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Die
Erfindung/Neuerung betrifft eine mobil im Gelände einsetzbare
Robotereinheit bestehend aus wenigstens zwei selbständig
steuerbaren, getrennt mobilen Einzelrobotern, die jeweils eine Basisplattform mit
zumindest einem Modul aufweisen und physisch aneinander koppelbar
sind.
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Aus
dem Stand der Technik sind Robotereinheiten, die physisch verbindbar
ausgebildet sind, bekannt vgl. beispielsweise die Publikation „Swarm
Robotics: Self, Assembly, Physical Configuration, and 1st Control"
von Kwang Hyun Yoo et al veröffentlicht an der SICE-ICASE
International Join Conference 2006. In diesem Aufsatz wird
ein natürlicher Mechanismus zum Aneinanderkoppeln zweier
Roboter beschrieben. Der zusammengesetzte oder vereinzelte Roboter
hat Vorteile wie unterschiedliche Bewegungseigenschaften und effektive
Adapterfähigkeiten zu seiner Umwelt, die mit Hilfe von
in ihm integrierten Technologien betreffend die Sicht oder die Sensorik
realisiert sein können.
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Der
Erfindung/Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus wenigstens
zwei selbständig steuerbaren einzelnen Robotern bestehende
Robotereinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches
1 derart weiterzubilden, dass die Applikationsmöglichkeiten
der Robotereinheit erweitert werden, ohne dafür neue spezifisch
auf die Anwendung ausgelegte Robotersysteme entwickeln zu müssen.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Robotereinheit derart auszubilden,
dass selbst wenn wichtige Systemkomponenten eines Einzelroboters ausfallen,
der Einzelroboter dadurch nicht im „Feindesland" verloren
ist bzw. nicht durch Menschen geborgen werden muss.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen 2 bis 14.
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Als
Kern der Erfindung wird es angesehen, dass jeder der wenigstens
beiden mobilen Einzelrobotern eine Schnittstelle aufweist, die mit
einer kompatiblen Schnittstelle eines wenigstens anderen Einzelroboters
koppelbar und zum gegenseitigen Datenaustausch und zur Informationsübermittlung
einsetzbar ist, wobei Module einer Basisplattform durch Steuerbefehle
einer gekoppelten weiteren Basisplattform steuerbar sind. Dadurch
wird es ermöglicht, dass zwei oder mehrere Roboter, die
nicht nur physisch miteinander verbunden sind, sondern darüber hinaus
in der Lage sind, eine neue Einheit zu bilden, mit dieser Einheit
ein erweitertes Spektrum an Fähigkeiten umfasst. Ferner
lassen sich über die an den Robotern angeordneten kompatiblen
Schnittstellen (Hard- und Software) nicht nur verschiedene Module an
einen spezifischen Roboter anbringen, sondern die Module können über
die verschiedenen Robotersysteme hinweg getauscht werden, so dass
eine Vielzahl von unterschiedlichen Robotern mit einer relativ begrenzten
Anzahl von Modulen realisiert werden kann.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die wenigstens
zwei Einzelroboter mit unterschiedlichen Modulen ausgerüstet
sind. Damit wird es ermöglicht, dass die zuerst einzeln
agierenden Roboter je nach ihrer Ausrüstung bestimmte Aufgaben
bewältigen können und in ihrem zusammengesetzten
Zustand durch aus den Ausrüstungsgegenständen
Modulen/Modulkombinationen resultierenden Synergien neue vorteilhafte
Fähigkeiten besitzen.
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Wenn
die wenigstens zwei Roboter mit zumindest zwei gleichen oder ähnlichen
Modulen ausgerüstet sind, wird es ermöglicht,
dass bei Beschädigung eines Moduls eines der Roboter durch
die Fusion der beiden Roboter die Funktion des defekten Moduls des
ersten Roboters durch das gleiche oder ähnliche Modul des
zweiten Roboters übernommen werden kann. Durch diese Parallelschaltbarkeit
bestimmter Module innerhalb der zusammengesetzten Robotereinheit
wird die Zuverlässigkeit erhöht, da die Anfälligkeit
der Gesamtrobotereinheit auf Defekte innerhalb ihrer Module (beispielsweise
durch Feindbeschuss) verringert wird und die Einsatzfähigkeit
des Roboters nicht zwangsläufig gefährdet ist.
