CN205229799U - 自推进设备 - Google Patents

Abstract

自推进设备，包括球形壳体和包括一个或多个电动机的内部驱动***。内部驱动***用于向球形壳体的内表面提供电源，从而使自推进设备运动。偏置机构耦接到内部驱动***，并包括弹簧和与球形壳体的内表面接触的弹簧端部。附件组件通过球形壳体与偏置机构磁***互，从而当自推进设备旋转时，附件组件仍相对于偏置机构保持稳定。

Description

自推进设备

相关申请

本申请是于2013年9月24日提交的、题为“SELF-PROPELLEDDEVICEWITHACTIVELYENGAGEDDRIVESYSTEM”的申请号为14/035,841的美国专利的部分继续申请；US14/035,841是于2012年1月3日提交的、标题为“SELF-PROPELLEDDEVICEWITHACTIVELYENGAGEDDRIVESYSTEM”的美国专利申请号为13/342,853的继续申请，该申请已于2013年10月29日授权，其专利号为8,571,781；US13/342,853根据35U.S.C.§119(e)请求以下申请的优先权：(i)于2011年1月5日提交的、标题为“METHODANDSYSTEMFORCONTROLLINGAROBOTICDEVICE”的申请序列号为61/430,083的美国临时专利申请；(ii)于2011年1月5日提交的、标题为“METHODANDSYSTEMFORESTABLISHING2-WAYCOMMUNICATIONFORCONTROLLINGAROBOTICDEVICE”的U.S临时专利申请序列No.61/430083；和(iii)于2011年10月31日提交的、标题为“ASELF-PROPELLEDDEVICEANDSYSTEMANDMETHODFORCONTROLLINGSAME”的申请序列号为61/553,923的美国临时专利申请；所有前述优先权申请通过引用而整体并入本文。

技术领域

本申请主要涉及远程控制设备，特别尤其是涉及一种自推进设备。

背景技术

远程控制设备先前已使用具体到特定设备专门的遥控器进行操作。远程控制设备的配件通常涉及物理紧固装置，以将配件连接到框架或外壳的一部分。

实用新型内容

基于现有技术，本申请提供了一种自推进设备，其包括：球形壳体，内部驱动***和磁性耦接附件。所述附件接触所述球形壳体的外表面。可在所述球形壳体内部提供偏置机构，所述附件可磁性耦接到所述偏置机构。本申请解决了现有技术中需要使用物理紧固部件以将外部附件耦接到球形壳体的问题。

在本申请的一个方面，提供了一种自推进设备，其包括：球形壳体；内部驱动***，该内部驱动***包括布置在所述球形壳体中的一个或多个电动机；偏置机构，该偏置机构耦接到所述内部驱动***，所述偏置机构包括弹簧和与所述球形壳体的内表面相接触的弹簧端部；和附件，该附件接触所述球形壳体的外表面，所述附件通过所述球形壳体与所述偏置机构磁性耦接。

在一些实施例中，所述磁性附件包括接触面，该接触面具有的曲率半径与所述球形壳体外表面的曲率半径相等。

在一些实施例中，所述内部驱动***包括一对轮子，每个轮子耦接至所述内部驱动***的一个或多个电动机。

在一些实施例中，所述一个或多个电动机包括耦接到所述一对轮子中的第一轮子的第一独立电动机，以及耦接到所述一对轮子中的第二轮子的第二独立电动机。

在一些实施例中，所述偏置机构被构造成主动迫使所述一对轮子持续接合所述球形壳体的内表面，以使所述自推进设备运动。

在一些实施例中，所述自推进设备的运动包括：所述球形壳体的基于磁耦合的、相对于所述球形壳体外部的附件的稳定取向的三维旋转。

在一些实施例中，所述弹簧端部包括磁体，用于与所述附件磁性耦接。

在一些实施例中，所述附件包括黑色金属，用于与所述弹簧端部磁性耦接。

在一些实施例中，所述附件包括磁体，用于与所述偏置机构磁性耦接。

在一些实施例中，所述弹簧端部包括黑色金属，用于与所述附件磁性耦接。

在一些实施例中，与接触所述球形壳体的外表面相对应，所述附件的接触面包括陶瓷合金，或者金属陶瓷，或者聚四氟乙烯涂层或聚甲醛涂层中的一种或多种。

在一些实施例中，所述接触面包括液体浸渍表面。

在一些实施例中，所述接触面包括滑液注入的多孔表面。

在一些实施例中，所述附件包括第一磁体，所述弹簧端部包括第二磁体。

在一些实施例中，所述第一磁体包括一个或多个支流条(tributarystrip)以耦合第二磁体。

在一些实施例中，所述球形壳体的外表面包括聚四氟乙烯涂层或聚甲醛涂层中的一种或多种。

在一些实施例中，所述附件和偏置机构之间的磁性耦接对应于一个或多个钕磁体，所述一个或多个钕磁体耦接到所述附件或偏置机构中的一个或多个。

在一些实施例中，所述球形壳体的外表面包括陶瓷合金涂层。

在本申请的另一方面，提供了一种自推进设备，所述自推进设备包括：球形壳体；内部驱动***，该内部驱动***包括布置在所述球形壳体中的一个或多个电动机；偏置机构，该偏置机构耦接到所述内部驱动***，所述偏置机构包括弹簧和接触所述球形壳体的内表面的磁性弹簧端部；和附件，所述附件通过所述球形壳体与所述磁性弹簧端部交互，所述附件包括稳定机构，该稳定机构提供修正稳定性，以维持所述磁***互。

