DE102005025691A1 - Roboterfuß für Kletterroboter - Google Patents

Abstract

Roboterfuß für Kletterroboter, der sich auf beliebig konkav und konvex gewölbten Oberflächen (9) fortbewegen kann, mit einer Mehrzahl von passiven, an eine Halteeinrichtung (2) angesetzten Saugnäpfen (1), die den Roboterfuß nur durch mechanischen Druck auf der Bodenfläche fixieren, bei dem die Saugnäpfe (1) relativ zu der Halteeinrichtung (2) verkippbar und verschwenkbar an diese angesetzt sind.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Raboterfuß für Kletterroboter, der sich auf beliebig konkav und konvex gewölbten Oberflächen fortbewegen kann, mit einer Mehrzahl von passiven, an eine Halteeinrichtung angesetzten Saugnäpfen, die den Roboterfuß nur durch mechanischen Druck auf der Bodenfläche fixieren.
• Kletterroboter für den alltäglichen technischen Einsatz und Roboterkinematik in der theoretischen Forschung sind aktuelle und komplexe Entwicklungsvorhaben. Aufgaben von Kletterrobotern sind ganz allgemein der Transport von Messeinrichtungen, Werkzeugen, Reinigungsgeräten etc. oder das Ausführen anderer Arbeiten an Gebilden, die sich aus mehreren beliebig zueinander geneigten, glatten und ebenen Flächen zusammensetzen. Derartige Gebilde sind typischerweise Räume, Gebäude bzw. Gebäudeteile wie etwa Gewächshäuser, Wintergärten und Fassaden oder Foyers von Hochhäusern sowie Tanks oder Reaktoren von Fernkraftwerken. Kletterroboter dienen dabei der ferngesteuerten, semiautonomen Unterstützung von Bedienern oder der vollautonomen Durchführung stupider Tätigkeiten, insbesondere an größeren Gebilden oder in schwer zugänglichen Bereichen. Bei der Konzeption von Kletterrobotern sind zwei Probleme zu lösen: Wie kann der Roboter an beliebig geneigten, d.h. auch vertikalen und überhängenden Flächen sicheren Halt finden („Haftung")? Wie bewegt sich der Roboter fort und wie schafft der Roboter den Übergang von einer Fläche zu einer anderen, die durch Barrieren und/oder durch eine andere Neigung von der Fläche getrennt ist („Fortbewegung")? Letzteres betrifft beispielsweise auch den Wand-Decken-Übergang oder den Übergang von einer Seitenwand auf eine andere oder das Überqueren von Rahmen, kleineren Vorsprüngen oder Fugen und Nuten. Der übliche Weg das Haftungsproblem zu lösen, ist der Einsatz von Saugnäpfen oder Ausgestaltung eines Teils des Roboters (i. d. R. des Rumpfes) als Saugglocke. Die Evakuierung erfolgt aktiv durch Vakuumpumpen oder Venturi-Düsen. Leistungsfähige Vakuumpumpen erhöhen das Gewicht des Roboters ganz beträchtlich, während Venturi-Düsen relativ leicht ausgeführt werden können. Durch den andauernden Luftstrom beim Evakuieren haben beide Varianten einen hohen Energieverbrauch und sind relativ laut. Das gilt ganz besonders für größere Saugglocken, und vor allem die Lärmbelästigung begrenzt die Anwendbarkeit solcher Roboter in Wohnbereichen.
• Konstruktionen, bei denen der Rumpf als Saugglocke ausgeführt ist, sind nicht in der Lage kleinere Barrieren zu überwinden bzw. auf eine anders geneigte Fläche zu wechseln, weil sich dabei ein zu großer Luftspalt unter der Maschine bildet, der den Unterdruck sofort zusammenbrechen lässt, sodass der Roboter unweigerlich abstürzt.
• Zum Überwinden von Barrieren und zum Wechseln auf anders geneigte Flächen sind Konstruktionen erforderlich, die den Roboter alternativ mit mindestens zwei Haltesystemen („Füße") an einer Fläche halten können, wobei die Füße zueinander beweglich sein müssen. Solche Roboter sind bekannt und nutzen aktiv betriebene Saugnäpfe mit den oben beschriebenen Nachteilen.
