DE60201260T2

DE60201260T2 - "robotervorrichtung, die sich durch abwechselnde verbindung jedes ihrer enden mit dockstationen bewegt"

Info

Publication number: DE60201260T2
Application number: DE60201260T
Authority: DE
Inventors: Michael John Stoke-on-Trent TOPPING
Original assignee: REHAB ROBOTICS Ltd; REHAB ROBOTICS Ltd STOKE-ON-TRENT; STAFFORDSHIRE UNIVERSITY STAFF; Staffordshire University
Current assignee: REHAB ROBOTICS Ltd; REHAB ROBOTICS Ltd STOKE-ON-TRENT; STAFFORDSHIRE UNIVERSITY STAFF; Staffordshire University
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: ES2229139T3; GB0100729D0; EP1365892B1; DE60201260D1; KR20040014447A; EP1365892A1; US20040050247A1; WO2002055271A1; CA2435963A1; JP2004520178A; ATE276075T1

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an Roboter-Vorrichtungen und auch Robotersystemen, wie z. B. von der JP-A-02,109,691 bekannt, oder bezieht sich darauf.
Robotersysteme und Vorrichtungen werden auf einem weiten Anwendungsgebiet verwendet. Solche Anordnungen tendieren dazu, nicht besonders flexibel zu sein, und sind nur dazu geeignet, eine einzige Aufgabe oder einen begrenzten Aufgabenbereich durchzuführen. Solche Systeme sind auch sehr oft ziemlich sperrig. Robotersysteme haben das Potential, Hilfe für behinderte Personen bereitzustellen. Im Hinblick auf die obigen und anderen Nachteile waren bis heute solche Systeme für solche Anwendungen in einem signifikantem Maße im wesentlichen nicht nutzbar.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Roboter-Vorrichtung bereitgestellt, die die Merkmale gemäß Anspruch 1 aufweist.
Die Roboter-Vorrichtung ist vorzugsweise steuerbar und verbindet sich vorzugsweise automatisch selektiv je nach Bedarf mit einem Verbindungsglied oder koppelt sich davon ab.
Die Verbindungsteile stellen einen Energieanschluss zwischen verbundenen Verbindungsteilen und -gliedern bereit, wobei der Energieanschluss es ermöglicht, dass eine Bewegung des Roboterglieds stattfindet. Der Energieanschluss kann elektrische, pneumatische, hydraulische oder mechanische Energie anschlie ßen oder verbinden. Die Verbindungsteile stellen vorzugsweise eine Signalverbindung zwischen verbundenen Verbindungsteilen und -gliedern bereit, um eine Steuerung der Roboter-Vorrichtung und/oder eine Anzeige ihres Ortes zu ermöglichen.
Die Verbindungsteile können derart angeordnet sein, dass ein Werkzeug oder ein anderer Gegenstand selektiv an ihnen montiert werden kann.
Die Roboter-Vorrichtung kann eine flexible Gestalt haben und die flexible Gestalt kann durch schwenkbare Gestänge, Kugelgelenk-Verbindungen oder Elastomerverbindungen gebildet sein.
Die Roboter-Vorrichtung kann Steuermittel umfassen, um selektiv seine flexible Gestalt zu verändern, und die Steuerungsmittel können elektrische Motoren, Magnetschalter, intelligente Materialien, pneumatische oder hydraulische Einrichtungen oder mechanische Mittel enthalten.
Die Roboter-Vorrichtung kann im wesentlichen länglich sein, und im wesentlichen an jedem ihrer Enden ein jeweiliges Verbindungsteil haben.
Die Roboter-Vorrichtung kann im wesentlich symmetrisch um einen mittleren Punkt von ihr sein. Die Roboter-Vorrichtung kann die Gestalt eines Roboterarms haben.
Die Erfindung stellt ferner ein Robotersystem bereit, wobei das System eine Roboter-Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden neun Absätze und eine Vielzahl beabstandeter Andockstationen aufweist, wobei jede Andockstation ein Verbindungsglied aufweist, das jeweils mit den Verbindungsteilen an der Roboter-Vorrichtung verbindbar ist.
Das System umfasst vorzugsweise eine Steuerungsanordnung zum Senden eines Signals an die Roboter-Vorrichtung, um deren Bewegung zu bewirken. Die Steuerungsanordnung kann auch den Ort der Roboter-Vorrichtung identifizieren. Die Steuerungsanordnung kann einen PC oder andere programmierbare Steuerungsvorrichtungen aufweisen.
