DE19637501C2 - Laufmaschine und Verfahren zur Steuerung einer Laufmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Laufmaschine mit einem Maschinenkörper und mindestens zwei den Maschinenkörper tragenden Beinen.

Die DE-Gbm 67 51 749 zeigt ein Schreitwerk mit einer an drei Stellen aufgeständerten Last, unter der sich eine Bodenplatte befindet, die über längenveränderliche Hub- und Schreitstützen mit der Last verbunden ist. Zwei Beine mit jeweils einem in sechs Freiheitsgraden motorisch verstellbaren Fuß weist diese Konstruktion nicht auf. Dieses Schreitwerk ist für schwere Lasten konzipiert und daher zwar sehr stabil aufgebaut aber auch relativ schwerfällig und langsam in der Bewegung, da der Aktionsradius der Bodenplatte auf die unter der Last befindliche Standfläche begrenzt ist. Die Standfläche der Bodenplatte wird somit niemals partiell, sondern konstruktionsgemäß immer vollständig von der von den Ständern der Last gebildeten Standfläche abgedeckt.

Die EP 0 157 633 A2 zeigt eine Laufmaschine mit zwei gegeneinander drehbar und verschiebbar übereinander angeordneten Maschinenkörperteilen mit jeweils vier Beinen, welche jeweils einen Fuß tragen. Die Füße sind hierbei jedoch nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet. Es findet hierbei auch niemals eine Lastumsetzung von einem Bein auf ein anderes statt, da nämlich die Last grundsätzlich immer auf mindestens vier Beinen steht. D. h. jeder der Maschinenkörperteile spannt eine eigene Standfläche auf, wobei wechselweise entweder die Last auf den Beinen des oberen oder des unteren Maschinenkörperteils steht. Auch hier ist zwangsläufig durch die Anordnung der Maschinenkörperteile bedingt, daß der Aktionsradius des unteren Maschinenkörperteils immer durch die Standfläche des oberen Maschinenkörperteils stark eingeschränkt ist, wodurch auch diese Laufmaschine sicherlich stabil, aber ebenso schwerfällig und langsam in der Bewegung ist.

Stabile mobile Laufmaschinen (sogenannte Schreitroboter) haben üblicherweise mindestens vier Beine, welche bei der Fortbewegung eines nach dem anderen in einem bestimmten Rhythmus abgehoben und an einer neuen Position in der Bewegungsrichtung abgesetzt werden. Um ständig eine stabile Lage während der Fortbewegung zu gewährleisten, ist durch eine entsprechende Steuerung darauf zu achten, daß sich immer mindestens drei Beine am Boden befinden und so ein stabiles Dreibein bilden, auf welchem der Roboter steht. Es ist somit eine sehr komplexe Steuerung zur Koordination der Beine, d. h. zur Vermeidung von Kollisionen der Beine und zur Berechnung der optimalen Schrittfolge zur Einhaltung des gewünschten Kurses notwendig. Eine Drehung des Schreitroboters um eine raumfeste Achse ist nur bedingt möglich. Eine beliebige räumliche Orientierung des Roboters ist daher meist nur durch entsprechendes Rangieren zu erreichen. Weitere Nachteile vier- und mehrbeiniger Roboter sind die statische Unbestimmtheit des Beinsystems beim Stillstand sowie die drohende Instabilität bei der Überwindung von Hindernissen durch die Verlagerung des Schwerpunktes außerhalb der durch die drei stützenden Beine aufgespannten Fläche.

Eine wesentliche Vereinfachung des Aufwandes zur Koordinierung der Beine besteht darin, die Anzahl der Beine zu reduzieren. Mit sinkender Beinzahl steigt gleichzeitig das Vermögen, Hindernisse zu überwinden. Ein derartiger Schreitroboter mit zwei parallel nebeneinander angeordneten Beinen wird z. B. in der EP 0 433 091 A2 beschrieben. Der dort offenbarte Schreitroboter weist an seinen Beinen jeweils einen dem menschlichen Fuß nachempfundenen gekrümmten Fuß auf. Hiermit soll eine möglichst große Anpassung an den Untergrund und eine Dämpfung beim Auftreten erreicht werden, so daß die menschliche Gangart bei einem zweibeinigen Roboter realisierbar ist. Bei einer derartigen zweibeinigen Laufmaschine liegt jedoch nur ein sehr kleiner statisch stabiler Arbeitsbereich vor. Insbesondere bereitet diese Art von Gehmaschinen Probleme bei der Stabilisierung beim Übergang von der Schwing- in die Stützphase, d. h. beim Loslaufen bzw. Auftreten während der Fortbewegung. Durch den zwangsläufig hohen Schwerpunkt ist auch die Stabilität während des Stillstands relativ gering. Aufgrund der ständigen Stabilitätsregelung liegt daher auch während der Stillstandsphase ein hoher Energieverbrauch vor. Da die Füße nicht für statische Stabilität sondern für dynamisches Gehen ausgelegt sind, ist außerdem der Gang recht unruhig. Um die .Stabilitätsprobleme bei zweibeinigen Robotern zu lösen, wurden sogenannte dynamische Lageregelungen entwickelt, durch die die Roboter während der Stillstands- und Laufphase dynamisch, d. h. durch Verlagerung des Schwerpunkts, stabilisiert werden. Die Wendigkeit eines Zweibeiners steigt dabei mit wachsender Instabilität, gleichzeitig sinkt die Präzision mit welcher Bewegungen relativ zur Umgebung ausgeführt werden können. Außerdem sind derartige dynamische Lageregelungen sehr aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Laufmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei kostengünstigem Aufbau und ohne komplizierte Steuerungen eine große Wendigkeit aufweist und dabei in jedem Zustand des Bewegungsablaufes sich in einer statisch stabilen, genau definierten Position befindet und daher in der Lage ist, Handhabungsbewegungen während der Fortbewegung auch über größere Entfernungen präzise auszuführen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Laufmaschine mit einem Maschinenkörper und mindestens zwei den Maschinenkörper tragenden Ein- oder Mehrbeinen mit jeweils einem bezüglich des Maschinenkörpers in sechs Freiheitsgraden verstellbaren Fuß, wobei die Füße derart ausgestaltet sind, daß im abgesetzten Zustand Standpunkte der Fußunterseite (Sohle) auf dem Boden eine Standfläche aufspannen, welche nur zu einem Teil vom Fuß überdeckt ist, und wobei die Ein- oder Mehrbeine derart an dem Maschinenkörper angeordnet sind, daß jeweils ein Fuß zumindest teilweise in der Standfläche des anderen Fußes am Boden aufsetzbar ist, wobei sich bei der Lastumsetzung von einem Bein auf ein anderes Bein die von den Standpunkten der Füße aufgespannten Standflächen partiell überdecken.

Ein Verfahren zur Steuerung ist in den Ansprüchen 22 und ff. angegeben.

Da jedes der beiden Ein- oder Mehrbeine derart ausgelegt sind, daß sie eine eigene Standfläche am Boden aufspannen, kann die Laufmaschine immer stabil auf einem Ein- oder Mehrbein stehen, während das andere Ein- oder Mehrbein fortbewegt wird. Der Schwerpunkt der Laufmaschine, d. h. auch der Maschinenkörper kann hierbei innerhalb gewisser Grenzen bewegt werden, wobei nur darauf zu achten ist, daß sich der Schwerpunkt lotrecht über der jeweils aufgespannten Standfläche befindet. Durch den möglichen Überlapp der von den beiden Ein- oder Mehrbeinen bzw. den Füßen aufgespannten Standflächen und die Verstellbarkeit des Fußes in sechs Freiheitsgraden ist die Laufmaschine beim Anheben eines beliebigen Fußes in der Ruhelage statisch stabil. Es ist auch eine kontinuierliche Bewegung in jeder Richtung, sogar eine Drehung am Platz, ohne Rangieren möglich. Die Standfläche kann sowohl von einzelnen Standpunkten des Mehrbeines, z. B. eines Dreibeins oder vorzugsweise durch einen entsprechend geformten großen Fuß mit einer breiten Fußunterfläche (Sohle) aufgespannt werden. Wichtig ist nur, daß die Standfläche zu einem großen Teil nicht durch den Fuß selber abgedeckt, d. h. nach oben frei zugänglich ist, damit das jeweilige andere Ein- oder Mehrbein bzw. der andere Fuß ungehindert, zumindest teilweise, in der ersten Standfläche am Boden aufsetzbar ist. Da der Fuß in sechs Freiheitsgraden verstellbar ist, kann die Standfläche auch auf schrägem oder auf unebenem Gelände aufgespannt werden.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Laufmaschine.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Mehrbein aus einer am Maschinenkörper festgelegten Maschinenkörperplattform, einer bodenseitigen, mit dem Fuß verbundenen Fußplattform und mehreren einzelnen, die Maschinenkörperplattform mit der Fußplattform verbindenden, jeweils an der Maschinenkörperplattform und der Fußplattform gelenkig festgelegten längenverstellbaren Beinen, z. B. Teleskopbeinen, besteht. Über die Längeneinstellung der einzelnen parallel geschalteten Beine kann so die Fußplattform bzw. der Fuß unterschiedlich orientiert werden und auch die Länge des gesamten Mehrbeins verändert werden. Vorzugsweise ist die Maschinenkörperplattform mit der Fußplattform über sechs längenverstellbare Beine verbunden, von denen jeweils paarweise zwei Beine eng zueinander beabstandet mit ihrem oberen Ende an der Maschinenkörperplattform gelenkig gehaltert sind und mit ihrem fußseitigen Ende unter Bildung eines Gelenkdreiecks mit einem größeren Abstand zueinander gelenkig mit der Fußplattform verbunden sind. Das gesamte Mehrbein bildet somit ein stabiles Gestell, wobei die Fußplattform gegenüber der Maschinenkörperplattform in sechs Freiheitsgraden durch Einstellung der unterschiedlichen Länge der sechs einzelnen Beine verstellt werden kann. Derartige Mehrbeine werden auch als sogenannte "Stewart-Plattform" bezeichnet.

