DE10101327A1

DE10101327A1 - Schienengebundene, eigenfortbewegungsfähige Vorrichtung

Info

Publication number: DE10101327A1
Application number: DE2001101327
Authority: DE
Inventors: Florian Simons; Peter Schmidt; Matthias Hornemann; Gernot Schmierer; Uwe Braeuning
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-01-13
Filing date: 2001-01-13
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2021-01-14
Also published as: DE10101327B4

Abstract

Beschrieben wird eine schienengebundene, eigenfortbewegungsfähige Vorrichtung mit wenigstens zwei an einer Rahmeneinheit voneinander beabstandet angebrachte Umlenkeinheiten, von denen wenigstens eine mit einem motorischen Antriebsmittel in Wirkverbindung steht, einem die Umlenkeinheiten endlos umlaufenden Transportmittel, das durch die wenigstens eine motorisch angetriebene Umlenkeinheit relativ zu den Umlenkeinheiten in Umlaufbewegung versetzbar ist und an dem die Umlenkeinheiten abgewandt eine Vielzahl von Halteelementen vorgesehen ist, die in Art von Greifern ausgebildet sind, die kraft- und/oder formschlüssig mit einem Schienenstrang, entlang dem sich die Vorrichtung fortbewegt, in Wirkverbindung bringbar und selbsttätig vom Schienenstrang lösbar sind.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine schienengebundene, eigenfortbewegungsfähige Vorrichtung, die insbesondere als Kletterroboter an Gebäudefassaden einsetzbar ist.

Stand der Technik

Vorrichtungen der vorstehend genannten Gattung, die in Form sogenannter Kletterroboter zum Einsatz kommen, sind insbesondere für jene Einsatzbedingungen konzipiert, für die der Mensch ungeeignet ist oder die für den Menschen zu gefährlich sind. Ein typischer Anwendungsbereich diesbezüglicher Vorrichtungen betrifft das Reinigen und Inspizieren von Gebäudeaußenwänden, bspw. von Glasfassaden, die aufgrund ihrer z. T. überaus beachtlichen Bauhöhen und vertikalen Ausrichtungen für den Menschen ein hohes Gefahrenpotential beinhalten. Überdies weisen die zum Teil nur filigran ausgebildeten, transparenten Gebäudefassadenflächen nur begrenzte Traglasten auf, die es gilt bei Reinigungsarbeiten nicht zu überschreiten. Insbesondere bei schräg geneigten Glasfassaden ist der Einsatz konventioneller Reinigungsgondeln, in denen sich für gewöhnlich das Reinigungspersonal aufhält, aufgrund zu hoher Abstützlasten nicht möglich. Für derartige Einsatz- und Anwendungsfälle eignen sich vielmehr sich selbständig fortbewegende Vorrichtungen bzw. eigenbewegliche Plattformen, die über ein geringes Eigengewicht und entsprechende Haftmechanismen verfügen, durch die eine sichere Fortbewegung selbst längs vertikal geneigter Oberflächen möglich ist.

Ein derartig autonom arbeitender Kletterroboter ist beispielsweise in der DE 197 27 421 C2 beschrieben. Der in dieser Druckschrift beschriebene Kletterroboter weist zwei an einem Rahmengestell beabstandet zueinander angeordnete Umlenkrollen für einen, die Rollen umlaufenden Zahnriemen auf, an dessen Außenseite in linearer Anordnung eine Vielzahl von Saugnäpfen vorgesehen ist. Eine der beiden Umlenkrollen wird motorisch angetrieben. Die einzelnen Saugnäpfe, die durch das Eigengewicht der Vorrichtung gegen eine Haftfläche gepresst werden, vermögen die gesamte Vorrichtung weitgehend sicher an der Haftfläche zu fixieren. Grenzen bezüglich einer sicheren Anhaftung sind jedoch gesetzt, je steiler die Haftflächen geneigt sind, wodurch der Einfluss des Eigengewichtes der Vorrichtung zunehmend zum Tragen kommt. Überdies vermögen Verschmutzungen an der Oberfläche die Saugwirkung der einzelnen Saugnäpfe und damit die Haftung der gesamten Vorrichtung an der Oberfläche deutlich zu reduzieren.

Ein weiteres mobiles Robotersystem ist der DE 198 16 893 A1 zu entnehmen, das neben dem vorstehend beschriebenen Prinzip der Saughaftung alternativ auch auf magnetischen Kräften beruhende Haftmodule oder kraftschlüssig sowie auch formschlüssig ausgebildete Greifermodule vorsieht, durch die sich das Robotersystem an entsprechend ausgebildeten Oberflächenkonturen zu fügen vermag.

