DE10000096A1

DE10000096A1 - Mobile robot, esp. for application of smooth and inclined surfaces, which can be modularly constructed, has each suction cup fitted with a corresponding sensor device and a matching walking mechanism

Info

Publication number: DE10000096A1
Application number: DE2000100096
Authority: DE
Inventors: Ridha Azaiz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-04
Filing date: 2000-01-04
Publication date: 2001-07-05

Abstract

Mobile robots operating by means of suction cups to achieve movement generally suffer from shaking and vibration of the outermost parts of the robot as a result of the considerable weight of the robot and of the leads. In addition the robot requires a feed-line or a supply hose. To improve the design and overall arrangement of the robot, a modular structure is now used and thanks to special wheels, the robot cannot be tilted or inclined in different positions. Since the robot moves by means of suction cups, when the robot actuates additionally mounted equipment which cause a separate movement, this does not influence its own movements.

Description

Es ist bekannt, daß sich Roboter mittels Saugnäpfen fortbewegen (EP 00 84 012 A1). Bei diesen Robotern, insbesondere bei diesem (EP 00 84 012 A1) stellen sich die Probleme, daß während Anheben des äußeren Teils der Roboter Schwankungen unterzogen wird. Dies tritt im Allgemeinen aufgrund hohen Gewichts des Roboters sowie hohen Gewichts der Zuleitung ein. Da die Schreitwerke der und insbesondere dieses Roboters nicht symmetrisch in Länge und Breite aufgebaut sind/ist, ist die Erreichbarkeit auf der diese/dieser Roboter angewandt werden/wird eingeschränkt. Dies läßt sich damit begründen, daß wenn solche unsymmetrischen Roboter in einer Ecke drehen und nicht weit genug von einer der Seitenwände sind, an diese während eines Drehvorgangs anstoßen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß solche Roboter meistens nicht unabhängig arbeiten können und eine Zuleitung bzw. einen Versorgungsschlauch benötigen.It is known that robots move using suction cups (EP 00 84 012 A1). With these Robots, particularly in this (EP 00 84 012 A1), have the problems that during Lifting the outer part of the robot is subject to fluctuations. This generally occurs due to the high weight of the robot and the high weight of the supply line. Because the treadmills which, and in particular this robot, is / is not constructed symmetrically in length and width, is Accessibility on which this / these robots are used / is restricted. This can be done justify that if such asymmetrical robots turn in a corner and not far enough from one of the side walls, abut against it during a turning process. Another disadvantage consists in the fact that such robots mostly cannot work independently and a supply line or need a supply hose.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, glatte und geneigte Flächen und/oder Räumlichkeiten zu erreichen.The invention specified in claim 1 is based on the problem, smooth and inclined To reach areas and / or premises.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale (ggf wörtliche Zitierung der Merkmale) gelöst.This problem is compounded by the features listed in claim 1 (literal citation of the Characteristics) solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen u. a. darin, daß der Roboter aufgrund von speziell um einen Saugnapf angeordneten Rädern bei ablaufenden Bewegungen die eine Gewichtsverlagerung verursachen nicht neigt bzw. kippt. Des weiteren besteht eine hohe mobile und somit auch universelle Anwendbarkeit, da der Roboter über verschiedene Medien gesteuert werden kann. Ein weiterer Vorteil läßt sich aus der Begehbarkeit modular aufgebauter Flächen und/oder Räumlichkeiten herleiten, was durch die entsprechende Sensorik und einem passenden Schreitwerk ermöglicht wird. Somit kann er montagebedingte Unebenheiten auf Flächen und/oder Räumlichkeiten überschreiten. Des weiteren läßt sich durch die Anordnung der Teile und den Aufbau des Roboters die vorteilhafte Eigenschaft herleiten, daß der Roboter keinen Lenkweg hat. Er dreht also punktuell bzw. auf der Stelle. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Roboter nicht bzw. nicht wesentlich Bewegungen von zusätzlich angebrachten Apparaturen übernimmt, da er sich mittels Saugnäpfen fortbewegt. Da es sich aber um Balkensaugnäpfe handelt, können diese auf der Fläche auftretenden Unebenheiten ausgleichen. Tritt auf der Fläche auf der der Roboter angewandt wird Rauheit auf, läßt sich ein weiter Vorteil aus der breiten Auflagefläche der Saugnäpfe schließen, da diese in diesem Fall trotzdem ansaugen. Vorteilhaft wirkt sich auch die Beschaffenheit der Beine aus, da diese so hergestellt und/oder montiert sind, daß die Luft die den Saugnäpfen entnommen wird durch die Beine befördert wird. Somit wird höchstmögliche Rationalität mit ihren Auswirkungen erzielt. Hierzu ist auch die Eigenschaft dienlich, daß der Tragrahmen so hergestellt und/oder montiert ist, daß dieser dienlich zur Fortbewegung bzw. als Antriebselement fungiert. Der symmetrische Aufbau des Roboters hat die vorteilhafte Eigenschaft zufolge, daß der Roboter eine größere Fläche erreichen kann. Der Energiebezug des Roboters bringt es mit sich, daß der Roboter unabhängig sowie umweltfreundlich betrieben werden kann. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß den Saugnäpfen Ventile vorgeschaltet sind, die einen Zusammenbruch des Vakuums, welches sich ggf. im Aufbau befinden kann, an den Saugnäpfen verhindert wird.The advantages achieved with the invention include. a. in that the robot due to specifically around a suction cup arranged wheels in running movements that shift weight not cause tilts or tilts. Furthermore, there is a high level of mobility and therefore also universal Applicability since the robot can be controlled via different media. Another advantage can be deduced from the accessibility of modular surfaces and / or premises, what is made possible by the appropriate sensors and a suitable walking mechanism. So he can assembly-related bumps on surfaces and / or premises. Furthermore lets the advantageous properties derive from the arrangement of the parts and the structure of the robot, that the robot has no steering path. It rotates selectively or on the spot. Another beneficial one Embodiment of the invention is that the robot does not or not significantly movements of additionally attached equipment takes over, because it moves by means of suction cups. Since it is But when it comes to beam suction cups, they can compensate for any unevenness on the surface. If roughness occurs on the surface on which the robot is used, a further advantage can be gained from the close the wide contact surface of the suction cups, because in this case they will still suck. Advantageous also affects the nature of the legs, since these are manufactured and / or assembled so that the Air that is extracted from the suction cups is carried through the legs. Thus, the highest possible Rationality achieved with its effects. The property that the supporting frame is manufactured and / or assembled so that it is useful for locomotion or as a drive element acts. The symmetrical structure of the robot has the advantageous property that the Robot can reach a larger area. The energy consumption of the robot means that the Robots can be operated independently and in an environmentally friendly manner. Another beneficial one Embodiment of the invention is that valves are connected upstream of the suction cups Breakdown of the vacuum, which may be under construction, on the suction cups is prevented.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment is shown in the drawing and will be described in more detail below.