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Wenn
die Schnittstelle nach Art einer Plug-and-Plag Schnittstelle ausgebildet
ist, hat es den Vorteil, dass sowohl die mechanische Verbindung,
als auch die Verbindung und die Synchronisation auf Software-Ebene
fehlerunanfällig ausgestaltet ist und sowohl die Zuverlässigkeit
als auch die Handhabbarkeit des Gesamtsystems positiv beeinflusst wird.
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Bevorzugt
weist der Einzelroboter zumindest einen Aufnahmebereich zur Aufnahme
eines weiteren Roboters auf. Dieser Aufnahmebereich kann beispielsweise
durch eine im Wesentlichen entsprechend der Grobkontur des einzusetzenden
Roboters ausgestaltete Ausnehmung des ersten Roboters sein. Darüber
hinaus kann ein derartiger Aufnahmebereich starre oder bewegbare
Auffahrrampen oder als „Kran" fungierende Roboterarme umfassen,
welche den einzusetzenden Roboter den Weg in den Aufnahmebereich
ermöglichen oder dessen Transport in den Aufnahmebereich
tätigen. Insbesondere, wenn der einzusetzende Roboter von
sich allein in den Aufnahmebereich gelangen kann, hat dies den Vorteil,
dass selbst wenn die Elemente des zweiten Roboters defekt sind,
welche den Transport des ersten Roboters in den Aufnahmebereich
unterstützen, trotzdem ein gegenseitiger Datenaustausch
zur Informationsübermittlung vollzogen werden kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind im physisch zusammengesetzten
Zustand der Einzelroboter sämtliche Module beider Roboter
durch wenigstens eine Steuereinheit eines der beiden Roboter ansteuerbar.
Dies ermöglicht selbst bei einem Defekt der Steuer- und
Regeleinheit eines Roboters die Ansteuerung dessen Module über
die Steuer- und Regeleinheit des zweiten Roboters.
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Im
Sinne einer Zusatzfunktion kann vorgesehen sein, dass eine Befehlseingabeeinheit
Eingabeelemente für die Steuerung aller Module wenigstens zweier
zusammengesetzter Einzelroboter aufweist. Somit kann über
eine Befehlseingabeeinheit sowohl der einzelne als auch der zusammengesetzte
Roboter bedient werden. Dies entbehrt eine separate Befehlseingabeeinheit
für den zusammengesetzten Zustand. In diesem Zusammenhang
ist es vorteilhaft, wenn im zusammengesetzten Zustand der Einzelroboter
dem Bediener der Roboter eine auf den zusammengesetzten Zustand
spezifizierte Benutzeroberfläche bereitgestellt wird. Eine
derartige Benutzeroberfläche kann beispielsweise eine graphisch
visualisierte Programmoberfläche sein, die sobald die Einzelroboter
zusammengesetzt sind, eine für den erweiterten Anwendungsbereich
angepasste Benutzeroberfläche anzeigt, die beispielsweise
für die nun zur Verfügung stehenden Funktionen
und Anwendungen neue Fenster, Befehlseingabe-Icons und/oder Eingabezeilen
bereitstellt.
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In
Ausgestaltung der Erfindung weisen die zusammengesetzten Roboter
gemeinsame Hard- und Softwarekomponenten zur gemeinsamen Synchronisation
auf. Durch diesen Synchronisationsprozess wird der gemeinsame Zugriff
der Prozessoren auf die aufzuteilenden Ressourcen geregelt. Damit wird
die Effizienz der Ressourcen und ein konsistenter Zustand der Daten
bewahrt. Darüber hinaus kann eine unidirektionale Synchronisation
oder eine bidirektionale Synchronisation der Daten der involvierten Einzelroboter
verarbeitet werden.
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Im übrigen
sei noch darauf hingewiesen, dass, wenn wenigstens ein Modul eines
Roboters in seiner Konfiguration sowohl Hard- und/oder Softwarespezifikationen
für die Einzelanwendung des Roboters, als auch Hard- und
Softwarespezifikationen für die mit wenigstens einem weiteren
Roboter zusammengesetzte Anwendung aufweist, eine vereinfachte und
zuverlässige Ansteuerung sowohl im Einzelroboterbetrieb,
als auch im zusammengesetzten Roboterbetrieb erreicht werden kann.
Ein Beispiel für eine Hardwarespezifikation für
den zusammengesetzten Roboterbetrieb wären den zusammengesetzten
Zustand kontrollierende Detektoren wie beispielsweise Lichtschranken
und/oder Drucktaster.
