DE102016004840A1

DE102016004840A1 - Mobiler Roboter

Info

Publication number: DE102016004840A1
Application number: DE102016004840.9A
Authority: DE
Inventors: Simon Haddadin; Philipp Zimmermann
Original assignee: Kastanienbaum GmbH
Current assignee: Kastanienbaum GmbH
Priority date: 2016-04-24
Filing date: 2016-04-24
Publication date: 2017-10-26
Also published as: CN109311149A; KR20190028371A; SG11201809341PA; CN109311149B; EP3448626B1; US20190126468A1; DK3448626T3; EP3448626A1; CN207548762U; WO2017186602A1; JP7121997B2; KR102356772B1; JP2019516565A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mobilen Roboter mit einem mobilen Basiselement (1) und mit einem auf dem mobilen Basiselement (1) angeordneten Torso (2), der zumindest zwei Manipulatoren (4) aufweist, die eine proximale Basis (6) und ein distales freies Ende (7) aufweisen, wobei die Manipulatoren (4) mit ihrer proximalen Basis (6) zu beiden Seiten des Torsos (2) einander gegenüberliegend angeordnet sind und wobei die proximale Basis (6) der Manipulatoren (4) in dem Torso (2) beweglich geführt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betritt einen mobilen Roboter mit einem mobilen Basiselement und einem auf dem Basiselement angeordneten Torso.
Mobile Roboter sind in den unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. So ist beispielsweise der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrttechnik (DLR) entwickelte mobile Roboter unter dem Namen „Justin” bekannt. Dieser als Humanoid konzipierte mobile Roboter weist eine mobile, auf Rädern sich fortbewegende Plattform auf, auf der ein Torso angebracht ist. Der Torso trägt, ähnlich wie bei einem Menschen, zu beiden Seiten seiner oberen Schulterpartien links und rechts jeweils einen mehrachsigen Roboterarm bzw. Manipulator. Der Torso selbst ist aus mehreren Segmenten aufgebaut, die über horizontale Gelenke miteinander verbunden sind und quasi das Rückgrat bilden. Auf diese Weise kann sich der Torso aufrichten, beugen und krümmen, um sich auf bestimmte Höhen von Arbeitsräumen einstellen zu können. Dadurch ist es möglich, Gegenstände in einer gewissen Höhe, die durch die maximale Streckung des Torsos und Länge der Manipulatoren limitiert ist, greifen und handhaben zu können. Der Aufbau des Torsos aus gelenkig miteinander verbundenen und aktuatorisch angetriebenen Segmenten erfordert einen nicht unerheblichen konstruktiven und regeltechnischen Aufwand für die zum Einsatz kommende Mechatronik.
Ein weiterer mobiler Roboter aus dem Stand der Technik ist der sogenannte „PR2” von Willow Garage. Dieser weist ebenfalls einen Torso auf, der im Schulterbereich zu beiden Seiten gelenkig gelagerte mehrachsige Roboterarme trägt. Um eine gewisse Arbeitshöhe zu erzielen, so dass die Roboterarme Gegenstände in einer gewissen Höhe handhaben können, ist der Torso gegenüber seinem fahrbaren Basiselement insgesamt als eine Einheit höhenverstellbar.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen mobilen Roboter zur Verfügung zu stellen, der einen vereinfachten konstruktiven Aufbau aufweist und dennoch eine größere Variabilität und Flexibilität hinsichtlich Einsatzzweck und -gebiet liefert.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem mobilen Roboter nach Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft demzufolge einen mobilen Roboter mit einem mobilen Basiselement und mit einem auf dem mobilen Basiselement angeordneten Torso, der zumindest zwei Manipulatoren aufweist, die eine proximale Basis und ein distales freies Ende aufweisen, wobei die Manipulatoren mit ihrer proximalen Basis zu beiden Seiten des Torsos einander gegenüberliegend angeordnet sind, und wobei die proximale Basis der Manipulatoren in dem Torso beweglich, d. h. verschieblich geführt ist. Die Basis von jedem Manipulator ist folglich relativ gegenüber dem Torso verschiebbar.
In der Regel schließt sich an die Basis des Manipulators ein erstes Achsglied an, das gegenüber dieser Basis drehbar gelagert ist. Das so gebildete Drehgelenk kann daher gemäß der durch die Erfindung vorgeschlagenen Lösung noch weiter gegenüber dem Torso je nach Bedarf bewegt werden, wobei in einer besonders bevorzugten Ausführungsform eine Bewegung entlang einer Linearachse, vorzugsweise entlang der Längserstreckung des Torsos, vorgesehen sein soll. Auf diese Weise kann eine Auf- und Abbewegung des Manipulators realisiert werden, wobei die linearen Führungen der Manipulatoren zu beiden Seiten des Torsos vorzugsweise kongruent verlaufen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sollen die proximale Basis des einen Manipulators und die proximale Basis des anderen Manipulators getrennt voneinander bewegbar sein. Diese differentielle aktuatorische Ansteuerung gestattet es, dass ein solcher mobiler Roboter einen insgesamt größeren Arbeitsbereich durch seine beiden Manipulatoren abdecken kann, da die freien distalen Enden ebenfalls voneinander weg bewegbar sind und damit einen diagonalen Arbeitsraum zwischen den freien distalen Enden aufspannen, so dass auch größer dimensionierte Gegenstände durch diese handhabbar sind.