Allen bekannten über Eigenfortbewegung verfügenden Robotersystemen haftet jedoch der Nachteil an, dass sie nur bedingt für die vorstehend genannten Reinigungsaufgaben einsetzbar sind, zumal sie nicht oder nur mit zusätzlichen Sicherheitsvorkehrungen an schräg geneigten oder vertikal ausgerichteten Fassadenoberflächen eingesetzt werden können. Überdies vermögen mit Ausnahme des sich raupenförmig fortbewegenden Saugroboters, wie eingangs beschrieben, alle bekannte Fortbewegungssysteme keine kontinuierliche Vorwärtsbewegung zu realisieren, die jedoch besonders vorteilhaft für Gebäudereinigungs- und Inspektionszwecke ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eigenfortbewegungsfähige Vorrichtung anzugeben, die sich in autonomer Weise über glatte bzw. ebene wie auch gekrümmte, horizontal wie auch vertikal geneigte Flächen fortzubewegen vermag. Die Vorrichtung soll sich derart sicher selbst längs vertikal geneigter Flächen fortbewegen können, dass keine zusätzlichen Sicherungsvorkehrungen nötig sind.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Die Lösung der Aufgabe ist eine schienengebundene, eigenfortbewegungsfähige Vorrichtung mit wenigstens zwei an einer Rahmeneinheit voneinander beabstandet angebrachte Umlenkeinheiten, die vorzugsweise als kreisrunde Umlenkscheiben bzw. Rollen ausgebildet sind, von denen wenigstens eine mit einem motorischen Antriebsmittel in Wirkverbindung steht. Ferner sieht die Vorrichtung ein um die Umlenkeinheiten endlos umlaufendes Transportmittel, vorzugsweise ausgebildet als Zahnriemen, vor, das durch die wenigstens eine motorisch angetriebene Umlenkeinheit relativ zu den Umlenkeinheiten in Umlaufbewegung versetzbar ist und an dem den Umlenkeinheiten abgewandt eine Vielzahl von Halteelementen vorgesehen ist, die einzeln in Art von Greifern ausgebildet sind, die kraft- und/oder formschlüssig mit einem Schienenstrang, entlang dem sich die Vorrichtung fortbewegt, in Wirkverbindung bringbar und selbsttätig vom Schienenstrang wieder lösbar sind.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Vorrichtung entlang eines Schienenstranges fortzubewegen, mit dem die Vorrichtung kraft- und formschlüssig in Eingriff steht. Hierfür sieht die Vorrichtung an der Außenseite des um die wenigstens zwei Umlenkrollen verlaufenden Zahnriemens eine Vielzahl einzelner Halteelemente vor, die bei Bewegung des Zahnriemens formschlüssig mit dem Schienenstrang in Eingriff bringbar sind. Die einzelnen, am Zahnriemen angebrachten Halteelemente sind in Art von Greifern ausgebildet, die den Schienenstrang an seiner Außenkontur wenigstens teilweise umgreifen, so dass dieser form- bzw. kraftschlüssig in einer geschlossenen Stellung des Greifers lösbar fest umschlossen ist. Vorzugsweise sieht der Schienenstrang Einkerbungen bzw. Öffnungen oder Bohrungen vor, in die die Halteelemente mit geeigneten Greiferkonturen bzw. Fügeelementen eingreifen.

Durch den kontinuierlichen Antrieb wenigstens einer als Umlenkrolle ausgebildeten Umlenkeinheit, die vorzugsweise mit Hilfe eines akkubetriebenen Elektromotors als Antriebsmittel angetrieben wird, vermag sich die Vorrichtung längs des Schienenstranges kontinuierlich, d. h. ruckfrei fortzubewegen. Diese Eigenschaft unterscheidet die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise von all jenen bekannten eigenfortbewegungsfähigen Kletterrobotern, die mit "Beinchen" ausgestattet sind und sich in Art eines Spinnenschrittes oder mit Hilfe eines Gleitrahmen im Wege des Sliding-Frame-Prinzips fortbewegen.

Ein wichtiger Aspekt zur konstruktiven Auslegung der erfindungsgemäß ausgebildeten, eigenfortbewegungsfähigen Vorrichtung betrifft den Schließ- und Lösemechanismus, mit dem die einzelnen Halteelemente eine lösbar feste Fügeverbindung mit dem Schienenstrang eingehen bzw. durch den die Halteelemente aus der festen Fügung vom Schienenstrang wieder gelöst werden. So gelangen die Halteelemente längs des Zahnriemens, die um die in Bewegungsrichtung vorderen Umlenkeinheit umlaufen in Kontakt mit dem Schienenstrang und gehen selbsttätig eine lösbar feste Fügeverbindung mit dem Schienenstrang ein. In gleicher Weise werden jene Halteelemente, die um die in Bewegungsrichtung hintere Umlenkeinheit umlaufen, vom Schienenstrang abgehoben, wobei die Halteelemente über federkraftbeaufschlagt selbsttätig in eine geöffnete Stellung übergehen und somit ein Abheben vom Schienenstrang ermöglichen. Hierzu weist jedes einzelne Halteelement wenigstens ein bewegliches Fügeelement auf, das aus einer geöffneten Stellung in eine geschlossene Stellung und umgekehrt überführbar ist. Das vorzugsweise als Bolzenelement ausgebildete Fügeelement ist quer zum Schienenstrang beweglich gelagert, so dass es seitlich in die Einkerbungen bzw. Bohrungen innerhalb des Schienenstranges eingreifen kann. Das Fügeelement selbst ist in einer Ausführungsform durch ein Federelement kraftbeaufschlagt gelagert, durch das das Fügeelement selbsttätig eine geöffnete Stellung einnimmt, in der das Halteelemente frei auf den Schienenstrang aufsetzbar bzw. von diesem abhebbar ist.

