用于機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種用于機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)(1)，用于在平滑的、拱形的、固定的面上行走，該行走機(jī)構(gòu)包括兩個彼此鏡像對稱地且平行于行走面固定設(shè)置在行走機(jī)構(gòu)(1)中的且各自封閉的軌導(dǎo)向裝置，可控的吸附模塊(14)沿著這些軌導(dǎo)向裝置相繼排列地如此環(huán)繞運行，即，它們的能夠相對行走面上升和下降的吸盤(15)始終指向該行走面，各個吸附模塊(14)各自具有自己的可控的提升和行走驅(qū)動裝置。
【專利說明】用于機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)，用于為了檢查、清潔或維護(hù)的目的而在平滑的、拱形的、固定的面上，諸如玻璃立面、金屬立面、玻璃天窗或金屬墻上行走。
【背景技術(shù)】
[0002]由這種類型的DE 103 20 570 B4已知了一種用于立面、特別是玻璃立面的自攀爬的行走機(jī)構(gòu)，該行走機(jī)構(gòu)具有包括連續(xù)排列(Endlosreihen)的可控的吸氣裝置的驅(qū)動裝置。吸氣裝置在行走機(jī)構(gòu)的行走平面內(nèi)在兩個各自封閉的且相互機(jī)械連接的軌導(dǎo)向裝置(Bahnfuehrung)上環(huán)繞運行，其中，吸氣裝置的吸氣側(cè)始終指向行走面。為此，各吸氣裝置彼此之間利用傳動機(jī)構(gòu)諸如鏈條或馬達(dá)驅(qū)動的齒帶而相對彼此具有固定距離地連接。牽引機(jī)構(gòu)的作用在于使每個軌導(dǎo)向裝置的所有吸氣裝置同步環(huán)繞運行。為了吸氣裝置的統(tǒng)一升程而設(shè)置有氣動的吸氣裝置控制裝置。由于吸氣裝置在行走平面內(nèi)環(huán)繞運行，所以行走機(jī)構(gòu)有益地為扁平的，由此其重心接近行走面(Fahrflaeche),這有助于避免從例如豎直的墻壁上翻落。另外，其可以被非常好地操控并且能夠越過較小的障礙物，諸如玻璃型材棒(Glasprofilstab)或固定夾圈。
[0003]所述行走機(jī)構(gòu)的缺點在于:因為吸氣裝置由于統(tǒng)一固定的吸氣裝置升程和固定的吸氣裝置距離的原因而會懸空，或會使行走機(jī)構(gòu)打滑(ausstemmen)，所以只能有限制地在劇烈拱起的面上行走。傳感裝置對有墜落危險的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視并且在必要時使行走機(jī)構(gòu)停止運轉(zhuǎn)。由于駛過轉(zhuǎn)向點耗費時間，所以行走速度相當(dāng)慢，并且由于其普遍為氣動控制所以自重相對聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是，提供一種用于機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)，該行走機(jī)構(gòu)是扁平的且重量輕的、不易發(fā)生故障的、具有良好的可操縱性、能夠越過較小的障礙物和凹凸的波狀起伏以及能夠?qū)崿F(xiàn)可接受的行走速度。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，這個目的通過權(quán)利要求1的特征得以實現(xiàn)。對本發(fā)明的有益的構(gòu)造和改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中加以闡述。
[0006]通過使得所有的吸附模塊在它們沿著它們的軌導(dǎo)向裝置的運動方面和在它們的升程方面能夠被單獨地且無級地自動操控，來為行走機(jī)構(gòu)和利用該行走機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的機(jī)器人在運行中產(chǎn)生了各種各樣的優(yōu)點。行走機(jī)構(gòu)是特別扁平的且重量輕的、不易發(fā)生故障的、具有出色的可操縱性、速度比較快并且能夠爬越較小的障礙物和較劇烈的波狀起伏或凸臺。下文應(yīng)參照實施例對本發(fā)明及其優(yōu)點進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]為此在附圖中:
[0008]圖1為從上側(cè)觀察專門用于清潔平滑的、固定的表面的機(jī)器人的透視圖；[0009]圖2為從下側(cè)觀察機(jī)器人的透視圖；
[0010]圖3為用于吸附模塊的軌導(dǎo)向裝置的基本結(jié)構(gòu)；
[0011]圖4為從吸附模塊13內(nèi)側(cè)觀察該吸附模塊的透視圖；
[0012]圖5為從吸附模塊13外側(cè)觀察該吸附模塊的透視圖；
[0013]圖6為從下側(cè)觀察清潔機(jī)器人的俯視圖，其帶有均勻分布的吸附模塊；
[0014]圖7至圖10為不同的行走運行方式；
[0015]圖11為清潔機(jī)器人的俯視圖；
[0016]圖12為清潔機(jī)器人的側(cè)視圖；
[0017]圖13為清潔機(jī)器人連同從前側(cè)觀察的清潔儀器；
[0018]圖14為清潔機(jī)器人連同從前側(cè)觀察的行走機(jī)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0019]根據(jù)圖1示出的機(jī)器人例如適合于對建筑物的玻璃立面或其它固定的、平滑的、拱形的表面進(jìn)行清潔。為此它的行走機(jī)構(gòu)I以前置式方式承載清潔儀器2，該清潔儀器具有清潔刷3、防濺罩4、用于調(diào)節(jié)清潔刷3的高度的調(diào)節(jié)軸5，該調(diào)節(jié)軸由一個雙側(cè)支架6和多個支撐輪7抓握。經(jīng)由高柔性的多功能軟管8和行走機(jī)構(gòu)I來向清潔儀器2輸送清潔液。本發(fā)明的保護(hù)范圍包括:將一個另外的或其它的前置儀器連接到行走機(jī)構(gòu)I上來代替清潔儀器2，例如檢查相機(jī)或用于保養(yǎng)和維修作業(yè)的可遙控的機(jī)械手。
[0020]行走機(jī)構(gòu)I具有包括剛性的穿孔帶(Lochband)的承載架9。在該承載架9內(nèi)部固定有兩個組件10、11。第一組件10包含用于操作的、經(jīng)由天線12可遙控的裝置。多功能軟管8聯(lián)接在其上的第二組件11包含另外的用于運行的裝置。經(jīng)由多功能軟管8為行走機(jī)構(gòu)I供電、供氣和在清潔機(jī)器人的情況下附加地從適當(dāng)?shù)奈恢脼槠涮峁┣鍧嵰?。從第二組件11的分流接頭13起為吸附模塊14提供必要的介質(zhì)，對這些吸附模塊的設(shè)置結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和功能還將在下文作進(jìn)一步闡述。首先應(yīng)該提及的是:在行走機(jī)構(gòu)I中與機(jī)器人的行走面平行地裝配有兩個固定設(shè)置的并且各自封閉的軌導(dǎo)向裝置，沿著這兩個軌導(dǎo)向裝置，吸附模塊14相繼排列并如下地環(huán)繞運行，即，它們的相對行走面可上升和下降的吸盤15始終指向行走面。還將進(jìn)一步介紹的軌導(dǎo)向裝置包括帶有向外連接的圓弧導(dǎo)向裝置(Teilkreisfuehrung)的兩個彼此平行設(shè)置的直線導(dǎo)向裝置,所述圓弧導(dǎo)向裝置位于一個假想的全圓上，該全圓將包圍內(nèi)部的直線導(dǎo)向裝置。為了使機(jī)器人前進(jìn)或后退，只有在直線導(dǎo)向裝置上沿同一方向行走的吸盤15被自動控制地下降并被抽真空，而在圓弧導(dǎo)向裝置上行走的吸盤15則放氣和提升。反之為了使機(jī)器人沿順時針方向或逆時針方向旋轉(zhuǎn)，只有在圓弧導(dǎo)向裝置上沿同一方向行走的吸盤15被自動控制地下降并被抽真空，而在直線導(dǎo)向裝置上行走的吸盤15則放氣和提升。
[0021]圖2示出的是從下側(cè)觀察的清潔機(jī)器人。相同的構(gòu)件，如一貫在其它附圖中那樣，始終設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。吸附模塊14在其下側(cè)上承載有氣動操作的吸氣裝置作為吸盤15。作為備選，如果機(jī)器人在可磁化的表面上行走，那么可以為吸盤15設(shè)置小型的電磁體。