相应地，本申请可提供一种附件，当自推进设备移动时，该附件与自推进设备的球形壳体的外部保持接触。

附图说明

本公开内容通过示例的方式而非限制的方式示出，在附图的各图中，类似的参考标号指代相似的元件，其中：

图1是示出控制自推进设备操作的***的示例方框图；

图2是在控制器设备的控制下的自推进设备的示意图；

图3是自推进设备的示例，示出了示例性球形自推进设备的示意性组件；

图4示出导致自推进球形设备运动的示例操作；

图5是示出其中描述的示例可实施的计算机***的示例框图。

具体实施方式

提供一种包括球形壳体和内部驱动***的自推进式设备，所述内部驱动***包括耦合到一个或多个轮子的一个或多个电动机，所述轮子接合到球形壳体的内表面。偏置机构包括弹簧和接触端，该偏置机构被耦接到内部驱动***以提供轮子和接触端之间的沿直径方向相对的力，从而允许供给电动机的电力被传送到球形壳体的内表面，导致自推进设备沿表面滚动。自推进设备可以基于其质心的移动、电动机的独立电源以及偏置元件对内表面的作用力的组合而转动。磁性耦接部件可以被包括在偏置机构中。磁性耦合组件可以包括黑色金属或永久磁体，诸如钕磁体，用于通过球形壳体提供磁场，从而与外部设备或附件磁***互。

公开了一种示例外部附件，其包括与偏置机构(例如，接触端)的磁性耦合组件磁耦合的磁性耦合组件。因此，当导致自推进设备的球形壳体滚动时，外部附件可以借助通过球形壳体的磁***互而保持稳定地连接到偏置机构的接触端。

自推进设备、外部附件中的一个或两者可以包括任何数量的磁体(例如，钕磁体)，以产生导致磁交互作用的磁场。该交互作用可涉及其中在外部附件和球形壳体的外表面之间发生接触的磁引力。在该示例中，可以通过对球形壳体的外表面和/或外部附件的接触面上涂覆本质上无摩擦的材料而减少摩擦。附加地或替代地，磁***互作用可涉及排斥力，其包括稳定机构(例如，一个或多个额外的磁体)，以产生外部附件和球形壳体之间的稳定磁悬浮。

如本文所用的，在偏置机构角旋转的语境中，当自推进设备在操作控制下时，“本质上”指零度至小于90度角之间。因此，当自推进设备处于非加速状态时，“本质上”稳定、“本质上”恒定的角度或偏置机构(或弹簧组件)与自推进设备在其上滚动的外表面之间的“本质上”垂直指相对于该表面小于90度，并且通常少于45度。如进一步在本文中使用的，在球形壳体的外表面与外部附件设备的接触面之间的摩擦的语境中，“本质上”指两个常规光滑表面(例如，抛光的金属或木质表面)之间低于正常的摩擦关系。因此，“本质上”无摩擦的材料是指为减少摩擦而设计或制作的材料，诸如或涂层。

本文所述的一个或多个示例提供由计算设备编程执行的方法、技术或操作，或作为计算机实现的方法。如本文所使用的，编程指通过使用代码或计算机可执行指令。这些指令可以存储在计算设备的一个或多个存储器资源中。编程执行步骤可以是自动的或不是自动的。

本文所述的一个或多个示例可使用编程模块或***的组件来实现。编程模块或组件可以包括程序、子例程、程序的一部分，或能够执行一个或多个规定的任务或功能的软件组件或硬件组件。如本文所使用的，模块或组件可以独立于其他模块或组件而存在于硬件组件上。可替代地，模块或组件可以是共享元件或其他模块的过程、程序或机器。

本文所描述的一些示例可主要要求采用计算设备，包括处理和存储资源。例如，本文描述的一个或多个示例可以全部或部分地基于计算设备实现，诸如数码相机、数码摄像机、台式计算机、蜂窝或智能电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、打印机、数码相框和平板设备。存储、处理和网络资源可以全部结合本文中所描述的任何示例的建立、使用或执行而使用(包括任何方法的执行或任何***的实施)。

此外，本文所述的一个或多个示例可以通过使用由一个或多个处理器可执行的指令来实现。这些指令可以携带于计算机可读介质。用附图显示或描述的机器提供处理资源和计算机可读介质的示例，在所述处理资源和计算机可读介质上可以进行和/或执行用于实施示例的指令。具体地，以示例所示的众多机器包括处理器以及用于保持数据和指令的各种形式的存储器。计算机可读介质的示例包括永久存储器存储设备，诸如个人计算机或服务器的硬盘驱动器。计算机存储介质的其他示例包括便携式存储单元，例如CD或DVD单元、闪存(例如，携带于智能电话、多功能设备或平板上)和磁存储器。计算机、终端、网络使能设备(例如，移动设备，诸如蜂窝电话)均是利用处理器、存储器、以及在计算机可读介质上存储的指令的机器和设备的示例。此外，示例可以以计算机程序，或能够承载这该程序的非短暂性计算机可用载体介质的形式来实现。

