DE202004003324U1

DE202004003324U1 - Robot foot with passive suction cups for climbing sloping smooth surfaces has pull tags on suction cups lifted together by pull mechanism

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Publication number: DE202004003324U1
Application number: DE200420003324
Authority: DE
Original assignee: UNIVERSITAETSKLINIKUM LUEBECK; Universitatsklinikum Luebeck
Current assignee: Universitaet zu Luebeck
Priority date: 2004-01-24
Filing date: 2004-01-24
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2014-01-25

Abstract

The climbing robot has a foot (2) with a number of passive suction cups (1) to fix the foot on a surface by mechanical pressure only. Each suction cup has a pull tag (3), and all tags are lifted to release the robot foot, via an axially moveable pull mechanism. Each foot has several small suction cups positioned so that the tags can be brought together at the smallest possible distance, so that the mechanism can work with a small stroke. A device measures adhesion force after every down movement of the foot, to correct adhesion threshold value and contact point.

Description

Kletterroboter sind Gegenstand aktueller Forschung und Entwicklung. Ihre Aufgaben sind ganz allgemein der Transport von Messeinrichtungen, Werkzeugen, Reinigungsgeräten etc. oder das Ausführen anderer Arbeiten an Gebilden, die sich aus mehreren beliebig zueinander geneigten, glatten und ebenen Flächen zusammensetzen. Derartige Gebilde sind typischerweise Räume, Gebäude bzw. Gebäudeteile wie etwa Gewächshäuser, Wintergärten und Fassaden oder Foyers von Hochhäusern sowie Tanks oder Reaktoren von Fernkraftwerken. Kletterroboter dienen dabei der ferngesteuerten, semiautonomen Unterstützung von Bedienern oder der vollautonomen Durchführung stupider Tätigkeiten insbesondere an größeren Gebilden oder in schwer zugänglichen Bereichen.Climbing robots are the subject of current research and development. Your tasks are generally transport of measuring devices, tools, cleaning devices etc. or the execution of others Work on structures that consist of several arbitrarily related to each other inclined, smooth and flat surfaces put together. Such structures are typically rooms, buildings or parts of buildings such as greenhouses, conservatories and Facades or foyers of high-rise buildings as well as tanks or reactors of long-distance power plants. Climbing robots are used the remote-controlled, semi-autonomous support of operators or the fully autonomous implementation stupid activities especially on larger structures or in hard to reach Areas.

Bei der Konzeption von Kletterrobotern sind zwei Probleme zu lösen: Wie kann der Roboter an beliebig geneigten, d.h. auch vertikalen und überhängenden Flächen, sicheren Halt finden („Haftung")? Wie bewegt sich der Roboter fort, und wie schafft der Roboter den Übergang von einer Fläche zu einer anderen, die durch Barrieren und/oder durch eine andere Neigung von der Fläche getrennt ist („Fortbewegung")? Letzteres betrifft beispielsweise auch den Wand-Decken-Übergang oder den Übergang von einer Seitenwand auf eine andere oder das Überqueren von Rahmen, kleineren Vorsprüngen oder Fugen und Nuten.When designing climbing robots there are two problems to be solved: How can the robot on any inclined, i.e. also vertical and overhanging surfaces, Find a secure hold ("liability")? How does it move the robot continues, and how does the robot make the transition from an area to another through barriers and / or through another Slope from the surface is separated ("locomotion")? for example, the wall-ceiling transition or the transition from one side wall to another or crossing frames, smaller ones projections or joints and grooves.

Der übliche Weg, das Haftungsproblem zu lösen, ist der Einsatz von Saugnäpfen [2,3] oder Ausgestaltung eines Teils des Roboters (i. d. R. des Rumpfes) als Saugglocke [1,4]. Die Evakuierung erfolgt aktiv durch Vakuumpumpen oder Venturi-Düsen. Leistungsfähige Vakuumpumpen erhöhen das Gewicht des Roboters ganz beträchtlich, während Venturi-Düsen relativ leicht ausgeführt werden können (siehe Vakuumtechnik von Piab, [6]). Durch den andauernden Luftstrom beim Evakuieren haben beide Varianten einen hohen Energieverbrauch und sind relativ laut. Das gilt ganz besonders für größere Saugglocken, und vor allem die Lärmbelästigung begrenzt die Anwendbarkeit solcher Roboter in Wohnbereichen.The usual way to solve the liability problem is to use suction cups [ 2 . 3 ] or design of a part of the robot (usually the fuselage) as a suction cup [ 1 . 4 ]. Evacuation is carried out actively by vacuum pumps or venturi nozzles. Powerful vacuum pumps increase the weight of the robot considerably, while venturi nozzles can be designed relatively easily (see vacuum technology from Piab, [ 6 ]). Due to the constant air flow during evacuation, both variants have a high energy consumption and are relatively loud. This is especially true for larger suction bells, and above all the noise pollution limits the applicability of such robots in living areas.

