EP0870461A1 - Antriebsvorrichtung zum Bewegen eines Roboters oder Fahrzeugs auf flachen, geneigten oder gewölbten Flächen, insbesondere einer Glaskonstruktion - Google Patents

Antriebsvorrichtung zum Bewegen eines Roboters oder Fahrzeugs auf flachen, geneigten oder gewölbten Flächen, insbesondere einer Glaskonstruktion Download PDF

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EP0870461A1
EP0870461A1 EP98250120A EP98250120A EP0870461A1 EP 0870461 A1 EP0870461 A1 EP 0870461A1 EP 98250120 A EP98250120 A EP 98250120A EP 98250120 A EP98250120 A EP 98250120A EP 0870461 A1 EP0870461 A1 EP 0870461A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
robot
cable
drum
support frame
control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98250120A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Dr. Schmucker
Norbert Elkmann
Holger Scharfe
Christian Schoop
Ingo Kubbe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE1997116741 external-priority patent/DE19716741C2/de
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Publication of EP0870461A1 publication Critical patent/EP0870461A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L1/00—Cleaning windows
    • A47L1/02—Power-driven machines or devices

Definitions

  • the invention relates to a drive device for Moving a robot or vehicle on flat, inclined or curved surfaces, especially one Glass construction, as well as a robot with drive device.
  • Glass surfaces have a major problem in choosing one suitable kinematics for the drive and the Direction control of the robot or vehicle. If the construction of the glass surface has elements, that can serve as guiding elements for the robot and which allow force input, e.g. B. rail systems, become these elements for getting around used. Are such constructive elements not available or unsuitable, the force must be applied done directly into the glass.
  • the invention is therefore based on the object Drive device for moving a robot or Vehicle on the surfaces in particular a glass structure to create a smooth forward movement without excessive point loads, which can cause the glass to break, ensures and a correction of the movement in the transverse direction.
  • the device according to the invention Drive wheel with a high coefficient of friction in the Direction of the wheel in the direction of travel and non-driven Wheels with a very low coefficient of friction has, with all wheels on a support frame are attached, on the one hand, a clean forward movement the component of a robot or of a vehicle supporting frame without spinning or slip and on the other hand a slight side Pushing or turning allows.
  • the lateral deviation and the facilities Rotation of the support frame determined and corresponding Corrections made with a control device the correction devices depending on the Size of the lateral deviation and the twist controls.
  • Figures 1 and 2 show perspective views of a cleaning robot, the device according to the invention having.
  • a robot 1 which in Embodiment designed as a cleaning robot and that on a glass roof or a glass envelope moves a hall and the glass surface cleans according to its width.
  • a Grid construction suitable which a predetermined grid Dimension forms ..
  • the glass panes are thereby on glass mounts under the grid construction appropriate.
  • the cleaning robot essentially has one square support frame 2 on which the necessary Components are attached.
  • free-running wheels 4 attached to all four corners, the preferably consist of a Teflon material or have a Teflon coating. It can also be a other material is chosen, it is important that it a material with a very low coefficient of friction is, which makes the robot 1 slide and easily can rotate.
  • the hitneren part of the Frame 2 in the middle for example, of an electric motor driven drive wheel 3 provided that the support frame 2 in particular on horizontal glass surfaces emotional.
  • This drive wheel 3 is one pneumatic cylinder 5 can be lifted off the glass surface or lowerable.
  • the drive wheel 3 consists of a Material that has a high coefficient of friction.
  • the robot in the present embodiment is designed as a cleaning robot, is in the direction of travel seen at the front on the support frame perpendicular to Moving direction attached a roller brush 6, the extends over the entire width of the support frame 2.
  • the sides of the support frame are elongated Arms 7 arranged on which via swivel head assemblies 17 plate brushes 8 are attached.
  • the arms 7 are retractable and extendable and are designed by an electric motor 18 driven by toothed belts.
  • a cable drum is on or on the support frame 2 16 with drive motor and a hose drum 15 attached with drive motor.
  • the cable drum 16 takes one or more electrical lines, the at least for the power supply of the serve the supporting frame 2 mounted electrical parts, as a cable while the hose drum 15 picks up a water hose. Cable and water hose are handled when moving the robot 1.
  • the hose end of the on the hose reel 15 provided hose is with a not shown Water distribution system provided that over Water jets in the area of the roller brush 6 and the plate brushes 8 splashes.
  • rope drums 9 At the rear end of the support frame 2 are two rope drums 9 arranged as far as possible after are offset outside.
  • Ropes On the rope drums 9 are Ropes, not shown, wound up normally as safety ropes to prevent the robot from falling serve and in the process of the robot from the rope drums 9 are unwound. With curved or inclined glass surfaces, they are also used for Pulling up the robot 1.
  • the rope drums 9 are drum drives 10 each having electric motors assigned with corresponding gear transmissions.
