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Die Erfindung betrifft einen Treppenroboter zum Ersteigen einer Treppe, mit einem Basisabschnitt, mit einem Zwischenabschnitt und mit einem Transportabschnitt, wobei der Transportabschnitt eine Transportfläche für eine Person bereitstellt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Ersteigen von Treppen.
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Treppen stellen für gehbehinderte Menschen manchmal unüberwindbare Hindernisse dar. Um die Mobilität von gehbehinderten Menschen möglichst wenig einzuschränken, ist es in öffentlichen Bereichen üblich, parallel zu den Treppen Rampen oder Aufzüge vorzusehen. In privaten Bereichen werden dagegen eher Treppenlifte eingesetzt, welche eine Sitzplattform parallel zu dem Treppenverlauf vom Anfang bis zum Ende der Treppe entlang einer Schiene transportieren.
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Es bleiben jedoch genug Alltagssituationen, in denen eine Treppe mit keinerlei Hilfsmitteln ausgerüstet ist. Es gibt viele Treppen, bei denen aufgrund von Mietbedingungen bauliche Veränderungen vermieden werden müssen. Auch können z.B. Treppenlifte nicht überall installiert werden. Eine Ausrüstung der Treppe mit einem Hilfsmittel ist in diesen Fällen kompliziert oder nicht möglich. Prinzipiell sind gehbehinderte Personen bei derartigen Treppen auf die Hilfe von Mitmenschen angewiesen.
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Die Druckschrift
DE 20 2008 005 311 U1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, betrifft eine Treppensteig- und Transportvorrichtung, welche einen Stuhlaufbau bereitstellt, auf den sich die zu transportierende Person setzen kann. Die Treppensteig- und Transportvorrichtung weist eine Aktorik auf, die ein rückwärts gerichtetes Herauffahren der Vorrichtung ermöglicht, indem die Vorrichtung zunächst über eine ausfahrbare Stütze eine Treppenstufe heraufgefahren wird und nachfolgend über große Räder auf die Oberseite der Stufe fahren kann. Diese Kinematik führt jedoch dazu, dass der Stuhlaufbau ständig vor- und zurückgeschwenkt wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Treppenroboter zum Ersteigen von Treppen vorzuschlagen, welcher eine komfortable Benutzung durch eine zu transportierende Person ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen Treppenroboter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Ansprüchen 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist somit ein Treppenroboter, welcher zum Ersteigen von Treppen ausgebildet ist. Unter einer Treppe wird ein aus Stufen gebildeter Auf- oder Abgang verstanden, wobei die Stufen höhenversetzt zueinander angeordnet sind. Bei der Treppe kann es sich insbesondere um eine geradläufige Treppe oder um eine gewendelte Treppe handeln.
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Der Treppenroboter ist besonders bevorzugt als eine mobile Maschine ausgebildet. Insbesondere ist der Treppenroboter energieautark ausgebildet und/oder weist eine eigene Energieversorgung, wie zum Beispiel einen Energiespeicher, im Speziellen eine Batterie oder einen Akkumulator, auf.
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Der Treppenroboter weist mindestens zwei aktive und/oder fremdenergiebetriebene Achsen auf, wobei die zwei aktiven Achsen vorzugsweise kartesisch zueinander angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die zwei Achsen als translatorische Achsen ausgebildet. Optional ergänzend weist der Treppenroboter genau eine oder mindestens eine dritte Achse auf, wobei die dritte Achse als eine rotatorische Achse ausgebildet ist. Besonders bevorzugt sind die zwei Achsen, vorzugsweise drei Achsen, als eine offene Kinematik ausgebildet. Alternativ oder ergänzend sind die zwei translatorischen Achsen und/oder die genau drei Achsen des Treppenroboters hintereinanderliegend in einer kinematischen Kette angeordnet, so wie zum Beispiel an einem menschlichen Arm.
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Der Treppenroboter weist einen Basisabschnitt, einen Zwischenabschnitt sowie einen Transportabschnitt auf. Der Transportabschnitt stellt eine Transportfläche oder andere Schnittstelle für die zu transportierende Person bereit. Optional ergänzend weist der Transportabschnitt eine Halteeinrichtung und/oder eine Sitzeinrichtung für die zu transportierende Person auf. Die Halteeinrichtung ist so ausgebildet, dass die zu transportierende Person diese greifen kann oder von dieser gestützt wird, wenn die zu transportierende Person auf der Transportfläche steht. Optional kann die Halteeinrichtung auch genutzt werden, um sich daran abzustützen, wenn man auf einer Ebene geht. Die Sitzeinrichtung ist so geschaffen, dass sich die zu transportierende Person auf dieser sitzend anordnen kann.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Treppenroboter eine Hubeinrichtung sowie eine Verschiebeeinrichtung aufweist. Die Hubeinrichtung und die Verschiebeeinrichtung bilden zwei der zuvor beschriebenen, insbesondere translatorischen, Achsen. Ferner weist der Treppenroboter eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Treppenroboters und insbesondere zur Steuerung der Hubeinrichtung der Verschiebeeinrichtung und gegebenenfalls weiterer Achsen auf. Die Steuereinrichtung ist besonders bevorzugt als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet und kann zum Beispiel als ein Mikrocontroller, Computer, etc. ausgebildet sein. Insbesondere sind die Bewegungsrichtungen der Hubeinrichtung und der Verschiebeeinrichtung senkrecht zueinander ausgerichtet.
