特斯拉Optimus充電系統「先掛接支撐、再穩定充電」專利
（本文素材源於專利WO2026055103）公開了一種機器人充電系統，其包括一充電站。該充電站包括被構造成對接至機器人系統的結構支撐件和充電介面。機器人系統包括與該充電站的結構支撐件可對接的受接結構。於對接過程中，結構支撐件接收並承載機器人系統至少一部分重量，使機器人系統能夠在一個或多個執行器處於降功率或斷電狀態時保持靜態穩定。充電站還包括電觸點與通訊觸點，以在對接過程中實現電連接和資料通訊。該系統進一步包括校準例程，其被配置為在機器人系統保持靜態穩定的同時，通過充電站執行校準，其中校準可在機器人系統的一個或多個執行器降功率的情況下進行。翻譯整理而來，供參考；原版與全文獲取方式見文末。
技術領域
[0002] 本申請總體涉及用於自主類人機器人的充電系統。
背景技術
[0003] 類人機器人正越來越多地被設計用於在工業和消費環境中執行自主任務。此類機器人在自主充電方面的一個常見要求，是需要機器人在沒有人工干預的情況下自行返回到充電站。傳統的機器人充電系統通常涉及機器人返回到固定充電站。在這些情形中，當機器人斷電時，機器人通常處於靜態穩定狀態，因此在充電期間不需要外部機械支撐。
[0004] 類人機器人給自主充電帶來了挑戰。與靜態穩定的移動機器人不同，類人機器人可能需要其關節持續通電，才能保持豎直和平衡。當執行器斷電時，關節會變得鬆垮、不穩定，導致類人機器人坍塌並行生傾覆。因此，傳統為靜態穩定機器人設計的充電底座並不適用於類人機器人應用。
[0005] 當類人機器人進行軟體更新、電機校準或安全檢查時，還會出現額外要求。在這些操作過程中，機器人在接收服務時，某些關節可能斷電、甚至一組以上的關節可能斷電。如果沒有來自外部結構的機械支撐，在這些情況下機器人可能無法安全保持平衡。
發明內容
[0006] 基於上述原因，需要改進的方法和系統，以提供一種充電系統，該系統能夠促進類人機器人的自主對接，並且在一些實施方式中，還提供結構支撐，使機器人在保持豎直狀態的同時能夠解除其電機供電。應當理解，本文所述系統和方法的實施方式可以滿足更多、更少或不同的需求，且這些改進並不一定解決上述所有缺點，也不限制本公開的範圍。
[0007] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人充電系統，該系統包括：一基座；一與該基座耦接並構成充電站一部分的結構支撐件；以及一可滑動地接收所述結構支撐件的機器人系統。所述機器人系統包括：一受接結構，其被構造成沿第一方向可滑動地接收所述結構支撐件；其中，在對接位置中，所述受接結構支撐機器人系統至少一部分重量，使機器人系統處於懸臂式姿態，並保持充電站中電觸點與受接結構中的充電電連接器之間的對準，從而允許充電。
[0008] 在一些方面，本文所述技術還涉及一種機器人充電系統，其中所述結構支撐件相對於充電站的基座以大於25度且小於65度的角度設定。
[0009] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人充電系統，其中所述充電站進一步包括一個或多個臂構件，用於在機器人系統與所述結構支撐件接合之前，在橫向方向上對機器人系統進行粗略對準。
[0010] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人充電系統，其中所述結構支撐件包括：一鋼芯，該鋼芯在所述結構支撐件內從第一端延伸至第二端；以及包圍所述鋼芯至少一部分的聚合物包覆層。
[0011] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人充電系統，其中所述結構支撐件包括從第一端至第二端逐漸變窄的錐形結構，並構造成在所述受接結構接合所述結構支撐件期間提供精細對準。
[0012] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人充電系統，其中所述充電站進一步包括一組電觸點，該組電觸點設定在所述結構支撐件的第一端與第二端之間；該組電觸點包括：至少兩個電源觸點，其被構造成在受接結構內承載充電電流並與相應電源觸點接合；以及至少兩個通訊觸點，其被構造成傳輸資料訊號並與受接結構內相應的通訊觸點接合；其中，至少兩個通訊觸點與至少兩個電源觸點的佈置方式使得：在脫離對接時，至少兩個通訊觸點先於至少兩個電源觸點從相應通訊觸點處斷開。
[0013] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人充電系統，其中所述至少兩個電源觸點沿第二端比所述至少兩個通訊觸點更靠前的位置延伸，使得在脫離對接時，至少兩個通訊觸點先於所述至少兩個電源觸點與相應通訊觸點斷開，從而在所述至少兩個電源觸點斷開之前終止通訊。
[0014] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人充電系統，其中所述充電站包括一個或多個高對比度視覺標記，其被構造成由機器人系統的後向攝影機檢測到。
[0015] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人充電系統，其中所述受接結構設定在機器人系統的兩個或更多肩部結構之間。
[0016] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人充電系統，其中所述充電站和所述受接結構被構造成支援一種對接過程，在該過程中，機器人系統執行一向後行走動作，隨後沿所述結構支撐件向下運動。
[0017] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人充電系統，其中所述結構支撐件與所述充電站基座動態耦接，其中所述充電站基座與支撐表面靜態耦接。
[0018] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人充電系統，進一步包括：一與機器人系統耦接的配合凸舌；其中所述結構支撐件包括一第一頂點、第二頂點，以及在第一頂點與第二頂點之間定義的配合通道；並且在對接位置中，所述配合凸舌被接收於所述配合通道內，使得該配合凸舌……
[0019] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人充電系統，其中所述配合凸舌和所述配合通道的設定方式使得，在對接位置中，充電站的至少一個觸點與機器人系統的相應觸點電連接且所述受接結構與所述結構支撐件相互配合，以機械方式支撐機器人系統至少一部分重量，使機器人系統在一個或多個執行器降功率時仍能保持懸臂式姿態下的靜態穩定，同時維持電連接。
[0020] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人系統，該機器人系統包括：設定在機器人系統後部的受接結構；一與該受接結構相鄰佈置的後向攝影機；以及至少一個設定在所述受接結構中的電觸點，並被構造成與所述結構支撐件上的相應電觸點接合。在對接位置中，所述受接結構與所述結構支撐件相互配合，以機械支撐機器人系統至少一部分重量，使機器人系統在一個或多個執行器斷電時仍能保持懸臂式姿態下的靜態穩定。
[0021] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人系統，其中該機器人系統包括一後向攝影機，其被構造成在充電站上檢測視覺特徵，以促進自主對接。