Die einzelnen Beine der Stewart-Plattform können z. B. vorteilhafterweise als nachgiebige Komponenten gestaltet sein, welche aus kontinuierlichen flexiblen Rohren aus Elastomer-Material bestehen und sich bei innerer Drucksteigerung in Längsrichtung dehnen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, zur Längenveränderung Linear-Wanderwellen- Motoren zu verwenden. Der Antrieb des Roboters ist dann extrem robust und verschleißarm.

Bei einer besonders vorteilhaften und kostengünstigen Ausführungsform sind die einzelnen Beine an der Maschinenkörperplattform und der Fußplattform um zwei senkrecht zueinander und parallel zur Maschinenkörper- bzw. zur Fußplattform liegende Drehachsen frei schwenkbar gelagert und weisen zur Längeneinstellung eine motorisch angetriebene Hubspindel auf. Es werden somit anstatt von drei Freiheitsgraden an den Ankopplungsstellen zur Maschinenkörperplattform und zur Fußplattform jeweils nur noch zwei Freiheitsgrade gebraucht, wobei der dritte Freiheitsgrad durch die freie Drehung der Spindelbuchse des einzelnen Beines auf der jeweiligen Spindel gewährleistet ist. Die durch die Drehung in der Spindelbuchse auf der Spindel erzeugte Längenveränderung des einzelnen Beines kann dann durch eine entsprechende motorische Mitverdrehung der Spindel wieder ausgeglichen werden.

Hierfür weisen die einzelnen Beine vorteilhafterweise jeweils eine Längenmeßvorrichtung auf, wobei es sich vorzugsweise um eine direkte Längenmessung, z. B. eine Widerstandsmessung handelt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Beine jeweils eine Kraftmeßvorrichtung, z. B. in Form einer einfachen Kraftmeßdose, aufweisen. Durch die Ermittlung der Längen der einzelnen Beine der Stewart-Plattform und die an den einzelnen Beinen in Längsrichtung der Beine anliegenden Kräfte kann auf einfache Weise sowohl die exakte Position des Fußes als auch die am Fuß auftretende Kraftverteilung bestimmt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Ein- oder Mehrbeine, vorzugsweise die beiden Stewart-Plattformen, im wesentlichen parallel verlaufend an- oder unter dem Maschinenkörper angeordnet. Die Füße weisen jeweils einen am Ein- oder Mehrbein befestigten Flansch und zwei daran angeordnete, einen offenen Ring bildende Klauen auf. Als Standfläche steht somit die gesamte Kreisfläche innerhalb des Rings zur Verfügung. Selbstverständlich kann anstelle von ringförmigen Klauen auch von den Klauen eine eckige U-Form od. dgl. gebildet werden.

Die Öffnung des von den Klauen gebildeten Rings ist bezüglich des Ringmittelpunkts vorzugsweise gegenüber dem Flansch angeordnet. Die Öffnungen der Ringe der beiden Füße weisen in einer Nullstellung (Ruhelage) der Füße und bei einem Geradeauslauf der Laufmaschine zueinander und die Mehrbeine bzw. Stewart-Plattformen sind so an dem Maschinenkörper angeordnet, daß die Füße in der Ruhelage mit jeweils einer Klaue eines Fußes zwischen die Klauen des jeweils anderen Fußes greifen. Alternativ ist der Außendurchmesser des einen Fußes kleiner als der Innendurchmesser des von den Klauen gebildeten Rings des zweiten Fußes, so daß die Füße in der Ruhestellung ineinander stehen und die beiden Flächenschwerpunkte der Kreisflächen, d. h. die Kreismittelpunkte, übereinander liegen. Dieses ist selbstverständlich auch mit anderen Fußformen möglich. Es ist nur dabei darauf zu achten, daß das lichte Maß des einen Fußes kleiner ist als die Außenmaße des anderen.

Bei einer alternativen Ausführungsform weisen die Füße jeweils einen am Ein- oder Mehrbein befestigten Flansch und mindestens drei daran sternförmig sich radial nach außen erstreckende Zehen auf. Es wird sozusagen eine Art Krähenfuß gebildet. Die beiden Füße stehen in der Ruheposition vorzugsweise antiparallel, so daß sich die von den Krähenfüßen aufgespannten dreieckigen Standflächen in einem Randbereich überdecken.

Bei einer weiteren Alternative weist die Laufmaschine ein zentrales, unter dem Maschinenkörper angeordnetes Ein- oder Mehrbein mit einem bezüglich des Maschinenkörpers in sechs Freiheitsgraden motorisch verstellbaren zentralen Fuß und ein Ein- oder Mehrbein mit einem sich ringförmig um den zentralen Fuß erstreckenden Außenfuß auf. Anstelle des Außenfußes kann auch ein Dreibein mit drei an der Maschinenkörperseite und/oder Unterseite um das zentrale Ein- oder Mehrbein verteilt angeordneten einzelnen Beinen verwendet werden. Die einzelnen Beine dieses Dreibeins sollten zur Einstellung auf unterschiedlich schräge Flächen und unebenem Gelände separat längenveränderbar und parallel verlaufend möglichst weit außen am Maschinenkörper angeordnet sein. Sie werden jedoch prinzipiell als ein zusammengehörendes, eine Standfläche aufspannendes Dreibein behandelt und angesteuert, d. h. gleichzeitig angehoben und wieder abgesetzt.

Als alternative Beinform ist es selbstverständlich auch möglich, anstelle eines zusammenhängenden Mehrbeins, wie einer Stewart-Plattform, ein Einbein aus mehreren hintereinander über steuerbare Gelenke miteinander verbundenen Beingliedern zu verwenden, wobei die Beinglieder über steuerbare Gelenke an einem Ende mit dem Maschinenkörper und am anderen Ende mit einem Fuß verbunden sind und gegenüber dem Maschinenkörper und/oder dem Fuß um eine senkrecht zum Maschinenkörper bzw. zum Fuß liegende Achse gesteuert drehbar ist. Auch dieses Einbein bildet selbstverständlich ein Gestell, welches alleine in der Lage ist die gesamte Laufmaschine stabil zu tragen. Ein derartiges Bein ist jedoch aufwendiger anzusteuern als die genannte Stewart-Plattform, da hier jedes einzelne Gelenk angesteuert werden muß und über die Stellung der einzelnen Gelenke die jeweilige Position und Orientierung des Fußes bestimmt wird. Außerdem ist eine Ermittlung der Kräfte an den einzelnen Stellen des Fußes bzw. dessen Auflagefläche, d. h. eine Ermittlung der Kraftverteilung am Fuß, nicht so unkompliziert möglich wie bei der Stewart-Plattform.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform sind in und/oder am Maschinenkörper eine Massenverlagerungsvorrichtung zur Verlagerung des Massenschwerpunktes der Laufmaschine angeordnet. Durch die Verlagerung des Massenschwerpunktes der Laufmaschine mittels der Ausgleichsmassen der Massenverlagerungsvorrichtung kann der Aktionsradius der Laufmaschine bzw. des Maschinenkörpers und des jeweiligen freien Bewegungsbeines ausgedehnt werden, wobei der gesamte Massenschwerpunkt der Laufmaschine immer noch senkrecht über der jeweils vom Standbein aufgespannten Standfläche verbleibt. Die Massenverlagerungsvorrichtung besteht vorzugsweise aus zwei übereinander auf einer Achse gelagerten gleichartigen Exzenterscheiben, mit welchen die Position des Schwerpunkts verlagert wird und einer auf der gleichen Achse gelagerten Schwungscheibe, um den bei einem Verdrehen der Exzenterscheiben auftretenden Drehimpuls wieder auszugleichen.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Steuerung einer Laufmaschine, insbesondere einer erfindungsgemäßen Laufmaschine, zu schaffen, welches einfach und unkompliziert arbeitet und welches eine größtmögliche Mobilität der Laufmaschine bei einer permanenten stabilen Lage der Laufmaschine gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 22 gelöst.

Durch die Bewegung der Laufmaschine wechselweise über zwei unabhängig voneinander bewegbaren Standflächen befindet sich die Laufmaschine immer in einem stabilen Gleichgewicht, so daß auf eine dynamische Lageregelung verzichtet werden kann. Das Verfahren ist prinzipiell zur Steuerung von unterschiedlichsten Laufmaschinen geeignet, bei denen es durch die Anzahl der Beine oder aber durch die Ausgestaltung der Füße bzw. Auflagepunkte an den Beinen möglich ist, zwei voneinander unabhängige Standflächen aufzuspannen. Dieses Verfahren wäre somit u. a. auch verwendbar um z. B. eine spinnenartige sechsbeinige Laufmaschine anzusteuern, bei dem die Beine jeweils zu dritt hintereinander in zwei Reihen nebeneinander angeordnet sind. Hiervon könnten z. B. jeweils das erste und letzte Bein einer Reihe und das gegenüberliegende mittlere Bein als ein gemeinsames Mehrbein angesteuert werden. Diese Maschine wäre dann quasi eine Laufmaschine mit zwei Dreibeinen, wobei sich die dreieckigen Standflächen überlappend positionieren lassen. Die Steuerung wäre somit außerordentlich unkompliziert bei einer größtmöglichen Stabilität der Maschine. Lediglich die Wendigkeit ist bei einer derartigen Laufmaschine etwas eingeschränkt, da zur Drehung der Maschine am Platz doch noch ein Rangieren erforderlich ist.