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Die Verschiebeeinrichtung ist – insbesondere funktional betrachtet – zwischen dem Zwischenabschnitt und dem Transportabschnitt, insbesondere kinematisch oder wirkverbindend, so angeordnet, dass durch die Verschiebeeinrichtung einen Seitenabstand zwischen dem Zwischenabschnitt und dem Transportabschnitt änderbar ist. Insbesondere wird der Seitenabstand in einer Ebene gemessen, die parallel zu einem Untergrund ist. Im Speziellen erfolgt die Verfahrbewegung der Verschiebeeinrichtung in einer horizontalen Ebene.
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Die Hubeinrichtung trägt den Zwischenabschnitt und insbesondere über den Zwischenabschnitt den Transportabschnitt. Sie ist insbesondere kinematisch und/oder wirkverbindend zwischen dem Basisabschnitt und dem Zwischenabschnitt so angeordnet, dass durch die Hubeinrichtung ein Höhenabstand zwischen dem Basisabschnitt und dem Zwischenabschnitt änderbar ist. Somit wird durch die Hubeinrichtung ein insbesondere vertikaler und/oder lotrechter Abstand zwischen dem Basisabschnitt und dem Zwischenabschnitt geändert.
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Insbesondere sind der Basisabschnitt, der Zwischenabschnitt, der Transportabschnitt und die Hubeinrichtung sowie die Verschiebeeinrichtung in einer linearen und/oder seriellen kinematischen Kette angeordnet, welche wie folgt ausgebildet ist:
Basisabschnitt – Hubeinrichtung – Zwischenabschnitt – Verschiebeeinrichtung – Transportabschnitt. Optional ergänzend können weitere Achsen oder Abschnitte in die kinematische Kette eingefügt werden.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass der Treppenroboter in der vorgeschlagenen Art es ermöglicht, eine Treppe, insbesondere selbsttätig zu ersteigen. Dabei dient die Hubeinrichtung zur Überwindung der Höhe einer Treppenstufe der Treppe und die Verschiebeeinrichtung zur Bewegung des Treppenroboters parallel zu der Oberfläche einer Treppenstufe der Treppe. Durch die Kinematik des Treppenrobotors kann eine zu transportierende Person komfortabel eine Treppe ersteigen.
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Insbesondere wird durch die Kinematik des Treppenroboters erreicht, dass eine durch die Transportfläche definierte Ebene stets nur parallel verschoben, jedoch nicht verkippt wird.
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Es ist bevorzugt vorgesehen, dass der Basisabschnitt und der Transportabschnitt abwechselnd eine Auflagefläche für den Treppenroboter auf der Treppe bilden. Somit bildet beim Loslaufen zunächst der Basisabschnitt die Auflagefläche, durch die Achsen, insbesondere durch die Hubeinrichtung und die Verschiebeeinrichtung, wird der Transportabschnitt auf die Oberseite der nächsten Treppenstufe gehoben. Dort bildet der Transportabschnitt die Auflagefläche und der Basisabschnitt wird durch die Achsen, insbesondere durch die Hubeinrichtung und durch die Verschiebeeinrichtung, nachgezogen. Nachfolgend bildet wieder der Basisabschnitt auf der Oberseite der gleichen Treppenstufe die Auflagefläche und der Transportabschnitt wird zur Oberseite der nächsten Treppenstufe bewegt. Bei einem Heruntersteigen der Treppe erfolgt die Bewegungsabfolge in der Gegenrichtung.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, den Treppenroboter, insbesondere die Hubeinrichtung und die Verschiebeeinrichtung und optional ergänzend weitere Achsen, derart anzusteuern, dass zum Ersteigen einer Treppenstufe oder mehrerer Treppenstufen der Treppe zunächst ein Ausgangszustand des Treppenroboters eingenommen wird.
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In dem Ausgangszustand befindet sich der Treppenroboter vor der Treppenstufe, wobei der Basisabschnitt die Auflagefläche des Treppenroboters bildet und der Transportabschnitt in Draufsicht auf den Treppenroboter deckungsgleich oder zumindest überlappend zu dem Basisabschnitt angeordnet ist. Insbesondere ist die Transportfläche deckungsgleich oder überlappend zu dem Basisabschnitt angeordnet. In dem Ausgangszustand bildet der Basisabschnitt und/oder der Transportabschnitt die Auflagefläche.
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Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, den Treppenroboter in einen Hubzustand zu überführen. Die Steuereinrichtung steuert die Hubeinrichtung an, sodass der Höhenabstand zwischen dem Basisabschnitt und dem Zwischenabschnitt und damit zu dem Transportabschnitt vergrößert wird. In einer Draufsicht von oben sind Transportabschnitt und Basisabschnitt deckungsgleich oder zumindest überlappend angeordnet. In dem Hubzustand bildet der Basisabschnitt die Auflagefläche.
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Insbesondere ist die Transportfläche deckungsgleich oder überlappend zu dem Basisabschnitt angeordnet.