Konstruktionen, bei denen der Rumpf als Saugglocke ausgeführt ist [1,4], sind nicht in der Lage kleinere Barrieren zu überwinden bzw. auf eine anders geneigte Fläche zu wechseln, weit sich dabei ein zu großer Luftspalt unter der Maschine bildet, der den Unterdruck sofort zusammenbrechen lässt, so dass der Roboter unweigerlich abstürzt.Constructions in which the fuselage is designed as a suction cup [ 1 . 4 ], are not able to overcome smaller barriers or change to a differently inclined surface, as there is an excessive air gap under the machine, which can immediately break down the vacuum, so that the robot inevitably falls.

Zum Überwinden von Barrieren und zum Wechseln auf anders geneigte Flächen sind Konstruktionen erforderlich, die den Roboter alternativ mit mindestens zwei Haltesystemen („Füße") an einer Fläche halten können, wobei die Füße zueinander beweglich sein müssen. Solche Roboter sind bekannt und nutzen aktiv betriebene Saugnäpfe mit den oben beschriebenen Nachteilen [2,3,4].To overcome barriers and to switch to differently inclined surfaces, constructions are required which can alternatively hold the robot on one surface with at least two holding systems (“feet”), the feet having to be movable relative to one another. Such robots are known and use actively operated ones Suction cups with the disadvantages described above [ 2 . 3 . 4 ].

Meist wird ein Saugnapf pro Fuß verwendet, wodurch dieser groß und schwer wird. Die Evakuierung erfolgt relativ langsam, und es sind große, schwere Vakuumpumpen mit hohem Energieeinsatz nötig. Oder es werden kleine Saugnäpfe verwendet, die nur kleine Maschinen mit geringem Gewicht und einer geringen Nutzlast zulassen [3]. Außerdem haben die meisten Roboter mit Saugnäpfen nur eine geringe Kippstabilität, weil die Saugnäpfe die einzigen Aufstandsflächen des Roboters sind.Usually one suction cup is used per foot, which makes it big and heavy. Evacuation is relatively slow and large, heavy vacuum pumps with high energy consumption are required. Or small suction cups are used that only allow small machines with low weight and a low payload [ 3 ]. In addition, most robots with suction cups have little tilt stability because the suction cups are the only contact patches for the robot.

Der Fensterputzroboter Racoon [5] nutzt eine Mischung aus passiven und aktiven Saugnäpfen, um sich an einer Scheibe zu bewegen. Dazu besitzt er eine Kette, die mit passiven Saugnäpfen bestückt ist, um sich durch das Antreiben dieser Kette geradlinig fortzubewegen. Bei dieser Kette werden die Saugnäpfe durch eine Vorzugslage in Bewegungsrichtung angedrückt, während die Saugnäpfe auf der anderen Seite durch das Weiterdrehen der Kette abgezogen werden. Wegen der schlupffreien Haftung der Saugnäpfe ist ein Drehen des Roboters nicht möglich. Deshalb verfügt Racoon des weiteren über vier starr miteinander verbundene Füße, die mit aktiven Saugnäpfen bestückt sind und ausgefahren werden, um die Kette mit den Saugnäpfen ganz von der Scheibe zu lösen. Sie wird dann in die neue Fortbewegungsrichtung gedreht und wieder angedrückt. Die Füße werden daraufhin wieder eingezogen, um die Maschine in der neuen Richtung weiter zu bewegen. Racoon ist ebenfalls nicht in der Lage, sich über kleine Barrieren hinweg zu bewegen oder auf eine anders geneigte Fläche zu wechseln. Er hat also eine stark eingeschränkte Beweglichkeit. Außerdem ist der mechanische Aufbau relativ komplex und schwer.The window cleaning robot Racoon [ 5 ] uses a mix of passive and active suction cups to move around a window. He also has a chain that is equipped with passive suction cups so that it can be moved in a straight line by driving this chain. In this chain, the suction cups are pressed in the preferred direction in the direction of movement, while the suction cups on the other side are pulled off by turning the chain further. Because of the slip-free adhesion of the suction cups, the robot cannot be turned. That is why Racoon also has four rigidly connected feet, which are equipped with active suction cups and are extended to completely detach the chain with the suction cups from the disc. It is then turned in the new direction of travel and pressed again. The feet are then retracted to continue moving the machine in the new direction. Racoon is also unable to move over small barriers or change to a different inclined surface. So he has a very limited mobility. In addition, the mechanical structure is relatively complex and difficult.

