DE102015216272A1

DE102015216272A1 - Modularer Roboter-Bausatz, Schwarm modularisierter Roboter und Verfahren zum Erledigen von Aufgaben durch einen Schwarm modularisierter Roboter

Info

Publication number: DE102015216272A1
Application number: DE102015216272.9A
Authority: DE
Inventors: Robert Alexander Goehlich; Tom Borchert; Camila Fraga Serafim; Ingo Krohne
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-03-02
Also published as: EP3135441A1; CN106476003A; US20170057081A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen modularisierten Roboter mit einer Roboter-Plattform, die dazu ausgebildet ist, Mobilität und Konnektivität externer Komponenten an den modularisierten Roboter zu übertragen, mit einem Roboter-Arbeitskopf, der dazu ausgebildet ist, die Fähigkeit zur Durchführung einer betrieblichen Aufgabe an den modularisierten Roboter zu übertragen, und mit einem Roboter-Adapter, der entweder an der Roboter-Plattform oder dem Roboter-Arbeitskopf angebracht und dazu ausgebildet ist, die Roboter-Plattform mit dem Roboter-Arbeitskopf mechanisch zu verlinken. Weiterhin umfassen ein Schwarm von modularisierten Robotern und ein Robotersystem solche modularisierten Roboter.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen modularisierten Roboter, einen modularen Roboter-Bausatz, einen Schwarm von modularisierten Robotern, die aus einem modularen Roboter-Bausatz aufgebaut sind, und ein Verfahren zum Erledigen von Aufgaben durch einen Schwarm von modularisierten Robotern, insbesondere bei Montage, Konstruktion, Wartung und/oder Reparatur von Fahrzeugen, wie zum Beispiel einem Luftfahrzeug oder einem Raumfahrzeug.
Technischer Hintergrund
Unbemannte robotische Fahrzeuge (URVs = unmanned robotic vehicles) sind ferngesteuerte oder autonom manövrierende Fahrzeuge, die keinen an Bord des Fahrzeuges befindlichen Fahrzeugführer benötigen. URVs können über eine am Boden befindliche Steuerungsstation ferngesteuert werden, oder können fliegen, schwimmen, schweben, fahren oder sich sonstwie autonom fortbewegen, und zwar auf Grundlage von vordefinierten Bewegungsrouten oder dynamischen Streckenführungs- oder Navigations-Algorithmen.
Solche URVs können bei der Erledigung komplexer Aufgaben oder Aufgabenketten in einem Schwarm zusammenarbeiten. Oftmals besteht ein Schwarm von Robotern aus einer Mehrzahl von gleichartig konstruierten Robotern, die ein und dieselbe Funktionalität oder den gleichen Satz mehrerer Funktionalitäten aufweisen. Roboter werden in einem Schwarm gewöhnlicherweise für unterschiedliche Hilfsaufgaben eingesetzt, die ansonsten für einen menschlichen Arbeiter eine Belastung bedeuten würden, und zwar aufgrund einer erschwerten Zugänglichkeit zu der Stelle, wo die Aufgaben auszuführen sind, wobei die Aufgaben nicht die hohe technische Qualifikation eines Arbeiters erfordern, die innerhalb enger Randbedingungen durch stete Wiederholung geprägt sind, die in einer für Menschen gefährlichen Umgebung auszuführen sind, die von sich aus gefährlich sind oder die einen Menschen bei der Arbeit unterstützen.
Beispielsweise offenbart Druckschrift US 8,755,936 B2 eine Roboter-Systemarchitektur, welche die Erzeugung und den Einsatz von Servicerobotern ermöglicht, die eine Mehrzahl von Onboard-Roboterfunktionen als eine gemeinsam genutzte, zentrale Quelle für jede Anzahl von Robotern aufweisen, die Funktionen entweder der Reihe nach oder gleichzeitig in einer Fabrik ausführen. Druckschrift US 2010/0094459 A1 offenbart ein System für eine Kooperation mehrerer mobiler Roboter, das ermöglicht, dass die mehreren mobilen Roboter zusammen eine komplizierte Aufgabe ausführen, wobei sie eine zentralisierte Steuerarchitektur und Roboter-Kooperations-Anwendungs-Codes verwenden, und zwar auf der Grundlage von Konzeptverhalten-Einheiten für die Ausführung einer Roboter-Kooperations-Anwendung, die an tatsächliche Funktionen der Roboter gebunden ist. Druckschrift WO 2013/119942 A1 offenbart ein Job-Management-System für eine Flotte mobiler Roboter, das automatisch die aktuellen Örter und die aktuellen Tätigkeitsschritte für die Tätigkeitsanforderungen bestimmt, und auf intelligente Art und Weise einen geeigneten mobilen Roboter auswählt, um jede Tätigkeitsanforderung auf Grundlage des momentanen Zustands und/oder der momentanen Konfiguration für den ausgewählten mobilen Roboter zu handhaben.
Schwärme von identischen oder gleichartig aufgebauten Robotern sind jedoch aufgrund ihres beschränkten Bereiches an Funktionen entweder unflexibel oder sie verwenden übermäßig große Roboter mit einer Vielzahl an Funktionen, die lediglich während eines Bruchteils der Zeit ihre volle Leistung entfalten, während welcher die Roboter in Betrieb sind. Daher wurden individualisierte und flexiblere Robotersysteme auf diesem Gebiet entwickelt. Die Druckschriften US 7,555,363 B2 , US 7,720,570 B2 , US 8,805,579 B2 und WO 2013/152414 A1 offenbaren Beispiele von Roboter-Zusammenbausystemen, die auf individuellen Roboterkomponenten mit unterschiedlicher Funktionalität beruhen, die zur Bildung eines individualisierten Roboters zusammengesetzt werden können.
Fortschritte in der distributierten Robotik wurden auch im Hinblick auf Architekturen, Aufgabenplanungsfähigkeiten und der Steuerung von Schwärmen mobiler Roboter erzielt, insbesondere im Hinblick auf Probleme der Aktionswahl, das Delegieren von Führung und Steuerung, die Kommunikationsstruktur, Heterogenität gegenüber Homogenität von Robotern, das Erzielen von Einheitlichkeit bei lokalen Tätigkeiten und die Auflösung von Konflikten. Ein Überblick in diesem Bereich kann beispielsweise gefunden werden in: Arai, T., Pagello, E., Parker L. E.: „Editorial: Advances in Multi-Robot Systems"; IEEE Transactions an Robotics and Automation, Band 18(5), Oktober 2002, Seiten 655–661.