Die Unteransprüche 23 bis 40 enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Standflächen während des Standortwechsels, bei welchem der Schwerpunkt der Laufmaschine von einer lotrechten Position über der einen Standfläche in eine Position über der anderen Standfläche verlagert wird, aneinandergrenzen oder sich überlappen. Hierdurch kann die Steuerung zur Durchführung des Standortwechsels noch einfacher konzipiert sein.

Vorteilhafterweise werden, insbesondere bei der Verwendung einer erfindungsgemäßen Laufmaschine mit zwei Stewart- Plattformen als Mehrbeine, zur Ermittlung der Standpunkte eines Mehrbeins bzw. eines daran angeordneten Fußes sowie der von den Standpunkten aufgespannten Standfläche und zur Kontrolle der Standstabilität der Laufmaschine an den einzelnen Beinen des Mehrbeins die Kräfte in Längsrichtung der einzelnen Beine und die Länge der einzelnen Beine gemessen und als Eingangsmeßwerte der Steuervorrichtung zugeführt, und aus diesen Eingangsmeßwerten die an dem Mehrbein bzw. dem Fuß angreifenden Kraftvektoren und/oder das an dem Mehrbein bzw. dem Fuß angreifende Moment berechnet.

Hierbei können vorteilhafterweise aus den Eingangsmeßwerten die an mehreren Stellen entlang des Umfangs einer Fußunterseite bzw. Sohle eines am Mehrbein angeordneten Fußes anliegenden Kraftvektoren ermittelt werden, d. h. die Kraftverteilung am Fuß kann ermittelt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren wird vorteilhafterweise in einem temporären Maschinenkoordinatensystem gearbeitet, dessen Ursprung immer im Flächenschwerpunkt der jeweiligen Standfläche liegt. Bei einem Standortwechsel wird vorteilhafterweise der Ursprung des temporären Maschinenkoordinatensystems vom Flächenschwerpunkt der Standfläche auf dem sich die Laufmaschine vorher befand in dem Moment in den Flächenschwerpunkt der neuen Standfläche verlegt, wenn die Summe der Kräfte an beiden Mehrbeinen bzw. Füßen den gleichen Wert annehmen.

Der Maschinenkörper kann während der Bewegung eines Mehrbeins bzw. eines Fußes in die entsprechende Bewegungsrichtung innerhalb der durch die jeweilig vorliegende Standfläche vorgegebenen Grenzen mitbewegt werden.

Die Schrittweite des jeweils bewegten Mehrbeins bzw. des Fußes (des Bewegungsbeins bzw. Bewegungsfußes) kann auf unterschiedliche Weise vorgegeben sein.

Zum einen kann das Bewegungsbein bzw. der Bewegungsfuß und ggf. auch der Maschinenkörper an eine vorgegebene Position in Bewegungsrichtung verfahren werden und das Bewegungsbein bzw. der Bewegungsfuß an der vorgegebenen Position am Boden aufgesetzt werden. In diesem Fall erhält man z. B. immer exakt vorgegebene, z. B. konstante, Schrittlängen.

Alternativ ist es auch möglich, das Bewegungsbein bzw. den Bewegungsfuß und ggf. den Maschinenkörper soweit in der vorgegebenen Bewegungsrichtung zu verfahren, bis das am Standbein bzw. dem Standfuß angreifende Moment größer ist als ein vorgegebenes Grenzmoment (Kippmoment), bei dessen weiteren Überschreiten die Laufmaschine umzukippen droht. Anstelle des am Standfuß angreifenden Moments kann auch die Kraftverteilung entlang des Umfangs der Sohle beobachtet werden und das Bewegungsbein bzw. der Maschinenkörper soweit in Bewegungsrichtung verfahren werden bis ein Kraftvektor an einer entlang des Umfangs der Sohle des Standfußes liegenden Stelle kleiner ist als eine vorgegebene Grenzkraft. Nach einem Überschreiten bzw. Unterschreiten des jeweiligen Grenzwertes wird das Bewegungsbein bzw. der Bewegungsfuß am Boden aufgesetzt und der Standort gewechselt.

Selbstverständlich ist es auch möglich Grenzwerte festzulegen die nicht überschritten werden dürfen und entsprechend bei einem Erreichen dieser Grenzwerte das Bewegungsbein bzw. den Bewegungsfuß am Boden aufzusetzen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zum Ausgleich der Verlagerung des Laufmaschinenschwerpunktes durch die Bewegung eines Mehrbeins bzw. eines Fußes und/oder des Maschinenkörpers mittels einer von der Steuervorrichtung angesteuerten Massenverlagerungsvorrichtung der Schwerpunkt innerhalb des Maschinenkörpers verlagert wird. Auf diese Weise kann der Aktionsradius der Laufmaschine über der jeweiligen Standfläche vergrößert werden.

Der Maschinenkörper kann somit vorteilhafterweise auch während der Fortbewegung der Laufmaschine kontinuierlich entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn mit vorgegebenen Bahnkoordinaten bewegt werden.

Um diese kontinuierliche Bewegung während eines Standortwechsels weiterzuführen und eine insgesamt kontinuierliche Bewegungsbahn des Maschinenkörpers zu erreichen, können aus den jeweils am Standbein bzw. am Standfuß anliegenden Kräften und/oder Momenten und den vorgegebenen Bahnkoordinaten des Maschinenkörpers die Bahnkoordinaten berechnet werden, bei deren Erreichen das jeweilige Bewegungsbein bzw. der Bewegungsfuß zur Durchführung eines Standortwechsels am Boden aufgesetzt sein muß. Bei dieser "bahnorientierten Stabilitätskontrolle" wird somit nicht abgewartet bis das Kippmoment bzw. die Grenzkraft im Standfuß erreicht ist, sondern diese Grenzpunkte werden im voraus berechnet.

Während der Bewegung des unbelasteten Mehrbeins bzw. des Bewegungsfußes werden vorzugsweise auch die am Bewegungsbein bzw. dem Bewegungsfuß auftretenden Kräfte ermittelt und bei einem Auftreten einer externen, nicht von der Steuervorrichtung erwarteten Kraft das Mehrbein bzw. der Fuß soweit entgegen der Bewegungsrichtung zurückverfahren, bis die externe Kraft verschwunden ist und dann das Mehrbein bzw. der Fuß am Boden aufgesetzt. Derartige externe Kräfte treten auf, wenn das Bewegungsbein bzw. der Bewegungsfuß gegen ein Hindernis anstößt. Hierbei kann es sich z. B. um eine Treppenstufe od. dgl. handeln.

Um eine stabile Standposition des Fußes am Boden zu gewährleisten, werden beim Aufsetzen eines Mehrbeins bzw. des Fußes am Boden die einzelnen Beine des Mehrbeins soweit ausgefahren, bis an den einzelnen Beinen des Mehrbeins gleichhohe, in Längsrichtung der einzelnen Beine wirkenden Kräfte auftreten. Somit liegt automatisch auch eine gleichmäßige Auflagerkraft am ganzen Fuß an.

Wird diese stabile Standposition nicht erreicht bevor ein einzelnes Bein des Mehrbeins die maximale Ausfahrlänge erreicht hat, so wird das Mehrbein zunächst entgegen der Bewegungsrichtung zurückverfahren und an einer anderen Position erneut das Mehrbein ausgefahren bzw. der Fuß abgesetzt. Alternativ kann hier auch ein Alarmsignal ausgelöst oder die Maschine gestoppt werden.

Weiterhin kann bei einem Absenken des an einem Mehrbein angeordneten Fußes nach einer Detektion einer externen Kraft an einer Stelle des Fußes, d. h. bei der ersten Bodenberührung, der Fuß in eine Taumelbewegung versetzt und dabei die am Fuß angreifenden Kräfte und/oder die Momente in jeder Lage des Fußes ermittelt werden. Dadurch werden die Stabilität und die Abmaße der Untergrundfläche berechnet und die mögliche Abstellfläche ertastet. Anschließend wird der Fuß entsprechend der berechneten Untergrundfläche ggf. orientiert und auf der Untergrundfläche aufgesetzt. Wird bei der Berechnung eine Untergrundfläche ermittelt, welche kleiner ist als die benötigte Standfläche, so wird das Mehrbein bzw. der Fuß in Richtung über die ermittelte Untergrundfläche weiter verschoben und die dann unter dem Fuß befindliche Untergrundfläche durch eine erneute Taumelbewegung und Ermittlung der jeweiligen Kräfte und/oder Momente am Fuß untersucht, d. h. es wird eine neue Abstellfläche gesucht.

Falls bei diesem Verschieben in Richtung über die ermittelte Untergrundfläche eine externe Kraft entgegen der Bewegungsrichtung am Fuß auftrifft, so wird die Laufmaschine gestoppt und/oder ein Alarmsignal ausgelöst. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn die Laufmaschine an einer Treppe angelangt ist deren Treppenstufen nicht breit genug sind um eine ausreichende Standfläche für die Füße zu bieten. In diesem Fall ist es nicht möglich, den Fuß weiter über die jeweilige Trittstufe zu verschieben ohne gegen die Sichtstufe zu stoßen.

