DE102010053443B4

DE102010053443B4 - Mobile robot with external rolling surface and gyroscope device and method for operating such

Info

Publication number: DE102010053443B4
Application number: DE102010053443.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Grebenstein
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2030-12-07
Also published as: DE102010053443A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboter (1) zur Fortbewegung auf einem Untergrund (100) bestehend aus einer Hüllenstruktur (3) mit einer außenliegenden Rollfläche (7), wobei die Rollfläche (7) zumindest in einer Hauptebene eine Krümmung aufweist, und mit einer innenliegenden Lauffläche (9), die parallel zu der Rollfläche (7) verläuft und einer Antriebsvorrichtung (5), die in der Hüllenstruktur (3) angeordnet ist. Die Antriebsvorrichtung (5) weist mindestens ein Antriebsrad (11) auf, das auf der Lauffläche (9) abrollt, und weist eine Kreiselvorrichtung (15) mit mindestens einem Kreisel (17) auf, wobei eine Drehachse (19) des Kreisels (17) in der Hauptebene in radialer Richtung zu der Krümmung der Rollfläche (7) verläuft.The present invention relates to a robot (1) for moving on a substrate (100) consisting of a casing structure (3) with an outer rolling surface (7), the rolling surface (7) having a curvature at least in a main plane, and having an inner surface Running surface (9), which runs parallel to the rolling surface (7) and a drive device (5), which is arranged in the shell structure (3). The drive device (5) has at least one drive wheel (11) which rolls on the running surface (9) and has a gyro device (15) with at least one gyro (17), wherein a rotation axis (19) of the gyroscope (17) in the main plane in the radial direction to the curvature of the rolling surface (7).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboter zur Fortbewegung auf einem Untergrund nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen.The present invention relates to a robot for locomotion on a substrate according to the preamble of claim 1 and a method for operating such.

Derartige Roboter sind beispielsweise in Form von sogenannten Kugelrobotern oder sphärischen Robotern bekannt. Die Roboter weisen eine kugelförmige Außenhülle auf, in der ein Antrieb angeordnet ist, der den Roboter in eine Rollbewegung versetzt. Für die Exploration von weitläufigem Gelände besitzen derartige Roboter ein hohes Potential, da sie trotz ihrer technisch relativ einfachen Konstruktion und geringen Platzbedarfs, den sie beim Transport zu dem Gelände benötigen, in der Lage sind, große Distanzen bei geringem Energieverbrauch zurückzulegen. Des Weiteren besteht bei derartigen Robotern gegenüber anderen Robotern eine geringere Gefahr in sandigem Untergrund, wie er insbesondere auf Planeten geringer Schwerkraft zu finden ist, stecken zu bleiben.Such robots are known for example in the form of so-called ball robots or spherical robots. The robots have a spherical outer shell in which a drive is arranged, which sets the robot in a rolling motion. For exploration of large areas, such robots have a high potential because, despite their technically relatively simple construction and small space requirements, they need in the transport to the area, are able to travel long distances with low energy consumption. Furthermore, with robots of this kind, there is less danger in sandy soils than other robots, as can be found in particular on planets of low gravity, to get stuck.

Aus der EP 1 812 210 B1 ist beispielsweise ein derartiger Roboter bekannt, der zum Antrieb die Schwerkraft nutzt, indem ein in der Kugel befindliches Pendel ausgelenkt wird. In Ruhelage befindet sich der Schwerpunkt des kugelförmigen Roboters auf einer Geraden, die orthogonal zu dem Auflagepunkt des Roboters auf dem Untergrund liegt. Durch ein Auslenken des Pendels wird der Schwerpunkt verschoben. Durch die Schwerkraft versucht die Kugel nun, wieder in eine stabile Position zu gelangen und rollt in Richtung der Auslenkung des Pendels, bis sich das Pendel und somit der Schwerpunkt wieder auf der zuvor genannten Geraden befindet. Dabei stützen sich die durch die Rollbewegung der Kugel entstehenden Antriebsdrehmomente an dem Pendel ab.From the EP 1 812 210 B1 For example, such a robot is known which uses gravity to drive by deflecting a pendulum located in the ball. At rest, the center of gravity of the spherical robot is on a straight line that is orthogonal to the support point of the robot on the ground. By deflecting the pendulum, the center of gravity is shifted. By gravity, the ball now tries to get back to a stable position and rolls in the direction of the deflection of the pendulum until the pendulum and thus the center of gravity is again on the aforementioned straight line. In this case, resulting from the rolling motion of the ball drive torques are based on the pendulum.

Ein derartiger Roboter hat jedoch den Nachteil, dass der Roboter abhängig von der Schwerkraft ist, so dass die Funktion des Roboters bei geringerer Schwerkraft, wie sie beispielsweise bei exterrestrischen Expeditionen vorliegt, nur äußerst eingeschränkt einsetzbar ist.However, such a robot has the disadvantage that the robot is dependent on gravity, so that the function of the robot at lower gravity, such as exists in exterrestrial expeditions, is extremely limited use.

Darüber hinaus besitzt der Roboter aufgrund der Pendelmasse eine relativ hohe Gesamtmasse. Ferner ist das maximale Antriebsmoment limitiert, da die Pendelmasse und somit der Schwerpunkt der Kugel stets innerhalb der Kugel liegen muss. Somit ist das Antriebsmoment stets geringer als das Moment, das notwendig ist, um eine 45° Steigung oder mehr zu bewältigen. Somit können die vorbekannten Roboter nur sehr eingeschränkt eingesetzt werden.In addition, the robot has a relatively high total mass due to the pendulum mass. Furthermore, the maximum drive torque is limited because the pendulum mass and thus the center of gravity of the ball must always be within the ball. Thus, the drive torque is always less than the torque necessary to cope with a 45 ° slope or more. Thus, the previously known robots can be used only very limited.

Aus Otani T., Urakuboi T., Maekawa S., Tamaki H., Tada Y.: Advanced Motion Control, 2006, 9th IEEE International Workshop. Istanbul: Turkey, 30. Mai 2006. 416–421. – ISBN 0-7803-9511-1. DOI-Nr. 10.1109/AMC.2006.1631695 ist ein Roboter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart.From Otani T., Urakuboi T., Maekawa S., Tamaki H., Tada Y .: Advanced Motion Control, 2006, 9th IEEE International Workshop. Istanbul: Turkey, May 30, 2006. 416-421. - ISBN 0-7803-9511-1. DOI number. 10.1109 / AMC.2006.1631695 a robot according to the preamble of claim 1 is disclosed.

Ein derartiger Roboter lässt eine relativ geringe Bewegungsfreiheit, da er nur in eine Richtung betreibbar ist.Such a robot allows relatively little freedom of movement, since it can only be operated in one direction.