Zusammenfassung der Offenbarung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht somit in der Bereitstellung von Lösungen für Roboter, die frei und flexibel konfigurierbar sind und in wirkungsvoller Art und Weise in einer Multitasking-Umgebung eingesetzt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen modularisierten Roboter mit den Merkmalen nach Anspruch 1, einem modularen Roboter-Bausatz mit den Merkmalen des Anspruchs 6, einem Schwarm von modularisierten Robotern mit den Merkmalen des Anspruchs 9 oder 10, einem Roboter-System mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und einem Verfahren zur Erledigung von Aufgaben mit Hilfe eines Schwarms von modularisierten Robotern mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Die oben erwähnten Einrichtungen, Systeme und Verfahren können insbesondere bei der Montage, der Konstruktion, der Wartung und/oder der Reparatur von Fahrzeugen eingesetzt werden, wie zum Beispiel ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein modularisierter Roboter eine Roboterplattform, die dazu ausgebildet ist, Mobilität und Konnektivität externer Komponenten an den modularisierten Roboters zu übertragen, einen Roboter-Arbeitskopf, der dazu ausgebildet ist, die Fähigkeit zur Durchführung einer betrieblichen Aufgabe an den modularisierten Roboter zu übertragen, und einen Roboter-Adapter, der entweder an der Roboter-Plattform oder dem Roboter-Arbeitskopf angebracht und dazu ausgebildet ist, die Roboter-Plattform mit dem Roboter-Arbeitskopf mechanisch zu verlinken.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein modularer Roboter-Bausatz eine Mehrzahl von Roboter-Plattformen, die jeweils dazu ausgebildet sind, Mobilität und Konnektivität externer Komponenten an einen zusammengesetzten modularen Roboter zu übertragen, und eine Mehrzahl von Roboter-Arbeitsköpfen, wobei jeder dazu ausgebildet ist, die Fähigkeit zur Durchführung einer von einer Mehrzahl von betrieblichen Aufgaben an einen zusammengesetzten modularen Roboter zu übertragen, wobei jeder von der Mehrzahl von Roboter-Arbeitsköpfen einen Roboter-Adapter umfasst, der dazu ausgebildet ist, eine der Roboter-Plattformen mit dem entsprechenden Roboter-Arbeitskopf mechanisch zu verlinken.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst ein Schwarm modularisierter Roboter eine Mehrzahl von modularisierten Robotern gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder eine Mehrzahl von modularisierten Robotern, die mit einem modularen Roboter-Bausatz gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufgebaut sind.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung umfasst ein Robotersystem einen Schwarm modularisierter Roboter gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, eine zentralisierte Aufgabendatenbank, die dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Aufgaben zu speichern und zu aktualisieren, die von dem Schwarm modularisierter Roboter auszuführen sind, und eine Aufgabensteuerung, die mit der zentralisierten Aufgabendatenbank gekoppelt und dazu ausgebildet ist, die gespeicherten Aufgaben in der zentralisierten Aufgabendatenbank in Abhängigkeit von Priorität, Hierarchie und/oder Wichtigkeit der Aufgaben zu verwalten.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Erledigen von Aufgaben durch einen Schwarm von modularisierten Robotern die Schritte des Bereitstellens, durch eine zentralisierte Aufgabendatenbank, einer Aufgabe an eine Mehrzahl von Roboter-Arbeitsköpfen, wobei jeder der Roboter-Arbeitsköpfe dazu ausgebildet ist, die Fähigkeit zur Durchführung einer von einer Mehrzahl von betrieblichen Aufgaben an einen zusammengesetzten modularen Roboter zu übertragen, des Feststellens bzw. Bestimmens, durch die Mehrzahl von Roboter-Arbeitsköpfen, einer von einer Mehrzahl von zu kombinierenden Roboter-Plattformen, wobei jede dazu ausgebildet ist, Mobilität und Konnektivität externer Komponenten an einen zusammengesetzten modularen Roboter zu übertragen, des Bildens eines oder mehrerer modularisierter Roboter durch Verbinden eines oder mehrerer von der Mehrzahl von Roboter-Arbeitsköpfen mit der festgestellten einen Roboterplattform von der Mehrzahl von Roboterplattformen, und des Durchführens der bereitgestellten Aufgabe durch den kombinierten modularisierten Roboter.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, Roboter in einer modularisierten Art und Weise aus einer Roboter-Plattform, die eine Positionierung und Mobilität bereitstellt, und aus einem Roboter-Arbeitskopf, der Funktionalität und Werkzeug für den Roboter bereitstellt, aufzubauen. Sowohl die Plattform als auch der Arbeitskopf können mit einem universellen Adaptermechanismus ausgestattet sein, um verschiedene Plattformen und Arbeitsköpfe austauschbar und flexibel miteinander zu kombinieren. Die funktionalen Fähigkeiten eines solchen modularisierten Roboters können flexibel über die Plattformen und die Arbeitsköpfe verteilt sein. Die Plattform kann für den Roboter grundlegende Beweglichkeits- und Positionierungs-Fähigkeiten bereitstellen, der aufgrund der Spezialisierung des mit der Plattform kombinierten Arbeitskopfs eine speziell zugeschnittene Aufgabe durchführen kann. Der funktionale Bereich eines individuellen Arbeitskopfes kann in vorteilhafter Weise auf eine Funktion oder eine geringe Anzahl von Funktionen beschränkt werden, so dass der Arbeitskopf klein, schlank und kostengünstig gehalten werden kann.
Unterschiedliche Plattformtypen können zur Bildung unterschiedlicher Robotertypen verwendet werden: Die Plattform kann eine Plattform beispielsweise mit Räder sein, Antriebsketten, Rotorblätter, Kufen, Beinen oder eine Plattform mit Saugnäpfen, die in der Lage ist, ein unbemanntes mobiles Bodenfahrzeug (UMGV) zu bilden. Die Plattform kann alternativ Flügel aufweisen, einen Propeller, ein Luftkissen oder sie kann eine Plattform mit Düsenantrieb/Raketenantrieb sein, die in der Lage ist, ein unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) oder eine fliegende Drohne zu bilden. Die Plattform kann außerdem eine Verbinder-Plattform für eine stationäre Robotereinrichtung sein, wie zum Beispiel ein Roboterarm, ein industrieller Roboter, ein Bestückungsroboter oder irgendein anderer Automatismus mit einem eingeschränkten Bewegungsbereich. Die Plattform kann schließlich auch eine Verbinder-Plattform für ein handgeführtes Werkzeug sein, ein Verlängerungsarm oder ein Stabilisierungsträgerrahmen, der von einem menschlichen Arbeiter bzw. Nutzer gehalten, getragen und betrieben werden kann.
Ebenso können unterschiedliche Arbeitskopf-Typen verwendet werden, um eine Arbeitsfunktionalität für unterschiedliche Aufgaben umzusetzen, die von einem Roboter durchzuführen sind: Der Arbeitskopf kann auf unterschiedliche Überwachungs- oder Beobachtungs-Aufgaben spezialisiert sein, wie zum Beispiel eine selbsttätige (das heißt autonome) Beobachtung eines zu inspizierenden Innenraums und/oder Außenraums eines Luftfahrzeugs und autonomes Beziehen von Zustandsparametern. Dabei kann der Arbeitskopf einen oder mehrere am Arbeitskopf befestigte Sensoren verwenden, wie zum Beispiel Kameras, Laserscanner, Ultraschallsensoren, magnetische Sensoren, Infrarotsensoren, Barcodescanner, chemische Sensoren, Gassensoren, Metalldetektoren, Biosensoren und ähnliche Einrichtungen zur Erfassung physikalischer Parameter. Der Arbeitskopf kann weiterhin, zusätzlich oder alternativ, Arbeitswerkzeuge umfassen, die eine spezielle Wechselwirkung mit der Umgebung bereitstellen, beispielsweise im Bereich Montage, Konstruktion, Wartung oder Reparatur. Der Arbeitskopf kann beispielsweise Reinigungseinrichtungen, Druckeinrichtungen, Befestigungseinrichtungen, Schweißeinrichtungen, Schraubeinrichtungen, Elektriktest-Einrichtungen, Klemmeinrichtungen, Staubsaugeinrichtungen, Klebe-Einrichtungen, Press-Einrichtungen, Verbindungseinrichtungen, Bohreinrichtungen umfassen oder jede andere ähnliche Art von Arbeitswerkzeug sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird eingehender mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
Die begleitenden Zeichnungen sind angefügt, um ein weitergehendes Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen, und bilden einen Teil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen stellen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien dieser Erfindung. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie viele der beabsichtigten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich. Die Zeichnungselemente sind nicht notwendigerweise untereinander maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen entsprechende ähnliche Teile.
