DE10212965B4

DE10212965B4 - Kletterroboter für die sichere Bewegung auf einem glatten Untergrund

Info

Publication number: DE10212965B4
Application number: DE2002112965
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Bräuning; Florian Dipl.-Ing. Simons; Kai Dipl.-Ing. Wegener; Peter Dipl.-Ing. Schmidt; Andreas Stäb; Gian Piero Grandi; Domenico Muscogiuri
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2022-03-23
Also published as: DE10212965A1

Abstract

Kletterroboter für die sichere Bewegung auf einem glatten Untergrund, mit einem an einem Trägerrahmen (17) aufgehängten Raupenantrieb (8), bei dem an zumindest einem über ein vorderes (20) und ein hinteres Umlenkelement (19) geführten Endlostransportelement (21) passive Saugelemente (12) für die Haftung auf dem Untergrund (30) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen (17) oder der Raupenantrieb (8) in einem in Vortriebsrichtung hinteren Bereich Abstützmittel (16) aufweist, die während der Vortriebsbewegung am Untergrund (30) aufliegen, und dass der Raupenantrieb (8) derart ausgebildet und am Trägerrahmen (17) aufgehängt ist, dass das Endlostransportelement (21) während der Vortriebsbewegung am vorderen Umlenkelement (20) näher am Untergrund (30) geführt wird als im Bereich zwischen dem vorderen (20) und dem hinteren Umlenkelement (19).

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kletterroboter für die sichere Bewegung auf einem glatten Untergrund, mit einem an einem Trägerrahmen aufgehängten Raupenantrieb, bei dem an zumindest einem über ein vorderes und ein hinteres Umlenkelement geführten Endlostransportelement passive Saugelemente für die Haftung auf dem Untergrund befestigt sind.
Kletterroboter werden heutzutage vor allem in Bereichen eingesetzt, die für den Menschen nur schwer oder nur unter Gefahr zugänglich sind. Beispiele sind die Inspektion von schwer zugänglichen technischen Einrichtungen, Erkundungsaufgaben sowie die Untersuchung und Bearbeitung von Hochhausfassaden und Schiffsrümpfen. Ein weiteres verbreitetes Einsatzgebiet von Kletterrobotern ist die Reinigung von Bauwerken, bspw. von Glasfassaden.
Stand der Technik
Bei bekannten Kletterrobotern wird die Haftung am Untergrund durch aktive oder passive Saugelemente oder durch elektromagnetische Anziehung mittels Magneten erreicht. Die Antriebsprinzipien dieser Kletterroboter reichen von Ausgestaltungen mit Vielfachbeinen bis zu der Fortbewegung mittels Raupenantrieb.
So ist aus dem im August 2001 veröffentlichten Produktblatt Nr. 300/124 des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung ein Kletterroboter als mobiler Werbe- und Informationsträger bekannt, der sich nach dem sog. Sliding-Frame-Prinzip über den Untergrund bewegt. Bei diesem Kletterroboter ist eine erste Gruppe von vier über Zahnriemen angetriebenen Beinen an einem Grundrahmen befestigt, die aktive Saugmodule zur Haftung am Untergrund aufweisen. Eine weitere Gruppe von vier Beinen, die ebenfalls über Zahnriemen angetrieben werden, ist symmetrisch im Zentrum des Roboters angeordnet und drehbar gelagert. Durch einen Drehantrieb lässt sich auf diese Weise neben einer Translationsbewegung durch abwechselnden Antrieb der beiden Gruppen auch eine Rotationsbewegung des Kletterroboters durchführen, so dass er jeden beliebigen Punkt auf ebenen und schwach gekrümmten Flächen erreichen kann.
Aus der DE 296 22 167 U1 ist ein Kletterroboter mit einem Raupenantrieb bekannt. Der Raupenantrieb umfasst eine Transportkette mit daran befestigten aktiven Saugelementen. Jedes dieser Saugelemente ist einzeln an eine Vakuumleitung angeschlossen und wird mittels einer entsprechenden Steuereinheit zu dem Zeitpunkt angesteuert, an dem die Saugelemente in Kontakt mit dem Untergrund treten. Die Transportkette wird über zwei Kettenräder geführt, von denen eines für eine Richtungsänderung des Kletterrobotors drehbar gelagert ist.
Der Einsatz aktiver Saugelemente erfordert jedoch entweder einen am Kletterroboter angeordneten Kompressor mit Druckbehälter, der ein hohes Gewicht und einen erheblichen Energieverbrauch hat, oder die Mitführung einer ausreichend langen Vakuumleitung, die der Kletterroboter hinter sich herziehen muss.
Auch die EP 0 584 520 A1 beschreibt einen Kletterroboter mit aktiven Saugelementen für die Bewegung an einer Wand, der einen an einem Trägerrahmen aufgehängten Raupenantrieb mit einem über ein vorderes und ein hinteres Umlenkelement geführten Endlostransportelement aufweist, an dem die Saugelemente befestigt sind. Der Kletterroboter dieser Druckschrift weist weiterhin Abstützmittel auf, die bei still stehendem Roboter am Untergrund abgesetzt werden, um den Roboter in eine andere Richtung zu drehen. Nach dem Absetzen der Abstützmittel saugen sich daran angebrachate aktive Saugelemente durch Verbindung mit einer Vakuumeinrichtung am Untergrund fest. Anschließend wird der Raupenantrieb vom Untergrund abgehoben und in eine andere Richtung gedreht. Nach dem Aufsetzen und Wiederansaugen des Raupenantriebs werden dann die Abstützelemente wieder vom Untergrund gelöst und abgehoben, so dass sich der Kletterroboter anschließend in die neue Richtung bewegen kann.
Aus der DE 197 27 421 C2 ist ein weiterer Kletterroboter mit einem Raupenantrieb bekannt, bei dem die Haftung am Untergrund über passive Saugelemente realisiert wird. Dieser gattungsgemäße Kletterroboter verfügt über zwei über jeweils ein vorderes und ein hinteres Umlenkelement geführte Endlostransportelemente, an denen die passiven Saugelemente befestigt sind. Jedes der Saugelemente weist ein Belüftungsventil auf, das bei der Fortbewegung des Kletterroboters kurz vor dem Abheben des Saugelementes vom Untergrund mechanisch betätigt wird. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die Auslösung der Haft- und Lösungsfunktion der passiven Saugelemente ohne jede Zuhilfenahme einer Vakuumpumpe oder eines Drucklufterzeugers, so dass sich das Gewicht sowie der Energieverbrauch dieses Kletterroboters gegenüber dem vorangehend beschriebenen Kletterroboter deutlich verringern. Eine Richtungssteuerung erfolgt bei diesem Kletterroboter durch unterschiedliche Steuerung der Geschwindigkeit der beiden Endlostransportelemente.
Bei diesem Kletterroboter besteht jedoch die Gefahr, dass er sich bei der Bewegung über eine längere Distanz an senkrechten glatten Oberflächen vom Untergrund löst.