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Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, den Treppenroboter in einen Diagonalzustand zu überführen. Hierbei steuert die Steuereinrichtung die Verschiebeeinrichtung so an, dass der Seitenabstand zwischen dem Zwischenabschnitt und dem Transportabschnitt vergrößert, sodass der Transportabschnitt auf die Oberseite der Treppenstufe verschoben wird. In dem Diagonalzustand bilden sowohl der Basisabschnitt als auch der Transportabschnitt eine Auflagefläche des Treppenroboters. Der Basisabschnitt ist immer noch an der Ausgangsposition, der Transportabschnitt steht auf der Oberseite der Treppenstufe. Insbesondere ist die Transportfläche deckungsgleich oder überlappend zu der Oberseite der Treppenstufe angeordnet. Mit dieser Ansteuerung ist die transportierende Person bereits um eine Treppenstufe nach oben transportiert worden.
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Optional ergänzend ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den Treppenroboter, insbesondere die Hubeinrichtung, derart anzusteuern, dass ausgehend von dem Diagonalzustand ein Verschiebezustand eingenommen wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Höhenabstand zwischen dem Basisabschnitt und dem Zwischenabschnitt verkleinert wird. Somit wird der Basisabschnitt nach oben zu dem Zwischenabschnitt gehoben. In dem Verschiebezustand wird durch den Transportabschnitt die Auflagefläche gebildet, der Zwischenabschnitt und/oder der Basisabschnitt sind/ist frei überstehend zu der Treppenstufe angeordnet.
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Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, den Treppenroboter ausgehend von dem Verschiebezustand in den Ausgangszustand zu überführen. Dies wird dadurch umgesetzt, dass die Steuereinrichtung den Treppenroboter und insbesondere die Verschiebeeinrichtung derart ansteuert, dass der Seitenabstand zwischen dem Transportabschnitt und dem Zwischenabschnitt verkleinert wird. Dadurch wird auch der Seitenabstand zwischen dem Transportabschnitt und dem Basisabschnitt verkleinert, bis wieder der Ausgangszustand erreicht ist. In dem Ausgangszustand wird die Auflagefläche durch den Basisabschnitt und/oder den Transportabschnitt auf der Oberseite der Treppenstufe gebildet.
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Für das Überwinden weiterer Treppenstufen wird der beschriebene Bewegungsablauf von der Steuereinrichtung mehrfach nacheinander angesteuert. Für das Herabsteigen einer Treppe wird der Bewegungsablauf in der umgekehrten Reihenfolge durchgeführt.
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Dadurch, dass der Transportabschnitt ausschließlich kartesisch durch die Verschiebeeinrichtung und durch die Hubeinrichtung bewegt wird, erfolgt keine Schwenkung der Transportfläche oder ein Kippeln um eine liegende Schwenkachse. Dadurch wird der Transport der Person auf der Transportfläche besonders komfortabel durchgeführt.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Transportabschnitt ein Fahrwerk zum Antrieb und/oder zum Arretieren des Transportabschnitts auf einem Untergrund auf. Beispielsweise weist der Transportabschnitt mindestens drei Räder, vorzugsweise genau oder mindestens vier Räder auf, wobei mindestens eines der Räder aktiv angetrieben und/oder gebremst beziehungsweise arretiert werden kann.
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Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, das Fahrzeug in verschiedenen Betriebsmodi oder -situationen anzusteuern:
In einem optionalen Betriebsmodus ist die Steuereinrichtung ausgebildet, das Fahrwerk derart anzusteuern, dass der Treppenroboter, insbesondere im Ausgangszustand, auf dem Untergrund durch das Fahrwerk verfahren wird. In diesem Betriebsmodus wird es ermöglicht, dass der Treppenroboter zu der Treppe fährt.
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In einem weiteren optionalen Betriebsmodus steuert die Steuereinrichtung das Fahrwerk derart an, dass der Transportabschnitt bei dem Übergang von dem Hubzustand in den Diagonalzustand horizontal durch das Fahrwerk verfahren wird. Damit wird durch das Fahrwerk die Verschiebebewegung der Verschiebeeinrichtung unterstützt. Es kann vorgesehen sein, dass das Fahrwerk nur passiv mitläuft, alternativ kann vorgesehen sein, dass das Fahrwerk die Bewegung durch eine Rotation des mindestens einen angetriebenen Rads aktiv unterstützt.
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In einem weiteren optionalen Betriebsmodus steuert die Steuereinrichtung das Fahrwerk so an, dass der Transportabschnitt in dem Diagonalzustand durch das Fahrwerk arretiert ist. Vorzugsweise wird in diesem Betriebsmodus jedes der Räder des Fahrwerks arretiert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass bei einem Nachziehen des Basisabschnitts beziehungsweise des Zwischenabschnitts der Treppenroboter nicht rückwärts von der Treppenstufe herunter rollen kann. Das Arretieren kann z.B. durch ein Bremsen erfolgen.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Fahrwerk als ein lenkbares Fahrwerk ausgebildet. In dieser Ausgestaltung kann das Fahrwerk z.B. zum einen eine Lenkung aufweisen. Zum anderen ist es möglich, dass das Fahrwerk selektiv ansprechbare, angetriebene Räder, insbesondere Räder mit Radnabenmotoren aufweist, sodass durch eine Ansteuerung der verschiedenen angetriebenen Räder eine Lenkung ermöglicht wird.
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Alternativ oder ergänzend ist zwischen dem Basisabschnitt und dem Transportabschnitt eine Schwenkeinrichtung zur Verschwenkung des Transportabschnitts relativ zu dem Basisabschnitt, insbesondere kinematisch und/oder wirkverbindend, angeordnet. Die Schwenkeinrichtung bildet eine rotatorische Achse., welche orthogonal oder im wesentlichen orthogonal zu dem Basisabschnitt angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung ausgebildet, bei dem Ersteigen einer gewendelten Treppe das lenkbare Fahrwerk und/oder die Schwenkeinrichtung so anzusteuern, dass der Treppenroboter der Wendelung der Treppe folgt. Auf diese Weise ist es möglich, mit dem Treppenroboter auch Wendeltreppen zu ersteigen oder diese herunterzusteigen.
