DE102011102960A1

DE102011102960A1 - Eigenfortbewegungsfähige Plattform

Info

Publication number: DE102011102960A1
Application number: DE201110102960
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Becker Ralf; Kai Ondratschek
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-11-29
Also published as: WO2012159737A1; DE112012002196A5

Abstract

Beschrieben wird eine eigenfortbewegungsfähige Plattform mit wenigstens sechs an der Plattform jeweils um wenigstens eine erste Raumachse auslenkbar gelagerte Stützbeine, von denen jedes Stützbein a) über eine um die erste Raumachse schwenkbare Gelenkeinheit mit der Plattform sowie mit einem sich einseitig an der Plattform abstützenden Aktor verbunden ist und b) wenigstens einen ersten und zweiten, die Plattform überragenden Stützbeinabschnitt besitzt, die über eine als Aktor ausgebildete und um eine zweite Raumachse auslenkbare Gelenkeinheit miteinander verbunden sind, wobei die Plattform, die an der Plattform gelenkig ausgebildeten und angebrachten Stützbeine sowie die sich jeweils einseitig an der Plattform abstützenden Aktoren mittels eines generativen Herstellungsverfahrens herstellbar sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine eigenfortbewegungsfähige Plattform mit wenigstens sechs an der Plattform auslenkbar angebrachten Stützbeinen.
Stand der Technik
Eigenfortbewegungsfähige Plattformen, auch als mobile Robotersysteme in der einschlägigen Fachliteratur bezeichnet, dienen für unterschiedlichste Einsatzzwecke und vermögen sich je nach Zweckbestimmung und Ausbildung der für die Fortbewegung erforderlichen Bewegungskinematik längs horizontal, geneigter bis hin zu vertikal orientierten Oberflächen fortzubewegen.
Die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung hat bereits eine Vielzahl unterschiedlichster eigenfortbewegungsfähige Vorrichtungen entwickelt und geschützt. So geht bspw. aus der DE 101 01 327 B4 eine schienengebundene, eigenfortbewegungsfähige Vorrichtung hervor, die längs eines Motor angetriebenen Endlosbandes eine Vielzahl einzeln ansteuerbarer Haltegreiferelemente vorsieht, die im abwechselnden Eingriff mit einem Schienenstrang gelangen, längs dem sich die Vorrichtung fortzubewegen vermag.
Aus der DE 197 27 421 C2 ist ein autonomer Kletterroboter zu entnehmen, der längs eines Motors angetriebenen Transportbandes eine Vielzahl einzelner Saugelemente vorsieht, die in Haftung mit einer glatten Oberfläche gelangen. Die jeweils mit der Oberfläche in Wirkverbindung tretenden Saugelemente schließen einen lokalen Unterdruck ein und erzeugen für den Kletterroboter eine an zur Oberfläche hin gerichtete Haltekraft, die es erlaubt den Kletterroboter längs einer gegenüber der Horizontalen stark geneigt Oberfläche selbsthaften fortzubewegen.
Weitere derartige von der Anmelderin geschützte eigenfortbewegliche Kletterroboter sind den nachfolgenden Druckschriften zu entnehmen: DE 198 16 893 B4 , DE 102 12 965 B4 sowie DE 102 12 964 A1 .
Ein weiterer, eigenfortbewegungsfähiger Roboter ist in der EP 1 884 453 A2 beschrieben, der vier an einer Plattform angebrachte Saugfüße vorsieht, die relativ zur Plattform sowohl anhebbar sowie auch absenkbar als auch längs zur Plattform linear beweglich angeordnet sind. Eine Fortbewegung der Plattform erfolgt durch jeweils taktweises Ansteuern der einzelnen Saugfüße.