Gerade auf dem Gebiet der Reinigung von glatten, vertikalen oder horizontalen Flächen werden derzeit häufig speziell für das jeweilige zu reinigende Bauwerk entwickelte Reinigungssysteme eingesetzt, die definierte Vorrichtungen und Veränderungen am Bauwerk erfordern. Sie sind daher nicht ohne Änderungen oder Erweiterungen auf andere Gebäude zu übertragen. Kletterroboter, die sich insbesondere für den Einsatz im privaten Bereich, bspw. im Haushalt, für die Reinigung von glatten, vertikalen und horizontalen Flächen eignen und zudem mit geringen Abmessungen realisierbar sind, die diesen Einsatz erst ermöglichen, sind bisher nicht bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kletterroboter für die Bewegung auf einem glatten Untergrund anzugeben, der insbesondere an vertikalen Flächen sicher haftet und sich mit geringen Abmessungen realisieren lässt. Der Kletterroboter soll sich insbesondere für den Einsatz als autonomes Reinigungssystem für kleinere horizontale und vertikale Flächen im Haushaltsbereich eignen.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Kletterroboter gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Kletterroboters sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Der vorliegende Kletterroboter für die sichere Bewegung auf einem glatten Untergrund besitzt einen an einem Trägerrahmen aufgehängten Raupenantrieb, bei dem an zumindest einem über ein vorderes und ein hinteres Umlenkelement geführten Endlostransportelement passive Saugelemente für die Haftung auf dem Untergrund befestigt sind. Der Trägerrahmen oder der Raupenantrieb weist in einem in Vortriebsrichtung des Kletterrobotors hinteren Bereich Abstützmittel auf, die während der Vortriebsbewegung am Untergrund aufliegen. Weiterhin ist der Raupenantrieb derart ausgebildet und am Trägerrahmen aufgehängt, dass das Endlostransportelement während der Vortriebsbewegung am vorderen Umlenkelement näher am Untergrund geführt wird als im Bereich zwischen dem vorderen und dem hinteren Umlenkelement.
Beim vorliegenden Kletterroboter wird durch das Zusammenwirken der Abstützmittel mit den gerade zwischen dem vorderen und hinteren Umlemkelement am Untergrund haftenden Saugelementen eine Hebelwirkung hervorgerufen, durch die das bzw. die im Bereich des vorderen Umlenkelementes mit dem Untergrund in Kontakt tretenden Saugelemente aktiv gegen den Untergrund gepresst werden. Durch diese Kraftwirkung auf die während der Vortriebsbewegung jeweils vordersten Saugelemente wird ein größerer Unterdruck in diesen Saugelementen erzeugt als dies bei den herkömmlichen bekannten Raupenantrieben mit passiven Saugelementen der Fall ist. Die Haftung des Kletterroboters am Untergrund wird dadurch deutlich verbessert, so dass sich der vorliegende Kletterroboter auch über größere Distanzen an vertikalen, glatten Flächen bewegen kann, ohne sich langsam durch die Fortbewegung abzulösen. Der Kletterroboter muss hierzu nur einmalig gegen den glatten Untergrund gedrückt werden und kann sich dann selbständig geradlinig fortbewegen.
Selbstverständlich lassen sich auch entsprechende aus dem Stand der Technik bekannte Mechanismen vor sehen, die eine Richtungsänderung des Kletterroboters erlauben. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz zweier parallel zueinander verlaufender und unabhängig voneinander antreibbarer Endlostragelemente, so dass eine leichte Richtungssteuerung des Kletterroboters über eine unterschiedliche Antriebsgeschwindigkeit der beiden Endlostragelemente realisiert werden kann. Eine bevorzugte Ausgestaltung des vorliegenden Kletterroboters mit einem Mechanismus zur Richtungsänderung ist weiter unten beschrieben.
Die Abstützmittel können beim vorliegenden Kletterroboter auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein. Sie können bspw. durch eine entsprechend bis zum Untergrund hin verlängerte Ausführung des Trägerrahmens am hinteren Ende des Kletterroboters realisiert werden. Auch durch die jeweils hinteren am Untergrund aufliegenden Saugelemente können die Abstützmittel in einer Ausführungsform des Kletterroboters gebildet sein. Weiterhin lassen sich diese Abstützmittel auch als getrennte, voneinander beabstandete Stützen realisieren. Vorzugsweise sind die Abstützmittel an ihren mit dem Untergrund in Berührung kommenden Flächen abgerundet und aus einem gut gleitenden Material gebildet oder damit beschichtet, so dass durch Gleitreibung nur ein geringer zusätzlicher Reibungswiderstand mit diesen Abstützelementen erzeugt wird. In einer weiteren Ausgestaltung können diese Abstützmittel auch drehbar gelagerte Rollelemente zum Abrollen auf dem Untergrund aufweisen, so dass bei der Fortbewegung des Kletterroboters aufgrund der Abstützmittel lediglich eine zusätzliche Rollreibung zu überwinden ist. Bei einer Ausgestaltung des vor liegenden Kletterroboters, bei der sich dieser sowohl vorwärts als auch rückwärts bewegen kann, müssen die Abstützmittel selbstverständlich sowohl im vorderen Bereich als auch im hinteren Bereich des Trägerrahmens vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäße Ausbildung und Aufhängung des Raupenantriebs am Trägerrahmen, bei der das Endlostransportelement im Bereich des vorderen Umlenkelementes näher am Untergrund geführt wird als im Bereich zwischen den Umlenkelementen, kann in unterschiedlicher Weise realisiert werden. So kann der Raupenantrieb bspw. derart schräg im Trägerrahmen aufgehängt sein, dass sich das vordere Umlenkelement während der Vortriebsbewegung näher am Untergrund befindet als hintere Umlenkelement. In einer anderen Ausgestaltung können beide Umlenkelemente den gleichen Abstand zum Untergrund aufweisen, wobei in diesem Fall das Endlostransportelement über zusätzliche Umlenkelemente im Bereich zwischen dem vorderen und dem hinteren Umlenkelement in einem größeren Abstand zum Untergrund geführt wird.
Durch diese Ausgestaltung des Kletterroboters wird durch die in Vortriebsrichtung hinter dem vorderen Umlenkelement am Untergrund haftenden Saugelemente eine erhöhte Zugwirkung auf den Kletterroboter ausgeübt, die über die Abstützmittel, die in diesem Fall auch durch die jeweils hintersten am Untergrund aufliegenden Saugelemente gebildet sein können, eine Kraftwirkung in Richtung des Untergrundes auf die jeweils am vorderen Umlenkelement neu auf dem Untergrund auftreffenden Saugelemente umgelenkt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Kletterroboters wird auf das vordere Umlenkelement zusätzlich eine Federkraft über ein zwischen dem vorderen Umlenkelement und dem Trägerrahmen geeignet angeordnetes Federelement ausgeübt. Die Richtung dieser Federkraft ist hierbei gegen den Untergrund gerichtet.
Unter dem beim vorliegenden Kletterroboter eingesetzten Raupenantrieb wird eine Anordnung verstanden, bei der zumindest ein Endlostransportelement über zumindest zwei voneinander beabstandete Umlenkelemente bewegt wird, wobei die Saugelemente direkt an diesem Endlostransportelement befestigt sind und den Kontakt zum Untergrund herstellen. Die Endlostransportelemente können beim vorliegenden Kletterroboter in unterschiedlichen Ausführungsformen realisiert sein. So können diese in bekannter Weise bspw. als Riemen oder Ketten ausgebildet sein. Die Saugelemente können direkt an der Oberfläche dieser Riemen oder Ketten oder auch in Zwischenräumen zwischen einzelnen parallel verlaufenden Riemen oder Ketten befestigt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Kletterrobotors sind mehrere Reihen von Saugelementen parallel zueinander auf einem oder mehreren Endlostragelementen bzw. zwischen zumindest zwei Endlostragelementen angeordnet. Die Endlostragelemente werden bevorzugt über einen gemeinsamen Antriebsmotor angetrieben.