[0022] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人系統，其中機器人系統在其腿部中包括一個或多個載荷感測器，所述一個或多個載荷感測器被構造成測量當受接結構對接時由結構支撐件承擔的機器人系統重量部分。
[0023] 在一些方面，本文所述技術涉及一種機器人系統，其中機器人系統被構造成在對接狀態下執行校準例程，所述校準例程包括：在對機器人系統的運動學鏈進行重新校準的同時，部分承受結構支撐件所承擔的重量，並且該運動學鏈重新校準包括機器人系統的後向攝影機。
[0024] 在一些方面，本文所述技術涉及一種充電站，該充電站被構造成向類人機器人系統提供電力，包括：一基座；一從所述基座沿第一方向伸出的臂；以及一佈置在所述臂上、與所述充電站相對於所述機器人的位置相關聯的結構支撐件；其中，在對接位置中，所述結構支撐件支撐類人機器人系統至少一部分重量，使所述類人機器人系統處於懸臂式姿態，並保持充電站與類人機器人系統之間的對準，以允許進行充電和通訊的電接觸。
[0025] 在一些方面，本文所述技術涉及一種充電站，其中所述臂包括一漸縮結構，並被構造成將類人機器人系統引導至安裝位置。
[0026] 在一些方面，本文所述技術涉及一種充電站，其中所述結構支撐件可滑動地耦接至所述基座，使得當與類人機器人系統接合時，所述結構支撐件沿第一方向伸出。
附圖簡要說明
[0027] 現將以示例方式而非限制方式，參照附圖描述本公開的一些實施例。附圖為示意性的，並不一定按比例繪製。除非另有說明，附圖中相同的附圖示記表示本發明的一些實施例的背景、特徵或方面中的相同部分。
[0028]圖1 示出一種機器人充電系統，包括機器人系統和充電站，根據一個實施例。
[0029]圖2 示出結構支撐件與受接結構接合時的剖檢視，根據一個實施例。
[0030]圖3 示出帶有電觸點的受接結構，根據一個實施例。
[0031]圖4 示出帶有電接觸區域的結構支撐件的透檢視，根據一個實施例。
[0032]圖5 示出機器人系統沿對接路徑接近充電站的側檢視，根據一個實施例。
[0033]圖6 示出配置有配合凸舌的機器人系統的透檢視，根據一個實施例。
[0034]圖7 示出包括配合凸舌的機器人系統的透檢視，根據一個實施例。
[0035]圖8 示出包括配合通道的充電站的透檢視，根據一個實施例。
[0036]圖9A 示出機器人系統將配合凸舌與配合通道對準的側檢視，根據一個實施例。
[0037]圖9B 示出圖9A中的機器人系統和充電站的俯檢視，根據一個實施例。
[0038]圖10A 示出機器人系統將配合凸舌下放至配合通道中的側檢視，根據一個實施例。
[0039]圖10B 示出圖10A中的機器人系統和充電站的俯檢視，根據一個實施例。
[0040]圖11A 示出機器人系統與充電站完全對接後的透檢視，根據一個實施例。
[0041]圖11B 示出圖11A中的機器人系統和充電站的俯檢視，根據一個實施例。
具體實施方式
[0042] 下面將結合附圖中所示的一些實施例進行說明，並給出具體語言描述，以便描述本主題。然而，應當理解，這並不意味著將本文所述的方法和系統實施例限制於圖中所示的具體範圍。應視為本公開範圍之內的，還包括對所示特徵的變更，以及基於本公開方法和系統實施例原理的進一步修改與其他應用，這些內容均是本領域技術人員在閱讀本公開後通常能夠想到或掌握的。
[0043] 本文所述實施例涉及用於類人機器人及其他機器人系統的對接系統。所公開的充電系統包括一充電站，該充電站具有一結構支撐件，所述結構支撐件整合有電源和/或通訊連接器；還包括設定在機器人系統內或其上的相應受接結構。所述受接結構的尺寸被設定為能夠接收所述結構支撐件，使得在對接位置中，結構支撐件支撐機器人系統至少一部分重量（例如，類人機器人系統重量的大部分）處於懸臂式姿態。該結構接合使機器人系統在一個或多個執行器降功率、從而便於安全充電、軟體更新和/或校準過程的情況下，仍可保持靜態穩定。在某些實施例中，充電站還包括對準特徵，例如漏斗形引導件、平面限位件和/或漸縮幾何結構，以在對接過程中引導機器人系統移動至相對於充電站的安裝位置。設定在結構支撐件和受接結構內的電觸點既提供電力傳輸，也提供資料通訊，同時維持機械支撐。
[0044]圖1示出了機器人充電系統100（例如，類人機器人系統）。機器人充電系統100被配置為在對接過程中向機器人系統提供機械支撐和電力。該機器人充電系統100包括充電站102以及與充電站102配合、以實現適於充電、通訊和靜態穩定支撐的對接/安裝位置的機器人系統103。
[0045] 機器人系統103可以是類人機器人或其他機器人平台，其被配置為在各種實施例中執行自主和/或半自主任務。機器人系統103在各種實施例中可用於工業自動化、倉儲物流、製造支援或消費服務應用。類人因子形態對於圍繞人類工學設計的環境可能尤其有利，使機器人系統103能夠與工具、機械或基礎設施進行互動，而這些原本是為人類操作而設計的。在這樣的實施例中，機器人系統103可執行諸如運輸貨物、操作裝置、開展檢查和/或協助人類工人等任務。機器人系統103還可進一步包括一個或多個感測器、攝影機或控制模組，以支援其自主導航、感知以及與環境的互動。
[0046] 機器人系統103還可包括一個電儲能系統，其配置為為機器人系統的一個或多個執行器、感測器和控制模組供電。在圖示實施例中，電儲能系統可包括一個或多個可充電電池組，整合在機器人系統103內（例如，位於機器人系統103的軀幹部分）。在對接到充電站102期間，機器人系統103上的一個或多個充電電連接器與充電站102上的一個或多個電接觸件電連接，從而使電儲能系統能夠從充電站102接收充電電流。在這種方式下，機器人系統103可在無需人工干預的情況下自主補充其儲能儲備，以支援更長時間運行。
[0047] 在一些實施例中，希望機器人系統103能夠在站立狀態下（例如，直立站立姿態）或其他靜態不穩定姿態下（例如，未平衡狀態）進行充電，同時使一個或多個執行器處於斷電狀態。不同於靜態穩定機器人平台（例如，移動系統103）的有些實施例，這類機器人在未受外部支撐時，需要持續電機驅動來維持平衡。由於該類機器人源自電池供能，斷開電力會帶來明顯缺點，包括在任何時候都持續消耗電池充電。
[0048] 充電站102可以被配置為包括一個或多個支撐構件，以在對接到充電站102時機械支撐機器人系統103。通過在對接位置對機器人系統103進行機械支撐，機器人充電系統100允許機器人系統103在保持直立姿態的同時，使其一個或多個執行器斷電。這種配置減少了不必要的功耗，提高了電池充電速率，並降低了執行器磨損或電機產生的噪聲。此外，允許機器人系統103在斷電狀態下保持站立（或半站立）姿態，還使軟體更新、校準或診斷例程能夠在可靠外部電源連接的情況下安全執行。
[0049] 機器人系統103包括一個受接結構106，其尺寸被設定為接收充電站102的結構支撐件（例如，結構支撐凸舌104）。受接結構106可由機器人系統103的本體部分形成，並被配置為在與結構支撐凸舌104配合時，同時建立機械接合和電連接，如下文所述。在一些實施例中，受接結構106設定在機器人系統103的上背部區域（例如，兩個或多個肩部結構之間）。將受接結構106設定在此位置，可在機器人系統103發生跌倒或與近鄰物體碰撞（例如，牆、門、機器或車輛）等意外事件期間，為其提供機械保護。例如，在類人實施方式中，機器人系統103的兩個或多個肩部結構可包括向外延伸的凸起，從而在受接結構106周圍形成解剖學輪廓。這些凸起超出受接結構106的平面，使肩部結構先於受接結構106與支撐表面接觸。這種佈置防止受接結構106在直接撞擊力下承受直接衝擊，從而降低結構損壞或電接觸件錯位的風險。在其他實施例中，受接結構106可限定在機器人系統103後表面的腔體內，以進一步減少暴露，並在通過結構支撐凸舌104對接時提供光滑外部輪廓。儘管示例實施例將受接結構的位置描述為位於機器人系統後部，但本公開也意圖涵蓋將受接結構設定在前部位置的其他配置。