Hinsichtlich der linearen Führung der proximalen Basis der jeweiligen Manipulatoren ist es denkbar, dass ein gemeinsamer Antrieb für die Bewegung der proximalen Basis der Manipulatoren vorgesehen ist oder die proximale Basis von jedem Manipulator einen eigenen Antrieb aufweist. Als solche eignen sich bspw. Riemenantriebe.
Jeder Manipulator des mobilen Roboters kann aus mehreren, zueinander beweglichen Achsgliedern bestehen, die dadurch entsprechende Freiheitsgrade bilden. Darüber hinaus sind die Achsglieder so ausgebildet, d. h. so dimensioniert und relativ zueinander gelenkig gelagert und aktuatorisch antreibbar, dass die Manipulatoren eine Bewegung gestatten, bei der deren distales freies Ende unmittelbar an die lateralen, ventralen und/oder dorsalen Bereiche bzw. Flächen des Torsos heran bewegt werden kann. Die durch die Manipulatoren gebildeten Arme des mobilen Roboters können hierdurch hinter den Torso greifen, um dort beispielsweise aus einer am Rücken des Torsos angeordneten Ablage oder aus dort vorgesehenen Schächten Gegenstände entnehmen zu können. Die Beweglichkeit der Manipulatoren gestattet es darüber hinaus, Gegenstände unmittelbar vom Boden vor oder hinter dem Roboter und seitlich dazu aufzunehmen.
Eine solche Beweglichkeit wird gemäß der Erfindung u. a. auch dadurch bewerkstelligt, dass die Manipulatoren nachgiebig und/oder feinfühlig ausgestaltet sind. Mit anderen Worten die Steuerung der Roboterarme kann über eine entsprechende Impedanzregelung erfolgen. Diese kann darüber hinaus auch mit einer Kraftregelung kombiniert sein, die in Bezug auf die Linearachse und/oder auch auf das mobile Basiselement ausgelegt sein kann, das entsprechende Kraftsensoren aufweisen kann.
Ein wesentlicher Vorteil der getrennt voneinander, linear entlang der Längserstreckung des Torsos verfahrbaren Manipulatoren liegt auch darin, dass sich die Lage des Gesamtschwerpunkts des mobilen Roboters unter Berücksichtigung der von diesem zu vollführenden Bewegungen, der Art der durch die Manipulatoren auszuführenden Operationen und/oder des Gewichts des durch die Manipulatoren zu handhabbaren Gegenstandes gezielt beeinflussen lässt. Das Gewicht des mobilen Basiselements lässt sich infolge der exakteren Regelbarkeit in Bezug auf den Schwerpunkt leichter wählen, ohne die Stabilität eines solchen Roboters zu beeinflussen.
Die Ansteuerung der Räder, die in dem mobilen Basiselement angeordnet sind, sowie die Ansteuerung der beiden Arme kann rückführend wiederum in Abhängigkeit des sich ggfs. während einer durch die Manipulatoren durchzuführenden Operation ändernden Schwerpunkts erfolgen, so dass sich die Statik des mobilen Roboters immer anpassen lässt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der anhand der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsform. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines mobilen Roboters gemäß der Erfindung;
2 eine Vorderansicht dieses mobilen Roboters; und
3 eine seitliche Ansicht dieses mobilen Roboters.
In den 1 bis 3 ist ein mobiler Roboter in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung gezeigt, der bspw. als ein Serviceroboter zum Einsatz kommen kann.
Der mobile Roboter besteht aus einem mobilen Basiselement 1, das als eine fahrbare Plattform dient, mit Hilfe von welcher sich der Roboter auf einer Ebene fortbewegt. Hierzu können innerhalb des Basiselements 1 motorangetriebene Räder (nicht dargestellt) angeordnet sein.
Auf dem mobilen Basiselement 1 befindet sich ein Torso 2, der ggfs. gegenüber dem Basiselement 1 um seine Längsachse verdrehbar angeordnet ist. Auf dem Torso 2 befindet sich noch ein Kopf 3, der gegenüber dem Torso 2 verdrehbar angeordnet sein kann.
Zu beiden Seiten des Torsos 2 sind Roboterarme bzw. Manipulatoren 4 vorgesehen, die aus mehreren, gelenkig miteinander verbundenen Achsliedern 5 bestehen. Die Anzahl der Achsglieder 5 bzw. der Gelenke definiert die Anzahl der von einem solchen Manipulator 4 insgesamt zur Verfügung gestellten Freiheitsgrade.
Jeder Manipulator 4 weist eine proximale Basis 6, die an dem Torso 2 angeordnet ist, und ein freies distales Ende 7, bspw. einen Greifer, auf.
Die proximale Basis 6 ist relativ zu dem Torso 2 in dessen Längsrichtung linear verschieblich bewegbar, und zwar gemäß der Erfindung die proximale Basis 6 jedes Manipulators 4 für sich getrennt.
Zur besseren, vor allem stabileren Führung der proximalen Basis 6, die vorzugsweise als ein Ringelement ausgebildet ist, weist der Torso 2 seitlich jeweils eine lineare Gleitführung 8 auf, in der sich das Ringelement der proximalen Basis 6 entlang bewegen kann. Die Gleitführung 8 kann durch eine entsprechende Ausnehmung im Gehäuse des Torsos 2 gebildet sein.
Der Antrieb für die verschiebliche Bewegung der Basis 6 und damit der Manipulatoren 4 befindet sich innerhalb des Torsos 2 angeordnet, wobei für jeden Manipulator 4 vorzugsweise getrennte Antriebe vorhanden sind.
Auf der Rückseite des Torsos 2 ist eine rucksackartige Ablage 9 mit Schächten bspw. für Tabletts 10 und für Gegenstände 11 vorgesehen. Die Auslegung der Manipulatoren 4 gemäß der Erfindung gestattet es, dass die Tabletts 10 bzw. Gegenstände 11 durch die freien distalen Greifer 7 unmittelbar gegriffen werden können.