Das Lösen der Saugelemente am in Vortriebsrichtung hinteren Umlenkelement vom Untergrund erfolgt durch die Umlenkung des Endlostragelementes in diesem Bereich automatisch. Zur Unterstützung dieser Loslösung vom Untergrund können die Saugelemente auch mit Ventilen zur Belüftung ausgestattet sein. Für diese Belüftung ist vorzugsweise ein Belüftungsmechanismus vorgesehen, der die Saugelemente kurz vor dem Abheben vom Untergrund belüftet. Dieser Belüftungsmechanismus kann in Form eines starren Elementes, bspw. eines Bleches, im hinteren Bereich des Umlenkelementes gebildet sein, an dem sich die Saugelemente vorbei bewegen. Durch geeignete Anordnung dieses starren Elementes sowie der Betätigungsmittel für die Belüftungsventile kann durch einen Eingriff beider beim Vorbeibewegen der Saugelemente ein kurzzeitiges Öffnen der Ventile und somit eine Belüftung der Saugelemente erreicht werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Kletterroboters ist der Raupenantrieb um eine zumindest annähernd senkrecht zum Untergrund verlaufende Achse drehbar im Trägerrahmen gelagert und mit einem Drehantrieb innerhalb eines Winkelbereiches um diese Achse drehbar. Weiterhin ist eine Hub- und Saugeinrichtung am Trägerrahmen befestigt, über die der Trägerrahmen mit dem Raupenantrieb vom Untergrund abhebbar und wieder auf den Untergrund aufsetzbar ist. Bei dieser Ausgestaltung sind die Saugelemente der Endlostransportelemente mit Belüftungsventilen ausgestattet, so dass sie zum Abheben des Raupenantriebs mittels der Hub- und Saugeinrichtung belüftet werden können. Hierfür ist ein gesonderter Belüftungsmechanismus zur gleichzeitigen Belüftung aller jeweils am Untergrund haftender Saugelemente des Raupenantriebs vorgesehen. Die Hub- und Saugeinrichtung besteht vorzugsweise aus mehreren über einen separaten Antrieb im Trägerrahmen auf den Untergrund aufsetzbaren Stütz elementen mit daran befestigten Saugelementen, die über eine Vakuumeinrichtung zur Haftung am Untergrund abgesaugt oder zum Lösen vom Untergrund belüftet werden können. Der Drehantrieb für die Drehung des Raupenantriebs innerhalb des Trägerrahmens ist vorzugsweise für eine Drehung des Raupenantriebs um ± 180° innerhalb des Trägerrahmens ausgestaltet.
Durch diese Ausgestaltung lässt sich der Kletterroboter sehr einfach in beliebige Richtungen steuern. Bei einer Richtungsänderung wird der Raupenantrieb mit dem Trägerrahmen über die Hub- und Saugeinrichtung vom Untergrund abgehoben. Die Hub- und Saugeinrichtung sorgt in diesem Zustand für die weitere Haftung am Untergrund. In diesem abgehobenem Zustand wird der Raupenantrieb innerhalb des Trägerrahmens in die gewünschte Richtung gedreht und anschließend der Trägerrahmen mit dem Raupenantrieb mittels der Hub- und Saugeinrichtung wieder auf den Untergrund aufgesetzt. Die Hub- und Saugeinrichtung löst sich schließlich wieder vom Untergrund, so dass sich der Kletterroboter mittels des Raupenantriebes nunmehr in die gewünschte Richtung bewegen kann. Eine Richtungsänderung des Roboters wird vorzugsweise über eine entsprechend am Kletterroboter vorgesehene Steuerung realisiert, die den Raupenantrieb, den Drehantrieb für die Drehung des Raupenantriebs innerhalb des Trägerrahmens, die Hub- und Saugeinrichtung für das Abheben des Trägerrahmens mit dem Raupenantrieb vom Untergrund sowie die Haftung am Untergrund, und den Belüftungsmechanismus für die gleichzeitige Belüftung aller am Untergrund haftenden Saugelemente des Raupenantriebes in geeigneter Weise ansteuert, um die Richtungsänderung zu realisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorliegenden Kletterroboters sind Sensoren am Kletterroboter, insbesondere an dessen Trägerrahmen, angeordnet, mit denen eine seitliche Begrenzung des Untergrundes sowie Hindernisse auf dem Untergrund erkannt werden können. Diese Sensoren, die beispielsweise durch Mikrotaster und optional zusätzlich durch Entfernungssensoren gebildet sein können, sind mit der Steuerung für eine Änderung der Bewegungsrichtung des Kletterroboters verbunden, die bei Erreichen einer derartigen Begrenzung oder eines derartigen Hindernisses eine geeignete Änderung der Bewegungsrichtung des Kletterroboters herbeiführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Saugelemente derart an den Endlostransportelementen befestigt, dass sie beim Aufsetzen auf den Untergrund bereits mit ihrer Saugfläche annähernd parallel zum Untergrund ausgerichtet sind. Dies kann durch eine Ausgestaltung erreicht werden, bei der die Saugelemente um senkrecht zur Vortriebsrichtung verlaufende Achsen drehbar am Endlostransportelement befestigt und derart geführt sind, dass sie in jeder Stellung des Endlostransportelementes während der Vortriebsbewegung mit ihrer Ansaugöffnung in Richtung des Untergrundes ausgerichtet sind. Diese Lagerung und Führung der Saugelemente entspricht dem bekannten Paternosterprinzip. In einer weiteren Ausgestaltung können diese Saugelemente über Gelenke am Endlostransportelement befestigt sein, die ein Umklappen der Saugelemente in Bewegungsrichtung des Endlostransportelementes um einen Winkel von ca. 90° ermöglichen und mit einem Federelement versehen sind, das das Umklappen unterstützt. Durch das erzwungene Umklappen wird ebenfalls erreicht, dass die Saugelemente mit ihren Saugflächen während der Vortriebsbewegung annähernd parallel zum Untergrund auf den Untergrund aufgesetzt werden. Diese Ausgestaltungen haben insbesondere den Vorteil, dass die Umlenkelemente in ihrem Radius relativ klein gewählt werden können, ohne dass die Gefahr eines Umstülpens der Saugelemente beim Auftreffen auf den Untergrund besteht. Die hierdurch mögliche Ausgestaltung der Umlenkelemente mit kleinerem Radius führt zu einer sehr kompakten Ausführung des Kletterroboters, so dass sich dieser insbesondere auch für den Einsatz auf kleineren Flächen eignet.
Der vorliegende Kletterroboter ist derart ausgestaltet, dass er weitere Funktionseinheiten tragen kann, insbesondere ein zusätzliches Bearbeitungs- oder Inspektionsmodul.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der vorliegende Kletterroboter mit einem Reinigungsmodul zur Reinigung des Untergrundes ausgestattet. Das Reinigungsmodul besteht vorzugsweise aus einer Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf den Untergrund sowie einem in Vortriebsrichtung hinter der Einrichtung zum Aufbringen der Flüssigkeit angeordneten Mikrofasertuch sowie einer Abziehlippe, die während der Vortriebsbewegung am Untergrund aufliegen. Ein derart ausgestalteter Kletterroboter lässt sich besonders vorteilhaft in Verbindung mit der oben beschriebenen Einrichtung zur Richtungsänderung im Haushaltsbereich zur Reinigung von glatten, horizontalen und vertikalen Flächen einsetzen. Derartige Flächen können bspw.
Fensterscheiben, Kachelwände, Duschkabinen, Kachelböden, Spiegelwände u. ä. sein.
Das Reinigungsmodul ist vorzugsweise in Form einer Reinigungskartusche ausgebildet, die sich leicht gegen eine neue Kartusche austauschen lässt. Die neue Reinigungskartusche ist mit frischem Reinigungsmedium und frischem Mikrofasertuch gefüllt. Alternativ kann sich das Reinigungsmedium auch in einem nachfüllbaren Tank auf dem Kletterroboter befinden. Der Einsatz von Mikrofasertüchern eignet sich zum Reinigen und Trocknen der Flächen in besonderer Weise, da die Mikrofasertücher den Schmutz und das Reinigungsmedium, welches nur als dünner Film auf den Untergrund aufgetragen wird, gut aufnimmt. Der Schmutz bleibt durch die Struktur des Mikrofasertuchs in den Fasern des Tuches gefangen.
Der Reinigungsroboter trägt seine Energieversorgung vorzugsweise in Form eines wieder aufladbaren Akkus. Weiterhin kann eine Dockingstation vorgesehen sein, in die der Reinigungsroboter bei Nichtbenutzung abgestellt wird. Während dieser Zeit werden mittels automatisch beim Einlegen schließender Kontakte die Akkus des Reinigungsroboters wieder aufgeladen. Zusätzlich kann die Reinigungskartusche ausgetauscht bzw. der Reinigungstank automatisch wieder aufgefüllt werden.