[0050] 機器人充電系統100包括充電站102。充電站102被配置為為機器人系統103提供結構支撐和電連接。充電站102包括一個基座120，其可被安裝到支撐表面上，并包括一個對接介面（例如，結構支撐凸舌104），該介面的尺寸被設定為與機器人系統103的受接結構106配合。在對接位置中，充電站102支撐機器人系統103至少部分重量，同時在機器人系統103與充電站102之間建立電接觸以進行充電和通訊。通過將機械支撐與電功能結合，充電站102使機器人系統103能夠在一個或多個執行器斷電的情況下進行充電，從而提高能效，並為軟體更新提供靜態穩定的定位。
[0051] 機器人充電系統100包括基座120。基座120為充電站102提供結構穩定性。基座120被配置為支撐一個或多個實施例中的對接介面104和受接結構106之間產生的負載。在一些實施例中，基座120被靜態安裝於支撐表面，如地板、牆體或裝置框架，並由此形成剛性基座，能夠承受機器人系統103在對接期間傳遞來的負載。在其他實施例中，基座120可動態耦接到支撐表面，例如通過滑動軌道、工業支架或可調節支架，以便對充電站102的位置進行重新配置，從而更好地與機器人系統103對接。基座120可由剛性材料製成，例如鋼（例如鋼芯）、鋁或增強複合材料，並可進一步包括安裝孔、法蘭或其他固定特徵，以將充電站102固定到位。在一些實施例中，基座120包括多個側向延伸的安裝耳板16-24（圖中所示為基座120的側面），並由此提供安裝孔與緊韌體配合，以將充電站102牢固安裝。
[0052] 基座120可包括一個或多個對準臂，如圖所示的對準臂108。對準臂108自基座120向外延伸，並被配置為在機器人系統103對接期間，引導其相對於充電站102實現粗略對準至安裝位置。從結構上講，對準臂108可包括由金屬、聚合物或複合材料製成的剛性構件，並可限定一種向充電站102和/或結構支撐凸舌104中心軸逐漸縮小的漸縮或漏斗狀幾何結構。對準臂108提供一個或多個導向表面，在機器人系統103接近充電站102的過程中與其相接觸。該導向相互作用限定了一條受約束的對接路徑，並將機器人系統103引導至結構支撐凸舌104附近。在一些實施例中，對準臂108可以是彈簧載入或以其他順應方式安裝，以吸收對接衝擊並適應位置公差。
[0053] 對準臂108被配置為便於機器人系統103在對接到充電站102過程中進行位置調整。在機器人系統103接近對接時，對準臂108的形狀被設定為允許機器人系統103在若干釐米至若干英吋的範圍內進行橫向調整，從而補償接近軌跡誤差或感測器定位誤差。對準臂108還可允許圍繞垂直軸進行微小角度調整，從而確保機器人系統103的受接結構106相對於結構支撐凸舌104方向正確，以便後續對接。
[0054] 在對接過程中，對準臂108與機器人系統103的外部部分接合，例如受接結構106鄰近的側表面（例如，軀幹區域或後殼區域）。當機器人系統103移動到位時，對準臂108將機器人系統103引導到結構支撐凸舌104附近的狹窄區域，從而在充電站102中充分對接之前，固定機器人系統103相對於充電站102的橫向位置。一旦機器人系統103的對接介面或接觸到對準臂108，機器人系統103便在橫向方向上被位置約束。在這種配置中，對準臂108與基座120和結構支撐凸舌104配合，將機器人系統103維持在一種穩定、可重複的方位中，適於機械支撐和電連接。
[0055] 在一些實施例中，基座120的至少一部分，例如對準臂108，可相對於結構支撐凸舌104滑動耦接。在這種配置中，對準臂108安裝在滑動機構、軌道或順應聯動機構上，使得當機器人系統103實際接合充電站102時，對準臂108能夠相對於機器人系統103向後平移。在對準臂108提供粗略位置引導的過程中，機器人系統103向前施加力；隨著機器人系統103繼續前進，對準臂108相對於結構支撐凸舌104縮回或滑移，從而將結構支撐凸舌104暴露出來，以便與受接結構106接合。一旦結構支撐凸舌104被受接結構106接收，對準臂108可返回其初始位置，或保持縮回狀態，這取決於實施方式。在這種滑動配置中，對準臂108用於在初始對接階段提供導向，同時避免妨礙結構支撐凸舌104的最終接合。在一些實施例中，對準臂在對接期間可提供橫向調整，以補償高達5-100 mm的錯位。結構支撐凸舌104在最終對接期間提供進一步精細調整。
[0056] 如圖所示，充電站102包括結構支撐凸舌104。結構支撐凸舌104被配置為在機器人系統103與充電站102之間提供機械支撐和電連接。從結構上講，結構支撐凸舌104從基座120向上和向外延伸，沿中心軸設定，其尺寸被設定為能夠滑動地接收至機器人系統103的受接結構106內。在一些實施例中，結構支撐凸舌104相對於基座120以向上傾斜的角度設定（例如約45°），使得機器人系統103在對接時以懸臂式姿態被支撐。這種傾斜取向防止機器人系統103發生非預期滑脫，同時在需要時仍允許自主脫離對接。
[0057] 結構支撐凸舌104可包括漸縮前緣，並在凸舌遠端逐漸變窄。該漸縮形狀在對接最終階段提供導向幾何結構，並補充對準臂108的粗對準功能。在一些實施例中，該漸縮幾何形狀還降低了接合過程中卡滯或卡阻的風險。
[0058] 在一些實施例中，結構支撐凸舌104包括由鋼芯或鋁嵌件構成的剛性芯部，外部包覆聚合物包覆層。剛性芯部提供必要的承載能力，以支撐機器人系統103至少一部分重量（例如，類人機器人系統的重量可為約60-300 lbs.），而聚合物外層則在對接循環期間為電接觸件和受接結構提供耐用表面。受接結構106限定一個腔體，其尺寸被設定為能以導向、低摩擦方式滑動接收結構支撐凸舌104。一些實施例中，凸舌的剛性芯部和/或聚合物外層可包括導電區域，如暴露的接觸件、焊盤或嵌件，用於建立電連接。另一些實施例可採用復合層壓材料、增強塑料或多材料結構，以獲得類似性能。
[0059] 結構支撐凸舌104可相對於充電站基座120以大於25°且小於65°的角度設定。將結構支撐凸舌104定位在這一角度範圍內，可使機器人系統103在對接位置中可靠保持，而不會因自身重量而滑脫，同時也便於機器人系統自主脫離對接。
[0060] 結構支撐凸舌104進一步限定一個用於佈置電接觸件的表面區域，這些電接觸件設定在凸舌的一個或多個側面上（下文將進一步說明）。這些電接觸件被配置為在機器人系統103對接時，與受接結構106內相應設定的接觸件接合。在一些實施例中，接觸件設定於凸舌104的側表面，從而在維持電連接的同時為電子器件提供機械剛度。
[0061] 機器人系統103進一步包括機器人本體118，其容納執行器、電子器件和/或電儲能系統。受接結構106可以設定在機器人本體118中，其方式是：在保持可與結構支撐凸舌104接合的同時，將其結構性地整合到機器人本體的承載框架內。將受接結構106設定在機器人本體118內的方式，在某些實施例中可提高結構剛性，同時保護受接結構免受損傷。
