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Die Erfindung betrifft einen Roboter umfassend eine als Hexapod ausgeführte Parallelkinematikmaschine mit einer damit in sechs Freiheitsgraden antreibbar bewegbaren Plattform und einer mit der Plattform verbundenen Gondel, die zumindest einen Sitz für eine Person aufweist.
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Derartige Roboter finden insbesondere als Fahr- oder Flugsimulatoren Verwendung.
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Aus der
AT 511 523 A1 geht eine Vorrichtung zur räumlichen Bewegung von Personen hervor, bei der eine Gondel mit einer als Hexapod ausgeführten Parallelkinematikmaschine verbunden ist. In der
DE 10 2016 107 239 A1 ist ein Fahrgestell mit einer Fahrgastaufnahme für ein Fahrgeschäft, insbesondere eine Geisterbahn offenbart, das einen Hexapod und einen damit verbundenen Drehtisch aufweist. Aus der
DE 101 50 382 A1 geht eine als Fahrsimulator genutzte Vorrichtung zur räumlichen Bewegung von Personen hervor, bei der eine Gondel mit einer als Hexapod ausgeführten Parallelkinematikmaschine verbunden ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen ebensolchen Roboter anzugeben, dessen Gondel eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Bewegungsmöglichkeit aufweist.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Die Aufgabe ist mit einem Roboter gelöst, wobei der Roboter umfasst eine als Hexapod ausgeführte Parallelkinematikmaschine mit einer damit in sechs Freiheitsgraden antreibbar bewegbaren Plattform, und eine Gondel, die über eine antreibbare erste Mechanik mit der Plattform verbunden ist, wobei die erste Mechanik derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass die Gondel durch die erste Mechanik relativ zur Plattform um eine zur Plattform senkrecht stehende Achse A1 und um eine zur Achse A1 senkrecht stehende Achse A2 jeweils separat antreibbar rotierbar ist, wobei sich die Achsen A1 und A2 schneiden.
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Die erste Mechanik umfasst vorteilhaft zwei Aktuatoren zum rotatorischen Antrieb der Gondel um die zwei Achsen A1 und A2.
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Vorteilhaft umfasst der Roboter ein Steuergerät, das den Roboter bzw. die entsprechenden Aktoren steuert.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich der Roboter weiterhin dadurch aus, dass eine parallel zur Oberseite der Plattform angeordnete, um die Achse A1 relativ zur Plattform antreibbar rotierbar gelagerte Basisplatte vorhanden ist, dass weiterhin auf einer Oberseite der Basisplatte ein Gestell montiert ist, das einen sich im Wesentlichen parallel zur (Oberseite der) Basisplatte erstreckenden und mit Basisplatte verbundenen ersten Teil und einen sich im Wesentlichen senkrecht zur (Oberseite der) Basisplatte erstreckenden zweiten Teil aufweist, wobei der zweite Teil derart mit der Gondel verbunden ist, dass die Gondel um die Achse A2 antreibbar rotierbar ist.
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Vorteilhaft ist ein die Basisplatte zur Rotation um die Achse A1 antreibender Aktuator an der Plattform vorhanden ist und ein die Gondel zur Rotation um die Achse A2 antreibender Aktuator an dem zweiten Teil des Gestells vorhanden.
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Der Hexapod ermöglicht eine Bewegung in sechs Freiheitsgraden (drei translatorische sowie drei rotatorische). Vorteilhaft ist bei dem Hexapod die Plattform über Kreuzgelenke mit sechs Aktuatoren verbunden.
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Der vorgeschlagene Roboter verfügt somit zur Bewegung der Gondel somit über mindesten acht Freiheitsgrade: sechs aus dem Hexapod und zwei aus den antreibbaren Achsen A1 und A2.
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Weiterhin zeichnet sich der Roboter dadurch aus, dass zwischen der Basisplatte und dem ersten Teil des Gestells eine zweite Mechanik angeordnet ist, wobei die zweite Mechanik derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass das Gestell mit der daran gekoppelten Gondel mittels der zweiten Mechanik relativ zur Basisplatte translativ einstellbar positionierbar ist. Unter einer „translativen Positionierung“ wird vorliegend eine Positionierung entlang einer Linie, insbesondere einer geraden Linie, d.h. eine Linearbewegung verstanden.
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Vorteilhaft ermöglicht die zweite Mechanik eine translative einstellbare Positionierung des Gestells parallel zur Achse A2.
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Vorteilhaft ist die translative Positionierung des Gestells mittels eines ansteuerbaren Aktuators, insbesondere kontinuierlich einstellbar.