1 zeigt schematisch einen beispielhaften modularisierten Roboter in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform.
2 zeigt schematisch einen beispielhaften modularisierten Roboter in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
3 zeigt schematisch einen beispielhaften modularisierten Roboter in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
4 zeigt schematisch einen beispielhaften modularisierten Roboter mit einem Nutzer, der diesen in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform handhabt.
5 zeigt schematisch einen beispielhaften modularisierten Roboter in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
6 zeigt schematisch strukturelle Details eines modularisierten Roboters in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
7 zeigt schematisch einen beispielhaften modularisierten Roboter mit einem spezifischen Arbeitskopf in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
8 zeigt schematisch einen beispielhaften modularisierten Roboter mit einem spezifischen Arbeitskopf in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
9 zeigt schematisch einen beispielhaften modularisierten Roboter mit einem spezifischen Arbeitskopf in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
10 zeigt schematisch einen beispielhaften modularisierten Roboter mit einem spezifischen Arbeitskopf in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
11 zeigt schematisch einen beispielhaften modularisierten Roboter mit einem spezifischen Arbeitskopf in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
12 zeigt schematisch eine Arbeitsumgebung für einen Schwarm von modularisierten Robotern in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
13 zeigt schematisch eine Steuerungssystemarchitektur für einen Schwarm von modularisierten Robotern in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
14 zeigt schematisch Schritte eines Verfahrens zum Erledigen von Aufgaben durch einen Schwarm von modularisierten Robotern in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben sind, wird der Fachmann bevorzugen, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichartigen Ausführungen die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzukehren. Diese Anmeldung soll allgemein alle Abwandlungen oder Änderungen der hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen abdecken.
Roboter im Sinne der vorliegenden Offenbarung können jede automatische Maschine oder künstliche Vorrichtung umfassen, die mit Hilfe einer elektronischen Verschaltung oder Computersoftware steuerbar ist. Insbesondere können Roboter im Sinne der vorliegenden Offenbarung mobile Roboter umfassen, die jegliche Automatisierung für eine Fortbewegung umfassen. Mobile Roboter im Sinne der vorliegenden Offenbarung sind nicht an einen einzelnen physischen Ort gebunden und sind in der Lage, sich selbständig hin zu einem anderen physischen Ort fortzubewegen. Mobile Roboter im Sinne der vorliegenden Offenbarung umfassen alle autonom wirkenden Einrichtungen („autonomer mobiler Roboter”, AMR) sowie extern geführte Einrichtungen („autonom geführte Fahrzeuge”, AGV).
Roboter können insbesondere alle unbemannten Fahrzeuge (UMV) umfassen, einschließlich Luftfahrzeuge (UAV) und Bodenfahrzeuge (UGV), die ohne einen an Bord befindlichen menschlichen Piloten steuerbar sind. UAVs und UGVs werden in ihrer Luft- bzw. Boden-Bewegung entweder autonom durch an Bord befindliche Computer oder ferngesteuert durch einen Piloten von einer am Boden befindlichen Steuerungsstation oder von einem anderen Fahrzeug gesteuert.
Ein UAV kann beispielsweise einen Quadkopter, einen Quadrotor-Helikopter, einen Quadrokopter oder einen Quadrotor umfassen. Im Allgemeinen ist ein Quadkopter ein rotorbetriebes Luftfahrzeug, das durch vier Rotoren angetrieben wird. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Steuerung einer UAV-Bewegung erzielt werden durch Änderung des Anstellwinkels oder der Rotationsrate eines oder mehrerer Rotoren. Andere Konfigurationen sind ebenso möglich für geeignete UAVs, einschließlich Multi-Rotor-Designs, wie zum Beispiel Dual-Rotor, Tri-Rotor, Hexa-Rotor und Octo-Rotor, oder Einzel-Rotor-Designs, wie zum Beispiel Helikopter. UAVs im Sinne der vorliegenden Offenbarung können außerdem Fest-Flügel-UAVs umfassen. UAVs können Senkrecht-Start- und Lande-Fähigkeiten (VTOL) aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die Rotoren von UAVs aus weichen, energieabsorbierenden und schlagbeständigen Materialien hergestellt sein. In einigen Ausführungsformen weisen die UAVs Rahmen auf, die die Rotoren umgeben. Ein Umgeben der Rotoren kann Vorteile haben, wie zum Beispiel eine Verringerung des Risikos einer Beschädigung entweder am UAV oder seiner Umgebung. Das Vortriebssystem kann außerdem kanalgeführt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann das UAV ein zusammengesetztes Rotorfahrzeug sein, beispielsweise mit Flügeln, die teilweise oder vollständig den Auftrieb in der Vorwärtsflugrichtung bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann das UAV ein Tilt- oder Kipprotor-Luftfahrzeug sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das UAV Düsenantriebe oder Raketenantriebe aufweisen und Reaktionsräder zur Stabilisierung verwenden, so dass sie ebenso in einer Vakuumumgebung für Aufgaben betreibbar sind, wie zum Beispiel eine Außenbordwartung von Raumstationen oder Satelliten.
Ein UGV kann beispielsweise einen Rover umfassen, eine bodenbasierte Drohne, ein Vielrad-Bodenfahrzeug, ein Mecanum-Rad-Fahrzeug und andere mobile Roboter, die zu einer Bewegung entlang oder auf dem Boden fähig sind. Beispielsweise kann das UGV auch Hexapod-Roboter umfassen, Quadroped-Roboter, Roboter mit einer Kombination aus Beinen und Rädern (sogenannte Whegs), zweibeinige Roboter, Roboter mit Transportvorrichtungen, die eine metachronale Bewegung übertragen oder andere Mechanismen, die Robotern ermöglichen, sich selbst autonom von Ort zu Ort zu transportieren.
1 bis 5 zeigen schematisch die Prinzipien von modularisierten Robotern gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Hinblick auf das Konzept der Modularisierung. 6 zeigt schematisch allgemeine strukturelle Details eines modularisierten Roboters, die für jeden der modularisierten Roboter gemäß den Ausführungsformen der Erfindung gelten. 7 bis 11 zeigen konzeptionelle Skizzen von verschiedenen modularisierten Robotern mit unterschiedlichen Arbeitsköpfen für unterschiedliche funktionelle Anwendungen. Die gemeinsamen Details der wie in 1 bis 11 dargestellten modularisierten Roboter werden zunächst in Verbindung mit 6 erläutert, insbesondere im Hinblick auf die Roboter-Plattform und den Roboter-Arbeitskopf der modularisierten Roboter. Danach werden jeweils verschiedene Umsetzungsbeispiele sowohl für die Roboter-Plattform als auch für den Roboter-Arbeitskopf in Verbindung mit 1 bis 5 und 7 bis 11 erläutert.