***说明

现在参照附图，图1是示出自推进设备100的示例图。可以操作自推进设备100，从而在诸如由用户操作的计算设备的另一设备的控制之下移动。该自推进设备100可配置有实现如下之一或多个功能的资源：(i)在设备开始运动之后保持相对于初始参考帧的取向和/或位置的自我意识；(ii)编程地处理控制输入，以便实现对不同控制输入的多范围的特定程序响应；(iii)利用软件或编程逻辑使另一设备控制其移动，所述编程逻辑与自推进设备上的编程逻辑通信；和/或(iv)生成其运动和状态的输出响应，所述响应可由控制设备进行软件解释。

自推进设备100可以包括多个互连子***和模块。处理器114可以执行来自程序存储器104的编程指令。程序存储器104中存储的指令可以改变，例如增加特征、纠正瑕疵或修改行为。在一些变型例中，程序存储器104存储通信或以其它方式操作在链接控制器设备上执行的软件的程序指令。该处理器114被配置为执行程序指令的不同程序，以改变其中自推进设备100解译或以其他方式响应来自不同控制器设备的控制输入的方式。

无线通信端口110与通信转换器102结合，用来在处理器114和其它外部设备之间交换数据。例如，数据交换提供程序存储器104的通信、控制、逻辑指令、状态信息和/或更新。处理器114可以生成对应于状态和/或位置信息的输出，经由无线通信端口110传送到控制器设备。自推进设备100的移动性可能使有线连接不可取。因此，术语“连接”可被理解为意味着无需到自推进设备100的物理连接的逻辑连接，例如无线链路(例如，蓝牙)。

在变型例中，无线通信端口110实施蓝牙通信协议，换能器102是适用于发送和接收蓝牙无线电信号的天线。其他无线通信介质和协议也可以在替代的实施方式中使用。

传感器112可以提供关于处理器114周边环境和条件的信息。在一些变型例中，传感器112包括惯性测量设备，包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和/或三轴磁力计。根据一些变型例，在设备开始运动之后，传感器112提供输入，使处理器114维持对设备相对于初始参考帧的取向和/或位置的意识。在不同的示例中，传感器112包括用于检测光、温度、湿度和/或测量化学浓度或放射性的仪器。

状态/可变存储器106存储有关***当前状态的信息，例如包括关于每个轴旋转和平移的位置、取向、速度。状态/可变存储器106还存储对应于设备的初始参考帧(referenceframe)的信息，当例如设备100被投入使用(例如，该设备100被开启)时，还存储该设备100在使用中的位置和取向信息。以这种方式，一些实施例规定设备100利用状态/可变存储器106的信息，以便在设备100开始移动时保持设备100的位置和取向信息。

时钟108向处理器114提供定时信息。在一个示例中，时钟108提供时基(time-base)，用于测量变化的间隔与速率。在类似的示例中，时钟108提供日、日期、年、时间和闹钟功能。时钟108可允许自推进设备100在预先设定的时间提供发出报警或警报。

扩展端口120提供用于附加附件或设备的连接。扩展端口120可以通过用于进一步扩展，以及添加选项或改进的灵活性。例如，扩展端口120可用于向基础自推进设备100添加***设备、传感器、处理硬件、存储器、显示器或致动器。

在变型例中，扩展端口120提供能使用模拟或数字信号与适当配置的组件进行通信的接口。因此，扩展端口120可以提供标准的或众所周知的电接口和协议。此外，该扩展端口120实现光纤接口。适合于扩展端口120的示例接口包括通用串行总线(USB)、内部集成电路总线(I2C)、串行***设备接口(SPI)或以太网。

可以包括显示器118，以向外部设备或人员呈现信息。该显示器118可以多种形式呈现信息。在变型例中，显示器118可以产生有颜色和图案的光、声音、振动、音乐或感官刺激的组合。在一个实施例中，显示器118与致动器126一起操作，以通过设备100的物理移动而传达信息。例如，设备100可被制成以模拟人的头部点头或摇头来传达“是”或“否”。

在变型例中，无论是在可见或不可见的范围，显示器118是光的发射器。可以用在红外线或紫外线范围内的不可见光，例如发送人的感官看不见但专门探测器可获得的信息。在一些示例中，显示器118包括发射各种光频率的发光二极管(LED)的阵列，设置成使得它们的相对强度可变，并且发出的光被混合而形成彩色混合物。

在变型例中，显示器118包括LED阵列，其包括多个LED，每一个LED发射人类可见的原色。该处理器114可以改变各个LED的相对强度，以产生宽范围的颜色。光的原色是其中几个颜色可以不同量混合而产生宽色域的表观颜色的那些颜色。已知多组原色，例如包括红/绿/蓝、红/绿/蓝/白、红/绿/蓝/琥珀色。例如，红色、绿色和蓝色LED一起可以包括可以获得的三个原色设备的可用集合，包括显示器118。在其它示例中，可以使用原色的其它集合和白色LED。显示器118还可以包括用于指示设备100上的参考点以便对准的LED。

电源124存储能量，用于操作设备100的电子组件和机电组件。在一些示例中，电源124是可充电电池。此外，感应充电端口128可允许对电源124充电，但无需有线的电连接。在变型例中，感应充电端口128可以接收磁能并将它转换成电能来给电池充电。充电口128可以提供与外部充电设备的无线通信接口。