Es zeigt jeweilsIt shows each

Fig. 1 den Roboter in der Ansicht von vorne, wobei nur das Schreitwerk mit Saugnäpfen und Motoren mit anderen Teilen dargestellt ist Fig. 1 shows the robot in the view from the front, only the walking mechanism with suction cups and motors with other parts is shown

Fig. 2 den Roboter in der Ansicht von oben, wobei nur das Schreitwerk mit Saugnäpfen und Motoren mit anderen Teilen dargestellt ist Fig. 2 shows the robot in a view from above, only the walking mechanism with suction cups and motors with other parts is shown

Fig. 3 den Roboter in der Ansicht von unten, wobei nur das Schreitwerk mit Saugnäpfen und Motoren mit anderen Teilen dargestellt ist Fig. 3 shows the robot in a view from below, only the walking mechanism with suction cups and motors with other parts is shown

Fig. 4 den Roboter ohne das äußere Modul des Schreitwerks Fig. 4 shows the robot without the outer module of the walking mechanism

Fig. 5 die Drehvorrichtung des Roboters Fig. 5 shows the rotating device of the robot

Fig. 6 ein Bein des Roboters Fig. 6 a leg of the robot

Fig. 7 den Roboter in Position 1 eines Fortbewegungsvorganges Fig. 7 shows the robot in position 1 of a movement process

Fig. 8 den Roboter in Position 2 eines Fortbewegungsvorganges Fig. 8 shows the robot in Position 2 of a movement process

Fig. 9 den Roboter in Position 3 eines Fortbewegungsvorganges Fig. 9 shows the robot in position 3 of a movement process

Fig. 10 den Roboter in Position 4 eines Fortbewegungsvorganges Fig. 10 shows the robot in position 4 of locomotion process

Fig. 11 den Roboter in Position 5 eines Fortbewegungsvorganges Fig. 11 shows the robot in position 5 of a movement process

Fig. 12 den Roboter in Position 6 eines Fortbewegungsvorganges Fig. 12 shows the robot in position 6 of a movement process

In den Zeichnungen wird ein Roboter der auf einer Glasplatte verfährt dargestellt.In the drawings, a robot is shown moving on a glass plate.

Der Roboter besteht aus einem Tragrahmen (1) der teilweise auch als Antriebsteil fungiert, da ihm die Schienen zweier Linearführungssysteme (2/3) sowie eine Zahnstange (37) integriert sind. Dieser ist über zwei Winkel (4/5) mit zwei weiteren Linearführungssystemen durch deren Führungswagen (6/7) sowie den Führungswagen (8/9) verbunden. Am Führungswagen (6) sind auf beiden Seiten Endschalter (10/11) angebracht. Weitere Endschalter (12/13) sind oberhalb des Winkels (4) an dem Halter (14) montiert. Die Beine (15/16/17/18) sind außen am Tragrahmen montiert. Sie weisen entsprechend Fig. 6 ein Außengewinde (20) auf, das in das Innengewinde (21) des Arms (22) paßt. Dieses Innengewinde wird mit passender Windung für die Luftanschlüsse (23/24/25/26) fortgesetzt. Auf der anderen Seite sind die mechanisch wirkenden Ventile (27/28/29/30) montiert. Sie verhindern, daß das Vakuum das sich aufbaut oder welches aufgebaut wurde zusammenbricht. Ihnen folgen die Balkensaugnäpfe (31/32/33/34). An den vertikal montierten Schienen (35/36) ist an der Schiene (35) eine Zahnstange (38) aufzufinden. In diese Zahnstange (38) greift ein Ritzel (39) das am Motor (40) angebracht ist. Dieser ist durch den Winkel (41) mit dem Führungswagen (8) verbunden. Somit kann die Höhe der an den Führungsschienen (35/36) über die Winkel (48/49) angebrachte Grundplatte (42) durch