  • the ropes are each across the width of the rope drums and are recorded with a given cable tension wound up or unwound.
  • the drum drives and the measuring devices designed as cable pull sensors 11 are for each rope drum 9 to a control loop interconnected, over which the given cable tension can be met.
  • the control and regulating device is trained as a microcomputer or as a PC and also serves to control the drive of the drive wheel 3 and the motors 18 for retracting and extending the linear arms 7 and the swivel heads 17.
  • the robot 1 also has two measuring wheels 12, near the rope drums 9, ideally directly above the entry point of the rope on the drum (However, this cannot be realized because the entry point over the width of the rope drum 9 changes).
  • the measuring wheels 12 are likewise with the control device, not shown connected and are connected to the cable drum drives 10 and the electric drive of the drive wheel 3 trained as control loops. Via the measuring wheels 12 is, for example, by counting the revolutions of the Measuring wheels 12 determines the distance traveled.
  • sensors such as distance sensors, be provided, the construction elements detect what makes another statement be met via the routes covered can, because the construction elements in predetermined Grids or dimensions are arranged. Depending on The signals of these sensors can the measuring wheels 12th be readjusted.
  • the support frame 2 is with lateral slide rails 13 provided, each with a pneumatic piston-cylinder arrangement 14 are retractable and retractable and those for support on external construction parts to serve.
  • the compressed air for the pneumatic components is about a not shown, on Support frame 2 attached compressor won.
  • the robot 1 is a service vehicle that is not is shown assigned to the top vertex a hall is arranged and with electric drives and distance measuring devices is provided over which he is moved in the direction of the hall axis.
  • the ropes of the cable drums 11 of the robot 1 are with the service vehicle connected just like the cable of the Cable drum and the hose of the hose drum.
  • the power supply is on the service vehicle provided that over the cable the cable drum 9 supplies the robot 1 with the necessary voltage, and it can also be called a microcomputer or PC trained control device provided be.
  • the service vehicle shows at least one automatic pick-up device, of which the assigned robot 1 on the glass surface discontinued or taken up by the glass surface.
  • the robot 1 From the service vehicle at the apex of the glass roof discontinued, and the driven wheel is lowered. It works against the rope drums 9 itself unwinding ropes, whereby over the control loops, through which the measured values of the draw wire sensors are processed are regulated to the specified cable tension becomes. This is done via appropriate signals, the control device to the drum drives 10 delivers.
  • the Slide rails 13 extended until they each to the Construction elements in the grid of the grid construction bump, causing the robot 1 between aligns with the grid since the non-driven ones Wheels due to the low coefficient of friction no resistance to a uniform shift represent. However, in this case there is alignment the drive wheel 3 raised. After aligning the piston-cylinder arrangements become depressurized made, and the beginning of the Procedure with the drive wheel 3 lowered is carried out.
  • the lateral displacement is done via the slide rails 13 found. If the robot moves sideways off the desired direction of travel, he bumps into the existing construction elements, and, since the Piston-cylinder assemblies 14 have been depressurized, the respective piston is slowly retracted.
  • a proximity sensor is located in or on the piston-cylinder arrangement provided a signal to the control device releases when the piston approaches. This signal triggers the necessary correction of the side Deviation from.
  • control device sends a signal to the pneumatic drive for the drive wheel 3, whereby the latter is lifted off the glass surface.
  • the lateral shift is by extending again the side slide rails 13 performed.
  • the correction of the rotation is also lifted Driving wheel performed when the robot 1 is located on an inclined glass surface.
  • the control device regulates the cable drums 9 invalid, whose associated measuring wheel 12 the lesser Amount or the smaller measurement result.
  • For the control loop of the other rope drum 9 gives the Control device a high setpoint for the cable tension before, causing the drive 10 of this rope drum 9 is pressed until it turns of the entire robot 1 around the entry point of the stationary rope due to the "winding" of the other rope, both measured values of the measuring wheels 12 match. This corrects the twisting, and that Drive wheel can be lowered again.
  • the correction can also be done by regulating the Cable tension is carried out via both control loops will.
  • the movement is stabilized of the robot 1 in that the front, not driven wheels 4 perpendicular to the wheel axis by one small angle, in the exemplary embodiment z. B. 15 °, are rotatably mounted, the vertical axis, in Seen driving direction, arranged in front of the wheel axle is. A deflection caused by external disturbances the wheels from the direction of travel lead to a restoring moment, that the wheels 4 in the original Direction pulls.
  • the robot 1 is retracted when the robot is raised Drive wheel 3 only using the control loops the cable drums 9 and the measuring wheels 12 performed.
  • the former front wheels 4 in the middle position with a locked pneumatic cylinder, not shown and therefore also have one for this direction of travel stabilizing effect.