可以包括深睡眠传感器122，以将自推进设备100设置到非常低的功率或“深度睡眠”模式，其中大多数电子设备都不使用电池电源。这对于长期储存或运输是有利的。

在变型例中，深睡眠传感器122是非接触的，因为它通过设备100的壳体感测，而不使用有线连接感测。深睡眠传感器122可以是安装的霍耳效应传感器，从而外部磁体可施加在设备100的预先确定的位置，以激活深睡眠模式。

可包括致动器126，以将电能转换成机械能用于各种用途。致动器126的主要用途在于推动自推进设备100和使之转向。移动和转向致动器也被称为驱动***或牵引***。在处理器114的控制下，驱动***使移动设备100旋转和平移运动。致动器126的示例包括(但不限于)轮子、电动机、螺线管、螺旋桨、桨轮和钟摆。

驱动***的致动器126可包括两个平行的轮子，每个轮子分别通过减速齿轮***安装到与独立变速电动机连接的轴。因此，这两个驱动电动机的速度可以由处理器114来控制。

然而，应该理解，除了仅仅旋转和平移自推进设备100，致动器126可以产生各种动作。因此，在一些变型例中，致动器126导致设备100实现交际性的或情感上令人回味的运动，包括模拟人类的手势，例如点头、摇头、颤抖、旋转或翻转。在一些变型例中，处理器114协调致动器126和显示器118。例如，处理器114可提供信号给致动器126和显示器118，以使设备100旋转或颤抖并同时发射彩色光的图案。因此，设备100可以发出与运动同步的光图案和/或声音模式。

在进一步的变型例中，自推进设备100可用作其它网络连接设备的控制器。设备100可以包含传感器和无线通信能力，因此它可以起到其他设备的控制器的作用。例如，自推进设备100可以握持在手中并用于感测手势、运动、旋转、组合输入，等等。

图2是在控制器设备208控制下的自推进设备214的示例示意图，控制器设备208诸如智能电话或者平板电脑设备。更具体地，自推进设备214由源自控制器设备208的编程逻辑和/或控件控制它的运动。自推进设备214可以在计算设备208的控制下运动，计算设备208可以由用户202操作。使用标准的或专有的无线通信协议，计算设备208可以将控制数据204无线交换到自推进设备214。在变型例中，自推进设备214可以至少部分地自控制，利用传感器和内部编程逻辑来控制其运动的参数(例如，速度、方向等)。更进一步地，自推进设备214可以交换有关自推进设备的位置和/或运动参数的数据，用于产生或交替计算设备208上的内容。在其它变型中，自推进设备214可以通过它的运动和/或内部的编程逻辑控制计算设备208的各方面。

如本文所描述的，自推进设备214可具有多种操作模式，其中包括自推进设备214由计算设备208控制，自推进设备214是另一个设备(例如，另一自推进设备或计算设备208)的控制器，和/或自推进设备100部分自治或完全自治。

在一些示例中，自推进设备214和计算设备208可以共享计算平台，在该计算平台上实现编程逻辑共享，以便：(i)使用户202操作计算设备208，以产生多种输入，包括简单的定向输入、命令输入、手势输入、运动或其他感官输入、语音输入或它们的组合；(ii)使自推进设备214解释从计算设备208接收的输入，作为命令或一组命令；和/或(iii)使自推进设备214交换关于自推进设备的位置、运动和/或状态的数据，用于实现计算设备208上的状态(例如，显示状态，诸如与控制器用户界面对应的内容)。示例进一步规定：自推进设备214包括编程接口，该接口便于其他的编程逻辑和/或指令使用设备。计算设备208可以执行编程，其与自推进设备214上的编程逻辑交互。

根据一些示例，自推进设备214包括造成运动或定向运动的致动器或驱动机构。自推进设备214可以用多种相关的术语和短语来称谓，包括控制设备、机器人、机器人设备、远程设备、独立设备和遥控设备。在一些实施例中，自推进式设备214可以被构造成在各种介质中移动并进行控制。例如，自推进设备214可以配置为在介质中运动，诸如平表面、沙面或岩石表面。

自推进设备214可以各种形式实施。如下所述以及图3的示例，自推进设备214可对应于可以滚动和/或执行其他动作(诸如，旋转)的球形物体。在其它变型例中，自推进设备214可包括外部附件216，以借助通过设备214外壳的磁耦合而磁耦合到自推进设备214。

在其他变型例中，自推进设备214可以对应于无线电控制飞行器，诸如飞机、直升机、气垫船或气球。在其它变型中，设备214可对应于无线电控制的船只，诸如船或潜水艇。许多其它的变型例也可以实现，诸如其中设备214是机器人的那些变型例。

在一个实施例中，设备214包括密封的中空外壳，本质上为球形，能通过封闭外壳中的致动器的动作实现定向运动。

继续参考图2，自推进设备214被配置为使用网络通信链路210和212与计算设备208进行通信。链路210从设备208向设备214传输数据。链路212从自推进设备214向计算设备208传输数据。为了说明，链路210和212被显示为单独的单向链路，然而单一的双向通信链路可以执行在两个方向上的通信。应当理解，链路210和链路212不一定在类型、带宽或容量上是相同的。例如，从计算设备208到自推进设备214的通信链路210具有的通信速率和带宽通常比链路212的更高。在某些情况下，只有一个链路210或212被建立。在这种情况下，通信是单向的。

