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Die
Erfindung betrifft einen Roboter zur Bedienung von Haushaltsgeräten nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
US-Patent 5,413,454 A ist bereits ein mobiler Roboter bekannt, der
im Haushaltsbe reich eingesetzt wird. Die bekannte Roboteranordnung weist
ein Fahrgestell mit unabhängig
voneinander betätigten
Antriebsrädern
sowie mit einem Führungsrad
auf. Die bekannte Roboteranordnung wird mittels einer Fernbedienung
gesteuert, die an einem Rollstuhl angebracht sein kann. In dem Fernbedienungsgeber
kann auch eine optische Anzeigeeinrichtung angeordnet sein, die
Bilder von einer an dem Fahrgestell angeordneten Videokamera anzeigt.
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Aus
dem US-Patent 3,262,593 ist eine wandmontierte Lagerungsanordnung
für einen
Roboter bekannt. Die Lagerungsanordnung besteht unter anderem aus
einer oberen und einer unteren horizontalen Laufschiene und ist
für relativ
große
Beanspruchungen ausgelegt.
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Aus
der
EP 0 218 878 A1 geht
eine Portalanordnung für
einen Industrieroboter hervor. Die Führung für einen Laufwagen des Industrieroboters
an einem Portalträger
besteht aus einer Rundführung und
einer Flachführung.
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Aus
dem US-Patent 5,438,674 A geht ein Roboterapparat mit einer Mehrzahl
von Manipulatoren und einem Manipulatorträger zum Einsatz in einer Fertigungslinie
hervor. Die Manipulatoren sind entlang des Manipulatorträgers durch
eine Manipulatorantriebseinrichtung beweglich, und es ist eine Kontrolleinrichtung
zum Bewegen jedes Manipulators sowie der Manipulatorantriebseinrichtung
in harmonischer Weise vorgesehen.
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Aus
der WO 89/11241 A1 geht eine Kombinationseinrichtung hervor, in
welcher eine beweglich auf einem Stützbalken montierte Rühreinrichtung wahlweise
mehreren Behältern
zugeführt
werden kann.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Roboter der eingangs genannten Art anzugeben, der erweiterte
Einsatzmöglichkeiten
bietet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Roboter gelöst,
der in den Ansprüchen
definiert ist.
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Die
Erfindung ist mit einer Mehrzahl von Vorteilen verbunden. Der erfindungsgemäße Roboter
ermöglicht
eine selbsttätige
Betätigung,
ohne daß Steuerungsmaßnahmen
einer Bedienperson erforderlich sind.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die
Laufschiene zwischen zu bedienenden Haushaltsgeräten und einem Lagermedium angeordnet
ist, in welchem Gegenstände
vor ihrer Nutzung aufbewahrt werden. Durch diese Anordnung läßt sich
der Roboter sehr genau positioieren. Weiterhin werden zum einen
kurze Wegstrecken, die der Roboter zurückzulegen hat und zum anderen
kurze Betätigungszeiten
des Roboters ermöglicht.
Damit wird die Lebensdauer des Roboters erhöht und eine energiesparende
Betätigung realisiert.
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Eine
weitere vorteilhafte Anordnung des erfindungsgemäßen Roboters ist dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens
ein Sensor beweglich gelagert ist. Der Sensor kann an dem Roboter
selbst oder an einem bewegbaren Gegenstand (z.B. Tür eines
zu bedienenden Haushaltsgeräts
oder Küchengerät mit integriertem
Transponder) angeordnet sein. Diese räumlich veränderbare Positionierung des Sensors
ermöglicht
eine genaue Ausregelung der relativen Position zwischen Roboter
und zu betätigendem
Gegenstand.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung verarbeitet das Steuerwerk des Roboters Daten des
zu bedienenden Haushaltsgeräts.
So kann beispielsweise ein zu bedienendes Geschirrspülgerät den Abschluß eines
Spülbetriebs
und/oder die Positionierung von Gegenständen in dem Gerät erfassen
und dem Steuerwerk des Roboters mitteilen. Dies ist mit dem Vorteil
verbunden, daß sich
das Steuerungsprogramm des Roboters in geringerer Komplexität ausgestalten
läßt. Dies
gilt auch, wenn die Erkennung der zu betätigenden Gegenstände (z.B.