Ein Reinigungsroboter für geneigte und glatte Flächen, der allein mit passiven Saugnäpfen als Füßen ausgestattet ist, wird in der DE 199 O7 437 A1 vorgestellt. Die Fortbewegung erfolgt dort über die Hin- und Hetbewegung einer Zentraleinheit in einem Halterahmen. Der Halterahmen weist eine Mehrzahl kleinerer Saugnäpfe auf, die den Roboter hatten, während sich die Zentraleinheit z.B. mit einem Wischerblatt über die unterliegende Scheibe bewegt. Dann fährt die Zentraleinheit einen größeren Mittelfuß mit Saugnapf aus, löst die Rahmenfüße durch Kraftaufwand und setzt sie an anderer Stelle wieder auf. Da der beschriebene Roboter mindestens zeitweise nur von einem Saugnapf gehalten wird, ist das Überwinden selbst kleinerer Hindernisse problematisch und in der Anwendung auch nicht vorgesehen. Der Wechsel auf anders geneigte Flächen ist autonom unmöglich. Über Gewicht und Energiebedarf des Roboters werden keine Angaben gemacht, ebenso wenig wie über die maximale Neigung, die der Roboter bewältigen kann.A cleaning robot for inclined and smooth surfaces, which is only equipped with passive suction cups as feet, is used in the DE 199 O7 437 A1 presented. The movement takes place there via the back and forth movement of a central unit in a holding frame. The holding frame has a plurality of smaller suction cups that the robot had while the central unit is moving, for example with a wiper blade, over the underlying pane. Then the central unit extends a larger metatarsus with a suction cup, releases the frame feet by exerting force and puts them on again at another point. Since the robot described is at least temporarily held by only one suction cup, overcoming even small obstacles is problematic and is also not intended for use. Switching to differently inclined areas is autonomously impossible. No information is given about the weight and energy requirements of the robot, nor about the maximum inclination that the robot can handle.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Roboterfuß für Kletterroboter anzugeben, der eine starke Haftung des Roboters gewährleistet, ohne dass große mechanische Kräfte zum Ablösen des Fußes bei der Fortbewegung erforderlich sind.It is the object of the invention to provide a robot foot for climbing robots, which ensures a strong adhesion of the robot without large mechanical forces for detaching the foot are required when getting around.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Roboterfuß mit den Merkmalen des 1. Anspruchs. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.The task is solved by a robot foot with the features of the first claim. The subclaims give advantageous refinements on.

Beispielhaft wird zudem ein Roboter beschrieben, der mit zwei erfindungsgemäßen Roboterfüßen ausgestattet ist. Das Beispiel dient der Erläuterung, wie der Roboter weitgehend beliebige Hindernisse überqueren und zwischen zueinander geneigten Flächen wechseln kann. Ein solcher Roboter ist Stand der Technik, allerdings mit aktiven Saugnäpfen als Füßen, was die oben genannten Nachteile mit sich bringt.A robot is also an example described, equipped with two robot feet according to the invention is. The example serves to explain how the robot largely cross any obstacles and can switch between mutually inclined surfaces. Such a Robot is state of the art, but with active suction cups as Feet what brings the disadvantages mentioned above.

Die Erfindung wird anhand folgender Abbildungen erläutert. Dabei zeigt:The invention is based on the following Illustrations explained. It shows:

1 einen passiven Saugnapf mit Ablöselasche (a) und mit Hebel (b); 1 a passive suction cup with release tab (a) and with lever (b);

2 die Unterseite eines Roboterfußes mit drei (a) oder vier (b) nebeneinander angeordneten Saugnäpfen; 2 the bottom of a robot foot with three (a) or four (b) suction cups arranged side by side;

3 den Prinzipaufbau eines Kletterroboters mit passiven Saugfüßen in Seitenansicht (a) und in Draufsicht (b). 3 the basic structure of a climbing robot with passive suction feet in side view (a) and in top view (b).