In der bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Kletterroboters mit Reinigungsmodul funktioniert das Reinigungsmodul in beide Richtungen (bidirektional) und ist innerhalb des Trägerrahmens federnd gelagert. Durch diese federnde Lagerung wird ein ständiger Kontakt mit dem Untergrund, d. h. der zu reinigenden Fläche, gewährleistet. Als Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit kann hierbei bspw. ein Feuchtetuch, eine Sprühvorrichtung, ein perforierter Bewässerungsschlauch oder eine perforierte Bewässerungskammer, umspannt mit einem Bewässerungstuch, eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigen:
1a–d vier Gesamtansichten eines Kletterroboters mit einem Reinigungsmodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einer Fensterscheibe;
2 eine Prinzipskizze des Kletterroboters der 1;
3a/b zwei Prinzipskizzen zur Verdeutlichung des Haftmechanismus des vorliegenden Kletterroboters;
4 eine Prinzipskizze eines Ausschnitts aus dem Raupenantrieb gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine Prinzipskizze eines Saugmoduls mit drei Saugelementen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 eine Unteransicht des Raupenantriebs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 schematisch ein weiteres Beispiel für die Anordnung der Saugelemente beim Raupenantrieb der vorliegenden Erfindung;
8a/b den prinzipiellen Bewegungsablauf eines Kletterroboters gemäß den vorangehenden Figuren anhand von zwei Beispielen;
9 ein erstes Beispiel für die Ausgestaltung eines Reinigungsmoduls in einem Kletterroboter gemäß der vorliegenden Erfindung;
10 ein zweites Beispiel für die Ausgestaltung eines Reinigungsmoduls in einem Kletterroboter gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 ein drittes Beispiel für die Ausgestaltung eines Reinigungsmoduls in einem Kletterroboter gemäß der vorliegenden Erfindung; und
12 eine Draufsicht auf eine Dockingstation für die Aufnahme des Kletterroboters mit dem Reinigungsmodul gemäß den vorangehenden Ausführungsbeispielen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In den folgenden Ausführungsbeispielen wird ein Kletterroboter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Funktion eines Reinigungsroboters beschrieben, der in der Lage ist, glatte, vertikale und horizontale Flächen im Haushaltsbereich zu reinigen. Die 1 zeigt hierzu in den Teilabbildungen a–d vier Gesamtansichten mit unterschiedlichen Perspektiven des beispielhaften Reinigungsroboters 1 an einer Fensterscheibe 30. 1a zeigt hierzu eine Draufsicht auf das Gehäuse des Reinigungsroboters 1, bei der ein Sensorstrahl 2 für eine Entfernungsmessung des Roboters zum Fensterrahmen 31 angedeutet ist. Mit einem derartigen Sensorstrahl, bspw. einem Infrarotstrahl, kann der Roboter 1 jederzeit den Abstand zum Fensterrahmen 31 erkennen. In der Draufsicht der 1b ist der Reinigungstank 5 für das Reinigungsmittel zu erkennen, der vorzugsweise mit einem Sichtfenster zur Überprüfung des Füllstandes ausgestattet ist. Weiterhin ist in dieser Figur an der Oberseite des Gehäuses ein Bedienfeld 6 angedeutet, über das der Reinigungsroboter 1 in Betrieb gesetzt werden kann. Der in der Draufsicht erkennbare zentrale kreisförmige Bereich 4 ist für die Aufnahme des um eine Achse senkrecht zum Untergrund drehbaren Raupenantriebes ausgebildet.
In der Seitenansicht der 1c ist dieser Bereich 4 für den Raupenantrieb nochmals erkennbar. Vor und hinter diesem Bereich 4 sind die Aufnahmebereiche 3 für Reinigungsmodule angedeutet. Im vorliegenden Beispiel wird der Reinigungsroboter in bidirektionaler Richtung betrieben, so dass vor und hinter dem Raupen antrieb jeweils ein Reinigungsmodul 7 angeordnet ist. Ein Teil dieses Reinigungsmoduls 7 ist in der 1d zu erkennen, die den Reinigungsroboter 1 in Schrägansicht von unten, d. h. durch die Scheibe 30 hindurch, zeigt. In dieser Ansicht ist außerdem der Raupenantrieb 8 mit den Saugelementen 12 zumindest teilweise zu erkennen. Die 1d zeigt einen Zustand, bei dem das Gehäuse des Reinigungsroboters 1 mit dem Raupenantrieb 8 über einen Hub- und Senkmechanismus von der Scheibe 30 abgehoben ist, so dass eine Änderung der Bewegungsrichtung durch Drehung des Raupenantriebes 8 innerhalb des Gehäuses des Roboters 1 möglich ist. Der Hub- und Senkmechanismus ist an den an der Scheibe 30 haftenden Hubsaugern 9 zu erkennen, die über entsprechende Stützen ausgefahren werden. An einer Seite ist auch ein Sensor 10 für die Entfernungs- und Kollisionsdetektion erkennbar.
Die Bedienung eines derartigen Reinigungsroboters ist vorzugsweise sehr einfach gehalten. Man nimmt ihn aus einer Dockingstation heraus, setzt ihn an eine beliebige Stelle des zu reinigenden Untergrundes und startet das Reinigungsprogramm per Knopfdruck an dem Bedienfeld 6. Nun saugt sich der Reinigungsroboter 1 an und beginnt die Fläche (den Untergrund) zu reinigen. Nach Beendigung der Reinigungsaufgabe meldet sich der Reinigungsroboter 1 von selbst und lässt sich per Knopfdruck wieder von der Fläche lösen. In der Dockingstation werden schließlich die Akkus wieder aufgeladen und je nach eingesetztem Reinigungssystem entweder der Reinigungstank aufgefüllt oder ein entsprechendes Feuchtetuch ausgetauscht.
Zur kontinuierlichen Fortbewegung besitzt der vorliegende Reinigungsroboter 1 einen Raupenantrieb 8 mit passiven Saugelementen 12, die als Saugnäpfe ausgebildet sind. Der Reinigungsroboter 1 lässt sich hiermit in einer Richtung geradlinig fortbewegen. Für eine Richtungsänderung werden mittels eines Hub- und Senkmechanismus in diesem Beispiel vier sog. Hubsauger 9 ausgefahren, die den Roboter am Untergrund halten und anheben, damit die Saugerraupe des Raupenantriebs 8 innerhalb des Gehäuses bzw. Trägerrahmens 17 gedreht werden kann. Anschließend wird der Raupenantrieb 8 wieder auf die Fläche aufgesetzt und die Hubsauger 9 eingefahren. Der Reinigungsroboter 1 kann sich nun in der neuen Richtung fortbewegen. Die für Reinigungsaufgaben bevorzugten Richtungsänderungen für die Reinigung einer Fläche sind weiter unten in Verbindung mit der 8 näher erläutert.
Die passiven Saugelemente 12 sind bei dem Reinigungsroboter 1 dieses Ausführungsbeispiels mit Belüftungsventilen 29 ausgestattet (vgl. 5 und 6). Die bei der Vortriebsbewegung des Reinigungsroboters 1 jeweils neu auf den Untergrund auftreffenden Saugelemente 12 werden durch die Art der Aufhängung und Lagerung der Raupe immer wieder neu an den Untergrund angedrückt, so dass ein aktives Absaugen der Saugelemente 12 mittels einer Vakuumpumpe nicht notwendig ist. Bevor sich am hinteren Ende der Raupe die Saugelemente 12 wieder ablösen, werden sie über die Belüftungsventile 29 belüftet. Dazu drückt ein entsprechend angebrachtes Führungsblech gegen ein Betätigungselement der Belüftungsventile 29.