  • the cleaning is carried out during the downward movement of the respective robot 1 on the glass surface by means of Roller brushes 6 and the side of the robot 1 by means of the plate brushes 8 performed. Between the glass suspensions the robot 1 cleans over this width with the roller brush 6. To the glass suspensions, the due to the external grid shell of the hall construction are required to be able to drive around the side arms 7 retracted and extended. The plate brushes 8 are pivoted over the swivel heads 17, which also in the hidden area behind the glass hangers can be cleaned. While the process of the robot will be the side Arms depending on the selected travel speed of the robot constantly moving in and out, to clean the entire side glass surface. However, the drive 10 of the cable drums 9 and / or the drive wheel 3 also controlled or be regulated that the robot 1 each time extending the arm 7 stops, advances and retracts stops again.
  • the brushes 6,8 are placed over the hose of the Hose reel 15 supplied water.
  • the roller brush 6 faces the center of the roller brush bristles that get longer because of their own weight of the robot 1 the glass panes easily bend, and there can be an even contact pressure the bristles on the glass are guaranteed.
  • the explained device for moving a robot can also be used with other robots, such as an inspection robot or generally a processing robot, be used.
  • the latter can, for example Work such as painting, sandblasting, grinding, etc. perform on facades.
  • Work such as painting, sandblasting, grinding, etc. perform on facades.
  • cable drum and hose drum with Corresponding cables and hoses are provided, whereby any fluid or also in the hoses Colors for painting or the like can flow.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Bewegen eines Roboters oder Fahrzeugs auf Flächen insbesondere einer Glaskonstruktion vorgeschlagen, die einen mit Rädern (3,4) versehenen Tragrahmen (2), der Bestandteil des Roboters oder Fahrzeugs ist, aufweist, wobei mindestens ein Rad als abhebbares Antriebsrad (3) ausgebildet ist. Das Antriebsrad (3) besteht aus einem Material mit hohem Reibungskoeffizienten in Fahrtrichtung, während die übrigen Räder (4) aus einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten hergestellt sind. Weiterhin sind mindestens zwei mit Abstand zueinander angeordnete, Halteseile aufnehmende Seiltrommeln (9) mit Trommelantrieb zum Halten des Tragrahmens (2) vorgesehen. An dem Tragrahmen (2) sind eine Einrichtung (12,13,14) zum Feststellen der seitlichen Abweichung und der Verdrehung des Tragrahmens (2) in bezug auf die lineare Vorwärtsbewegung (9,10,11) und eine Einrichtung zur Korrektur der Verdrehung angebracht. Eine Steuereinrichtung steuert bzw. regelt abhängig von der Größe der seitlichen Abweichung und der Verdrehung die Korrektureinrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Roboter mit der Antriebsvorrichtung. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Bewegen eines Roboters oder Fahrzeugs auf flachen, geneigten oder gewölbten Flächen, insbesondere einer Glaskonstruktion, sowie einen Roboter mit Antriebsvorrichtung.
In letzter Zeit werden verstärkt Hallen aus Glas bzw. mit großen Glasflächen gebaut, bei denen die Glasscheiben glashalterungen einer Gitternetzkonstruktion, die als Außen- oder Innenskelett ausgebildet ist, gehalten werden. Häufig sind derartige Hallen so ausgebildet, daß die Glasscheiben ausgehend von dem Scheitelpunkt des Dachs jeweils zu der vorhergehenden Scheibe um einen bestimmten Winkel geneigt sind. Da sich bei solchen großen Glasflächen die Frage der Reinigung derselben stellt, werden Überlegungen über den Einsatz von Reinigungsrobotern angestellt.
Bei Bewegung eines Roboters oder eines Fahrzeugs auf Glasflächen besteht ein Hauptproblem in der Wahl einer geeigneten Kinematik für den Antrieb und die Richtungssteuerung des Roboters bzw. Fahrzeugs. Wenn die Konstruktion der Glasfläche Elemente aufweist, die als Führungselemente für den Roboter dienen können und die einen Krafteintrag erlauben, z. B. Schienensysteme, werden diese Elemente für die Fortbewegung benutzt. Sind solche konstruktiven Elemente nicht vorhanden bzw. ungeeignet, muß die Krafteinleitung direkt in das Glas erfolgen.
Für diesen Fall treten Probleme dahingehend auf, daß zur Fortbewegung des Roboters das beispielsweise als Rad ausgebildete Antriebselement eine Kraft auf das Glas aufbringen muß, die einerseits größer ist als der Rollreibungswiderstand zwischen Glas und Rad plus dem Haft- und Rollreibungswiderstand des jeweiligen Antriebsstranges, wie Motor, Lager und dergleichen. Andererseits muß die aufgebrachte Kraft kleiner sein als der Haftreibungswiderstand zwischen Rad und Glas, da ansonsten Schlupf auftreten würde und das Rad "durchdrehen" würde. Da die Beträge der genannten minimalen und maximalen Kräfte bei kleinen Reibungskoeffizienten sehr nahe beeinanderliegen, ist eine sehr feinfühlige Regelung erforderlich.