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Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist der Treppenroboter eine Plattformstützenaktorik und eine Basisstützenaktorik auf. Die Plattformstützenaktorik umfasst mindestens eine Plattformstütze, insbesondere mindestens eine Einzelstütze, die in vertikaler Richtung und/oder Höhenrichtung ein- und ausfahrbar oder ein- und ausklappbar ist und den Plattformabschnitt gegen einen Untergrund abstützen kann. Die Basisstützenaktorik weist mindestens eine Basisstütze insbesondere mindestens eine Einzelstütze, auf, die in vertikaler Richtung und/oder Höhenrichtung ein- und ausfahrbar oder ein- und ausklappbar ist und den Basisabschnitt gegen einen Untergrund abstützen kann. Die Plattformstützenaktorik und/oder die Basisstützenaktorik sind parallel zu der zuvor beschriebenen kinematischen Kette angeordnet und/oder zu dieser als eine Parallelkinematik ausgebildet.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Plattformstützenaktorik und die Basisstützenaktorik anzusteuern.
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Ein weiterer Gegenstand betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10, wobei der Treppenroboter mindestens eine Treppenstufe ersteigt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 einen Treppenroboter als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beim Ersteigen einer Treppe in verschiedenen Schritten;
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2a, b zwei Alternativen für eine Hubeinrichtung des Treppenroboters in der 1;
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3a–f sechs weitere Alternativen für eine Hubeinrichtung des Treppenroboters in der 1;
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4a–d zwei Alternativen für die Lagerung des Transportabschnitts relativ zu dem Zwischenabschnitt des Treppenroboters in der 1;
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5 eine mögliche Ausführungsform für eine Verschiebeeinrichtung;
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6a, b eine mögliche Ausführungsform für eine Schwenkeinrichtung in dem Treppenroboter der 1;
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7 eine mögliche Ausführungsform für ein Fahrwerk für den Treppenroboter der 1 auf einer gewendelten Treppe;
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8 eine weitere mögliche Ausführungsform für ein Fahrwerk für den Treppenroboter der 1 auf einer gewendelten Treppe;
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9 der Treppenroboter in der 1, ergänzt um eine Stützaktorik;
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10a–e verschiedene Ausführungsbeispiele für die Stützaktorik in der 9.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Treppenroboter 1 bei dem Ersteigen einer Treppe 2. Mit den Buchstaben a. bis l. sind unterschiedliche Schritte beim Ersteigen der Treppe 2 dargestellt. Die Treppe 2 weist zwei Treppenstufen 3a, b auf, welche in Höhenrichtung und in einer Seitenrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
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Wie sich insbesondere aus dem Schritt c. ergibt, weist der Treppenroboter 1 einen Basisabschnitt 4, einen Zwischenabschnitt 5 sowie einen Transportabschnitt 6 auf. Die Abschnitte 4, 5, 6 sind in der 1 stark schematisiert als Kästen oder Blöcke dargestellt. Somit könnte der Basisabschnitt 4 auch als Unterkasten, der Zwischenabschnitt 5 als Mittelkasten und der Transportabschnitt 6 als Oberkasten bezeichnet werden.
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Der Basisabschnitt 4 ist über eine Hubeinrichtung 7 mit dem Zwischenabschnitt 5 verbunden. Die Hubeinrichtung 7 ermöglicht es, einen Höhenabstand h zwischen dem Basisabschnitt 4 und dem Zwischenabschnitt 5 zu verändern. Die Hubeinrichtung 7 ist als eine translatorische Achse ausgebildet.
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Ferner weist der Treppenroboter 1 eine Verschiebeeinrichtung 8 auf, welche zwischen dem Zwischenabschnitt 5 und dem Transportabschnitt 6 wirkend angeordnet ist. Die Verschiebeeinrichtung 8 ist als eine weitere translatorische Achse ausgebildet und erlaubt eine Änderung eines Seitenabstands d zwischen dem Zwischenabschnitt 5 und dem Transportabschnitt 6. Die translatorischen Richtungen der Hubeinrichtung 7 und der Verschiebeeinrichtung 8 sind zueinander senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet.
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Durch die Hubeinrichtung 7 kann somit der Zwischenabschnitt 5 gemeinsam mit der Verschiebeeinrichtung 8 und dem Transportabschnitt 6 angehoben werden. Basisabschnitt 4, Hubeinrichtung 7, Zwischenabschnitt 5, Verschiebeeinrichtung 8 und Transportabschnitt 6 bilden gemeinsam eine lineare kinematische Kette.
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Auf dem Transportabschnitt 6 ist auf der Oberseite eine Transportfläche 9 für eine zu transportierende Person angeordnet. Die Transportfläche kann auch zum transportieren, insbesondere autonomen Transportieren von Gegenständen genutzt werden. Optional ergänzend kann eine Sitzeinrichtung oder eine Halteeinrichtung an dem Transportabschnitt 6 angeordnet sein, sodass die zu transportierende Person gesichert ist.