Ansteuern des Motors (40) variiert werden. Der Motor (40) ist so montiert, daß er nicht an den Tragrahmen anstoßen kann. Die horizontale Ausrichtung dieser Grundplatte (42) kann mit dem Motor (43), welcher über einen weiteren Winkel (44) mit dem Führungswagen (6) verbunden ist, verrichtet werden. Zentral auf der Grundplatte (42) ist das Kugellager (45) über die Halter (46) montiert. Der größere Balkensaugnapf (47) ist mit seinem Außengewinde in das Innengewinde (51) des Ventils (50) verschraubt. Die Scheibe (52) sorgt dafür, daß der Balkensaugnapf (47) fest verschraubt ist. Über das Adaptermodul (53) das auf das Außengewinde (54) des Ventils (50) geschraubt ist, ist diese Drehvorrichtung mit dem Motor (55) verbunden. Auf der Unterseite der Grundplatte (42) sind die Räder (56/57/58/59) montiert. Diese bewirken, daß bei Gewichtsverlagerung oder anderen Einflüssen auf den Roboter der Balkensaugnapf (47) und somit der ganze Roboter nicht kippt bzw. neigt, da diese auf die Fläche stoßen auf der der Roboter angewandt wird.The robot consists of partly acts as a driving part of a supporting frame (1), since the rails of two linear guide systems (2/3) and a rack (37) are integrated him. This is connected via two angle (4/5) with two other linear guide systems by the carriage (6/7) and the guide carriage (8/9). On the guide carriage (6), limit switch (10/11) are mounted on both sides. Further limit switch (12/13) are mounted above the angle (4) to the holder (14). The legs (15/16/17/18 ) are externally mounted on the supporting frame. They point corresponding to FIG. 6, an external thread (20) on which fits the arm (22) in the internal thread (21). This internal thread is continued with the right coil for the air connections (23/24/25/26). On the other hand, the mechanically acting valves (27/28/29/30) are mounted. They prevent the vacuum that builds up or that was built up from breaking down. They are followed by the Balkensaugnäpfe (31/32/33/34 ) . To the vertically mounted rails (35/36) is a toothed rack finding (38) on the rail (35). A pinion ( 39 ) which is attached to the motor ( 40 ) engages in this toothed rack ( 38 ). This is connected to the guide carriage ( 8 ) by the angle ( 41 ). Thus, the height of the mounted on the guide rails (35/36) over the angle (48/49) the base plate (42) by driving the motor can be varied (40). The motor ( 40 ) is mounted so that it cannot hit the support frame. The horizontal alignment of this base plate ( 42 ) can be performed with the motor ( 43 ), which is connected to the guide carriage ( 6 ) via a further angle ( 44 ). The ball bearing ( 45 ) is mounted centrally on the base plate ( 42 ) via the holder ( 46 ). The larger bar suction cup ( 47 ) is screwed with its external thread into the internal thread ( 51 ) of the valve ( 50 ). The disc ( 52 ) ensures that the beam suction cup ( 47 ) is screwed tight. This rotary device is connected to the motor ( 55 ) via the adapter module ( 53 ) which is screwed onto the external thread ( 54 ) of the valve ( 50 ). On the underside of the base plate (42), the wheels (56/57/58/59 ) are mounted. This means that when the weight is shifted or other influences on the robot occur, the beam suction cup ( 47 ) and thus the whole robot does not tip or tilt, since this hits the surface on which the robot is used.