Eine Zwangsführung, in Form zweier parallel zueinander verlaufender Führungsschienen, die an der Rahmeneinheit der Vorrichtung zwischen der Rahmeneinheit und dem Schienenstrang sowie zwischen den wenigstens zwei Umlenkeinheiten positioniert und befestigt ist, sorgt dafür, dass die Fügeelemente jener Halteelemente, die zwischen den Führungsschienen entlang gleiten, jeweils in eine geschlossene Stellung überführt und in dieser gehalten werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich die selbstfortbewegungsfähige Vorrichtung längs des Schienenstranges ohne Gefahr gegenüber Ablösen vom Schienenstrang fortbewegen kann, selbst wenn der Schienenstrang vertikal geneigt oder gar an überhängenden Flächenteilen angebracht ist. Die Haltekraft der Vielzahl der mit dem Schienenstrang in fester Fügeverbindung tretenden Halteelemente ist dabei derart auszulegen, dass sie das gesamte Eigengewicht der Vorrichtung zu tragen vermag.

Eine derart ausgebildete Vorrichtung eignet sich insbesondere für die Reinigung, Pflege, Wartung und Inspektion von Gebäudefassaden, die mit entsprechenden Schienensträngen in Form von Lisenen ausgestattet sind. So ist es möglich, die Vorrichtung mit geeigneten Reinigungselementen zu bestücken, beispielsweise mit rotierenden Bürstenelementen, die über eine geeignete Kinematik auf die Gebäudeoberfläche abgesenkt werden können, um diese entsprechend zu reinigen. Ferner können Inspektionseinheiten an der Vorrichtung angebracht werden, wie beispielsweise Kameraköpfe oder Prüfköpfe zur Oberflächenuntersuchung, mit denen beispielsweise Dichtungsfugen oder ähnliches überprüft werden können.

Es ist möglich mit der vorstehend erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung Fassadenbereiche zu erreichen, die links und rechts eines längs der Fassadenbereiche verlaufenden Schienenstranges liegen. Möchte man jedoch die gesamte Fläche einer Fassade mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung abfahren, so ist es erforderlich, eine Vielzahl ähnlich zueinander angeordnete Schienenstränge beispielsweise in Form von Lisenen auf der gesamten Fassadenoberfläche vorzusehen. Um ein Umsetzen der Vorrichtung zwischen zwei benachbarten Schienensträngen zu ermöglichen, ist an der Rahmeneinheit der Vorrichtung ein sich quer zum Verlauf der Schienenstränge erstreckender Gleitrahmen vorgesehen, an dem wenigstens vier vertikal absenkbare Stütz- Halteelemente angebracht sind, die entlang des Gleitrahmens lineartranslatorisch bewegbar sind. Die vorzugsweise vier vertikal absenkbaren Stütz- Halteelemente sind an den Eckpunkten eines gedachten Rechteckes angeordnet, wobei jeweils zwei Stützhalteelemente mit einem Schienenstrang und die anderen zwei mit dem unmittelbar benachbarten Schienenstrang in Eingriff bringbar sind. Zur Fortbewegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung längs eines Schienenstranges befinden sich die Stütz- Halteelemente in einer oberen Stellung. Soll die Vorrichtung jedoch von einem Schienenstrang zum benachbart nächsten Schienenstrang umgesetzt werden, so werden die Stützelemente vertikal abgesenkt, so dass sie jeweils eine kraft- und/oder formschlüssige Fügeverbindung mit den jeweiligen benachbarten Schienensträngen eingehen. Durch Absenken der Stütz- Halteelemente wird vorzugsweise gleichzeitig die gesamte Vorrichtung vom Schienenstrang abgehoben, wobei alle im Eingriff mit dem Schienenstrang befindlichen Halteelemente, die am Zahnriemen angebracht sind, in eine geöffnete Stellung überführt werden müssen. Hierzu wird jene Führungsschiene der Zwangsführung seitlich, d. h. quer zum Schienenstrang ausgelenkt, die die einzelnen Fügeelemente der Halteelemente in eine geschlossene Stellung zu bringen vermag. Anschließend wird die Vorrichtung längs des Gleitrahmens unmittelbar über den benachbarten Schienenstrang translatorisch verschoben und entsprechend abgesenkt.