[0062] 結構支撐凸舌104包括沿凸舌前向部分設定的第一錐度110。第一錐度110朝向結構支撐凸舌104的遠端逐漸變窄，在凸舌插入受接結構106期間提供導向表面。第一錐度110將受接結構106朝向安裝軸線112引導，從而補償接近過程中輕微錯位並降低卡滯可能性。
[0063] 結構支撐凸舌104還可在結構支撐凸舌104的一個或多個側面沿橫向定義第二錐度116。第二錐度116允許受接結構106在對接過程中橫向自對準。通過在受接結構下降時允許橫向位移和校正，第二錐度116減小了卡滯並提高自主對接過程的重複性。
[0064] 結構支撐凸舌104相對於從基座120向上延伸的安裝軸線112以一定角度定向。當對接完成時，機器人系統103限定一中心軸線114，其相對於機器人本體118向後偏置。在一些實施例中，結構支撐凸舌104相對於中心軸線114以一個角度偏置方式設定。該角度關係使機器人系統103在對接狀態下偏置到一種穩定的自鎖定姿態，使重力促使受接結構106沿結構支撐凸舌104向下壓緊。通過維持這一角度偏置，機器人充電系統100能夠防止非預期滑脫，並便於機器人系統103安全自主地完成對接與脫離。
[0065] 在一些實施例中，第一錐度110、第二錐度116以及安裝軸線112與中心軸線114之間的角度偏置共同作用，以適配對接運動，包括機器人系統向後行走以及向下蹲伏的運動。隨著機器人系統103執行向後行走並進行蹲伏動作，受接結構106總體上與結構支撐凸舌104的漸縮前緣對準，而蹲伏動作使受接結構沿錐面下移，直至其完全落座在凸舌上。錐度引導最終接合路徑，而角度偏置則確保機器人系統處於一種重力輔助的自鎖定方位。綜合來看，這些特徵有助於在需要精確執行器控制的同時，提高自主對接過程的精度。
[0066] 現在轉到圖2，其示出了系統200，其中包含一個與受接結構206接合的結構支撐凸舌204的剖檢視。圖2所示部件可與圖1中所示相似部件基本相同。例如，結構支撐凸舌204可與關於圖1所述的結構支撐凸舌104基本相似，而受接結構206可與關於圖1所述的受接結構106基本相似。如圖2所示，結構支撐凸舌204在與受接結構206接合時，還示出了電接觸件的附加細節構造。
[0067] 結構支撐凸舌204可包括一個剛性芯部（圖中示為芯部216），其沿凸舌長度方向延伸，並提供足夠的結構強度，以支撐機器人系統至少部分重量。包圍芯部216的是結構支撐凸舌204的本體部分，其限定一個或多個窗口或殼體區域214，用於在重複對接循環中支撐電絕緣、接觸力和減小接觸磨損。受接結構206限定一個腔體，其尺寸被設定為滑動接收結構支撐凸舌204，並在機器人系統對接時將結構支撐凸舌204保持於懸臂式姿態（例如，傾斜懸臂姿態）。
[0068] 在一些實施例中，結構支撐凸舌204包括設定在凸舌一側或多側上的多個電接觸件，例如電接觸件和通訊接觸件。電源接觸件可被配置為寬導電焊盤或母排，用於承載較高電流，以向機器人系統的電儲能系統充電。通訊接觸件則可被配置為較窄的導電引線或端子，設定在電源接觸件附近但與其電隔離。
[0069] 受接結構206包括相應的順應式接觸件，例如彈簧載入銷或葉簧，其被配置為在受接結構206內部壓接在電接觸件和通訊接觸件上，以與結構支撐凸舌204上的對應接觸件建立可靠電連接。電源接觸件位於結構支撐凸舌204上比通訊接觸件更靠遠端的位置。在這種實施例中，在脫離對接期間，通訊接觸件會先斷開，從而在電源接觸件斷開前終止資料通訊。這樣的錯位設計降低了機器人系統103從充電站脫離時在斷電過程中發生電弧或資料損壞的風險。類似地，在對接期間，通訊接觸件可被配置為在電源接觸件之前或之後與初始接觸建立穩定連接，從而確保在啟動資料交換前建立穩定電力輸送。應當理解，在其他實施例中，電源接觸件和通訊接觸件也可採用其他佈置方式，只要能夠使通訊在電力之前終止（例如，通訊接觸件位置比結構支撐凸舌204上的電源接觸件更靠遠端）。
[0070] 如圖2進一步示出，受接結構206和結構支撐凸舌204限定了一個深度224，其對應於當機器人系統處於對接位置時，結構支撐凸舌204插入受接結構206的深度。該深度在圖示實施例中可約為5-100 mm。這一深度在結構支撐凸舌204與受接結構206之間提供足夠重疊，以維持穩定的機械支撐，同時將接觸力分散在受接結構206的內壁上。
[0071] 結構支撐凸舌 204 具有一個深度 210，其為沿凸舌相對兩側表面之間測得的距離。在圖示的電接觸點附近，深度 210 可約為 5–100 毫米，而在受接結構 206 開口處的距離 218 可約為 5–100 毫米。這些尺寸有利於將結構支撐凸舌 204 插入受接結構 206 中，同時保持緊湊的整體外形。
[0072] 結構支撐凸舌 204 相對於充電站 120 的基座 120 以角度 208 取向。在圖示實施例中，角度 208 可約為 45°（±2°）。在其他實施例中，角度 208 可以在 35°–75° 之間變化。以該角度設定時，作用於機器人系統的重力會被引導至受接結構 206 內部，從而防止機器人系統在自身重力作用下從結構支撐凸舌 204 上滑脫，同時仍允許受控脫離。結構支撐凸舌 204 還可以包括約 5–10° 的拔模斜度。
[0073] 結構支撐凸舌 204 進一步包括沿其表面設定的一個或多個電接觸件。這些電接觸件可以配置為導電焊盤或導電元件，並沿結構支撐凸舌 204 縱向延伸。相應地，受接結構 206 包括順應式電接觸件，例如設定在受接結構 206 腔體內的彈簧偏置接觸件。這些順應式接觸件被配置為當受接結構 206 接收到結構支撐凸舌 204 時，壓靠在結構支撐凸舌 204 的導電母排上，從而建立安全的電連接。這種佈置使得當機器人系統對接到充電站時，能夠同時實現機械接合和電接合。
[0074] 機器人系統，如機器人系統 203，還可以包括一個或多個導體，如圖所示的導體 220、222。導體 220、222 可以在結構支撐凸舌 204 的電源/通訊接觸件與機器人系統 203 的任意儲能裝置和/或控製器之間提供電性導通。在一些實施例中，導體 220 為葉簧或其他順應式材料，其提供偏壓力並支撐結構支撐凸舌 204 的通訊/電源接觸件。
[0075] 現轉到 圖3，其示出了機器人系統 303 的受接結構 306 的透檢視。與 圖3 中的部件相似的部件可以與 圖1–2 中所示類似部件基本相同。例如，受接結構 306 可與 圖1–2 中所述的受接結構 106、206 基本相似。類似地，機器人系統 303 可與關於 圖1–2 所述的機器人系統 103、203 基本相似。
[0076] 如圖所示，受接結構 306 限定了一個開口 318，該開口由一個開口側 316 所圍成。開口 318 的尺寸被設定為可滑動地接收一個結構構件（例如結構支撐凸舌 104、204），沿軸線 312。在一些實施例中，對接軸線 312 可相對於機器人系統 303 的垂直基準以角度 314 取向。該角度取向在將機器人系統 303 引導進入受接結構 306 以維持對接位置中的靜態穩定支撐時，能夠提供間隙匯入和重力方向的作用。
[0077] 受接結構 306 還包括一個或多個電接觸件，如接觸件 308、310。這些接觸件沿受接結構 306 的內表面佈置，並且被設定成與設定在結構構件上的相應電源接觸件和/或通訊接觸件接合。在一些實施例中，接觸件 308、310 由彈簧偏置導電焊盤、葉簧或彈出銷式接線器構成，其在結構構件可靠插入後，壓靠在對應的電接觸件上。接觸件 308、310 可以沿受接結構 306 的側向佈置，電源接觸件與通訊接觸件在橫向上相互錯開，從而在保持緊湊間距的同時保證電隔離。