Allen bekannten eigenfortbewegungsfähigen Plattformen, insbesondere den bekannten Kletterrobotoren, ist gemein, dass sie aus einer Vielzahl einzelner Bauteilen zusammengesetzt sind und für die unterschiedlichsten Einsatzzwecke konzipiert sind. Sowohl der konstruktive als auch apparative Aufwand zur Fertigung sowie auch zum Betrieb derartiger eigenfortbewegungsfähiger Plattformen sind beträchtlich. Auch bedürfen derartige Roboter einer ständigen zeitaufwendigen Wartung, die neben den ohnehin hohen Anschaffungskosten zu beträchtlichen Betriebskosten führt.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eigenfortbewegungsfähige Plattform zu schaffen, die im Vergleich zu bisherigen, gattungsgemäßen Vorrichtungen einen konstruktiv einfacher, leichter sowie auch kostengünstiger zu realisieren sein soll. Darüber hinaus gilt es nach Maßnahmen zu suchen, durch die eine möglichst klein bauende, eigenfortbewegungsfähige Plattform, vorzugsweise im Größenbereich von wenigen Zentimetern Größe, geschaffen werden kann. Auch soll es möglich sein, Form und Größe einer eigenfortbewegungsfähigen Plattform ohne weiteren konstruktiven sowie auch herstellungstechnischen Aufwand frei skalieren zu können.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den lösungsgemäßen Gedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Die lösungsgemäß ausgebildete, eigenfortbewegungsfähige Plattform nimmt sich die Natur zum Vorbild, und hier insbesondere den Aufbau von gegliederten Beinen, wie sie bei Gliederfüßlern, insbesondere bei Spinnentieren zu beobachten sind. Zur technischen Umsetzung eines derart von der Natur vorgegebenen Bewegungsmechanismus wird lösungsgemäß auf generative Herstellungsverfahren zurückgegriffen, mit denen es möglich ist, durch iterativ schichtförmigen Aufbau in weitgehend beliebig skalierbare Strukturen und Bewegungskomponenten zu erzeugen.
Die lösungsgemäß ausgebildete, eigenfortbewegungsfähige Plattform sieht wenigstens sechs an der Plattform jeweils um wenigstens eine erste Raumachse auslenkbar gelagerte Stützbeine vor, von denen jedes Stützbein über eine um die erste Raumachse schwenkbare Gelenkeinheit mit der Plattform sowie mit einem sich einseitig an der Plattform abstützenden Aktor verbunden ist. Desweiteren besitzt jedes Stützbein wenigstens einen ersten und einen zweiten, die Plattform überragenden Stützbeinabschnitt, die gemeinsam miteinander über eine als Aktor ausgebildete und um eine zweite Raumachse auslenkbare Gelenkeinheit verbunden sind. Sowohl die Plattform, als auch die an der Plattform gelenkig ausgebildeten und angebrachten Stützbeine sowie auch letztlich die sich jeweils einseitig an der Plattform abstützenden Aktoren sind mittels eines generativen Herstellungsverfahrens herstellbar.
Als generative Herstellungsverfahren eignen sich insbesondere Rapid Prototyping mittels photolithographischem Verfahren, Photopolymerisation durch schichtweises Aushärten aus einem Flüssigkeitsbad, schichtweises Auftragen und Verfestigen von Pulverschichten, schichtweises Austragen eines Bindemittels in einem Pulververbund, Energiestrahldepositionsverfahren im Metallpulver oder Kunststoffextrudertechniken, bspw. Fused Deposition Modelling.
Zur Erläuterung der lösungsgemäß ausgebildeten, eigenfortbewegungsfähigen Plattform sei im Weiteren Bezug genommen auf ein konkretes Ausführungsbeispiel, das anhand der nachstehenden Figuren erläutert werden soll. Das in den Figuren erläuterte Ausführungsbeispiel betrifft einen Bewegungsmechanismus mit acht an einer Plattform angebrachten Stützbeinen, die allesamt nach dem Bewegungsprinzip einer Spinne nachgebildet sind. Gleichwohl ist es möglich, das dem konkreten Ausführungsbeispiel zugrunde (legende Bewegungsprinzip an modifizierten eigenfortbewegungsfähigen Plattformen mit wenigsten sechs Stützbeinen oder mehr als acht Stützbeinen zu realisieren.
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:
1 perspektivische Gesamtansicht auf eine eigenfortbewegungsfähige spinnenartig ausgebildete Plattform,
2 Querschnittsdarstellung durch die Plattform,
3a, b perspektivische sowie seitliche Ansicht der gelenkartigen Verbindung jeweils eines Stützbeines mit der Plattform,
4a, b Längsschnittdarstellung sowie perspektivische Ansicht eines sich längs einer gekrümmten Trajektorie ausdehnbaren, faltenbalgartig ausgebildeten Aktors sowie
5 Längsschnittdarstellung durch einen faltenbalgartig ausgebildeten Aktor mit Mitteln zur Begrenzung lastbedingter Verformungen.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
In 1 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine eigenfortbewegungsfähige Plattform nach dem Vorbild eines spinnenartigen Bewegungsmechanismus dargestellt. An der in dem Ausführungsbeispiel als kapselartig ausgebildetes Gehäuse ausgebildeten Plattform 1 sind insgesamt acht Stützbeine A bis H gelenkig angebracht. Die im weiteren näher zu erläuternde gelenkige Anbringung jedes einzelnen Stützbeines A bis H an der Plattform 1 ermöglicht ein Schwenken jedes einzelnen Stützbeines um eine erste Raumachse R1, die im Falle des Aufliegens der spinnenartigen Anordnung auf einer ebenen und horizontalen Oberfläche für gewöhnlich der Vertikalachse entspricht. Nur aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung und Beschreibung der spinnenartigen Bewegungsplattform ist die Raumachse R1 am gelenkigen Anlenkungspunkt des Stützbeins A in 1 eingezeichnet. Das Stützbein A ist um die Raumachse R1 in der durch die bidirektionale Pfeildarstellung P ersichtliche Bewegungstrajektorie an der Plattform 1 mittels einer ersten Gelenkeinheit G1 (nicht aus 1 ersichtlich) beweglich gelagert. In gleicher Weise sind sämtliche anderen Stützbeine A bis G um entsprechende erste Raumachsen R1 bidirektional beweglich an der Plattform 1 angelenkt.