Ein ähnlicher Roboter ist aus S. Dubowsky, K. Iagnemma, S. Liberatore, D. M. Lambeth, J. S. Plante, P. J. Boston: A Concept Mission: Microbots for Large-Scale Planetary Surface and Subsurface Exploration. In: AIP Conf. Proc., 746, 6. Februar 2005, 1449–1458. DOI. Nr. 10.1063/1.1867276 bekannt.A similar robot is from S. Dubowsky, K. Iagnemma, S. Liberatore, D.M. Lambeth, J.S. Plante, P.J. Boston: A Concept Mission: Microbots for Large Scale Planetary Surface and Subsurface Exploration. In: AIP Conf. Proc., 746, 6 February 2005, 1449-1458. DOI. No. 10.1063 / 1.1867276.

Weitere kugelförmige Roboter sind aus DE 601 32 874 T2 und WO 97/25239 A1 bekannt.More spherical robots are out DE 601 32 874 T2 and WO 97/25239 A1 known.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Roboter zur Fortbewegung auf einem Untergrund der vorgangs genannten Art bereitzustellen, der auch bei verringerter Schwerkraft ohne Funktionseinschränkung einsetzbar ist, wobei eine hohe Bewegungsfreiheit gewährleistet sein soll und darüber hinaus beliebige Steigungen mit dem Roboter bewältigt werden sollen. Ferner soll der Roboter eine möglichst geringe Gesamtmasse besitzen. Ferner soll ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Roboters bereitgestellt werden.It is therefore the object of the present invention to provide a robot for locomotion on a substrate of the type mentioned, which can be used even at reduced gravity without functional restriction, with a high freedom of movement should be ensured and beyond any gradients to be handled with the robot , Furthermore, the robot should have the lowest possible total mass. Furthermore, a method for operating such a robot is to be provided.

Zur Lösung der Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 16.To achieve the object, the features of claim 1 and claim 16 are used.

Beim erfindungsgemäßen Roboter zur Fortbewegung auf einem Untergrund, der aus einer Hüllenstruktur mit einer außenliegenden Rollfläche und einer innenliegenden Lauffläche besteht, wobei die Rollfläche zumindest in einer Hauptebene eine Krümmung aufweist und die Lauffläche parallel zu der Rollfläche verläuft sowie einer Antriebsvorrichtung, die in der Hüllenstruktur angeordnet ist, besteht, ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung mindestens ein Antriebsrad, vorzugsweise mindestens zwei Antriebsräder aufweist, das bzw. die auf der Lauffläche abrollt bzw. abrollen und eine Kreiselvorrichtung mit mindestens einem Kreisel aufweist, wobei eine Drehachse des Kreisels in der Hauptebene in radialer Richtung zu der Krümmung der Rollfläche verläuft. Mit anderen Worten: Der Roboter rollt über die Krümmung der Rollfläche auf dem Untergrund ab, so dass die Hauptebene orthogonal zu dem Untergrund angeordnet ist und sich in Richtung der Bewegungsrichtung des Roboters erstreckt. Dadurch, dass die Drehachse des Kreisels der Antriebsvorrichtung in dieser Hauptebene angeordnet ist, entsteht durch die Drehung des Kreisels ein Drehimpuls, wobei durch die bei einem Kreisel auftretende Drehimpulserhaltung ein Abstützen des Antriebsdrehmomentes der Hüllenstruktur an der Kreiselvorrichtung ermöglicht wird.In the robot for moving on a substrate according to the invention, which consists of a shell structure with an outer rolling surface and an inner tread, wherein the rolling surface has a curvature at least in a main plane and the tread parallel to the rolling surface and a drive device arranged in the shell structure is, it is provided that the drive device has at least one drive wheel, preferably at least two drive wheels, which rolls on the tread and has a gyroscope having at least one gyroscope, wherein a rotation axis of the gyro in the main plane in radial Direction to the curvature of the rolling surface runs. In other words, the robot rolls over the curvature of the rolling surface on the ground so that the main plane is orthogonal to the ground and extends in the direction of movement of the robot. Characterized in that the axis of rotation of the gyroscope of the drive device is arranged in this main plane, an angular momentum is produced by the rotation of the gyroscope, whereby supporting of the drive torque of the hull structure at the gyroscope device is made possible by the angular momentum conservation occurring at a gyro.

Bei dem erfindungsgemäßen Roboter findet somit eine Abstützung der Antriebsmomente an einem Kreisel statt und nicht, wie beim Stand der Technik, an einer Pendelmasse. Die Antriebsvorrichtung ist somit bei dem erfindungsgemäßen Roboter vollständig von der Hüllenstruktur entkoppelt, wobei ein Zusammenwirken der Antriebsvorrichtung mit der Hüllenstruktur lediglich über die Antriebsräder erfolgt. In the robot according to the invention thus takes place a support of the drive torque to a gyro and not, as in the prior art, to a pendulum mass. The drive device is thus completely decoupled from the casing structure in the robot according to the invention, wherein an interaction of the drive device with the casing structure takes place only via the drive wheels.

Der erfindungsgemäße Roboter ist somit nicht mehr durch die zuvor genannten Eigenschaften des Pendels limitiert, sondern es ist beispielsweise möglich, Steigungen von mehr als 45° zu bewältigen. Eine Limitierung erfolgt lediglich durch die Drehgeschwindigkeit des Kreisels und somit die Fähigkeit, die Antriebsmomente abzustützen. Theoretisch sind sogar Steigungen überwindbar, die sich nahezu orthogonal zu dem Untergrund erstrecken.The robot according to the invention is therefore no longer limited by the aforementioned properties of the pendulum, but it is for example possible to overcome gradients of more than 45 °. A limitation is only by the rotational speed of the gyro and thus the ability to support the drive torque. Theoretically, it is even possible to overcome gradients that extend almost orthogonally to the ground.

Die Erfindung sieht ferner vor, dass die Kreiselvorrichtung mindestens einen weiteren Kreisel aufweist, wobei die Drehachse jedes Kreisels orthogonal zu der Drehachse eines anderen Kreisels angeordnet ist. Auf diese Weise kann beispielsweise für zwei Hauptbewegungsrichtungen eine Abstützung des Antriebsmomentes an jeweils einem Kreisel erfolgen. Der Roboter weist somit für jeden rotatorischen Freiheitsgrad einen Kreisel auf, sodass beispielsweise eine Vorwärtsfahrt und eine Seitwärtsfahrt des Roboters in vorteilhafter Weise möglich ist. Bei Fahrten in Richtungen, die zwischen den Hauptrichtungen liegen, beispielsweise einer Diagonalfahrt, entstehen Antriebsmomente, die sich in Antriebsmomente der Hauptbewegungsrichtungen aufteilen lassen, so dass eine Abstützung des Antriebsmomentes auch bei einer derartigen Diagonalfahrt erfolgt.The invention further provides that the gyroscope device has at least one further gyro, wherein the axis of rotation of each gyro is arranged orthogonal to the axis of rotation of another gyroscope. In this way, for example, for two main directions of movement, a support of the drive torque to a respective gyroscope. The robot thus has a rotator for each rotational degree of freedom, so that, for example, a forward drive and a sideways movement of the robot is advantageously possible. When driving in directions that lie between the main directions, such as a diagonal ride, drive torques arise, which can be divided into drive torques of the main directions of movement, so that a support of the drive torque is also in such a diagonal ride.