Neben der Fortbewegung ist außerdem eine wie immer geartete Lenkung, d. h. Beeinflussung der Bewegungsrichtung, erforderlich. Die vom Auto bekannten Lenkkonstruktionen sind aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Platzes nicht geeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung zum Bewegen eines Roboters oder Fahrzeugs auf den Flächen insbesondere einer Glaskonstruktion zu schaffen, die eine störungsfreie Vorwärtsbewegung ohne zu starke punktförmige Lasteinträge, die eine Bruchgefahr des Glases hervorrufen können, gewährleistet und die eine Korrektur der Bewegung in Querrichtung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Dadurch, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Antriebsrad mit hohem Reibungskoeffizienten in der Laufrichtung des Rades in Fahrtrichtung und nichtangetriebene Räder mit sehr geringem Reibungskoeffizient aufweist, wobei alle Räder an einem Tragrahmen befestigt sind, wird einerseits eine saubere Vorwärtsbewegung des Bestandteil eines Roboters oder eines Fahrzeugs seienden Tragrahmens ohne Durchdrehen oder Schlupf und andererseits ein leichtes seitliches Schieben oder Drehen ermöglicht. Mit entsprechenden Einrichtungen wird die seitliche Abweichung und die Verdrehung des Tragrahmens festgestellt und entsprechende Korrekturen vorgenommen, wobei eine Steuereinrichtung die Korrektureinrichtungen abhängig von der Größe der seitlichen Abweichung und der Verdrehung steuert.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren 1 und 2 zeigen perspektivische Ansichten auf einen Reinigungsroboter, der die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.
In der Figure ist ein Roboter 1 dargestellt, der im Ausführungsbeispiel als Reinigungsroboter ausgebildet ist und der auf einem Glasdach bzw. einer Glasumhüllung einer Halle verfährt und dabei die Glasfläche entsprechend seiner Breite reinigt. Dabei ist die dargestellte Ausführungsform für die Reinigung einer Gitternetzkonstruktion geeignet, die ein Raster vorgegebener Abmessung bildet.. Die Glasscheiben sind dabei an glashalterungen unter der Gitternetzkonstruktion angebracht.
Der Reinigungsroboter weist einen im wesentlichen viereckigen Tragrahmen 2 auf, an dem die notwendigen Bauteile befestigt sind. An dem Tragrahmen 2 sind an allen vier Ecken freilaufende Räder 4 angebracht, die vorzugsweise aus einem Teflonmaterial bestehen bzw. eine Teflonbeschichtung aufweisen. Es kann auch ein anderes Material gewählt werden, wichtig ist, daß es ein Material mit sehr geringem Reibungskoeffizienten ist, wodurch sich der Roboter 1 leicht schieben und drehen läßt. Weiterhin ist an dem hitneren Teil des Rahmens 2 mittig ein beispielsweise von einem Elektromotor angetriebenes Antriebsrad 3 vorgesehen, das den Tragrahmen 2 insbesondere auf waagerechten Glasflächen bewegt. Dieses Antriebsrad 3 ist über einen pneumatischen Zylinder 5 von der Glasfläche abhebbar bzw. absenkbar. Das Antriebsrad 3 besteht aus einem Material, das einen hohen Reibungskoeffizienten besitzt.
Da der Roboter im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Reinigungsroboter ausgebildet ist, ist in Fahrtrichtung gesehen vorn an dem Tragrahmen senkrecht zur Verfahrrichtung eine Walzenbürste 6 befestigt, die sich über die gesamte Breite des Tragrahmens 2 erstreckt. Seitlich des Tragrahmens sind langgestreckte Arme 7 angeordnet, an denen über Schwenkkopfanordnungen 17 Tellerbürsten 8 befestigt sind. Die Arme 7 sind ein- und ausfahrbar ausgebildet und werden von einem elektrischen Motor 18 über Zahnriemen angetrieben.
Weiterhin sind an bzw. auf dem Tragrahmen 2 eine Kabeltrommel 16 mit Antriebsmotor und eine Schlauchtrommel 15 mit Antriebsmotor angebracht. Die Kabeltrommel 16 nimmt eine oder mehrere elektrische Leitungen, die zumindest zur Spannungsversorgung der auf dem Tragrahmen 2 gelagerten elektrischen Teile dienen, als Kabel auf, während die Schlauchtrommel 15 einen Wasserschlauch aufnimmt. Kabel und Wasserschlauch werden beim Verfahren des Roboters 1 abgewickelt. Das Schlauchende des auf der Schlauchtrommel 15 vorgesehenen Schlauchs ist mit einem nicht dargestellten Wasserverteilungssystem versehen, daß über Düsen Wasser in den Bereich der Walzenbürste 6 und der Tellerbürsten 8 spritzt.