Jedes einzelne Stützbein A bis H weist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 einen ersten und zweiten Stützbeinabschnitt S1, S2 auf. Wieder sei zur übersichtlicheren Illustration und Beschreibung die für sämtliche Stützbeine A bis H gleichermaßen zutreffenden konstruktiven Ausbildungen repräsentativ nur auf das Stützbein A Bezug genommen.
Der erste Stützbeinabschnitt S1, der einseitig um die erste Raumachse R1 auslenkbar mit der Plattform 1 verbunden ist, ist an seinem anderen Ende über eine als Aktor ausgebildete und um eine zweite Raumachse R2 auslenkbare Gelenkeinheit G2 mit dem zweiten Stützbeinabschnitt S2 verbunden. Wie ebenfalls im Weiteren ausführlich erläutert wird, basiert die Gelenkeinheit G2 auf dem Wirkprinzip eines faltenbalgartig, mit einem Medium befüllbaren Aktors, der sich bei Befüllen mit einem Medium längs einer gekrümmten Trajektorie um die Raumachse R2 auszudehnen vermag. Hierbei ist die Raumachse R2 vorzugsweise orthogonal Zur ersten Raumachse R1 orientiert, so dass bei entsprechender Betätigung der als Aktor ausgebildeten Gelenkeinheit G2 der zweite Stützbeinabschnitt S2 vertikal um die horizontal orientierte Raumachse R2 angehoben bzw. abgesenkt werden kann (siehe hierzu die um die Raumachse R2 eingezeichnete bidirektionale Doppelpfeilsymbolik PP).
Jedes einzelne Stützbein A bis H lässt sich somit sowohl um die erste Raumachse R1 bidirektional verschwenken sowie auch vermittels der als Aktor ausgebildeten Gelenkeinheit G2 um eine orthogonal zur ersten Raumachse R1 zweiten Raumachse R2 anheben bzw. absenken.
Für die Fortbewegungsfunktion nicht notwendigerweise erforderlich, jedoch für eine zusätzliche dämpfenden Abfangung bzw. Lagerung der eigenfortbewegungsfähigen Plattform 1 durchaus förderlich, sieht das in 1 illustrierte Ausführungsbeispiel einen dritten Stützbeinabschnitt S3 an sämtlichen acht Stützbeinen A bis H vor. Der jeweils dritte Stützbeinschnitt S3 ist über eine dritte als Aktor ausgebildete Gelenkeinheit G3 mit dem Endabschnitt des zweiten Stützbeinabschnittes S2 verbunden. Auch die dritte Gelenkeinheit G3 ist als faltenbalgartiger Aktor ausgebildet, der bei Befüllen mit einem Medium, wie dies aus den weiteren Erläuterungen hervorgehen wird, ebenso längs einer gekrümmten Trajektorie um die Raumachse R2 bidirektional schwenkbar gelagert ist. Auf diese Weise lässt sich der dritte Stützbeinabschnitt S3 relativ zum zweiten Stützbeinabschnitt S3 an- bzw. absenken.
Die Ausbildung der in 1 illustrierten eigenfortbewegungsfähigen Plattform ist vorzugsweise derart gewählt, dass die jeweils acht an der Plattform 1 gelenkig angelenkten Stützbeine A bis H längs der Symmetrieachse S symmetrisch ausgebildet sind.
Für eine kontrollierte Fortbewegung der eigenfortbewegungsfähigen Plattform gilt es die einzelnen Stützbeine A bis H jeweils spiegelbildlich paarweise derart anzusteuern, so dass die Plattform 1 über mindestens vier Stützbeine auf einer Unterlage abgestützt wird. Grundsätzlich ist es auch denkbar, eine Variante der eigenfortbewegungsfähigen Plattform mit jeweils nur sechs Stützbeinen auszubilden, in diesem Fall müssen für eine stabile Fortbewegung wenigstens drei Stützbeine Kontakt zur Unterlage halten.
