类工业和生产活动的各种简单、冒险、和困难的工作。例如，希望具有人类特点的机器人在各种活动中充当重要的角色，如核电厂、热电厂、和石油化工厂的维修保养工作，生产制造厂的零件输送和安装操作，高层建筑的清洁工作，以及失火场所的救护工作。具有人类特点的机器人使用两只脚行走或跨越障碍，以自我控制的方式到达活动场所，严格按照指令进行工作。

用于娱乐的模仿狗和猫的机动机器人，即玩具机器人，具有与生活密切相关的特点，而不是只在困难的工作中帮助人类。与真正的动物相比，玩具机器人容易控制，与传统的玩具相比，玩具机器人能够提供复杂的功能。

传统的玩具机器与使用者的操作有固定的交互关系，不能够根据用户的喜好进行改进。结果，用户可能会对简单重复相同动作的玩具越来越讨厌。相反，尽管玩具机器人根据时间系列行动模式进行操作，但是该玩具机器人可以对外部刺激做出响应，例如响应用户的操作，修改时间系列行动模式。尤其是通过将“学习效果”告知机器人，用户可以享受优选行动模式，就不会再厌烦了。

可以对该玩具机器人编程，以便能动地对作为拥有者的用户的行动做出响应，例如“表扬”，“玩耍”，“宠爱”，“敲击”，“惩罚”或“鞭打”。例如，该玩具机器人可以作出反应，如“被表扬”，“献媚”，“愠怒”，“吠叫”，或“摇尾”。用户因此享受到了对玩具机器人的教育模拟。该玩具机器人使用两足或者四足，在家里作为一个无轨道空间的房间内以一种自我控制的方式，自动地自由行走，绕过或者跨越障碍。

上述机器人是机动机器设备，因而需要供电。

可以通过一个电源电缆从公用AC(交流)电源给固定于一个特定位置的机器人供电，例如已经讨论过的机械手，或者给一个在有限行动半径内或沿有限行动模式移动的机器人供电。

不能从公用AC电源给以自控方式移动的机器人供电，因为电源电缆限制了机动机器人的行动半径。使用电池的自我推动式驱动是该机动机器人的逻辑选择。电池驱动式机动机器人行走于各种工作空间，如人类的生活区，没有墙插座位置或电源电缆长度等任何物理限制。

但是，电池驱动式机器人需要给电池充电。尽管该机动机器人用作一种自动装置，但是，为构造成一种全自动装置，充电操作是一个值得注意的问题。对用户来说，用电池代替充电或者一个电源连接器也是麻烦的。

已经介绍了一种对机动机器人进行可靠和全自动充电的“充电站”。该充电站提供了给机动机器人电池充电的空间。

当机器人在自我推进和自控运行中检测到电池中电力下降时，机器人停止运行，自动返回充电站。该充电站在机器人和电源之间建立电连接，因此将电力供给机器人的电池。当电池全部被充满并将电力恢复至预定的水平之后，则与电源的电连接中断。机动机器人离开充电站，恢复一度中断的运行。