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Die Erfindung betrifft ein Robotersystem sowie ein Manipulationssystem.
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Häufig werden Roboter als Manipulatoren eingesetzt. Manipulatoren sind Geräte der Robotik zur physikalischen Interaktion mit der Umgebung. Je nach Interaktion können hierbei unterschiedliche Manipulatorenarten eingesetzt werden. Beispielsweise existieren Manipulatoren zur Ausführung von Fertigungsverfahren. Demzufolge handelt es sich bei einem derartigen Manipulator beispielsweise um Sägevorrichtungen, Schweißvorrichtungen, Schleifvorrichtungen, Fräsvorrichtungen und dergleichen. Ein weiteres Einsatzgebiet von Manipulatoren betrifft Positionieraufgaben. Derartige Positioniermanipulatoren sind beispielsweise Greifsysteme, mit Hilfe derer ein Roboter Gegenstände in seiner Umgebung greifen, aufnehmen und letztendlich deren Position oder Orientierung beeinflussen kann. Zusätzlich werden Manipulatoren häufig eingesetzt, um Messaufgaben durchzuführen. Demnach kann ein derartiger Manipulator bspw. taktile oder optische Messvorrichtungen räumlich verfahren. Mit Hilfe einer derartigen Messvorrichtung lassen sich beispielsweise die exakte Form und das Abmaß von dreidimensionalen Körpern ermitteln.
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Derartige Roboter bzw. Manipulatoren weisen zur präzisen und freien Bewegung in der direkten Umgebung des Manipulators häufig Roboterarme auf, die beispielsweise eine sechsachsige Bewegung des Manipulators in einer begrenzten Raumumgebung zulassen. Derartige Bewegungen eines Roboterarms dienen zur Durchführung von Manipulationsaufgaben.
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Demgegenüber steht die Fortbewegung des Roboters bzw. Manipulators. Die Fortbewegung beschreibt hierbei die Bewegung eines Roboters, insbesondere über weitere Strecken, im Raum. Derartige Fortbewegungen gehen über den Bewegungsradius stationärer Roboterarme hinaus und verlangen dementsprechend eine Fortbewegungsvorrichtung zusätzlich zu einem eventuell vorhandenen Roboterarm. Hierfür werden beispielsweise Rad- oder Schienenfortbewegungsvorrichtungen verwendet.
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Die Druckschriften
DE 10 2010 015 027 A1 und
WO 2012/028531 A1 beschreiben Manipulatorrobotersysteme. Bei den Manipulatoren handelt es sich um Legevorrichtungen zur Herstellung von Fasergelegen. Diese Legevorrichtungen sind über Roboterarme mit einer Fortbewegungsvorrichtung verbunden, die auf Schienen im Raum beweglich ist. An Eckpunkten des Schienensystems befinden sich Schwenkstationen, mit denen die Orientierung der Manipulatorvorrichtung derart angepasst werden kann, dass die Manipulatorvorrichtung auf andere Schienen verfahren werden kann. Derartige Systeme weisen den Nachteil auf, dass zwingend weitere Vorrichtungen, wie beispielsweise Schwenkstationen, nötig sind, um die Orientierung der Manipulatorvorrichtung zu beeinflussen, bzw. die Manipulatorvorrichtung in verschiedene Richtungen fortzubewegen.
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Darüber hinaus existieren weitere Konzepte zur Manipulatorfortbewegung, wobei Manipulatoren mit Fortbewegungsvorrichtungen verbunden werden, die Räder aufweisen. Hierdurch lässt sich die Manipulatorvorrichtung, beispielsweise ferngesteuert, im Raum bewegen. Derartige Systeme weisen diverse Nachteile auf. Einerseits verfügen derartige Systeme über keinerlei Schienensysteme, sodass eine exakte Fortbewegung eines Manipulators im Raum nicht möglich ist bzw. sehr umständlich zu verwirklichen ist. Andererseits verfügen derartige Systeme über beschränkte Möglichkeiten der Richtungsveränderung. Insbesondere ermöglichen derartige Vorrichtungen keine Richtungs- bzw. Orientierungsänderung der Manipulatorvorrichtung während der Fortbewegung und/oder derartige Fortbewegungsvorrichtungen benötigen einen großen Wendekreis zur Durchführung von Richtungs- bzw. Orientierungsänderungen.
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US 2017/0344028 A1 beschreibt ein Robotersystem mit einem Schienensystem, das eine Fortbewegungsvorrichtung mit einem Antrieb aufweist, wobei die Fortbewegungsvorrichtung dem Verlauf des Schienensystems folgen kann.