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Der
autark steuerbare Roboter besteht aus einer Basisplattform mit zumindest
einem Modul und Bereichen zur physischen Kopplung des Roboters mit
wenigstens einem weiteren Roboter, wobei der Roboter eine Schnittstelle
aufweist, die zum/zur gegenseitigen Datenaustausch/Informationsübermittlung
verwendbar ist und durch die Kombination/Interaktion der wenigstens
zwei Basisplattformen und deren Module weitere, durch wenigstens
einen Einzelroboter nicht gewährleistete Anwendungsmöglichkeiten
erschließbar sind.
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Insbesondere,
wenn die wenigstens zwei Roboter unterschiedlichen Roboterklassen
zuzuordnen sind, lässt sich das Anwendungsspektrum im zusammengesetzten
Zustand stark erweitern. Als Beispiel kann das Zusammenwirken eines
kleinen Roboters und eines Mittelroboters angeführt werden,
so kann zu Beginn einer Mission ein EOD-Roboter (Explosive Ordnance
Disposal/Kampfmittelräumung) aus einem Jeep ausgeladen
und hinsichtlich seiner Funktionen von dem Bediener überprüft
werden. Anschließend wird ein Mittelroboter in der Konfiguration Transportroboter
bereitgestellt. Dabei soll die Mission „Vorstoß in
feindliches Gebiet und dabei Sprengfallen beseitigen" erfüllt
werden. Da der Kleinroboter über keine ausreichende Reichweite
(Fortbewegungsenergie, Funkreichweite) verfügt und das
Gelände durch die Bodenverhältnisse (morastig)
für ihn ungeeignet ist, kann er alleine auf sich gestellt diese
Mission nicht bewältigen. Der Mittelroboter hingegen ist zwar
in der Lage die notwendige Funkreichweite sicherzustellen, als auch
eine ausreichende Betriebsdauer aufzuweisen, um in das feindliche
Gebiet vorzustoßen und zurückzugelangen, jedoch
verfügt der Mittelroboter weder über eine ausreichend
starke Detektionseinrichtung noch über einen Manipulatorarm mit
Wassergewehr (zur Entschärfung der Sprengfallen). Bisher
mussten Soldaten den kleinen EOD-Roboter ins Zielgebiet schaffen,
dort entladen und bedingt durch die kurze Funkreichweite bis nahe
an die feindlichen Stellungen vorrücken und wären
damit in der Geländefähigkeit beschränkt.
Durch die Kombination des Klein- und Mittelroboters wird eine „neue" funktionale
Einheit gebildet, die sowohl die zur Sprengfallenentschärfung
notwendigen Module wie den Manipulatorarm mit Wassergewehr und die
Detektoreinrichtungen des kleinen Einzelroboters als auch die große
Reichweite und die Geländefähigkeit sowie eine
stabile Funkverbindung des großen Roboters aufweist. Durch
diese Integrationsarbeit wird aus dem Lastenroboter ein „großer"
EOD-Roboter, welcher zusätzlich noch Lasten tragen kann.
Durch eine derartige „Fusion" zweier Roboter unterschiedlicher
Roboterklassen und/oder unterschiedlicher Modulzusammensetzungen
werden im zusammengesetzten Zustand andere Fähigkeiten
als die der einzelnen Roboter ermöglicht, so dass Missionen
bewältigt werden können, für die die
Systeme einzeln nicht geeignet wären.
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Ein
weiteres Beispiel für die erweiternden, aus einem einzelnen
Roboter nicht herleitbaren Anwendungsmöglichkeiten des
zusammengesetzten Roboters ist neben dem oben angeführten
Beispiel auch ein Beispielsfall mit zwei Kleinrobotern denkbar. Der
erste der Kleinroboter ist ein EOD-Roboter und soll einen Entschärfungseinsatz
durchführen. Einige Meter vor dem Einsatzort fällt
aufgrund von Umweltbedingungen die Funkverbindung aus und damit
ist der Roboter nicht mehr ansteuerbar. In diesem Fall kann ein
zweiter kleiner Patrouillenroboter dazu verwendet werden, um durch
die Fähigkeit der automatischen Patrouillenfahrt entlang
von Wegpunkten zu dem ohne Funkverbindung liegen gebliebenen Roboter
vorzudringen und mittels vorher auf den Patrouillenroboter festgelegten
Programmcode die Kommunikation mit dem Entschärfungsroboter
aufzunehmen. Dadurch hört der Entschärfungsroboter
jetzt auf die Kommandos des teilautonomen Patrouillenroboters. Durch
dessen Kommandos wird der Entschärfungsroboter dazu angehalten
im Funkschlepptau ca. 20 m des Weges zurückzufahren, bis
der Entschärfungsroboter wieder über Funkkontakt
mit der Bedienstation verfügt. Darüber hinaus
kann es vorgesehen sein, dass der Patrouillenroboter ein Glasfasermodul
zum EOD-Roboter transportiert hat und dieser, sobald er wieder über
Funkkontakt verfügt, mit seinem Manipulatorarm das Glasfasermodul
vom Patrouillenroboter greift und es an sich selbst anbringt. Danach
wird der EOD-Einsatz, jetzt unter Verwendung des Glasfasermoduls
für die Kommunikation fortgesetzt.