[0022]從圖3可以看出用于吸附模塊14的軌導(dǎo)向裝置的基本結(jié)構(gòu)。每個軌導(dǎo)向裝置包括一對U型軌16、17，這些U型軌豎直間隔開地構(gòu)成載有吸附模塊14的用于導(dǎo)向輥的導(dǎo)向裝置。U型軌16、17在直線導(dǎo)向裝置區(qū)段上延伸并且在圓弧的區(qū)段上相應(yīng)地彎曲，但是總體而言各自封閉。上部型軌16伴隨安裝有齒軌18，為了推進(jìn)吸附模塊14，還會闡述的吸附模塊14的齒輪嚙合到所述齒軌中。
[0023]圖4示出的是從內(nèi)側(cè)觀察單個的吸附模塊14的透視圖。支架19承載上部和下部成對的導(dǎo)向棍20,這些導(dǎo)向棍中的內(nèi)部的導(dǎo)向棍承載橡膠彈性的附加件(Ueberwurf)。導(dǎo)向輥20嵌接到型軌16、17中。另外，支架19承載用于嚙合到齒條18中的齒輪21，該齒輪由電動馬達(dá)22驅(qū)動。
[0024]圖5示出的是從外側(cè)觀察吸附模塊14的透視圖。由支架19承載的主軸23用于使吸盤15由行走面起無級地下降和上升。另外，在每個吸附模塊14中配置有一個電子部件24，該電子部件允許對每個吸附模塊14進(jìn)行單獨操控，而且既涉及吸附模塊14沿軌導(dǎo)向裝置的行駛也涉及吸盤15的上升和下降。介質(zhì)供應(yīng)軟管為了電子部件24、電動馬達(dá)22和吸盤14，目前構(gòu)造成吸氣盤(Saugfuss)而從行走機(jī)構(gòu)I的第二組件11的分流接頭13起引向每個吸附模塊14。
[0025]圖6示出的是清潔機(jī)器人的下側(cè)的俯視圖。從這個視圖中可以特別清晰地看到帶有型軌的兩個軌導(dǎo)向裝置，只能看到所述型軌中的下部型軌17。兩個內(nèi)部的軌導(dǎo)向裝置區(qū)段為了直行目的而相互平行地延伸，而兩個外部的軌導(dǎo)向裝置區(qū)段構(gòu)成一個全圓的圓弧，機(jī)器人可以圍繞這些圓弧旋轉(zhuǎn)。如下地選擇相互平行的軌導(dǎo)向裝置區(qū)段的彼此之間的距離，使得吸附模塊14的數(shù)量在直線的軌導(dǎo)向裝置區(qū)段上和在圓弧式的軌導(dǎo)向裝置區(qū)段上基本上均勻良好地分布，以便既保障安全的直線行走也保障安全的旋轉(zhuǎn)。另外，平行的軌導(dǎo)向裝置區(qū)段的彼此之間的距離還考慮到的是:機(jī)器人不能傾翻并且組件10、11為了扁平的結(jié)構(gòu)起見還配合在其間。圍繞圓弧區(qū)段的圓的直徑應(yīng)該如此大，使得行走機(jī)構(gòu)I為了安全行走而能夠容納足夠數(shù)量的吸附模塊14。另一方面，圍繞圓弧區(qū)段的圓的直徑不應(yīng)該超過清潔儀器2的寬度。
[0026]在實例中，在每個軌導(dǎo)向裝置上運行有二十個吸附模塊14，即，每個行走機(jī)構(gòu)I共計有四十個吸附模塊14，其中可看到支架18和吸盤15。在這個附圖中吸附模塊14彼此之間具有相同的距離。但是這對于行走面的行走來說并不總是有益的。
[0027]而圖7至10對運行方式加以闡述，在這些運行方式中，借助一個智能的計算機(jī)輔助控制系統(tǒng)使得各吸附模塊14至少部分不同地彼此間隔開，其中吸盤15的升程也可以彼此不同。
[0028]這樣有益于行走機(jī)構(gòu)I向前行走的是:按照圖7如此自動操控吸附模塊14，從而通過以下方式使得分別處在圓弧形的軌道區(qū)段上的、放氣的和從行走面上升起的吸附模塊14被向著在行走方向上位于前部的轉(zhuǎn)向點的方向緩沖，即，將它們相互間的距離保持得盡可能小。這是可能的，因為與前述現(xiàn)有技術(shù)不同，吸附模塊14不與環(huán)繞的牽引機(jī)構(gòu)同步運動，而是每個吸附模塊14根據(jù)本發(fā)明具有一個自己的、帶有電動馬達(dá)22的馬達(dá)驅(qū)動裝置。結(jié)果是在行走方向上位于前部的轉(zhuǎn)向點能夠被較快地越過，這有利于行走速度。對于返回的吸附模塊14而言，它們?yōu)榱死@過在行走方向上位于后部的轉(zhuǎn)向點所需的時間是第二位的，這是因為它們的吸盤15自動放氣和提升并且由此無助于行走。
[0029]圖8示出的是清潔儀器2向前行走的情況。同樣地，上升的吸附模塊14在此處有益地被向著在行走方向中位于前部的轉(zhuǎn)向點的方向緩沖。