Für eine kontrollierte und stabile Fortbewegung der in 1 illustrierten eigenfortbeweglichen Plattform sind die einzelnen Stützbeine A bis H jeweils spiegelbildlich paarweise aufeinander abgestimmt, aktorisch anzulenken. Während die jeweils auf der Unterlage aufliegenden Stützbeine durch entsprechendes Schwenken jeweils um die erste Raumachse R1 die Plattform in Bewegungsrichtung bspw. nach vorne bewegen, und hierbei relativ zur Plattform um die jeweils erste Raumachse relativ zur Vorwärtsbewegung zurückgeschwenkt werden, gilt es die jeweils angehobenen Stützbeinpaare um die jeweils erste Raumachse R1 in Bewegungsrichtung nach vorn zu schwenken. Entsprechende andersartige Bewegungsmuster zur Ansteuerung der entsprechenden Stützbeine gilt es zu wählen, wenn die eigenfortbewegungsfähige Plattform eine von der Vorwärtsbewegung abweichende Bewegungsrichtung einschlagen soll.
Zur Illustration der konstruktiven Auslegung jener Gelenkeinheiten G1, über die die jeweils ersten Stützbeinabschnitte S1 der Stützbeine A bis H jeweils bidirektional schwenkbar um die jeweils erste Raumachse R1 mit der Plattform 1 verbunden sind, sei auf die Illustrationen der 2 und 3a und b verwiesen. 2 zeigt das „Innenleben” des kapselartig ausgebildeten Gehäuses der Plattform 1, das in 2 aufgeschnitten für einen freien Einblick in das Innere des Gehäuses illustriert ist. 3a zeigt eine perspektivische Einzelbetrachtung eines gelenkig an der Plattform 1 angebrachten ersten Stützbeinabschnittes S1. 3b zeigt eine reduzierte Seitenansicht der in 3a illustrierten Gelenkeinheit. In sämtlichen Figuren sind baugleiche Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen, so dass die nachstehende Beschreibung gesamtheitlich Bezug nimmt auf die vorstehend genannten 2 sowie 3a und b.
Aus 2 ist ersichtlich, dass innerhalb des kapselartig ausgebildeten Gehäuses der Plattform 1 relativ zu einer Symmetrieachse S jeweils acht Stützbeine A bis H, entsprechend korrespondierend zur Ausführungsform in 1 gelenkig angebracht sind. Zu jedem einzelnen Stützbein A bis H sind lediglich Teilabschnitte des jeweils ersten Stützbeinabschnittes S1 dargestellt, die in der nachfolgenden Weise gelenkig und aktorisch auslenkbar relativ zur Plattform 1 angebracht sind. Sämtliche jeweils aktorisch ansteuerbaren Gelenkeinheiten G1, über die die Stützbeine A bis H mit der Plattform 1 verbunden sind, sind gleichartig ausgebildet. Stellvertretend für die Ausbildung aller Stützbeine ist jeweils die Gelenkeinkeinheit G1 an den Stützbeinen A und D punktiert umrandet, wie auch in 3b. Insbesondere besteht eine konstruktive spiegelbildliche Ausbildung und Anbringung der folgenden Stützbeinpaare relativ zur Symmetrieachse S: AH, BG, CF, DE.
Jedes einzelne Stützbein A bis H ist rohrförmig ausgebildet und umschließt einen Hohlkanal, durch den ein Medium, bspw. Luft oder eine Flüssigkeit hindurchgeleitet werden kann. In der Bilddarstellung gemäß 2 ist dies ersichtlich an den offenen Schnittenden der illustrierten Teilabschnitte der jeweils ersten Stützbeinabschnitten S1. Beispielsweise kann das Stützbein, wie im Falle der aus 2 entnehmbaren Stützbeine E, G als bloßer Hohlkanal ausgebildet sein, alternativ ist es ebenso möglich innerhalb eines hohl ausgebildeten Stützbeines einen extra fluiddichten Versorgungskanal 2 vorzusehen, wie dies bei den illustrierten Stützbeinen F und H sowie auch in 3a der Fall ist. Der jeweils erste Stützbeinabschnitt S1 ragt endseitig jeweils durch eine Öffnung 3 innerhalb des kapselartigen Gehäuses der Plattform 1 in das Innere des Gehäuses und ist mit diesem jeweils über ein Filmscharnier 4 schwenkbar um die erste Raumachse R1 verbunden (siehe hierzu 2 sowie 3b). Insbesondere anhand der Seitenansicht in 3b ist die einstückige Bauform der als Filmgelenk 4 ausgebildeten Gelenkeinheit G1 entnehmbar, die den in