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Ferner weist der Treppenroboter 1 eine Steuereinrichtung 10 auf, die zur Steuerung des Treppenroboters 1 und insbesondere der Hubeinrichtung 7 und der Verschiebeeinrichtung 8 sowie dem optionalen aktiven Fahrwerk 26 dient. Die Bezugszeichen sind nur in der Darstellung des Schritts c. vollständig und in den anderen Schritten aus Gründen der Übersicht nur auszugsweise eingetragen. In der untenstehenden Legende ist grafisch erläutert, dass der Transportabschnitt 6 als eine Box mit senkrechten Linien, der Zwischenabschnitt 5 als Box mit diagonalen Linien und der Basisabschnitt 4 als Box mit waagrechten Linien visualisiert sind.
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Die Funktionsweise des Treppenroboters 1 ist wie folgt:
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Ausgangszustand A:
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In dem Schritt a ist der Treppenroboter 1 in einem Ausgangszustand A gezeigt. Der Treppenroboter 1 steht vor der Stufe 3a, wobei eine Auflagefläche auf einem Untergrund U des Treppenroboters 1 durch den Basisabschnitt 4 und/oder durch den Transportabschnitt 6 gebildet werden. In einer Draufsicht von oben sind Basisabschnitt 4 und Transportabschnitt 6 deckungsgleich angeordnet.
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Hubzustand H:
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In dem Schritt b ist der Treppenroboter 1 in einem Hubzustand H, wobei die Hubeinrichtung 7 in vertikaler und/oder lotrechter Richtung ausgefahren ist, sodass der Höhenabstand h der Höhe der Treppenstufe 3a entspricht. Dadurch wurde der Zwischenabschnitt 5 und der Transportabschnitt 6 in vertikaler und/oder lotrechter Richtung angehoben. In einer Draufsicht von oben sind Transportabschnitt 6 und Basisabschnitt 4 deckungsgleich angeordnet.
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Diagonalzustand D:
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In dem Schritt c ist der Treppenroboter 1 in einem Diagonalzustand D gezeigt, wobei ausgehend von dem Hubzustand H zudem die Verschiebeeinrichtung 8 ausgefahren ist, sodass zwischen dem Zwischenabschnitt 5 und dem Transportabschnitt 6 der Seitenabstand d eingestellt ist. Bei dem Übergang von dem Hubzustand H in den Diagonalzustand d wird der Transportabschnitt 6 auf eine Oberseite der Treppenstufe 3a, vorzugsweise bis zum Anschlag an die Treppenstufe 3b verschoben oder gefahren. Die Auflagefläche des Treppenroboters 1 wird zum einen durch den Basisabschnitt 4 und zum anderen durch den Transportabschnitt 6 gebildet.
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Verschiebezustand V:
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In den Schritten d und e ist der Übergang von dem Diagonalzustand D in den Verschiebezustand V gezeigt. Hierbei wird durch die Hubeinrichtung 7 der Höhenabstand h zwischen dem Zwischenabschnitt 5 und dem Basisabschnitt 4 verkleinert, indem der Basisabschnitt 4 in vertikaler und/oder lotrechter Richtung nach oben gezogen wird. In dem Schritt e ist der Verschiebezustand V erreicht. Die Auflagefläche des Treppenroboters 1 wird durch den Transportabschnitt 6 bereitgestellt.
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Ausgangszustand A:
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Ausgehend von dem Verschiebezustand V wird in dem Schritt f der Seitenabstand d durch die Verschiebeeinrichtung 8 geändert, indem der Zwischenabschnitt 5 und damit auch der Basisabschnitt 4 zu dem Transportabschnitt 6 gefahren wird.
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Danach sitzt der Treppenroboter 1 auf der Stufe 3a und kann nachfolgend gemäß den Schritten k bis l die nachfolgende Treppenstufe 3b ersteigen. Ein Absteigen der Treppe 2 kann in umgekehrter Reihenfolge der Schritte erfolgen. Die Steuerung der Verschiebeeinrichtung 8 und der Hubeinrichtung 7 erfolgt über die Steuereinrichtung 10.
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Es ist besonders hervorzuheben, dass der Treppenroboter 1 sich stets in einem stabilen Gleichgewicht befindet, sodass eine Stabilisierung oder Sicherung durch eine Begleitperson nicht notwendig ist. Damit ist der Treppenroboter 1 als ein autarker Treppenroboter ausgebildet. Insbesondere ist die Transportfläche 9 stets gleich, in diesem Beispiel stets waagrecht ausgerichtet.
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Für den Fall, dass die Hubeinrichtung 7 so ausgebildet ist, dass diese einen deutlich größeren Hub als eine Treppenstufe überwinden kann, zum Beispiel eine maximale Hubhöhe von > 400 Millimeter, insbesondere von 500 mm erreicht, kann ein großer Sekundärnutzen erzielt werden. In dieser Ausgestaltung kann der Treppenroboter 1 im Haushalt verwendet werden, um schwere Gegenstände auf angenehme Arbeitshöhe zu heben. Auch ein Anheben einer Person ist möglich, um hochgelegene Gegenstände zu erreichen.