Die allgemeine Struktur eines wie in 6 dargestellten modularisierten Roboters umfasst eine Roboter-Plattform 10 und einen Roboter-Arbeitskopf 20, die über einen universellen Roboter-Adapter 1 verbunden sind. Die Roboter-Plattform 10 ist als ein Baugruppenträger-Basismodul für einen modularisierten Roboter entwickelt und dazu ausgebildet, Mobilität und Konnektivität externer Komponenten auf den Roboter zu übertragen. Der Roboter-Arbeitskopf 20 hingegen ist als ein speziell gefertigtes funktionales Modul entwickelt und dazu ausgebildet, die Fähigkeit zur Durchführung bestimmter betrieblicher Aufgaben auf den Roboter zu übertragen. Der Roboter-Adapter 1 kann allgemein der strukturelle, Kommunikations- und/oder Energieversorgungs-Link zwischen der Roboter-Plattform 10 und dem Roboter-Arbeitskopf 20 sein. Ein modularisierter Roboter, der aus einer Verbindung von Roboter-Plattform 10 und Roboter-Arbeitskopf 20 besteht, ist ein vollständig autonomes System, das in der Lage ist, betriebliche Aufgabe durchzuführen, insbesondere unter nicht-ergonomischen Bedingungen für Arbeiter während der Konstruktion, der Montage, der Wartung und/oder Reparatur eines Luftfahrzeugs oder Raumfahrzeugs. In beispielhaften Ausführungsformen kann jeder modularisierte Roboter ein maximales Gewicht von etwa 3 kg und eine maximale Breite, Höhe oder Tiefe von etwa 20 cm aufweisen.
Der Roboter-Adapter 1 kann einen mechanischen Verbinder 2 aufweisen, der dazu entwickelt und ausgebildet ist, um mit einer entsprechenden mechanischen Aufnahme 6 in dem entsprechend passenden Robotermodul mechanisch in Eingriff zu kommen. Beispielsweise kann der Roboter-Adapter 1 als ein Strukturelement ausgebildet sein, das entweder von der Roboter-Plattform 10 oder dem Roboter-Arbeitskopf 20 an einem bestimmten festen Ort mit Bezug auf die Aufnahme 6 hervorsteht, und zwar je nach Anwendung in der entsprechenden Roboter-Plattform 10 oder dem Roboter-Arbeitskopf 20. Verschiedene Kupplungsmechanismen können für den mechanischen Verbinder 2 verwendet werden, wie zum Beispiel ein Bajonettverschluss, ein Einrast-Verschluss oder ein Verschraubmechanismus. Zudem kann der Roboter-Adapter 1 gegen fehlerhafte Verbindungen gesicherte eingebaute Mechanismen (sog. Poka Yoke Mechanismus) aufweisen, die eine falsche Kopplung zwischen der Plattform 10 und dem Arbeitskopf 20 verhindern.
Der Roboter-Adapter 1 kann weiterhin dazu ausgebildet sein, einen Datenkommunikationslink zwischen der Roboter-Plattform 10 und dem Roboter-Arbeitskopf 20 zu bilden. Da jede Plattform 10 und jeder Arbeitskopf 20 mit einer elektronischen Verschaltung ausgestattet ist, welche die Steuerlogik der Komponente bildet, wie zum Beispiel ein ASIC („Anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis”), ein FPGA („Feld-Programmierbares Gate-Array”), ein Mikroprozessor oder ähnliche programmierbare Logikeinrichtungen, können Daten bezüglich der entsprechenden Plattform 10 und des momentan verbundenen Arbeitskopfes 20 über ein Datenkommunikationsprotokoll ausgetauscht werden. Der Roboter-Adapter 1 kann eine Datenschnittstelle 3 aufweisen, die mit einer Datenschnittstelle 7 innerhalb der Adapter-Aufnahme gekoppelt ist. Die Datenschnittstellen 3 und 7 können beispielsweise USB-Anschlüsse sein, wobei die Datenkommunikation über ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll, wie zum Beispiel USB-Protokolle, erfolgen kann. Weitere Verbinder und Protokolle können gleichermaßen möglich sein, wie zum Beispiel Firewire, PCI, PCI-Express, Thunderbolt, SATA, RS-232 oder ähnliche Kommunikationsstandards.
Zudem kann der Roboter-Adapter 1 weiterhin dazu ausgebildet sein, eine elektrische Stromversorgungsverbindung zwischen der Roboter-Plattform 10 und dem angekoppelten Roboter-Arbeitskopf 20 bereitzustellen. Dabei kann der Roboter-Adapter 1 einen Stromanschluss 4 aufweisen, der mit einem Stromanschluss 8 in der Adapter-Aufnahme koppelbar ist. Die Roboter-Plattform 10 bzw. der Roboter-Arbeitskopf 20, oder alternativ beide, können mit einem Stromversorgungssystem ausgestattet sein, wie zum Beispiel ein Stromerzeugungssystem, eine Brennstoffzelle, ein Solarpanel, ein Akkumulator, eine wiederaufladbare Batterie oder eine austauschbare Batterie. Für den Fall, dass die Plattform 10 oder der Arbeitskopf 20 nicht mit der eigenen Stromversorgung ausgestattet sind, kann die entsprechende andere Komponente elektrischen Strom über die Stromanschlüsse 4 und 8 über den Roboter-Adapter 1 bereitstellen. Das Spannungsniveau der Stromversorgung kann beispielsweise 5 Volt betragen und kann insbesondere über eine standardisierte Stromversorgungsschnittstelle zugeführt werden. Beispielsweise kann es möglich sein, Strom über eine USB-Schnittstelle zuzuführen, die ansonsten als Datenschnittstelle 3 und 7 dient.
Die Roboter-Plattform 10 und der Roboter-Arbeitskopf 20 können beide jeweils mit einem Mikroprozessor 5 und 9 ausgestattet sein, die Software oder Firmware ausführen, welche jeweils für die autonome Funktionalität der Plattform 10 und des Arbeitskopfes 20 verantwortlich ist. Die Mikroprozessoren 5 und 9 können dazu ausgebildet sein, auch eine Drahtloskommunikation, Netzwerkzugrifffähigkeiten und Datenaustauschfähigkeiten bereitzustellen. Zudem können die Mikroprozessoren 5 und 9 interne oder externe Datenspeichereinrichtungen für ein temporäres und/oder permanentes Speichern einer Anwendungssoftware, Modul-Betriebssysteme und/oder Konfigurationsdaten für die Plattform 10 und den Arbeitskopf 20 aufweisen.