Die Bezugszeichen bedeuten im Einzelnen

1: passiver Saugnapf
2: Roboterfußsohle
3: Ablöselasche
4: Hubmechanismus
5: Rumpf
6: Drehachse vertikal
7: Drehachse horizontal
8: Antriebsmotor vertikal
9: Antriebsmotor horizontal

The reference symbols mean in detail

1: passive suction cup
2: Roboterfußsohle
3: peel tab
4: lifting mechanism
5: hull
6: Vertical axis of rotation
7: Horizontal axis of rotation
8th: Drive motor vertical
9: Drive motor horizontal

Das Problem der Haftung bei geringem Energieverbrauch und Eigengewicht wird mittels passiver Saugnäpfe 1 gelöst. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass die Haftkräfte nach dem Andrücken größer sind als die Andruckkräfte, weil für das Andrücken nur die Elastizität des Saugnapfmaterials überwunden werden muss, während die Haftkräfte von der wirksamen Saugnapffläche und dem erzielten Unterdruck abhängen. Durch kleine Leckagen kann die Haftung und Tragfähigkeit nachlassen, was aber – verglichen mit der Aufsetzdauer eines Fußes – erst nach einer langen Zeit erfolgt.The problem of liability with low energy consumption and dead weight is solved by means of passive suction cups 1 solved. The effect is exploited that the adhesive forces after pressing are greater than the pressing forces, because only the elasticity of the suction cup material has to be overcome for the pressing, while the adhesive forces depend on the effective suction cup surface and the negative pressure achieved. Small leaks can reduce the grip and load-bearing capacity, but this only takes a long time compared to the length of time a foot is placed on.

Weil beim Ablösen der typisch passiven Saugnäpfe 1 normalerweise recht große Kräfte nötig sind, die den Roboter entsprechend stark mechanisch belasten, z.B. verwinden, ist endungsgemäß die Verwendung von passiven Saugnäpfen 1 mit Ablöseunterstützung 4 vorgesehen. Dies sind Saugnäpfe 2, bei denen die Ablösekräfte dadurch reduziert werden, dass am Saugnapf 1 eine Zuglasche 3 angebracht ist, die zum Ablösen hoch gezogen wird, so dass Luft unter den Saugnapf 1 strömen kann (1) und der Roboterfuß mit geringer Energie von der Haltefläche gelöst werden kann.Because when you remove the typically passive suction cups 1 Normally, quite large forces are required, which put a correspondingly high mechanical load on the robot, for example twisting, the end use of passive suction cups 1 with transfer support 4 intended. These are suction cups 2 , in which the release forces are reduced by the fact that the suction cup 1 a pull tab 3 is attached, which is pulled up to release, so that air under the suction cup 1 can flow ( 1 ) and the robot foot can be detached from the holding surface with little energy.

Diese Variante hat den Vorteil, dass für den Andrückvorgang keine Mechanik involviert ist, da das Andrücken allein durch den Fortbewegungsmechanismus erfolgen kann.This variant has the advantage that for the pressing process no mechanism is involved, since the pressure is exerted solely by the locomotion mechanism can be done.

Lediglich zum Ablösen des Saugnapfes 1 ist ein Zugmechanismus 4 vorzusehen, der die Lasche des Saugnapfes 1 zieht. So muss nur beim Ablösen zusätzlich Energie aufgebracht werden.Only to remove the suction cup 1 is a pull mechanism 4 provide the the tab of the suction cup 1 draws. This means that additional energy only has to be applied when detaching.