Mit Hilfe des zusätzlichen Gleitrahmens, der mit der Vorrichtung fest verbunden ist, ist es möglich, eine gesamte Fassadenoberfläche mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu befahren. Das Bewegungsmuster, gemäß dem sich die Vorrichtung längs und quer zu den Schienensträngen fortbewegt ist in einer Rechnereinheit abgespeichert, die als bauliche Einheit zusammen mit dem Antriebsmittel in Form eines Steuermoduls ausgebildet ist.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbundenen Vorteile liegen zum einen in der kontinuierlichen Vorwärts- sowie auch Rückwärtsbewegung, die von dem raupenförmige Bewegungsprinzip der Vorrichtung herrührt. Ferner vermag die Kombination aus Raupenantrieb und mechanischen Halteelementen, die sich kraft- bzw. formschlüssig in einen Schienenstrang einhaken, in dem Sinne, dass permanent mehrere Halteelemente im "eingehakten" Zustand mit dem Schienenstrang sind, die Sicherheit gegen ein Ablösen der Vorrichtung vom Schienenstrang derart zu steigern, dass auf zusätzliche Sicherungsmittel, wie Sicherungsseile vom Gebäudefirst, vollständig verzichtet werden kann. Auch ist es möglich, die Vorrichtung neben der Bewegung auf ebenen Flächen auch längs gewölbter Flächen mit dem Raupenantrieb fortzubewegen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisierte Längsschnittdarstellung durch eine selbstfortbewegungsfähige Vorrichtung,

Fig. 2 perspektivische Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung von schräg unten,

Fig. 3 Querschnitt durch ein Halteelement,

Fig. 4a, b Prinzipdarstellung zur konstruktiven Auslegung der Vorrichtung zur Fortbewegung längs gekrümmter Schienenstränge,

Fig. 5 Vorrichtung mit Gleitrahmen.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform weist einen Zahnriemen 1, zwei als Synchronscheiben 2 ausgebildete Umlenkeinheiten zur Führung des Zahnriemens 1, eine Vielzahl als Greifer ausgebildete Halteelemente 3, die in regelmäßigen Abständen längs des Zahnriemens 1 angeordnet sind sowie eine mechanische Zwangsführung 4 auf, die zum Öffnen und Schließen der als Greifer ausgebildeten Halteelemente 3 dient. Das gesamte System ist in einer Rahmeneinheit 5 integriert, an der die Antriebseinheit 7 sowie die elektronische Steuerungstechnik als eine Baueinheit angebracht ist. Ferner können .Zusatzeinheiten, beispielsweise zur Reinigung von Fassaden am der Antriebseinheit 7 angebracht werden. Ferner ist an der Rahmeneinheit 5 die aus zwei Führungsschienen bestehende Zwangsführung 4 vorgesehen, die die einzelnen Halteelemente 3 in einer geschlossenen Stellung zu halten vermag. Die im Bereich der Zwangsführung 4 zwischen den Führungsschienen entlang gleitenden Halteelemente 3 befinden sich in einer festen kraft- und/oder formschlüssigen Fügeverbindung mit einem Schienenstrang 6, entlang dem sich die erfindungsgemäße Vorrichtung fortbewegt. Ferner sind Umlenkrollen 8 vorgesehen, die den Zahnriemen 1 vom Schienenstrang 6 weiter distanzieren, wodurch die Vorrichtung auch längs gekrümmter Schienenstränge mit sicherem Halt bewegbar ist. Auf diesen Aspekt wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 detaillierter eingegangen.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung bewegt sich in Pfeilrichtung kontinuierlich längs zum Schienenstrang 6, wodurch sich diese Vorrichtung von vielen anderen gattungsgemäßen Bewegungsplattformen unterscheidet. Durch den elektromotorisch angetriebenen Zahnriemen 1 bewegen sich die oberhalb der Umlenkeinheiten 2 befindlichen Halteelemente in Bewegungsrichtung, wohingegen sich die zwischen den Umlenkeinheiten 2 und dem Schienenstrang 6 befindlichen Halteelemente 3 entgegen der Bewegungsrichtung relativ zur Rahmeneinheit bewegen. Die in Bewegungsrichtung vordere Umlenkrolle 2 setzt die einzelnen, in einer geöffneten Greiferstellung befindlichen Halteelemente von oben auf den Schienenstrang 6 auf. Anschließend gelangen die einzelnen Halteelemente in einen Bereich der Zwangsführung 4, durch die die Halteelemente in eine geschlossene Stellung mit dem Schienenstrang 6 überführt werden. Entsprechendes erfolgt in der in Bewegungsrichtung hinteren Umlenkeinheit 2, durch die die im Eingriff befindlichen Halteelemente 3, nachdem sie aus der Zwangsführung 4 entgleiten, vom Schienenstrang 6 abgehoben werden. Dieser Vorgang erfolgt, wie vorstehend beschrieben, in einer kontinuierlichen Weise, so dass sich die gesamte Vorrichtung gleichförmig längs des Schienenstranges 6 fortbewegt.

In Fig. 2 ist eine untere Ansicht in perspektivischer Darstellung der Vorrichtung zu sehen. An der Rahmeneinheit 5 sind die beiden voneinander beabstandeten Umlenkrollen 2 angelenkt, wobei die in Fahrtrichtung vordere Umlenkrolle zusätzlich mit der Antriebseinheit 7 in Wirkverbindung steht, in der sowohl ein elektrischer Motor als auch eine Steuereinheit untergebracht sind, in der alle Informationen für das Bewegungsmuster, gemäß dem sich die Vorrichtung entlang eines Schienenstranges fortbewegt, abgespeichert sind.