Ein modularisierter Roboter, wie er gemäß dem allgemeinen in 5 dargestellten Konzept umgesetzt ist, kann insbesondere die arbeitsbedingte ergonomische Situation für einen Arbeiter verbessern, indem nicht-ergonomische Positionen für den Arbeiter vermieden werden. Weiterhin kann die Produktionsqualität verbessert werden, indem die Reproduzierbarkeit verbessert wird, und zwar aufgrund der Autonomie des Roboters beim Ausführen der ihm zugewiesenen Aufgaben, selbst während Schichten ohne Anwesenheit von Arbeitern. Die Roboter können in einem gemeinsamen Modus arbeiten, um menschliche Arbeiter und/oder andere Roboter im Schwarm bei der Erfüllung ihrer Aufgaben zu unterstützen. Bei Einsatz einer Vielzahl von modularisierten Robotern führt die Entwicklung und die Produktion zu einer höheren Effizienz und niedrigeren Stückkosten, da alle Teile und Komponenten der Roboter in Abhängigkeit ihres entsprechenden Funktionsumfangs hergestellt werden können, wobei die Roboter selber in flexibler Weise kombiniert werden können, um eine große Vielfalt individueller Roboter zu erzeugen. Aufgrund der Flexibilität und Mobilität kann ein modularisierter Roboter seine Kapazitäten vollständig nutzen, nicht nur an unterschiedlichen Stationen, sondern auch in mehreren Gebäuden/Hangars. Modularisierte Roboter können sich innerhalb eines definierten Bereiches unabhängig bewegen, wobei diese Vorteile nicht auf einen spezifischen Hangar beschränkt sind.
1 bis 5 zeigen beispielhafte Ausführungsformen verschiedener Roboter-Plattformen 10. Die Roboter-Plattformen können standardisierte „Plug and Play”-Plattformen sein, welche für die Verlagerung, Umplatzierung und Bewegung eines modularisierten Roboters verantwortlich sind. Unabhängig von der betrieblichen Funktion oder Anwendung des modularisierten Roboters kann die Roboter-Plattform 10 nach Anforderungen hinsichtlich Zugriff und Positionierung ausgewählt werden. Die Roboter-Plattform 10 kann beispielsweise ein Luftfahrzeug sein, wie zum Beispiel eine Drohne mit Helikopter- oder Quadcopter-Rotorblättern 11 (1) oder Kaltgasdüsen 14 (5), ein Bodenfahrzeug mit bewegungsübertragenden kinematischen Einrichtungen, wie zum Beispiel Spinnenbeinen, Saugnäpfen oder Rädern 12 (2), eine Verbinder-Plattform für eine Kopplung mit industriellen Robotern 30 (3), oder eine Verbinder-Plattform, die an einem Verlängerungsarm 13 befestigt ist, der von einem menschlichen Arbeiter 40 (4) gehalten und getragen werden kann. Modularisierte Roboter mit Roboter-Plattformen 10, die eine Bewegung in der Luft übertragen, können prinzipiell auch als Tauchroboter für Erkundungen, Wartung oder Reparaturaufgaben unter Wasser eingesetzt werden.
7 bis 11 zeigen beispielhafte Ausführungsformen verschiedener Roboter-Arbeitsköpfen 20 und die Umsetzung als spezifische Aufgaben-gebundene modularisierte Roboter. Der Roboter-Arbeitskopf 20 kann beispielsweise ein Staubsaugersystem 21 sein, das verwendet werden kann, um beim Bohren (7(A)) entstandene Partikel und Staub vollständig zu entfernen. Die Staubsaugeröffnung kann mit einem Gitter 22 nahe dem Boden versehen sein, um einen Kontakt zwischen Partikeln und dem Pumpsystem des Staubsaugersystems 21 zu vermeiden (7(B) – Unteransicht von 7(A)). Staubsauger-Roboter können durch eine beräderte Plattform 10 gesteuert werden, welche die bereits gereinigten Bereiche überwacht und dafür sorgt, dass die Roboter zu den noch nicht gereinigten verbleibenden Bereichen fahren. Staubsauger-Roboter können durch Bohrvorgänge entstandene Partikel und Staub entfernen, aber auch Schrauben, Bolzen, Nieten, Klebestreifen, Bänder, Klammern, Clipse, Schellen oder auf dem Boden verbliebene Kabelreste.
Der Roboter-Arbeitskopf 20 kann weiterhin eine Überwachungs- und Beobachtungs-Einheit umfassen, die eine Schwarzlichtleuchte 23 und ein Kamerasystem 24 zur Inspektion der Oberflächenschutzqualität enthält (8). Die Überwachungs- und Beobachtungs-Roboter können Stellen registrieren, wo eine unzureichende Qualität festgestellt wurde, und können unter der Steuerung der Roboter-Plattform 10 die bereits inspizierten Bereiche überwachen oder sich zu noch nicht inspizierten verbleibenden Bereichen verlagern. Überwachungs- und Beobachtungs-Roboter können praktischerweise Luftroboter-Plattformen 10 mit Helikopter-Rotorblättern 11 benutzen, um einen besseren Überblick über die Arbeitsumgebung zu haben. Sie können für eine Qualitätskontrolle hinsichtlich Defekte auf einer Oberflächenschutzschicht oder hinsichtlich der Lackierung verwendet werden, als auch als eine visuelle Inspektion von Nieten und Bolzen.
Der Roboter-Arbeitskopf 20 kann weiterhin ein 3D-Druckersystem 25 umfassen, um notwendige Klammern oder andere Befestigungsmittel zu drucken, um bestimmte System- oder irgendeine andere Plastik-Komponente zu erstellen, die unter Verwendung einer additiven Fertigungstechnik gedruckt werden können (9). Solche Druck-Roboter können auf vorteilhafte Art und Weise menschliche Arbeiter beim Arbeiten in nicht-ergonomischen Positionen entlasten, um Klammern am Rumpf eines Luftfahrzeuges anzubringen. Die Roboter-Plattformen 10 der Druck-Roboter können die Bewegung des Roboters steuern, die bereits gedruckten Klammern überwachen, und sie in geordneter Weise an die nächsten Positionen verbringen, wo Klammern gedruckt werden müssen.
Der Roboter-Arbeitskopf 20 kann weiterhin eine ausfahrbare Rolle 26 umfassen, um Oberflächen zu säubern, bevor ein Oberflächenschutz aufgebracht wird, und/oder nachdem bestimmte Verfahrensschritte auf der Oberfläche ausgeführt worden sind, wie zum Beispiel Bohren, Entgraten oder Ansenken oder ähnliches (10). Die Rollenreiniger-Roboter können über eine beräderte Roboter-Plattform 10 gesteuert werden, welche den Roboter dazu bringen, die bereits gesäuberten Bereiche zu überwachen und zu noch zu reinigenden Bereichen zu fahren, wobei beispielsweise Wischtücher, Schwämme und/oder flüssige Chemikalien und Reinigungsmittel verwendet werden.
Der Roboter-Arbeitskopf 20 kann weiterhin Kabelbefestiger 27 umfassen, welche eine Halterung für Kabel und Klammern umfassen, und eine Anzahl von Elektronik-Schraubendrehern, die dazu ausgebildet sind, die in ihrer korrekten Position zu befestigenden Kabel zu positionieren und anschließend die Schelle mit Schrauben zu befestigen (11). Solche Kabelbefestigungs-Roboter können durch Luft-Plattformen 10 gesteuert werden, die eine Positionsstabilität und Synchronisation sicherstellen, die für den Kabelbefestigungsvorgang benötigt werden.
Auch andere Roboter-Typen können selbstverständlich kombiniert werden, beispielsweise zum Versiegeln der Nietköpfe, Aufbringen eines Oberflächenschutzes in schlecht zugänglichen Bereichen, Aufbringen einer Versiegelungsschicht auf Oberflächen und zum Befestigen oder Anschrauben. Roboter können darauf festgelegt werden, andere Roboter oder menschliche Arbeiter beim Platzieren, Handhaben und Positionieren von Komponenten und Teilen an einer genau festgelegten Stelle zu unterstützen und ihre genaue Positionierung zu messen.