[0078] 受接結構 306 可以嵌設在機器人系統 303 的機身部分中，使其相對於周圍機身表面內縮或近乎齊平。該內嵌式構造在機器人系統未對接時可保護受接結構 306 免受偶發損傷，並在機器人系統未對接時提供更平滑的外形輪廓。在一些實施例中，受接結構 306 進一步由機器人系統 303 的一個周圍框架整體支撐或整合到其殼體中，從而使受接結構 306 能夠吸收通過結構構件傳遞的懸臂載荷，而不會發生變形或錯位。
[0079] 受接結構 306 還可以在圍繞開口 318 的內表面上包括拔模角（例如角度 314），以便於結構構件的匯入並減小對準公差。在一些實施例中，沿對接軸線的內部開口尺寸在約 2 英吋 和約 10 英吋 之間，而在一個實施例中約為 5 英吋。這種幾何形狀結合結構構件的漸縮前端，確保對接時能夠重複對準，即使存在輕微錯位。
[0080] 現在轉到 圖4，其示出了充電站中結構支撐凸舌 404 的透檢視。與 圖4 所示部件相似的部件，可與 圖1–3 中所示類似部件基本相同。例如，結構支撐凸舌 404 可以與結構支撐凸舌 104、204 基本相似，並被設計為可滑動地插入機器人系統的對應受接結構中（例如受接結構 106、206、306）。
[0081] 結構支撐凸舌 404 在第一端 420 與第二端 407 之間限定了相對的側表面。第一端 420 更靠近充電站基座，而第二端 407 限定了插入受接結構的遠端。結構支撐凸舌 404 包括一個朝向第二端 407 漸縮的漸縮端 414。該漸縮端 414 提供導向幾何形狀，以利於插入受接結構，並降低對接時發生卡滯的可能性。
[0082] 結構支撐凸舌 404 具有相對的側表面，包括第一側面 418 和第二側面 424，以及沿第一端 420 與第二端 407 之間延伸的一個或多個外表面。沿這些表面佈置有一個或多個電接觸件，包括電源接觸件 402、404、412，以及至少兩個通訊接觸件，圖中示為通訊接觸件 426、428。電源接觸件 408、412 被配置為承載足以為機器人系統的儲能系統補能的充電電流。通訊接觸件 426、428 被配置為在機器人系統與充電站之間傳輸資料訊號。
[0083] 電源接觸件與通訊接觸件沿結構支撐凸舌和受接結構進行佈置，使得在對接和充電過程中可以實現雙向資料交換。在一些實施例中，資料訊號可以包括數字通訊協議，例如乙太網路、CAN 匯流排、RS-485 或 USB，從而允許交換運行資料、診斷資訊或軟體更新。在其他實施例中，資料訊號還可包括用於感測、對準驗證或安全聯鎖的低電壓模擬訊號。
[0084] 從結構上看，通訊接觸件可為鍍銅焊盤或母排形式，其被配置為承載通常小於 1 安培 的數字訊號電壓。相應地，電源接觸件可以是導電焊盤或導電母排，其接觸電阻小於 50 毫歐，以確保在對接和脫離對接過程中保持訊號完整性。通訊接觸件通過絕緣聚合物包覆材料與電源接觸件電隔離，並通過保持至少 1–6 毫米 的間距來防止功率與通訊線路之間相鄰導通。
[0085] 通訊接觸件能夠在機器人系統與充電站之間實現雙向資訊交換。例如，機器人系統可以向充電站傳送當前系統狀態、熱管理狀態或執行器狀態。充電站則可以傳送控制訊號，如充電電壓、電流值或錯誤狀態。在一些實施例中，資料訊號可以被加密或以其他方式進行安全保護，以防止對機器人系統韌體或運行資料的未授權訪問。
[0086] 在一些實施例中，受接結構內的通訊接觸件 426、428 以及對應的通訊接觸件可用於向機器人系統提供韌體和軟體更新。當機器人系統處於對接位置時，通過這些接觸件建立的通訊通路使得能夠將資料從充電站直接傳輸至機器人系統的機載儲存器和控制模組。這種配置允許定期更新操作韌體、錯誤修復、安全補丁以及新功能部署，而無需拆除電儲能系統或人工連接外部資料線。
[0087] 通訊接觸件還可進一步用於校準例程。例如，機器人系統可以包括一個或多個攝影機（例如後向攝影機）或位置感測器，這些感測器需要在維持對接狀態時進行周期性校準。當機器人系統在對接位置被機械穩定後，機器人系統的一部分重量由充電站的結構支撐凸舌承擔，而其餘重量則由機器人的腳部或執行器承擔。這種部分承重分配有利於機器人系統運動學鏈的校準，因為一個或多個執行器可以在結構支撐凸舌維持姿態穩定的同時受控運動。
[0088] 在一個實施例中，校準例程包括對與後向攝影機相關聯的運動學鏈進行重新標定。充電站 102 可以在其外表面上設定高對比度基準標記或參考圖案，這些標記或圖案能夠在機器人保持對接時被後向攝影機觀察到。通過分析這些基準圖案與充電站已知幾何形狀之間的相對特徵，機器人系統可以重新標定攝影機與其他關節或感測器之間的運動學關係。這種重新標定可以校正操作過程中累積的位置漂移、鏡頭畸變或關節錯位。
[0089] 在一些實施例中，後向攝影機還可進一步配置為在校準前檢測充電站上或其周圍的視覺特徵，以促進自主對接。一旦檢測到這些視覺特徵，相同的攝影機系統就可以在機器人保持靜態穩定的狀態下被重新利用於校準參考。
[0090] 通過通訊觸點426、428建立的通訊通路還可用於上傳校準結果、診斷流程或資料記錄。例如，機器人系統採集的校準參數、診斷錯誤程式碼或系統日誌可被傳輸至充電站102，以供查看或遠端上傳。反之，配置檔案或更新後的校準參數也可從充電站102傳輸到機器人系統中。通過在一次對接事件中結合機械穩定、部分重量支撐以及通訊通路，該機器人充電系統能夠在幾乎無需人工干預的情況下，同時促進機器人系統的充電和運行重新校準。
[0091] 通訊觸點426、428設定在結構支撐舌片404的表面410上、位於電力觸點408、412之間。在一些實施例中，通訊觸點426、428相對於電力觸點408、412沿對接軸方向呈凹入佈置，從而確保在脫離對接時，通訊觸點先於電力觸點脫開。相反，在對接過程中，電力觸點先接合，隨後才是通訊觸點。該順序佈置在開始資料傳輸之前先提供穩定充電，並使得在斷電之前能夠先終止資料通訊，從而降低電弧或資料丟失的風險。
[0092] 結構支撐舌片404還包括一個深度限位部416，其設定在第一側418與舌片本體之間。深度限位部416限制結構支撐舌片404插入受介面中的深度，從而有助於實現一致的就位元深度以及電接觸件的可重複接合。在一些實施例中，深度限位部416還可通過將載荷從結構支撐舌片404傳遞到充電站周圍結構中來提供結構支撐。
[0093] 現在轉到圖5，示出了機器人系統503接近充電站502的側檢視。圖5中所示的類似部件可與圖1-4中所示的類似部件基本相似。例如，機器人系統503可與上文所述的機器人系統103、203、303基本相似，而充電站502可與上文所述的充電站102基本相似。
[0094] 如圖所示，機器人系統503沿方向508朝向充電站502移動，使得機器人系統503的受介面506被定位為接收充電站502的對應結構支撐舌片，其示為結構支撐舌片504。初始對準可通過充電站的對準特徵（例如對準臂）來輔助完成，此後受介面506轉入與結構支撐舌片504的接合狀態。
[0095] 方向508（如圖5所示）定義了受介面506從與結構支撐舌片504初始接合到圍繞結構支撐舌片504完全接合的運動路徑。方向508有助於逐步過渡到完全就位的對接位置，在此過程中，機械對準和電接觸形成同時發生。在一些實施例中，受介面506的運動距離可在約20毫米至約80毫米之間，在一個實施例中約為50毫米。