计算设备208可对应于包括至少一个处理器和通信能力的任何设备，其适合建立至少与自推进设备214的单向通信。这种设备的示例包括但不限于：移动计算设备(例如，多功能消息/语音通信设备，诸如智能电话)、平板电脑、便携式通信设备和个人电脑。在一些变型例中，计算设备208可是来自加利福尼亚的库珀蒂诺的苹果电脑公司的IPHONE。在其他变型例中，计算设备208是IPAD平板电脑，其也来自苹果电脑公司。在另一些变型例中，计算设备208是执行来自谷歌公司的Android操作***的任何手持计算和通信装置。

在进一步其他变型例中，计算设备208是笔记本电脑或台式机配置的个人电脑。例如，设备208可以是运行MicrosoftWindows操作***、或Linux操作******、或APPLEOS/X操作***的多用途计算平台，配置有适当的应用程序以与自推进设备214进行通信。

在变型例中，计算设备208可以是专用于使用户202能够控制自推进设备214并与自推进设备214交互的专门设备。

在一个实施例中，多种类型的计算设备208可以互换使用，以与自推进设备214进行通信。在一个实施例中，所述自推进设备214能够通信和/或由多个设备控制(例如，同时或一次一个)。例如，自推进设备214可以在一个会话与IPHONE链接，而在以后的会话中与Android设备链接，而不用修改自推进设备214。

根据一些变型例，用户202可以经由计算设备208与自推进设备214交互，以控制自推进设备214和/或从自推进设备214收到计算设备208的反馈或相互作用。因此，能使用户202以通过提供计算设备208的各种机构指定输入204。这种输入的示例包括文字输入、语音命令、触摸传感表面或屏幕、物理操作、手势、敲击、摇晃和以上的组合。

用户202可以与计算设备208进行交互，以接收反馈206。响应于用户输入，在计算设备208上生成反馈206。作为替代或附加项，反馈206也可以基于从自推进设备214向计算设备208传送的关于例如自推进设备的位置或状态的数据。无意限制，反馈206的示例包括文本显示、图形显示、声音、音乐、色调图案、光色或光强的调制、触觉、振动或触觉刺激。反馈206可以结合计算设备208上生成的输入。例如，计算设备208可输出内容，其被修改以反映从自推进设备214交互得到的位置或状态信息。

在一些实施例中，计算设备208和/或自推进设备214被配置为使得用户输入204和反馈206最大限度地为用户202提高可用性和可访问性，该用户202拥有有限的感知、思维、知觉、运动或其他能力。这允许残疾或有特殊需要的用户操作所描述的***200。

应当理解，图2示出的配置仅仅是各种可能的、包括具有通信连接功能的自推进设备的网络配置中的一个。此外，尽管本文描述的许多实施例规定用户操作或以其他方式直接与计算设备对接，以控制自推进设备和/或与自推进设备交互，所描述实施例的变型例包括使用户能直接控制自推进设备214或与自推进设备214进行交互，而不使用诸如计算设备208的中间设备。

自推进设备示例

图3是自推进设备的示例，并示出了示例自推进设备的组件的示意性视图。然而，本公开内容的变型例不限于这样的设备。相反，上文讨论的***100可以用其中完成配对或连接的任何远程设备实施。参照图3，自推进设备300的尺寸和重量允许它容易地被抓住、抬起以及在成人的手上携带。自推进设备300可以包括具有外表面的球形壳体302，从而当设备滚动时与外表面接触。此外，该球形壳体302包括内表面304。另外，该自推进设备300包括由球形壳体302封装的多个机械和电子部件。

球形外壳302由发送无线通信信号但并不透潮气和污物的材料组成。球形外壳302可以包括持久的、可水洗和/或抗粉碎的材料。球形外壳302也可以构造成能够透射光和被纹理化(textured)以扩散光。

在一个变型例中，外壳302由密封的聚碳酸酯塑料制成。此外，球形壳体302可包括一个或多个表面，其被纹理化以使光扩散。在一个示例中，球形壳体302包括具有相关联的附接机构的两个半球壳，从而球形壳体302可被打开，以允许访问内部电子和机械组件。

多个电子和机械部件位于封装内，用于实现处理、无线通信、推进、以及其他功能(以下统称为“内部机构”)。各组件的示例包括驱动***301，以使设备推进自身。驱动***301可耦合到处理资源及其他控制机构，如用其它示例描述的那样。载体314作为驱动***301的附接点和支撑。驱动***301的组件非刚性地附接到球形壳体302。相反，驱动***301可包括一对轮子318、320，其与球形壳体302的内表面304摩擦接触。

载体314与储能器316机械接触和电接触。储能器316为设备300和电子设备提供能量储备，并通过电感充电端口326进行再补充。在一个示例中，储能器316是可充电电池。在一个变型例中，电池由锂聚合物电池组成。在其它变型例中，可以采用其他类型的可充电化学电池。

载体314可为大多数的内部组件提供安装位置，包括电子组件的印刷电路板、传感器阵列、天线和连接器，以及为内部组件提供机械附接点。

驱动***301包括电动机322、324和轮子318、320。电动机322和324分别通过相关联的轴、轮轴和齿轮驱动(未示出)连接到轮子318和320。轮子318和320的周界是两个位置，其中内部机构与内表面304机械接触。其中轮子318和320接触内表面304的位置可以是球的驱动机构的主要部分，所以轮子318和320优选涂覆材料以增加摩擦和减小打滑。例如，轮子318和320可覆盖有硅橡胶轮胎。