12 stellt beispielhaft eine Arbeitsumgebung 100 dar, in welcher ein Schwarm von modularisierten Robotern eingesetzt werden kann. Der Schwarm von modularisierten Robotern kann Arbeitsroboter R1 bis R11 umfassen, die unterschiedliche Aufgaben und Unter-Aufgaben an verschiedenen Stellen in der Nähe eines Rumpfabschnitts 50 eines Luftfahrzeugs durchführen. Einige Roboter R4, R5 und R6 können beispielsweise außen am Rumpfabschnitt arbeiten, beispielsweise auf einem Gerüst 60. Einige andere Roboter R7, R8, R9, R10 und R11 können im Inneren des Rumpfabschnitts 50 arbeiten, beispielsweise auf einem Flugdeck 70 des Luftfahrzeugs. Einige Roboter R1, R2 können beispielsweise auf einem Ladedeck 80 des Luftfahrzeugs arbeiten. Der Schwarm von Robotern kann beispielsweise Überwachungs- und Beobachtungs-Roboter S1, S2 umfassen, die mit der Überwachung der Arbeitsumgebung beauftragt sind, und im Falle von Problemen einen Alarm auslösen und/oder Informationen hinsichtlich einer sich verzögernden Aufgabenerledigung an eine zentralisierte Datenbank D weiterleiten. Die zentralisierte Datenbank D kann eine hierarchische Auflistung von auszuführenden Aufgaben beinhalten. Eine Aufgaben-Steuerung C kann für das Verwalten der in der zentralisierten Datenbank D abgespeicherten Aufgaben verantwortlich sein. Die Arbeitsumgebung 100 in 12 kann ebenso in einem Modul einer Raumstation implementiert sein, wobei Schwarm-Roboter Montageaufgaben, Wartungsaufgaben und/oder Experimente durchführen.
Aufgrund ihrer Modularität und Flexibilität können die Schwarm-Roboter in der Lage sein, in jeglicher Umgebung zu arbeiten, selbst in schwer zugänglichen Bereichen, in Laderäumen und Bilge-Bereichen oder in Bereichen mit Verunreinigungen oder gefährlichen Einrichtungen, wie zum Beispiel Hochspannung-führende Leitungen. Die Roboter-Plattformen 10 mit Mobilitäts-übertragenden Modulen ermöglichen den Robotern, die Hangars zu wechseln. Die mobilen Roboter können mit einem Antikollisionssystem ausgestattet sein, um in der Lage zu sein, sich autonom in der Arbeitsumgebung bei einem geringen Risiko für eine Kollision mit einem anderen Roboter oder einem Arbeiter W zu bewegen, der mit einer Verbinder-Plattform R12 für eine handgeführte und manuelle Anwendung arbeitet.
An geeigneten Stellen können Lagereinrichtungen zum Parken, Aufladen und Wechseln funktionaler Werkzeuge und Ausrüstungen entfernt von der Arbeitsstelle bereitgestellt sein. Die Roboter können zu einem solchen Lagerraum geleitet werden, um Roboter-Arbeitsköpfe 20 auf einer gegebenen Roboter-Plattform 10 zu wechseln oder eine Mobilitäts-Plattform 10 für einen gegebenen Roboter-Arbeitskopf 20 zu wechseln. Das Wiederzusammensetzen von modularisierten Robotern kann autonom durch die Roboter selber ausgeführt werden, indem Unterstützungsroboter verwendet werden und/oder durch menschliches Zutun.
Die Arbeitsumgebung 100 kann außerdem für ein Raumfahrzeug oder insbesondere eine Raumstation mit einer menschlichen Besatzung eingesetzt werden. Der Schwarm von modularisierten Roboter kann insbesondere Drohnen umfassen, die dazu ausgebildet und entwickelt sind, um in einer Umgebung ohne oder sehr geringer Schwerkraft zu arbeiten. Roboter-Plattformen 10 für solche Roboter können beispielsweise Düsenantriebssysteme oder Raketenantriebe mit Kaltgasdüsen und Reaktionsrädern umfassen. Mobile Roboter, die für eine Unterstützung menschlicher Besatzungsmitglieder in Raumstationen entwickelt sind, können mit Kletterbeinen ausgestattet sein, so dass ihr Bewegungsfreiheitsgrad auf die mechanische Struktur der Raumstation beschränkt ist.
13 zeigt schematisch eine Steuerungssystemarchitektur für einen Schwarm F von modularisierten Robotern und Robotermodulen. Der Schwarm F kann kombinierte Roboter und/oder Roboter-Plattformen 10 und Roboter-Arbeitsköpfe 20 als diskrete Schwarmmitglieder umfassen. Da jede der Roboter-Plattformen 10 und Roboter-Arbeitsköpfen 20 seinen eigenen Mikroprozessor mit Steuerlogik aufweisen kann, kann jede dieser Plattformen 10 und Arbeitsköpfe 20 separat an der funktionalen Schwarmintelligenz als individuelles Schwarmmitglied teilnehmen.
Die unterschiedlichen Schwarmmitglieder 10, 20 (und möglicherweise kombinierte Roboter) operieren in einem Schwarmmodus, indem sie eine dezentralisierte Intelligenz aufweisen, und zwar aufgrund des „smarten” Funktionalitätsmoduls in jedem Mitglied 10, 20. Die Basis für den Schwarmbetrieb könnte beispielsweise ein sogenannter Multiagenten-Steuerungsmechanismus oder ein neuronales Netzwerk sein. Die Schwarmmitglieder können einerseits mit der zentralisierten Datenbank D kommunizieren, um neue Aufgaben abzurufen, die Ergebnisse der Erledigung der Aufgaben abzuliefern oder jegliche Aktualisierung hinsichtlich der Aufgabenverwaltung an die zentralisierte Datenbank D als einen Auftragsfortschritt berichten. Die Aufgabensteuerung C kann die dynamisch aktualisierte Information in der zentralisierten Datenbank D abrufen, neue Aufgaben erstellen, erledigte Aufgaben löschen oder die Aufgaben untereinander neu priorisieren. Die Schwarmmitglieder können andererseits in der Lage sein, untereinander zu kommunizieren, um sich gemeinsam auf eine optimale „Team”-Einstellung zur Erledigung der gestellten Aufgaben abzustimmen. Dies erfordert, dass sich einige Roboter-Arbeitsköpfe 20 autonom mit bestimmten optimalen Roboter-Plattformen 10 zusammenstellen, um auf flexible Art und Weise modularisierte Roboter zu bilden, wie sie momentan in der Arbeitsumgebung benötigt werden.
Die funktionale Intelligenz (das Wissen) für Arbeitskopf-Anwendungen kann gewöhnlicherweise in dem Mikroprozessor des Roboter-Arbeitskopfes 20 sein, während die Positionierungs-Intelligenz (das Wissen) gewöhnlicherweise in dem Mikroprozessor der Roboter-Plattform 10 sein kann. Eine Zwischen-Modul-Kommunikation zwischen Plattformen 10 und Arbeitsköpfen 20 kann möglich sein, um funktionale und positionsbezogene Daten und Information auszutauschen. Die Roboter-Arbeitsköpfe 20 können in der Lage sein, selbsttätig (autonom) die nächste auszuführende Aufgabe entweder von der zentralisierten Aufgabendatenbank D auszuwählen, oder durch direkte Abfrage durch die Aufgabensteuerung C.