[0096] 距離510定義了機器人系統503在對接期間相對於充電站502下降的量（例如通過彎曲膝部實現）。這種向下運動有助於使結構支撐舌片504就座式地接入受介面506，並提供一種抗非預期脫離的垂直鎖定份量。在一些實施例中，距離510可在約10毫米至約40毫米之間，在一個實施例中約為25毫米。
[0097] 因此，對接過程可包括：機器人系統503首先沿方向508進行初始接近，隨後進行垂直下降，從而使機器人系統503沿方向512移動，使機器人系統503的受介面506沿接合部514與結構支撐舌片504轉變為完全接合。通過結合橫向移動和垂直下降，充電站502在使結構支撐舌片504的電接觸件與受介面506的對應觸點實現配合接合的同時，也為機器人系統503提供安全的懸臂式支撐。一旦與結構支撐舌片504完成對接，機器人系統503可減少或終止向有助於保持機器人系統503平衡的一個或多個執行器供電。
[0098] 在一些實施例中，充電站502和結構支撐舌片504可被配置為在對接過程中彼此相對動態移動。例如，充電站502可包括一個滑動托架或連桿機構，用於支撐結構支撐舌片504，從而允許結構支撐舌片504相對於基座發生平移或回縮，同時機器人系統503的受介面506向前進入接合狀態。在這種佈置中，充電站502的對準特徵（例如漏斗臂或對準表面）可首先與機器人系統503接合，以提供粗略對準。隨著對接的進行，該對準特徵相對於充電站502向後或向下滑動，從而暴露出結構支撐舌片504，以便最終插入受介面506。
[0099] 在其他實施例中，結構支撐舌片504本身可相對於充電站502安裝在滑動、轉動或伸縮機構上。在這種配置中，結構支撐舌片504在機器人系統503初始接近充電站502期間可保持凹入或部分被覆蓋狀態。一旦機器人系統503被定位到充電站502附近，結構支撐舌片504便伸出或轉動到與受介面506對準的位置，從而在促進對接的同時，降低接近過程中對結構支撐舌片504造成意外干涉或損傷的可能性。
[0100] 通過允許充電站502和/或結構支撐舌片504彼此相對動態移動，充電站不僅促進了更好的對準，也保護了結構支撐舌片504。這種動態運動還進一步允許分階段接合，其中對準特徵在早期對接過程中提供粗定位，而結構支撐舌片504的暴露則在最終對接期間促進精細對準和電接觸形成。
[0101] 如本文所述，機器人系統與充電站的對接過程可包括一系列協調動作，以同時促進機械接合和電連接。在一個實施例中，對接過程開始於機器人系統執行朝向充電站的後退行走動作。該後退行走動作將機器人系統沿預定接近路徑定位在充電站附近，同時充電站的粗對準特徵在初始接近期間提供位置引導。在一些實施例中，機器人系統還可進一步包括一個後向相機，該相機被配置為檢測充電站上或其周圍的一個或多個視覺特徵。這些視覺特徵可包括基準標記、高對比度幾何圖案或獨特的表面幾何形狀，通過為接近軌跡、橫向對準和對接姿態提供視覺線索，來促進自主對接。
[0102] 在後退行走動作之後，對接過程可包括機器人系統的下蹲動作。該下蹲動作將機器人系統的受介面或配合舌片降低到充電站的對應結構支撐舌片或通道上，從而從初始接合過渡到完全就位的對接位置。這種平移接近與垂直下降的組合，有利於實現穩定接合，同時降低失準或插入不完全的可能性。在該運動過程中，後向相機可繼續監測充電站，以便進行精細調整，例如在機器人系統下降時校正輕微的偏航、俯仰或橫滾失準。
[0103] 在對接過程中，機器人系統可在其腿部配備一個或多個載荷感測器。這些載荷感測器被配置為測量對接過程中的地面反作用力，並由此確定由充電站的結構支撐舌片承擔的機器人重量比例，而非由機器人腿部承擔的比例。例如，隨著下蹲動作將機器人系統降低至接合位置，當更多重量轉移到結構支撐舌片上時，載荷感測器可檢測到腿部所承受力的減小。該測量有助於控制演算法調節由結構支撐舌片與腿部分別承擔多少載荷，從而實現對接過程的精確校準，並防止機器人系統關節或充電站介面任一方發生過載。
[0104] 在對接過程中，下蹲動作還促進機器人系統與充電站之間電接觸件的分階段接合。觸點的佈置可被配置為：電力觸點先接合，以建立穩定的充電電流，隨後通訊觸點接合以提供資料交換。相反，在脫離對接期間，通訊觸點先於電力觸點脫開，從而在斷電之前先終止資料傳輸。在替代實施例中，電力觸點與通訊觸點的位置順序也可以相反。
[0105] 在一些實現方式中，對接過程還可包括對充電站部件的動態調節。例如，對準臂或對接導向件可隨著機器人系統向前推進而回縮，從而暴露出結構支撐舌片以進行最終接合。在其他實施例中，機器人系統的後向相機可在對接期間輔助執行校準流程，例如採集設定在充電站上的高對比度視覺標記圖像。這些標記有利於校準機器人系統的機載相機、位置感測器或導航系統。當後退行走動作和下蹲動作完成後，機器人系統在執行器斷電的情況下得到機械支撐並處於靜態穩定姿態。在這一階段，腿部中的載荷感測器可確認機器人系統重量中有期望比例由結構支撐舌片承擔，而電連接則有利於同時實現機載儲能裝置的充電以及用於診斷、校準或軟體更新的資料通訊。
[0106] 脫離對接過程同樣可包括一系列協調動作，以促進機器人系統與充電站之間機械連接和電連接的同時解除。在一個實施例中，脫離對接過程開始於機器人系統執行一個上升動作，該動作是對接期間下蹲動作的反向動作。通過從下蹲動作中上升，機器人系統使其受介面相對於充電站的結構支撐舌片垂直抬升，從而解除對接介面的垂直鎖定份量。該向上運動有助於在維持對準以防止卡滯或觸點損傷的同時，使結構支撐舌片順利脫離。
[0107] 在上升動作之後，脫離對接過程可包括一個向前行走動作，使機器人系統沿與對接時相同但方向相反的接近路徑離開充電站。隨著機器人系統向前移動，充電站的結構支撐舌片從機器人系統的受介面中退出，從而完成機械分離。
[0108] 在該過程中，電接觸件按照受控順序脫開。通訊觸點被配置為首先脫開，從而在失去電力之前終止資料傳輸。隨後電力觸點脫開，在通訊已經停止之後安全中斷充電電流。該時序有利於實現可靠且可重複的脫離對接，同時降低電弧或資料損壞的風險。
[0109] 在一些實施例中，脫離對接過程還可進一步包括對充電站部件的動態重新定位。例如，在機器人系統開始其向前行走動作之後，可伸縮的對準臂可向外伸出，以提供間隙並促進後續的對接過程。在其他實施例中，後向相機可在脫離對接期間採集充電站上或其周圍視覺特徵的圖像，以便在恢復移動之前進行軌跡驗證或重新校準。一旦上升動作和向前行走動作完成，機器人系統便在儲能得到補充、運行資料得到更新的情況下恢復自由移動。
[0110] 現在轉到圖6，示出了機器人充電系統600的透檢視。圖6中所示的類似部件可與上文結合圖1-5所述的類似部件基本相似。例如，機器人充電系統600包括機器人系統603和充電站602。充電站602包括一結構支撐舌片604，其尺寸被設計為接收或被接收進入對應的配合舌片中，該配合舌片示為設定在機器人系統603背部區域的配合舌片606。
[0111] 如圖所示，該配合舌片整合在機器人系統603的上背部區域，並在位置尺寸上被設計為沿對接路徑與結構支撐舌片604相配合。在對接過程中，機器人系統603可執行朝向充電站602的後退行走動作，隨後進行下蹲動作，將配合舌片606降低到結構支撐舌片604上，從而促進機械接合和電連接。