Geschirr) erleichtert wird. Dies geschieht z.B. mittels Datenträger, die
in die Gegenstände
integriert werden, oder mittels anderer Erkennungszeichen.
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Die
Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Roboters;
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2 ein
Handelement eines Roboters gemäß 1;
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3 ein
Magazin mit mehreren Handelementen für einen Roboter gemäß 1;
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4 die
Anordnung eines erfindungsgemäßen Roboters
nach 1 in einer Küche;
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5 den
Roboter nach 1 beim Öffnen eines
Geschirrspülgeräts;
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6 den
Roboter gemäß 1 bei dem Beladen des Geschirrspülgeräts mit Schmutzgeschirr;
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7 den
Roboter gemäß 1 bei Reinigungsarbeiten;
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8 den
Roboter gemäß 1 bei der Entnahme gereinigten Geschirrs
aus dem Geschirrspülgerät und dem
Anordnen in einem Geschirrschrank; und
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9 und 10 von
dem Roboter zu betätigende
Gegenstände
mit einem Datenträger
oder Erkennungszeichen.
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1a zeigt
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Roboters 1,
der z.B. der Bedienung von Haushaltsgeräten (5 in den 4 bis 8)
bzw. der selbständigen
Durchführung
von Arbeiten am jeweiligen Einsatzort dient. Der Roboter besteht
aus einem Roboterkörper 11,
an dem mindestens ein beweglicher Roboterarm 12 angeordnet ist.
Im dargestellten Beispiel hat der Roboter die Arme 121, 122 und 123.
An dem Arm 123 ist mindestens ein Handelement 13 bzw. 131 beweglich
angeordnet. Vorzugsweise ist das Handelement 13 lösbar an
dem Roboterarm 12 bzw. 123 angeordnet. An Gelenken,
d.h. an Verbindungspunkten von jeweils zwei Roboterarmen 121, 122; 122,123 bzw.
von einem Roboterarm 123 und einem Handelement 13; 131 ist jeweils
mindestens ein zeichnerisch nicht dargestellter Motor vorgesehen,
der die Bewegung der Roboters, der Roboterarme bzw. des Handelements
vornimmt.
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Für die Durchführung unterschiedlicher
Arbeiten sind verschiedene Handelemente 13, 131, 132, 133, 134 vorgesehen,
die anhand von 3 beschrieben werden.
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Der
Roboter 1 ist bei dem in den 1 bis 8 dargestellten
Ausführungsbeispiel
in einer horizontalen Laufschiene bzw. in zwei horizontalen Laufschienen 2 (1a und 1b)
beweglich, d.h. horizontal verschiebbar gelagert. Es kann jedoch auch
eine anders angeordnete Laufschiene vorgesehen sein. Die Laufschiene
bzw. die Laufschienen ermöglichen
eine relativ genaue Positionierbarkeit des Roboterkörpers.
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Die
Laufschiene 2 ist zwischen zu bedienenden Haushaltsgeräten 5 und
einem Lagermedium 6 angeordnet, in welchem Gegenstände 4 (in 4, 7, 8;
z.B. Geschirr, Besteck, Kühlgut,
Kochgut, etc.) vor ihrer Nutzung aufbewahrt werden. Insbesondere
ist (sind) die Laufschiene(n) 2 zwischen einem Geschirrspülgerät 51,
einem Kühlschrank 52, einem
Herd 53 oder einer Abstellfläche 7 einerseits und
einem Hängeschrank 61 andererseits
angeordnet (4 bis 8).
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Dem
Roboter 1 sind Sensoren 3; 31, 32, 33 zugeordnet,
die die Lage des Roboterkörpers 11 in der
Laufschiene 2, die Lage des mindestens einen Roboterarms 12,
der Handelemente 13 sowie von Gegenständen 4 in dem Arbeitsbereich
des Roboters 1 erkennen und entsprechende Lageinformationen bilden.