• Meist wird ein Saugnapf pro Fuß verwendet, wodurch dieser groß und schwer wird. Die Evakuierung erfolgt relativ langsam, und es sind große, schwere Vakuumpumpen mit hohem Energieeinsatz nötig. Oder es werden kleine Saugnäpfe verwendet, die nur kleine Maschinen mit geringem Gewicht und einer geringen Nutzlast zulassen. Außerdem haben die meisten Roboter mit Saugnäpfen nur eine geringe Kippstabilität, weil die Saugnäpfe die einzigen Aufstandsflächen des Roboters sind.
• Bekannte industrielle Fensterputzroboter nutzt eine Mischung aus passiven und aktiven Saugnäpfen, um sich an einer Scheibe zu bewegen. Dazu besitzt er eine Kette, die mit passiven Saugnäpfen bestückt ist, um sich durch das Antreiben dieser Kette geradlinig fortzubewegen. Bei dieser Kette werden die Saugnäpfe durch eine Vorzugslage in Bewegungsrichtung angedrückt, während die Saugnäpfe auf der anderen Seite durch das Weiterdrehen der Kette abgezogen werden. Wegen der schlupffreien Haftung der Saugnäpfe ist ein Drehen des Roboters nicht möglich. Deshalb verfügen einige Industrieroboter des Weiteren über vier starr miteinander verbundene Füße, die mit aktiven Saugnäpfen bestückt sind und ausgefahren werden, um die Kette mit den Saugnäpfen ganz von der Scheibe zu lösen. Sie wird dann in die neue Fortbewegungsrichtung gedreht und wieder angedrückt. Die Füße werden daraufhin wieder eingezogen, um die Maschine in der neuen Richtung weiter zu bewegen. Einige Roboter sind ebenfalls nicht in der Lage, sich über kleine Barrieren hinweg zu bewegen oder auf eine anders geneigte Fläche zu wechseln. Sie haben also eine stark eingeschränkte Beweglichkeit. Außerdem ist der mechanische Aufbau relativ komplex und schwer.
• Ein Reinigungsroboter für geneigte und glatte Flächen, der allein mit passiven Saugnäpfen als Füßen ausgestattet ist, wird in der DE 199 07 437 A1 vorgestellt. Die Fortbewegung erfolgt dort über die Hin- und Herbewegung einer Zentraleinheit in einem Halterahmen. Der Halterahmen weist eine Mehrzahl kleinerer Saugnäpfe auf, die den Roboter halten, während sich die Zentraleinheit z. B. mit einem Wischerblatt über die unterliegende Scheibe bewegt. Dann fährt die Zentraleinheit einen größeren Mittelfuß mit Saugnapf aus, löst die Rahmenfüßen offenbar durch Kraftaufwand und setzt sie an anderer Stelle wieder auf. Da der beschriebene Roboter mindestens zeitweise nur von einem Saugnapf gehalten wird, ist das Überwinden selbst kleinerer Hindernisse gewiss problematisch und in der Beschreibung auch nicht vorgesehen. Der Wechsel auf anders geneigte Flächen ist autonom unmöglich. Über Gewicht und Energiebedarf des Roboters werden keine Angaben gemacht, ebenso wenig wie über die maximale Neigung, die der Roboter bewältigen kann. Bekannt sind Roboterfüße für Kletterroboter zur Fortbewegung auf beliebig geneigten, glatten Flächen mit passiven Gummisaugnäpfen mit Zuglasche, die zum Ablösen der Saugnäpfe von der Haftfläche mittels axial bewegter Zugmechanik hochgezogen werden sowie aktiven und passiven Sensoren am Roboterfuß, die mittels hierarchisch verknüpfter Signalsteuerung die Roboterfuß-Aufsetzfläche nach Kanten, Fugen und Vorsprüngen abscannen, den Roboterfuß mittels mechanischem Druck auf die Bodenfläche drückt, die Halte- und Kippkräfte überprüft, ggf. einen neuen Aufsetzpunkt ermittelt und bei zeitlich längeren Standzeiten den Roboterfuß mechanisch wobbelt, um die Haft- und Haltekräfte zu erhalten (DE 20 2004 003 324.0).