das Kapselinnere hineinragenden Endabschnitt des jeweils ersten Stützbeinabschnittes S1 einstückig mit einer rahmenartigen Umrandung 5, die die Öffnung 3 der Plattform umgibt. Aus Handhabungstechnischen sowie auch aus Fertigungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, die Stützbeine A bis H jeweils samt Filmgelenk 4 und rahmenartiger Umrandung 5 als separate Baueinheiten mittels generativem Herstellungsverfahren zu fertigen. Gleichsam ist die Plattform 1 einschließlich der sich jeweils einseitig abstützenden Aktoren 6, wie aus 2 entnehmbar, als einstückige Komponente mittels generativem Herstellungsverfahren zu fertigen. Zum Zusammenfügen der Stützbeine A bis H mit der Plattform 1 dient jeweils die rahmenartige Umrandung 5, die entsprechend in die Öffnung 3 des kapselförmig ausgebildeten Gehäuses der Plattform 1, bspw. mittels Klipp-Verbindung und/oder Klebeverbindung o. ä., fest einsetzbar ist. In 3b ist ein Teilbereich eines Stützbeines dargestellt, das in dieser Form als einstückiges Bauteil erhalten und über die rahmenartige Umrandung 5 durch Einsetzen in die Öffnung 3 fest mit der Plattform 1 verbunden wird, wie dies aus 3a zu entnehmen ist. Ferner bedarf es einer weiteren Verbindung zwischen dem in das kapselförmige Gehäuse der Plattform 1 hineinragenden Endabschnitt des ersten Stützbeinabschnittes S1 und dem sich einseitig an der Plattform 1 abstützenden Aktor 6. Hierzu dient ein einstückig am Aktor 6 angebrachter Montagering 6', der das Endstück des ersten Stützbeinabschnitt umfasst. Grundsätzlich bedarf es lediglich eines Formschlusses zwischen Ring 6' und Stützbeinabschnitt S1, es empfiehlt sich diese Verbindung zusätzlich mittels Klebetechnik gegen Abrutschen zu sichern.
Grundsätzlich denkbar ist auch eine gesamtheitliche, einstückige Bauweise von Plattform und sämtlichen Stützbeinen mittels generativen Herstellungsverfahren, dies setzt jedoch einen entsprechend groß dimensionierten Bauraum voraus, in dem der generative Herstellungsprozess durchführbar ist.
Zur Betätigung, d. h. für ein Verschwenken der einzelnen Stützbeine A bis H jeweils um die erste Raumachse R1 ist ein faltenbalgartig ausgebildeter Aktor 6 vorgesehen, der einseitig, an einem festen mechanischen Gegenlager, in Form einer mit der Plattform 1 verbundenen Stützstruktur 7, angebracht ist. Mit dem anderen Aktorende befindet sich der faltenbalgartige Aktor 6 in Eingriff mit dem jeweils in das kapselartige Gehäuse der Plattform 1 hineinragenden Endabschnitt des jeweils ersten Stützbeinabschnittes S1.
Die einzelnen faltenbalgartig ausgebildeten Aktoren 6 weisen jeweils eine faltenbalgartig, biegeelastische Aktorwand auf, die im Längsschnitt einen wellig ausgebildeten Volumenwandverlauf aufweist und die sich beim Befüllen mit einem Medium in Aktorlängserstreckung auszudehnen vermag und die darüber hinaus bei Entleeren des Aktorvolumens eine entgegen der Raumrichtung, längs der sich der Aktor ausdehnt, rückstellende Federkraft besitzt. Auf diese Weise vermag sich der faltenbalgartig ausgebildete Aktor 6 bei entsprechender Ausbildung der Faltenbalgstruktur längs einer Linearachse oder einer gekrümmt vorgegebenen Trajektorie bei entsprechender Versorgung mit einem Medium in geeigneter Weise auszudehnen bzw. zusammenzuziehen.
Die Versorgung der einzelnen faltenbalgartig ausgebildeten Aktoren 6 mit einem entsprechenden Medium erfolgt über eine nicht in 2 dargestellt Versorgungsstruktur, bspw. in Form von einzelnen fluiddichten Verbindungsleitungen, die von einem nicht dargestellten Mediumreservoir ausgehen und jeweils einseitig in die in den Stützstrukturen 7 vorgesehenen Öffnungen 8 fluiddicht einmünden. Je nach Beaufschlagung der faltenbalgartig ausgebildeten Aktoren 6 mit einem Medium vermögen diese die einzelnen Stützbeine A bis H um die Raumachse R1 bidirektional auszulenken.