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WO 2016/209470 A1 beschreibt einen omnidirektionalen Antrieb, der zum automatischen Handhaben von Paketen verwendet werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Robotersystem zu schaffen, das eine verbesserte Fortbewegung eines Roboters, insbesondere Manipulators, bei Richtungsänderungen ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Robotersystem, insbesondere zur Manipulation, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Manipulationssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
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Das erfindungsgemäße Robotersystem, insbesondere zur Manipulation, weist ein Schienensystem auf, dass an mindestens einer Stelle einen geknickten Verlauf aufweist. Weitergehend weist das erfindungsgemäße Robotersystem eine Fortbewegungsvorrichtung mit omnidirektionalem Antrieb auf, wobei der Antrieb der Fortbewegungsvorrichtung mit dem Schienensystem zusammenwirkt. Dieses Zusammenwirken ist derart ausgeführt, dass die Fortbewegungsvorrichtung auf dem geknickten Verlauf des Schienensystems fahren kann. Bei dem Schienensystem kann es sich um jegliche Schienenführung handeln. So sind beispielsweise Schienensysteme möglich, die eine lose Verbindung des Schienensystems mit einer Fortbewegungsvorrichtung ermöglichen, wie beispielsweise Eisenbahnschienen. Weitergehend sind Schienensysteme möglich, bei denen die Fortbewegungsvorrichtung derart mit dem Schienensystem verbunden ist, dass ein einfaches Abnehmen der Fortbewegungsvorrichtung von dem Schienensystem nicht möglich ist. Hierzu zählen beispielsweise Profilschienenführungen, Laufrollenführungen oder Wellenführungen. Der geknickte Verlauf des Schienensystems zeichnet sich dadurch aus, dass das Schienensystem an mindestens einer Stelle einen Knick aufweist. Als Knick wird diejenige Stelle des Schienensystems bezeichnet, an der mindestens zwei im Wesentlichen lineare Teilverläufe des Schienensystemverlaufs aufeinander folgen, wobei mindestens zwei dieser Teilverläufe eine unterschiedliche Richtung, mathematisch ausgedrückt, in Anlehnung an Kurvendiskussionen, eine unterschiedliche Steigung, aufweisen. An der Stelle des Knicks kann somit auch eine Lücke des Schienensystems sein, von der aus der Verlauf des Schienensystems in mindestens zwei unterschiedliche Richtungen verläuft, wobei mindestens zwei dieser Richtungen nicht parallel zueinander sind. In Anlehnung an die mathematische Kurvendiskussion kann der geknickte Schienenverlauf auch derart definiert werden, dass der Knick entweder die Stelle beschreibt, die eine Lücke und von dieser ausgehend nicht parallele Teilverläufe des Schienensystemverlaufs aufweist, oder die Stelle beschreibt, an der der Schienensystemverlauf zwar stetig, jedoch nicht differenzierbar ist. Weitergehend sind jegliche Steilheiten des geknickten Verlaufs, also steile Knicke möglich. In Anlehnung an die Begriffe des Straßenverkehrs sind somit rechtwinklige Kurven, und/oder eckige Kehren bzw. eckige Haarnadelkurven möglich. Insbesondere sind V-förmige Kurven als geknickter Verlauf umsetzbar. Vorzugsweise zählen Kreuzungen mit zwei oder mehr aufeinandertreffenden Teilschienensystemverläufen zu dem geknickten Verlauf des Schienensystems. Darüber hinaus kann das Schienensystem, in Anlehnung an Steilkurven des Straßenverkehrs, geneigt sein und über jegliche Art der Höhensteigung, also ansteigende oder abfallende Verläufe verfügen. Das Schienensystem kann weitergehend gekrümmte bzw. gebogene Verläufe aufweisen. Der omnidirektionale Antrieb, häufig auch als ungerichteter Antrieb bezeichnet, zeichnet sich dadurch aus, dass die Fortbewegungsvorrichtung jederzeit in beliebige Richtung, insbesondere in einer Ebene, verfahren kann.
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Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Robotersystem ein Verbindungselement, insbesondere Manipulatorverbindungselement, aufweisen, welches mit der Fortbewegungsvorrichtung verbunden ist. Dieses Verbindungselement ist derart ausgebildet, dass mit ihm ein Manipulator und/oder eine Sensorvorrichtung und/oder eine Beleuchtungsvorrichtung und/oder eine Aufzeichnungsvorrichtung verbunden werden kann. Die Sensorvorrichtung weist beispielsweise einen Infrarotsensor und/oder Wärmesensor und/oder Neigungsmesser und/oder Kraftsensor und/oder Beschleunigungssensor auf. Bevorzug handelt es sich bei der Sensorvorrichtung und somit bei den eingesetzten Sensoren um Vorrichtungen zur Wartung, insbesondere des Schienensystems. Die Aufzeichnungsvorrichtung weist bevorzugt eine Kamera und/oder eine Tonaufnahmeeinrichtung auf. Die Sensorvorrichtung und/oder die Aufzeichnungsvorrichtung sind insbesondere derart ausgeführt, dass diese für Serviceaufgaben, beispielsweise Wartungsaufgaben, geeignet sind. Das Verbindungselement kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass dieses ein Koppeln eines Manipulators ermöglicht oder beispielsweise derart ausgebildet sein, dass das Verbindungselement eine direkt ineinander übergehende Verbindung eines Manipulators zu der Fortbewegungsvorrichtung ermöglicht. Somit wäre das Verbindungselement mit dem Manipulator einstückig ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich zu der, zur Wartung einsetzbaren, Sensorvorrichtung und/oder Aufzeichnungsvorrichtung kann es sich bei der Sensorvorrichtung und/oder der Aufzeichnungsvorrichtung auch um derartige Vorrichtungen handeln, mit denen die Umgebung des Robotersystems, insbesondere Objekte, erfasst werden können. Beispielsweise kann hierdurch die Lage und/oder Form eines, insbesondere zu manipulierenden, Objekts erfasst werden. Somit lassen sich Objekte identifizieren, wobei insbesondere erfasst werden kann, ob es sich um ein zu manipulierendes Objekt und/oder ein nicht zu manipulierendes Objekt und/oder ein fehlerhaftes Objekt handelt.