• Im Folgenden wird beispielhaft ein Roboter beschrieben, der mit zwei passiven Roboterfüßen ausgestattet ist. Das Beispiel dient der Erläuterung, wie der Roboter weitgehend beliebige Hindernisse überqueren und zwischen zueinander geneigten Flächen wechseln kann. Ein solcher Roboter ist Stand der Technik und trotz Ausstattung mit passiven Saugnäpfen als Füße einige der oben genannten Nachteile mit sich bringt.
• Das Problem der Haftung bei geringem Energieverbrauch und Eigengewicht ist mittels passiver Saugnäpfe gelöst. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass die Haftkräfte nach dem Andrücken größer sind als die Andruckkräfte, weil für das Andrücken nur die Elastizität des Saugnapfmaterials überwunden werden muss, während die Haftkräfte von der wirksamen Saugnapffläche und dem erzielten Unterdruck abhängen. Durch kleine Leckagen kann die Haftung und Tragfähigkeit nachlassen, was aber – verglichen mit der Aufsetzdauer eines Fußes – erst nach einem längeren Zeitintervall erfolgt.
• Weil beim Ablösen normaler passiver Saugnäpfe recht große Kräfte nötig sind, die den Roboter entsprechend stark mechanisch belasten, z. B. verwinden, ist die Verwendung von passiven Saugnäpfen mit Ablöseunterstützung der optimale technische Weg. Bei passiven Saugnäpfen werden die Ablösekräfte dadurch reduziert, dass entweder das Ansaugen beim Andrücken durch einen Zugstempel (unterstützt) erfolgt, der zum Ablösen wieder freigegeben wird oder am Saugnapf eine Zuglasche angebracht ist, die zum Ablösen hoch gezogen wird, sodass Luft unter den Saugnapf strömen kann.
• Die zweite Variante hat den Vorteil, dass beim Andrücken keine weitere Mechanik involviert ist, sodass das Andrücken allein durch den Fortbewegungsmechanismus erfolgen kann. Lediglich zum Ablösen des Saugnapfes ist ein Zugmechanismus vorzusehen, der die Lasche des Saugnapfes hochzieht. So muss nur beim Ablösen Kraft und Energie aufgebracht werden.
• Ebenso Stand der Technik bei passiven Saugnäpfen sind mehrere kleinere passive Saugnäpfe – z. B. zwei bis vier pro Fuß nebeneinander, bzw. bezogen auf eine vertikale Lauffläche übereinander anzuordnen – um so den wirksamen Hebel zu vergrößern und größere Kippmomente aufnehmen zu können. Dabei ist es sinnvoll, bevorzugt die oberen Saugnäpfe aktiv anzudrücken, weil die unteren Saugnäpfe bei der Kraftverlagerung auf den gerade angedrückten Fuß automatisch passiv durch Kippmomente auf Grund der Schwerkraft angedrückt werden. So werden die von dem Roboter aufzubringenden Andruckkräfte effektiver genutzt, wodurch nur kleinere, interne Kräfte nötig sind.
• Die passiven Saugnäpfe mit Ablöselaschen sind zudem so auf der Sohlenseite des i. a. runden Roboterfußes nebeneinander angeordnet, dass die Ablöselaschen aufeinander zu in Richtung des Fußzentrums ausgerichtet sind. Vorteilhafterweise sind die Laschen miteinander verbunden und werden durch einen einzigen zentral angeordneten Hutmechanismus (vorzugsweise ein Elektromotor oder Hubmagnet) im Schaft des Fußes gemeinsam angehoben, sobald die Steuereinheit des Roboters einen entsprechenden Befehl an den Fuß erteilt. Auf diese Weise wird die Ablösung des ansonsten sehr fest haftenden Fußes mit einem Minimum an Energieaufwand erreicht.
• Drei Saugnäpfe pro Fuß garantieren eine ausreichende Stabilität sowohl bei Kipp- als auch bei Schwenkbewegungen. Gegenüber vier oder mehr Saugnäpfen haben drei den Vorteil, dass die Zuglaschen mit kürzerer Entfernung zusammengeführt werden können und dadurch der Zugmechanismus effektiver, d.h. mit kleinerem Hub, arbeitet.