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In der 2 ist als eine erste Ausführungsalternative für die Hubeinrichtung 7 eine Scherenkinematik 11 dargestellt, wobei die Scherenkinematik 11 zwischen dem Basisabschnitt 4 und dem Zwischenabschnitt 5 angeordnet ist. Die Scheren 12 der Scherenkinematik 11 sind zum Beispiel an der Vorder- und der Hinterseite des Basisabschnitts 4 beziehungsweise des Zwischenabschnitts 5 angebracht. In der 2a ist eine einfache Schere mit einem Kreuzungspunkt 13 dargestellt, in der 2b ist dagegen eine zweifache Schere mit zwei Kreuzungspunkten 13 pro Schere gezeigt, um einen größeren Höhenabstand h einstellen zu können.
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Der Antrieb der Schere 12 kann über hydraulische und/oder elektromechanische Aktuatoren erfolgen. Diese können in verschiedenen Lagen insbesondere in dem Basisabschnitt 4 oder in dem Zwischenabschnitt 5 angeordnet werden. So ist in der 3a ein horizontal wirkender Aktuator 14 und in der 3b ein vertikal wirkender Aktuator 14 gezeigt, der an einem Verbindungselement zwischen den beiden Loslagerpunkten der Schere 12 angreift. Während in der 3a nur eine Strebe pro Schere 12 in einer Linearführung 16 gelagert ist, sind in der 3b beide Streben der gleichen Schere 12 jeweils in einer Linearführung 16 gelagert. In der 3c ist eine schräge Ausrichtung des Aktuators 14 gezeigt, wobei dieser an einer Strebe oberhalb des Kreuzpunkts 13 angreift.
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Insbesondere können die Aktuatoren 14 als elektromechanische Aktuatoren als Spindelantrieb oder elektrische Hubzylinder oder als hydraulische Aktuatoren als hydraulische Linearzylinder ausgebildet sein.
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Optional ergänzend können wie in der 3d gezeigt zusätzlich Zugfedern 17 in horizontaler Einbauweise eingebaut werden, sodass diese die Streben der Schere 12 zusammenziehen, um die Schere 12 zu schließen und/oder um die auf den Aktuator 14 wirkende Kraft zu reduzieren.
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In der 3e ist eine Alternative gezeigt, wobei die Aktuatoren 14 als hydraulische oder elektrische Teleskopzylinder 18 oder Hubzylinder ausgebildet sind. In der 3f sind verschiedene Anordnungen mit ein, zwei, drei oder vier Teleskopzylinder 18 in einer Draufsicht von oben gezeigt.
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Die 4a, b beziehungsweise 4c, d zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsvarianten für eine Linearführung 20 zwischen dem Zwischenabschnitt 5 und dem Transportabschnitt 6. Der Zwischenabschnitt 5 ist dabei als eine horizontal und/oder waagerecht ausgerichtete Platte oder Rahmen ggf. mit vertikalen Seitenplatten ausgebildet. Der Transportabschnitt 6 ist dagegen als ein Kasten mit einer Deckplatte 21 und Seitenplatten 22 ausgebildet. Eine Seite des Transportabschnitts 6 ist geöffnet, um ein Ein- und Ausfahren des Zwischenabschnitts 5 zu ermöglichen. Die Linearführungen 20 sind in dem Beispiel 4a, b zwischen der Oberseite des Zwischenabschnitts 5 und der Deckplatte 21 angeordnet. Alternativ können die Linearführungen 20 auch seitlich zwischen dem Zwischenabschnitt 5 und den Seitenplatten 22 angeordnet sein (Beispiel 4c, d).
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Zum Antrieb können zum einen die Linearführungen 20 als angetriebene Linearführungen ausgebildet sein, alternativ ist eine zusätzliche Antriebsführung 24 (5) parallel und z.B. mittig zu den Linearführungen 20 vorgesehen.
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In den 6a, b ist eine Alternative des Treppenroboters 1 in Draufsicht von oben beziehungsweise in einer schematischen Schnittansicht gezeigt, wobei zwischen dem Zwischenabschnitt 5 und dem Transportabschnitt 6 eine Schwenkeinrichtung 25 angeordnet ist, sodass der Transportabschnitt 6 relativ zu dem Zwischenabschnitt 5 verschwenkt werden kann. Die Verschwenkung des Transportabschnitts 6 relativ zu dem Zwischenabschnitt 5 und damit relativ zu dem Basisabschnitt 4 ermöglicht es, dass der Treppenroboter 1 auch gewendelte Treppen ersteigen kann.
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In der 7 ist dargestellt, dass der Treppenroboter 1 und in diesem Beispiel der Transportabschnitt 6 ein Fahrwerk 26 mit vier Rädern 27 aufweisen kann. Zum einen kann das Fahrwerk 26 dazu dienen, den Treppenroboter 1 auf einem Untergrund zu verfahren U, so zum Beispiel den Treppenroboter 1 zu der Treppe 2 zu fahren (vgl. 1, Schritt a) oder um auf Treppenabsätzen um die Kurve zur nächsten Treppe 2 zu fahren ohne die Transportfläche 9 verlassen zu müssen.. In der in der 7 dargestellten Ausführungsform sind zwei der Räder 27 als angetriebene Räder 28 mit nicht dargestellten Radnabenmotoren ausgebildet. Die Steuereinrichtung 10 ist ausgebildet, die Räder 28 selektiv anzusteuern, sodass eine Lenkung, insbesondere Kurvenfahrt, des Treppenroboters 1 ermöglicht wird. Diese Funktionalität wird genauso wie die Schwenkeinrichtung 25 dazu genutzt, dass der Transportabschnitt 6 bei einer gewendelten Treppe 2 dem Treppenverlauf folgen kann.