Der Arbeitsbereich des Roboters ist durch die Positionierbarkeit
des Roboterkörpers 11 in
der Laufschiene 2, des Roboterarms 12 und des
Handelements 13 bestimmt. Er umfaßt insbesondere eine Abstellfläche 7 (in 4 bis 8),
das Innere zu bedienender Haushaltsgeräte 5 sowie das Innere
eines Lagermediums 6, 61 (4 und 8),
aus welchem bzw. in welchen Gegenstände anzuordnen sind.
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Die
Sensoren 31, 32, 33 sind insbesondere Videokameras,
wobei die Sensoren 31 und 32 an der Laufschiene 2 angeordnet
sind, während
Sensor 33 an dem Roboterarm 123 bzw. an dem Handelement 131 angeordnet
ist. Die Sensoren sind ausgangsseitig drahtlos oder drahtgebunden
mit einem Steuerwerk CPU verbunden, das vorzugsweise im Roboterkörper 11 angeordnet
ist.
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Bei
den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen ist mindestens
ein Sensor (33 in 1a, 1b)
beweglich gelagert; Insbesondere ist mindestens ein Sensor an dem
Roboter oder an einem Gegenstand, z.B. der Tür eines Haushaltsgerät, an einer
Abstellfläche
oder einem Lagermedium angeordnet.
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Dem
Roboter ist ein Steuerwerk CPU mit einem Steuerungsprogramm zugeordnet,
das in der Weise ausgestaltet ist, daß räumliche Bewegungen des Roboterarms 12 bzw.
der Roboterarme 121, 122, 123 und/oder
der Handelemente 13 im Arbeitsbereich des Roboters in Abhängigkeit
der von den Sensoren gebildeten Lageinforma tionen gesteuert werden.
Insbesondere klassifiziert das Steuerungsprogramm zu behandelnde
Gegenstände.
Gegenstände werden
insbesondere anhand ihrer bekannten Form erkannt. Die Erkennung
von Gegenständen
kann aber z.B. auch unter Mitwirkung von Datenträgern (41 in 9 und 10)
bzw. Erkennungszeichen (42 in 9 und 10) erfolgen.
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In
diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, daß Hausgeräte im Arbeitsbereich des Roboters
dem Steuerwerk CPU den Abschluß des
Geräteprogramms
melden. Beispielsweise meldet ein Geschirrspülgerät 51 (8)
den Abschluß des
Spülprogramms
an das Steuerwerk CPU.
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Ausgelöst durch
diese Meldung bildet das Steuerwerk CPU Steuerbefehle für die Betätigung des
Roboters, die im vorliegenden Fall darin besteht, Geschirr und Besteck
aus dem Geschirrspülgerät zu entfernen
und z.B. in einen Schrank zu positionieren. Es kann aber auch vorgesehen
sein, daß das
Steuerwerk selbsttätig,
z.B. ausgelöst
durch die Erkennung von Gegenständen
auf einer Lagerfläche 7 (4, 5, 6)
beginnt Steuerbefehle zu bilden. Weiterhin kann ein Bedienelement,
z.B. eine Eingabetaste, vorgesehen sein, durch deren Betätigung ein
Signal gebildet wird, das dem Steuerwerk CPU zugeführt wird.
Das Steuerwerk CPU beginnt dann, ausgelöst durch den Empfang des Signals
mit der Bildung von Steuerbefehlen.
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Schließlich kann
auch vorgesehen sein, daß der
Roboter die Positionierung eines Gegenstandes in einem vorgebbaren
Bereich (z.B. Abstellfläche 7 in 7)
erkennt und ausgelöst
hierdurch einen Betrieb des Roboters auslöst, der z.B. darin besteht, den
Gegenstand in ein Geschirrspülgerät einzubringen.
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Das
Steuerwerk CPU des Roboters kann Daten des zu bedienenden Haushaltsgeräts 5 verarbeiten.
So kann vorgesehen sein, daß das
Steuerwerk CPU Betriebszustände
einzelner Haushaltsgeräte (z.B. Übertemperatur
in einem Kühlschrank,
Unterschreiten eines Pegelstandes in einem Füllstandsanzeiger) bzw. Systemzustände vernetzter
Haushaltsgeräte
erkennt und darauf reagiert, indem in die Steuerung des jeweiligen
Haushaltsgerät
korrigierend eingegriffen wird und/oder Warnmeldungen generiert werden.