Ebenso ist erfindungsgemäß vorgesehen, mehrere kleinere passive Saugnäpfe pro Fuß 2 nebeneinander – bzw. bezogen auf eine vertikale Lauffläche übereinander – anzuordnen, um so den wirksamen Hebel zu vergrößern und größere Kippmomente aufnehmen zu können. Dabei ist es sinnvoll, bevorzugt die oberen Saugnäpfe aktiv anzudrücken, weil die unteren Saugnäpfe bei der Kraftverlagerung auf den gerade angedrückten Fuß automatisch passiv durch Kippmomente auf Grund der Schwerkraft angedrückt werden. So werden die von dem Roboter aufzubringenden Andruckkräfte effektiver genutzt, wodurch kleinere, interne Kräfte nötig sind. Die passiven Saugnäpfe mit Ablöselaschen 3 sollen zudem so auf der Sohlenseite des i. a. runden Roboterfußes 2 nebeneinander angeordnet sein, dass die Ablöselaschen 3 aufeinander zu in Richtung des Fußzentrums ausgerichtet sind. In 2 sind Roboterfußsohlen 2 zu sehen mit darauf befestigten Saugnäpfen 1 und Ablöselaschen 3 . Vorteilhafterweise sind die Laschen miteinander verbunden und werden durch einen zentral angeordneten Hubmechanismus (vorzugsweise ein Elektromotor oder Hubmagnet) im Schaft des Fußes gemeinsam angehoben, sobald die Steuereinheit des Roboters einen entsprechenden Befehl an den Fuß erteilt. Auf diese Weise wird die Ablösung des ansonsten sehr fest haftenden Fußes mit einem Minimum an Energieaufwand erreicht.Likewise, the invention provides for several smaller passive suction cups per foot 2 to be arranged next to each other - or with respect to one another on a vertical running surface - in order to increase the effective lever and to absorb larger tilting moments. It makes sense to press the upper suction cups actively because the lower suction cups are automatically passively pressed by the moment of gravity due to the tilting moment when the force is shifted onto the foot that has just been pressed on. In this way, the pressure forces to be applied by the robot are used more effectively, which means that smaller internal forces are required. The passive suction cups with release tabs 3 should also be on the sole side of the generally round robot foot 2 be arranged side by side that the release tabs 3 are aligned towards each other in the direction of the center of the foot. In 2 are robot soles 2 to see with suction cups attached 1 and release tabs 3 , The tabs are advantageously connected to one another and are raised together by a centrally arranged lifting mechanism (preferably an electric motor or lifting magnet) in the shaft of the foot as soon as the control unit of the robot issues a corresponding command to the foot. In this way the detachment of the otherwise very firmly adhering foot is achieved with a minimum of energy expenditure.

Drei Saugnäpfe pro Fuß garantieren für eine ausreichende Stabilität sowohl bei Kipp- als auch bei Schwenkbewegungen. Gegenüber vier oder mehr Saugnäpfen haben drei den Vorteil, dass die Zuglaschen mit kurzer Entfernung zusammengeführt werden können (2a im Vergleich zu 2b) und dadurch kann der Zugmechanismus effektiver, d.h. mit kleinerem Hub arbeiten und diese Roboterfußausführung liefert in der Haftstellung ein statisch bestimmtes System.Three suction cups per foot guarantee sufficient stability for both tilting and swiveling movements. Compared to four or more suction cups, three have the advantage that the pull tabs can be brought together at a short distance ( 2a compared to 2 B ) and thus the pulling mechanism can work more effectively, ie with a smaller stroke, and this robot foot design delivers a statically determined system in the detention position.

Als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Roboterfußes 2 empfiehlt es sich, diesen mit geeigneter Sensorik auszustatten, um Signale für die Steuereinheit des Roboters zu gewinnen. Vorzugsweise wird man hierfür Ultraschall- und/oder Infrarot-Abstandsmesser einsetzen, wobei eine Kombination beider Messverfahren hinsichtlich Genauigkeit und Verlässlichkeit besonders zu bevorzugen ist. Die Sensoren sollten im Wesentlichen parallel zur Sohle des Roboterfußes i ausgerichtet sein, so dass der Fuß 2 unmittelbar vor dem Aufsetzen auf die Fläche die seitliche Umgebung des Aufsetzpunktes sehen kann. Auf diese Weise kann der Roboter eine Vorauswahl für einen hindernisfreien Haltepunkt ermitteln. Zusätzliche Sensoren, die direkt auf die Fläche gerichtet sind, können die Flächenmorphologie, z.B. vorstehende Rahmen, vorab ergründen, um Ausweichmanöver einzuleiten. Ebenso gut lässt sich aber der Roboterfuß 2, der ohnehin um mindestens zwei Achsen gegenüber dem Roboterkörper 5 verdrehbar angeordnet ist (siehe Beispiel unten), auch über der Aufsetzstelle zunächst etwa um 90° oder auch fortlaufend kreisend verschwenken. Dadurch werden die eigentlich seitwärts blickenden Sensoren auf den Untergrund gerichtet, was zusätzliche Sohlensensoren überflüssig macht.As an advantageous embodiment of the robot foot according to the invention 2 it is advisable to equip it with suitable sensors to obtain signals for the control unit of the robot. Ultrasonic and / or infrared distance meters are preferably used for this, a combination of the two measuring methods being particularly preferred in terms of accuracy and reliability. The sensors should be aligned essentially parallel to the sole of the robot foot i, so that the foot 2 immediately before touching down on the surface, the lateral surroundings of the touchdown point tes can see. In this way, the robot can determine a pre-selection for an obstacle-free stop. Additional sensors, which are aimed directly at the surface, can fathom the surface morphology, eg protruding frames, in order to initiate evasive maneuvers. The robot foot can also be used just as well 2 , which is about at least two axes in relation to the robot body 5 is rotatably arranged (see example below), also initially pivot about 90 ° or continuously over the attachment point. As a result, the sensors that actually look sideways are directed towards the ground, which makes additional sole sensors unnecessary.