在一些变型例中，提供偏置机构315以主动迫使轮子318和320压靠内表面304。在提供的示例中，弹簧312和弹簧端部310可以包括偏置机构315。更具体地，弹簧312和弹簧端部310定位成在与轮子318和320径向相对的点接触内表面304。弹簧312和弹簧端部310提供额外的接触力，以减少轮子318和320打滑，尤其在内部机构没有定位成使得轮子在底部并且其中重力未提供足够的力来防止驱动轮318和320滑动的情况。选择弹簧312以提供力，用于推动轮子318和320以及弹簧端部310抵靠内表面304。

弹簧端部310可以被设计为提供与内表面304的接近无摩擦的接触。弹簧端部310包括圆形表面，该圆形表面配置成在与内表面304的所有接触点处反映(mirror)低摩擦接触区域。可以设置提供接近无摩擦接触的其他机构。在另一实施方式中，圆形表面可以包括一个或多个轴承，以进一步降低在端部310沿着内表面304移动的接触点处的摩擦。弹簧312和弹簧端部310可以由非磁性材料制成，以避免与敏感磁传感器互相干扰。然而，在变型例中，弹簧端部310可以包括一个或多个磁组件，以磁耦合到外部附件设备330。

在一些示例中，弹簧312具有的弹簧常数使轮子318，320和弹簧端部310几乎一直接合到球形壳体302的内表面304。这样，来自电动机322，324的大部分功率被直接传递用来旋转球形壳体302，而不是使内部组件(即，偏置机构315和内部驱动***301)倾斜(pitch)。因此，虽然可通过倾斜内部组件(因此是质量中心)来至少部分地使自推进设备300运动，运动也可直接由轮子318、320对球形壳体302、304的内表面304的主动力(经由偏置机构315)和从电动机322、324至轮子318，320的电功率直接传输而导致。因此，偏置机构315的倾斜可被大大减小，并保持本质上恒定(例如，本质上垂直于自推进设备300在其上移动的外表面)。附加地或作为替代，偏置机构315的倾斜可在硬加速或减速周期内增加(例如，超过45度)。此外，根据正常工作条件，偏置机构315的倾斜可以保持稳定或精细地改变(例如，在10-15度内)。

弹簧端部310可以由吸引到磁体的磁性金属形成。这类金属可以包括铁，镍，钴，钆，钕，钐，或含这些金属成分的金属合金。可替换地，弹簧端310可以包括接触球形壳体302的内表面304的、本质上无摩擦的接触部分，以及接触或不接触内表面304的磁交互部分，包括上述金属或金属合金。所述本质上无摩擦的接触部分可以包括有机聚合物，诸如热塑性或热固性聚合物。

可替代地，弹簧端部310可以由磁体构成，诸如抛光的钕永久磁体。在这样的变型例中，弹簧端310可以产生延伸超出球形壳体302外表面的磁场，以磁性耦合外部附件设备330。再可替换地，弹簧端部310可以包括本质上无摩擦的接触部分，和包括于其中的磁体。

仍然可选地，自推进设备300的磁性组件可包括在任何内部组件上，诸如弹簧312或载体314，或耦合到偏置机构315或载体314的附加组件。

另外或替代地，外部附件设备330可以包括磁性组件332，以磁性耦合偏置机构315(例如，弹簧端部310)。磁组件332可以包括永久磁体，诸如钕磁体。在该变型例中，磁性组件332可以磁性耦合到弹簧端部310。这样，磁性部件332所产生的磁场可延伸通过球形壳体302以保持与弹簧端部310磁性接触。

可替代地，外部附件设备330的磁性组件332可以包括磁性金属，其可以被吸引到包括弹簧端310的磁体。如上所述，这些金属可包括铁、镍、钴、钆、钕、钐或包含这些金属成分的金属合金。

在进一步的示例中，一个或多个弹簧端部310和磁性组件可以包括任何数量的电磁体或永久磁体。这种磁体可以是不规则的形状，以在自推进设备300运动时提供额外的磁稳定性。例如，附件设备330的磁性部件332可以是单个或多个磁条，包括一个或多个支流条(tributarystrip)以耦合弹簧端部310上包括的一个或多个相应成形的磁体。此外，多个磁体可通过外部附件设备330和弹簧端部310分散，以提供额外的稳定性。

可替代地，当自推进设备300运动时，弹簧端部310和外部附件设备330可以处于稳定的磁排斥状态。在该变型例中，磁性组件332或弹簧端部310可以包括超导材料，以本质上消除排斥磁力的动态不稳定性，从而当球形壳体302在其之间转动时允许附属设备相对于弹簧端部310的稳定磁悬浮。在类似的变型例中，抗磁材料可以被包括于自推进设备300、弹簧端部310或外部附件设备330中的一个或多个中，并且可以为磁悬浮提供稳定性。因此，在不使用导轨或磁性轨道的情况下，可以使自推进设备300在任何方向操纵，外部附件设备330保持在沿自推进设备的垂直轴的本质上恒定的位置(笛卡尔坐标或圆柱z轴坐标，或没有极角(θ)的球形r-坐标)。