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Das
Steuerwerk CPU des Roboters 1 kann mit einer Fernbedienungsempfangseinrichtung
RC (1a) gekoppelt sein, so daß Signale von den Sensoren
bzw. von einem von einem Fernbedienungsgeber einer Bedienperson
zu dem Steuerwerk drahtlos übermittelt
werden können.
Ebenso kann das Steuerwerk CPU des Roboters 1 mit einer
zeichnerisch nicht dargestellten Fernbedienungssendeeinrichtung
gekoppelt sein, so daß Signale
von dem Steuerwerk zu Aktuatoren des Roboterkörpers, des Roboterarms und
der Handelemente drahtlos übermittelt
werden können.
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Ein
erstes Handelement 131, das zum Transport u.a. von Geschirr,
Besteck und Kühlgut dient,
ist in den 1a und 1b, in 2 sowie
in den 3 dargestellt. Es ist z.B. U-förmig ausgebildet, wobei jeder
U-Schenkel aus zwei zueiander abgewinkelten Bereichen bestehen kann.
Ein Handelement, das im Rahmen der Erfindung zum Einsatz kommen
kann, weist z.B. Fingerelemente auf, die den menschlichen Fingern
nachgebildet sind.
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3 zeigt
weitere Handelemente 132 bis 134 in einem Handelementemagazin 130,
aus dem der Roboter jeweils ein Handelement herausführt bzw.
in das der Roboter ein Handelement einführt.
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Ein
zweites Handelement 132 weist Küchenmaschinenwerkzeuge auf,
so daß der
Roboter die Funktion einer Küchenmaschine übernimmt
(Zerkleinern, Rühren,
Kneten etc. von Lebensmitteln).
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Ein
drittes Handelement 133 ist an seinem (in 3 nach
unten weisenden) Ende so ausgeformt, daß es beispielsweise in Öffnungen
von Türen, Schubläden etc
eingreifen und diese öffnen
bzw. schließen
kann. Diese Ausgestaltung des dritten Handelements ermöglicht es
auch, auf vorgegebene Gegenstände
wie z.B. elektrische Schalter, gezielt Druck auszuüben.
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Ein
viertes Handelement 134 weist an seinem (in 3 nach
unten weisenden) Ende zwei Stifte auf. die z.B. ebenfalls dem Eingriff
in Öffnungen von
Türen und
Schubläden
dienen, um diese zu öffnen
bzw. zu schließen.
Das vierte Halteelement kann in seinem Endbereich einschließlich der
Stifte aus elektrisch leitfähigem
Material bestehen, und dazu dienen, zwei elektrische Kontaktpunkte
miteinander zu verbinden.
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Weiterhin
kann ein weiteres Handelement vorgesehen sein, das zur Reinigung
u.a. einer Abstellfläche
(7 in 7) dient.
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Die
Auswechslung von Handelementen 13 zwischen verschiedenen
Arbeiten, bei denen verschiedene Handelemente 13 eingesetzt
werden, erfolgt im Rahmen der Prozeduren, die durch das einem Steuerwerk
CPU zugeordneten Steuerungsprogramm definiert sind.
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In
den 4 bis 8 sind beispielhafte Einsatzmöglichkeiten
des erfindungsgemäßen Roboters
in einer Küche
dargestellt. 4 zeigt die Anordnung der Laufschiene 2 und
des Roboters in der Küche,
wobei der Roboter in seinem Ruhezustand in einen Küchenschrank
mindestens teilweise integriert ist.
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5 zeigt
den Roboter beim Öffnen
eines Geschirrspülgeräts; 6 zeigt
den Roboter bei dem Beladen des Geschirrspülgeräts mit Schmutzgeschirr; 7 zeigt
den Roboter bei Reinigungsarbeiten und 8 zeigt
den Roboter bei der Entnahme gereinigten Geschirrs aus dem Geschirrspülgerät und dem
Anordnen in einem Geschirrschrank.