Die Ausbildung des jeweils ersten Stützbeinabschnittes S1 ist, wie dies aus der Illustration in 1 zu entnehmen ist, gewinkelt ausgebildet, so dass der jeweils erste Stützbeinabschnitt S1 unmittelbar nach Austritt durch die Öffnung 3 einen die Plattform 1 überragenden Abschnitt aufweist, der gemäß der nach oben abgewinkelt ist. Am oberen Ende des ersten Stützbeinabschnittes S1 ist eine weitere faltenbalgartig ausgebildete Aktorstruktur vorgesehen, die sowohl als Aktor, als auch als Gelenkeinheit dient. Diese Gelenkeinheit ist bereits im Zusammenhang mit der Illustration des Ausführungsbeispiels in 1 mit dem Bezugszeichen G2 versehen und vermag bei entsprechender Befüllung mit einem Medium den ebenfalls einstückig mit der Gelenkeinheit G2 verbundenen zweiten Stützbeinabschnitt S2 um die zweite Raumachse R2 anzuheben bzw. abzusenken.
Um einen faltenbalgartig ausgebildeten Aktor zur Ausübung von längs einer gekrümmten Trajektorie orientierte Aktorlängsbewegungen zu konditionieren, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3a in Aktorlängserstreckung seitlich ein längs stabiles und biegsames, band- oder stegförmig ausgebildetes Mittel 9 vorgesehen, das die Dehnbarkeit des faltenbalgartig ausgebildeten Aktors zumindest im Bereich des Mittels 9 lokal vermindert bzw. vollständig unterbindet, so dass dem faltenbalgartig ausgebildeten Aktor bei Befüllen mit einem Medium eine gekrümmte Aktorbewegung regelrecht aufgezwängt wird. Der an der als Aktor ausgebildeten Gelenkeinheit G2 in 3a hinzugefügte Bewegungspfeil P skizziert die Auf- und Abbewegung der entsprechenden Gelenkeinheit. Aus den 4a und b sind hierzu ein Längsschnitt sowie eine perspektivische Schrägansicht eines faltenbalgartig ausgebildeten Aktors gezeigt, an dessen Außenwand seitlich ein das Biegeverhalten bestimmendes Mittel 9 einstückig angebracht ist, durch das die Aktorbewegung längs einer gekrümmt vorgegebenen Trajektorie T vorgegeben ist.
Zur Betätigung der faltenbalgartigen Aktorstruktur, die als Gelenkeinheit G2 dient, sind die jeweils ersten Stützbeinabschnitte S1 hohl ausgebildet und ermöglichen eine Versorgung des Aktorvolumens mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium. In gleicher Weise ist auch der zweite Stützbeinabschnitt S2 sämtlicher Stützbeine A bis H hohl ausgebildet, um auf diese Weise die dritte Gelenkeinheit G3, die den zweiten Stützbeinabschnitt S2 mit dem dritten Stützbeinabschnitt S3 verbindet, in gleicher Weise mit dem Medium zu versorgen, um die entsprechend anzulenken bzw. anzusteuern, wie im Falle der Gelenkeinheit G2.
Gilt es insbesondere höhere Lasten, bspw. bedingt durch ein hohes Eigengewicht der eigenfortbewegungsfähigen Plattform oder durch entsprechende, auf der Plattform zu angeordnete Lasten, bspw. in Form von Sensoreinheiten, über die einzelnen Stützbeine A bis H eigenstabil abzustützen, so eignet sich eine in 5 illustrierte, das Abstützvermögen der beschriebenen Gelenkeinheiten G2 und G3 erhöhende bzw. verstärkende Maßnahme. 5 stellt einen Längsschnitt durch eine als Aktor faltenbalgartig ausgebildete Gelenkeinheit dar, wie sie für eine bevorzugte Ausbildung der Gelenkeinheiten G2 und G3 vorgesehen ist. Einerseits weist die faltenbalgartig ausgebildete, aktorisch ansteuerbare Gelenkeinheit zur Ausführung einer Bewegung längs einer gekrümmten Trajektorie T das erläuterte längs stabile Mittel 9 auf, das einstückig seitlich in Längserstreckung an der Außenwand der Faltenbalkstruktur 11 angebracht ist. Auf der gegenüberliegenden Seite der Faltenbalkstruktur 11 sind hingegen Formteile 10 vorgesehen, die gleichfalls einstückig mit der Faltenbalkstruktur 11 verbunden sind, die in seitlichem gegenseitigen Eingriff treten, sobald die Gelenkeinheit eine lastbedingte Überdehnung erfährt. Sei bspw. angenommen, dass an der in 5 dargestellten Gelenkeinheit eine Traglast L nach unten gerichtet angreift, so treten die Formteile 10 an ihren jeweils einen Zwischenspalt 12 einschließenden Seitenflanken in Kontakt und verhindern ein Durchbiegen der Gelenkeinheit in Lastrichtung L. Durch Vorsehen der in 5 illustrierten Formteile 10 kann die Stützbelastung der Gelenkeinheiten G2 und G3 entsprechend verbessert werden.