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Bevorzugt ist es, dass das Robotersystem, insbesondere die Fortbewegungsvorrichtung, derart ausgeführt ist, dass sie die Stelle des geknickten Verlaufs des Schienensystems mit gleichbleibender Orientierung des Robotersystems passieren kann. Insbesondere ist das Robotersystem und besonders bevorzugt die Fortbewegungsvorrichtung derart ausgeführt, dass das Passieren des geknickten Verlaufs mit gleichbleibender Orientierung während der Fortbewegung, also während der Positionsänderung des Robotersystems, erfolgt. Weitergehend ist es bevorzugt, dass das Robotersystem, insbesondere die Fortbewegungsvorrichtung, derart ausgeführt ist, dass das Robotersystem aus dem Stand, also ohne eine Veränderung der Position und/oder der Orientierung, in jegliche Richtung in einer Ebene verfahren kann. Bei den vorstehend genannten Ausführungsformen ist es bevorzugt, dass das Robotersystem derart ausgeführt ist, dass die omnidirektionale Positionsänderung des Robotersystems durch das Robotersystem, insbesondere die Fortbewegungsvorrichtung, selbst durchführbar ist. Somit sind insbesondere keine zusätzlichen Drehvorrichtungen, wie beispielsweise Schwenkstationen oder dergleichen, bzw. kein händisches Drehen durch eine Person, nötig.
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Bevorzugt ist es, dass der Antrieb eine Panzerlenkung aufweist. Eine Panzerlenkung zeichnet sich dadurch aus, dass der Antrieb der Fortbewegungsvorrichtung mindestens zwei angetriebene Bewegungsvorrichtungen, wie beispielsweise Kugeln, Räder, Kettenantriebe aufweist. Diese mindestens zwei Bewegungsvorrichtungen lassen sich mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder unterschiedlichen Drehrichtungen bewegen. Werden somit die beiden Bewegungsvorrichtungen mit unterschiedlichen Drehzahlen bewegt, ist es möglich, dass die Fortbewegungsvorrichtung Kurven mit engem Wendekreis vollzieht. Weist beispielsweise eine Bewegungsvorrichtung keine Drehzahl auf und ist somit gebremst und im Gegensatz dazu weist eine andere Bewegungsvorrichtung eine Drehzahl auf, so erfolgt eine Drehung der Fortbewegungsvorrichtung mit einem Wendekreis, dessen Radius dem Abstand der beiden Bewegungsvorrichtungen zueinander entspricht. Weisen die mindestens zwei Bewegungsvorrichtungen eine insbesondere gleiche Drehzahl in entgegengesetzte Richtung auf, so vollzieht die Fortbewegungsvorrichtung einen minimalen Wendekreis, sie dreht sich somit um die eigene Achse.
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Bevorzugt ist es, dass der Antrieb mindestens eine Rolle aufweist, wobei es sich insbesondere um ein Rad handelt. Eine Rolle bezeichnet hierbei jegliche Vorrichtung, die eine rollende Bewegung ermöglicht.
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Bevorzugt ist es, dass es sich bei der mindestens einen Rolle um eine omnidirektionale Rolle, insbesondere ein omnidirektionales Rad, auch Omni-Rad genannt und/oder ein Mecanum-Rad und/oder eine Kugelrolle handelt. Omnidirektionale Räder werden häufig auch als Allseitenräder bezeichnet. Sie ermöglichen eine Fortbewegung in omnidirektionaler Richtung, gemäß der oben aufgeführten Definition. Eine andere Bezeichnung für eine Kugelrolle lautet oft sphärisches Rad. Die Laufflächen der Rollen, auch Rollenlaufflächen genannt, sind die Flächen, an denen die Rollen in Kontakt mit der Oberfläche kommen, auf denen die Rollen rollen. Bei Omni-Rädern bestehen die Rollenlaufflächen, die Omni-Rad-Laufflächen, des Omni-Rades aus Rollen, den Omni-Rad-Rollen. Die Drehachsen der Omni-Rad-Rollen liegen im rechten Winkel zur Drehachse des Rades. Hierdurch wird eine omnidirektionale Bewegung ermöglicht. Bevorzugt ist es, dass der Antrieb des Robotersystems mindestens 2 derartige Rollen aufweist, wobei es insbesondere bevorzugt ist, dass der Antrieb vier oder acht Rollen aufweist. Bevorzugt ist es hierbei, dass es sich bei diesen Rollen um gleiche Rollenarten handelt, also das beispielsweise lediglich Omni-Räder eingesetzt werden. Jedoch ist es auch möglich, dass verschiedene Rollenarten für die Rollen in einem Robotersystem genutzt werden.
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Bevorzugt ist es, dass mindestens eine Rolle, insbesondere mindestens zwei Rollen, angetriebene und/oder gebremste Rollen sind. Handelt es sich um einen Antrieb mit omnidirektionalem Rad ist es bevorzugt, dass die Laufflächen des Omni-Rads und/oder die Omni-Rad-Rollen angetrieben sind. Andererseits ist es auch möglich, dass der Antrieb passive, also nicht angetriebene, Rollen, insbesondere Omni-Räder, aufweist. Hierbei können beispielsweise Linearmotoren eingesetzt werden und hierdurch eine Fortbewegung der Fortbewegungsvorrichtung ermöglicht werden. Einerseits können hierbei Linearmotoren eingesetzt werden, die das Schienensystem aufweist und dementsprechend die Fortbewegungsvorrichtung in Bewegung versetzt. Andererseits ist es möglich, dass die Fortbewegungsvorrichtung selbst einen Linearmotor aufweist und dementsprechend eine Fortbewegung ermöglicht wird.