Für den sicheren Halt der Vorrichtung an einem nicht dargestellten Schienenstrang sorgen eine Vielzahl von als Greifer ausgebildeten Halteelementen 3, die längs der Oberfläche des Zahnriemens 1 in linearer Anordnung vorgesehen sind. Die einzelnen Halteelemente 3 sind mit der Oberseite des Zahnriemens 1 über Verbindungsnocken 9 verbunden. Die Verbindungsnocken 9 sind über eine Schweißverbindung bzw. Klebeverbindung mit der Oberseite des Zahnriemens 1 fest verfügt. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Schweißnaht an der Oberseite des Zahnriemens zu einer Versteifung des Zahnriemens und damit verbunden zu einer Vergrößerung des minimalen Biegeradiuses des Zahnriemens führt. Um einen möglichst kleinen Krümmungsradius des Zahnriemens bei gleichzeitig hoher Verbindungssicherheit der Verbindungsnocken gegen Ablösen zu erreichen, besitzen die Verbindungsnocken eine Art Freimachung, die dazu führt, dass Teile des Verbindungsnockens im unbelasteten Zustand vom Zahnriemen abheben können, während eben diese Teile im belasteten Zustand die wirkende Querkraft auf den Zahnriemen abstützen und somit die Schweißverbindung zu entlasten vermögen. Die Halteelemente sind aus Gründen eines einfachen Austausches defekter Halteelemente mit Hilfe lösbar fester Verbindungstechnik mit den Verbindungsnocken verbunden. Vorzugsweise sind die Halteelemente mittels einer Schraubverbindung an den einzelnen Verbindungsnocken befestigt.

Die Halteelemente 3 die jeweils mit den vorstehend beschriebenen Verbindungsnocken 9 verbunden sind, weisen jeweils einen federnd gelagerten Halteelementfuß 31 sowie einen Greiferkörper 33 auf, der im Einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 3a und b dargestellt ist. Der Greiferkörper 33 kann grundsätzlich als Backengreifer mit zwei Greiferbacken ausgebildet sein, deren Greiferbacken den Schienenstrang von oben wenigstens teilweise umgreifen. In Fig. 3a ist ein Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Greiferkörpers 33 dargestellt, der auf einen Schienenstrang 6, der in Form einer Lisene ausgebildet ist, aufsitzt. Der Greiferkörper 33 weist eine, an die obere, äußere Kontur des Schienenstranges 6 entsprechend angepasste Ausnehmung 331 auf, die eine senkrecht zur Zeichenebene gemäß Fig. 3a rund ausgebildete Aufsetzfläche aufweist, wodurch ein Abrollen des Greiferkörpers 33 auf der Lisene 6 beim Absenken des Halteelementes auf den Schienenstrang gewährleistet ist. Weiterhin ist die Aufsetzfläche des Greiferkörpers 33 rollbar bzw. gut gleitend ausgebildet, um beim Absenken bzw. Anheben des Halteelementes auf der Lisene einen geschmeidigen Gleitvorgang zu ermöglichen. Ferner ist am Greiferkörper 33 ein Fügeelement 332 in Form eines Bolzenelementes vorgesehen, das quer zur Lisene 6 entlang zweier Linearführung 333x und 333y bewegbar gelagert ist. Die Linearführungen dienen zur zweidimensionalen Zentrierung des Bolzenelementes relativ zur Öffnung 336. Mit Hilfe eines Federelementes 334, in Form einer Druckfeder wird der Bolzen 332 in eine geöffneten Stellung (wie aus Fig. 3a ersichtlicht) überführt und in dieser Stellung gehalten. Mit einem, mit dem Bolzen 332 verbundenen Betätigungshebel 335, der mit der Zwangsführung 4 in Wirkverbindung tritt, wird der Bolzen 332 entgegen der Federkraft des Federelementes 334 in eine in Fig. 3b dargestellten geschlossenen Stellung überführt. In der geschlossenen Stellung (Fig. 3b) wird der Bolzen 332 längs der Linearführungen 333y und 333x in die Öffnung 336 innerhalb der Lisene 6 geschoben, so dass der Greiferkörper 33 die Lisene 6 form- und kraftschlüssig umschließt und einen sicheren Halt an der Lisene 6 ermöglicht. Der Bolzen 332 ist vorzugsweise mit einer Spitze zur Positionierung in der Lisenenöffnung 336 ausgeführt. Die Spitze wird vorzugsweise stumpf ausgebildet, um die Lisene 6 nicht zu beschädigen. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Spitze des Bolzen 332 beispielsweise in Kunststoff auszuführen, um gute Gleiteigenschaften entlang der Lisene 6 zu gewährleisten. In einer vollständig eingeführten Position des Bolzens 332 innerhalb der Lisene 6 mündet dieser in eine entsprechende Gegenkontur innerhalb des Greiferkörpers 33 ein, um die Kraftschlussverbindung zu verbessern.