Am hinteren Ende des Tragrahmens 2 sind zwei Seiltrommeln 9 angeordnet, die soweit wie möglich nach außen versetzt sind. Auf den Seiltrommeln 9 sind nicht dargestellte Seile aufgewickelt, die normalerweise als Sicherheitsseile gegen Abstürzen des Roboters dienen und die beim Verfahren des Roboters von den Seiltrommeln 9 abgewickelt werden. Bei gekrümmten oder geneigten Glasflächen dienen sie außerdem zum Hochziehen des Roboters 1. Den Seiltrommeln 9 sind jeweils Elektromotoren aufweisende Trommelantriebe 10 mit entsprechenden Zahnradübertragungen zugeordnet. Die Seile sind jeweils über die Breite der Seiltrommeln aufgenommen und werden mit vorgegebener Seilzugspannung auf- bzw. abgewickelt. Dazu sind den jeweiligen Seiltrommeln Meßeinrichtungen 11 zur Messung der Seilzugkraft zugeordnet. Die Trommelantriebe und die als Seilzugsensoren ausgebildeten Meßeinrichtungen 11 sind für jede Seiltrommel 9 zu einem Regelkreis zusammengeschaltet, über den die gegebene Seilzugspannung eingehalten werden kann. Dazu sind sowohl die Trommelantriebe 10 als auch die Seilzugsensoren 11 mit einer nicht dargestellten Steuer- und Regeleinrichtung verbunden, die auf dem Tragrahmen 2 vorgesehen sein kann, die aber auch getrennt von dem Roboter 1 angeordnet sein kann, wobei dann über elektrische Steuerleitungen die Steuer- und Regelsignale zugeführt werden. Die Steuer- und Regeleinrichtung ist als Mikrocomputer oder als PC ausgebildet und dient auch zur Steuerung des Antriebs des Antriebsrades 3 und der Motoren 18 für das Ein- und Ausfahren der linearen Arme 7 sowie der Schwenkköpfe 17. Die von der Kabeltrommel 16, der Schlauchtrommel 15 und den Seiltrommeln 9 auf- und abgewickelten Kabel, Schläuche und Seile müssen straff ohne Schleifen auf der Glasfläche abgelegt bzw. aufgenommen werden, und zwar in synchroner Weise, und zu diesem Zweck sind Regelkreise vorgesehen, über die von der Steuer- und Regeleinrichtung die Antriebe der Kabeltrommel 16, der Schlauchtrommel 15 und der Trommelantrieb 10 für die Seiltrommel 9 geregelt werden. Die Zugkraft, die auf das Kabel der Kabeltrommel 16 und den Schlauch der Schlauchtrommel 15 jeweils wirkt, wird aüber die Leistung der elektrischen Antriebsmotoren der Trommeln 16, 15 detektiert. Abhängig von den Sensorsignalen der Seilzugsensoren 11 und der über die Motorleistungen gewonnenen Zugkräfte regelt die Steuer- und Regeleinrichtung die jeweiligen Antriebe derart, daß Seile, Kabel und Schlauch straff abgelegt werden, so daß keine Reibung auf den Glasflächen entsteht.
Der Roboter 1 verfügt weiterhin über zwei Meßräder 12, die in der Nähe der Seiltrommeln 9, idealerweise direkt über dem Einlaufpunkt des Seiles auf der Trommel (dies ist allerdings nicht zu realisieren, da sich der Einlaufpunkt über die Breite der Seiltrommel 9 ändert), angebracht sind. Die Meßräder 12 sind gleichfalls mit der nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden und sind mit den Seiltrommelantrieben 10 und dem Elektroantrieb des Antriebsrades 3 zu Regelkreisen ausgebildet. Über die Meßräder 12 wird beispielsweise durch Zählen der Umdrehungen der Meßräder 12 die zurückgelegte Wegstrecke bestimmt. An dem Tragrahmen können außerdem Sensoren, wie Abstandssensoren, vorgesehen sein, die die Konstruktionselemente detektieren, wodurch eine weitere Aussage über die zurückgelegten Wege getroffen werden kann, da die Konstruktionselemente in vorgegebenen Rastern bzw. Abmaßen angeordnet sind. Abhängig von den Signalen dieser Sensoren können die Meßräder 12 nachjustiert werden.
Der Tragrahmen 2 ist mit seitlichen Gleitschienen 13 versehen, die über jeweils eine pneumatische Kolben-Zylinder-Anordnung 14 aus- und einfahrbar sind und die zum Abstützen an außenliegenden Konstruktionsteilen dienen. Die Druckluft für die pneumatischen Bauteile wird über einen nicht dargestellten, am Tragrahmen 2 befestigten Kompressor gewonnen.