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Bevorzugt ist es, dass das Schienensystem mindestens eine Schiene aufweist. Insbesondere kann es sich um eine geknickte Schiene handeln. Eine Schiene des Schienensystems und somit auch das Schienensystem an sich, weist an der Stelle einen Knick auf, an der die Schiene einen stetigen jedoch nicht differenzierbaren Verlauf beschreibt.
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Insbesondere weist die Schiene ein C-Profil mit einem Mittelteil, auch Steg genannt, auf. Bevorzugt ist es, dass von diesem Steg an jedem Ende des Stegs rechtwinklig je ein Querteil abgeht, wobei diese beiden Querteile in die gleiche Richtung verlaufen. Ausgehend von den Enden dieser beiden Querteile geht erneut rechtwinklig je ein Querteil ab, derart, dass diese beiden Querteile auf einander zulaufen. Diese letztgenannten beiden Querteile treffen sich jedoch nicht, sondern bilden einen Spalt. Bevorzugt ist es, dass der Steg der Schiene, an der den Querteilen gegenüberliegenden Seite, derart ausgebildet ist, dass dieser mit einer Fläche, beispielsweise dem Boden, der Decke oder der Wand eines Gebäudes, verbunden werden kann und hierüber die Befestigung der Schiene mit der Umgebung ermöglicht wird. Neben der Anordnung an einem Boden, einer Decke oder einer Wand eines Gebäudes ist es auch möglich, dass die Schiene insbesondere vertikal oder horizontal mit einer schrankartigen oder regalartigen oder gerüstartigen Vorrichtung verbindbar ist.
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Bevorzugt ist es, dass die mindestens eine Schiene, eine erste und/oder eine zweite Laufseite aufweist. Laufseite bezeichnet hierbei diejenige räumliche Seite einer Schiene, beispielsweise den Raum unter und/oder über der Schiene, wobei hierbei insbesondere diejenige Seite oder diejenigen Seiten gemeint sind, an denen die Fortbewegungsvorrichtung angeordnet werden kann. Bei dem c-förmigen Schienenprofil ist eine Laufseite innerhalb des C-Profils angeordnet und die andere Laufseite dieser ersten Laufseite gegenüberliegend auf der anderen Seite der den Spalt bildenden Querteile angeordnet.
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Bevorzugt ist es, dass eine Laufseite der mindestens einen Schiene zwei Laufflächen, die Schienenlaufflächen, und einen insbesondere mittig, zwischen diesen beiden Schienenlaufflächen, angeordneten Spalt aufweist. Schienenlaufflächen bezeichnen diejenigen Flächen der Schiene, die in Kontakt mit der Fortbewegungsvorrichtung, insbesondere in Kontakt mit den Rollenlaufflächen, kommen. Bei einer Schiene mit C-Profil sind beispielsweise zwei Schienenlaufflächen innerhalb des C-Profils auf den den Spalt bildenden Querteilen angeordnet. Diese Querteile verfügen auf der anderen, gegenüberliegenden Seite ebenfalls über Flächen, wobei diese beiden Flächen zwei weitere Schienenlaufflächen darstellen können. Zwischen zwei derartigen Schienenlaufflächen ist jeweils ein Spalt angeordnet.
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Bevorzugt ist es, dass das Verbindungselement ein erstes Teilelement und ein zweites Teilelement, sowie ein Zwischenelement aufweist. Hierbei ist das erste Teilelement auf der ersten Laufseite und das zweite Teilelement auf der zweiten Laufseite angeordnet und das Zwischenelement in dem Spalt der Schiene angeordnet. Weitergehend ist das erste Teilelement mit der mindestens einen Fortbewegungsvorrichtung auf der ersten Laufseite verbunden und das zweite Teilelement ist auf der zweiten Laufseite mit einem Manipulator verbindbar. Somit ist das Robotersystem insbesondere derart ausgebildet, dass die Fortbewegungsvorrichtung auf der einen Laufseite der Schiene und ein Manipulator auf der anderen Laufseite der Schiene angeordnet ist, wobei der Manipulator mit der Fortbewegungsvorrichtung über das Verbindungselement derart verbunden ist, dass das Verbindungselement durch den Spalt verläuft.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass das Robotersystem mindestens eine weitere Fortbewegungsvorrichtung aufweist. Hierbei ist es bevorzugt, dass diese weitere Fortbewegungsvorrichtung auf der zweiten Laufseite angeordnet ist und ebenfalls auf der zweiten Laufseite mit dem Verbindungselement verbunden ist. Somit kann eine Anordnung vorliegen, bei der jeweils mindestens eine Fortbewegungsvorrichtung auf einer Schienenseite angeordnet ist, die über das Verbindungselement miteinander, sowie insbesondere zusätzlich mit einem Manipulator verbunden sind. Hierbei ist es bevorzugt, dass die mindestens zwei gegenüberliegend angeordneten Fortbewegungsvorrichtungen auf die jeweiligen Schienenlaufflächen aufgedrückt bzw. aufgepresst werden und somit eine klemmende, insbesondere kippstabile Befestigung der Fortbewegungsvorrichtungen an dem Schienensystem vollzogen ist.