Unter Antriebsrädern, die auf der Lauffläche abrollen, werden im Rahmen der Erfindung auch Zahnräder verstanden, die mit einer gezahnten Bahn zusammenwirken.In the context of the invention, drive wheels which roll on the running surface are also gear wheels which interact with a toothed path.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Krümmung der Rollfläche einen konstanten Radius aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich die Krümmung der Rollfläche in mehrere Ebenen erstreckt, wobei vorzugsweise die Hüllenstruktur eine Kugelform besitzt. Durch das Vorsehen von Krümmungen in mehreren Ebenen ist es möglich, dass der Roboter in unterschiedliche Richtungen fortbewegt werden kann. Insbesondere bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ist es von Vorteil, wenn die Antriebsräder als Allseitenräder oder Kugeln ausgebildet sind. Dadurch können die Antriebsräder ebenfalls in unterschiedliche Richtungen bewegt werden, so dass die Antriebsvorrichtung keine unterschiedlich ausgerichteten Antriebsräder aufweisen muss, um den Roboter in unterschiedliche Richtungen anzutreiben.According to the invention it can be provided that the curvature of the rolling surface has a constant radius. In particular, it can be provided that the curvature of the rolling surface extends in several planes, wherein preferably the sheath structure has a spherical shape. By providing bends in multiple planes, it is possible for the robot to be moved in different directions. In particular, in such an embodiment, it is advantageous if the drive wheels are designed as omnidirectional wheels or balls. Thereby, the drive wheels can also be moved in different directions, so that the drive device need not have differently oriented drive wheels to drive the robot in different directions.

In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung drei oder vier Antriebsräder aufweist. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass die Antriebsräder einen relativ geringen Durchmesser aufweisen können und dennoch die Antriebsvorrichtung gegenüber der Hüllenstruktur stabil angeordnet werden kann.In one embodiment, it is provided that the drive device has three or four drive wheels. In this way, it is possible that the drive wheels may have a relatively small diameter and yet the drive device can be stably arranged relative to the sheath structure.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass alle Antriebsräder in einer Ebene angeordnet sind, wobei die Antriebsvorrichtung vorzugsweise eine Dreiecksform aufweist und die Antriebsräder jeweils in einem Eckbereich der Antriebsvorrichtung angeordnet sind. Eine derartige Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist besonders vorteilhaft bei erfindungsgemäßen Robotern, die lediglich in eine Hauptbewegungsrichtung angetrieben werden sollen.In one embodiment of the invention it is provided that all drive wheels are arranged in a plane, wherein the drive device preferably has a triangular shape and the drive wheels are each arranged in a corner region of the drive device. Such a configuration of the drive device is particularly advantageous in robots according to the invention, which are to be driven only in one main direction of movement.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Antriebsräder in verschiedenen Ebenen angeordnet sind, wobei die Antriebsvorrichtung vorzugsweise eine Tetraederform aufweist und die Antriebsräder jeweils in einem Eckbereich der Antriebsvorrichtung angeordnet sind.Alternatively it can be provided that the drive wheels are arranged in different planes, wherein the drive device preferably has a tetrahedral shape and the drive wheels are each arranged in a corner region of the drive device.

Eine derartige Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung hat sich als besonders vorteilhaft für erfindungsgemäße Roboter herausgestellt, die in verschiedene Richtungen angetrieben werden, da beispielsweise in einem erfindungsgemäßen Roboter mit einer kugelförmigen Hüllenstruktur eine Antriebsvorrichtung mit einer Tetraederform in vorteilhafter Weise stabil angeordnet werden kann.Such a design of the drive device has been found to be particularly advantageous for robots according to the invention, which are driven in different directions, since for example in a robot according to the invention with a spherical shell structure, a drive device with a tetrahedral shape can be arranged stably in an advantageous manner.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eines der Antriebsräder über einen Motor, vorzugsweise einen Elektromotor, angetrieben wird. Über einen Motorantrieb eines der Antriebsräder oder aller Antriebsräder lässt sich in vorteilhafter Weise eine Abrollbewegung der Antriebsvorrichtung in der Hüllenstruktur und somit ein Antrieb des erfindungsgemäßen Roboters erzeugen.In one embodiment of the invention it is provided that at least one of the drive wheels via a motor, preferably an electric motor, is driven. By means of a motor drive of one of the drive wheels or of all drive wheels, a rolling movement of the drive device in the envelope structure and thus a drive of the robot according to the invention can be produced in an advantageous manner.

Es kann vorgesehen sein, dass jeder Kreisel über einen Motor, vorzugsweise einen Elektromotor, angetrieben wird.It can be provided that each gyro is driven by a motor, preferably an electric motor.

Die Verwendung von Elektromotoren in einem erfindungsgemäßen Roboter hat den Vorteil, dass diese über einen Energiespeicher, wie beispielsweise eine Batterie, in vorteilhafter Weise betrieben werden können. Bei der Verwendung des Roboters in weitabgelegenen Geländen oder im exterrestrischen Raum können darüber hinaus die Elektromotoren über Solarenergie versorgt werden. Der erfindungsgemäße Roboter kann somit relativ unabhängig betrieben werden.The use of electric motors in a robot according to the invention has the advantage that they can be operated in an advantageous manner via an energy store, such as a battery. When using the robot in remote areas or in the exterrestrial space, moreover, the electric motors can be powered by solar energy. The robot according to the invention can thus be operated relatively independently.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass jeder Kreisel auf eine hohe Geschwindigkeit antreibbar ist, vorzugsweise zwischen 100000 und 120000 U/min. Aufgrund der Rollreibung zwischen der Rollfläche der Hüllenstruktur und der Tatsache, dass der Kreisel ein im Vergleich zu einer Abstützung an einem Gehäuse nur geringes Gegenmoment aufbringen kann, fängt die Antriebseinheit während des Betriebes des Roboters an, entgegen der Rollrichtung des Roboters in der Hüllenstruktur zu rotieren. Dabei nimmt die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung in der Hüllenstruktur im Betrieb ständig zu, bis zu einem Punkt, an dem der Antrieb der Antriebsrollen keine Rotation mehr auf die Hüllenstruktur überträgt, sondern lediglich die Rotation der Antriebsvorrichtung in der Hüllenstruktur bewirkt. Zu diesem Zeitpunkt muss der Roboter eine Zwangspause durchführen, in der er vorzugsweise in eine Ruhelage versetzt wird, damit die Rotation der Antriebsvorrichtung auslaufen kann, bevor eine weitere Fahrt des Roboters vorgenommen werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäß vorgesehenen hohen Rotationsgeschwindigkeiten des Kreisels ein ausreichendes Gegenmoment gegen das Antriebsmoment aufbringen können, um zu verhindern, dass die Antriebsvorrichtung zu schnell eine Rotationsgeschwindigkeit aufweist, die zu einer Zwangspause des Roboters führen. Somit kann vor einer derartigen Zwangspause des Roboters eine ausreichende Distanz mit dem Roboter zurückgelegt werden. In a particularly preferred embodiment, it is provided that each gyro is drivable to a high speed, preferably between 100,000 and 120000 U / min. Due to the rolling friction between the rolling surface of the hull structure and the fact that the gyroscope can only apply a small counter-momentum compared to a support on a housing, during operation of the robot, the drive unit starts to rotate in the hull structure against the rolling direction of the robot , During operation, the rotational speed of the drive device in the sheath structure constantly increases, to a point where the drive of the drive rollers no longer transfers rotation to the sheath structure, but merely causes the rotation of the drive device in the sheath structure. At this point in time, the robot must make a compulsory pause in which it is preferably set to a rest position so that the rotation of the drive device can run out before another movement of the robot can be made. It has been found that the inventively provided high rotational speeds of the gyroscope can apply a sufficient counter-torque against the drive torque, to prevent the drive device has too fast a rotational speed, which lead to a forced break of the robot. Thus, a sufficient distance can be covered with the robot before such a compulsory break of the robot.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass jeder Kreisel einen Schwerpunkt aufweist, der auf dem Mittelpunkt der Krümmung der Rollfläche und/oder in dem Schwerpunkt des Roboters liegt. Auf diese Weise ist ein besonders stabiler Betrieb des erfindungsgemäßen Roboters möglich.In a particularly preferred embodiment, it is provided that each gyroscope has a center of gravity that lies on the center of the curvature of the rolling surface and / or in the center of gravity of the robot. In this way, a particularly stable operation of the robot according to the invention is possible.

Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Roboters, bei dem zwei oder mehr Kreisel vorgesehen sind, kann ein Kreisel eine Aussparung aufweisen, in der ein weiterer Kreisel angeordnet ist. Dabei kann beispielsweise ein Kreisel aus zwei synchron rotierenden Kreiselteilen bestehen, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der weitere Kreisel in dem Abstand zwischen den beiden Kreiselteilen angeordnet ist.In one embodiment of a robot according to the invention, in which two or more gyros are provided, a gyroscope may have a recess in which a further gyroscope is arranged. In this case, for example, a gyroscope consist of two synchronously rotating gyro parts, which are arranged at a distance from each other, wherein the further gyroscope is arranged in the distance between the two gyro parts.

Die Hüllenstruktur eines erfindungsgemäßen Roboters kann mindestens eine Öffnung aufweisen, die vorzugsweise über eine Tür verschließbar ist. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass ein Zugriff auf das Innere des Roboters möglich ist und darüber hinaus der Roboter beispielsweise während einer Zwangspause mit der Umwelt interagieren kann.The sheath structure of a robot according to the invention may have at least one opening, which is preferably closable via a door. In this way, it is possible that access to the inside of the robot is possible and, moreover, the robot can interact with the environment during a forced break, for example.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Hüllenstruktur aus zwei Halbschalen besteht, die beispielsweise aufklappbar sind.It can also be provided that the shell structure consists of two half-shells, which are, for example, hinged.

Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in der Hüllenstruktur Sensoren zur Messung von Werten der Umgebung angeordnet sind, die dann beispielsweise über die Öffnung die Messungen vornehmen können. Auch kann in der Hüllenstruktur ein Aktuator angeordnet sein, der mit der Umgebung interagiert. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass in der Hüllenstruktur Sensoren angeordnet sind, die die Relativgeschwindigkeit zwischen der Antriebsvorrichtung und der Hüllenstruktur messen. Über eine derartige Messung kann festgestellt werden, inwieweit ein weiterer Antrieb des Roboters möglich ist oder ob der Roboter die zuvor beschriebene Zwangspause vornehmen muss, damit die Antriebsvorrichtung in der Hüllenstruktur auslaufen kann.For this purpose, it may be provided, for example, that sensors for measuring values of the surroundings are arranged in the envelope structure, which may then carry out the measurements, for example via the opening. Also, an actuator may be disposed in the shell structure that interacts with the environment. It may also be provided that sensors are arranged in the shell structure, which measure the relative speed between the drive device and the shell structure. By means of such a measurement it can be ascertained to what extent a further drive of the robot is possible or whether the robot has to carry out the compulsory pause described above so that the drive device can run out in the casing structure.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Impulsvorrichtung vorgesehen, über die ein Impuls auf die Antriebsvorrichtung und/oder die Hüllenstruktur ausgeübt werden kann. Die Impulsvorrichtung kann beispielsweise eine vorspannbare Federeinrichtung sein. Durch ein Ausüben eines Impulses auf den Roboter kann dieser Sprünge ausführen, wodurch beispielsweise Stufen überwunden werden können.In one embodiment of the invention, a pulse device is provided, via which a pulse can be exerted on the drive device and / or the sheath structure. The pulse device may for example be a prestressable spring device. By applying an impulse to the robot, this can perform jumps, which, for example, levels can be overcome.

Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Roboters mit folgenden Schritten vor:

– Beschleunigen aller Kreisel auf eine hohe Geschwindigkeit, vorzugsweise zwischen 100000 und 120000 U/min
– Antreiben mindestens eines der Antriebsräder in eine Richtung
– Messen der Relativgeschwindigkeit zwischen der Antriebsvorrichtung und der Hüllenstruktur.

The invention further provides a method for operating a robot according to the invention with the following steps:

- To accelerate all gyro at a high speed, preferably between 100,000 and 120000 U / min
- Driving at least one of the drive wheels in one direction
- Measuring the relative speed between the drive device and the shell structure.

Dabei kann vorgesehen sein, dass bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes der Relativgeschwindigkeit zwischen der Antriebsvorrichtung und der Hüllenstruktur folgende Schritte durchgeführt werden:

– Beenden des Antriebs aller angetriebenen Antriebsräder
– Abwarten eines Zeitraumes, wobei die Antriebsvorrichtung in der Hüllenstruktur ausläuft
– Messen der Relativgeschwindigkeit zwischen der Antriebsvorrichtung und der Hüllenstruktur, wobei bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes mindestens eines der Antriebsräder erneut angetrieben wird, wobei vorzugsweise der untere Grenzwert Null ist.

It can be provided that, when an upper limit value of the relative speed between the drive device and the sheath structure is exceeded, the following steps are carried out:

- Stop the drive of all driven drive wheels
- Waiting for a period of time, wherein the drive device terminates in the shell structure
- Measuring the relative speed between the drive device and the shell structure, wherein when falling below a lower limit of at least one of the drive wheels is driven again, preferably, the lower limit is zero.

Vor oder während des Schrittes, in dem der Zeitraum abgewartet wird, wobei die Antriebsvorrichtung in der Hüllenstruktur ausläuft, kann folgender weiterer Schritt durchgeführt werden:

– Abbremsen aller Kreisel.

