[发明专利]机器人车辆

说明书

一种车辆，包括在车辆运行中接触具有参考表面平面的表面的轮。该车辆还包括底盘、具有垂直于参考表面平面的轴线的轴壳和车轴。车轴从轴壳延伸，以将轮联接到轴壳并支撑轮相对于轴壳的旋转，从而支撑车辆在车辆运行中横跨表面的运动。悬架系统将轮联接到底盘，并包括连杆组件，该连杆组件具有可枢转地联接到底盘的第一端和可枢转地联接到轴壳的第二端。连杆组件的第一端沿连杆组件的纵向轴线与连杆组件的第二端横向间隔开。悬架系统构造成响应于底盘和参考表面平面之间的角位移，将轴壳的轴线保持在垂直于参考表面平面的角度。

技术领域

本发明涉及一种车辆，并且具体但不排他地，涉及一种机器人车辆。本发明可以应用为自主机器人，例如家用自主机器人。

背景技术

一些现有的机器人车辆，例如机器人真空吸尘器，具有两个标准的可驱动轮和脚轮，所有这些轮一起运行以允许车辆穿过表面，例如地板。为了直线前进，两个标准轮是一致驱动的。要转动，可以驱动一个标准轮，或者可以以比另一个轮更快的速度驱动一个标准轮，这会导致机器人车辆旋转。在这些机器人车辆中，由于使用标准轮，运动和控制可能会受到一定程度的限制。例如，这种机器人车辆的转弯圈可能很大，机器人的前端通常必须面向行进方向。

相比之下，完整轮(holonomic wheel)可以在任何方向上移动车辆，而车辆本身不必掉头和/或面向另一个方向。因此，一些现有的机器人车辆利用完整轮来提高机器人的机动性。例如，具有完整轮的机器人车辆可以具有更小的转弯圆，并且机器人的底盘/主体可以在机器人改变其行进方向时保持面向特定方向。

人类环境对机器人车辆提出了独特的挑战。这些环境每天都在变化，因为家具和其他障碍物可能会被移动、引入或移除，并且机器人车辆需要能够适应和/或绕过这些变化。机器人穿越的表面本身可能是不平坦的，或者放置在原本平坦的表面上的物体可能会给机器人造成不平坦的表面。当机器人在这些不平坦的表面上移动时，机器人的底盘可能会倾斜，因此通常水平的底盘平面相对于表面的常规或“参考”平面旋转。这种旋转会导致轮打滑或急转。在这种情况下，可以使用悬架来增加与表面的接触。

发明内容

根据第一方面，本发明限定了一种车辆，该车辆包括用于接触表面的轮，其中该表面在车辆运行中具有参考表面平面。该车辆还包括底盘(或主体)、具有垂直于参考表面平面的轴线的轴壳、从轴壳延伸以将轮联接到轴壳并支撑轮相对于轴壳旋转的轴，从而在车辆运行中支撑车辆在表面上的运动。车辆还包括将轮联接到底盘的悬架系统，其中悬架系统包括连杆组件，连杆组件具有可枢转地联接到底盘的第一端和可枢转地连接到轴壳的第二端。连杆组件的第一端沿连杆组件的纵向轴线与连杆组件的第二端横向间隔开。悬架系统构造成响应于底盘和参考表面平面之间的角位移，将轴壳的轴线保持在垂直于参考表面平面的角度。

在构思本发明时，已经认识到，车辆底盘相对于通常的参考表面平面的任何倾斜或旋转都可以传递到轮(或每个轮)，使得通常“直立”的轮可以相对于参考表面平面相应地倾斜或旋转。无论轮是否经由悬架装置连接到底盘，都可能发生这种传递。实际上，某些悬架装置可能会加剧赋予轮的倾斜或旋转。在轮是完整轮的情况下，此外已经认识到，轮相对于参考表面平面远离其直立或法向方向的倾斜或旋转会导致轮改变方向。这是因为任何这样的倾斜都可能使轮远离确定轮行为的相关的完整约束或条件。例如，如果完整约束或条件不再适用，则导致“直立”(即未倾斜)的完整轮驱动车辆在平坦表面上向前一米然后向右一米的控制信号可能不再适用。实际上，相同的控制信号可能会导致轮不可预测地移动车辆，例如在不预期的方向上移动，这可能是危险的。

因此，根据第一方面的车辆具有支撑轴壳的悬架系统，其中悬架系统布置为在车辆横穿不平坦表面时抵消底盘的旋转。以这种方式，即使底盘旋转，例如由于其中一个轮升起越过物体或落入凹部，悬架系统设置成减少或避免相应的旋转或倾斜被传递到轴壳，并因此传递到相应的轮。因此，底盘的旋转或倾斜不会赋予到相应的轮，并且在轮是完整轮的情况下，保持其完整约束或条件。以这种方式，即使当车辆以某种方式受到干扰和/或在不平坦的表面上行驶时，也可以维持轮的可预测控制和操作。