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Bevorzugt ist es, dass das Robotersystem, insbesondere seitliche, aktive oder passive Führungsrollen zur Stabilisation der mindestens einen Fortbewegungsvorrichtung aufweist. Durch aktive Führungsrollen ist es darüber hinaus möglich, die Fortbewegungsvorrichtung fortzubewegen, bzw. eine unterstützende Fortbewegungskraft neben dem Antrieb zu vollziehen. Bevorzug ist es, dass das Schienensystem die Führungsrollen aufweist. Bei einer Schiene mit C-Profil sind derartige Führungsrollen, insbesondere innerhalb des C-Profils an den beiden rechtwinklig vom Steg abgehenden Querteilen angeordnet
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Vorzugsweise weist das Robotersystem weitergehend Schienenknotenpunkte als Teil des Schienensystems auf. An diesen Schienenknotenpunkten treffen mindestens drei Schienen, insbesondere derart zusammen, dass sich die Spalte der Schienen überschneiden. Dieses überschneidende Treffen ist derart ausgeführt, dass der Schienenknotenpunkt einen Durchgang aufweist, an dem der Spalt aller vom Schienenknotenpunkt anliegenden Schienen zusammenläuft. An der Stelle dieses Spalts weist das Schienensystem ebenfalls einen Knick auf und beschreibt somit einen geknickten Verlauf des Schienensystems.
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Bevorzugt ist es, dass das Schienensystem mindestens eine Stromversorgungsvorrichtung aufweist, wobei insbesondere mindestens eine Schiene die Stromversorgungsvorrichtung aufweist. Hierbei ist es insbesondere bevorzugt, dass die Stromversorgungsvorrichtung dadurch ermöglicht wird, dass es sich bei der Schiene um eine Stromschiene handelt, also um eine Schiene, an der eine elektrische Spannung anliegt. Andererseits ist es denkbar, dass die Schiene über eine induktive Stromquelle verfügt. Mit Hilfe dieser Stromversorgungsvorrichtung ist es möglich, die Fortbewegungsvorrichtung mit Strom zu versorgen. Einerseits kann hierdurch beispielsweise direkt ein Motor der Fortbewegungsvorrichtung mit Strom versorgt werden. Andererseits ist es möglich, dass die Stromversorgungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass es sich hierbei um eine Ladestation für einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einen Akku oder einen Superkondensator handelt, den insbesondere die Fortbewegungsvorrichtung aufweist.
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Bevorzugt ist es, dass die Fortbewegungsvorrichtung einen Stromabnehmer aufweist, um insbesondere auf die Stromversorgung des Schienensystems zuzugreifen. Ein derartiger Stromabnehmer kann beispielsweise als Gleitkontakt ausgeführt sein, der insbesondere an der Stromschiene anliegt. Weitergehend ist es möglich, dass die Fortbewegungsvorrichtung einen induktiven Stromabnehmer aufweist. Der Stromabnehmer kann hierbei derart ausgeführt sein, dass eine direkte Stromversorgung der Fortbewegungsvorrichtung vorliegt. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die Fortbewegungsvorrichtung einen elektrischen Energiespeicher aufweist, der die Fortbewegungsvorrichtung mit Strom versorgt und über den Stromabnehmer aufgeladen werden kann.
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Bevorzugt ist es, dass das Robotersystem zur Fortbewegung eines Manipulators Sensoren zur Wartung und/oder Ortung und/oder Fahrbahnerkennung aufweist. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die Sensoren an der Fortbewegungsvorrichtung und/oder an dem Schienensystem, insbesondere der Schiene, angeordnet sind.
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Bevorzugt ist es, dass es sich bei dem Schienensystem und/oder dem Antrieb um ein einspuriges oder ein zweispuriges oder ein dreispuriges Schienensystem handelt. Dem entsprechend verfügt die Fortbewegungsvorrichtung insbesondere über einen, zwei oder drei Angriffspunkte mit dem Schienensystem.
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Bevorzugt ist es, dass mit der Fortbewegungsvorrichtung ein elektrischer Energiespeicher verbunden ist, insbesondere dass die Fortbewegungsvorrichtung einen elektrischen Energiespeicher aufweist. Der elektrische Energiespeicher kann hierbei derart ausgebildet sein, dass dieser die Fortbewegungsvorrichtung und/oder den mit der Fortbewegungsvorrichtung verbundenen Manipulator mit elektrischer Energie versorgt.
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Möglich ist es, dass mit der Fortbewegungsvorrichtung eine Steuervorrichtung verbunden mit, insbesondere dass die Fortbewegungsvorrichtung eine Steuervorrichtung aufweist. Mit der Steuervorrichtung können beispielsweise Steuerbefehle empfangen werden, und/oder Daten, insbesondere der Sensorvorrichtung und/oder Aufzeichnungsvorrichtung ausgewertete werden, und/oder Zustandsinformationen der Fortbewegungsvorrichtung und/der zu manipulierender Objekte an externe Systeme übermittelt werden.
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Bevorzugt ist es, dass das Schienensystem derart ausgebildet ist, dass dieses Informationen, insbesondere Daten, übertragen kann. Beispielsweise kann das Schienensystem Kabel zur Datenübertragung aufweisen. Insbesondere können diese zu übertragenden Daten von der Fortbewegungsvorrichtung, vorzugsweise von der mit der Fortbewegungsvorrichtung verbundenen Steuervorrichtung, stammen.