Zur Reinigung des Untergrundes wird durch die Reinigungsmodule eine Reinigungsflüssigkeit aufgetragen. Diese Flüssigkeit benetzt die Oberfläche nur leicht. Die Verschmutzungen und die Feuchtigkeit werden durch Mikrofasertücher aufgenommen, die Bestandteil der Reinigungsmodule sind. Auf diese Weise wird die Oberfläche gereinigt. Das Reinigungsmodul kann als Reinigungskartusche ausgebildet sein und wird in größeren, regelmäßigen Abständen zusammen mit dem Mikrofasertuch ausgetauscht. Auf mögliche Ausgestaltungen des Reinigungsmoduls wird in Zusammenhang mit den 9 bis 11 näher eingegangen.
2 zeigt eine Prinzipskizze des Reinigungsroboters 1 dieses Ausführungsbeispiels. In der Figur ist, wie auch in den nachfolgenden Figuren, mit dem oberen Pfeil die Reinigungs- bzw. Vortriebsrichtung des Reinigungsroboters 1 angedeutet. Im Trägerrahmen 17 des Reinigungsroboters 1 ist der Raupenantrieb 8 in spezieller Weise ausgebildet und gelagert. Er weist zum einen eine drehbar gelagerte Hinterachsaufhängung 15 auf, mit der er über einen in der Figur nicht erkennbaren Drehantrieb innerhalb des Trägerrahmens 17 gedreht werden kann. Zum anderen ist der Raupenantrieb 8 derart ausgebildet bzw. innerhalb des Trägerrahmens 17 aufgehängt, dass das Endlostransportelement 21 mit den daran befestigten Saugelementen 12 am vorderen Umlenkelement 20 näher am Untergrund 30 geführt wird als zwischen dem vorderen 20 und dem hinteren Umlenkelement 19. Im vorliegenden Fall ist hierzu der gesamte Raupenantrieb 8 zum Untergrund 30 geneigt aufgehängt, wie dies in der Figur zu erkennen ist. Mit einer Druckfeder 13 wird das vordere Umlenkelement 20 zusätzlich mit einer definierten Kraft gegen den Untergrund gedrückt. Das System stützt sich bei vertikaler Fahrt nach oben auf den hinteren, in diesem Beispiel teflonbeschichteten und halbkugelförmigen, Abstützungen 16 ab.
Das Prinzip dieser speziellen Ausbildung bzw. Aufhängung des Raupenantriebes 8 wird anhand der 3a und 3b nochmals stark schematisiert dargestellt. 3a zeigt hierbei die schräge Aufhängung des Raupenantriebes 8 gemäß der 2. In dieser Prinzipskizze sind lediglich der Raupenantrieb 8 mit dem vorderen 20 und dem hinteren Umlenkelement 19, dem Endlostransportelement 21 sowie drei an diesem hintereinander befestigten Saugelementen 12, 12a, und das Abstützelement 16 vereinfacht dargestellt. Durch die schräge Aufhängung des Raupenantriebs 8 in diesem Beispiel wird durch die Zugwirkung der hinter dem vorderen Umlenkelement 20 befindlichen Saugelemente 12 in Verbindung mit dem Abstützelement 16 eine Hebelwirkung erzielt, die das in Vortriebsrichtung vorderste Saugelement 12a gegen den Untergrund presst. Durch diese über die Hebelwirkung aufgebrachte Kraft wird dieses vorderste Saugelement zuverlässig gegen den Untergrund gepresst und evakuiert.
Die gleiche Wirkungsweise ergibt sich in einer abgewandelten Ausgestaltung, bei der nicht der gesamte Raupenantrieb 8 schräg aufgehängt ist, sondern lediglich das Endlostragelement 21 zwischen den beiden Umlenkelementen 19 und 20 über weitere Umlenkelemente 19a und 20a in größerem Abstand zum Untergrund 30 gehalten wird. Auch hierbei wird durch das in der Abbildung dargestellte mittlere Saugelement 12 die entsprechende Kraftwirkung erzielt und über das Abstützelement 16 auf das in Vortriebsrichtung am vorderen Umlenkelement 20 befindliche Saugelement 12a übertragen.
Die Saugelemente 12 der Raupe werden aufgrund dieser Ausgestaltung vorne mit erhöhter Kraft gegen den Untergrund gedrückt und damit entlüftet. Kurz bevor sie sich am hinteren Ende der Raupe wieder von dem Untergrund lösen, werden sie über ein passives Führungselement entlüftet, bspw. durch Öffnen eines über Druckfedern selbständig schließenden Ventils 29 an den Saugelementen 12.
Zum Umsetzen bzw. zur Richtungsänderung wird der Trägerrahmen 17 mit dem Raupenantrieb 8 durch die in 2 erkennbaren an Stützelementen 18 befindlichen Hubsauger 9 gehalten. Bei dem vorliegenden Reinigungsroboter befindet sich an jeder Ecke einer dieser Hubsauger 9, aus denen die Luft mit Hilfe einer nicht dargestellten Vakuumpumpe abgesaugt wird. Die Hubsauger 9 sind in diesem Beispiel über einen Hebelmechanismus 14 mit den Abstützmitteln 16 verbunden, so dass sich durch Absenken der Hubsauger 9 die Abstützmittel 16 vom Untergrund 30 abheben. Sobald die Hubsauger 9 auf den Untergrund treffen, werden sie mit Hilfe einer Vakuumpumpe abgesaugt. Die noch am Untergrund befindlichen Saugelemente 12 des Raupenantriebs 8 werden dann über einen zentralen Stellmotor und ein Hebelsystem entlüftet, so dass sie sich vom Untergrund lösen. Anschließend werden die Hubsauger 9 weiter ausgefahren und damit die Raupe angehoben. Damit hängt der Raupenantrieb frei in der Luft und kann über die drehbare Hinterachsaufhängung 15 mit dem entsprechenden Drehantrieb in die neue Fahrtrichtung gedreht werden. Das Andrücken des Raupenantriebs auf den Untergrund erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.
Der Reinigungsroboter 1 ist im vorliegenden Beispiel für eine bidirektionale Betriebsweise ausgelegt, so dass auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Trägerrahmens 17 entsprechende Abstützmittel 16 ausgebildet sind. Das Gleiche gilt für die zur Reinigung erforderlichen Reinigungsmodule 7, die ebenfalls an beiden Seiten vorgesehen sind. Diese Reinigungsmodule sind über entsprechende Federelemente 11 am Trägerrahmen 17 gelagert, um ungleichmäßige Bewegungen des Raupenantriebes 8 aufzufangen und das Reinigungsmodul 7 mit einer gleichmäßigen und stetigen Kraft gegen den Untergrund 30 zu drücken. Bei einer Bewegungsrichtung entgegen der in der 2 dargestellten Pfeilrichtung befindet sich der Raupenantrieb 8 selbstverständlich in einer um 180° um die Hinterachsaufhängung 15 gedrehten Position.
Der Raupenantrieb 8 besteht beim vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei gleichen Zahnriemen 21 oder Ketten als Endlostransportelemente, zwischen denen jeweils mehrere Reihen von Saugerelementen 12 befestigt sind. Beide Zahnriemen 21 sind mit einer Achse verbunden und werden gemeinsam mit einem Antrieb bewegt. Für den Antrieb sind das vordere 20 und das hintere Umlenkelement 19 als Synchronwellen ausgebildet.