Before or during the step in which the period is awaited, with the Drive device expires in the shell structure, the following further step can be performed:

- braking all gyros.

Dies hat den Vorteil, dass der Zeitraum, in dem die Antriebsvorrichtung in der Hüllenstruktur ausläuft, verkürzt werden kann, so dass schneller ein erneuter Antrieb des Roboters erfolgen kann. Vor oder während des erneuten Antreibens mindestens eines der Antriebsräder können alle Kreisel erneut auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden.This has the advantage that the period in which the drive device terminates in the sheath structure can be shortened, so that a faster drive of the robot can take place more quickly. Before or during the renewed driving of at least one of the drive wheels, all rotors can be accelerated again to a high speed.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als besonders vorteilhaft bei dem Betrieb des erfindungsgemäßen Roboters erwiesen.The inventive method has proven to be particularly advantageous in the operation of the robot according to the invention.

Während des Schrittes des Abwartens eines Zeitraumes kann beispielsweise vorgesehen sein, dass an dem erfindungsgemäßen Roboter angeordnete Photovoltaikzellen zur Energieversorgung des erfindungsgemäßen Roboters genutzt werden. Diese können beispielsweise im Inneren der Hüllenstruktur angeordnet sein und während der Ruhelage des erfindungsgemäßen Roboters aus der Hüllenstruktur ausgefahren werden. Auf diese Weise kann der Zeitraum, in dem abgewartet werden muss, auf sinnvolle Art und Weise genutzt werden.During the step of waiting for a period of time, it can be provided, for example, that photovoltaic cells arranged on the robot according to the invention are used to supply energy to the robot according to the invention. These may, for example, be arranged inside the casing structure and be extended out of the casing structure during the rest position of the robot according to the invention. In this way, the period of time in which to wait can be used in a meaningful way.

Es kann vorgesehen sein, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Kreisel variabel ist. Es kann von Vorteil sein, wenn sich beispielsweise herausstellt, dass der Untergrund für eine notwendige Zwangspause ungünstig ist, in der abgewartet wird, bis die Antriebsvorrichtung in der Hüllenstruktur ausgelaufen ist. Durch eine beispielsweise kurzzeitige Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des Kreisels kann ein größeres Gegenmoment gegen das Antriebsmoment hervorgerufen werden, wodurch die Zunahme der Rotation der Antriebsvorrichtung in der Hüllenstruktur verlangsamt wird. Dadurch kann der erfindungsgemäße Roboter eine größere Strecke vor der notwendigen Zwangspause zurücklegen. Dadurch kann der erfindungsgemäße Roboter in vorteilhafter Weise gesteuert werden.It can be provided that the rotational speed of the gyroscope is variable. It may be advantageous if, for example, it turns out that the ground is unfavorable for a necessary compulsory break in which it waits until the drive device in the casing structure has run out. By, for example, a short-term increase in the rotational speed of the gyro, a larger counter-torque against the drive torque can be caused, whereby the increase in the rotation of the drive device is slowed down in the shell structure. This allows the robot according to the invention to travel a greater distance before the necessary compulsory break. As a result, the robot according to the invention can be controlled in an advantageous manner.

Im Folgenden wir unter die Bezugnahme auf die nachfolgenden Abbildungen die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the following figures. Show it:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Roboters, der in nur eine Richtung angetrieben werden kann sowie 1 a schematic sectional view of a first embodiment of a robot according to the invention, which can be driven in only one direction and

2 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Roboters, der in mehrere Richtungen angetrieben werden kann. 2 a schematic sectional view of a robot according to the invention, which can be driven in several directions.

In 1 und 2 sind erfindungsgemäße Roboter 1 schematisch dargestellt. Die erfindungsgemäßen Roboter bestehen grundsätzlich aus einer Hüllenstruktur 3 und einer in der Hüllenstruktur 3 angeordneten Antriebsvorrichtung 5.In 1 and 2 are robots according to the invention 1 shown schematically. The robots according to the invention fundamentally consist of a casing structure 3 and one in the hull structure 3 arranged drive device 5 ,

Über die Antriebsvorrichtung 5 ist der erfindungsgemäße Roboter 1 auf einem Untergrund 100 bewegbar.About the drive device 5 is the robot according to the invention 1 on a surface 100 movable.

Die Hüllenstruktur 3 weist eine außenliegende Rollfläche 7 auf, über die der Roboter zur Fortbewegung auf dem Untergrund 100 abrollt.The sheath structure 3 has an external rolling surface 7 on, over which the robot for locomotion on the underground 100 rolls.

In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die außenliegende Rollfläche 7 der Hüllenstruktur 3 lediglich in einer Hauptebene eine Krümmung auf, so dass die Hüllenstruktur 3 im Wesentlichen zylinderförmig ist. Die Hauptebene ist die Ebene, die bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Zeichnungsebene entspricht und die durch den Mittelpunkt M des Roboters führt. Mit anderen Worten: Die Hauptebene wird durch den Mittelpunkt M, die mögliche Hauptbewegungsrichtung des Roboters 1, die in 1 mit einem Pfeil dargestellt ist sowie durch eine Orthogonale von dem Mittelpunkt auf den Untergrund 100 vorgegeben. Der Schwerpunkt des Roboters 1 fällt vorzugsweise auf den Mittelpunkt M des Roboters 1.In the in 1 illustrated embodiment has the outer rolling surface 7 the sheath structure 3 only in a main plane a curvature, so that the shell structure 3 is substantially cylindrical. The main level is the level at the in 1 illustrated embodiment corresponds to the drawing plane and leads through the center M of the robot. In other words: The main plane is defined by the center M, the possible main direction of movement of the robot 1 , in the 1 is represented by an arrow and by an orthogonal from the center to the ground 100 specified. The focus of the robot 1 preferably falls on the center M of the robot 1 ,

Parallel zu der außenliegenden Rollfläche 7 weist die Hüllenstruktur 3 eine innenliegende Lauffläche 9 auf.Parallel to the outer rolling surface 7 has the shell structure 3 an internal tread 9 on.

Die Antriebsvorrichtung 5 besitzt in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen eine Dreiecksform, wobei in den Eckbereichen jeweils ein Antriebsrad 11 angeordnet ist, das auf der Lauffläche 9 abrollt. Die Antriebsvorrichtung 5 besteht dabei im Wesentlichen aus einem Rahmen 13, der die Dreiecksform bildet.The drive device 5 owns in the 1 illustrated embodiment is substantially a triangular shape, wherein in the corner regions in each case a drive wheel 11 is arranged on the tread 9 rolls. The drive device 5 consists essentially of a framework 13 that forms the triangle shape.