Die Erfindung wird im folgenden, unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen, anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Laufmaschine mit zwei Stewart- Plattformen als Mehrbeine und ringförmigen Klauenfüßen (mit einem Teilschnitt durch den Maschinenkörper zur Darstellung der Massenverlagerungsvorrichtung),

Fig. 2 eine detailliertere Darstellung eines einzelnen Beins der Stewart-Plattform aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Füße der Stewart-Plattformen der Laufmaschine nach Fig. 1 in der Ruheposition,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Fußes aus Fig. 3,

Fig. 5 eine Unteransicht einer Maschinenkörperplattform einer Stewart-Plattform aus Fig. 1 zur Festlegung der einzelnen Beine am Maschinenkörper,

Fig. 6a und 6b eine Draufsicht und einen Schnitt durch die Massenverlagerungsvorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine alternative Form der Füße für eine Laufmaschine gemäß Fig. 1 in Ruhestellung,

Fig. 8a und 8b schematische Darstellungen weiterer möglicher Fußformen und Ruhestellungspositionen,

Fig. 9a und 9b eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Fußform für eine Laufmaschine gemäß Fig. 1 in zwei verschiedenen, mittels einer Stewart- Plattform erreichbaren Positionen,

Fig. 10 eine schematische Seitenansicht einer Laufmaschine mit zwei außenseitig angeordneten Stewart-Plattformen mit ringförmigen "Klauenfüßen" mit sehr großen Standflächen,

Fig. 11 eine schematische Draufsicht auf die Laufmaschine aus Fig. 10,

Fig. 12 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform von Füßen für eine erfindungsgemäße Laufmaschine mit zwei Ein- oder Mehrbeinen (Krähenfüße),

Fig. 13a und 13b eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laufmaschine mit einer zentral unter dem Maschinenkörper angeordneten Stewart-Plattform mit einem zentralen Fuß und einem ringförmig um den zentralen Fuß sich erstreckenden Außenfuß, welcher ebenfalls über eine Stewart-Plattform mit dem Maschinenkörper verbunden ist, einmal in Ruhestellung (Fig. 13a) und in einer versetzten Stellung (Fig. 13b),

Fig. 14a und 14b schematische Draufsichten auf die Fußpositionen gemäß Fig. 13a und Fig. 13b,

Fig. 15 eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles mit einem zentralen, über eine Stewart-Plattform mit dem Maschinenkörper verbundenen Fuß und einem außenseitig um das zentrale Bein angeordneten Dreibein,

Fig. 16 eine schematische Draufsicht auf die Laufmaschine gemäß Fig. 15,

Fig. 17 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Laufmaschine mit einem zentralen Fuß, welcher über ein Einbein, bestehend aus mehreren hintereinander gelenkig miteinander verkoppelten Beingliedern und mit einem Außenfuß, welcher über eine Stewart-Plattform mit dem Maschinenkörper verbunden ist,

Fig. 18 eine schematische Darstellung der Steuervorrichtung mit den Meßvorrichtungen und den Spindelmotoren in den jeweils sechs einzelnen Beinen der beiden Stewart-Plattformen einer Laufmaschine gemäß Fig. 1,

Fig. 19 ein schematisches Flußdiagramm des hierarchischen Aufbaus der Stabilitätskontrolle,

Fig. 20 ein schematisches Flußdiagramm der momentanen Stabilitätskontrolle,

Fig. 21a bis 21c ein schematisches Flußdiagramm einer Bewegungsstrategie zum Bewegen des Bewegungsfußes und Auffinden einer stabilen Standfläche.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laufmaschine (1) ist in Fig. 1 dargestellt. Diese Laufmaschine (1) weist einen Maschinenkörper (2) und zwei den Maschinenkörper (2) tragende Mehrbeine (3A, 3B) in Form von sogenannten Stewart-Plattformen (3A, 3B) auf. Bei diesen Stewart-Plattformen (3A, 3B) handelt es sich um einen Manipulator mit sechs Freiheitsgraden der Bewegung, bestehend aus einer am Maschinenkörper (2) angeordneten Maschinenkörperplattform (7A, 7B) und einer Fußplattform (8A, 8B), die über sechs linear bewegliche Einzelbeine (10) in Verbindung stehen. Bei diesen einzelnen Beinen (10) handelt es sich um Teleskopbeine, welche mittels einer jeweils von einem Elektromotor (M1 bis M6) angetriebenen Hubspindel (13) in der Länge variierbar sind. Je zwei einzelne Beine (10) bilden gemeinsam mit der Fußplattform (Basis) (8A, 8B) ein Gelenkdreieck, an dessen Spitze die Maschinenkörperplattform (7A, 7B) über Gelenke (16, 17) mit den einzelnen Beinen (10) verbunden ist. Diese Gelenke (16, 17) weisen jeweils zwei Freiheitsgrade auf. Die einzelnen Beine (10) sind somit an der Maschinenkörperplattform (7A, 7B) um zwei senkrecht zueinander und parallel zur Maschinenkörperplattform (7A, 7B) liegende Drehachsen (16, 17) frei schwenkbar gelagert. Die Verbindungsstellen (14) der sechs Beine (10) sind hierbei auf einem Teilkreis (bzw. an den Spitzen eines gleichseitigen Dreiecks) jeweils paarweise gruppiert angeordnet (siehe Fig. 5). Über ebensolche Gelenke mit zwei senkrecht zueinander und parallel zur Fußplattform (8A, 8B) liegende Drehachsen sind die einzelnen Beine (10) jeweils mit der Fußplattform (8A, 8B) verbunden. Auch hier liegen die Verbindungsstellen auf einem Kreisring.

Auf eine zusätzliche gelenkige Verbindung der einzelnen Beine (10) an den Maschinenkörperplattformen (7A, 7B) bzw. den Fußplattformen (8A, 8B) über eine jeweils senkrecht zu den Plattformen (7A, 7B; 8A, 8B) stehende Achse kann verzichtet werden, da die einzelnen Beine (10) durch die freie Bewegung der Spindel (13) in der im oberen Teil des Beins (10) angeordneten Spindelbuchse (13B) in sich frei drehbar sind. Die Längenmessung der einzelnen Beine (10) erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht über den Drehwinkel der Spindel (13) bzw. der Achse des Motors (M, M1 bis M6) bezüglich einer Nullage, sondern die Länge wird direkt, z. B. mittels einer Widerstandmessung, erfaßt. Dadurch kann eine eventuell unerwünschte Veränderung der Beinlänge durch eine Verdrehung der Spindel (13) in der Spindelbuchse (13B) erkannt und durch Mitfahren des Motors (M, M1 bis M6) wieder ausgeglichen werden.

Die Fußplattformen (8A, 8B) sind somit gegenüber den Maschinenkörperplattformen (7A, 7B) bzw. gegenüber dem Maschinenkörper (2) durch die Verstellung der Längen der einzelnen Beine (10) in sechs Freiheitsgraden (drei Translationsfreiheitsgrade und drei Rotationsfreiheitsgrade) beliebig positionierbar.

An den Fußplattformen (8A, 8B) sind jeweils Füße (4A, 4B) angeordnet, welche so geformt sind, daß jeder Fuß (4A, 4B) für sich in der Lage ist, die gesamte Laufmaschine (1) zu tragen und einen durchgehend stabilen Zustand während der gesamten Bewegungsphase zu gewährleisten.

Anstelle der Stewart-Plattformen können die Füße selbstverständlich auch durch eine gleichwertige Konstruktion mit sechs Freiheitsgraden als Bein mit dem Maschinenkörper (2) verbunden sein. Hierbei kann es sich z. B. um ein Einbein (3C) handeln, welches aus mehreren hintereinander über steuerbare Gelenke (32) miteinander verbundenen Beingliedern (31) besteht, welches über steuerbare Gelenke (33) an einem Ende mit dem Maschinenkörper (2) und am anderen Ende mit einem Fuß (4C) verbunden ist, und gegenüber dem Maschinenkörper (2) bzw. dem Fuß (4C) um eine senkrecht zum Maschinenkörper (2) bzw. zum Fuß (4C) liegende Achse gesteuert drehbar ist. Ein derartiges Bein ist z. B. in Fig. 17 als zentrales Bein dargestellt. Wichtig ist nur, daß das Ein- oder Mehrbein allein als "Gestell" in der Lage ist, die gesamte Laufmaschine (1) sicher zu tragen.

Die Ausführung der Beine als Stewart-Plattformen (3A, 3B) hat jedoch den Vorteil, daß mit dieser Art Mehrbeinen (3A, 3B) nicht nur auf sehr einfache Weise der Fuß (4A, 4B) in jede beliebige Position gebracht werden kann, sondern, da durch die Lagerung der einzelnen Beine (10) an der Maschinenkörperplattform (7A, 7B) und der Fußplattform (8A, 8B) an den einzelnen Beinen (10) nur Zug- und Druckkräfte aber keine Momente auftreten, auch durch eine einfache Messung der Kräfte entlang der einzelnen Beine (10) der Stewart- Plattformen (3A, 3B) und durch Messung der Länge der einzelnen Beine (10) die an den Stewart-Plattformen (3A, 3B) bzw. dem Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) angreifenden Kraftvektoren und somit auch das an den Stewart-Plattformen (3A, 3B) bzw. dem Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) angreifende Moment berechnet werden kann. Auf diese Weise kann von einer Steuervorrichtung (80) sehr einfach die genaue Standfläche des Fußes (4A, 4B, 4E, 4F) ermittelt werden und die Standstabilität der Laufmaschine (1) kontrolliert werden.

Die einzelnen Beine (10) der Stewart-Plattform (3A, 3B) weisen hierzu im unteren Bereich jeweils eine Kraftmeßdose (KM, KM1 bis KM6) auf. Direkt oberhalb der Kraftmeßdose (KM, KM1 bis KM6) befindet sich der Elektromotor (M, M1 bis M6), welcher die Hubspindel (13) antreibt.