Dem Roboter 1 ist ein Befahranlagenwagen, der nicht dargestellt ist, zugeordnet, der am oberen Scheitelpunkt einer Halle angeordnet ist und mit Elektroantrieben und Wegmeßgeräten versehen ist, über die er in Richtung der Hallenachse bewegt wird. Die Seile der Seiltrommeln 11 des Roboters 1 sind mit dem Befahranlagenwagen verbunden ebenso wie das Kabel der Kabeltrommel und der Schlauch der Schlauchtrommel. Auf dem Befahranlagenwagen ist die Spannungsversorgung vorgesehen, die über das Kabel der Kabeltrommel 9 den Roboter 1 mit der notwendigen Spannung versorgt, und es kann eine gleichfalls als Mikrocomputer oder PC ausgebildete Steuereinrichtung vorgesehen sein. Auf dem Befahranlagenwagen befindet sich weiterhin eine Kreiselpumpe, die mit dem Schlauch der Schlauchtrommel 10 des Roboters 1 und mit einem langen Schlauch, der das Bewässerungssystem anzapft, verbunden ist und den notwendigen Druck für das Wasser liefert. Außerdem weist der Befahranlagenwagen mindestens eine automatische Aufnahmevorrichtung auf, von der der zugeordnete Roboter 1 auf der Glasfläche abgesetzt bzw. von der Glasfläche aufgenommen wird.
Zu Beginn des Reinigungsvorganges wird der Roboter 1 von dem Befahranlagenwagen am Scheitelpunkt des Glasdaches abgesetzt, und das Abtriebsrad ist abgesenkt. Es arbeitet gegen die von den Seiltrommeln 9 sich abwickelnden Seile, wodurch über die Regelkreise, durch die die Meßwerte der Seilzugsensoren verarbeitet werden, auf die vorgebene Seilzugspannung geregelt wird. Dies beschieht über entsprechende Signale, die die Steuereinrichtung an die Trommelantriebe 10 liefert. Zu Beginn des Verfahrens werden außerdem die Gleitschienen 13 ausgefahren, bis sie jeweils an die Konstruktionselemente im Raster der Gitternetzkonstruktion anstoßen, wodurch der Roboter 1 sich zwischen dem Raster ausrichtet, da die nichtangetriebenen Räder aufgrund des geringen Reibungskoeffizienten keinen Widerstand gegen ein einheitliches Verschieben darstellen. Allerdings ist in diesem Fall des Ausrichtens das Antriebsrad 3 angehoben. Nach dem Ausrichten werden die Kolben-Zylinder-Anordnungen drucklos gemacht, und der oben beschriebene Beginn des Verfahrens bei abgesenktem Antriebsrad 3 wird durchgeführt.
Während der Vorwärtsbewegung des Roboters, die durch das abgesenkte Antriebsrad 3 mit hohem Reibungskoeffizienten initiiert wird, kommt es bedingt durch äußere oder innere Einflüsse, beispielsweise durch die konstruktiven Elemente des Glasdachs, durch eine leichte Schrägstellung des Roboters, bei der Positionierung bzw. Ausrichtung usw., während des Verfahrens zu einer Abweichung von der gewünschten Fahrtrichtung, die nach einer gewissen Fahrstrecke durch eine Drehung oder seitliche Verschiebung des Roboters 1 ausgeglichen werden muß. Zur Feststellung der Verdrehung des Roboters 1 werden die an die Steuereinrichtung gelieferten Meßergebnisse der Meßräder 12 verwendet. Während der Mittelwert der Meßergebnisse der beiden Meßräder 12 Auskunft über den zurückgelegten Weg gibt, bestimmt die Differenz zwischen den Meßergebnissen des einen und den Meßergebnissen des anderen Meßrades 12 die Winkelverdrehung des Roboters, die von der Steuereinrichtung berechnet wird. Die Steuereinrichtung überwacht die Größe der Winkelverdrehung und gibt bei einem bestimmten Schwellenwert ein Signal zum Korrigieren der Verdrehung aus.
Die seitliche Verschiebung wird über die Gleitschienen 13 festgestellt. Wenn der Roboter seitlich von der gewünschten Fahrtrichtung abkommt, stößt er gegen die vorhandenen Konstruktionselemente an, und, da die Kolben-Zylinder-Anordnungen 14 drucklos gemacht wurden, wird der jeweilige Kolben langsam eingefahren. In bzw. an der Kolben-Zylinder-Anordnung ist ein Näherungssensor vorgesehen, der ein Signal an die Steuereinrichtung abgibt, wenn sich der Kolben nähert. Dieses Signal löst die notwendige Korrektur der seitlichen Abweichung aus.
Wenn die jeweiligen Korrekturen durchgeführt werden sollen, gibt die Steuereinrichtung ein Signal an den pneumatischen Antrieb für das Antriebsrad 3, wodurch letzteres von der Glasfläche abgehoben wird. Die seitliche Verschiebung wird durch erneutes Ausfahren der seitlichen Gleitschienen 13 durchgeführt.