外部附件设备330可以是任何形状，并且可以由任何合适的材料形成。外部附件设备的接触面334，或者最接近球形壳体302的外表面的表面(在磁交互期间)可被形成为本质上对应于球形壳体304的外表面。因此，自推进设备300的球形壳体302和外部附件设备330(即，接触表面334)可以有本质相等的曲率半径。在某些变型例中，该曲率半径可以是10-30厘米的数量级。然而，可以预期：自推进设备和所附外部附件设备的其他示例具有的半径可以达到1米的数量级，向上可达到人类运输车辆的尺寸，以及以上的尺寸。因此，磁耦合或交互可以使用设置在自推进设备300内的强大电磁体实现，以耦合外部附属设备330，其可以被配置为执行动作、携带有效载荷、包括新颖设计、表示字符或图片，或诸如此类。

外部辅助设备330的接触面334可形成有或涂覆有本质上无摩擦的材料，诸如合成的化合物或合适的聚合物。其它合适的化合物包括品牌的聚四氟乙烯(PTFE)或品牌的聚甲醛(POM)涂层。然而，可以预期任何本质上无摩擦的涂层，包括超防护剂表面或液体浸渍表面以及材料，诸如滑液注入的多孔表面(SLIPS)。本质上无摩擦表面或涂层的进一步示例包括“陶瓷合金”或“金属陶瓷”，其可以通过结合金属合金与陶瓷化合物而产生。例如，包括硼，铝和镁的金属/陶瓷合金(AlMgB₁₄)可以结合硼化钛(TiB₂)的陶瓷化合物，以提供用于外部附件设备330的接触表面的近乎无摩擦涂层334。

附加地或作为替代，球形壳体302的外表面可包括关于外部附件设备330的接触面334所讨论的任何上述本质上无摩擦的涂层或化合物。相应地，本质上无摩擦的涂层或化合物的任意组合可以与球形壳体302的外表面和外部附件设备330的接触表面相结合。

此外，球形壳体302可以形成为包括内表面304，该内表面304更有利于使用例如橡胶化合物或其它合适的合成化合物(诸如，硅)来提供增大的摩擦。此外，该球形壳体302可以形成为包括使用上面讨论的涂层或化合物的具有近乎无摩擦性能的外表面。

在上面的例子中，当自推进设备300运动时，外部附件设备330可以在自推进设备300顶部上的本质上恒定的位置保持磁耦合至弹簧端部310。同样地，当自推进设备300***纵时，偏置机构315可具有可变的倾斜角(相对于运动平面的极角(θ))，其多少保持最小，但在大多数情况下通常不超过45度，除非在相对极端加速期间。然而，在自推进设备300的连续和稳定操纵期间，偏置机构315的倾斜可以更接近于零，或在10度内。此外，在操纵期间，方位角(φ)可以根据从电动机322、344到轮子318、320传递的独立电源而以任何角度变化。

所描述的各种实施例仅用于说明的目的。使用任何所描述的***，变型例包括添加更多或更少的计算设备，和/或更多或更少的自推进设备。如一些变型例中描述的，附加的来源或节点可以从远程网络源提供。另外，在一些操作环境中，计算设备的存在是可选的。例如，自推进设备可以是部分或完全自主的，使用编程逻辑来工作。

图4示出用于使自推进球形设备400运动的示例技术。在由图4所示的例子中，自推进设备400被示出，具有旋转中心402和质心406，并且接触平表面412。机器人设备400的驱动机构可以包括两个独立控制的轮式致动器408，其与设备400的封闭球球形壳的内表面接触。还示出传感器平台404。设备400的多个部件没有在图4示出，用于简化附图。

为了实现以恒定速度的连续运动，质心406相对旋转中心402的偏移可由轮式驱动器408的动作维持。质心406相对于旋转中心402的位移难以测量，因此难以得到闭环控制器的反馈，以保持恒定速度。然而，位移与传感器平台404和表面412之间的角度410(等于θ)成比例。夹角410可由各种传感器输入感测或估计。因此，作为示例，机器人设备400的速度控制器可实施为使用角度410来调节轮式驱动器408的速度，导致设备400以恒定的速度经过表面412。速度控制器可以确定所需的角度410以产生所需速度，以及所希望的角度设定点被作为输入提供到调节驱动机构的闭环回路控制器。

图4示出使用角度测量用于速度控制；然而使用适当的感应角度和角速度的反馈，该技术可以扩展到提供转向和旋转控制。可以从前面的讨论看出，在各种实施例中，知晓取向角度有利于控制自推进设备。测量设备的取向也可利于导航和对准其他设备。

硬件框图

图5是示出描述的示例可在其中实施的计算机***的示例框图。例如，关于图1的***100所讨论的一个或多个组件可以由图5的***500来执行。***100也可以使用多个计算机***的组合来实现，如由图5所描述的。

在一个实施方式中，计算机***500包括处理资源510、主存储器520、ROM530、存储设备540和通信接口550。计算机***500包括用于处理信息的至少一个处理器510和主存储器520(诸如，随机存取存储器(RAM)或其他动态存储设备)，主存储器520用于存储将由处理器510执行的信息和指令522。主存储器520还可以用于存储临时变量或在执行由处理器510执行指令期间的其他中间信息。计算机***500还可以包括只读存储器(ROM)530或其它静态存储设备，用于存储处理器510的静态信息和指令。提供存储设备540(诸如，磁盘或光盘)用于存储信息和指令。例如，存储设备540可以对应于计算机可读介质，其触发逻辑用于操纵关于图1-4所讨论的自推进设备。