[0030]看向圖面，對于根據(jù)圖9沿順時針方向的旋轉(zhuǎn)有益的是:放氣的且升起的吸附模塊14在直線導(dǎo)向區(qū)段上被朝向清潔儀器2的方向緩沖，并且再次面向圖面，對于根據(jù)圖10沿逆時針方向的旋轉(zhuǎn)有益的是:放氣的且升起的吸附模塊14在直線導(dǎo)向區(qū)段上被向著背向清潔儀器2的方向緩沖。
[0031]對作為下一個為了行走/旋轉(zhuǎn)需下降和需抽真空的吸附模塊14的準(zhǔn)備總是快于牽拉帶運動(Zugbandbewegung)的情況，因此機(jī)器人總體上能夠更快地行走和操縱。在此，借助微處理器全自動控制地實施吸附模塊14的緩沖，所述微處理器識別命令“前進(jìn)”、“后退”、“右轉(zhuǎn)”、“左轉(zhuǎn)”并且相應(yīng)地操控吸附模塊14的電動馬達(dá)22。
[0032]在傾斜地越過長形的障礙物如保持條、護(hù)條或類似物的情況下適宜的是:不在轉(zhuǎn)向點處全自動地緩沖吸附模塊14，而是根據(jù)相對障礙物的傾斜角在下述的吸附模塊14之間兩側(cè)錯開地緩沖，這些吸附模塊在平行的直線區(qū)段上運行，因此在被支起來(aufgesetzt)的吸附模塊14之間分別產(chǎn)生一個例如40mm的缺口。以這種方式可以毫無問題地且無需機(jī)器人上升地越過這樣的障礙物。安裝在機(jī)器人上的傳感器、如測距器或紅外線傳感器識別障礙物本身。
[0033]另外，機(jī)器人借助傳感器識別到行走面是平坦的、凸起的還是凹下拱形的還是此外波形的。為了在不平坦的行走面上也實現(xiàn)良好的行走結(jié)果，吸附模塊14的吸盤15可以被馬達(dá)無級地調(diào)節(jié)例如25mm。機(jī)器人的微處理器對傳感器信號進(jìn)行分析處理并且與行走面相匹配地、單獨地調(diào)節(jié)每個吸盤15的升程。這樣不會出現(xiàn)當(dāng)前用于使機(jī)器人運動的吸盤
15、即例如在直線行駛時那些在直線導(dǎo)向裝置上運行的吸盤15懸空或使機(jī)器人打滑。因此機(jī)器人始終向行走面施加足夠多的保持力。在實例中，保持力當(dāng)然還與吸力、行走面的情況和吸氣盤的結(jié)構(gòu)相關(guān)。用于吸盤15的無級的可變升程高度的自動控制也可以用于在直線行走和傾斜行走的情況下越過板條和類似的障礙物。
[0034]為了減輕重量和節(jié)省結(jié)構(gòu)材料，在實例中規(guī)定:每個吸附模塊14只用一臺電動馬達(dá)22來實現(xiàn)吸附模塊14沿導(dǎo)軌16、17的運動和吸盤15的升程。組合式行走和升程驅(qū)動通過電動馬達(dá)22、不可見的空心軸和主軸23連同從行走驅(qū)動到升程驅(qū)動的自動轉(zhuǎn)換裝置得以實現(xiàn)。每個吸附模塊14中的電子部件24與微處理器相互配合來對過程進(jìn)行詳細(xì)控制。
[0035]當(dāng)然作為備選可以為吸附模塊14的運動和吸盤15的上升和下降分別使用分開的致動器。這些致動器可以電磁地、氣動地或液壓地運行。
[0036]行走機(jī)構(gòu)I可以用于各種各樣的作業(yè)和施工情況。然而一種優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域是作為用于傾斜的和豎直的玻璃墻和金屬墻以及傾斜的、拱形的或不可行走的屋頂?shù)那鍧崣C(jī)器人的改型，其中氣控的吸氣裝置或電控的電磁體可以用作吸盤15。
[0037]圖11至14再次以清潔儀器2的從上側(cè)觀察的俯視圖、側(cè)視圖、正視圖和行走機(jī)構(gòu)I的正視圖示出一種這樣的清潔機(jī)器人。所有本發(fā)明的主要構(gòu)件已經(jīng)結(jié)合前面的附圖得到了闡述。由圖12和14可以看到特別是下降的和上升的吸盤15的排列設(shè)置。
[0038]附圖標(biāo)記列表
[0039]I機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)
[0040]2清潔儀器
[0041]3清潔刷
[0042]4防濺罩
[0043] 5調(diào)節(jié)軸[0044]6支架
[0045]7支撐輪
[0046]8多功能軟管
[0047]9承載架
[0048]10第一組件
[0049]11第二組件
[0050]12天線