Auf der Grundplatte (42) sind außerdem die Elektronik (60), die pneumatischen Ventile (61/62/63) sowie der Kompressor (64) aufzufinden. Unter dem Solarmodul (65) sind die Akkumulatoren (66) angebracht.On the base plate (42) further includes electronics (60), the pneumatic valves (61/62/63) and the compressor are to be found (64). The batteries ( 66 ) are attached under the solar module ( 65 ).

Im Folgenden werden die Fortbewegungsvorgänge des Roboters beschrieben:The robot's locomotion processes are described below:

Die Ausgangsposition des Roboters ist in Fig. 7 dargestellt. Die Balkensaugnäpfe (31/32/33/34) saugen nicht, aber der Balkensaugnapf (47) saugt an. Der Motor (40) führt entsprechend der Verkleinerung des Balkensaugnapfes (47) nach. Nach Ansaugen wird der äußere Teil des Schreitwerks durch den Motor (40) angehoben, wie in Fig. 8 ersichtlich ist. Da die Balkensaugnäpfe (31/32/33/34) nun nicht mehr den Boden berühren, kann der äußere Teil des Schreitwerke durch den Motor (43) ausgerichtet werden. Die jetzige Position ist in Fig. 9 ersichtlich. Nach diesen Vorgängen setzt der Motor (40) das äußere Teil des Schreitwerks auf den Boden, sodaß die Saugnäpfe (31/32/33/34) ansaugen können. Gleichzeitig löst sich der Balkensaugnapf (47) und wird entsprechend seiner Vergrößerung eingezogen, damit keine mechanischen Verspannungen auftreten (Fig. 10). Wenn er gelöst ist, wird er eingezogen, bis er nicht mehr den Boden berührt (Fig. 11). Daraufhin verfährt er mittels dem Motor (43) in eine Position, wie sie in Fig. 12 ersichtlich ist. Jetzt wird der Balkensaugnapf (47) durch Ansteuern des Motors (40) auf die Fläche gesetzt und die Position wie sie in Fig. 7 ersichtlich ist, ist wieder angefahren, womit ein Schreitvorgang getätigt ist. Muß der Roboter aufgrund der Werte der Ultraschallsensoren (19/67/68), die jeweils an die Winkel (68/69/70) angebracht sind, drehen, so fährt er eine Stellung an, bei der der äußere Teil angehoben ist, also wie z. B. in Fig. 9, wenn er noch nicht in dieser Stellung ist. Danach dreht der Roboter durch Ansteuern des Motors (55). Der Winkel der Drehung wird durch eine Taktscheibe (71) und der Gabellichtschranke (72) überwacht. Die Ventile (61/ 62/63) werden entsprechend der Saugvorgänge geschaltet.The starting position of the robot is shown in Fig. 7. The Balkensaugnäpfe (31/32/33/34 ) do not absorb, but the suction bar (47) sucks. The motor ( 40 ) tracks in accordance with the reduction in size of the beam suction cup ( 47 ). After suction, the outer part of the walking mechanism is raised by the motor ( 40 ), as can be seen in FIG. 8. Since the Balkensaugnäpfe (31/32/33/34 ) no longer touch the ground, the outer part may be the walking works are aligned by the motor (43). The current position is shown in Fig. 9. After these operations, sets the motor (40), the outer part of the border plant to the ground, so that the suction cups (31/32/33/34 ) can suck. At the same time, the beam suction cup ( 47 ) loosens and is retracted in accordance with its enlargement so that no mechanical tension occurs ( Fig. 10). When it is loosened, it is drawn in until it no longer touches the ground ( Fig. 11). Then it moves by means of the motor ( 43 ) into a position as can be seen in FIG. 12. Now the beam suction cup ( 47 ) is placed on the surface by actuating the motor ( 40 ) and the position as shown in FIG. 7 is approached again, with which a walking operation is carried out. Must the robot based on the values of the ultrasonic sensors (19/67/68) which are each attached to the angles (68/69/70) rotate, it moves to a position at where the outer member is raised, so as e.g. B. in Fig. 9 if he is not yet in this position. The robot then turns by driving the motor ( 55 ). The angle of rotation is monitored by a clock disc ( 71 ) and the fork light barrier ( 72 ). The valves (61 / 62/63) are switched according to the suction processes.

Claims

1. Mobile robot, in particular for use on smooth and inclined surfaces, which can be modular, characterized in that

a) that the robot due to its structure, the arrangement of the parts and the parts used in the robot can be used universally, the application can take place in premises and / or on surfaces
b) that the robot can move on modular surfaces, since each suction cup is equipped with a corresponding sensor system and a suitable walking mechanism
c) that the robot cannot tilt or be tilted in different positions due to specially arranged wheels
d) that the robot can be used completely independently and autonomously due to its structure, the arrangement of the parts and the parts it contains, so that no feed line is required
e) that the robot can turn due to its structure and the arrangement of the parts on the spot or at points, so no steering path is required during the turning process
f) that the robot can be controlled via voice, the Internet and / or a keyboard, since it can optionally be connected to a corresponding electronics
g) that the robot, in the case of actuated additionally attached apparatuses which cause its own movement, does not significantly or not at all influence its movements or are adopted by it, since the robot moves by means of suction cups
h) that the robot can move on modular surfaces because it can exceed the distances between these surfaces and other assembly-related bumps that occur on surfaces and in premises
i) that the robot can move on smooth surfaces, which may have slight bumps, since the robot moves by means of suction cups, which have bars
j) that the robot can move on smooth surfaces, which can have a roughness, since the robot moves by means of suction cups which have a relatively wide contact surface
k) that the parts of the robot, especially the legs, are manufactured and / or assembled so that they can convey the air of the suction cups
l) that the parts of the robot, in particular the support frame, are manufactured and / or assembled in such a way that they are / are useful for locomotion, or that they function as a drive element (s)
m) that the robot draws its energy from solar cells attached to it
n) that the walking mechanism of the robot is constructed symmetrically, whereby a larger area can be achieved
o) that the vacuum of the suction cups attached to the robot does not break down when it is partially sealed, which is caused by the valves upstream of the suction cups, and so the robot does not fall off the surface on which it is used.