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In dieser Ausführungsform verfügt der vorgeschlagene Roboter zur Bewegung der Gondel somit über neun Freiheitsgrade: sechs aus dem Hexapod, zwei aus den antreibbaren Achsen A1 und A2 und eine aus der einstellbaren Positionierung entlang der Achse A3.
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Durch die zweite Mechanik ergeben sich folgende Vorteile. Durch die zweite Mechanik sind variable räumliche Einstellungen der entsprechenden Drehachsen des Roboters relativ zueinander möglich, was bspw. zu einer Kraftzunahme führt, umso weiter die Gondel sich vom jeweiligen eigentlichen Drehpunkt bzw. Drehachse entfernt (ähnlich einer Zentrifuge mit linear verstellbarem Arm).
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Weiterhin sind Drehpunkte variabel im Raum positionierbar. Durch Kombination der Freiheitsgrade des Hexapods und der Freiheitsgrade der darauf angeordneten ersten und zweiten Mechanik entstehen für die Kinematik des Gesamtsystems erheblich mehr Kombinationsmöglichkeiten zur Nutzung der verschiedenen vorhandenen Freiheitsgrade. Je nach Anwendungsfall kann ein im Steuergerät vorteilhaft vorhandener, sogenannter „Washout-Filter“ unterschiedliche, der vorhandenen Aktuatoren beliebig steuern und kombinieren, um gewünschte Effekte zu erzielen (vgl. zum Thema „Washout-Filter bspw. „Adaptive Washout Filter Based on Fuzzy Logic for a Motion Simulation Platform With Consideration of Joints' Limitations“ von Mohammad Reza Chalak Qazani; Houshyar Asadi; Tobias Bellmann; Shady Mohamed; Chee Peng Lim. In DLR's elektronischer Bibliothek: http://elib.dlr.de oder https://ieeexplore.ieee.org/document/9195770).
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Die in dem vorgeschlagenen Roboter verwirklichten Möglichkeiten zur Kombination von möglichen Translationen und Rotationen des Roboters ermöglichen unter anderem gegenüber einem Roboter mit nur einem Hexapod, eine Erhöhung oder Verminderung von auf die Gondel wirkenden möglichen Beschleunigungen und Kräften.
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Die endlos, d.h. uneingeschränkt rotierbaren Achsen A1 und A2 sind vorteilhaft als Hohlwellen ausgeführt und umfassen vorteilhaft bspw. Schleifringe zur leitungsbasierten Energieübertragung. Alternativ oder zusätzlich sind Spulen zur induktiven Energieübertragung vorhanden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des vorgeschlagenen Roboters zeichnet sich dadurch aus, dass die Basisplatte kreisförmig ausgeführt ist (d.h. eine kreisförmige Oberfläche aufweist) und die Basisplatte in einem an der Plattform angeordneten Drehlager gelagert ist.
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Vorteilhaft ist die Gondel zur Aufnahme von zumindest einem Lebewesen, insbesondere einem Menschen ausgeführt.
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Vorteilhaft weist die Gondel zur Eingabe und/oder Änderung zumindest eines Steuerparameters zumindest eine manuelle, akustische und/oder optische Eingabeschnittstelle auf.
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Vorteilhaft umfasst der vorgeschlagene Roboter ein Steuergerät zum Ansteuern des Hexapoden (bzw. von dessen Aktoren) und der Aktoren der ersten Mechanik, wobei das Steuergerät ein dynamisches Kinematikmodell eines Fahrzeugs und ein Umweltmodell aufweist.
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Vorteilhaft erfolgt die Ansteuerung der Aktoren des Hexapoden und der ersten und/oder zweiten Mechanik basierend auf dem dynamischen Kinematikmodell und dem Umweltmodell. Vorteilhaft berücksichtigt das Steuergerät zur Steuerung des Roboters zudem einen oder mehrere über die Eingabeschnittstelle in der Gondel eingebbare/einstell-/änderbare Steuerparameter.
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Vorteilhaft umfasst das vorgeschlagene Kinematikmodel mindestens ein Verfahren zur Aufteilung einzelner Bewegungsanteile auf die Aktoren der Plattform und der ersten Mechanik, bei dem je nach Anforderung der Bewegungssimulation die Freiheitsgrade der Mechaniken optimal im Arbeitsraum genutzt werden.
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Vorteilhaft steuert das Steuergerät auch den an der zweiten Mechanik vorhandenen Aktuator.
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Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorteilhaft um ein Luftfahrzeug, ein Landfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Unterwasserfahrzeug oder ein Raumfahrzeug.