Auch die Korrektur der Verdrehung wird bei abgehobenem Antriebsrad durchgeführt, wenn der Roboter 1 sich auf einer geneigten Glasfläche befindet. Dazu setzt die Steuereinrichtung die Regelung der Seiltrommeln 9 außer Kraft, deren dazugehöriges Meßrad 12 den geringeren Betrag bzw. das kleinere Meßergebnis hat. Für den Regelkreis der anderen Seiltrommel 9 gibt die Steuereinrichtung einen hohen Sollwert für die Seilzugspannung vor, wodurch der Antrieb 10 dieser Seiltrommel 9 so lange betätigt wird, bis durch Drehung des gesamten Roboters 1 um den Einlaufpunkt des stillstehenden Seils aufgrund des "Aufwickelns" des anderen Seils beide Meßwerte der Meßräder 12 übereinstimmen. Damit ist die Verdrehung korrigiert, und das Antriebsrad kann wieder abgesenkt werden. Selbstverständlich kann die Korrektur auch durch Regeln der Seilzugspannungen über beide Regelkreise durchgeführt werden. Bei der Korrektur der Verdrehung des Roboters auf waagerechten Glasflächen, z. B. bei Beginn der Verfahrbewegung, bleibt das Antriebsrad 3 im abgesenkten Zustand, so daß sich der Tragrahmen 2 um das Antriebsrad als Drehpunkt dreht.
Darüber hinaus erfolgt eine Stabilisierung der Bewegung des Roboters 1 dadurch, daß die vorderen, nicht angetriebenen Räder 4 senkrecht zur Radachse um einen geringen Winkel, im Ausführungsbeispiel z. B. 15°, drehbar gelagert sind, wobei die senkrechte Achse, in Fahrtrichtung gesehen, vor der Radachse angeordnet ist. Eine durch äußere Störungen bedingte Auslenkung der Räder aus der Fahrtrichtung führt zu einem Rückstellmoment, das die Räder 4 in die ursprüngliche Richtung zieht.
Das Zurückfahren des Roboters 1 wird bei angehobenem Antriebsrad 3 nur unter Verwendung der Regelkreise der Seiltrommeln 9 und der Meßräder 12 durchgeführt. Beim Wechsel der Bewegungsrichtung werden die ehemals vorderen Räder 4 in der Mittelstellung mit einem nicht dargestellten pneumatischen Zylinder arretiert und haben damit auch für diese Fahrtrichtung eine stabilisierende Wirkung.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Korrektur der Verdrehung über die Seilzugspannungen durchgeführt. Wenn der Raumbedarf vorhanden ist, ist es denkbar, daß die vorderen Räder 4 eine Lenkung aufweisen, durch die eine Lageveränderung vorgenommen werden kann.
Die Reinigung wird während der Abwärtsbewegung des jeweiligen Roboters 1 auf der Glasfläche mittels der Walzenbürsten 6 und seitlich des Roboters 1 mittels der Tellerbürsten 8 durchgeführt. Zwischen den glasabhängungen reinigt der Roboter 1 über diese Breite mit der Walzenbürste 6. Um die Glasabhängungen, die durch die außenliegende Gitternetzschale der Hallenkonstruktion bedingt sind, umfahren zu können, werden die seitlichen Arme 7 ein- und ausgefahren. Die Tellerbürsten 8 werden über die Schwenkköpfe 17 geschwenkt, wodurch auch im verdeckten Bereich hinten den Glasabhängungen gereinigt werden kann. Während des Verfahrens des Roboters werden die seitlichen Arme in Abhängigkeit zu der gewählten Verfahrgeschwindigkeit des Roboters ständig ein- und ausgefahren, um die gesamte seitliche Glasfläche zu reinigen. Allerdings kann der Antrieb 10 der Seiltrommeln 9 und/oder des Antriebsrades 3 auch so gesteuert bzw. geregelt werden, daß der Roboter 1 jeweils beim Ausfahren der Arme 7 anhält, vorrückt und für das Einfahren wieder anhält.
Die Bürsten 6,8 werden mit über den Schlauch der Schlauchtrommel 15 zugeführtem Wasser beaufschlagt. Die Walzenbürste 6 weist diezu der Walzenbürstenmitte hin länger werdenden Borsten auf, da durch das Eigengewicht des Roboters 1 sich die Glasscheiben leicht durchbiegen, und es kann ein gleichmäßiger Anpreßdruck der Borsten auf das Glas gewährleistet werden.
Im obigen Ausführungsbeispiel wurde ein Reinigungsroboter beschrieben.
Die erläuterte Vorrichtung zum Bewegen eines Roboters kann auch bei anderen Robotern, wie einem Inspektionsroboter oder allgemein einem Bearbeitungsroboter, verwendet werden. Letzterer kann beispielsweise Arbeiten wie Lackieren, Sandstrahlen, Schleifen usw. an Fassaden verrichten. Entsprechend der Verwendungsart sind dann Kabeltrommel und Schlauchtrommel mit entsprechenden Kabeln und Schläuchen vorgesehen, wobei in den Schläuchen ein beliebiges Fluid oder auch Farben zum lackieren oder dergleichen fließen können.