Den als passiv ausgebildeten Haltemechanismus gilt es über den Betätigungshebel 335 gemäß Fig. 3a, b entsprechend zu bedienen. Hierzu sieht die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung die Zwangsführung 4 vor, die aus zwei Führungsschienen besteht, zwischen denen die Greiferkörper 33 mit ihren Betätigungshebeln 335 entlang gleitet. Sofern sich die Halteelemente 3 innerhalb des Bereiches der Zwangsführung 4 befinden, wird der Betätigungshebel 335 in der geschlossenen Stellung gesichert, wodurch ein sicherer fester Halt entlang des Schienenstranges gewährleistet ist. Entgleiten die Halteelemente 3 aus der Zwangsführung 4, durch entsprechende Vorwärtsbewegung des Zahnriemens 1, tritt der zwangsgeführte Betätigungshebel 335 ins Freie, wodurch das Federelement 334 das Bolzenelment 332 in die geöffnete Stellung überführt, sodass die Greiferkörper 33 vom Schienenstrang abgehoben werden können.

Um für einen sicheren Betrieb der Vorwärtsbewegung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung längs eines Schienenstranges zu sorgen, ist der Haltezustand eines jeden Halteelementes zu überprüfen. Hierzu wird von jedem einzelnen Halteelement eine Information hinsichtlich des jeweiligen verriegelten oder offenen Zustandes an die zentrale Steuerungseinheit übertragen. Zu diesem Zweck sind an diskreten Punkten längs des Zahnriemens induktive Näherungsschalter angebracht, die den Zustand der einzelnen Halteelemente überprüfen. Am Greiferkörper ist zudem ein elektromechanischer Taster 337 vorgesehen, der ein entsprechendes Signal erzeugt. Die Näherungsschalter und Taster liefern in Form eines digitalen Signals die gewünschten Informationen an eine zentrale Steuereinheit, die den gesamten Bewegungsvorgang der Vorrichtung überwacht.

Bei komplexen Gebäudefassadenformen, entlang denen die erfindungsgemäße Vorrichtung auf entsprechend vorgesehene Lisenen bzw. Schienenstränge fortzubewegen ist, sind die einzelnen Lisenen selbst mit stark variierenden Radien um ihre Querachse gekrümmt. Für die gesamte Vorrichtung bedeutet dies, dass die zwischen den Achsen der Umlenkeinheiten befindlichen Halteelemente auf einem anderen Abstandsniveau zum Schienenstrang als jene Halteelemente liegen, die sich zu diesem Zeitpunkt unter den Umlenkeinheiten selbst befinden. Ein derartiger Zustand ist der Fig. 4a zu entnehmen. Der größte Niveauunterschied S_D,min zwischen den einzelnen Halteelementen 3 ergibt sich an der Stelle des kleinsten Krümmungsradius r_Lis,min und hängt ab vom Achsstand a_Syn der beiden Umlenkrollen 2. Die Vorrichtung muss demzufolge eine mechanische Komponente besitzen, die den Höhenunterschied zwischen den einzelnen Haltemodulen auszugleichen vermag. Ausgehend von der Tatsache, dass der Zahnriemen 1 zu Seiten des Schienenstranges 6 unter einer festen Führung verläuft, die eine definierte Bahn der einzelnen Haltemodule 3 gewährleistet, ist es notwendig, die Verbindungseinheit zwischen dem Zahnriemen und den einzelnen Haltemodulen federnd zu gestalten, wie es beispielsweise unter Bezugnahme auf Fig. 2 in Verbindung mit dem Halteelementfuß 31 hervorgeht.

Allerdings würde eine bloße Federung der Halteelementfüße 31 allein nicht ausreichen, um das vorstehend aufgezeigte Problem von gekrümmt verlaufenden Schienensträngen zu lösen. Betrachtet man den Fall, dass die Vorrichtung senkrecht oder sogar an einem Überhang längs eines Schienenstranges sich fortbewegt, wären durch die Gewichtskraft der Vorrichtung alle Federelemente aller im Eingriff befindlichen Halteelemente vollständig ausgelenkt. Das nächste Halteelement, das über die in Fahrtrichtung vorne liegende Umlenkscheibe auf den Schienenstrang aufgesetzt werden soll, kann diese durch ihre Krümmung nicht mehr erreichen. Aus diesem Grund wird der Zahnriemen durch zusätzliche Umlenkrollen 8, die zwischen beiden Umlenkeinheiten 2 unmittelbar dem Schienenstrang 6 gegenüberliegend angeordnet sind, derart geführt, dass die Unterkanten der Synchronscheiben 2 bzw. Umlenkeinheiten in jedem Fall tiefer liegen, als der Zahnriemen 1 im Bereich der Mittelachse zwischen beiden Synchronscheiben 2 (siehe hierzu Fig. 4b). Die Niveaudifferenz zwischen der Unterkante der Synchronscheiben 2 und dem Zahnriemen 1 im Bereich der Mittelachse ist wenigsten zu groß zu wählen, wie die durch die Krümmung des Schienenstranges 6 verursachte Niveaudifferenz. Wären nun die Halteelemente 3 durch Schwerkräfte oder Schwingungskräfte zwischen den beiden Umlenkrollen 8 vollständig ausgefahren, so ist es dennoch möglich, dass jenes Haltemodul an der in Fahrtrichtung vorne liegenden Synchronscheibe 2 in jedem Fall den Schienenstrang 6 zum Aufsetzen erreichen kann.

