DE202004011766U1 - Robot kit for an autonomous mobile robot and robot constructed using this kit - Google Patents
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Abstract
Roboterbausatz
für einen
Roboter, insbesondere einen autonomen mobilen Roboter, mit
einer
Grundplatte, die eine Mehrzahl von im wesentlichen senkrecht zur
Plattenebene orientierten und durch die Platte führenden Führungsbohrungen und/oder Gewindebohrungen
aufweist,
und mit den nachfolgend aufgeführten Basisbausteinen:
mindestens
zwei Radelemente,
mindestens einen Motor zum Antrieb mindestens
eines der Radelemente,
mindestens eines Sensors zur Positions-
und/oder Abstandserfassung,
und einer Steuerungsvorrichtung
zur Steuerung des Motors in Abhängigkeit
von Signalen des mindestens einen Sensors,
wobei die einzelnen
Basisbausteine mit Hilfe der Bohrungen an der Grundplatte, insbesondere
oberhalb oder unterhalb der Grundplatte, befestigbar sind.Robot kit for a robot, in particular an autonomous mobile robot
a base plate which has a plurality of guide bores and / or threaded bores oriented essentially perpendicular to the plane of the plate and leading through the plate,
and with the basic modules listed below:
at least two wheel elements,
at least one motor for driving at least one of the wheel elements,
at least one sensor for position and / or distance detection,
and a control device for controlling the motor as a function of signals from the at least one sensor,
the individual basic components can be fastened to the base plate, in particular above or below the base plate, using the holes.
Description
Die Erfindung betrifft einen Roboterbausatz bzw. ein Roboterbaukastensystem zur Konstruktion eines autonomen, mobilen, das heißt der Fortbewegung in unterschiedliche Raumrichtungen durch eigene Antriebskraft und Antriebssteuerung mächtigen Roboters sowie einen aus einem solchen Bausatz konstruierten Roboter.The The invention relates to a robot kit or a modular robot system to construct an autonomous, mobile, that is, locomotion in different spatial directions by own driving force and Power control of powerful robots as well as a robot constructed from such a kit.
Autonome mobile Roboter eignen sich hervorragend für den Einsatz in der Ausbildung und Lehre. Ein solcher Einsatz scheitert jedoch meist aufgrund der fehlenden Verfügbarkeit kostengünstiger, aber offener flexibler Systeme. Am oberen Ende des Spielzeugmarktes reicht die Funktionalität für interessante Aufgaben nicht aus, während kommerzielle professionelle Systeme schwer zu beschaffen und zu teuer sind.autonomous mobile robots are ideal for use in training and teaching. However, such an application usually fails because of the lack of availability cheaper, however open flexible systems. At the top end of the toy market is enough the functionality for interesting Do not run out of tasks during commercial professional systems difficult to obtain and too expensive are.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ei nen Roboterbausatz bzw. ein entsprechendes Baukastensystem zur Verfügung zu stellen, welches als modulares System so ausgestaltet ist, dass auf möglichst kostengünstige, einfache und offene, d.h. flexible Art und Weise einzelne Bauteile modular zu einem Roboter zusammenfügbar sind. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es darüberhinaus, einen entsprechend modular aus einzelnen Bauelementen aufgebauten Roboter zur Verfügung zu stellen.task The present invention is therefore a robot kit or to provide a corresponding modular system, which as modular system is designed in such a way that simple and open, i.e. flexible way individual components can be modularly assembled into a robot. Task of the present In addition, it is an invention a correspondingly modularly constructed from individual components Robots available to deliver.
Die vorliegende Aufgabe wird gelöst durch einen Roboterbausatz gemäß Anspruch 1, Grundplatten nach den Ansprüchen 32 und 40 sowie einen Roboter gemäß Anspruch 41. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.The this task is solved by a robot kit according to claim 1, base plates according to the claims 32 and 40 and a robot according to claim 41. Advantageous Embodiments are described in the respective dependent claims.
Basis des erfindungsgemäßen Roboterbausatzes bildet eine vorzugsweise aus Metall gefertigte Grundplatte, welche Gewindebohrungen und/oder Führungsbohrungen (ohne Gewinde) aufweist. Mit Hilfe von vorzugsweise ebenfalls metallischen Halterungselementen bzw. Befestigungselementen, beispielsweise Abstandshaltern, können verschiedene Basisbausteine an der Grundplatte befestigt werden. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise durch Verschrauben mit der Grundplatte (über die Gewindebohrungen) oder durch Durchführen eines Abschnitts eines Halterungselementes bzw. Befestigungselementes durch die Führungsbohrung und anschließendes Festschrauben des Elementes.Base of the robot kit according to the invention forms a base plate, preferably made of metal, which Tapped holes and / or pilot holes (without thread). With the help of preferably also metallic Bracket elements or fastening elements, for example spacers, can various basic modules can be attached to the base plate. The Attachment is preferably carried out by screwing to the base plate (about the Tapped holes) or by performing a section of a Bracket or fastener through the guide hole and then Tighten the element.