[0051]13分流接頭
[0052]14吸附模塊
[0053]15吸盤
[0054]16軌導(dǎo)向裝置的上部導(dǎo)軌
[0055]17軌導(dǎo)向裝置的下部導(dǎo)軌
[0056]18齒軌
[0057]19支架
[0058]20導(dǎo)向輥
[0059]21齒輪
[0060]22電動馬達(dá)
[0061]23主軸
[0062]24電子部件
【權(quán)利要求】
1.用于機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)(I)，用于在平滑的、拱形的、固定的面上行走，該行走機(jī)構(gòu)包括兩個彼此鏡像對稱地且平行于行走面固定設(shè)置在行走機(jī)構(gòu)(I)中的且各自封閉的軌導(dǎo)向裝置，可控的吸附模塊(14)沿著這些軌導(dǎo)向裝置相繼排列地如此環(huán)繞運行，即，這些吸附模塊的能夠相對行走面上升和下降的吸盤(15)始終指向該行走面，其特征在于:各個吸附模塊(14)各自具有自己的可控的提升和行走驅(qū)動裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:每個吸附模塊(14)具有能夠由模塊自己的電動馬達(dá)(22)驅(qū)動的組合式提升和行走驅(qū)動裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:設(shè)置有用于每個單獨的吸附模塊(14)的從提升運行到行走運行的可自動控制的轉(zhuǎn)換裝置。
4.如前述權(quán)利要求之任一項所述的行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:為每個單獨的吸附模塊(14)設(shè)置無級的提升運行和行走運行。
5.如前述權(quán)利要求之至少一項所述的行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:行走機(jī)構(gòu)(I)的軌導(dǎo)向裝置包括兩個彼此平行設(shè)置的且?guī)в邢噙B的圓弧導(dǎo)向裝置的直線導(dǎo)向裝置，這些圓弧導(dǎo)向裝置位于一個假想的全圓上，該全圓包圍所述直線導(dǎo)向裝置。
6.如前述權(quán)利要求之至少一項所述的行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:只有吸附模塊(14)的在直線導(dǎo)向裝置上下降的且沿同一方向運行的吸盤(15)能夠?qū)崿F(xiàn)行走機(jī)構(gòu)(I)的直線行走(前進(jìn)、后退)，而只有吸附模塊(14)的在圓弧導(dǎo)向裝置上下降的且沿同一方向運行的吸盤(15)能夠?qū)崿F(xiàn)行走機(jī)構(gòu)(I)的旋轉(zhuǎn)(順時針方向、逆時針方向)。
7.如前述權(quán)利要求之至少一項所述的行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:軌導(dǎo)向裝置包括導(dǎo)軌(16，17)，為這些導(dǎo)軌伴隨安裝有齒軌(18)，吸附模塊(14)的由行走驅(qū)動裝置驅(qū)動的齒輪(21)嚙合到所述齒軌中。
8.如前述權(quán)利要求之任一項所述的行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:吸附模塊(14)借助吸力或電磁力粘附在行走面上。
9.如前述權(quán)利要求之任一項所述的行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:行走機(jī)構(gòu)(I)載有能夠遙控的行走面一清潔儀器(2)。
10.如前述權(quán)利要求之任一項所述的行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:行走機(jī)構(gòu)(I)單獨地或附加地載有能夠遙控的檢查儀器或能夠遙控的機(jī)械手。
【文檔編號】B62D57/024GK103987619SQ201280061524
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】A·尼德貝格爾 申請人:羅吉斯蒂克斯洗滌控股股份公司