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Das dynamische Kinematikmodell eines Fahrzeugs ist vorzugsweise als mathematisches Modell, insbesondere auf Basis von Differentialgleichungen vorgegeben, welche das dynamische kinematische Verhalten des Fahrzeugs beschreiben.
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Das Umweltmodell ist als Datensatz und/oder vorzugsweise ebenfalls als ein mathematisches Modell der Umwelt ausgeführt, in der sich das Fahrzeug bewegt, bspw. beschreibend ein Geländemodell mit oder ohne Verkehrswegen, Infrastruktur etc. und/oder beschreibend ein Atmosphärenmodell mit oder ohne Windfeldern, Niederschlägen, Temperaturschichtungen etc. und/oder beschreibend ein Modell des planetaren oder interplanetaren Universums mit oder ohne enthaltene Sterne, Planeten, Asteroiden, Weltraumschrott, Satelliten etc. und/oder beschreibend ein Modell eines Gewässers mit oder ohne Grundrelief, Dichteänderungen, Temperaturschichtungen etc.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Fahrzeugsimulator mit einem ebensolchen Roboter.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsform des vorgeschlagenen Roboters, und
- 2 zur Veranschaulichung eine realitätsnähere CAD Darstellung einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Roboters
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1 zeigt eine Ausführungsform des vorgeschlagenen Roboters umfassend eine als Hexapod 101 ausgeführte Parallelkinematikmaschine mit einer damit in sechs Freiheitsgraden antreibbar bewegbaren Plattform 102. Weiterhin umfassend eine Gondel 103, welche der Übersichtlichkeit wegen in 1 nicht dargestellt ist, (siehe hierzu 2), die über einen Verbindungsflansch 120 mit einer antreibbaren ersten Mechanik 104, welcher wiederum mit der Plattform 102 verbunden ist, wobei die erste Mechanik 104 derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass die an der ersten Mechanik angeordnete Gondel 103 relativ zur Plattform 102 um eine zur Plattform 102 senkrecht stehende Achse A1 105 und um eine zur Achse A1 105 senkrecht stehende Achse A2 106 jeweils separat antreibbar rotierbar ist, wobei sich die Achsen A1 105 und A2 106 schneiden.
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Die Roboter zeichnet sich in dieser Ausführungsform weiterhin dadurch aus, dass eine parallel zur Oberseite der Plattform 102 angeordnete, um die Achse A1 105 relativ zur Plattform 102 antreibbar rotierbar gelagerte Basisplatte 110 vorhanden ist, dass weiterhin auf einer Oberseite der Basisplatte 110 ein Gestell 112 montiert ist, das einen sich im Wesentlichen parallel zur Basisplatte 110 erstreckenden und mit Basisplatte 110 verbundenen ersten Teil 113 und einen sich im Wesentlichen senkrecht zur Basisplatte 110 erstreckenden zweiten Teil 114 aufweist, wobei der zweite Teil 114 derart mit der Gondel 103 verbunden ist, so dass die Gondel 103 um die Achse A2 106 antreibbar rotierbar ist.
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Die Roboter zeichnet sich in dieser Ausführungsform weiterhin dadurch aus, dass zwischen der Basisplatte 110 und dem ersten Teil 113 des Gestells 112 eine zweite Mechanik 107 angeordnet ist, wobei die zweite Mechanik 107 (in 1 nicht dargestellt) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass durch die zweite Mechanik 107 das Gestell 112 mit der daran gekoppelten Gondel 103 relativ zur Basisplatte 110 translativ, vorliegend entlang der Achse A3 einstellbar positionierbar ist. Dadurch kann also das gesamte Gestell 112 samt daran gekoppelter Gondel relativ zur Basisplatte 110 entlang der Achse A3 positioniert werden. Die einstellbare Positionierung erfolgt vorteilhaft kontinuierlich durch einen ansteuerbaren Aktuator.
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2 zeit zur Veranschaulichung eine realitätsnähere CAD Darstellung der in 1 gezeigten Ausführungsform des vorgeschlagenen Roboters. Die vorstehenden Ausführungen zu 1 sind daher sinngemäß auf 2 zu übertragen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa einer weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Hexapod
- 102
- Plattform
- 103
- Gondel
- 104
- erste antreibbare Mechanik
- 105
- Achse A1
- 106
- Achse A2
- 107
- zweite antreibbare Mechanik
- 110
- Basisplatte
- 112
- Gestell
- 113
- erster Teil des Gestells
- 114
- zweiter Teil des Gestells