Die Füße (4A, 4B) weisen in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 1 jeweils einen an der Stewart-Plattform (3A, 3B) befestigten Flansch (6A, 6B) und zwei daran angeordnete, einen offenen Ring bildenden Klauen (50) auf. Der Flansch (6A, 6B) kann hierbei selbstverständlich auch gleich die Fußplattform (8A, 8B) der Stewart-Plattform (3A, 3B) bilden. Die Standfläche ist somit einmal durch die Unterfläche des Fußes (4A, 4B) und durch die von den Klauen (50) aufgespannte Kreisfläche gegeben, wobei der größte Teil der Standfläche nicht von dem jeweiligen Fuß (4A, 4B) überdeckt ist, sondern von oben frei zugänglich ist. Anstelle der in Fig. 3 und Fig. 7 in einer etwas abgewandelten Form dargestellten Grundform der Füße (4A, 4B) ist es selbstverständlich auch möglich, die Klauen (50) derart anzuordnen, daß auch eine quadratische oder andersartige semi-rotations-symmetrische Fläche, die ein Verdrehen der Füße (4A, 4B) relativ zueinander gestattet, gebildet wird. Die Füße (4A, 4B) sind entweder gleich groß, so daß bei entsprechenden Gegenüberstellungen der Füße mit den Öffnungen zueinander jeweils die Klaue (50) eines Fußes (4A, 4B) zwischen die Klauen (50) des jeweils anderen Fußes (4A, 4B) eingreift (siehe Fig. 8a und Fig. 8b). Vorzugsweise sind jedoch die Füße (4A, 4B) einander ähnlich aber verschieden groß. Der eine Fuß (4B) ist in der Grundfläche soweit verkleinert, daß er (z. B. in der Ruhelage) zum größten Teil in die Fußfläche des größeren Fußes (4A) hineingestellt werden kann sowie in Richtung der Verbindungslinie der Kreismittelpunkte (MI) aus ihr herausgezogen werden kann. Bei entsprechender Ausformung der Füße (4A, 4B) und des Flansches (6A, 6B) ist es sogar möglich, den einen Fuß (4B) direkt im anderen Fuß (4A) mit sich überdeckenden Flächenschwerpunkten (CF, CFB)) zu verdrehen (siehe Fig. 9a und Fig. 9b). Somit ist problemlos eine Drehung am Platz möglich. Derartige Drehungen können auch besonders gut mit Stewart-Plattformen (3A, 3B) als Mehrbeine (3A, 3B) durchgeführt werden.

Bei einer völlig anderen alternativen Ausführungsform gemäß den Fig. 13a bis 14b sind die Stewart-Plattformen im Ruhezustand koaxial unter dem Maschinenkörper (2) angeordnet, d. h. es gibt einen inneren zentralen Fuß (4B) und einen sich ringförmig um den zentralen Fuß (4B) erstreckenden Außenfuß (4A). Auch bei einer derartigen Bein- bzw. Fußkonstellation ist eine Drehung der Laufmaschine (1) am Platz problemlos durchführbar. Jedoch ist selbstverständlich die Schrittweite des inneren Fußes (4B) durch den äußeren Fuß (4A) beschränkt und umgekehrt.

Fig. 15 und 16 zeigen eine zu dieser Laufmaschine (1) alternative Ausführungsform, bei welcher der äußere "Fuß" durch ein Dreibein (3D) mit drei an der Maschinenkörperunterseite um das zentrale Mehrbein (3B) verteilt angeordneten einzelnen Beinen (34) abgebildet ist.

Ebenso zeigt Fig. 17 eine alternative Ausführungsform, bei der das zentrale Bein nicht mehr durch eine Stewart-Plattform gebildet ist, sondern durch ein aus mehreren, durch Gelenke (33, 32) hintereinander geschalteten Beingliedern (31) bestehendes Einbein (3C), an welchem ein ebenfalls in sechs Freiheitsgraden beweglicher Fuß (4C) angeordnet ist. Um den zentralen Fuß (4C) ist wieder ein Außenfuß (4A) mit einer Stewart-Plattform (3A) als Bein (3A) angeordnet.

Selbstverständlich sind auch verschiedene Kombinationsmöglichkeiten der genannten Ausführungsbeispiele denkbar.

Ebenso können bei der Verwendung von zwei parallel an dem Maschinenkörper (2) angeordneten Stewart-Plattformen (3A, 3B) diese Plattformen (3A, 3B) anstelle unter dem Maschinenkörper (2) auch seitlich an den Maschinenkörper (2) angeordnet sein. Ebenso können die Klauen (50) der Füße (4A, 4B) natürlich auch eine nahezu beliebig große Fläche aufspannen (siehe Fig. 10 und Fig. 11).

Weiterhin sind selbstverständlich auch völlig andere Fußformen, wie z. B. krähenfußartige Füße (4E, 4F) verwendbar (siehe Fig. 12). Derartige "Krähenfüße" (4E, 4F) werden jeweils von einen an dem Ein- oder Mehrbein bzw. der Stewart- Plattform (3A, 3B) befestigten Flansch (6E, 6F) und drei daran sternförmig sich radial nach außen erstreckenden Zehen (55) gebildet. Vorzugsweise stehen diese Füße (4E, 4F) in der Ruheposition antiparallel nebeneinander, so daß sich die von den Zehen (55) aufgespannten dreieckigen Standflächen (9E, 9F) zum Teil überlappen (siehe Fig. 12).

Im folgenden wird die Fortbewegung der erfindungsgemäßen Laufmaschine (1) bzw. das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren für ein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit zwei Stewart- Plattformen (3A, 3B) und daran angeordneten, ineinandergreifenden Füßen (4A, 4B) beschrieben.

Selbstverständlich ist dieses Steuerungsverfahren aber genau so bzw. analog auch mit den anderen beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich.

Bei Fortbewegung befindet sich der Schwerpunkt (CM) der Laufmaschine (1) ständig senkrecht über einer von einem der Füße (4A, 4B, 4E, 4F), dem Standfuß, aufgespannten Standfläche (9A, 9B, 9E, 9F). Der zweite, unbelastete Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) wird währenddessen als Bewegungsfuß in einer vorgegebenen Bewegungsrichtung verfahren und anschließend unter Aufspannen einer zweiten, von der ersten Standfläche (9A, 9B, 9E, 9F) unabhängigen Standfläche (9A, 9B, 9E, 9F) am Boden aufgesetzt. Nachfolgend wird zum Standortwechsel durch eine Bewegung des Maschinenkörpers (2) bzw. durch eine Verlagerung von Ausgleichsmassen (61, 62) im Maschinenkörper (2) der Schwerpunkt (CM) der Laufmaschine (1) von der ersten Standfläche (9A, 9B, 9E, 9F) in eine senkrecht über der zweiten Standfläche (9A, 9B, 9E, 9F) liegende Position verlagert, d. h. der bisherige Bewegungsfuß wird zum Standfuß und umgekehrt.

Vorzugsweise werden die Füße (4A, 4B, 4E, 4F) immer so abgesetzt, daß sich die aufgespannten Standflächen (9A, 9B, 9E, 9F) überlappen. In diesem Fall befindet sich der Bewegungsfuß während der Bewegung immer zu einem Teil oberhalb des jeweiligen Standfußes. Während der Bewegung des Bewegungsfußes wird ständig die Stabilität auf dem Standfuß des Roboters kontrolliert. Wie Fig. 18 zeigt, werden hierzu die Signale der sechs Kraftmeßdosen (KM1, KM6) in den sechs einzelnen Beinen (10) der jeweiligen Stewart-Plattform (3A, 3B) einer Stabilitätskontrolleinrichtung (81) der Steuervorrichtung (80) zugeführt. Da in den einzelnen Beinen (10) aufgrund der Lagerung nur Zug- und Druckkräfte, jedoch keine Momente anliegen, ist es mittels der durch die Kraftmeßdosen festgestellten Stabkräfte möglich, sämtliche auf den Fuß wirkenden Kräfte und Momente zu bestimmen, d. h. die in den sechs Achsen am Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) wirkenden Lasten zu ermitteln. Die Stabilitätskontrolleinrichtung (81) ist somit in der Lage, die Auflagerkräfte des Fußes (4A, 4B, 4E, 4F) an mehreren Stellen zu kontrollieren und sofort zu registrieren, wann an einer Stelle des Fußumfangs eine geforderte Auflagerkraft unterschritten wird, d. h. an dem Fuß (4A, 48) ein kritisches Kippmoment auftritt.

Es kann daher die Laufmaschine (1) nicht nur derart gesteuert werden, daß der jeweilige Bewegungsfuß (4A, 4B, 4E, 4F) an einer genau vorgegebenen Stelle abgesetzt wird, d. h. daß eine genau vorgegebene, z. B. immer die gleiche, Schrittlänge erfolgt, sondern es kann auch von der Laufmaschine (1) eine bestimmte Bahn verfolgt werden und der Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) immer dann abgesetzt werden, wenn das am Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) auftretende Moment größer als ein kritisches Kippmoment ist, beidem die Laufmaschine (1) umzukippen droht, oder die Kraft an einer Stelle des Fußumfangs kleiner ist als eine kritische Grenzkraft, um einen Standortwechsel durchzuführen.

Um hierbei einen größeren Aktionsradius des jeweiligen Bewegungsbeines (3A, 3B) bzw. des Maschinenkörpers (2) zu erreichen, befindet sich im Maschinenkörper (2) eine Massenverlagerungsvorrichtung (MVS) zur Verlagerung des Massenschwerpunkts (CM) der Laufmaschine (1). Diese Massenverlagerungsvorrichtung (MVS) besteht aus zwei übereinander auf einer Achse gelagerten gleichartigen Exzenterscheiben (61, 62) und einer auf der gleichen Achse (60) gelagerten Schwungscheibe (63). Alle drei Scheiben (61, 62, 63) sind über separate Antriebshohlwellen (74, 75, 76) mit separaten Antriebsmotoren (71, 72, 73) verbunden. Das Trägheitsmoment der Schwungscheibe (63) bezüglich der Rotationsachse entspricht der Summe der Trägheitsmomente der beiden Exzenterscheiben (61, 62). Die Exzenterscheiben (61, 62) weisen jeweils im wesentlichen die Form eines dicken Scheibensektors auf. In der in Fig. 6a dargestellten Lage befindet sich der Massenschwerpunkt (CM) der Massenverlagerungsvorrichtung (MVS) in der Mitte, d. h. auf der gemeinsamen Achse (60). Werden die beiden Exzenterscheiben (61, 62) um die gemeinsame Achse (60) gegeneinander verfahren, so verschiebt sich der Massenschwerpunkt (CM) radial nach außen. Wenn beide Exzentermassen (61, 62) mit gleicher Geschwindigkeit gegeneinander verfahren werden tritt kein Drehmoment auf. Um jedoch dann den Massenschwerpunkt (CM) auf einem vorgegebenen Radius an eine beliebige Stelle entlang des Umfangs zu verfahren, müssen beide Exzenterscheiben (61, 62) gleichsinnig im festen Abstand zueinander bewegt werden. Um das dann auftretende Drehmoment auszugleichen wird die Schwungscheibe (63) mit gleicher Geschwindigkeit in die Gegenrichtung bewegt. Alternativ können natürlich auch anstelle von Scheiben mit entsprechenden zueinander gewählten Trägheitsmomenten Scheiben mit beliebigen Trägheitsmomenten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotiert werden, um so die Trägheitsmomente gegeneinander auszugleichen und die Summe der Drehmomente zum Verschwinden zu bringen.