4 zeigt ein Beispiel für den prinzipiellen Aufbau des Raupenantriebs 8 mit einer Ansicht des vorderen als Riemenscheibe ausgebildeten Umlenkelementes 20. Der Zahnriemen 21 ist angedeutet und nur teilweise abgebildet. Beispielhaft sind in dieser Figur drei am Zahnriemen 21 befestigte Saugelemente 12 dargestellt. Diese Saugelemente können auch in Gruppen nebeneinander angeordnet und starr miteinander verbunden sein, so dass sie Saugmodule 26 bilden, wie dies in den nachfolgenden Figuren zu erkennen ist. Die Vortriebsrichtung ist in diesem Beispiel wiederum mit dem oberen Pfeil angedeutet. Die Saugelemente 12 bzw. Saugmodule sind in diesem Beispiel mit einem Grundblock 22 über ein Gelenk 23 am Zahnriemen 21 befestigt. Das Gelenk 23 ermöglicht ein Umklappen der Grundblöcke 22 um einen Winkel von etwa 90° in Vortriebsrichtung. Dieses Umklappen wird mit einer in der Figur nicht sichtbaren Feder, die eine entsprechende Vorspannung erzeugt, unterstützt. Nicht dargestellte Führungen im Bereich zwischen den beiden Umlenkelementen 19, 20 verhindern dieses Umklappen im Bereich zwischen den Umlenkelementen. Bei der Bewegung des Raupenantriebs 8 in Vortriebsrichtung wird aufgrund dieses Klappmechanismus das entsprechende gerade um das vordere Umlenkelement 20 bewegte Saugelement 12 in der angegebenen Weise aufgeklappt, wie dies aus der 4 ersichtlich ist, so dass dieses Saugelement 12 mit der Saugfläche des Saugnapfes 24 annähernd parallel auf den Untergrund 30 auftrifft. Durch diese Ausgestaltung lässt sich der Radius des vorderen Umlenkelementes 20 relativ klein wählen, ohne hierdurch die Gefahr eines Umstülpens der Saugnäpfe 24 beim Auftreffen auf den Untergrund zu erhöhen.
Ein vergleichbares Prinzip für die Anordnung der Saugelemente 12 bzw. Saugmodule, mit dem ebenfalls eine annähernd parallele Ausrichtung der gerade mit dem Untergrund in Kontakt tretenden Saugelemente 12 zum Untergrund 30 erreichbar ist, ist in 7 dargestellt. Bei dieser Anordnung sind die Saugelemente 12 um entsprechend dem Gelenk 23 drehbare Achsen am Endlostragelement 21 gelagert und werden durch Führungen zu jedem Zeitpunkt der Vortriebsbewegung in Richtung des Untergrundes 30 ausgerichtet. Eine derartige Technik ist auch unter dem Begriff Paternoster bekannt.
5 zeigt beispielhaft ein Saugmodul 26, wie es beim vorliegenden Reinigungsroboter 1 zum Einsatz kommen kann. Dieses Saugmodul 26 besteht aus drei nebeneinander angeordneten Saugelementen 12, die über den Grundblock 22 starr miteinander verbunden sind. Derartige Saugmodule sind zwischen den beiden Zahnriemen 21 des vorliegenden Reinigungsroboters 1 hintereinander angeordnet, wie dies aus der 6 ersichtlich ist. In 5 ist auch das Federelement 25 zu erkennen, mit dem die Saugmodule 26 für die gemäß 4 erläuterte Umklappbewegung vorgespannt sind. Weiterhin sind in dieser Unteransicht des Saugmoduls 26 im Zentrum der einzelnen Saugelemente 12 entsprechende Belüftungsventile 29 zur Belüftung der Saugelemente 12 zu erkennen. Auf beiden Seiten jedes Saugelementes 12 ist eine oberhalb bzw. unterhalb des Moduls angeordnete Führungsschiene 27, 28 zu erkennen, mit denen die Saugmodule im Bereich zwischen den beiden Umlenkelementen 19, 20 in der angeklappten Position gehalten werden. Diese Führungsschienen 27, 28 sind fest mit dem Rahmen des Raupenantriebes 8 verbunden.
6 zeigt schließlich eine Unteransicht des Raupenantriebes 8, in der nochmals die Saugelemente 12 der Saugmodule 26 sowie die entsprechenden Führungsschienen 27, 28 zu erkennen sind. Die Saugmodule 26 sind zwischen den beiden Zahnriemen 21 befestigt, die über das vordere 20 und das hintere Umlenkelement 19 geführt werden.
Auch wenn in diesem Beispiel eine dreireihige Anordnung von Saugelementen 12 beschrieben ist, so versteht sich von selbst, dass jede beliebige Anzahl von Reihen der Saugelemente 12 beim vorliegenden Kletterroboter möglich ist. Die Anzahl und Größe der jeweiligen Saugelemente 12 bemisst sich nach dem Anwendungsgebiet und den zu tragenden Gewichten.
Für den Einsatz des in diesem Beispiel beschriebenen Reinigungsroboters 1 zur Reinigung einer glatten Fläche im Haushalt, wie bspw. einer Fensterfläche, wird im Folgenden ein bevorzugter Bewegungsablauf beschrieben. 8a zeigt hierbei eine Fensterscheibe 30, die von einem Fensterrahmen 31 umrahmt wird. Zu Beginn der Reinigung wird der Reinigungsroboter 1 beispielsweise in ein Eck dieser Fensterscheibe 30 gesetzt, wie dies in der 8a angedeutet ist. Nach dem Start des Reinigungsprogrammes beginnt der Reinigungsroboter 1 die Fensterscheibe 30 entsprechend der angedeuteten Pfeile zu reinigen. In den Umkehrpunkten wird dabei zunächst der Raupenantrieb über die Hub- und Senkeinrichtung vom Untergrund abgehoben und um 90° gedreht. Anschließend wird er wieder abgesetzt und vollführt eine Vortriebsbewegung um eine Distanz, die in etwa der Breite des Reinigungsmoduls 7 im Reinigungsroboter 1 entspricht. Anschließend wird der Raupenantrieb wiederum über den Hub- und Senkmechanismus abgehoben und vollführt eine weitere Drehung in die gleiche Richtung um 90°. Der Raupenantrieb 8 ist nunmehr innerhalb des Trägerrahmens 17 gegenüber der Anfangsposition um 180° gedreht. In dieser Position fährt der Reinigungsroboter 1 wiederum über die gesamte Scheibenlänge entsprechend der 8a. Im nächsten Umkehrpunkt erfolgt die gleiche Umsetzbewegung. Durch die bidirektionale Ausgestaltung des Reinigungsroboters 1 mit Reinigungsmodulen 7 sowie Abstützmitteln 16 an zwei gegenüberliegenden Seiten, vorne und hinten, lässt sich diese bidirektionale Betriebsweise realisieren. Der Rahmen bzw. das Gehäuse des Reinigungsroboters 1 wird bei dieser Reinigungsaufgabe nicht gedreht und bleibt immer in der gleichen Orientierung zum Untergrund bzw. zur Scheibe 30. Die Begrenzungen der Scheibe 30 werden durch entsprechende Sensoren 10 am Gehäuse des Reinigungsroboters 1 erkannt. Diese Sensoren 10 können neben berührungslosen Strahlungssensoren oder Ultraschallsensoren beim Einsatz des Reinigungsroboters 1 im Fensterrahmen 31 auch entsprechende Taster sein.
8b zeigt ein Beispiel, bei dem sich auf der zu reinigenden Fläche ein Hindernis 32 befindet. Der Bewegungsablauf erfolgt wiederum wie bereits in Zusammenhang mit 8a beschrieben. Auch hier kann der Reinigungsroboter 1 an beliebiger Stelle an die zu reinigende Fläche 30 gesetzt werden, vorzugsweise an der unteren, linken Ecke. Er sucht mit Hilfe der Entfernungssensoren 10 die tiefste linke untere Ecke und fährt dort hin. Jetzt beginnt der Reinigungsablauf. Er reinigt die Oberfläche Bahn für Bahn von unten nach oben bzw. oben nach unten. Sobald ein Bahnende erreicht ist, versetzt sich der Reinigungsroboter 1, wie bereits beschrieben, um eine Bahn. Das Ende der Bahn kann er durch Mikrotaster 10 erkennen, die vorne und hinten am Reinigungsmodul 7 angebracht sind und auf Kontakt gefahren werden. Optional können zusätzlich Entfernungssensoren, wie beispielsweise IR-Sensoren, zur Entfernungsmessung und ggf. Positionsbestimmung vorgesehen sein. Sind die Bahnen unterschiedlich lang, so ermittelt die Steuerung des Roboters die Position des Hindernisses 32 und reinigt die dadurch abgeschirmten Bereiche, sobald das Hindernis 32 vorbei ist. Der beispielhafte Bahnverlauf ist in der 8b deutlich zu erkennen.