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Um
die Steuerungsprozeduren des Steuerwerkes zu erleichtern und um
die Rechenkapazität des
Steuerwerks zu verringern, ist den Gegenständen 4 oder auch den
zu bedienenden Geräten 5 bzw. dem
Lagermedium 6 und/oder der Abstellfläche 7 jeweils ein
Datenträger 41 mit
einem vorzugsweise elektronischem Datum zugeordnet, das den Gegenstand
identifiziert. Das Datum kann aber auch graphisch (Barcode) ausgebildet
sein. Insbesondere identifiziert das Datum eine Gegenstandsart,
z.B. einen Unterteller, eine Tasse, etc., wobei die Gegenstände einer
Gegenstandsart identisch ausgeformt sind. Anstelle oder zusätzlich zu
einem solchen Datenträger 41 kann
auch ein Erkennungszeichen 42 an den Gegenständen 4,
an den zu bedienenden Geräten 5 bzw.
dem Lagermedium 6 und/oder der Abstellfläche 7 vorgesehen
sein.
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Der
Datenträger
ist beispielsweise ein an sich bekannter Transponder, in den ein
Chip mit einer angeschlossenen Miniaturantenne eingebettet ist. Man
unterscheidet grundsätzlich
zwei Arten von Transpondern: Nur-Lese-Transponder und Lese-/Schreib-Transponder. Ein
Nur-Lese-Transponder ist ein sogenanntes elektronisches Label und
besitzt eine einmalige Seriennummer. Der Lese-/Schreib-Transponder
beinhaltet einen zusätzlichen
Datenspeicher. Der Transponder wird durch ein elektromagnetisches
Feld mit Energie versorgt. Die Datenübertragung erfolgt berührungslos
in vorgebbaren Moduluationsverfahren. Derartige Transponder werden
z.B. von der Firma Siemens AG unter der Produktbezeichnung "MOBY" angeboten.
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9a zeigt
die Unterseite eines Tellers 4, wobei in die Unterseite
des Tellers ein Transponder integriert ist. Der Datenträger 41 enthält ein den
zugeordneten Gegenstand identifizierendes Datum, insbesondere identifiziert
das Datum eine Gegenstandsart, z.B. einen Teller bestimmter Abmessungen.
Ganz allgemein gilt, daß das
Datum elektronisch oder graphisch (z.B. in Form eines sogenannten
Barcodes) ausgebildet ist.
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9b zeigt
zwei aufeinandergestellte Teller unterschiedlicher Außendurchmesser,
wobei jeder Teller ein den jeweiligen Teller bzw. die jeweilige
Tellerart identifizierendes Erkennungszeichen 42 aufweist.
Das Erkennungszeichen besteht im dargestellten Beispiel jeweils
aus einem Kreis, in welchem unterschiedliche geometrische Zeichen
angeordnet sind. Ganz allgemein gilt, daß das Erkennungselement 42 am
zugeordneten Gegenstand 4 angeordnet oder in diesen integriert
ist und zweidimensional ausgebildet ist. Jeder Kreisinhalt identifiziert
den zugeordneten Gegenstand 4 bzw. eine Gegenstandsart.
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10a zeigt die Unterseite einer Tasse 4, wobei
in die Unterseite der Tasse wiederum ein Datenträger bzw. Transponder integriert
ist. Das Tasse enthält
auch ein Erkennungszeichen 42, das durch den Henkel gebildet
ist. Der Henkel identifiziert identische Tassen.
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10b zeigt die Tasse auf einem Unterteller, der
ebenfalls mit einem Erkennungszeichen 42 versehen ist.
Das Erkennungszeichen besteht im dargestellten Beispiel wiederum
aus einem Kreis, in welchem eine geometrische Zeichen (Stern) angeordnet
ist, das identische Unterteller identifiziert.
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Der
erfindungsgemäße Roboter
läßt sich nicht
nur im Bereich der Küche,
sondern auch im Bad (z.B. für
Reinigungsarbeiten), in Werkstätten,
in Kantinen (z.B. Abräumen
von Tabletts am Ende eines Förderbandes)
und in Geschäftslokalen
(z.B. beim Einräumen
von Produkten in Regalen einsetzen.
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Die
Erfindung betrifft auch einen zuvor beschriebenen Gegenstand 4; 6, 61; 7 mit
einem Datenträger 41 und
oder einem Erkennungszeichen 42 zur Behandlung bzw. Handhabung
durch den Roboter 1.