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In der 8 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, wobei ausgehend von einem Motor 29 und über Antriebsbänder 30 als Zugmittel die Räder 28 angetrieben werden.
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In der 9 ist dargestellt, dass der Treppenroboter 1 ergänzend eine Basisstützenaktorik 32 und eine Plattformstützenaktorik 31 als eine Absturzsicherung aufweisen kann. Die Plattformstützenaktorik 31 weist zwei Einzelstützen, die Basisstützenaktiorik 32 weist eine Einzelstütze auf, die zwischen den zwei Einzelstützen der Plattformstützenaktorik 31 angeordnet ist. Jede der Einzelstützen weist an dem freien Ende mindestens ein Rad auf. Zusätzlich wird ein Abstandssensor (nicht gezeigt) zur Messung des Abstands zwischen dem Basisabschnitt 4 und dem Untergrund an der hinteren Kante des Basisabschnitts 4 angeordnet, um den Hub der Basisstützenaktorik 32 und der Plattformstützenaktorik 31 zu steuern. Evtl. kann dieser etwas über die Hinterkante des Basisabschnitts 4 hinausstehen, damit der Benutzer beim Treppenabsteigen rechtzeitig mitbekommt, dass der Treppenroboter 1 reagiert und dadurch das psychische Wohlbefinden erhöht wird.
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Der Abstandssensor hat die Aufgabe beim Hinabsteigen der Treppe den Schritt e von dem Schritt j zu unterscheiden. Dies wird durch den Abstandssensor erreicht, der in den Schritten e und j der Hebebühne (ausgefahrene Verschiebeeinrichtung 8 und eingezogene Hubeinrichtung 7) einen anderen Abstand misst:
Misst der Abstandssensor einen Wert im Toleranzbereich von 135mm und 215 mm wird auf den Schritt e (Übergang von Treppenabsatz auf Treppe und/oder genau eine Treppenstufe 2 unter dem Treppenroboter 1) geschlossen, da nach DIN 18065 die Stufenhöhe einer Treppe zwischen 140 und 210mm liegt. Misst der Abstandssensor einen Wert im Toleranzbereich von 270mm und 430 mm wird auf den Schritt j (mindestens zwei Treppenstufen 2 unter dem Treppenroboter) geschlossen.
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Die Ansteuerung der Hub Basisstützenaktorik 32 und der Plattformstützenaktorik 31 ist wie folgt:
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Ersteigen der Treppe 2:
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Schritt a: Basisstützenaktorik 32 und der Plattformstützenaktorik 31 sind eingefahren und befinden sich in einem Ausgangszustand.
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Schritt b: Gemeinsam mit der Hubeinrichtung 7 fährt die Plattformstützenaktorik 31 aus.
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Schritt c: Die Verschiebeeinrichtung 8 wird ausgefahren, die Plattformstützenaktorik 31 wird mitgeführt. Alternativ kann die Plattformstützenaktorik 31 auch noch/nur ausgefahren werden, während die Verschiebeeinrichtung 8 aktiv ist.
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Schritt d: Die Basisstützenaktorik 32 wird gemeinsam mit dem Zusammenfahren der Hubeinrichtung 7 (Wert = Höhe der Treppenstufe 2) ausgefahren.
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Schritt e: In diesem Schritt wird der Transportabschnitt 6 von der Plattformstützenaktorik 31 abgestützt, während die Basisstützenaktorik 32 einen Abstand von z. B. ≤ 1cm Abstand zum Untergrund U einnimmt. Dies ist der Abstand, welcher der Basisabschnitt 4 zum Untergrund hat, wenn der Transportabschnitt 6 die Auflagefläche bildet. (Dieser Abstand ist dann nötig, wenn man auf dem Untergrund U fahren möchte.) Die Basisstützen berühren somit immer den Untergrund/die Treppenstufe, wenn der Basisabschnitt 4 den Untergrund U/die Treppenstufe 3a, b berührt.
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Schritt e–j: Basisstützenaktorik 32 und Plattformstützenaktorik 31 bleiben um den Wert der Stufenhöhe ausgefahren und werden so nach und nach auf die jeweilige Treppenstufe 2 gesetzt. (Im Schritt e befindet sich die Basisstützenaktorik 32 um den Wert größer als 0 cm und kleiner als 1cm oberhalb der nächsten Treppenstufe 2.)
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Im Schritt f wird die Basisstützenaktorik 32 auf den Untergrund gesetzt während der Basisabschnitt 4 auf die erste Treppenstufe 3a gesetzt wird.
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Schritt k: Der Treppenroboter 1 misst mit einer anderen Sensor, dass vor ihr keine Treppenstufe mehr liegt. Das Fahrwerk 26 wird aktiviert, wodurch der Treppenroboter 1 sich von der Treppenstufe 3b entfernt. Dadurch misst der Abstandssensor einen Wert ≤ 1cm, wodurch der Fahrwerk gestoppt wird und Basisstützenaktorik 32 und Plattformstützenaktorik 31 in den Ausgangszustand gefahren werden.
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Schritt l: Basisstützenaktorik 32 und Plattformstützenaktorik 31 befinden sich im Ausgangszustand, das Fahrwerk 26 wird wieder freigegeben.