Die Steuerungsanordnung kann einen menschlichen Eingriff ermöglichen, um eine Steuerung des Systems zu ermöglichen.
Eine oder mehrere Werkzeugstationen können vorgesehen sein, an denen ein oder mehrere Werkzeuge oder andere Gegenstände angeordnet sind, die mit den Verbindungsteilen an der Roboter-Vorrichtung selektiv verbindbar sind, um durch die Roboter-Vorrichtung betätigt bzw. betrieben zu werden.
Das System kann eine Vielzahl von Roboter-Vorrichtungen aufweisen.
Das System kann eines oder mehrere Fahrzeuge enthalten, die durch die Steuerungsanordnung steuerbar sein können. Es können Mittel zum Steuern eines oder mehrerer Fahrzeuge vorgesehen sein. Eine oder mehrere Andockstationen und/oder Werkzeugstationen können an dem oder jedem Fahrzeug vorgesehen sein.
Das oder jedes Fahrzeug kann die Gestalt eines Rollstuhls oder Lastwagens haben.
Menschliche Schnittstellen können an einigen oder allen Andockstationen vorgesehen sein, um eine lokale Steuerung des Systems zu ermöglichen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, bei denen:
1A–E schematische Ansichten einer Roboter-Vorrichtung gemäß der Erfindung sind, die sich progressiv von einem ersten zu einem zweiten Ort bewegen; und
2 eine schematische Ansicht eines Robotersystems gemäß der Erfindung ist.
1A–E zeigen eine Roboter-Vorrichtung in Gestalt eines Roboterarms 10. Der Arm 10 enthält eine Vielzahl miteinander verbundener Segmente 12, die relativ zueinander flexibel sind, um zu ermöglichen, dass der Arm 10, wie z. B. in den 1B–D dargestellt, gebogen werden kann. Die Segmente 12 können auf etliche verschiedene Arten miteinander verbunden sein um das Biegen zu ermöglichen, wie z. B. schwenkbare Verbindungen, Kugelgelenk-Verbindungen oder Elastomerverbindungen. Die Segmente 12 können durch die Bereitstellung von elektrischen Motoren, Magnetantrieben, intelligenten Materialien, pneumatischer oder hydraulischer Vorrichtungen oder mechanischer Mittel bewegt werden.
Der Arm 10 ist symmetrisch zu einem Mittelpunkt und ist mit einem Verbindungsteil 14 an jedem Ende versehen, der einen männlichen Anschluss 16 hat. Die Verbindungsteile 14 ermöglichen es, eine elektrische Verbindung und auch eine Signalverbindung herzustellen. In manchen Anwendungsfällen kann auch eine pneumatische, hydraulische und/oder mechanische Verbindung hergestellt werden.
1A–E zeigen einen Roboterarm 10, der sich von einer ersten Andockstation 18 zu einer zweiten solchen Station 20 bewegt. In 1A ist ein erstes Ende 22 des Arms 10 mit der ersten Andockstation 18 verbunden. Der Arm 10 wird veranlasst, sich wie in den Zeichnungen fortschreitend dargestellt, sich in eine U-förmige Konfiguration, wie in 1C gezeigt, zu biegen, wobei an diesem Punkt das zweite Ende 24 sich mit der zweiten Andockstation 20 verbindet. Wenn dies abgeschlossen ist, kann sich das erste Ende 22 von der Andockstation 18 abkoppeln und der Arm 10 kann sich zu einer geraden Ausrichtung, wie in 1E dargestellt, zurückbiegen. Diese Anordnung erlaubt es, dass der Arm 10 sich entlang eines Netzwerkes von Andockstationen bewegt, wobei er ferngesteuert ist und eine automatische Verbindung und Abkopplung von den jeweiligen Andockstationen ermöglicht.
2 zeigt eine schematische Roboteranordnung, die mit vier solchen Armen 10 veranschaulicht ist. Bei diesem Beispiel sind sieben solcher Andockstationen 26 dargestellt, von denen sechs in Reihe mit einer Energieversorgung 28 und einer Steuereinheit 30 in Gestalt eines PCs verbunden sind. Eine Andockstation 26 ist beweglich an beispielsweise einer Schiene 31 montiert dargestellt. In der Mitte von 2 ist einer der Arme 10 bei einer Bewegung zwischen zwei der Andockstationen 26 dargestellt.