Die 9 bis 11 zeigen schließlich verschiedene Ausführungsformen für ein Reinigungsmodul 7, wie es bei dem vorliegenden Reinigungsroboter 1 eingesetzt werden kann. Beim Beispiel der 9 ist in einen Rahmen 35 des Reinigungsmoduls 7 ein elastischer Füllblock 37 eingesetzt, so dass zwischen dem Rahmen 35 und dem Füllblock 37 ein feuchtes, auswechselbares Reinigungstuch (Feuchtetuch 36) eingespannt werden kann. Hinter diesem Reinigungstuch 36 sind ein Mikrofasertuch 39 und eine Abziehlippe 38 befestigt. Durch das Feuchtetuch 36 wird ein dünner Feuchtigkeitsfilm auf den Untergrund 30 aufgebracht. Der Schmutz wird durch diese Feuchtigkeit gelöst und vom Mikrofasertuch 39 aufgenommen. Verbleibende Feuchtigkeit wird mit der Abziehlippe 38 abgezogen. Bei dieser Art des Reinigungsmoduls 7 lassen sich die Feuchtetücher 36 sehr schnell und leicht wechseln.
10 zeigt ein weiteres Beispiel einer möglichen Ausgestaltung des Reinigungsmoduls 7, das auch hier eine Nassreinigung mit abrasivem Reinigungsverfahren, Gummilippe und Mikrofasertuch kombiniert, um ein optimales Reinigungsergebnis ohne hohen Energieaufwand und mit möglichst wenig mechanisch beweglichen Bauteilen zu erzielen. Bei diesem Beispiel wird mit Hilfe von kleinen Flüssigkeitspumpen eine Reinigungsflüssigkeit durch den zentral angeordneten perforierten Bewässerungsschlauch 40 gepumpt, über den ein Bewässerungstuch 43 gespannt ist. Über die Perforation dringt die Reinigungsflüssigkeit durch das Bewässerungstuch 43 auf den zu reinigenden Untergrund. Dabei wird auch hier die Fläche nur mit einem sehr dünnen Film benetzt, um die Verschmutzung zu lösen. Die Flüssigkeit kann entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall optimal ausgewählt werden. Ein direktes Bewässern der hier beidseitig angebrachten Mikrofasertücher 39 wird durch die Abziehlippen bzw. Gummilippen 38 verhindert.
Die Mikrofasertücher 39 reinigen und trocknen die zu reinigende Fläche. Sie können, wie in der Figur gezeigt, mit Hilfe von Klettbändern 42 fixiert werden, so dass sie zur Erneuerung leicht ausgewechselt werden können. Weiterhin kann das Mikrofasertuch, wie in der nächsten Figur gezeigt, auch in der Art eines Handtuchspenders im Innern des Reinigungsmoduls 7 auf- bzw. abwickelbar angeordnet sein.
Beim Beispiel der 10 wird die Bewässerungseinheit 44 über eine gefederte Aufhängung 41 immer mit einer konstanten Kraft gegen den Untergrund 30 gedrückt. Zusätzlich ist das gesamte Reinigungsmodul 7 innerhalb des Trägerrahmens 17 federnd gelagert, um ungleichmäßige Bewegungen des Raupenantriebs 8 ausgleichen und abfangen zu können.
11 zeigt schließlich eine Ausgestaltung, bei der die Reinigungsflüssigkeit über eine Sprühvorrichtung mit einer Düse 47 auf den Untergrund aufgebracht wird. Die Flüssigkeit wird über den Reinigungstank 5 bereitgestellt. Vor und hinter der Sprüheinrichtung befinden sich jeweils Mikrofasertücher 45, 46. Das in Vorzugsrichtung vordere Mikrofasertuch 46 wird über einen Auf- und Abrollmechanismus 48 in Abhängigkeit von der Vortriebsgeschwindigkeit des Reinigungsroboters 1 weiterbewegt, so dass es jederzeit neuen Schmutz aufnehmen kann.
Der Reinigungsroboter 1 wird bei Nichtbenutzung in eine Dockingstation 33 abgestellt, wie dies in der 12 dargestellt ist. Während dieser Zeit werden mittels automatisch beim Einlegen schließender Kontakte die Akkus des Reinigungsroboters 1 wieder aufgeladen. Eine elektronische Ladezustandsüberwachung beendet den Ladevorgang, sobald die Akkus vollgeladen sind. Befindet sich der Reinigungsroboter 1 in der Dockingstation 33, so wird der kleine Reinigungsmediumtank 5 mit Flüssigkeit aus dem größeren Vorratsbehälter 34 der Dockingstation 33 aufgefüllt. Zusätzlich kann in größeren regelmäßigen Abständen die gesamte Reinigungs kartusche 7 ausgetauscht und/oder das Mikrofasertuch erneuert werden.
Bei Einsatz eines Reinigungsmoduls 7 ohne Reinigungstank, bei dem Feuchtetücher 36 verwendet werden, wird durch den Benutzer jeweils ein neues Feuchtetuch 36 in das Reinigungsmodul 7 eingespannt.
Der in diesem Ausführungsbeispiel vorgestellte autonome Reinigungsroboter kann im Haushalt alle glatten, vertikalen und horizontalen Flächen reinigen. Zu reinigende Flächen sind bspw. Fensterscheiben innen und außen, Kachelwände bzw. Kachelböden, insbesondere im Bad und in der Küche, Glasfassaden oder Wintergärten. Der Roboter lässt sich mit geringen Außenabmessungen und geringem Gewicht realisieren und reinigt selbständig die entsprechenden Flächen, so dass keine manuellen Reinigungstätigkeiten mehr erforderlich sind. Durch die mögliche einfache Bedienung kann er von jeder Person zu täglichen Reinigungsaufgaben oder zu größeren Hausputzaktionen eingesetzt werden.
Selbstverständlich kann der vorliegende Kletterroboter neben der in diesen Beispielen dargestellten Reinigungsaufgabe auch mit anderen Aufgaben betraut werden, indem bspw. die Reinigungskartuschen durch eine Inspektionseinheit oder eine Bearbeitungseinheit zur Überwachung oder zur Bearbeitung entsprechender Oberflächen vorgesehen werden. Ein Einsatz zum Streichen oder Spritzen von glatten Flächen lässt sich hierbei ebenfalls realisieren.