Claims (16)

  1. Antriebsvorrichtung zum Bewegen eines Roboters oder Fahrzeugs auf flachen, geneigten oder gewölbten Flächen oder Fassaden, insbesonder einer Glaskonstruktion,
    gekennzeichnet durch
    einen mit Rädern (3,4) versehenen Tragrahmen (2), der Bestandteil des Roboters (1) oder Fahrzeugs ist, wobei mindestens ein Rad als abhebbares Antriebsrad (3) ausgebildet ist,
    mindestens zwei mit Abstand zueinander angeordnete Seiltrommeln (9) mit Trommelantrieb (10), die Halteseile zum Halten des Tragrahmens aufnehmen,
    eine Einrichtung (13,14,12) zum Feststellen der seitlichen Abweichung und/oder der Verdrehung des Tragrahmens (2) in bezug auf die lineare Vorwärtsbewegung,
    eine Einrichtung (13,14) zur Korrektur der seitlichen Abweichung und/oder eine Einrichtung (9,10,11) zur Korrektur der Verdrehung, und
    eine Steuer- und Regeleinrichtung, die abhängig von der Größe der seitlichen Abweichung und/oder der Verdrehung die Korrektureinrichtungen ansteuert.
  2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das absenkbare Antriebsrad (3) einen hohen Reibungskoeffizienten und die übrigen Räder (4) einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Feststellen der seitlichen Abweichung und/oder Verdrehung mindestens zwei mit Abstand zueinander angeordnete Wegmeßeinheiten (12) aufweist, die mit der Steuer- und Regeleinrichtung verbunden sind und die den zurückgelegten Weg erfassen, wobei die Steuer- und Regeleinrichtungtung die Differenz zwischen dem jeweils von den Wegmeßeinheiten (12) zurückgelegten Weg bestimmt und abhängig von der Differenz die Einrichtung zur Korrektur der Verdrehung ansteuert.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Korrektur der Verdrehung die Trommelantriebe (10) der zwei Seiltrommeln (9) sowie diesen zugeordnete Meßeinheiten (11) zur Messung der Seilzugspannung, die jeweils zusammen mit der Steuer- und Regeleinrichtung einen Regelkreis für die Seilzugspannung bilden, umfaßt, und daß zur Korrektur der Verdrehung die Regelkreise die Seilzugspannung mindestens einer Seiltrommel (9) derart regeln, daß die Wegmeßeinheiten gleiche Werte liefern.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßeinheiten als Meßräder ausgebildet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Korrektur der seitlichen Abweichung seitlich an dem Tragrahmen (2) angeordnete aus- und einfahrbare Drückelemente (13) aufweist, die sich an außenliegenden Konstruktionselementen der Glaskonstruktion abdrücken.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drückelemente als pneumatisch angetriebene Gleitschienen (13) ausgebildet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drückelemente (13) mit pneumatischen Kolben-Zylinder-Anordnungen (14) verbunden sind und daß die Einrichtung zum Feststellen der seitlichen Abweichung an den Kolben-Zylinder-Anordnungen (14) angebrachte Sensoren zur Erfassung des Kolbenhubs aufweist.
  9. Roboter mit einer Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Roboter nach Anspruch 9 mit einer einen Schlauch aufnehmenden Schlauchtrommel (10) und einer mindestens eine elektrische Leitung aufnehmenden Kabeltrommel (9), die an dem Tragrahmen (2) befestigt sind.
  11. Roboter nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung die Antriebe der Schlauchtrommel (10), der Kabeltrommel (9) und/oder der Seiltrommeln (11) abhängig von der Zugkraft regelt.
  12. Roboter nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Schlauchtrommel (10), Kabeltrommel (9) und/oder Seiltrommel (11) derart synchron geregelt werden, daß der abgewikkelte Schlauch, die abgewickelte elektrische Leitung und/oder das abgewickelte Seil straff ohne Schlaufen auf die Glaskonstruktion abgelegt werden.
  13. Roboter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein senkrecht zur Fahrtrichtung angeordnetes walzenförmiges Reinigungselement (3) an dem Tragrahmen (2) befestigt ist, wobei der Schlauch der Schlauchtrommel (10) mit einem Verteilersystem zum Zuführen von Wasser zum Bereich des walzenförmigen Reinigungselements (3) verbunden ist.
  14. Roboter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei außenliegenden Konstruktionselementen der Glasflächenkonstruktion an dem Tragrahmen (2) seitlich ein- und ausfahrbare Reinigungselemente (7) angeorndet sind, die von der Steuer- und Regeleinrichtung gesteuert werden.
  15. Verwendung eines Roboters nach einem der Ansprüche 9 bis 14 als Reinigungsroboter.
  16. Verwendung eines Roboters nach einem der Ansprüche 9 bis 12 als Inspektionsroboter oder als Bearbeitungsroboter.
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