Es ist ferner vorteilhaft, einen Berührungsschalter (Bumper) in den Roboterfuß 2 zu integrieren, der eine mechanisch erzwungene Verkippung des Fußes 2 gegen seine Sollausrichtung feststellen kann. Sollte der Fuß 2 gegen ein Hindernis stoßen, dass die übrige Sensorik nicht erkannt hat, so kann hierdurch eine Beschädigung vermieden werden. Im Übrigen ist ein solcher Berührungsschalter auch die einfachste Form der Sensorik, mit der ein Roboter betrieben werden könnte, wenn man auf alle anderen Sensoren verzichten will oder muss. Das Aufsuchen neuer Aufsetzstellen lässt sich dann immer noch durch „blindes Tasten" mit einem Trial-and-Error Verfahren realisieren.It is also advantageous to have a touch switch (bumper) in the robot base 2 to integrate a mechanically forced tilt of the foot 2 can determine against its target orientation. Should the foot 2 encountering an obstacle that the rest of the sensor system has not recognized, this can prevent damage. Incidentally, such a touch switch is also the simplest form of sensor technology with which a robot could be operated if one wants or has to do without all other sensors. The search for new attachment points can then still be implemented by “blind touching” using a trial and error process.

Die folgenden Anmerkungen betreffen die Verwendung der erfindungsgemäßen Roboterfüße an einem Kletterroboter, wie er exemplarisch unten beschrieben wird. Die Robotersteuerung sollte der Tatsache, dass passive Saugnäpfe benutzt werden, wie folgt Rechnung tragen:The following comments concern the use of the robot feet according to the invention on one Climbing robot as described below as an example. The Robot control should take into account the fact that passive suction cups are used will take into account as follows:

Voraussetzung für die Verwendbarkeit des erfindungsgemäßen Roboterfußes 2 mit passiven Saugnäpfen 1 und intelligenter Sensorik ist natürlich, dass die Untergrundfläche über hinreichend glatte und staubfreie Areale verfügt. In dieser Hinsicht sind die Anforderungen etwas höher als bei aktiv evakuierten Saugnäpfen, insbesondere wenn die passiven Saugnäpfe 1 für längere Zeit haften müssen. Das ist z.B. der Fall, wenn der Roboter an einer Stelle stehen bleiben soll.Prerequisite for the usability of the robot foot according to the invention 2 with passive suction cups 1 and intelligent sensor technology, it is natural that the surface has sufficiently smooth and dust-free areas. In this regard, the requirements are somewhat higher than with actively evacuated suction cups, especially when the passive suction cups 1 have to stick for a long time. This is the case, for example, if the robot is to stop at one point.

Beim Betrieb eines Roboters mit passiven Saugnapf-Füßen ist es daher vorteilhaft, auf der Stelle stehend die Füße wechselseitig anzudrücken (ohne sie abzulösen). Dadurch wird im Bereich unter den Saugnäpfen die Luft jedes Mal erneut herausgedrückt, so dass kleine Leckagen kompensiert werden, bevor der Unterdruck auf ein kritisches Maß gesunken ist.When operating a robot with passive suction cup feet it is therefore advantageous to stand the feet alternately on the spot to press (without relieving them). This means that the air in the area under the suction cups is always fresh pushed out so that small leaks are compensated for before the vacuum dropped to a critical level is.