[0112] 結構支撐舌片604可包括一個剛性嵌件，例如鋼或鋁芯，其外包覆有聚合物外殼，以同時促進承載支撐和電絕緣。電接觸件可設定在結構支撐舌片604的一個或多個表面上，並可被配置為與設定在配合舌片606內部的對應電接觸件配合接觸。在一些實施例中，這些電接觸件既包括被配置為承載充電電流的電力觸點，也包括被配置為在機器人系統603與充電站602之間傳輸資料訊號的通訊觸點。
[0113] 圖7示出了機器人系統703的一部分的透檢視，該機器人系統被配置為與充電站對接。在該實施例中，機器人系統703包括一個從機器人背部部分向外伸出的配合舌片706。不同於機器人系統包括受介面的其他實施例，圖6-11B所示實施例利用配合舌片706作為機器人系統的突出式介面特徵。配合舌片706被設計為可被接收進入充電站中定義的對應配合通道內（例如圖8中的配合通道810）。
[0114] 從結構上看，配合舌片706以懸臂方式從機器人系統703的背面向外延伸。配合舌片706可定義為總體上呈矩形輪廓，具有平面側壁以及向其遠端逐漸縮小的錐形前緣。該錐形結構有利於在對接過程中導向插入配合通道，降低失準或卡滯的可能性。配合舌片706還可在其遠端邊緣設定倒角或圓角，以幫助順暢插入配合通道。
[0115] 配合舌片706包括電接觸件，示為觸點708，其設定在舌片的一個或多個表面上。這些觸點708被配置為與設定在充電站上的對應電接觸件接合。在一些實施例中，觸點708包括被配置為承載充電電流的電力觸點，以及被配置為在機器人系統703與充電站之間傳輸資料訊號的通訊觸點。沿舌片佈置這些觸點，使得隨著機器人系統完成對接，配合舌片的機械捕獲和電連接接合能夠同時發生。
[0116] 配合舌片706的主體可由鋼、鋁或復合結構等剛性材料形成。在一些實施例中，配合舌片包括金屬承載芯以及聚合物包覆外殼，後者提供電絕緣、分散接觸力並保護嵌入式電接觸件。這種結構佈置使配合舌片706能夠將機器人系統703產生的懸臂載荷傳遞至充電站，同時也有利於實現電連接。
[0117] 圖8示出了一個被配置為接收機器人系統配合舌片的充電站透檢視（例如圖7中的配合舌片706）。該充電站包括一個結構支撐舌片804，其限定出一個配合通道810，該通道的尺寸被設計為在對接過程中捕獲並保持機器人系統的配合舌片。
[0118] 配合通道810凹設於結構支撐舌片804中，並在第一頂點806與第二頂點808之間延伸。該通道限定出一個接收腔體，其側壁和基底表面被配置為與配合舌片706的對應表面接合。在一些實施例中，配合通道810限定為總體上呈U形或矩形截面，具有平面對置側壁，並緊密貼合配合舌片的寬度。側壁之間的間距可被設計為提供最小間隙（例如每側約1-50毫米量級），以便於插入配合舌片，同時在完全對接後提供足夠的橫向約束以抵抗左右晃動。
[0119] 配合通道810還可進一步包括鄰近第一頂點806的錐形匯入幾何結構，其向外張開，以在對接初期將配合舌片706匯入通道中。這種錐形匯入幾何結構即便在機器人系統接近時存在輕微橫向失準，也有助於實現順暢插入。該通道還可相對於充電站本體802的基部以向上傾斜的角度延伸，從而當機器人系統執行下蹲動作時，配合舌片706會被向下壓迫並牢固就座在通道基底上。
[0120] 電接觸件，例如觸點812，設定在結構支撐舌片804的配合表面上。這些觸點812被定位為在舌片完全插入通道後與設定在配合舌片706上的對應觸點接合。在一些實施例中，觸點812包括彈簧載入式導電針、片簧或可彈性撓曲的匯流條，它們壓靠在配合舌片的導電焊盤上。這種柔順式佈置有利於在重複對接循環下實現可靠的電接合，並能補償製造公差或輕微角度失準。
[0121] 在一些實施方式中，觸點 812 設定在配合通道 810 的下方，使得當機器人系統（例如，機器人系統 603）通過該配合通道 810 與結構凸片 804 配合時，機器人系統 603 的配合凸片 606 的對應觸點會被牢固地壓接到觸點 812 上，從而在對應觸點之間形成電連接。
[0122] 圖 9A-11B 示出了將機器人系統電連接並機械連接到充電站的方法。圖 9A 和圖 9B 分別示出了機器人系統 903 在對接過程中接近充電站 902 時的側檢視和俯檢視。在該實施方式中，機器人系統 903 包括一個從其後部向外延伸的配合凸片 906，而充電站 902 包括一個對應的配合通道，示為配合通道 904，其被構造成接收並捕獲該配合凸片 906。
[0123] 如圖 9A 所示，示出了一個系統 900，其中機器人系統 903 定位在靠近充電站 902 的位置，並且配合凸片 906 與配合通道 904 的開口對準。配合通道 904 凹設在充電站的結構本體內，並限定出一個尺寸和形狀均適於捕獲配合凸片 906 的腔體。在對接期間，機器人系統 903 可沿方向 908 朝向充電站 902 執行向後行走運動，使配合凸片 906 與該通道開口對準。
[0124] 圖 9B 為圖 9A 的俯檢視，進一步示出了機器人系統 903 朝充電站 902 的對接方向移動。隨著配合凸片 906 進入配合通道 904，配合凸片的漸縮前緣與通道的對應漸縮表面相互作用，以促進平滑插入並降低卡滯的可能性。一旦插入，配合通道 904 的側壁限制配合凸片 906 的橫向移動，而通道的底面限制其垂直移動，從而使機器人系統相對於充電站實現機械固定。
[0125] 電觸點可設定在配合凸片 906 的表面以及配合通道 904 內，使得配合凸片的插入建立電連接。在一些實施方式中，這些觸點被佈置成使電源連接在對接期間先於資料連接建立，並在脫離對接時晚於資料連接斷開。這種順序接合有助於實現穩定充電和可靠通訊。
[0126] 配合凸片 906 與配合通道 904 的協同作用同時提供機械支撐和電連接。當完全對接時，配合凸片 906 被牢固地捕獲在配合通道 904 內，以懸臂式定向支撐機器人系統 903 的部分重量，並在整個充電循環期間保持穩定的電接觸。
[0127] 圖 10A 和圖 10B 分別示出了系統 1000 的側檢視和俯檢視，其中機器人系統 1003 正與充電站 1002 對接。在該實施方式中，機器人系統 1003 包括一個從其後部向後突出的配合凸片 1006，而充電站 1002 包括一個尺寸設定成用於接收並捕獲該配合凸片 1006 的配合通道 1004。
[0128] 如圖 10A 所示，機器人系統 1003 接近充電站 1002，並處於配合凸片 1006 與配合通道 1004 開口對準的位置。機器人系統可執行向後行走運動以實現該對準。在此階段，配合凸片 1006 位於通道開口鄰近處，但尚未下落進入該通道中。配合凸片 1006 的底部與配合通道 1004 的底部之間可存在一段間隙距離。
[0129] 機器人系統 1003 還可包括一個或多個感測器，示為感測器 1001，其設定在機器人系統的腿部執行器中或與其相關聯。感測器 1001 被構造成測量在對接期間由腿部執行器支撐的機器人系統 1003 的重量。通過即時監測載荷分佈，感測器 1001 提供資料，指示機器人系統 1003 的多少重量已從腿部轉移到充電站 1002。該資料可由機器人系統的控制系統處理，以確定機器人系統是否已完全落座於配合通道 1004 內，並由充電站 1002 提供結構支撐。在一些實施方式中，當感測器 1001 檢測到機器人系統重量中的閾值比例已從腿部轉移到充電站時，即確認對接完成，從而驗證機器人系統已被機械捕獲並被正確保持在對接位置。
[0130] 圖 10B 為圖 10A 的俯檢視，示出了對接序列的下一階段。機器人系統 1003 執行下蹲運動，使配合凸片 1006 沿垂直對接路徑向下進入配合通道 1004。該運動減小了間隙距離，直到配合凸片 1006 落座於配合通道 1004 內。該向下運動有助於將配合凸片在通道內可靠地機械捕獲，抵抗非預期脫離，並提供靜態穩定的對接姿態。