• Als vorteilhafte Ausgestaltung des Roboterfußes empfiehlt es sich, diesen mit geeigneter Sensorik auszustatten, um Signale für die Steuereinheit des Roboters zu gewinnen. Vorzugsweise wird man hierfür Ultraschall- und/oder Infrarot-Abstandsmesser einsetzen, wobei eine Kombination beider Messverfahren hinsichtlich Genauigkeit und Verlässlichkeit besonders zu bevorzugen ist. Die Sensoren sollten im Wesentlichen parallel zur Sohle des Roboterfußes ausgerichtet sein, sodass der Fuß unmittelbar vor dem Aufsetzen auf die Fläche die seitliche Umgebung des Aufsetzpunktes sehen kann. Auf diese Weise kann der Roboter eine Vorauswahl für einen hindernisfreien Haltepunkt ermitteln. Zusätzliche Sensoren, die direkt auf die Fläche gerichtet sind, können die Flächenmorphologie, z. B. vorstehende Rahmen, vorab ergründen, um Ausweichmanöver einzuleiten. Ebenso gut lässt sich der passive Roboterfuß, der ohnehin um mindestens zwei Achsen gegenüber dem Roboterkörper verdrehbar angeordnet ist (siehe Beispiel unten), auch über der Aufsetzstelle zunächst etwa um 90° oder auch fortlaufend kreisend verschwenken. Dadurch werden die eigentlich seitwärts blickenden Sensoren auf den Untergrund gerichtet, was zusätzliche Sohlensensoren überflüssig macht.
• Es ist ferner vorteilhaft, einen Berührungsschalter (Bumper) in den Roboterfuß zu integrieren, der eine mechanisch erzwungene Verkippung des Fußes gegen seine Sollausrichtung feststellen kann. Sollte der Fuß gegen ein Hindernis stoßen, dass die übrige Sensorik nicht erkannt hat, so kann hierdurch eine Beschädigung vermieden werden. Im Übrigen ist ein solcher Berührungsschalter auch die einfachste Form der Sensorik, mit der ein Roboter betrieben werden könnte, wenn man auf alle anderen Sensoren verzichten will oder muss. Das Aufsuchen neuer Aufsetzstellen lässt sich dann immer noch durch „blindes Tasten" mit einem Trial-and-Error Verfahren realisieren.
• Die folgenden Anmerkungen betreffen die Verwendung passiver Roboterfüße an einem Kletterroboter, wie er exemplarisch unten beschrieben wird. Die Robotersteuerung sollte der Tatsache, dass passive Saugnäpfe benutzt werden, wie folgt Rechnung tragen:
  Voraussetzung für die Verwendbarkeit eines Roboterfußes mit passiven Saugnäpfen und intelligenter Sensorik ist natürlich, dass die Untergrundfläche über hinreichend glatte und staubfreie Areale verfügt. In dieser Hinsicht sind die Anforderungen etwas höher als bei aktiv eva kuierten Saugnäpfen, insbesondere wenn die passiven Saugnäpfe für längere Zeit haften müssen. Das ist z.B. der Fall, wenn der Roboter an einer Stelle stehen bleiben soll.
• Beim Betrieb eines Roboters mit passiven Saugnapf-Füßen ist es daher vorteilhaft, auf der Stelle stehend die Füße wechselseitig anzudrücken ohne sie dabei abzulösen (mechanisches Wobbeln). Dadurch wird im Bereich unter den Saugnäpfen die Luft jedes Mal erneut herausgedrückt, sodass kleine Leckagen kompensiert werden, bevor der Unterdruck auf ein kritisches Maß gesunken ist.
• Passive Saugnäpfe haften ebenso wenig wie aktive auf Fugen, z. B. auf einer gefliesten Wand. Während dies bei aktiven Saugfüßen z. B. dadurch feststellbar ist, dass sich kein ausreichender Unterdruck beim Evakuieren einstellt, sollte man bei passiven Füßen vorzugsweise die Haftung unmittelbar nach dem Aufsetzen durch einen Ablupftest überprüfen. Dazu wird nach dem Andrücken eines Fußes durch kurzzeitiges Ziehen versucht, den Fuß abzuheben, ohne den Ablösemechanismus zu betätigen. Gelingt dies nicht mit einem vorab eingestellten Kraftaufwand, so gilt der Fuß als haftsicher.