Mit Hilfe dieser ebenfalls von der Steuervorrichtung (80) angesteuerten Massenverlagerungsvorrichtung (MVS) kann eine Bewegung des Maschinenkörpers (2) bzw. des Bewegungsfußes (4A, 4B, 4E, 4F) über die stabile Fläche hinaus ausgeglichen werden. Fig. 20 stellt ein entsprechendes schematisches Flußdiagramm dar, bei welchem dem jeweiligen Bein (3A, 3B) eine Positionierung bzw. Orientierung vorgegeben wird. Aus den Eingangsdaten der Länge (Δl_iBeine ) der einzelnen Beine (3A, 3B) und den einzelnen an den Einzelbeinen (10) der Stewart- Plattform (3A, 3B) anliegenden Kräften (F_iKM ), welche mit den Kraftmeßdosen (KM1 bis KM6) ermittelt werden, können in der Stabilitätskontrolleinrichtung (81) in einer Berechnungsmatrix die entlang des Fußumfangs auftretenden Kraftvektoren (F_iFuß ) bzw. das am Fuß (4A, 4B) auftretende Moment (M_Fuß) ermittelt werden. Dies wird wiederum mit den von einer Sollgrößeneingabe (83) eingegebenen erlaubten Grenzwerten (M_Kipp) oder (F_Grenz) verglichen und entweder eine stabile Lage festgestellt und der Fuß weiterbewegt oder aber eine Überschreitung bzw. Unterschreitung der jeweiligen Grenzwerte (M_Kipp, F_Grenz) festgestellt und bei einer möglichen Kompensierung, z. B. des Kippmoments, mit Hilfe der Massenverlagerungsvorrichtung (MVS) diese Massenverlagerungsvorrichtung (MVS) zunächst aktiviert und dann in der Bewegung weiterverfahren oder anderenfalls der Standort gewechselt. Sollte kein Standortwechsel möglich sein, da in dem Bereich keine stabile Standfläche gefunden wird (z. B. eine steil abfallende Kante am Ende einer Laderampe vorliegt), wird die Laufmaschine (1) gestoppt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, diese Stabilitätskontrolle nur mittels der Kräfte (F_iFuß ) oder nur durch Kontrolle der Momente (M_Fuß) durchzuführen. Eine Kontrolle der Momente (M_Fuß) und der Kräfte (F_iFuß ) zusätzlich wäre in den Fällen notwendig, wo eine redundante Überprüfung wünschenswert ist.

Eine alternative Möglichkeit zu dieser "momentanen Stabilitätskontrolle" ist eine vorausschauende Stabilitätskontrolle, die sogenannte "bahnorientierte Stabilitätskontrolle". Diese basiert darauf, daß die momentanen Daten der Kräfte am Standfuß (4A, 4B, 4E, 4F) und die vorgegebenen Bahnkoordinaten verwendet werden um daraus die Bahnkoordinaten zu berechnen, bei denen die Grenzwerte (M_Kipp) oder (F_Grenz) vermutlich überschritten bzw. unterschritten werden und rechtzeitig den Bewegungsfuß (4A, 4B, 4E, 4F) vorher abzusetzen und einen Standortwechsel einzuleiten. Diese Methode der Stabilitätskontrolle sollte bevorzugt dann zum Einsatz kommen, wenn die Bahn des Körpers wesentlich ist, d. h. wenn eine möglichst kontinuierliche Bewegung der Laufmaschine bzw. des Maschinenkörpers (2) gewünscht wird. Die zuvor genannte momentane Stabilitätskontrolle, bei welcher ständig das Moment bzw. die Kräfte am Fuß ermittelt werden und während der Bewegung permanent abgefragt werden, ist dann sinnvoll, wenn eine autonome Bewegung auf einem unebenen Untergrund erfolgt und ein Maximum an Stabilität verlangt wird. Eine weitere Möglichkeit ist die in Fig. 19 als schematisches Flußdiagramm dargestellte hierarchische Struktur, bei der eine Steuerungsebene die Stabilität kontrolliert, während eine andere die Bahn verfolgt und bei einer drohenden Instabilität die bahnorientierte Stabilitätskontrolle durch die momentane Stabilitätskontrolle überlagert wird.

Während der Bewegung werden alle Daten der Füße von der Steuervorrichtung (80) in einem temporären Maschinenkoordinatensystem berechnet, dessen Ursprung immer im Flächenschwerpunkt (CFA, CFB) der jeweiligen Standfläche (9A, 9B, 9E, 9F) liegt. Bei einem Standortwechsel wird der Ursprung des temporären Maschinenkoordinatensystems genau dann vom Flächenschwerpunkt (CFA) des jeweiligen Standbeins (3A) in den Flächenschwerpunkt (CFB) des Bewegungsbeins (3B) bzw. des dann neuen Standbeins (3B) verlegt, wenn die Summen der Kräfte an beiden Füßen (4A, 4B, 4E, 4F) bzw. an den Beinen (10) der Stewart-Plattform (3A, 3B) den gleichen Wert annehmen, d. h. wenn beide Füße (4A, 4B, 4E, 4F) gleichmäßig belastet sind.

Während der Bewegung eines Bewegungsbeins (3A, 3B) bzw. Bewegungsfußes (4A, 4B, 4E, 4F) können außer den am Standbein (3A, 3B) auftretenden Kräften auch die am Bewegungsfuß (4A, 4B, 4E, 4F) auftretenden Kräfte überwacht werden. Stößt der Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) bei der Bewegung vor ein Hindernis, so wird am Bewegungsfuß (4A, 4B, 4E, 4F) eine externe, nicht von der Steuervorrichtung (80) erwartete Kraft auftreten. In diesem Fall muß der Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) soweit entgegen der Bewegungsrichtung zurückverfahren werden, bis die externe Kraft verschwunden ist. Anschließend kann dann der Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) am Boden abgesetzt werden.

Die optimale Positionierung des Fußes (4A, 4B, 4E, 4F) auf dem Untergrund wird durch Einstellung einer gleichmäßigen Auflagerkraft am gesamten Fußumfang erreicht, d. h. daß die einzelnen Beine (10) der Stewart-Plattform (3A, 3B) soweit ausgefahren werden, bis an den einzelnen Beinen (10) der Stewart-Plattform (3A, 3B) gleich hohe, in Längsrichtung der einzelnen Beine (10) wirkende Kräfte auftreten.

Sollte eines der einzelnen Beine (10) vor dem Erreichen einer solchen stabilen Standposition bereits maximal ausgefahren sein, so befindet sich die Maschine vermutlich in einer Position an einer Kante, z. B. an einem oberen Treppenabsatz, welche zu hoch ist, damit die Maschine (1) diesen Höhenunterschied Oberwinden kann. In diesem Fall wird der Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) zunächst entgegen der Bewegungsrichtung zurückverfahren und an einer anderen Position erneut versucht den Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) abzusetzen. Gleichzeitig kann in einer solchen Position auch ein Alarmsignal ausgelöst werden und/oder die Laufmaschine (1) gestoppt werden.

Ein entsprechendes Flußdiagramm mit einer Abfrage von externen Kräften beim Anstoßen gegen ein Hindernis sowie mit einem Absenken ist in Fig. 21 dargestellt. Wird die optimale Positionierung des Fußes auf dem Untergrund, d. h. eine Gleichheit aller in den einzelnen Beinen (10) der Steward- Plattform (3A, 3B) anliegenden Kräfte (F1, F2, F3, F4, F5, F6) erreicht, so kann der Maschinenkörper (2) mit der Massenverlagerungsvorrichtung (MVS) (d. h. die gesamte Struktur) in Richtung des Flächenschwerpunkts des ehemaligen Bewegungsfußes verfahren werden und bei einer gleichmäßigen Belastung beider Füße das Koordinatensystem intern gewechselt werden (siehe Fig. 21c).

Wird dagegen die optimale Positionierung nicht erreicht, so kann gemäß dem Verfahrensablauf in Fig. 21b zunächst der Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) in eine leichte Taumelbewegung gebracht werden und durch die in jeder Lage des Fußes (4A, 4B, 4E, 4F) am Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) ermittelten angreifenden Kräfte und/oder Momente die Stabilität und die Abmaße der Untergrundfläche, berechnet werden, d. h. die mögliche Abstellfläche (Auflagefläche) wird auf diese Weise ertastet.