In Fig. 5 ist ein Mechanismus beschrieben, dem es möglich ist, die erfindungsgemäß ausgebildete Bewegungsvorrichtung 10, die sich längs eines Schienenstranges 6 fortbewegt, auf einen parallel verlaufenden Schienenstrang 6' umzusetzen. Hierzu ist die Vorrichtung 10 mittig zu einem Gleitrahmen 12 fest verbunden. Querbeweglich zum Gleitrahmen 12 sind vier Stütz- Halteelemente 11 vorgesehen, die jeweils in Fluchtrichtung über zwei benachbart verlaufende Schienenstränge 6, 6' angeordnet sind. Im Falle eines Umsetzvorganges, greifen die Stütz- Halteelemente 11 jeweils in zwei benachbart angeordnete Schienenstränge 6, 6' und heben die Vorrichtung 10 samt Gleitrahmen 12 vertikal vom Schienenstrang 6 ab. Hierzu müssen die zuvor in Eingriff befindlichen Halteelemente der Vorrichtung 10 in eine entsprechend geöffnete Stellung überführt werden. Dies erfolgt beispielsweise derart, indem eine der beiden Führungsschienen der Zwangsführung 4 seitlich ausgelenkt wird, um die Betätigungshebel, wie vorstehend beschrieben, zu lösen.

Im vertikal angehobenen Zustand wird nun der Gleitrahmen 12 samt Vorrichtung 10 relativ zu den in Eingriff befindlichen Stütz- Halteelementen quer zum Verlauf der Schienenstränge 6, 6' verschoben, bis die Vorrichtung über der benachbarten Lisene bzw. dem benachbarten Schienenstrang 6' fluchtet. In diesem Zustand wird der Gleitrahmen nebst Vorrichtung vertikal abgesenkt werden, wobei die auf dem benachbarten Schienenstrang aufliegenden Halteelemente wieder in ihre geschlossene Stellung überführt werden. Nach Erreichen der geschlossenen Stellung können die vier Stütz- Halteelemente 11 gelöst und vertikal von den in Eingriff befindlichen Schienensträngen abgehoben werden. Eine Vorwärtsbewegung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung 10 ist nun wie vorstehend beschrieben samt Gleitrahmen möglich. Auf diese Weise ist es möglich, die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung autonom auf der gesamten Fläche einer mit Schienensträngen überzogenen Gebäudefassade beispielsweise zu Reinigungs- oder Inspektionszwecken zu bewegen.