• Der Stand der Technik wird im Folgenden anhand der 1 bis 4 erläutert. Die 1 zeigt schematisch einen sehr einfachen Kletterroboter 7. Diese Konstruktion verfügt über zwei Füße 6 mit passiven Saugnäpfen 1, die jeweils einzeln den gesamten Kletterroboter 7 in jeder beliebigen Stellung halten können und jeweils die zwei Freiheitsgrade Kippen und Schwenken relativ zum Rumpf aufweisen. Dabei steht die Drehachse 3 zum Schwenken eines Fußes 6 mittig und senkrecht zum Fuß, während die Drehachse 4 zum Kippen eines Fußes 6 oberhalb des Fußes liegt. So kann sich der Kletterroboter 7 auf mehrere Arten fortbewegen. Zwei oder mehrer passive Saugnäpfe 1 sind in einer Haltevorrichtung 2 befestigt, die Bestandteil des Roboterfußes 6 ist.
• Überschlag: Nachdem ein Fuß 6 abgelöst wurde, kippt der Kletterroboter 7 in Rumpfrichtung über den haftenden Fuß und kippt den schwingenden Fuß während der Überschlagsbewegung so, dass er wieder nahezu waagerecht aufsetzt und wie oben beschrieben angedrückt wird. Der vormals haftende Fuß wird abgelöst und der Rumpf 5 erneut übergeschlagen usw. Bei einer Überschlagsbewegung kann natürlich auch gleichzeitig eine Schwenkbewegung (des haftenden Fußes) durchgeführt werden, um den Kletterroboter 7 in andere Richtung auszurichten.
• Seitenschlag: Nach dem Ablösen und leichten Anheben eines Fußes 6, wird der Rumpf 5 seitlich um den haftenden Fuß geschwenkt, bis der Kletterroboter 7 in die Richtung zeigt, in der er sich weiter fortbewegen soll. Dann wird der schwingende Fuß angedrückt und der vormals haftende Fuß nach dem Ablösen geschwenkt.
• Übergang auf eine anders geneigte Fläche (z.B. Wand-Decke-Übergang): Der Roboter bewegt sich auf eine der genannten Weisen bis an die Knickstelle zwischen den beteiligten Flächen. Die Bewegung erfolgt nun durch Überlagerung der Kipp- und Schwenkbewegung beider Füße so, dass der schwingende Fuß, der den Untergrund messtechnisch abscannt, wieder möglichst waagerecht auf die neu zu betretende Fläche aufsetzt und angedrückt werden kann.
• Überwinden von Barrieren: Das Überwinden von Barrieren erfolgt nahezu analog zum Übergang auf anders geneigte Flächen. Hierbei wird der Roboter zunächst analog zum Übergang auf eine anders geneigte Fläche an die Barriere herangeführt und überwindet diese in einem Schritt. Überstehende Barrieren wie Rahmen etc. werden per Überschlag überwunden, während Nuten o. ä. auch per Seitenschlag überwunden werden können. Dabei müssen die Flächen auf beiden Seiten der Barriere nicht notwendigerweise in einer Ebene liegen. Der Abstand der Füße 6 muss mindestens so groß sein wie die größte Breite einer Barriere, und der Abstand zwischen Rumpf 5 und Untergrund muss größer sein als die größte Höhe einer zu überwindenden Barriere.
• Es empfiehlt sich für alle Bewegungsarten, dass der jeweils schwingende Fuß frei elastisch beweglich ist, damit er sich beim Aufsetzen passiv auf die Neigung der zu betretenden Fläche ausrichten kann, bevor er fixiert wird. Außerdem ist es sinnvoll ein Überstecken der Füße konstruktiv vorzusehen, damit der Kletterroboter 7 auch auf abkippende Flächen oder Absatzerhöhungen steigen kann.