Passive Saugnäpfe haften ebenso wenig wie aktive auf Fugen, z.B. auf einer gefliesten Wand. Während dies bei aktiven Saugfüßen z.B. dadurch feststellbar ist, dass sich kein ausreichender Unterdruck beim Evakuieren einstellt, sollte man bei passiven Füßen vorzugsweise die Haftung unmittelbar nach dem Aufsetzen durch einen Abtupftest überprüfen. Dazu wird nach dem Andrücken eines Fußes i durch kurzzeitiges Ziehen versucht, den Fuß abzuheben, ohne den Ablösemechanismus zu betätigen. Gelingt dies nicht mit einem vorab eingestellten Kraftaufwand, so gilt der Fuß als haftsicher.Passive suction cups are no more liable than active ones on joints, e.g. on a tiled wall. While this is the case with active suction feet e.g. it can be determined that there is no sufficient negative pressure should be adjusted when evacuating, preferably with passive feet Check the adhesion immediately after putting it on with a swab test. To will after pressing one foot i tries to lift the foot by pulling it briefly without the release mechanism to operate. Succeed if this is not done with a previously set force, the Foot as way safely.

Beispielexample

Im Folgenden wird eine der einfachsten denkbaren Ausführungen eines Kletterroboters mit zwei erfindungsgemäßen Roboterfüßen vorgestellt, wobei diese zueinander in mehreren Freiheitsgraden beweglich sind.The following is one of the simplest conceivable versions of a climbing robot with two robot feet according to the invention, wherein these are mutually movable in several degrees of freedom.

Die in 3 gezeigte Konstruktion verfügt über zwei Füße 2 mit passiven Saugnäpfen 1, die jeweils einzeln den gesamten Roboter in jeder beliebigen Stellung halten können und jeweils die zwei Freiheitsgrade Kippen und Schwenken relativ zum Rumpf aufweisen. Dabei steht die Drehachse 6 zum Schwenken eines Fußes 2 mittig und senkrecht zum Fuß, während die Drehachse 7 zum Kippen eines Fußes 2 oberhalb des Fußes liegt. So kann sich der Roboter auf mehrere Arten fortbewegen:In the 3 shown construction has two feet 2 with passive suction cups 1 , which can hold the entire robot individually in any position and each have the two degrees of freedom tilting and swiveling relative to the fuselage. The axis of rotation is here 6 for swinging a foot 2 centered and perpendicular to the foot, while the axis of rotation 7 for tilting one foot 2 lies above the foot. So the robot can move in several ways:

Überschlag: Nachdem ein Fuß 2 abgelöst wurde, kippt der Roboter in Rumpfrichtung über den haftenden Fuß und kippt den schwingenden Fuß während der Überschlagsbewegung so, dass er wieder nahezu waagerecht aufsetzt und wie oben beschrieben angedrückt wird. Der vormals haftende Fuß wird abgelöst und der Rumpf 5 erneut übergeschlagen usw. Bei einer Überschlagsbewegung kann natürlich auch gleichzeitig eine Schwenkbewegung (des haftenden Fußes) durchgeführt werden, um den Roboter in eine andere Richtung auszurichten.Rollover: Having a foot 2 has been detached, the robot tilts over the adhesive foot in the direction of the trunk and tilts the swinging foot during the rollover movement so that it touches down almost horizontally and is pressed on as described above. The previously adhering foot is removed and the trunk 5 overturned again, etc. With a rollover movement, a swiveling movement (of the adhesive foot) can of course also be carried out at the same time in order to align the robot in a different direction.

Seitenschlag: Nach dem Ablösen und leichten Anheben eines Fußes ₂ , wird der Rumpf 5 seitlich um den haftenden Fuß geschwenkt, bis der Roboter in die Richtung zeigt, in der er sich weiter fortbewegen soll. Dann wird der schwingende Fuß angedrückt und der vormals haftende Fuß nach dem Ablösen geschwenkt.Lateral blow: after detaching and slightly lifting one foot ₂ , the fuselage 5 swiveled sideways around the adhesive foot until the robot points in the direction in which it should continue to move. Then the swinging foot is pressed on and the formerly adhering foot is pivoted after detachment.

Übergang auf eine anders geneigte Fläche (z.B. Wand-Decke-Übergang): Der Roboter bewegt sich auf eine der genannten Weisen bis an die Knickstelle zwischen den beteiligten Flächen. Die Bewegung erfolgt nun durch Überlagerung der Kipp- und Schwenkbewegung beider Füße so, dass der schwingende Fuß, der den Untergrund messtechnisch abscannt, wieder möglichst waagerecht auf die neu zu betretende Fläche aufsetzt und angedrückt werden kann.crossing on a differently inclined surface (e.g. Wall-ceiling junction): The robot moves up to the in one of the ways mentioned Kink between the areas involved. The movement takes place now by overlay the tilting and swiveling movement of both feet so that the swinging Foot the scanned the surface using metrology, again as horizontally as possible on the new area to be entered put on and pressed can.