Bezugszeichenliste

1

Zahnriemen

2

Umlenkeinheit/Synchronscheibe

3

Halteelement

4

Zwangsführung

5

Rahmeneinheit

6

Schienenstrang, Lisene

7

Antriebseinheit, Steuerelement

8

Umlenkrollen

9

Verbindungsnocken

31

Halteelementfuß

33

Greiferkörper

331

Gegenkontur

332

Führungselement, Bolzen

333

x Linearführung in x-Richtung

333

y Linearführung in y-Richtung

334

Federelement

335

Betätigungshebel

336

Öffnung, Lisenenöffnung

337

Taster

10

Bewegungsvorrichtung

11

Stütz-Halteelemente

12

Gleitrahmen

Claims

1. Schienengebundene, eigenfortbewegungsfähige Vorrichtung mit wenigstens zwei an einer Rahmeneinheit voneinander beabstandet angebrachte Umlenkeinheiten, von denen wenigstens eine mit einem motorischen Antriebsmittel in Wirkverbindung steht, einem die Umlenkeinheiten endlos umlaufenden Transportmittel, das durch die wenigstens eine motorisch angetriebene Umlenkeinheit relativ zu den Umlenkeinheiten in Umlaufbewegung versetzbar ist und an dem den Umlenkeinheiten abgewandt eine Vielzahl von Halteelementen vorgesehen ist, die in Art von Greifern ausgebildet sind, die kraft- und/ oder formschlüssig mit einem Schienenstrang, entlang dem sich die Vorrichtung fortbewegt, in Wirkverbindung bringbar und selbsttätig vom Schienenstrang lösbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Halteelemente gleichbeabstandet entlang des endlos umlaufenden Transportmittels angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportmittel als Zahnriemen ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die als Greifer ausgebildeten Halteelemente formschlüssig wenigstens teilweise die Außenkontur des Schienenstranges kraftschlüssig derart umgreifen, dass die Vorrichtung selbsttätig mit dem Schienenstrang verfügt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schienenstrang Einkerbungen oder Löcher aufweist, in die die als Greifer ausgebildete Halteelemente eingreifen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbungen oder Löcher entlang des Schienenstranges in gleichem Maße voneinander beabstandet sind wie die Halteelemente entlang des endlos umlaufenden Transportmittels.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die als Greifer ausgebildeten Halteelemente jeweils wenigstens ein bewegliches Fügeelement aufweisen, das aus einer geöffneten Stellung in eine geschlossene Stellung und umgekehrt überführbar ist, dass das Halteelement in der geöffneten Stellung des Fügeelementes auf den Schienenstrang aufsetzbar und abhebbar ist und dass das Halteelement in der geschlossenen Stellung des Fügeelementes den Schienenstrang derart wenigstens teilweise umschließt, dass das Halteelement kraft- und/oder formschlüssig fest mit dem Schienenstrang verfügt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügeelement ein Bolzenelement ist, das seitlich zum Schienenstrang in eine quer zum Schienenstrang befindliche Öffnung wenigstens teilweise einführbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügeelement derart federkraftbeaufschlagt ist, dass es ohne äußere Zwänge in der geöffneten Stellung verharrt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine mechanische Zwangsführung derart vorgesehen ist, dass sich die Fügeelemente der auf dem Schienenstrang aufsitzenden Halteelemente in der geschlossenen Stellung befinden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zwangsführung aus zwei parallel zueinander verlaufenden Führungsschienen besteht und an der Rahmeneinheit derart befestigt ist, dass die Zwangsführung zwischen dem Transportmittel und dem Schienenstrang sowie zwischen den wenigstens zwei Umlenkeinheiten vorgesehen ist, und dass zwischen beiden Führungsschienen die auf dem Schienenstrang aufsitzenden Halteelemente entlangleiten, wobei das Fügeelement in der geschlossenen Stellung gezwungen wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangsführung derart zwischen den Umlenkeinheiten vorgesehen ist, dass jene Halteelemente, die bedingt durch die Umlenkeinheiten von dem Schienenstrang abgehoben oder auf diesem aufgesetzt werden aus der Zwangsführung entgleiten oder in diese einmünden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente mit dem Transportmittel über Verbindungsnocken verbunden sind, und dass die Verbindungsnocken mit dem Transportmittel über eine feste Fügeverbindung und die Halteelemente mit den Verbindungsnocken jeweils über eine lösbar feste Verbindung verbunden sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das motorische Antriebsmittel ein akkubetriebener Elektromotor ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das motorische Antriebsmittel über ein selbsthemmendes Getriebe mit der wenigstens einen Umlenkeinheit verbunden ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinheiten als kreisrunde Scheiben ausgebildet sind, an deren Umfangsrand das Transportmittel in Eingriff steht.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Umlenkeinheiten wenigstens eine Umlenkrolle, über die das Transportmittel läuft, derart vorgesehen ist, dass der Abstand zwischen dem Umfangsrand der Umlenkeinheiten und dem Schienenstrang kleiner ist als der Abstand des Transportmittels, das sich dem Schienenstrang zugewandt zwischen beiden Umlenkeinheiten befindet, und dass die Halteelemente derart federnd am Transportmittel gelagert sind, so dass der vorstehende Abstandsunterschied des Transportmittels von den Halteelementen ausgleichbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schienenstrang auf einer ebenen oder gekrümmten Fläche, die horizontal oder vertikal geneigt ist, verläuft.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schienenstrang als eine, an einer Gebäudefassade verlaufenden Lisene ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von parallel zueinander und gleichbeabstandet voneinander Schienensträngen vorgesehen sind, dass fest an der Rahmeneinheit ein sich quer zum Verlauf der Schienenstränge erstreckender Gleitrahmen vorgesehen ist, an dem wenigstens vier vertikal absenkbare Stütz-Halteelemente vorgesehen sind, die entlang des Gleitrahmens lineartranslatorisch bewegbar sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens vier vertikal absenkbaren Stütz- Halteelemente an den Eckpunkten eines gedachten Rechteckes angeordnet sind, und dass jeweils zwei Halteelemente mit einem Schienenstrang und die anderen zwei mit dem unmittelbar benachbarten Schienenstrang in Eingriff bringbar sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütz-Halteelemente während der Fortbewegung der Rahmeneinheit längs eines Schienenstranges in einer oberen Stellung verharren, und dass die Stützelemente in der abgesenkten Stellung den jeweiligen Schienenstrang kraft- und/oder formschlüssig umgreifen und die Rahmeneinheit vom Schienenstrang vertikal vollständig beabstanden.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Kletterroboter ist.

22. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 zur Fassaden- und/oder Gebäudereinigung durch Vorsehen einer die Fassaden- bzw.- Gebäudeoberfläche reinigenden Einheit, die an der Rahmeneinheit vorgesehen ist.

23. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 zur visuellen Überprüfung von Fassaden- und/oder Gebäudeflächen mit Hilfe eines Prüfkopfes in Art einer Kamera.