Die geeignete Roboter-Plattform 20 kann autonom und/oder auf Anforderung gefunden werden. Falls es die Aufgabe erforderlich macht, können zusätzliche Unterstützungs-Schwarm-Robotereinheiten angefordert werden. Beispielsweise kann ein Bohr-Arbeitskopf sich mit einer Luft-Plattform zusammensetzen und zusätzlich Unterstützung von einem Staubsauger-Arbeitskopf anfordern, der sich für diesen Zweck mit einer beräderten Plattform zusammensetzt. Ein Mess-Arbeitskopf kann nach Erledigung der Bohr-Aufgabe des Bohr-Roboters angefordert werden, um detaillierte Messungen der Arbeit des Bohr-Roboters zum Zwecke der Qualitätssteuerung aufzunehmen.
Jede Roboter-Plattform 10 oder jeder Roboter-Arbeitskopf 20 kann, wenn er momentan nicht in Betrieb ist oder sich im Leerlauf befindet, sich bei der Aufgabensteuerung C und/oder den übrigen Schwarmmitgliedern als verfügbar melden. Zusätzlich, wenn eine Roboter-Plattform 10 oder ein Roboter-Arbeitskopf 20 aufgeladen oder gereinigt werden muss, kann sich dieser selber bei der Aufgabensteuerung C und/oder den übrigen Schwarmmitgliedern als „außer Betrieb” melden. Der Schwarm F kann entweder autonom zusammengestellt werden, beispielsweise aufgrund seiner eigenen Mobilität, oder mit der Unterstützung eines menschlichen Operators. Jede der Roboter-Plattformen 10 und der Roboter-Arbeitsköpfe 20 kann mit einem gewissen Grad eines Autonomationsmechanismusses ausgestattet sein, welcher eine Unterbrechung des Arbeitsprozesses in kurzer Zeit und rechtzeitig für eine Wartung, Inspektion und Reparatur der Plattformen 10 und Arbeitsköpfe 20 in Eigenregie zulässt. Die übrigen Schwarmmitglieder können unabhängig mit ihren zugeteilten Aufgaben fortfahren, so dass der temporäre Ausfall einiger Schwarmmitglieder nicht die Ausführung der gesamten Aufgabe zu einem Halt bringt.
Wie beispielhaft in 14 dargestellt ist, werden Schritte eines Verfahrens M zur Erledigung einer Aufgabe unter Verwendung eines Schwarms von modularisierten Robotern beispielhaft gezeigt. Das Verfahren M kann insbesondere in einer Arbeitsumgebung 100 verwendet werden, wie es in Verbindung mit 12 gezeigt und erläutert ist, und kann einen oder mehrere modularisierte Roboter einsetzen, wie es in Verbindung mit 1 bis 11 gezeigt und erläutert ist. Das Verfahren M kann insbesondere von Vorteil sein bei der Durchführung von Aufgaben während Konstruktion, Montage, Wartung, Demontage, Betrieb und/oder Reparatur eines Luftfahrzeugs oder Raumfahrzeugs. Ein Luftfahrzeug und ein Raumfahrzeug können beispielsweise Flugzeuge, Drohnen, Helikopter, Trägerraketen, Booster, Raumschiffe, Satelliten und Raumstationen umfassen.
Das Verfahren M umfasst bei M1 ein Bereitstellen, durch eine zentralisierte Aufgabendatenbank D, einer Aufgabe an eine Mehrzahl von Roboter-Arbeitsköpfen 20. Jeder der Roboter-Arbeitsköpfe 20 ist dazu ausgebildet, die Fähigkeit zur Durchführung einer von einer Mehrzahl von betrieblichen Aufgaben an einen zusammengesetzten modularen Roboter zu übertragen. In Abhängigkeit von der bereitgestellten Aufgabe bestimmen die mehreren Roboter-Arbeitsköpfe 20 dann bei M2, mit welcher von einer Mehrzahl von Roboter-Plattformen 10 sie zu kombinieren ist. Die Roboter-Plattformen 10 sind jeweils dazu ausgebildet, eine Mobilität und Konnektivität an externen Komponenten zu einem zusammengesetzten modularen Roboter zu übertragen. Bei M3 können ein oder mehrere modularisierte Roboter dann gebildet werden, indem ein oder mehrere von der Mehrzahl von Roboter-Arbeitsköpfen 20 mit der festgelegten einen Plattform von der Mehrzahl von Roboter-Plattformen 10 verbunden werden. Diese modularisierten Roboter sind dann in der Lage, bei M4, die bereitgestellte Aufgabe durchzuführen.
Bei Erledigung der Aufgabe kann die zentralisierte Aufgabendatenbank D durch den jeweils zugeordneten Roboter bei M5 aktualisiert werden. Dann kann sich der Roboter wieder zerlegen, bei M6, indem er den Roboter-Arbeitskopf 20 von der kombinierten Roboter-Plattform 10 trennt. Die getrennten Teile – Arbeitskopf 20 und Plattform 10 – sind dann wieder bereit, um eine andere Aufgabe von der zentralisierten Aufgabendatenbank D zu übernehmen.
In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst, und zwar zum Zwecke einer übersichtlicheren Offenbarung. Es soll davon ausgegangen werden, dass die obige Beschreibung darstellend und nicht beschränkend sein soll. Sie soll alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken. Beim Studium der obigen Spezifikation wird der Fachmann viele weitere Beispiele erkennen.
Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihrer praktischen Anwendungen bestmöglich zu erläutern, um dadurch den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung und verschiedene Ausführungsformen für eine beabsichtigte Anwendung umzusetzen. In den angefügten Ansprüchen und in der Spezifikation werden die Begriffe „einschließlich” und „in welchen” als die englischen Äquivalente der entsprechenden Begriffe „umfassend” und „wobei” verwendet. Weiterhin sollen die Wörter „ein” oder „eines” eine Mehrzahl im jeweiligen Fall nicht ausschließen.