Claims

Mobiler Roboter mit einem mobilen Basiselement (1) und mit einem auf dem mobilen Basiselement (1) angeordneten Torso (2), der zumindest zwei Manipulatoren (4) aufweist, die eine proximale Basis (6) und ein distales freies Ende (7) aufweisen, wobei die Manipulatoren (4) mit ihrer proximalen Basis (6) zu beiden Seiten des Torsos (2) einander gegenüberliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die proximale Basis (6) der Manipulatoren (4) in dem Torso (2) verschieblich geführt ist.
Mobiler Roboter nach Anspruch 1, bei dem die proximale Basis (6) der Manipulatoren (4) in dem Torso (2) linear bewegbar ist.
Mobiler Roboter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die proximale Basis (6) des einen Manipulators (4) und die proximale Basis (6) des anderen Manipulators (4) getrennt voneinander bewegbar sind.
Mobiler Roboter nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem ein gemeinsamer Antrieb für die Bewegung der proximalen Basis (6) der Manipulatoren (4) vorgesehen ist oder die proximale Basis (6) von jedem Manipulator (4) einen eigenen Antrieb aufweist.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Manipulatoren (4) aus mehreren, zueinander beweglichen Achsgliedern (5) bestehen, die so ausgebildet sind, dass die Manipulatoren (4) eine Bewegung gestatten, bei der deren distales freies Ende (7) unmittelbar an die lateralen, ventralen und/oder dorsalen Bereiche des Torsos (2) heran bewegt werden kann.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Manipulatoren (4) nachgiebig und/oder feinfühlig ausgestaltet sind.