Eine Werkzeugstation 32 ist für jede der obigen sechs Andockstationen 26 vorgesehen. Jede Werkzeugstation 32 ermöglicht es, dass eines oder mehrere Werkzeuge oder andere Geräte durch einen der Arme 10, wie es bei 34 dargestellt ist, gehalten und selektiv aufgenommen werden kann. Zwei Fahrzeuge 36, 38 sind ebenfalls gezeigt. Die Fahrzeuge 36, 38 können durch ein Fernsteuersignal, wie z. B. ein Funksignal, gesteuert werden, wie schematisch durch gestrichelte Linien 39 ge zeigt ist. Das erste Fahrzeug 36 ist mit einer Andockstation 26 und einer Werkzeugstation 32 versehen. Das Fahrzeug 36 wird durch ein Gleis 40 geführt, um entlang eines gewünschten Pfades beweglich zu sein.
Das zweite Fahrzeug 36 ist autonom und kann sich so dorthin bewegen oder gefahren werden, wo es gewünscht ist. Das Fahrzeug 38 ist wiederum mit einer Andockstation 26 und einer Werkzeugstation 32 ausgestattet. Das Fahrzeug 38 ist mit einem Mensch-Maschinenschnittstelle 42 versehen, um es einer Benutzer zu ermöglichen, ein Signal für das Fahrzeug 38 einzugeben, z. B. um das Fahrzeug 38 zu steuern und/oder den Arm 10 zu bedienen, und die Schnittstelle 42 kann durch eine Person bedienbar sein, die auf dem Fahrzeug 38 fährt. Ähnliche solcher Schnittstellen 42, die mit zwei der Andockstationen 26 verbunden sind, sind vorgesehen, um eine lokale Steuerung des Systems zu ermöglichen.
Bei der Benutzung kann die Steuereinheit 30 ein vorbestimmtes Programm ausführen oder kann Instruktionen erhalten, die an einer der Schnittstellen 42 für sie eingegeben werden. Dies bewirkt, dass die Arme 10 sich wie gewünscht bewegen und auch, dass die Aufnahme-Werkzeuge wie verlangt gewünschte Schritte durchführen. Ähnlich bewegen sich die Fahrzeuge 36, 38 wie gewünscht und können Arme 10 zur Benutzung mit bestimmten Werkzeugen, wie es zweckdienlich ist, aufnehmen. Die dargestellte Anordnung ist sehr allgemein und kann in einem weiten Anwendungsbereich benützt werden. Zum Beispiel kann eine solche Anordnung in einem Haus oder sonstwo benutzt werden, um einer oder mehreren behinderten Personen zu assistieren. Aufgaben wie z. B. Füttern können durch eine oder mehrere Andock- oder Werkzeugstationen durchgeführt werden. Die Fahrzeuge können benutzt werden, um Gegenstände zu befördern oder können in Gestalt eines Rollstuhls sein, um eine Person, wo erforderlich, zu transportieren.
Die Anordnung der beweglichen Roboterarme ermöglicht es, eine Bodenfläche freizuhalten, weil die Andockstationen z. B. in einer gewünschten Höhe an Wänden angeordnet sein können. Diese Anordnung ermöglicht es, dass eine relativ kleine Anzahl Roboterarme genutzt wird, um etliche Aufgaben auszuführen.
Während eine Anwendung oben beschrieben ist, ist die Erfindung in einem weiten Bereich unterschiedlicher Anwendungsfälle nutzbar und kann beispielsweise in einem Produktionsbereich einer Fabrik oder anderweitig genutzt werden. Zahlreiche andere Modifikationen können an dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel durchgeführt werden. Zum Beispiel muss die Roboter-Vorrichtung nicht langgestreckt sein und zwei Verbindungsteile haben, und kann beispielsweise mehr als zwei Verbindungsteile haben. Verschiedene Verbindungsmittel können genutzt werden; beispielsweise können die Verbindungsteile an den Armen andere als männliche Glieder sein.
Die Fahrzeugführungsmittel können andere sein als Schienen und können das Fahrzeug auch außerhalb eines festgelegten Weges bewegen. Zwar ist die Steuerungseinheit als ein PC ausgeführt, es können aber auch andere Typen programmierbarer Steuerungsvorrichtungen genutzt werden.