Die Antriebsvorrichtung 5 weist ferner eine Kreiselvorrichtung 15 auf, die in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Kreisel 17 umfasst. Der Kreisel 17 besitzt eine Drehachse 19, die in der Hauptebene in radialer Richtung zu der Krümmung der Rollfläche verläuft. Der Schwerpunkt des Kreisels 17 fällt auf den Mittelpunkt M des Roboters 1.The drive device 5 also has a gyroscope 15 on that in the in 1 illustrated embodiment a gyroscope 17 includes. The circle 17 has a rotation axis 19 which extends in the main plane in the radial direction to the curvature of the rolling surface. The focus of the gyro 17 falls to the center M of the robot 1 ,

Über einen nicht dargestellten Motor ist der Kreisel 17 auf eine hohe Geschwindigkeit antreibbar, die beispielsweise zwischen 100000 und 120000 U/min betragen kann.About an unillustrated engine is the gyroscope 17 drivable to a high speed, which may for example be between 100,000 and 120,000 rpm.

Die Antriebsräder 11 sind ebenfalls über nicht dargestellte Motoren, beispielsweise Elektromotoren, antreibbar, so dass eine Abrollbewegung auf der Lauffläche 9 der Hüllenstruktur 3 erfolgt. Dabei stützt sich das erzeugte Antriebsdrehmoment an dem rotierenden Kreisel 17 ab. Aufgrund des Drehimpulses des Kreisels und der bei Kreiseln vorliegenden Drehimpulserhaltung kann sich das Antriebsdrehmoment an der Kreiselvorrichtung 15 zumindest teilweise abstützen, so dass über die Antriebsräder 11 eine Rotationsbewegung der Hüllenstruktur 3 und somit des Roboters 1 in Bezug auf den Untergrund 100 erzeugt werden kann. Die entsprechenden Bewegungen der einzelnen Bauteile sind in 1 beispielhaft mit Pfeilen angedeutet.The drive wheels 11 are also on unillustrated motors, such as electric motors, driven, so that a rolling motion on the tread 9 the sheath structure 3 he follows. In this case, the generated drive torque is based on the rotating gyroscope 17 from. Due to the angular momentum of the gyroscope and the gyroscope Angular momentum conservation can reduce the drive torque at the gyroscope 15 at least partially support, so over the drive wheels 11 a rotational movement of the shell structure 3 and thus the robot 1 in terms of the underground 100 can be generated. The corresponding movements of the individual components are in 1 exemplified by arrows.

Aufgrund der zwischen der äußeren Rollfläche 7 der Hüllenstruktur 3 und dem Untergrund 100 auftretenden Rollreibung entsteht ein Moment, das dem Antriebsmoment entgegenwirkt und auf die Kreiselvorrichtung 15 übertragen wird. Diese Rotationsbewegung summiert sich während einer Fortbewegung bis zur Drehzahlgrenze der Antriebsvorrichtung 5. Aufgrund der endlichen Geschwindigkeit des Kreisels 17 besitzt das von der Kreiselvorrichtung 15 aufgebrachte Gegenmoment eine endliche Größe. Dadurch entsteht eine Rotationsbewegung der Antriebsvorrichtung 5 innerhalb der Hüllenstruktur 3 und entgegen der Rotationsbewegung der Hüllenstruktur 3.Due to the between the outer rolling surface 7 the sheath structure 3 and the underground 100 occurring rolling friction creates a moment that counteracts the drive torque and the gyroscope 15 is transmitted. This rotational movement adds up during movement to the speed limit of the drive device 5 , Due to the finite speed of the gyro 17 owns this from the gyroscope 15 Applied counter moment a finite size. This creates a rotational movement of the drive device 5 within the hull structure 3 and against the rotational movement of the shell structure 3 ,

Diese Rotationsbewegung ist in 1 durch einen mit unterbrochenen Linien gezeichneten Pfeil angedeutet. Bei dem Betrieb des Roboters 1 nimmt diese Rotationsbewegung der Antriebsvorrichtung 5 in der Hüllenstruktur 3 zu, bis zu einer Maximalgeschwindigkeit, bei der die gesamte von den Antriebsrädern 11 aufgebrachte Antriebsenergie für die Rotation der Antriebsvorrichtung 5 aufgebraucht wird.This rotational movement is in 1 indicated by an arrow drawn with broken lines. In the operation of the robot 1 takes this rotational movement of the drive device 5 in the sheath structure 3 to, up to a maximum speed at which the whole of the drive wheels 11 Applied drive energy for the rotation of the drive device 5 is used up.

Bei dem Betrieb des erfindungsgemäßen Roboters 1 ist es daher notwendig, nach einer bestimmten Zeit der Fortbewegung eine Zwangspause einzulegen, in der der Antrieb der Antriebsräder 11 abgeschaltet wird und in der die Antriebsvorrichtung 5 in der Hüllenstruktur 3 auslaufen kann oder in der die Hüllenstruktur 3 rotierenden Antriebsvorrichtung 5 über die Antriebsräder 11 abgebremst wird. Idealerweise wird in dieser Zwangspause ebenfalls die Rotation des Kreisels 17 abgeschaltet. Nach einem bestimmten Zeitraum, in dem die Antriebsvorrichtung 5 in der Hüllenstruktur 3 ausgelaufen ist und die Relativgeschwindigkeit zwischen der Hüllenstruktur 3 und der Antriebsvorrichtung idealerweise Null beträgt, kann der Roboter 1 weiter bewegt werden, indem der Kreisel 17 wieder auf eine hohe Rotationsgeschwindigkeit beschleunigt wird und die Antriebsräder 11 angetrieben werden.In the operation of the robot according to the invention 1 It is therefore necessary to insert a compulsory break after a certain time of locomotion, in which the drive of the drive wheels 11 is turned off and in the drive device 5 in the sheath structure 3 may leak or in the sheath structure 3 rotating drive device 5 over the drive wheels 11 is slowed down. Ideally, in this forced break, the rotation of the gyroscope is also 17 off. After a certain period of time in which the drive device 5 in the sheath structure 3 has expired and the relative speed between the shell structure 3 and the drive device is ideally zero, the robot can 1 be moved further by the gyroscope 17 is accelerated back to a high rotational speed and the drive wheels 11 are driven.

Der erfindungsgemäße Roboter 1 kann Sensoren aufweisen, die die Relativgeschwindigkeit zwischen der Antriebsvorrichtung 5 und der Hüllenstruktur 3 messen, so dass bei Erreichen eines Grenzwertes die entsprechende Zwangspause eingelegt werden kann. Da während des Auslaufens der Antriebsvorrichtung 5 in der Hüllenstruktur 3 der Roboter 1 nicht steuerbar ist, sollte die Zwangspause idealerweise in einer Ruhelage des Roboters 1 erfolgen.The robot according to the invention 1 may include sensors that control the relative speed between the drive device 5 and the shell structure 3 measure, so that when a limit value is reached, the corresponding compulsory break can be inserted. Since during the run-out of the drive device 5 in the sheath structure 3 the robot 1 is not controllable, the compulsory break should ideally be in a rest position of the robot 1 respectively.

Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt einen Roboter 1, dessen Hüllenstruktur 3 eine Rollfläche 7 besitzt, die neben der Krümmung in der Hauptebene auch eine Krümmung in weiteren Ebenen besitzt und somit eine Kugelform aufweist. Die Hauptebene ist bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wiederum durch den Mittelpunkt M des Roboters 1, einer Orthogonalen von dem Mittelpunkt M auf den Untergrund 100 sowie einer ersten Hauptbewegungsrichtung des Roboters 1 vorgegeben.This in 2 illustrated embodiment of the invention shows a robot 1 , its sheath structure 3 a rolling surface 7 has, in addition to the curvature in the main plane also has a curvature in other planes and thus has a spherical shape. The main level is at the in 2 illustrated embodiment in turn through the center M of the robot 1 , an orthogonal from the center M to the ground 100 and a first main direction of movement of the robot 1 specified.

Die Antriebsvorrichtung 5 weist in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel vier Antriebsrollen auf und besitzt im Wesentlichen die Form eines Tetraeders. Die Antriebsräder 11 sind als Allseitenräder oder Kugelräder ausgebildet und sind in den Eckbereichen der Tetraederform angeordnet. Die Antriebsvorrichtung 5 besteht dabei im Wesentlichen aus einem Rahmen 13, der die Tetraederform bildet. Im Inneren des Rahmens 13 ist die Kreiselvorrichtung 15 angeordnet, die in 2 nur schematisch dargestellt ist.The drive device 5 points in the in 2 illustrated embodiment, four drive rollers and has substantially the shape of a tetrahedron. The drive wheels 11 are formed as omnidirectional wheels or ball wheels and are arranged in the corner regions of the tetrahedral shape. The drive device 5 consists essentially of a framework 13 which forms the tetrahedral form. Inside the frame 13 is the gyroscope 15 arranged in 2 is shown only schematically.

Da der in 2 dargestellte erfindungsgemäße Roboter 1 neben der Bewegung in einer Hauptbewegungsrichtung auch in eine andere Richtung bewegbar ist, weist die Kreiselvorrichtung 15 zwei in 2 nicht dargestellte Kreisel auf. Dabei weist ein erster Kreisel, genauso wie in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, eine Drehachse auf, die in der Hauptebene und in radialer Richtung zu der Krümmung der Rollfläche 7 verläuft, während der zweite Kreisel eine orthogonal zu der Drehachse des ersten Kreisels angeordnete Drehachse besitzt. Dadurch können auch Antriebsmomente, die bei einer Bewegung des Roboters 1 in eine Richtung orthogonal zu der Hauptbewegungsrichtung auftreten, an der Kreiselvorrichtung 15 abgestützt werden. Die Kreiselvorrichtung 15 stützt somit die Antriebsmomente bei einer Vorwärtsfahrt in die Hauptbewegungsrichtung und bei einer Seitwärtsfahrt ab. Bei Bewegungen in andere Richtungen, beispielsweise bei einer Diagonalfahrt, entstehen Antriebsmomente, die in Antriebsmomente der Hauptbewegungsrichtung und der Richtung orthogonal zu der Hauptbewegungsrichtung aufgeteilt werden können, so dass diese bei einer derartigen Bewegung auftretenden Antriebsmomente ebenfalls von der Kreiselvorrichtung 15 abgestützt werden. Mit anderen Worten: Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Roboters 1 weist die Kreiselvorrichtung 15 pro rotatorischen Freiheitsgrad des Roboters 1 einen Kreisel 17 auf.Since the in 2 illustrated robot according to the invention 1 in addition to the movement in a main movement direction in another direction is movable, has the gyroscope 15 two in 2 not shown on top. In this case, a first gyroscope, as well as in the 1 illustrated embodiment, an axis of rotation, in the main plane and in the radial direction to the curvature of the rolling surface 7 runs, while the second gyro has an orthogonal to the axis of rotation of the first gyro arranged axis of rotation. This can also drive moments that occur during a movement of the robot 1 occur in a direction orthogonal to the main movement direction, at the gyroscope 15 be supported. The gyroscope 15 thus supports the drive torque in a forward drive in the main movement direction and a sideways drive. In movements in other directions, for example in a diagonal drive, drive torques arise which can be divided into drive torques of the main movement direction and the direction orthogonal to the main movement direction, so that these drive torques occurring in such a movement also from the gyroscope 15 be supported. In other words, in the in 2 illustrated embodiment of a robot according to the invention 1 has the gyroscope 15 per rotary degree of freedom of the robot 1 a roundabout 17 on.

Auch bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Roboters 1 können relative Rotationsbewegungen zwischen Antriebsvorrichtung 5 und Hüllenstruktur 3 entstehen. Somit ist es auch bei dem in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Roboter 1 notwendig, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung 5 in Bezug auf die Hüllenstruktur 3 einen Grenzwert überschreitet, eine Zwangspause vorzusehen, in der die Antriebsvorrichtung 5 in der Hüllenstruktur 3 auslaufen kann.Also at the in 2 illustrated embodiment of a robot according to the invention 1 can be relative rotational movements between the drive device 5 and sheath structure 3 arise. Thus, it is also in the in 2 illustrated robot according to the invention 1 necessary if the rotational speed of the drive device 5 in terms of the shell structure 3 exceeds a threshold to provide a forced break in which the drive device 5 in the sheath structure 3 can expire.

Die erfindungsgemäßen Roboter 1 können Sensoren aufweisen, die die Relativgeschwindigkeit zwischen der Antriebsvorrichtung 5 und der Hüllenstruktur 3 messen, um somit eine Steuerung des Roboters 1 in vorteilhafter Weise zu ermöglichen, da somit der Zeitpunkt der notwendigen Zwangspausen bestimmt werden kann.The robots according to the invention 1 may include sensors that control the relative speed between the drive device 5 and the shell structure 3 measure, thus controlling the robot 1 to allow in an advantageous manner, since thus the time of the necessary compulsory pauses can be determined.

Der Roboter 1 kann einen Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie, aufweisen, der die Energieversorgung des Roboters sicherstellt. Ferner können Photovoltaikmodule vorgesehen sein, die beispielsweise ausklappbar oder ausfahrbar in der Hüllenstruktur angeordnet sind. Beispielsweise in einer Zwangspause können diese Module zur Energiezuführung genutzt werden.The robot 1 may include an energy storage, such as a battery, which ensures the power supply of the robot. Furthermore, photovoltaic modules can be provided, which are arranged, for example, fold-out or extendable in the envelope structure. For example, in a forced break these modules can be used for energy supply.

Der erfindungsgemäße Roboter 1 kann ferner Sensoren zur Messung von Werten der Umgebung sowie Aktuatoren zur Interaktion mit der Umgebung aufweisen. Dazu kann die Hüllenstruktur 3 beispielsweise eine Öffnung aufweisen, die vorzugsweise über eine Tür verschließbar ist. Die Zwangspausen des Roboters 1 können somit zur Messung von Werten der Umgebung, wie beispielsweise Temperatur oder Strahlung, genutzt werden oder es kann über die Aktuatoren eine Interaktion mit der Umgebung stattfinden. Da der erfindungsgemäße Roboter 1 beispielsweise für die Erkundung von unbekanntem Gelände, beispielsweise extraterrestrischen Raum, eingesetzt werden kann, können beispielsweise über die Aktuatoren Bodenproben entnommen werden.The robot according to the invention 1 may also include sensors for measuring environmental values and actuators for interacting with the environment. This may be the shell structure 3 For example, have an opening which is preferably closed by a door. The forced breaks of the robot 1 can thus be used to measure values of the environment, such as temperature or radiation, or it can take place via the actuators interaction with the environment. As the robot according to the invention 1 For example, for the exploration of unknown terrain, such as extraterrestrial space, can be used, for example, be taken over the actuators soil samples.