• Allen beschriebenen Varianten gemeinsam ist der Nachteil, dass die Kletterfüße 6 an konkav oder konvex gewölbten Oberflächen 9 nicht oder nur sehr unzureichend haften und damit das Einsatzgebiet beträchtlich einengen sowie der Sachverhalt, dass Kletterroboter 7 – besonders die, die sich mit beinartigen Konstruktionen fortbewegen – eine Drehbewegung zwischen passivem Saugnapf 1 und Fuß 6, der ja fest auf dem Untergrund haften muss, nur schlecht oder unzureichend ausüben können. Das Bewegungsprinzip ist stark eingeengt, sodass die gesamte Roboterkinematik auf ein reduziertes Niveau abgesenkt wird. Zwar können passive Saugnäpfe 1 auf Grund ihres Öffnungswinkels auch auf konvex. gewölbten Oberflächen 9 und wegen ihrer Elastizität in konkav gewölbte Oberflächen 9 haften, was aber nur in eingeschränktem Maße möglich ist. Die 3a/3b und 4a/4b demonstrieren schematisch den technisch bekannten Sachverhalt. Die 3a zeigt einen passiven Saugnapf 1 wie er auf einer konvexen Oberfläche 9 aufliegt. In der 3b ist der passive Saugnapf 1 auf die konvexe Oberfläche 9 formschlüssig aufgedrückt und haftet durch den entstehenden Unterdruck und verhindert so eine ungewollte Ablösung. Derselbe Vorgang ist in den 4a/4b für eine konkav gewölbte Oberfläche 9 dargestellt. Auf stärker gewölbten Oberflächen 9 versagt die den passiven Saugnäpfen 1 durch Andruck innewohnende Haftwirkung, da nach dem mechanischen Andruck keine formschlüssige Verbindung zwischen dem passiven Saugnapf 1 und den gewölbten Oberflächen 9 zustande kommt, sodass kein Unterdruck entstehen kann.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Roboterfuß für Kletterroboter anzugeben, der eine starke Haftung des Roboters auch auf stark konkav und konvex gewölbten Flächen gewährleistet, ohne dass große mechanische Kräfte zum Ablösen des Fußes bei der Fortbewegung erforderlich sind.
• Die Aufgabe wird gelöst durch einen Roboterfuß mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.
• Die Erfindung wird anhand der Abbildungen 5a/5b und 6a/6b erläutert. Dabei zeigt:
• 5a einen kardanisch aufgehängten Roboterfuß mit zwei passiven Saugnäpfen beim Aufsetzen auf eine konvex gewölbte Oberfläche,
• 5b einen kardanisch aufgehängten Roboterfuß mit zwei passiven Saugnäpfen nach dem Andrücken auf eine konvex gewölbte Oberfläche,
• 6a einen kardanisch aufgehängten Roboterfuß mit zwei passiven Saugnäpfen beim Aufsetzen auf eine konkav gewölbte Oberfläche,
• 6b einen kardanisch aufgehängten Roboterfuß mit zwei passiven Saugnäpfen nach dem Andrücken auf eine konkav gewölbte Oberfläche.
• Die beiden passiven Saugnäpfe 1 sind in einer Haltevorrichtung 2 so aufgehängt, dass sie in zwei Richtungen kippbar und schwenkbar sind (kardanisch aufgehängt), um eine Ausgleichsbewegung zur vollständigen Anpassung an die Wölbung der konkaven/konvexen Oberfläche 9 zu ermöglichen. Die Ablösung der Saugnäpfe 1 erfolgt durch Anheben der Lasche 8 für den passiven Saugnapf 1. Ein derartiger Saugnapf 1 mit einer Lasche zum Belüften des Saugnapfinnenraumes ist schematisch in der 2 dargestellt. Der Ablösevorgang erfolgt wie in der Druckschrift DE 20 2004 003 324.0 beschrieben. Zusätzlich zur kipp- und schwenkbaren Aufhängung der Halteeinrichtung 2 ist es, je nach Kinematik des Roboters, oftmals sinnvoll, die passiven Saugnäpfe 1 auch etwas drehbar zu lagern, um die für eine Bewegung notwendige Drehung eines Roboterbeines (s. 1) gegenüber den fest haftenden Saugnäpfen 1 auszugleichen. Sinnvoll sind hierfür links/rechts vorgespannte Drahtseelen in Bautenzugsystemen, die ein elastisch federndes Zurückdrehen der Saugnäpfe 1 im unbelasteten Zustand in die Ruhelage ermöglichen, sodass