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Absteigen der Treppe 2:
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Schritt l: Der Treppenroboter 1 fährt in Richtung der Treppenkante. Sobald der Abstandssensor bei dieser Fahrtrichtung einen Wert zwischen 135mm und 215 mm misst stoppt das Fahrwerk 26. Basisstützenaktorik 32 und Plattformstützenaktorik 31 werden auf Stufenhöhe ausgefahren. Sobald Basisstützenaktorik 32 und Plattformstützenaktorik 31 ausgefahren sind, fährt der Treppenroboter 1 langsam in Richtung Treppe 2.
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Schritt k: Das Fahrwerk 26 stoppt und die Räder 27 blockieren bzw. arretieren. Die Verschiebeeinrichtung 8 beginnt auszufahren.
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Schritte j bis f: Basisstützenaktorik 32 und Plattformstützenaktorik 31 bleiben um den Wert der Stufenhöhe ausgefahren und werden so nach und nach auf die jeweilige Treppenstufe gesetzt.
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Schritt e: Der Abstandssensor misst nun einen Wert im Toleranzbereich von 135mm und 215 mm, wodurch erkannt wird, dass als nächstes der Boden, der Untergrund U, ein Treppenabsatz bzw. eine zu breite Stufe kommt. (Mit dem nächsten "Ausfahrhub" wird somit die Basisstützenaktorik 32 mit der gleichen Geschwindigkeit eingefahren.)
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Schritt d: Die Basisstützenaktorik 32 wird gemeinsam mit der Hubeinrichtung 7 eingefahren.
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Schritt c: Die Verschiebeeinrichtung 8 wird zusammengefahren.
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Schritt b: Die Plattformstützenaktorik 31 wird gemeinsam mit der Hubeinrichtung 7 einfahren.
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Schritt a: Basisstützenaktorik 32 und Plattformstützenaktorik 31 befinden sich im Ausgangszustand.
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In den 10a bis 10e sind verschiedene technische Realisierungen für die Basisstützenaktorik 32 und/oder für die Plattformstützenaktorik 31 gezeigt, wobei jeweils nur eine Einzelstütze dargestellt ist. In den 10a bis 10c sind verschiedene Varianten für einen Linearantrieb gezeigt. Die 10a zeigt einen Zahnradantrieb, wobei der Zahnradantrieb durch ein Zahnrad oder durch ein selbsthemmendes Schneckenrad/-getriebe ausgeführt sein kann, die 10b einen Hydraulikantrieb und die 10c einen Spindelantrieb. In den 10d und 10e sind dagegen Schwenkantriebe oder Klappmechanismen gezeigt. In der 10d wird die Stütze durch einen Motor um 90° nach hinten umgeklappt. In der 10e wird ein beweglicher Schlitten gezeigt, an welchem die Stütze befestigt ist und der durch einen Spindelantrieb bewegt wird. In der Mitte der Stütze ist eine Stange gelagert angebracht, welche zudem in einem anderen Punkt auf der Achse des Spindelantriebs gelagert ist. Dadurch beschreibt der Lagerungspunkt zwischen Stange und Stütze ein Kreisbogen. Der Schlitten bewegt sich nach in Richtung Festlager rechts, während sich die Rolle nach unten bewegt.
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optionaler Fail Safe:
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Bei den Stützen mit einem linearen Antrieb wird eine Arretierung vorgesehen, die ein ungewolltes Einfahren der Stützen im Falle eines Ausfalls der Stromzufuhr verhindert. Die Stütze mit dem Stellmotor wird in der ausgeklappten Position etwas über die Orthogonale gestellt, sodass ein selbstständiges Rückklappen nicht mehr möglich ist. Auch kann ein Freilauf eingebaut werden, der bei Ausfall der Stromzufuhr blockieren würde. Die Spindel der Ausklappmechanik wird selbsthemmend ausgelegt, sodass sich die Stütze im Falle eines Ausfalls der Stromzufuhr nicht selbstständig ein- oder ausklappen kann.
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Die Steuerung der Räder, der Absturzsicherung und Hubmechanik erfolgt durch eine Regelung mit Hilfe von Sensoren und kann dahingehend ausgestaltet werden, dass eine autonome Nutzung des Systems möglich wird (Follow-Me Funktion, Rufknopf im Treppenhaus für mehrere Nutzer, ...). Die Energieversorgung des Treppenroboters 1 wird über Energiespeicher realisiert. Über eine Zusammenschaltung mehrerer kleinerer Energiespeicher kann der zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Treppenroboter
- 2
- Treppe
- 3a, b
- Treppenstufen
- 4
- Basisabschnitt
- 5
- Zwischenabschnitt
- 6
- Transportabschnitt
- 7
- Hubeinrichtung
- 8
- Verschiebeeinrichtung
- 9
- Transportfläche
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Scherenkinematik
- 12
- Scheren
- 13
- Kreuzungspunkte
- 14
- Aktuator
- 16
- Linearführung
- 17
- Zugfedern
- 18
- Teleskopzylinder
- 20
- Linearführung
- 21
- Deckplatte
- 22
- Seitenplatten
- 24
- Antriebsführung
- 25
- Schwenkeinrichtung
- 26
- Fahrwerk
- 27
- Räder
- 28
- angetriebene Räder
- 29
- Motor
- 30
- Antriebsbänder
- 32
- Basisstützenaktorik
- 31
- Plattformstützenaktorik
- a–l
- Schritte
- A
- Ausgangszustand
- D
- Diagonalzustand
- H
- Hubzustand
- U
- Untergrund
- V
- Verschiebezustand
- d
- Seitenabstand
- h
- Höhenabstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008005311 U1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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