Der erfindungsgemäße Roboter kann eine in den Figuren nicht dargestellte Impulsvorrichtung aufweisen, über die ein Impuls auf die Antriebsvorrichtung und/oder die Hüllenstruktur ausübbar ist. Über die Impulsvorrichtung kann durch eine hohe Beschleunigung einer Masse und ein abruptes Abbremsen dieser Masse ein Impuls derart auf den erfindungsgemäßen Roboter 1 ausgeübt werden, dass dieser Sprünge ausführen kann, um beispielsweise stufiges Gelände zu überwinden. Dazu kann die Impulsvorrichtung beispielsweise eine vorspannbare Federeinrichtung aufweisen, die zur Erzeugung des Impulses ausgelöst wird.The robot according to the invention may have a pulse device, not shown in the figures, via which an impulse can be exerted on the drive device and / or the casing structure. By means of the high-speed acceleration of a mass and an abrupt deceleration of this mass, a pulse can thus be applied to the robot according to the invention via the pulse device 1 be exercised that this can perform jumps, for example, to overcome terraced terrain. For this purpose, the pulse device, for example, have a prestressable spring device which is triggered to generate the pulse.

Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Roboter auch ein Beschleunigungsmessgerät vorgesehen sein, das die Beschleunigung des Kreisels, der Antriebsvorrichtung in der Hüllenstruktur und/oder der Hüllenstruktur gegenüber der Umgebung misst. Über die gemessenen Beschleunigungswerte kann der Roboter gesteuert und beispielsweise der Zeitpunkt der Ruhepausen bestimmt werden.Furthermore, in the case of a robot according to the invention, an acceleration measuring device can also be provided which measures the acceleration of the gyroscope, the drive device in the hull structure and / or the hull structure relative to the environment. The robot can be controlled via the measured acceleration values and, for example, the time of the breaks can be determined.

Claims

Robot ( 1 ) for locomotion on a subsoil ( 100 ) consisting of a shell structure ( 3 ) with an external rolling surface ( 7 ), the rolling surface ( 7 ) has a curvature at least in one main plane, and with an inner running surface ( 9 ) parallel to the rolling surface ( 7 ), and a drive device ( 5 ) in the shell structure ( 3 ), the drive device ( 5 ) at least one drive wheel ( 11 ), on the tread ( 9 ) and a gyroscope ( 15 ) with at least one gyro ( 17 ), wherein an axis of rotation ( 19 ) of the gyroscope ( 17 ) in the main plane in the radial direction to the curvature of the rolling surface ( 7 ), characterized in that the gyroscope ( 15 ) at least one further roundabout ( 17 ), wherein the axis of rotation ( 19 ) of each gyro ( 17 ) orthogonal to the axis of rotation ( 19 ) of another gyro ( 17 ) is arranged.

Robot according to claim 1, characterized in that the curvature of the rolling surface ( 7 ) has a constant radius.

Robot according to claim 1 or 2, characterized in that the rolling surface ( 7 ) has a curvature in a plurality of planes, wherein preferably the sheath structure ( 3 ) has a spherical shape.

Robot according to one of claims 1 to 3, characterized in that the drive device ( 5 ) three or four drive wheels ( 11 ) having.

Robot according to claim 4, characterized in that the drive wheels ( 11 ) are designed as Allseitenräder or ball wheels.

Robot according to claim 4 or 5, characterized in that all driving wheels ( 11 ) are arranged in a plane, wherein the drive device ( 5 ) preferably has a triangular shape and the drive wheels ( 11 ) in each case in a corner region of the drive device ( 5 ) are arranged.

Robot according to claim 4 or 5, characterized in that the drive wheels ( 11 ) are arranged in different planes, wherein the drive device ( 5 ) preferably has a tetrahedral shape and the drive wheels ( 11 ) in each case in a corner region of the drive device ( 5 ) are arranged.

Robot according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least one of Driving wheels ( 11 ) is driven by a motor, preferably an electric motor.

Robot according to one of claims 1 to 8, characterized in that each gyro ( 17 ) is driven by a motor, preferably an electric motor.

Robot according to one of claims 1 to 9, characterized in that each gyro ( 17 ) is drivable to a high speed, preferably between 100,000 and 120,000 rpm.

Robot according to one of claims 1 to 10, characterized in that each gyro ( 17 ) has a center of gravity which, at the center M of the curvature of the rolling surface ( 7 ) and / or in the center of gravity of the robot ( 1 ) lies.

Robot according to one of claims 1 to 11, characterized in that one of the rotors ( 17 ) has a recess in which one of the further gyros ( 17 ) is arranged.

Robot according to one of claims 1 to 12, characterized in that the envelope structure ( 3 ) has at least one opening, which is preferably closable via a door.

Robot according to one of claims 1 to 13, characterized by in the shell structure ( 3 ) arranged sensors for measuring the relative speed between the drive device and the shell structure ( 3 ) and / or for measuring values of the environment and / or in the envelope structure ( 3 ) arranged actuators for interacting with the environment.

Robot according to one of Claims 1 to 13, characterized by a pulse device via which a pulse is imparted to the drive device ( 5 ) and / or the shell structure ( 3 ) is exercisable, wherein the pulse device preferably comprises a prestressable spring means.

Method for operating a robot ( 1 ) according to one of claims 1 to 15, comprising the following steps: - accelerating all gyros ( 17 ) to a high speed, preferably between 100,000 and 120,000 rpm - driving at least one of the drive wheels ( 11 ) in one direction - measuring the relative speed between the drive device ( 5 ) and the shell structure ( 3 ).

A method according to claim 16, characterized in that when an upper limit value of the relative speed between the drive device ( 5 ) and the shell structure ( 3 ) the following steps are performed: - stopping the drive of all driven drive wheels ( 11 ) - Waiting for a period, wherein the drive device ( 5 ) in the shell structure ( 3 ) - Measuring the relative speed between the drive device ( 5 ) and the shell structure ( 3 ), wherein falls below a lower limit of at least one of the drive wheels ( 11 ), wherein preferably the lower limit is zero.

Method according to Claim 17, characterized by the following further step before or during the step in which the period is awaited: - braking of all gyros ( 17 ), and the following further step, which takes place before or during the renewed driving of at least one of the drive wheels: - renewed acceleration of all gyros ( 17 ) to a high speed, preferably between 100,000 and 120,000 rpm.