Claims

Roboter-Vorrichtung (10), welche aufweist: einen beweglichen Körper, an dem zumindest zwei beabstandete Verbindungsteile (22, 24) montiert sind, wobei jedes Verbindungsteil Energieanschlussmittel enthält, die das Verbindungsteil in die Lage versetzen, mit einem weiteren Verbindungsglied verbunden zu werden, so dass die Vorrichtung von dort Energie empfängt, um zu ermöglichen, dass eine Bewegung des Robotergliedes von selbst erfolgt, wobei die Vorrichtung Mittel hat, um den beweglichen Körper derart zu bewegen, dass eines der Verbindungsteile mit einem ersten Verbindungsglied (18) selektiv verbunden werden kann, wobei der Körper dann derart bewegt wird, dass ein anderes der Verbindungsteile mit einem zweiten Verbindungsglied (20), das von dem ersten Verbindungsglied beabstandet ist, selektiv verbunden wird, und woraufhin das eine Verbindungsteil von dem ersten Verbindungsglied abgekoppelt werden kann, der Körper weiter bewegt wird, und das eine oder weitere Verbindungsteil dann mit einem dritten Verbindungsglied, das von dem zweiten Verbindungsglied beabstandet ist, verbunden werden kann, wodurch der Robotervorrichtung ermöglicht wird, sich in einem Netz von Verbindungsgliedern zu bewegen.
Roboter-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Roboter-Vorrichtung steuerbar ist.
Roboter-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Roboter-Vorrichtung je nach Bedarf mit einem Verbindungsglied automatisch und selektiv verbunden und von ihm abgekoppelt wird.
Roboter-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über den Energieanschluss elektrische, pneumatische, hydraulische oder mechanische Energie angeschlossen ist.
Roboter-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsteile eine Signalverbindung zwischen angeschlossenen Verbindungsteilen und Verbindungsgliedern ermöglichen, um eine Steuerung der Roboter-Vorrichtung und/oder eine Anzeige ihres Ortes zu ermöglichen.
Roboter-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsteile derart angeordnet sind, dass ein Werkzeug oder ein anderer Gegenstand daran selektiv montiert werden kann.
Roboter-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Roboter-Vorrichtung eine flexible Gestalt hat.
Roboter-Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Gestalt durch schwenkbare Gestänge, Kugelgelenk-Verbindungen oder Elastomerverbindungen gebildet ist.
Roboter-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Roboter-Vorrichtung ein Steuerungsmittel aufweist, um seine flexible Gestalt selektiv zu verändern.
Roboter-Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel Elektromotoren, Magnetantriebe, intelligente Materialien, pneumatische oder hydraulische Vorrichtungen oder mechanische Mittel aufweist.
Roboter-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Roboter-Vorrichtung im wesentlichen länglich ist und im wesentlichen an jedem ihrer Enden ein jeweiliges Verbindungsteil hat.
Roboter-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Roboter-Vorrichtung im wesentlichen symmetrisch um einen mittleren Punkt von ihr ist.
Roboter-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Roboter-Vorrichtung die Gestalt eines Roboterarms hat.
Roboter-System, welches eine Roboter-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie eine Vielzahl beabstandeter Andockstationen aufweist, wobei jede Andockstation ein Verbindungsglied aufweist, das jeweils mit den Verbindungsteilen an der Roboter-Vorrichtung verbindbar ist.
Roboter-System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Steuerungsanordnung zum Senden eines Signals an die Roboter-Vorrichtung aufweist, um deren Bewegung zu bewirken.
Roboter-System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsanordnung den Ort der Roboter-Vorrichtung identifiziert.
Roboter-System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsanordnung einen PC aufweist.
Roboter-System nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsanordnung einen menschlichen Eingriff ermöglicht, um eine Steuerung des Systems zu ermöglichen.
Roboter-System nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Werkzeugstationen vorgesehen sind, an denen ein oder mehrere Werkzeuge oder andere Gegenstände angeordnet sind, die mit den Verbindungsteilen an der Roboter-Vorrichtung selektiv verbindbar sind, um durch die Roboter-Vorrichtung betätigt bzw. betrieben zu werden.
Roboter-System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Vielzahl von Roboter-Vorrichtungen aufweist.
Roboter-System nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein oder mehrere Fahrzeuge aufweisen kann.
Roboter-System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Fahrzeug durch die Steuerungsanordnung steuerbar ist.
Roboter-System nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind zum Steuern des einen Fahrzeugs oder der mehreren Fahrzeuge entlang eines festgelegten Weges vorgesehen sind.
Roboter-System nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Andockstationen und/oder Werkzeugstationen auf dem oder jedem Fahrzeug vorgesehen sind.
Roboter-System nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Fahrzeug die Gestalt eines Rollstuhls oder eines Lastwagens hat.
Roboter-System nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass menschliche Schnittstellen an einigen oder allen der Andockstationen vorgesehen sind, um eine örtliche Steuerung des Systems zu ermöglichen.