Wird hierbei von der Steuervorrichtung (80) festgestellt, daß die Abstellfläche groß genug ist, daß der gesamte Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) auf dieser Abstellfläche abgestellt werden kann, so wird der Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) entsprechend orientiert und abgesenkt. Anschließend erfolgt der Standortwechsel gemäß Fig. 21c. Ist eine Auflage der gesamten Fußflächen nicht möglich, so wird der Versuch unternommen, zunächst den Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) in Richtung der ermittelten Auflagefläche zu verschieben, d. h. den Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) weiter über die Auflagefläche zu bewegen. Anschließend wird eine erneute Taumelbewegung des Fußes (4A, 4B, 4E, 4F) durchgeführt und die Stabilität der neuen Auflagefläche überprüft und bei einer ausreichenden Größe und Stabilität der Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) ggf. orientiert und abgesenkt. Während des Verschiebens des Fußes (4A, 4B, 4E, 4F) in Richtung der ermittelten Auflagefläche wird permanent die Kraft am Bewegungsfuß (4A, 4B, 4E, 4F) in Bewegungsrichtung kontrolliert. Steigt hier die Fußkraft an, so befindet sich die Laufmaschine (1) vor einem Hindernis. Dies kann z. B. eine Treppenstufe sein, deren Breite kleiner ist als die Tiefe des Fußes (4A, 4B, 4E, 4F) bzw. welche so schmal ist, daß keine stabile Standposition auf dieser Treppenstufe möglich ist. In diesem Fall wird die Laufmaschine (1) gestoppt und gleichzeitig ein Alarmsignal ausgelöst.

Ein Roboter (1) bzw. eine Laufmaschine (2) der erfindungsgemäßen Art, welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren angesteuert wird, ist in der Lage, Handhabungsbewegungen während der Fortbewegung sehr genau auszuführen sowie auch über größere Entfernungen genau zu positionieren, da sich die Laufmaschine (1) während des gesamten Bewegungsablaufs in einer statisch stabilen genau definierten Position befindet. Durch die Reduzierung von mindestens vier Füßen bei den konventionellen stabil stehenden Schreitmaschinen auf nur zwei Füße, kann die Steuerung unkompliziert aufgebaut sein. Trotzdem kann auf eine dynamische Stabilisierung verzichtet werden, wie sie sonst bei den konventionellen zweibeinigen Schreitmaschinen notwendig ist. Daher kann der Aufwand bei der Informationsverarbeitung sowie die dynamische Belastung der Beine wesentlich reduziert werden.

Claims (40)

1. Laufmaschine (1) mit einem Maschinenkörper (2) und mindestens zwei den Maschinenkörper (2) tragenden Ein- oder Mehrbeinen (3A, 3B) mit jeweils einem bezüglich des Maschinenkörpers (2) in sechs Freiheitsgraden verstellbaren Fuß (4A, 4B; 4E, 4F), wobei die Füße (4A, 4B; 4E, 4F) derart ausgestaltet sind, daß im abgesetzten Zustand Standpunkte der Fußunterseite (41) (Sohle) auf dem Boden eine Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) aufspannen, welche nur zu einem Teil vom Fuß (4A, 4B, 4E, 4F) überdeckt ist, und wobei die Ein- oder Mehrbeine (3A, 3B) derart an dem Maschinenkörper (2) angeordnet sind, daß jeweils ein Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) zumindest teilweise in der Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) des anderen Fußes (4A, 4B; 4E, 4F) am Boden aufsetzbar ist, wobei sich bei der Lastumsetzung von einem Bein auf ein anderes Bein die von den Standpunkten der Füße (4A, 4B; 4E, 4F) aufgespannten Standflächen (9A, 9B; 9E, 9F) partiell überdecken.

2. Laufmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Mehrbein (3A, 3B) aus einer am Maschinenkörper (2) festgelegten Maschinenkörperplattform (7A, 7B), einer bodenseitigen, mit dem Fuß verbundenen Fußplattform (8A, 8B) und mehreren einzelnen, die Maschinenkörperplattform (7A, 7B) mit der Fußplattform (8A, 8B) verbindenden, jeweils an der Maschinenkörperplattform (7A, 7B) und der Fußplattform (8A, 8B) gelenkig festgelegten, längenverstellbaren Beinen (10), wie Teleskopbeinen (10), besteht.

3. Laufmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenkörperplattform (7A, 7B) mit der Fußplattform (8A, 8B) über sechs längenverstellbare Beine (10) verbunden ist, von denen jeweils paarweise zwei Beine (10) eng zueinander beabstandet mit ihrem oberen Ende (11) an der Maschinenkörperplattform (7A, 7B) gelenkig gehaltert sind und mit ihren fußseitigen Enden (12) unter Bildung eines Gelenkdreiecks mit einem größeren Abstand zueinander gelenkig mit der Fußplattform (8A, 8B) verbunden sind.

4. Laufmaschine nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkigen Verbindungsstellen (14) der sechs Beine (10) mit der Maschinenkörperplattform (7A, 7B) und/oder der Fußplattform (8A, 8B) auf einem Teilkreis (15) angeordnet sind.

5. Laufmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Beine (10) an der Maschinenkörperplattform (7A, 7B) und der Fußplattform (8A, 8B) jeweils um zwei senkrecht zueinander und parallel zur Maschinenkörper- bzw. zur Fußplattform (7A, 7B, 8A, 8B) liegende Drechachsen (16, 17) frei schwenkbar gelagert sind und zur Längeneinstellung eine motorisch angetriebene Hubspindel (13) aufweisen.

6. Laufmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Beine (10) jeweils eine Längenmeßvorrichtung (MS1 bis MS6) aufweisen.

7. Laufmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Beine (10) jeweils eine Kraftmeßvorrichtung (KM1 bis KM6) aufweisen.

8. Laufmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Einbein (3C) aus mehreren hintereinander über steuerbare Gelenke (32) miteinander verbundenen Beingliedern (31) besteht, und über steuerbare Gelenke (33) an einem Ende mit dem Maschinenkörper (2) und am anderen Ende mit einem Fuß (4C) verbunden ist und gegenüber dem Maschinenkörper (2) und/oder dem Fuß (4C) um eine senkrecht zum Maschinenkörper (2) bzw. zum Fuß (4C) liegende Achse gesteuert drehbar ist.

9. Laufmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ein- oder Mehrbeine (3A, 3B) im wesentlichen parallel verlaufend an oder unter dem Maschinenkörper (2) angeordnet sind.

10. Laufmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füße (4A, 4B) jeweils einen am Ein- oder Mehrbein (3A, 3B) befestigten Flansch (6A, 6B) und zwei daran angeordnete, einen offenen Ring bildende Klauen (50) aufweisen.

11. Laufmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnung (51A, 51B) des von den Klauen (50A, 50B) gebildeten Rings bezüglich des Ringmittelpunkts (M) gegenüber dem Flansch (6A, 6B) angeordnet ist.

12. Laufmaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (51A, 51B) der Ringe der beiden Füße (4A, 4B) in einer Null-Stellung (Ruhelage) der Füße (4A, 4B) und/oder bei einem Geradeauslauf der Laufmaschine (1) zueinanderweisen.

13. Laufmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrbeine (3A, 3B) so an dem Maschinenkörper (2) angeordnet sind, daß die Füße (4A, 4B) in der Ruhelage und/oder bei einem Geradeauslauf der Laufmaschine (1) mit jeweils einer Klaue (50A, 50B) eines Fußes (4A, 4B) zwischen die Klauen (50A, 50B) des jeweils anderen Fußes (4A, 4B) greifen.

14. Laufmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des einen Fußes (4B) kleiner ist als der Innendurchmesser des von den Klauen (50A) gebildeten Rings des anderen Fußes (4A) und der kleinere Fuß (4B) in der Ruhelage innerhalb des Rings des anderen Fußes (4A) steht.

15. Laufmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füße (4E, 4F) jeweils einen am Ein- oder Mehrbein befestigten Flansch (6E, 6F) und mindestens drei daran sternförmig sich radial nach außen erstreckende Zehen (55) aufweist.

16. Laufmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im und/oder am Maschinenkörper (2) eine Massenverlagerungsvorrichtung (MVS) zur Verlagerung des Massenschwerpunkts (CM) der Laufmaschine (1) angeordnet ist.

17. Laufmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenverlagerungsvorrichtung (MVS) aus zwei übereinander auf einer Achse (60) gelagerten gleichartigen Exzenterscheiben (61, 62) und einer auf der gleichen Achse (60) gelagerten Schwungscheibe (63) besteht.

18. Laufmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägheitsmoment der Schwungscheibe (63) bezüglich der Rotationsachse der Summe der Trägheitsmomente der beiden Exzenterscheiben (61, 62) entspricht.

19. Laufmaschine nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenterscheiben (61, 62) jeweils im wesentlichen die Form eines Scheibensektors aufweisen.

20. Laufmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Mehrbein (3D) ein Dreibein (3D) mit drei voneinander beabstandet am Boden aufsetzbaren, unabhängig voneinander längenveränderbaren einzelnen Beinen (34) ist.

21. Laufmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe ein zentrales unter dem Maschinenkörper (2) angeordnetes Ein- oder Mehrbein (3B, 3C) mit einem bezüglich des Maschinenkörpers (2) in sechs Freiheitsgraden motorisch verstellbaren zentralen Fuß (4B; 4C) und ein Ein- oder Mehrbein (3A) mit einem sich ringförmig tun den zentralen Fuß (4B; 4C) erstreckenden Außenfuß (4A) oder ein Dreibein (3D) mit drei an der Maschinenkörperseite und/oder -unterseite (2U) um das zentrale Ein- oder Mehrbein (3B) verteilt angeordneten einzelnen Beinen (34) aufweist.