hierfür keine eigene Mechanik oder eigene Antriebe nötig sind. Durch die verschiedenartigen Bewegungen der Saugnäpfe 1 verändern sich die Abstände der Laschen zum Ablösezugmechanismus. Damit eine derartige Bewegung der Saugnäpfe 1 keinen Einfluss auf den Ablöseprozess hat, ist zum Ziehen der Laschen eine Schnur anstelle einer starren Verbindung sinnvoller, die so lang ausgeführt sein muss, damit auch im worst case Fall noch keine Zugkräfte auf die Lasche ausgeübt werden. Für das Abheben der beweglichen, passiven Saugnäpfe 1 darf also nicht der Zugweg des Abzugsfadens definiert werden, sondern eine voreingestellte Zugkraft, um eine mechanische Zerstörung der beweglichen, passiven Saugnäpfe 1 zu verhindern. Damit die Saugnäpfe 1 eine ungehinderte Eigenbewegung machen können und um mögliche Kinematiken der Kletterroboter nicht einzuschränken, kann als Ausführungsvariante statt der Schnur zum Ziehen der Laschen ein Bowdenzug eingesetzt werden, der sich flexibel mit dem entsprechenden Bein bzw. Fuß bewegt. So entsteht eine größere Freiheit bei der Gestaltung des Roboters und es wird außerdem die Konzentration der Gewichtsmassen bzw. Aggregate im Rumpf des Roboters unterstützt, weil der Antrieb für den Zugmechanismus geschützt in den Rumpf verlagert werden kann.
• Anstatt die einzelnen Saugnäpfe 1 in zwei Richtungen kippbar und schwenkbar sowie ggf. auch drehbar aufzuhängen, kann der ganze Fuß des Kletterroboters elastisch ausgeführt wer den, wodurch die genannten Eigenschaften auch ohne spezielle Aufhängungen zu erzielen sind. In dieser Ausführungsform erreicht man eine erhöhte Nachgiebigkeit, die bei unvorhergesehenen Stößen, die im Einsatz dieser Roboterart nicht vermeidbar wären, die Roboter-Maschine bzw. seiner Einsatzumgebung weniger belasten. Allerdings resultiert aus einem elastischeren Gesamtsystem ein vielschichtigeres kinematisches Eigenleben, das schwieriger zu regeln steuern wäre. Je nach Gestaltung des Kletterroboters und der verwendeten Gangmuster kann es konstruktiv sinnvoll sein, das Ziehen einer Lasche und das Freigeben einer anderen Lasche derart gekoppelt vorzunehmen, dass ein Antrieb wechselseitig als Zugmechanismus für zwei Laschen verwendet wird. Ebenfalls wäre es denkbar, diese Kopplung auch auf mehr als zwei Beine zu erweitern, sodass im Extremfall ein einziger Antrieb für alle Zugmechanismen ausreicht, was das Gewicht des Roboters reduziert und die Zuverlässigkeit der Maschine erhöht.
• Wie groß der Krümmungsradius der gewölbten Oberflächen 9 sein darf, hängt von dem gewählten Öffnungswinkel der Saugnäpfe 1 sowie deren Abstand untereinander und ihrem Bewegungsbereich ab. Hier ermöglicht die Erfindung einen weiten Einsatzspielraum, dem der Roboter für besonders gewölbte Oberflächen und zueinander abgewinkelte Flächen durch eine entsprechende Konstruktion angepasst werden kann.

Claims (3)

1. Roboterfuß für Kletterroboter, der sich auf beliebig konkav und konvex gewölbten Oberflächen (9) fortbewegen kann, mit einer Mehrzahl von passiven, an eine Halteeinrichtung (2) angesetzte Saugnäpfen (1), die den Roboterfuß nur durch mechanischen Druck auf der Bodenfläche fixieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugnäpfe (1) relativ zu der Halteeinrichtung (2) verkippbar und verschwenkbar an diese angesetzt sind.
2. Roboterfuß für Kletterroboter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche jedes Saugnapfes (1) mit einem Bowdenzug verbunden ist, der von einem Zugmechanismus betätigt wird.
3. Roboterfuß für Kletterroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzugskraft der Lasche auf eine festgelegte Zugkraft des Bowdenzuges eingestellt ist.