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Das erfindungsgemäße Manipulationssystem weist ein erfindungsgemäßes Robotersystem auf. Weitergehend weist das Manipulationssystem eine Befestigungsvorrichtung oder einen Manipulator auf. Bei einer Befestigungsvorrichtung handelt es sich um einen Flansch oder dergleichen, die ein Koppeln mit einem Manipulator und/oder einer Sensorvorrichtung und/oder einer Beleuchtungsvorrichtung und/oder einer Aufzeichnungsvorrichtung oder dergleichen ermöglicht. Bei dem Manipulator handelt es sich insbesondere um einen Manipulator zur Durchführung von Fertigungsverfahren und/oder Positionieraufgaben und/oder Messverfahren. Falls das Manipulationssystem eine Befestigungsvorrichtung aufweist, so ist diese Befestigungsvorrichtung einerseits mit dem Verbindungselement verbunden und andererseits mit einem Manipulator und/oder einer Sensorvorrichtung und/oder einer Beleuchtungsvorrichtung und/oder einer Aufzeichnungsvorrichtung oder dergleichen verbindbar. Weist das Manipulationssystem hingegen einen Manipulator auf, so ist dieser Manipulator mit dem Verbindungselement, insbesondere einstückig, verbunden.
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Bevorzugt ist es, dass das Manipulationssystem mindestens zwei Robotersysteme aufweist. Handelt es sich um ein Manipulationssystem mit einer Befestigungsvorrichtung, so ist die Befestigungsvorrichtung mit den Verbindungselementen der mindestens zwei Robotersysteme verbunden. Handelt es sich um ein Manipulationssystem mit einem Manipulator, so ist der Manipulator mit den Verbindungselementen der mindestens zwei Robotersysteme verbunden. Vorteilhaft ist es hierbei insbesondere, dass ein Manipulator von mehreren Robotersystemen getragen wird. Somit lässt sich die Last des Manipulators auf die verschiedenen Robotersysteme verlagern. Weitergehend ist es vorteilhaft, dass mit Hilfe von mehreren Robotersysteme komplexe Bewegungen des Manipulators, sowie Arbeitsaufgaben des Manipulators in komplexen Positionen, beispielsweise in Eckbereichen oder schwer zugänglichen Bereichen eines Raumes, möglich.
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Weitergehend umfasst die Erfindung ein System zur Manipulation von Objekten mit mindestens einem erfindungsgemäßen Manipulationssystem, wobei dieses Manipulationssystem an einer Wand und/oder einer Decke und/oder einem Boden eines Gebäudes anbringbar ist. Auch hier ist wieder die Anbringung an einem regal- oder schrankähnlichen System möglich.
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Bevorzugt ist es, dass das System zur Manipulation von Objekten eine Steuereinrichtung aufweist, mit der insbesondere die Fortbewegungsvorrichtungen der verschiedenen Manipulationssysteme gesteuert werden.
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Nachfolgend wir die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische, perspektivische Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Robotersystems,
- 2 eine schematische, perspektivische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fortbewegungsvorrichtung eines Robotersystems,
- 3 eine schematische, perspektivische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Robotersystems,
- 4 bis 8 schematische Draufsichten weiterer verschiedener Ausführungsformen von Robotersystemen, und
- 9 eine schematische, perspektivische Schnittansicht des Robotersystems gemäß 1 mit gekennzeichneten Laufseiten.
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1 zeigt das erfindungsgemäße Robotersystem. Das Schienensystem 20 ist hierbei als eine Schiene 22 mit C-Profil dargestellt. Die Schiene 22 weist einen Mittelteil, Steg 23, auf, der in der dargestellten Ausführungsform zur besseren Ansicht teilweise ausgeschnitten ist. Der Steg 23 ist derart ausgebildet, dass sich dieser mit einer Fläche verbinden lässt, die die Schiene tragen soll. Bei einer derartigen Fläche kann es sich insbesondere um einen Boden und/oder eine Wand und/oder eine Decke eines Gebäudes handeln. Von dem Steg gehen rechtwinklig zwei Querteile 25, 25' ab. Am Ende dieser Querteile 25, 25' gehen ebenfalls rechtwinklig zwei weitere Querteile 27, 27' ab. Diese beiden weiteren Querteile 27, 27' laufen auf einander zu, berühren sich jedoch nicht, sodass sich zwischen ihnen ein Spalt 32 bildet. In dargestellter Ausführungsform weisen die weiteren Querteile 27, 27' an den, den Spalt bildenden Enden, Profile mit einem rechteckigen Querschnitt auf. Bei diesen Elementen mit rechteckigem Querschnitt handelt es sich lediglich um optionale Elemente.
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Das Schienensystem 20 aus 1 weist in dargestellter Ausführungsform zwei Laufseiten 24, 26 auf. Bei der ersten Laufseite 24 handelt es sich um den Raum innerhalb des C-Profils der Schiene 22. Dieser ersten Laufseite, gespiegelt an den beiden weiteren Querteilen 27, 27', befindet sich die zweite Laufseite 26. 9 zeigt die Ausführungsform gemäß 1, wobei die beiden Laufseiten 24, 26 schraffiert gekennzeichnet sind. Auf der ersten Laufseite 24 weist die Schiene 22 zwei Schienenlaufflächen 28, 30 auf, die sich auf der, der ersten Laufseite zugewandten Seite der weiteren Querteile 27, 27' befinden.