22. Verfahren zur Steuerung einer Laufmaschine (1), insbesondere einer Laufmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, mit einem Maschinenkörper (2), mindestens zwei den Maschinenkörper (2) tragenden Ein- oder Mehrbeinen (3A bis 3D) und mindestens einer die Bewegung des Maschinenkörpers (2) und der Ein- oder Mehrbeine (3A bis 3D) ansteuernden Steuervorrichtung (80), bei welchem der Schwerpunkt (CM) der Laufmaschine (1) sich jederzeit lotrecht über einer Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) befindet, welche zwischen Standpunkten der Ein- oder Mehrbeine (3A bis 3D) und/oder daran endseitig angeordneter Füße (4A, 4B; 4C; 4E, 4F) am Boden aufgespannt ist, wobei sich bei der Fortbewegung der Laufmaschine (1) wechselweise der Schwerpunkt (CM) lotrecht über einer von mindestens einem Ein- oder Mehrbein (3A bis 3D) und/oder Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) (Standbein bzw. Standfuß) aufgespannten ersten Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) befindet, während ein jeweils anderes, unbelastetes Ein- oder Mehrbein (3A bis 3D) und/oder Fuß (4A, 4B; 4C; 4E, 4F) (Bewegungsbein bzw. Bewegungsfuß) in einer vorgegebenen Bewegungsrichtung bewegt und anschließend unter Aufspannen einer zweiten, von der ersten Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) unabhängigen Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) am Boden aufgesetzt wird und nachfolgend zum Standortwechsel durch eine Bewegung des Maschinenkörpers (2) und/oder durch eine Verlagerung von Ausgleichsmassen (61, 62) der Schwerpunkt (CM) der Laufmaschine (1) von der Position über der ersten Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) in eine lotrecht über der zweiten Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) liegende Position verlagert wird und dann das die erste Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) aufspannende Ein- oder Mehrbein (3A bis 3D) und/oder der Fuß (4A, 4B; 4C; 4E, 4F) entlastet und fortbewegt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Standflächen (9A, 9B; 9E, 9F) während des Standortwechsels, bei welchem der Schwerpunkt (CM) der Laufmaschine (1) von einer lotrechten Position über der einen Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) in eine Position über der anderen Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) verlagert wird, aneinandergrenzen oder sich überlappen.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Standpunkte eines Mehrbeins (3A, 3B) bzw. eines daran angeordneten Fußes (4A, 4B; 4E, 4F) sowie der von den Standpunkten aufgespannten Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) und zur Kontrolle der Standstabilität der Laufmaschine (1) an den einzelnen Beinen (10) des Mehrbeins (3A, 3B) die Kräfte in Längsrichtung der einzelnen Beine (10) und die Länge der einzelnen Beine (10) gemessen und als Eingangsmeßwerte der Steuervorrichtung zugeführt werden, und aus diesen Eingangsmeßwerten die an dem Mehrbein (3A, 3B) bzw. dem. Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) angreifenden Kraftvektoren und/oder das an dem Mehrbein (3A, 3B) bzw. dem Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) angreifende Moment berechnet werden.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Eingangsmeßwerten die an mehreren Stellen entlang des Umfangs einer Fußunterseite (41) (Sohle) eines am Mehrbein (3A, 3B) angeordneten Fußes (4A, 4B; 4E, 4F) anliegenden Kraftvektoren ermittelt werden.

26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Ursprung eines temporären Maschinenkoordinatensystems der Steuervorrichtung (80) immer im Flächenschwerpunkt (CFA, CFB) der jeweiligen Standfläche (9A, 9B; 9E, 9F) liegt.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Standortwechsel, bei welchem der Schwerpunkt (CM) der Laufmaschine (1) von einer lotrecht über einer ersten Standfläche (9A; 9E) liegenden Position in eine lotrecht über einer zweiten Standfläche (9B; 9F) liegenden Position verlagert wird, der Ursprung des temporären Maschinenkoordinatensystems dann vom Flächenschwerpunkt (CFA) der ersten Standfläche (9A; 9E) in den Flächenschwerpunkt (CFB) der zweiten Standfläche (9B; 9F) verlegt wird, wenn die Summen der Kräfte an beiden Mehrbeinen (3A, 3B) bzw. Füßen (4A, 4B; 4E, 4F) den gleichen Wert annehmen.

28. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bewegung eines Mehrbeins (3A, 3B; 3C; 3D) bzw. eines Fußes (4A, 4B; 4C; 4E, 4F) der Maschinenkörper (2) in die entsprechende Bewegungsrichtung innerhalb der durch die jeweilig vorliegende Standfläche (9A, 9B; 9E; 9F) vorgegebenen Grenzen mitbewegt wird.

29. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsbein (3A bis 3D) bzw. der Bewegungsfuß (4A, 4B; 4C; 4E, 4F) und/oder der Maschinenkörper (2) an eine vorgegebene Position in Bewegungsrichtung verfahren und das Bewegungsbein (3A bis 3D) bzw. der Bewegungsfuß (4A, 4B; 4E; 4F) an der vorgegebenen Position am Boden aufgesetzt wird.

30. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsbein (3A bis 3D) bzw. der Bewegungsfuß (4A, 4B; 4C; 4E, 4F) und/oder der Maschinenkörper (2) soweit in der vorgegebenen Bewegungsrichtung verfahren werden, bis das am Standbein (3A bis 3D) bzw. dem Standfuß (4A, 4B; 4C; 4E, 4F) angreifende Moment größer ist als ein vorgegebenes Grenzmoment (Kippmoment) und/oder bis ein Kraftvektor an einer entlang des Umfangs der Sohle (41) des Standußes (4A, 4B; 4E, 4F) liegenden Stelle kleiner ist als eine vorgegebene Grenzkraft, und nach einem Überschreiten bzw. Unterschreiten des jeweiligen Grenzwertes das Bewegungsbein (3A bis 3D) bzw. der Bewegungsfuß (4A, 4B; 4C; 4E, 4F) am Boden aufgesetzt und der Standort gewechselt wird.

31. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der Verlagerung des Laufmaschinenschwerpunkts (CM) durch die Bewegung eines Ein- oder Mehrbeins (3A bis 3D) bzw. eines Fußes (4A, 4B; 4C; 4E, 4F) und/oder des Maschinenkörpers (2) mittels einer von der Steuervorrichtung (80) angesteuerten Massenverlagerungsvorrichtung (MVS) der Schwerpunkt innerhalb des Maschinenkörpers (2) verlagert wird.

32. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinenkörper (2) während der Fortbewegung der Laufmaschine (1) kontinuierlich entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn mit vorgegebenen Bahnkoordinaten bewegt wird.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß aus den jeweils am Standbein (3A bis 3D) bzw. dem Standfuß (4A, 4B; 4C; 4E, 4F) anliegenden Kräften und/oder Momenten und den vorgegebenen Bahnkoordinaten des Maschinenkörpers (2) die Bahnkoordinaten berechnet werden, bei deren Erreichen das jeweilige Bewegungsbein (3A bis 3D) bzw. der Bewegungsfuß (4A, 4B; 4C; 4E, 4F) zur Durchführung eines Standortwechsels am Boden aufgesetzt sein muß.

34. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bewegung des unbelasteten Mehrbeins (3A, 3B) (Bewegungsmehrbeins) bzw. des Fußes (4A, 4B; 4E, 4F) die am Mehrbein (3A, 3B) bzw. dem Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) auftretenden Kräfte ermittelt werden und bei einem Auftreten einer externen, nicht von der Steuervorrichtung (80) erwarteten Kraft das Mehrbein (3A, 3B) bzw. der Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) soweit entgegen der Bewegungsrichtung zurückverfahren wird, bis die externe Kraft verschwunden ist und dann das Mehrbein (3A, 3B) bzw. der Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) am Boden aufgesetzt wird.

35. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufsetzen des Bewegungsmehrbeins (3A, 3B) bzw. des Fußes (4A, 4B; 4E, 4F) in eine stabile Standposition am Boden das Mehrbein (3A, 3B) soweit ausgefahren bzw. der Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) soweit abgesenkt wird, bis an den einzelnen Beinen (10) des Mehrbeins (3A, 3B) gleich hohe, in Längsrichtung der einzelnen Beine (10) wirkende Kräfte auftreten.

36. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen einer maximalen Ausfahrlänge eines einzelnen Beines (10) des Mehrbeins (3A, 3B) vor dem Erreichen einer stabilen Standposition, ein Alarmsignal ausgelöst und/oder das Mehrbein (3A, 3B) bzw. der Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) zunächst entgegen der Bewegungsrichtung zurückverfahren wird und an einer anderen Position erneut das Mehrbein (3A, 3B) ausgefahren bzw. der Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) abgesenkt wird.

37. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Absenken des an einem Mehrbein (3A, 3B) angeordneten Fußes (4A, 4B; 4E, 4F) nach einer Detektion einer externen Kraft an einer Stelle des Fußes (4A, 4B; 4E, 4F) der Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) in eine Taumelbewegung versetzt wird und die am Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) angreifenden Kräfte und/oder die Momente in jeder Lage des, Fußes (4A, 4B; 4E, 4F) ermittelt werden und dadurch die Stabilität und die Abmaße eine Untergrundfläche berechnet werden, und so eine mögliche Abstellfläche (Auflagefläche) ertastet wird.

38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) entsprechend der berechneten Untergrundfläche gegebenenfalls orientiert und auf der Untergrundfläche aufgesetzt wird.

39. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Berechnung einer Untergrundfläche (Auflagefläche), welche kleiner ist als eine benötigte Standfläche, das Mehrbein (3A, 3B) bzw. der Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) in Richtung über die ermittelte Untergrundfläche verschoben wird und die dann unter dem Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) befindliche Untergrundfläche durch eine erneute Taumelbewegung und eine Ermittelung der Kräfte und/oder Momente an Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) untersucht wird.

40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Auftreten einer externen Kraft entgegen der Bewegungsrichtung (Widerstandskraft) am Fuß (4A, 4B; 4E, 4F) während des Verschiebens in Richtung über die ermittelte Untergrundfläche die Laufmaschine (1) gestoppt und/oder ein Alarmsignal ausgelöst wird.