Die erläuterte konstruktive Auslegung der lösungsgemäß ausgebildeten eigenfortbewegungsfähigen Plattform ermöglicht grundsätzlich eine einstückige Bauweise und somit für die Herstellung mittels generativer Herstellungsverfahren geeignet. Auf die vorstehende Möglichkeit, die Plattform und die Stützbeine in getrennten generativen Herstellungsschritten zu fertigen und anschließend zu montieren, sei an dieser Stelle nochmals hingewiesen. Durch die konstruktive Ausgestaltung der eigenfortbewegungsfähigen Plattform und die lösungsgemäße Umsetzung mittels generativer Herstellungsverfahren ist es möglich die gesamte Vorrichtung im Rahmen eines einzigen Fertigungsschrittes oder in mehreren Fertigungsschritten zu realisieren. Je nach Materialwahl sowie frei skalierbarer Größenwahl für die Ausbildung der Plattform können gewichtsreduzierte und klein skalierbare Plattformen bis in den Bereich weniger Zentimeter realisiert werden. Die in Anlehnung an die Natur und insbesondere an Spinnentiere orientierte technische Umsetzung einer eigenfortbewegungsfähigen Plattform lässt sich für eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben einsetzen, so bspw. für die Fortbewegung auf unebenem Gelände für Erkundungsmissionen in für den Menschen nur schwer zugänglichen oder gefährlichen Umgebungen. So ist es möglich durch geeignete, die Tragfähigkeit der lösungsgemäßen eigenfortbewegungsfähigen Plattform erhöhende Maßnahmen, wie vorstehend erläutert, sensorische Systeme die Plattform zu integrieren, um so eine multifunktionale Erkundungsplattform zu schaffen.
Bezugszeichenliste

1: Plattform, kapselartig ausgebildetes Gehäuse
2: Hohlkanal, Verbindungsleitung
3: Öffnung
4: Filmgelenk
5: Rahmenartige Umrandung
6: faltenbalgartiger Aktor
6': Montagering
7: Stützstruktur
8: Versorgungsöffnung
9: längsstabiles, biegeelastisches Mittel
10: Formteil
11: Faltenbalkstruktur
12: Zwischenspalt
A bis H: Stützbeine
S1: erster Stützbeinabschnitt
S2: zweiter Stützbeinabschnitt
S3: dritter Stützbeinabschnitt
R1: erste Raumachse
R2: zweite Raumachse
G2, G3: als Aktor faltenbalgartig ausgebildete Gelenkeinheit
T: gekrümmte Trajektorie
L: Lasteintrag
S: Symmetrieachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10101327 B4 [0003]
DE 19727421 C2 [0004]
DE 19816893 B4 [0005]
DE 10212965 B4 [0005]
DE 10212964 A1 [0005]
EP 1884453 A2 [0006]

Claims

Eigenfortbewegungsfähige Plattform mit wenigstens sechs an der Plattform jeweils um wenigstens eine erste Raumachse auslenkbar gelagerte Stützbeine, von denen jedes Stützbein a) über eine um die erste Raumachse schwenkbare Gelenkeinheit mit der Plattform sowie mit einem sich einseitig an der Plattform abstützenden Aktor verbunden ist und b) wenigstens einen ersten und zweiten, die Plattform überragenden Stützbeinabschnitt besitzt, die über eine als Aktor ausgebildete und um eine zweite Raumachse auslenkbare Gelenkeinheit miteinander verbunden sind, wobei die Plattform, die an der Plattform gelenkig ausgebildeten und angebrachten Stützbeine sowie die sich jeweils einseitig an der Plattform abstützenden Aktoren mittels eines generativen Herstellungsverfahrens herstellbar sind.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich einseitig an der Plattform abstützenden und jeweils mit einem Stützbein verbundenen Aktoren sowie die jeweils als zweite Gelenkeinheit ausgebildeten Aktoren faltenbalgartig ausgebildet sind und jeweils ein über eine Öffnung oder Zuleitung mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium befüllbares Volumen umschließen.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die sich einseitig an der Plattform abstützenden Aktoren bei Befüllen mit dem Medium längs einer durch die faltenbalgartige Ausbildung des Aktors vorgegebene Linearachse oder gekrümmten Trajektorie auszudehnen und bei Entleerung des Volumens in entgegengesetzter Richtung längs der Linearachse oder der gekrümmten Trajektorie zusammenzuziehen vermag.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die jeweils als zweite Gelenkeinheit faltenbalgartig ausgebildeten Aktoren bei Befüllen mit dem Medium längs einer durch die faltenbalgartige Ausbildung des Aktors vorgegebenen gekrümmten Trajektorie auszudehnen und bei Entleerung des Volumens in entgegengesetzter Richtung längs der gekrümmten Trajektorie zusammenzuziehen vermögen.