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Auf den Schienenlaufflächen 28, 30 befinden sich Omni-Räder 52, 52'. Die beiden Omni-Räder 52 verfahren, in der in 1 dargestellten Ausführungsform, entlang der Bewegungsrichtung 72. Hierbei rollen die beiden Omni-Räder 52 wie normale Räder um die Achse 55. Auf dem Spalt 32 liegen zwei weitere Omni-Räder 52' auf. Diese bewegen sich in dargestellter Ausführungsform ebenfalls entlang der Bewegungsrichtung 72, jedoch bewegen sich diese nicht um die Achse 55', sondern die Omni-Rad-Rollen 53' der Omni-Räder 52' rollen um deren Drehachsen. Im Gegensatz zu den Omni-Rädern 52, bei denen sich die Omni-Rad-Laufflächen 54 der Omni-Räder 52 um die Achsen 55 drehen, drehen sich bei den Omni-Rädern 52' die Omni-Rad-Laufflächen 54' nicht. Somit zeigt sich bei diesem Ausführungsbeispiel, dass die Omni-Rad-Laufflächen 54, 54' und die Omni-Rad-Rollen 53, 53' der Omni-Räder 52, 52' Bewegungen, jeweils in eine Richtung zulassen. Werden die Omni-Rad-Rollen 53, 53' und die Omni-Rad-Laufflächen 54, 54' gleichzeitig in Rotation versetzt, sind Bewegungen in alle Richtungen in einer Ebene möglich. Die vier Omni-Räder 52, 52' bilden zusammengenommen einen omnidirektionalen Antrieb 42 der Fortbewegungsvorrichtung 40.
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In dargestellter Ausführungsform in 1 sind die 4 Omni-Räder 52, 52' einerseits über ein Verbindungselement 60 miteinander verbunden und darüber hinaus lässt sich mit dem Verbindungselement 60 ein nicht dargestellter Manipulator oder ähnliches verbinden. Dementsprechend weist das Verbindungselement 60 ein erstes Teilelement 64, ein zweites Teilelement 66, sowie ein Zwischenelement 68 auf. Das erste Teilelement 64 ist hierbei mit der Fortbewegungsvorrichtung 40, bzw. mit den 4 Omni-Rädern 52, 52' verbunden. Das erste Teilelement 64 geht in das Zwischenelement 68 über, welches innerhalb des Spalts 32 der Schiene 22 angeordnet ist. Dieses Zwischenelement 68 wiederum geht in das zweite Teilelement 66 des Verbindungselements 60 über. Somit befindet sich das erste Teilelement 64 des Verbindungselements 60 auf der ersten Laufseite 24, das zweite Teilelement 66 des Verbindungselements 60 auf der zweiten Laufseite 26 und das Zwischenelement 68 befindet sich zwischen der ersten und der zweiten Laufseite 24, 26. In dargestellter Ausführungsform weist das zweite Teilelement 66 des Verbindungselements 60, auf der zweiten Laufseite 26, eine Manipulatorbefestigungsvorrichtung 80 auf. Mit dieser Manipulatorbefestigunsvorrichtung 80 kann ein Manipulator verbunden werden. Hierzu ist die Manipulatorbefestigunsvorrichtung 80 als eine Art Flansch ausgebildet, mit der ein nicht dargestellter Flansch eines Manipulators gekoppelt, bzw. verbunden werden kann. Anstelle der dargestellten Ausführungsform, wobei das zweite Teilelement 66 des Verbindungselements 60 mit einer Manipulatorbefestigungsvorrichtung 80 verbunden ist, ist es auch möglich, dass das zweite Teilelement 66 direkt in einen Manipulator übergeht. Demzufolge würde es sich bei einer derartigen Ausführungsform um ein Verbindungselement 60 handeln, wobei das zweite Teilelement 66 direkt in einen Manipulator übergeht und das erste Teilelement 64 direkt in die Fortbewegungsvorrichtung 40 übergeht.
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2 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Fortbewegungsvorrichtung 40. Der omnidirektionale Antrieb 42 ist hier nicht als Omni-Rad 52, wie in 1, ausgebildet, sondern es handelt sich um eine Kugelrolle 58. Die Kugelrolle 58 besteht aus einem Käfig 57, innerhalb dessen eine Kugel 59 angeordnet ist. Die Kugelrolle 58 ist über den Käfig 57 mit dem Verbindungselement 60 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform weist die Fortbewegungsvorrichtung 40 nicht, wie in 1, 4 Rollen auf, sondern lediglich 2 Kugelrollen 58, wobei lediglich eine dargestellt ist. In Anlehnung an die Darstellung aus 1 geht das Verbindungselement 60 in eine Manipulatorbefestigungsvorrichtung 80 über. Diese Fortbewegungsvorrichtung 40 kann in Anlehnung an die Ausführungsform aus 1 ebenfalls mit einem Schienensystem zusammenwirken.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Robotersystems. Die Ausführungsform entspricht hierbei größtenteils der Ausführungsform gemäß 1. Im Gegensatz zu 1 weist die dargestellte Ausführungsform jedoch zwei Fortbewegungsvorrichtungen 40, 40' auf. Die erste Fortbewegungsvorrichtung 40 ist, wie in 1, auf der ersten Laufseite 24 der Schiene 22 angeordnet. Die zweite Fortbewegungsvorrichtung 40' ist auf der zweiten Laufseite 26 der Schiene 22 angeordnet. Die Omni-Räder 52 liegen hierbei spiegelverkehrt, gespiegelt an den Querteilen 27, 27' von unten an den Querteilen 27, 27' an. Die Darstellung aus 2 weist auf der rechten dargestellten Hälfte einen anderen Schnitt als auf der linken Hälfte auf. Der rechte Schnitt ist in der Darstellung weiter hinten liegend angeordnet. Die Omni-Räder 52' der zweiten Fortbewegungsvorrichtung 40' laufen somit auf den, in der Ausführungsform dargestellten unteren Schienenlaufflächen 28', 30', sowie auf der anderen Seite des Spalts 32. In dargestellter Ausführungsform ist die zweite Fortbewegungsvorrichtung 40' auf der zweiten Laufseite 26 mit dem zweiten Teilelement 66 des Verbindungselements 60 verbunden. Die Fortbewegungsvorrichtungen 40, 40' drücken hierbei jeweils auf die Schiene, sodass eine klemmende Verbindung der Fortbewegungsvorrichtungen 40, 40' mit der Schiene 22 hergestellt wird. Hierdurch wird einerseits eine Kippstabilität der Fortbewegungsvorrichtungen 40, 40' und des Verbindungselements 60 ermöglicht. Andererseits ist hiermit eine bessere Fortbewegung, insbesondere bei schrägen oder vertikalen Schienenverläufen, möglich. Ist beispielsweise die Schiene 22 an eine Wand angeordnet, so wird über die klemmende Verbindung der Fortbewegungsvorrichtungen 40, 40' genug Reibung zwischen den Fortbewegungsvorrichtungen 40, 40' und der Schiene 22 ermöglicht, sodass die Fortbewegungsvorrichtungen vertikal auf und ab fahren können.