[0131] 在圖 10A 和圖 10B 中，沿配合凸片 1006 設定的電觸點與設定在配合通道 1004 內的對應觸點接合。分階段的對接運動促進電觸點按順序接合，使得電源觸點先於通訊觸點接合。該順序在資料交換開始之前提供穩定的充電電流。相反，在脫離對接時，下蹲運動會通過上升運動反向執行，從而將配合凸片 1006 從配合通道 1004 中抬出，使通訊觸點先於電源觸點斷開接合。
[0132] 圖 11A 和圖 11B 分別示出了系統 1100 的透檢視和俯檢視，其中機器人系統 1103 處於與充電站 1102 完全對接的位置。機器人系統 1103 包括一個從其機體向後延伸的配合凸片 1106，而充電站 1102 包括一個配合通道 1104，其被構造成接收並捕獲該配合凸片 1106。
[0133] 如圖所示，配合凸片 1106 落座在配合通道 1104 內，使得該通道的側壁在橫向上約束該凸片，而通道的底面在垂直方向上支撐該凸片。這種落座佈置為機器人系統 1103 提供結構支撐，使系統重量的至少一部分能夠轉移到充電站 1102 上。在該對接位置實現的懸臂式定向有助於實現靜態穩定支撐，從而使機器人系統 1103 的一個或多個執行器能夠在對接時斷電。
[0134] 沿配合凸片 1106 設定的電觸點與設定在配合通道 1104 內的對應觸點接合。該觸點佈置同時提供充電和通訊功能。在一些實施方式中，電源觸點被設定為在對接期間首先接合併在脫離對接期間最後斷開，而通訊觸點則被凹設或錯位設定，使其在電源觸點之後接合併在其之前斷開。這種時序有助於可靠地傳輸充電電流，同時也可在脫離對接期間安全終止資料傳輸。
[0135] 圖 11B 為圖 11A 的俯檢視，進一步示出了配合凸片 1106 在配合通道 1104 內的落座深度。該凸片通過機器人系統的下蹲運動被下放到該通道內，這有助於實現垂直鎖定並防止非預期脫離。配合凸片與通道之間的承載式接合在多個對接循環中同時提供機械穩定性以及電觸點的可重複對準。
權利要求
要求保護的是：
1. 一種機器人充電系統，包括：
一充電站，包括：
一個底座；以及
一個與所述充電站的底座耦接的結構凸片，所述結構凸片相對於所述充電站的底座向上成角度；以及
一個機器人系統，包括：
一個容納部，所述容納部被設定尺寸為能夠沿第一方向滑動地接收所述結構凸片，
其中，在對接位置中，所述結構凸片以懸臂式定向支撐所述機器人系統至少一部分重量，並保持所述充電站與所述容納部之間的對準，以允許進行用於充電的電接觸。
2. 如權利要求 1 所述的機器人充電系統，其中，所述結構凸片相對於所述充電站底座的第一表面，以大於 25 度且小於 65 度的角度設定。
3. 如權利要求 1 所述的機器人充電系統，其中，所述充電站還包括從所述充電站底座延伸出的一個或多個臂，所述一個或多個臂被構造成在與所述結構凸片接合之前，在橫向方向上為所述機器人系統提供粗對準。
4. 如權利要求 1 所述的機器人充電系統，其中，所述結構凸片包括：
一個鋼芯，所述鋼芯在所述結構凸片內從第一端朝第二端延伸；以及
一個聚合物包覆層，所述聚合物包覆層包圍所述鋼芯的至少一部分。
5. 如權利要求 1 所述的機器人充電系統，其中，所述結構凸片包括一個漸縮端部，所述漸縮端部從第一端向第二端漸縮，並被構造成在所述容納部與所述結構凸片接合期間提供橫向方向上的精對準。
6. 如權利要求 1 所述的機器人充電系統，其中，所述充電站還包括設定在所述結構凸片第一端與第二端之間的一組電觸點，所述一組電觸點包括：
至少兩個電源觸點，被構造成承載充電電流並與所述容納部內對應的電源觸點接合；以及
至少兩個通訊觸點，被構造成承載資料訊號並與所述容納部內對應的通訊觸點接合，其中，所述至少兩個通訊觸點被設定成使得所述至少兩個通訊觸點在所述至少兩個電源觸點與對應電源觸點斷開之前，先與對應通訊觸點斷開。
7. 如權利要求 6 所述的機器人充電系統，其中，所述至少兩個電源觸點比所述至少兩個通訊觸點向第二端延伸得更遠，從而使得在脫離對接期間，所述至少兩個通訊觸點在所述至少兩個電源觸點斷開對應電源觸點之前，先與對應通訊觸點斷開，以便在所述至少兩個電源觸點斷開之前終止通訊。
8. 如權利要求 1 所述的機器人充電系統，其中，所述充電站包括一個或多個高對比度視覺標記，所述一個或多個高對比度視覺標記被構造成供所述機器人系統的後向攝影機檢測。
9. 如權利要求 1 所述的機器人充電系統，其中，所述容納部設定在所述機器人系統的兩個或更多肩部結構之間。
10. 如權利要求 1 所述的機器人充電系統，其中，所述充電站和所述容納部被構造成支援如下對接過程：所述機器人系統執行向後行走運動，隨後執行下蹲運動，以使所述結構凸片完全接合。
11. 如權利要求 1 所述的機器人充電系統，其中，所述結構凸片與所述充電站的底座為動態耦接，並且所述充電站的底座與支撐表面為靜態耦接。
12. 如權利要求 1 所述的機器人充電系統，還包括：
一個與所述機器人系統耦接的配合凸片；
其中，所述結構凸片包括：
一個第一頂點；
一個第二頂點；以及
一個設定在所述第一頂點與所述第二頂點之間的配合通道，並具有與所述配合凸片相對應的輪廓，使得在對接位置中，所述配合凸片被接收於所述配合通道內。
13. 如權利要求 12 所述的機器人充電系統，其中，所述配合凸片和所述配合通道被設定成使得在對接位置中，所述充電站的至少一個觸點與所述機器人系統的對應觸點電耦接。
14. 一種機器人系統，包括：
一個設定在所述機器人系統後部的容納部，所述容納部被設定尺寸為能夠沿對接路徑滑動地接收充電站的結構凸片；以及
至少一個設定在所述容納部內並被構造成在對接位置與所述結構凸片的對應電觸點接合的電觸點；
其中，在對接位置中，所述容納部與所述結構凸片協同作用，以懸臂式定向機械支撐所述機器人系統至少一部分重量，同時保持電連接，從而使得當所述機器人系統的一個或多個執行器斷電時，所述機器人系統仍保持靜態穩定。
15. 如權利要求 14 所述的機器人系統，其中，所述機器人系統包括一個後向攝影機，所述後向攝影機被構造成檢測充電站上的視覺特徵，以促進自主對接。
16. 如權利要求 14 所述的機器人系統，其中，所述機器人系統包括設定在所述機器人系統腿部中的一個或多個載荷感測器，所述一個或多個載荷感測器被構造成測量在對接期間由所述結構凸片支撐的所述機器人系統重量的比例。
17. 如權利要求 14 所述的機器人系統，其中，所述機器人系統被構造成在對接時執行校準例程，所述校準例程包括：在所述結構凸片上保持部分重量分佈的同時，對包括所述機器人系統後向攝影機在內的運動鏈進行重新校準。
18. 一種用於向人形機器人系統提供電力的充電站，包括：
一個底座；
一個從所述充電站底座沿第一方向延伸的臂；以及
一個相對於所述充電站底座向上成角度的結構凸片；
其中，在對接位置中，所述結構凸片以懸臂式定向支撐所述人形機器人系統至少一部分重量，並保持所述充電站與所述人形機器人系統的容納部之間的對準，以允許進行用於充電和通訊的電接觸。
19. 如權利要求 18 所述的充電站，其中，所述臂包括一個漸縮端部，所述漸縮端部被構造成將所述人形機器人系統引導至安裝位置。
20. 如權利要求 18 所述的充電站，其中，所述結構凸片與所述底座滑動耦接，使得所述結構凸片在與所述人形機器人系統接合時沿所述第一方向伸出。 (AI工業)