Bezugszeichenliste

1: Roboter-Adapter
2: mechanischer Verbinder
3: Datenschnittstelle
4: Stromanschluss
5: Mikroprozessor
6: mechanische Aufnahme
7: Datenschnittstelle
8: Stromanschluss
9: Mikroprozessor
10: Roboter-Plattform
11: Helikopter-Rotorblätter
12: Räder
13: Verlängerungsarm
14: Kaltgasdüsen
20: Roboter-Arbeitskopf
21: Staubsaugervorrichtung
22: Gitter
23: Schwarzlicht
24: Kameraeinheit
25: 3D-Drucksystem
26: Rollenreiniger
27: Kabelbefestiger
30: Industrieroboter
40: menschlicher Arbeiter
50: Rumpfabschnitt
60: Gerüst
70: Passagierdeck
80: Laderaum
100: Arbeitsumgebung
C: Aufgabensteuerung
D: zentralisierte Aufgabendatenbank
F: Schwarm
M: Verfahren
M1: Verfahrensschritt
M2: Verfahrensschritt
M3: Verfahrensschritt
M4: Verfahrensschritt
M5: Verfahrensschritt
M6: Verfahrensschritt
R1: modularisierter Roboter
R2: modularisierter Roboter
R3: modularisierter Roboter
R4: modularisierter Roboter
R5: modularisierter Roboter
R6: modularisierter Roboter
R7: modularisierter Roboter
R8: modularisierter Roboter
R9: modularisierter Roboter
R10: modularisierter Roboter
R11: modularisierter Roboter
R12: Verbinderplattform
S1: Beobachtungs-Roboter
S2: Beobachtungs-Roboter
W: Arbeiter

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

US 8755936 B2 [0004]
US 2010/0094459 A1 [0004]
WO 2013/119942 A1 [0004]
US 7555363 B2 [0005]
US 7720570 B2 [0005]
US 8805579 B2 [0005]
WO 2013/152414 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Arai, T., Pagello, E., Parker L. E.: „Editorial: Advances in Multi-Robot Systems”; IEEE Transactions an Robotics and Automation, Band 18(5), Oktober 2002, Seiten 655–661 [0006]

Claims

Modularisierter Roboter, umfassend: eine Roboterplattform (10), die dazu ausgebildet ist, Mobilität und Konnektivität externer Komponenten an den modularisierten Roboter zu übertragen; einen Roboter-Arbeitskopf (20), der dazu ausgebildet ist, die Fähigkeit zur Durchführung einer betrieblichen Aufgabe an den modularisierten Roboter zu übertragen; und einen Roboter-Adapter (1), der entweder an der Roboter-Plattform (10) oder Roboter-Arbeitskopf (20) angebracht und dazu ausgebildet ist, die Roboter-Plattform (10) mit dem Roboter-Arbeitskopf (20) mechanisch zu verlinken.
Modularisierter Roboter nach Anspruch 1, wobei der Roboter-Adapter (1) einen mechanischen Verbinder (2) umfasst, der dazu ausgebildet ist, mit einer entsprechenden mechanischen Aufnahme (6) entweder in dem Roboter-Arbeitskopf (20) oder der Roboter-Plattform (10) mechanisch in Eingriff zu kommen.
Modularisierter Roboter nach Anspruch 2, wobei der Roboter-Adapter (1) weiterhin dazu ausgebildet ist, einen Datenkommunikationslink zwischen der Roboter-Plattform (10) und dem Roboter-Arbeitskopf (20) zu bilden.
Modularisierter Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Roboter-Plattform (10) und der Roboter-Arbeitskopf (20) jeweils einen Mikroprozessor (5) umfassen, der Software oder Firmware ausführt, die jeweils für die autonome Funktionalität der Roboter-Plattform (10) und des Roboter-Arbeitskopfes (20) verantwortlich sind.
Modularisierter Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Roboter-Adapter (1) weiterhin dazu ausgebildet ist, eine elektrische Energieversorgungsverbindung zwischen der Roboter-Plattform (10) und dem Roboter-Arbeitskopf (20) bereitzustellen.
Modularer Roboter-Bausatz, umfassend: eine Mehrzahl von Roboter-Plattformen (10), wobei jede dazu ausgebildet ist, Mobilität und Konnektivität externer Komponenten an einen zusammengesetzten modularen Roboter zu übertragen; und eine Mehrzahl von Roboter-Arbeitsköpfen (20), wobei jeder dazu ausgebildet ist, die Fähigkeit zur Durchführung einer von einer Mehrzahl von betrieblichen Aufgaben an einen zusammengesetzten modularen Roboter zu übertragen, wobei jeder von der Mehrzahl von Roboter-Arbeitsköpfen (20) einen Roboter-Adapter (1) umfasst, der dazu ausgebildet ist, eine der Roboter-Plattformen (10) mit dem entsprechenden Roboter-Arbeitskopf (20) mechanisch zu verlinken.
Modularer Roboter-Bausatz nach Anspruch 6, wobei die mehreren Roboter-Plattformen (10) wenigstens zwei der folgenden Komponenten umfassen: eine Drohne mit Helikopter- oder Quadkopter-Blättern (11) oder Kaltgasdüsen (14), ein Bodenfahrzeug mit bewegungsübertragenden Kinematikeinrichtungen (12), eine Verbinder-Plattform für eine Kopplung mit Industrierobotern (30) und eine Verbinder-Plattform, die an einem handgeführten Verlängerungsarm (13) befestigt ist.
Modularer Roboter-Bausatz an Anspruch 6, wobei die Mehrzahl der Roboter-Arbeitsköpfe (20) wenigstens zwei der folgenden Komponenten umfasst: ein Staubsaugersystem (21), ein Kamerasystem (24), ein 3D-Druckersystem (25) und ein Rollen-Reinigersystem (26).
Schwarmmodularisierter Roboter, umfassend eine Mehrzahl von modularisierten Robotern nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Schwarmmodularisierter Roboter, umfassend eine Mehrzahl von modularisierten Robotern, die mit einem modularen Roboter-Bausatz nach einem der Ansprüche 6 bis 8 aufgebaut sind.
Robotersystem umfassend: einen Schwarm modularisierter Roboter nach einem der Ansprüche 9 und 10; eine zentralisierte Aufgabendatenbank (D), die dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Aufgaben zu speichern und zu aktualisieren, die von dem Schwarm modularisierter Roboter auszuführen sind; und eine Aufgabensteuerung (C), die mit der zentralisierten Aufgabendatenbank (D) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, die gespeicherten Aufgaben in der zentralisierten Aufgabendatenbank (D) in Abhängigkeit von Priorität, Hierarchie und/oder Wichtigkeit der Aufgaben zu verwalten.
Verfahren (M) zum Erledigen von Aufgaben durch einen Schwarm von modularisierten Robotern, insbesondere einem Schwarm von modularisierten Robotern nach einem der Ansprüche 9 und 10, wobei das Verfahren (M) umfasst: Bereitstellen (M1), durch eine zentralisierte Aufgabendatenbank (D), einer Aufgabe an eine Mehrzahl von Roboter-Arbeitsköpfen (20), wobei jeder der Roboter-Arbeitsköpfe (20) dazu ausgebildet ist, die Fähigkeit zur Durchführung einer von einer Mehrzahl von betrieblichen Aufgaben an einen zusammengesetzten modularen Roboter zu übertragen; Bestimmen (M2), durch die Mehrzahl von Roboter-Arbeitsköpfen (20), einer von einer Mehrzahl von Roboter-Plattformen (10), die miteinander zu kombinieren sind, wobei jede dazu ausgebildet ist, Mobilität und Konnektivität externen Komponenten an einen zusammengesetzten modularen Roboter zu übertragen; Bilden (M3) eines oder mehrerer modularisierter Roboter durch Verbinden eines oder mehrerer von der Mehrzahl von Roboter-Arbeitsköpfen (20) mit der festgestellten einen Roboterplattform von der Mehrzahl von Roboterplattformen (10); und Durchführen (M4), durch den kombinierten modularisierten Roboter, der bereitgestellten Aufgabe.
Verfahren (M) nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: Aktualisieren (M5), bei Vollenden der bereitgestellten Aufgabe, der zentralisierten Aufgabendatenbank (D); und Trennen (M6) der mehreren Roboter-Arbeitsköpfe (20) von den festgestellten Roboter-Plattformen (10).
Verwenden eines Verfahrens (M) nach einem der Ansprüche 12 und 13 für Zusammenbau, Wartung, Betrieb, Reparatur oder Zerlegung eines Luftfahrzeugs oder Raumfahrzeugs.