通信接口550可以使计算机***500经由建立的网络链路552(无线或有线)与控制器设备580进行通信。使用网络链路552，计算机***500可以接收命令指令，用于操纵自推进设备。

本文所述示例涉及使用电脑***500来实现在此描述的技术。根据一个示例，响应于处理器510执行包含在主存储器520中的一个或多个指令的一个或多个序列，这些技术由计算机***500执行。这样的指令可以从另一机器可读介质(诸如存储设备540)读取到主存储器520。执行主存储器520中包含的指令序列导致处理器510执行本文中所描述的处理步骤。在替换实施方式中，硬连接电路可用于代替或结合软件指令以实现本文描述的示例。因此，描述的示例不限于任何硬件电路和软件的特定组合。

结论

可以设想：本文所述的示例扩展到本文所述的单个元件和概念，独立于其他概念、想法或***，以及包括在本申请中任何地方所提及的元件组合的示例。虽然在本文中详细参考附图描述了各种示例，但应当理解，本公开并不限于这些具体示例。因此，许多修改和变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，本发明的范围意由以下权利要求及其等同替换来限定。此外，可以预期：单独地或作为示例的一部分来描述的特定特征任可以与其他单独描述的特征或其它示例的部分组合，即使其他特征和例子都没有提到所述特殊特征。因此，没有描述的组合不应排除对这样的组合主张权利。

虽然某些实施例已在上面描述，但应理解，所描述的实施例仅仅是示例性的。因此，本公开不应限制于描述的示例。相反，当结合以上说明和附图时，本公开的范围应仅限于后续的权利要求。

Claims (19)

1.一种自推进设备，其特征在于，所述自推进设备包括：

球形壳体；

内部驱动***，该内部驱动***包括布置在所述球形壳体中的一个或多个电动机；

偏置机构，该偏置机构耦接到所述内部驱动***，所述偏置机构包括弹簧和与所述球形壳体的内表面相接触的弹簧端部；和

附件，该附件接触所述球形壳体的外表面，所述附件通过所述球形壳体与所述偏置机构磁性耦接。

2.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述磁性附件包括接触面，该接触面具有的曲率半径与所述球形壳体外表面的曲率半径相等。

3.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述内部驱动***包括一对轮子，每个轮子耦接至所述内部驱动***的一个或多个电动机。

4.如权利要求3所述的自推进设备，其特征在于，所述一个或多个电动机包括耦接到所述一对轮子中的第一轮子的第一独立电动机，以及耦接到所述一对轮子中的第二轮子的第二独立电动机。

5.如权利要求3所述的自推进设备，其特征在于，所述偏置机构被构造成主动迫使所述一对轮子持续接合所述球形壳体的内表面，以使所述自推进设备运动。

6.如权利要求5所述的自推进设备，其特征在于，所述自推进设备的运动包括：所述球形壳体的基于磁耦合的、相对于所述球形壳体外部的附件的稳定取向的三维旋转。

7.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述弹簧端部包括磁体，用于与所述附件磁性耦接。

8.如权利要求7所述的自推进设备，其特征在于，所述附件包括黑色金属，用于与所述弹簧端部磁性耦接。

9.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述附件包括磁体，用于与所述偏置机构磁性耦接。

10.如权利要求9所述的自推进设备，其特征在于，所述弹簧端部包括黑色金属，用于与所述附件磁性耦接。

11.如权利要求9所述的自推进设备，其特征在于，与接触所述球形壳体的外表面相对应，所述附件的接触面包括陶瓷合金，或者金属陶瓷，或者聚四氟乙烯涂层或聚甲醛涂层中的一种或多种。

12.如权利要求11所述的自推进设备，其特征在于，所述接触面包括液体浸渍表面。

13.如权利要求11所述的自推进设备，其特征在于，所述接触面包括滑液注入的多孔表面。

14.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述附件包括第一磁体，所述弹簧端部包括第二磁体。

15.如权利要求14所述的自推进设备，其特征在于，所述第一磁体包括一个或多个支流条以耦合第二磁体。

16.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述球形壳体的外表面包括聚四氟乙烯涂层或聚甲醛涂层中的一种或多种。

17.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述附件和偏置机构之间的磁性耦接对应于一个或多个钕磁体，所述一个或多个钕磁体耦接到所述附件或偏置机构中的一个或多个。

18.如权利要求1所述的自推进设备，其特征在于，所述球形壳体的外表面包括陶瓷合金涂层。

19.一种自推进设备，其特征在于，所述自推进设备包括：

球形壳体；

内部驱动***，该内部驱动***包括布置在所述球形壳体中的一个或多个电动机；

偏置机构，该偏置机构耦接到所述内部驱动***，所述偏置机构包括弹簧和接触所述球形壳体的内表面的磁性弹簧端部；和

附件，所述附件通过所述球形壳体与所述磁性弹簧端部交互，所述附件包括稳定机构，该稳定机构提供修正稳定性，以维持所述磁***互。