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Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren
näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung zweier voneinander getrennter Einzelroboter;
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2 eine
schematische Darstellung zweier Einzelroboter in zusammengesetzter
Stellung.
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In
der Zeichnungsfigur 1 sind zwei selbständig steuerbare,
getrennt mobile Einzelroboter 1 und 2 dargestellt,
die jeweils eine Basisplattform 3, 4 aufweisen
und mit Modulen 5 bis 9 versehen sind. Darüber
hinaus ist an jedem der beiden Einzelroboter eine Schnittstelle 10, 11 ausgebildet,
die zum gegenseitigen Datenaustausch und zur Informationsübermittlung
einsetzbar ist, wobei Module 5 bis 9 einer Basisplattform 3, 4 durch
Steuerbefehle einer gekoppelten weiteren Basisplattform 3, 4 steuerbar
sind. Der größere Einzelroboter 2 weist
in der bevorzugten Ausführungsform einen Aufnahmebereich 12 auf,
der zur Aufnahme eines weiteren Roboters 1 dient. Damit der
kleinere Einzelroboter 1 in den Aufnahmebereich 12 gelangen
kann, ist der größere Roboter 2 mit einer beweglichen
Auffahrrampe 13 versehen, die, wie in 2 dargestellt,
abgesenkt werden kann und über diese der kleinere Einzelroboter 1 in
den Aufnahmebereich 12 verfahren werden kann.
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In
der dargestellten Ausführungsform sind beide Einzelroboter 1, 2 mit
einer Lokomotion 14, 15 versehen. Die Module 5 bis 9,
die auf den jeweiligen Basisplattformen 3, 4 angeordnet
sind, können beispielsweise Laserzielbeleuchter, Manipulatorarme, Gehäuse,
Anschlussmöglichkeiten, Antriebe, Steuerungshardware (PC,
Speicher, Peripherie für gewünschte Grundfunktionen),
Plattformsensorik (Navigation, Selbsttests, Health-Monitoring),
Software (Betriebssystem, Schnittstellenprotokolle, Informationslogistik),
Umweltsensoren, ABC-Detektoren, Kampfmittelerkundungselemente, Bewaffnung,
Kommunikationselemente wie Antennen und Sender, Energiespeicher
zum Betreiben der Module als auch der Lokomotion 14, 15 umfassen.
Die Module 5 bis 9 können auch vorteilhafterweise
zu Sub-/Modulen geclustert werden, so dass nicht alle Module 5 bis 9 einzeln
gewechselt werden müssen, sondern vorbestimmte Modulkombinationen
gehandhabt und in die Roboter 1, 2 eingesetzt
werden können.
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In
Zeichnungsfigur 2 sind die Einzelroboter 1, 2 in
einem zusammengesetzten Zustand A dargestellt. In diesem Zustand
A sind in der dargestellten Ausführungsform die Schnittstellen 10, 11 nicht
nur kommunikativ, sondern auch physisch miteinander verbunden.
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- A
- Zusammengesetzter
Zustand
- 1
- Einzelroboter
- 2
- Einzelroboter
- 3
- Basisplattform
v. 1
- 4
- Basisplattform
v. 2
- 5
- Modul
- 6
- Modul
- 7
- Modul
- 8
- Modul
- 9
- Modul
- 10
- Schnittstelle
- 11
- Schnittstelle
- 12
- Aufnahmebereich
- 13
- Rampe
- 14
- Lokomotion
- 15
- Lokomotion
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Swarm
Robotics: Self, Assembly, Physical Configuration, and 1st Control"
von Kwang Hyun Yoo et al veröffentlicht an der SICE-ICASE
International Join Conference 2006 [0002]