1: Kletterroboter, bspw. Reinigungsroboter
2: Infrarot-Sensorstrahl
3: Aufnahmebereich für Reinigungsmodul
4: Bereich für Raupenantrieb
5: Reinigungstank mit Sichtfenster
6: Bedienfeld bzw. Startknopf
7: Reinigungsmodul
8: Raupenantrieb
9: Hubsauger
10: Sensoren, z. B. Mikrotaster
11: Federelement
12: Saugelemente des Raupenantriebs
12a: vorderes Saugelement
13: Druckfeder
14: Hebelmechanismus
15: drehbare Hinterachsaufhängung
16: Abstützmittel
17: Trägerrahmen
18: Stützelemente/Beine des Hub- und Saugmechanismus
19: hinteres Umlenkelement
19a: weiteres Umlenkelement
20: vorderes Umlenkelement
20a: weiteres Umlenkelement
21: Endlostransportelement, z. B. Zahnriemen
22: Grundblock des Saugelements
23: Gelenk bzw. Achse
24: Saugnapf
25: Federelement
26: Saugmodul
27: Führungsschiene oberhalb des Moduls
28: Führungsschiene unterhalb des Moduls
29: Belüftungsventil
30: Untergrund, z. B. Scheibe
31: Rahmen
32: Hindernis
33: Dockingstation
34: Vorratsbehälter für Reinigungsflüssigkeit
35: Rahmen des Reinigungsmoduls
36: Feuchtetuch
37: elastischer Füllblock
38: Abziehlippe/Gummilippe
39: Mikrofasertuch
40: Bewässerungsschlauch
41: federnde Lagerung bzw. Aufhängung
42: Klettband
43: Bewässerungstuch
44: Bewässerungseinheit
45: hinteres Mikrofasertuch
46: vorderes Mikrofasertuch
47: Düse für Reinigungsflüssigkeit
48: Auf-/Abrollmechanismus

Claims

Kletterroboter für die sichere Bewegung auf einem glatten Untergrund, mit einem an einem Trägerrahmen (17) aufgehängten Raupenantrieb (8), bei dem an zumindest einem über ein vorderes (20) und ein hinteres Umlenkelement (19) geführten Endlostransportelement (21) passive Saugelemente (12) für die Haftung auf dem Untergrund (30) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen (17) oder der Raupenantrieb (8) in einem in Vortriebsrichtung hinteren Bereich Abstützmittel (16) aufweist, die während der Vortriebsbewegung am Untergrund (30) aufliegen, und dass der Raupenantrieb (8) derart ausgebildet und am Trägerrahmen (17) aufgehängt ist, dass das Endlostransportelement (21) während der Vortriebsbewegung am vorderen Umlenkelement (20) näher am Untergrund (30) geführt wird als im Bereich zwischen dem vorderen (20) und dem hinteren Umlenkelement (19).
Kletterroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützmittel (16) zumindest zwei voneinander beabstandete Stützen umfassen, die am Trägerrahmen (17) befestigt sind.
Kletterroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützmittel (16) an mit dem Untergrund (30) in Berührung kommenden Flächen abgerundet, sind.
Kletterroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützmittel (16) drehbar gelagerte Rollelemente zum Abrollen auf dem Untergrund (30) aufweisen.
Kletterroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Raupenantrieb (8) im Bereich des vorderen Umlenkelements (20) über zumindest ein am Trägerrahmen (17) befestigtes Federelement (13) gegen den Untergrund (30) gedrückt wird.
Kletterroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere als Riemen oder Kette ausgebildete Endlostransportelemente (21) vorgesehen sind, auf bzw. zwischen denen die Saugelemente (12) in mehreren Reihen befestigt sind.
Kletterroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugelemente (12) Belüftungsventile (29) aufweisen und ein Belüftungsmechanismus vorgesehen ist, der die Saugelemente (12) bei einer Vortriebsbewegung des Raupenantriebs (8) kurz vor dem Abheben vom Untergrund (30) belüftet.
Kletterroboter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Belüftungsmechanismus ein oder mehrere starre Elemente im Bereich des hinteren Umlenkelements (19) umfasst, die in Eingriff mit Betätigungsmitteln der Belüftungsventile (29) kommen und diese kurzzeitig öffnen, wenn sich die Saugelemente (12) während der Vortriebsbewegung an ihnen vorbei bewegen.
Kletterroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Raupenantrieb (8) um eine zumindest annähernd senkrecht zum Untergrund (30) verlaufende Achse drehbar im Trägerrahmen (17) gelagert und mit einem Drehantrieb drehbar ist, eine Hub- und Saugeinrichtung am Trägerrahmen (17) befestigt ist, über die der Trägerrahmen (17) mit dem Raupenantrieb (8) vom Untergrund (30) abhebbar und wieder auf den Untergrund (30) aufsetzbar ist, und ein zweiter Belüftungsmechanismus zur gleichzeitigen Belüftung aller jeweils am Untergrund (30) haftender Saugelemente (12) vorgesehen ist.
Kletterroboter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Raupenantrieb (8) mit dem Drehantrieb um zumindest ± 180° drehbar ist.
Kletterroboter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hub- und Saugeinrichtung mehrere über einen Antrieb im Trägerrahmen (17) auf den Untergrund (30) aufsetzbare Stützelemente (18) mit weiteren Saugelementen (9) umfasst.
Kletterroboter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hub- und Saugeinrichtung eine Vakuumpumpe umfasst, über die die weiteren Saugelemente (9) abgesaugt oder belüftet werden können.
Kletterroboter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (18) über einen Hebelmechanismus (14) so mit den Abstützmitteln (16) verbunden sind, dass die Abstützmittel (16) beim Aufsetzen der Stützelemente (18) auf den Untergrund (30) vom Untergrund (30) abgehoben werden.
Kletterroboter nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die den Raupenantrieb (8), die Hub- und Saugeinrichtung, den zweiten Belüftungsmechanismus sowie den Drehantrieb für eine Richtungsänderung des Kletterroboters ansteuert.
Kletterroboter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (10), über die eine seitliche Begrenzung (31) des Untergrundes (30) und/oder ein Hindernis (32) auf dem Untergrund (30) erkannt werden, für eine Bewegungssteuerung des Kletter roboters am Trägerrahmen (17) angeordnet und mit der Steuerung verbunden sind.
Kletterroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugelemente (12) über Gelenke (23) am Endlostransportelement (21) befestigt sind, die ein Umklappen der Saugelemente (12) in Bewegungsrichtung des Endlostransportelements (21) um einen Winkel von ca. 90° ermöglichen, und mit einem Federelement (25) versehen sind, das das Umklappen unterstützt.
Kletterroboter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugelemente (12) in einem Bereich zwischen den Umlenkelementen (19, 20) am Untergrund (30) über Führungselemente (27, 28) am Umklappen gehindert werden.
Kletterroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugelemente (12) um senkrecht zur Vortriebsrichtung verlaufende Achsen (23) drehbar am Endlostransportelement (21) befestigt und derart geführt sind, dass sie in jeder Stellung des Endlostransportelementes (21) während der Vortriebsbewegung in Richtung des Untergrundes (30) ausgerichtet sind.
Kletterroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass am Trägerrahmen (17) ein Bearbeitungs- oder Inspektionsmodul befestigt ist.
Kletterroboter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungsmodul ein Reinigungsmodul (7) zur Reinigung des Untergrundes (30) ist.
Kletterroboter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmodul (7) eine Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf den Untergrund (30) sowie ein in Vortriebsrichtung hinter der Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit angeordnetes Mikrofasertuch (39, 45, 46) sowie eine Abziehlippe (38) umfasst, die während der Vortriebsbewegung am Untergrund (30) aufliegen.
Kletterroboter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit ein Feuchtetuch (36) ist.
Kletterroboter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit eine perforierte Bewässerungskammer oder einen perforierten Bewässerungsschlauch (40) aufweist, die bzw. der zum Untergrund (30) hin mit einem Bewässerungstuch (43) bedeckt ist und über eine Flüssigkeitspumpe mit Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitstank (5) versorgt wird.
Kletterroboter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit eine Sprühvorrichtung aufweist, die über eine Flüssigkeitspumpe mit Flüssigkeit aus einem einen Flüssigkeitstank (5) versorgt wird.
Kletterroboter nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofasertuch (39) über einen Klettverschluss (42) am Reinigungsmodul (7) befestigt ist.
Kletterroboter nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofasertuch (39) auf einer Rolle im Reinigungsmodul aufgewickelt ist und über einen Auf- bzw. Abrollmechanismus (48) über den Untergrund (30) geführt wird.
Kletterroboter nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Auf- bzw. Abrollmechanismus (48) in Abhängigkeit von der Vortriebsgeschwindigkeit des Raupenantriebs (8) angesteuert wird.
Kletterroboter nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmodul (7) federnd am Trägerrahmen (17) befestigt ist und mit einer Federkraft gegen den Untergrund (30) gedrückt wird.
Kletterroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass ein Akkumulator für die Energieversorgung am Trägerrahmen (17) vorgesehen ist, der durch Einsetzen des Kletterroboters in eine Ladestation (33) nachladbar ist.