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Die 4 bis 9 zeigen verschiedene Ausführungsformen des Robotersystems.
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4 zeigt einen Schienenknotenpunkt 36, an dem 4 Schienen 22 kreuzförmig zusammenlaufen. Die Spalte 32 der vier Schienen 22 treffen sich somit in einem gemeinsamen Mittelpunkt. Die drei , , der 4 zeigen ein Durchfahren der Fortbewegungsvorrichtung 40 mit Verbindungselement 60 durch den Knotenpunkt 36, der hierbei einen geknickten Verlauf 21 des Schienensystems 20 erzeugt. In I bewegt sich die Fortbewegungsvorrichtung 40 entlang der Bewegungsrichtung 72 mit Orientierung 70. Bei dieser Bewegung drehen die Omni-Räder 52 um die Achsen der Omni-Räder 52. Die Omni-Räder 52' hingegen ermöglichen die Fortbewegung über die nicht dargestellten Omni-Rad-Rollen 53 der Omni-Räder 52'. Beim Richtungswechsel der Fortbewegungsvorrichtung 40 im Knotenpunkt 36, dargestellt in den , , verfährt die Fortbewegungsvorrichtung 40 in Bewegungsrichtung 72, wobei sich jedoch die Orientierung 70 nicht ändert. Demzufolge drehen sich nun die Omni-Räder 52' um die Drehachsen der Omni-Räder 52' und die Omni-Räder 52 ermöglichen eine Fortbewegung über die nicht dargestellten Omni-Rad-Rollen 53 der Omni-Räder 52.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Robotersystems, die im Wesentlichen der Ausführungsform aus 4 entspricht. An Stelle von vier Omni-Rädern, wie in 4 dargestellt, verfügt die Ausführungsform gemäß 5 über acht Omni-Räder.
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6 zeigt ebenfalls ein Durchfahren eines geknickten Schienenverlaufs Beim Durchfahren des geknickten Verlaufs 21, gezeigt durch die , , , weist die Fortbewegungsvorrichtung 40, in , zuerst eine lineare, vertikal verlaufende Bewegungsrichtung 72 auf. Innerhalb des geknickten Schienenverlaufs weist auch die Fortbewegungsvorrichtung 40 ebenfalls eine lineare, jedoch eine schräg verlaufende Bewegungsrichtung 72 auf. In , nach dem Durchfahren des gebogenen Verlaufs 21, verfährt die Fortbewegungsvorrichtung 40 weiter linear in horizontaler Bewegungsrichtung 72. Da es sich bei der Fortbewegungsvorrichtung 40 um eine omnidirektionale Fortbewegungsvorrichtung 40 handelt, ändert sich beim Durchfahren des geknickten Verlaufs 21 die Orientierung 70 der Fortbewegungsvorrichtung 40 nicht.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Robotersystems. An dem Schienenknotenpunkt 36 sind in 7 drei Schienen 22 angeschlossen. In dargestellter Ausführungsform weist die Fortbewegungsvorrichtung 40 keine Omni-Räder 52 auf, sondern es handelt sich um eine Fortbewegungsvorrichtung 40 mit einem Antrieb 42 mit Panzerlenkung. Bei Erreichen des Knotenpunkts 36 rotiert die Fortbewegungsvorrichtung 40 somit um die eigene Achse. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass die vier Rollen 50, beispielsweise Räder, eine gleiche Drehzahl aufweisen, wobei jeweils gegenüberliegende Rollen 50 eine entgegengesetzte Drehrichtung aufweisen und die Drehrichtung aller Rollen 50, vereinfacht ausgedrückt ansatzweise im Uhrzeigersinn verlaufen. Beim Durchfahren des Knotenpunkts 36 ändert sich nun aber die Orientierung 70 der Fortbewegungsvorrichtung 40.
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8 zeigt eine ähnliche Ausführungsform des Robotersystems, wie in 7 dargestellt. Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß 7 verfügt die Fortbewegungsvorrichtung 40 in 8 jedoch lediglich über zwei Rollen 50, die ebenfalls eine Panzerlenkung aufweisen. Beim Durchfahren des Knotenpunkts 36 ändert sich somit erneut die Orientierung 70 der Fortbewegungsvorrichtung 40.
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9 zeigt, wie bereits oben beschrieben, die Ausführungsform gemäß 1, wobei die beiden Laufseiten 24, 26 schraffiert gekennzeichnet sind.