Ein erfindungsgemäßer Roboterbausatz weist als Basisbausteine zumindest Radelemente, insbesondere Räder, Walzen oder Rollen, eine Antriebsvorrichtung bzw. einen Motor, einen Sensor und eine Steuerungsvorrichtung auf. Der Sensor dient zur Positionserfassung des Roboters und/oder zur Erfassung des Abstandes zwi schen dem Roboter bzw. Sensor und einem in Messrichtung gelegenen Hindernisobjektes. Mit der Steuerungsvorrichtung kann dann die Antriebsvorrichtung in Abhängigkeit von Sensorsignalen gesteuert werden.On robot kit according to the invention has at least wheel elements, in particular wheels, rollers, as basic building blocks or rollers, a drive device or a motor, a sensor and a control device. The sensor is used for position detection of the robot and / or for detecting the distance between the robot's or sensor and an obstacle object located in the measuring direction. The drive device can then be operated with the control device dependent on controlled by sensor signals.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform werden als Sensoren Infrarot-Abstandssensoren oder entsprechende Ultraschallsensoren eingesetzt. Die Sensoren arbeiten hierbei vorteilhafterweise im Pulsbetrieb.In In an advantageous embodiment, infrared distance sensors or are used as sensors appropriate ultrasonic sensors are used. The sensors are working advantageously in pulsed mode.
Die Steuerungsvorrichtung kann einen programmierbaren Controller aufweisen. Es ist dann möglich, mit einer Programmiersprache, wie beispielsweise Basic, Java, Pascal, C oder C++ ein Programm an einem Personal Computer zu entwickeln und dieses mit entsprechenden Interface-Vorrichtungen bzw. Downloadkabeln auf den Controller zu laden. Das Programm dient dann der autonomen Steuerung des mit Hilfe des Roboterbausatzes konstruierten bzw. assemblierten Roboters.The Control device can have a programmable controller. It is then possible with a programming language such as Basic, Java, Pascal, C or C ++ to develop a program on a personal computer and this with appropriate interface devices or download cables to load on the controller. The program then serves the autonomous Control of the constructed or using the robot kit assembled robot.
Der Roboterbausatz bzw. der aus ihm zusammengefügte Roboter weist vorteilhafterweise zwei mit der Grundplatte verbindbare bzw. verbundene Antriebsräder auf, welche so angeordnet werden können bzw. mit der Grundplatte verbunden sind, dass sie eine gemeinsame Drehachse aufweisen und welche jeweils von einem Motor angetrieben werden können bzw. werden (Differenzialantrieb). Die beiden Antriebsräder sind beim fertig konstruierten Roboter dann nicht lenkbar, d.h. so an der Grundplatte fixiert, dass die gemeinsame Drehachse in fester räumlicher Beziehung zur Grundplatte steht. Der Roboter weist dann außerhalb der Drehachse ein drittes Rad in Form eines frei beweglichen Stützrades auf. Auf der den Rädern gegenüberliegenden Seite bzw. oberhalb der Grundplatte sind auf der Grundplatte mit Hilfe von Halterungselementen mehrere Sen soren sowie die Steuerungsvorrichtung angeordnet. Diese Abstandssensoren messen den Abstand des jeweiligen Sensors von einem in der Umgebung des Roboters angeordneten Hindernisobjektes und sind so angeordnet, dass die Messung in unterschiedliche Raumrichtungen erfolgen kann. Die Steuerungsvorrichtung kann nun so programmiert werden, dass in Fahrtrichtung des Roboters bzw. in einem bestimmten, um die Fahrtrichtung zentrierten Winkelbereich (z.B. 45°) liegende Hindernisse bzw. deren Entfernung von den Sensoren erfasst werden und bei Unterschreitung eines bestimmten Abstandswertes der Differentialantrieb so gesteuert wird, dass der Roboter dem entsprechenden Hindernis selbständig ausweicht, indem er nur eines der Antriebsräder mit Hilfe des zugehörigen Motors antreibt und den Antrieb des anderen Antriebsrades kurzzeitig einstellt oder unterschiedliche Motorgeschwindigkeiten einstellt (Differentialantrieb).The The robot kit or the robot assembled from it advantageously has two drive wheels connectable or connected to the base plate, which can be arranged like this or connected to the base plate that they are a common Have axis of rotation and which are each driven by a motor can or become (differential drive). The two drive wheels are then not steerable in the fully constructed robot, i.e. so on the base plate fixes that the common axis of rotation in fixed spatial Relation to the base plate. The robot then points outside a third wheel in the form of a freely movable support wheel on the axis of rotation. On the wheels opposite Side or above the base plate are on the base plate with With the help of mounting elements, several sensors and the control device arranged. These distance sensors measure the distance between each Sensor from an obstacle object arranged in the vicinity of the robot and are arranged so that the measurement in different spatial directions can be done. The control device can now be programmed that in the direction of travel of the robot or in a certain order angular range (e.g. 45 °) centered in the direction of travel Obstacles or their distance are detected by the sensors and the differential drive falls below a certain distance value is controlled so that the robot hits the corresponding obstacle independent evades by using only one of the drive wheels with the help of the associated motor drives and briefly adjusts the drive of the other drive wheel or sets different engine speeds (differential drive).