Überwinden von Barrieren: Das Überwinden von Barrieren erfolgt nahezu analog zum Übergang auf anders geneigte Flächen. Hierbei wird der Roboter zunächst analog zum Übergang auf eine anders geneigte Fläche an die Barriere herangeführt und überwindet diese in einem Schritt. Überstehende Barrieren wie Rahmen etc. werden per Überschlag überwunden, während Nuten o. ä. auch per Seitenschlag überwunden werden können. Dabei müssen die Flächen auf beiden Seiten der Barriere nicht notwendigerweise in einer Ebene liegen. Der Abstand der Füße 2 muss mindestens so groß sein wie die größte Breite einer Barriere und der Abstand zwischen Rumpf 5 und Untergrund muss größer sein als die größte Höhe einer zu überwindenden Barriere.Overcoming barriers: Overcoming barriers is almost analogous to the transition to differently inclined surfaces. Here, the robot is first introduced to the barrier analogous to the transition to a differently inclined surface and overcomes it in one step. Protruding barriers such as frames etc. are overcome with a rollover, while grooves or the like can also be overcome with a lateral rollover. The areas on both sides of the barrier are not necessary conveniently lie in one plane. The distance of the feet 2 must be at least as large as the greatest width of a barrier and the distance between the fuselage 5 and underground must be greater than the greatest height of a barrier to be overcome.

Es empfiehlt sich für alle Bewegungsarten, dass der jeweils schwingende Fuß frei elastisch beweglich ist, damit er sich beim Aufsetzen passiv auf die Neigung der zu betretenden Fläche ausrichten kann, bevor er fixiert wird. Außerdem ist es sinnvoll, ein Überstrecken der Füße konstruktiv vorzusehen, damit der Roboter auch auf abkippende Flächen oder Absatzerhöhungen steigen kann.It is recommended for all types of movement that the swinging foot is free is flexibly movable so that it can passively rest on the Inclination of the area to be entered can align before it is fixed. It also makes sense to overstretch the feet constructive to be provided so that the robot also climbs on tipping surfaces or increases in sales can.

QuellenverzeichnisReferences

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[6] http://www.piab.com/de/Products/Pumps/Introduction.asp

Claims

Robot foot ( 2 ) for climbing robots ( 5 ) for locomotion on any inclined, smooth surfaces, which with a number of passive suction cups ( 1 ) that the robot foot ( 2 ) only fix on the floor surface by mechanical pressure while moving. is characterized in that the suction cups ( 1 ) with a pull tab ( 3 ) are provided, and an axially movable, the pull tab ( 3 ) lifting mechanism to release the robot foot ( 4 ) is provided.

Robot foot ( 2 ) according to claim 1 characterized by several small suction cups ( 1 ) per foot ( 2 ) which are attached in such a way that the pull tabs are brought together with the shortest distance ( 2a ) to the train mechanism ( 4 ) to work with the smallest stroke.

Robot foot ( 2 ) according to claim 1 and 2 characterized by means for measuring the adhesive force after each placement of the robot foot ( 2 ) to evaluate the holding threshold value and, if necessary, to correct the touchdown point in order to ensure the holding, tilting and stability of the robot foot ( 2 ) during the entire climbing phase.

Construction ( 5 ) with two robot feet ( 2 ) according to claim 1 to 3, characterized in that the axis of rotation ( 6 ) to swivel a foot ( 2 ) in the middle and perpendicular to the foot ( 2 ) is arranged, and the axis of rotation ( 7 ) to tilt one foot ( 2 ) above the foot ( 2 ) lies so that the robot can move three-dimensionally.

Robot foot ( 2 ) according to claim 1 to 3, characterized in that it is freely elastically movable in the non-attached state (constantly swings) so that it can passively adapt to the inclination of the surface to be stepped on before it is fixed.

Robot foot ( 2 ) according to claims 1 to 3 and 5 characterized by a constructive mechanism which prevents the robot foot from being extended ( 2 ) enables the robot to climb onto tipping surfaces and sales increases.