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die als zweite Gelenkeinheit faltenbalgartig ausgebildeten Aktoren jeweils in Aktorlängserstreckung seitlich ein längsstabiles und biegsames, band- oder stegförmiges, das Ausdehnungsvermögen der faltenbalgartig ausgebildeten Aktoren lokal begrenzendes oder lokal vollständig unterbindendes Mittel vorsehen, durch das sich jeweils der Aktor bei Befüllen mit dem Medium längs der gekrümmten Trajektorie ausdehnt.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Raumachse orthogonal zueinander orientiert sind.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der jeweils faltenbalgartig ausgebildeten Aktoren von einer biegeelastischen Wand umschlossen ist, die in einem Längsschnitt einen wellig ausgebildeten Volumenwandverlauf aufweist und eine entgegen der Raumrichtung, längs der sich der jeweilige Aktor ausdehnt, rückstellende Federkraft aufweist.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützbeine jeweils einen dritten Stützbeinabschnitt vorsehen, der über einen als dritte Gelenkeinheit faltenbalgartig ausgebildeten Aktoren mit dem zweiten Stützbeinabschnitt verbunden ist.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach Anspruch 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die als dritte Gelenkeinheiten, faltenbalgartig ausgebildeten Aktoren bei Befüllen mit dem Medium jeweils längs einer durch die faltenbalgartige Ausbildung des Aktors vorgegebenen, gekrümmten Trajektorie auszudehnen und bei Entleerung des Volumens in entgegengesetzter Richtung längs der gekrümmten Trajektorie zusammenzuziehen vermögen.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils als Gelenkeinheit faltenbalgartig ausgebildeten Aktoren Mittel zur Begrenzung Lastbedingter Verformungen vorsehen, die jeweils seitlich in Aktorlängserstreckung als sich über die faltenbalgartige Aussenkontur des Aktors ersteckende Formteile ausgebildet und angeordnet, die bei Erreichen einer den Aktor verformenden Maximalkrümmung in gegenseitigen Eingriff gelangen.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die um die erste Raumachse schwenkbaren Gelenkeinheiten als Filmgelenke ausgebildet sind, und dass die sich einseitig an der Plattform abstützenden Aktoren sowie die als Aktoren ausgebildeten Gelenkeinheit jeweils wenigstens eine Anschlussstruktur aufweisen, für eine Versorgung der Aktoren mit dem Medium.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der Plattform wenigstens ein Mediumreservoir angebracht ist, das fluiddicht über einer Versorgungsstruktur mit den die sich einseitig an der Plattform abstützenden Aktoren sowie den als Aktoren ausgebildeten Gelenkeinheiten verbunden ist.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine geradzahlige Anzahl von Stützbeinen an der Plattform angebracht sind, und dass die Plattform sowie die Anordnung der Stützbeine an der Plattform symmetrisch zu einer Symmetrieachse ausgebildet sind.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Komponenten der eigenfortbewegungsfähigen Plattform, d. h. die Plattform mit den daran angebrachten Stützbeinen sowie die die Stützbeine bewegenden Aktoren und Gelenkeinheiten, einstückig hergestellt sind.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform mit den einseitig an der Plattform abstützenden Aktoren als eine einstückige Baueinheit hergestellt ist, und dass die Stützbeine jeweils getrennt als einstückige Baueinheiten hergestellt sind, wobei die Stützbeine jeweils endseitig am ersten Stützbeinabschnitt die Gelenkeinheit vorsehen, die jeweils von einer rahmenartigen Umrandung umgeben ist, die an die Plattform fügbar ist.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine geradzahlige Anzahl von Stützbeinen an der Plattform angebracht sind, und dass die Plattform sowie die Anordnung der Stützbeine an der Plattform symmetrisch zu einer Symmetrieachse ausgebildet sind.
Eigenfortbewegungsfähige Plattform nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zu fertigende eigenfortbewegungsfähige Plattform nach Form und Größe als CAD-Datensatz vorliegt, der einem generativen Fertigungsverfahren in einer der folgenden Art als Fertigungsparameter zuführbar ist: – Rapid Prototyping mittels Photolithographischem Verfahren – Photopolymerisation durch schichtweises Aushärten aus einem Flüssigkeitsbad – Schichtweises Auftragen und Verfestigen von Pulverschichten – Schichtweises Austragen eines Bindemittels in einen Pulververbund – Energiestrahldepositionsverfahren in Metallpulver – Kunststoffextrudertechnik (FDM, Fused Deposition Modeling).