Ein erfindungsgemäßer Roboterbausatz bzw. ein mit Hilfe eines solchen Roboterbausatzes gebauter Roboter weise eine Reihe von Vorteilen auf:On robot kit according to the invention or a robot built with the help of such a robot kit a number of advantages:
- – Der Bausatz erlaubt insbesondere durch die Verwendung der beschriebenen Grundplatte eine einfache, modulare Gestaltung eines Roboters, wobei die einzelnen Elemente bzw. Basisbausteine frei kombinierbar bzw. in unterschiedlichsten relativen Positionen zueinander anordenbar sind.- The Kit allowed in particular by using the described Base plate a simple, modular design of a robot, whereby the individual elements or basic modules can be freely combined or Can be arranged in different relative positions to each other are.
- – Der Bausatz bzw. der Roboter ermöglicht auf einfache Art und Weise das Aufladen eines am PC entwickelten Steuerprogramms für den autonomen Antrieb des Roboters in Abhängigkeit von Signalen der Sensorelemente. Dem Roboter können somit praktisch beliebige auszuführende Aufgaben oder Funktionsabläufe einprogrammiert werden. Die Re aktion des Roboters ist somit nicht fest vorgegeben, sondern in weiten Grenzen variierbar.- The Kit or the robot enables in a simple way the charging of a developed on the PC Control program for the autonomous drive of the robot depending on signals from the sensor elements. The robot can thus practically any executable Tasks or functional processes be programmed. The response of the robot is therefore not fixed specified, but can be varied within wide limits.
- – Insbesondere im Lehr- oder Ausbildungsbereich kann die Motivation, eine Programmiersprache zu erlernen, dadurch erheblich gesteigert werden, dass nicht nur Programmabläufe am Bildschirm beobachtet werden können, sondern dass der Programmablauf anhand der Bewegung bzw. Reaktion einer technischen Vorrichtung auf spielerische Art und Weise visualisiert werden kann.- In particular In the teaching or training area, motivation can be a programming language to learn to be significantly increased by that not only program sequences can be observed on the screen, but that the program flow based on the movement or reaction of a technical device can be visualized in a playful way.
- – Es ist jedoch auch denkbar, einen erfindungsgemäßen Roboterbausatz bzw. Roboter im Consumer- bzw. Spielwarenbereich oder auch für industrielle Anwendungen (beispielsweise im Bereich der Automatisierungstechnik) einzusetzen.- It However, a robot kit or robot according to the invention is also conceivable in consumer or Toy area or also for industrial applications (e.g. in the field of automation technology) use.
- – Wird eine entsprechende Hochsprache als Programmiersprache eingesetzt, so ist eine Steuerung der Reaktionen des Roboters durch einfache Programme bzw. Programmbefehle möglich.- Becomes a corresponding high-level language is used as the programming language, This is how the robot's reactions are controlled by simple programs or program commands possible.
Ein Roboterbausatz und dessen einzelne Bauteile (Grundplatte, Basisbausteine und Halterungselemente) sowie ein entsprechend konstruierter Roboter können gemäß der vorliegenden Erfindung wie in einem der nachfolgenden Beispiele beschrieben, ausgeführt sein oder verwendet werden. In den einzelnen Figuren werden für dieselben oder sich entsprechende Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.On Robot kit and its individual components (base plate, basic building blocks and mounting elements) as well as a suitably designed robot can according to the present Invention as described in one of the examples below, accomplished be or be used. The individual figures are for the same or corresponding components use identical reference numerals.
Es
zeigt
Es
zeigt
Es
zeigt
Es
zeigt
Es
zeigt
Es
zeigt
Es
zeigt
Es
zeigt
Es
zeigt
Es
zeigt
Es
zeigt
Der
minimale Abstand der Zentralachse einer Führungsbohrung
Wie
beschrieben ist eine erste Teilmenge bzw. Reihe von Gewindebohrungen
Über die
einzelnen Führungsbohrungen
Da die einzelnen Basisbausteine grundsätzlich an jeder der Führungsbohrungen oder Gewindebohrungen befestigt werden können, ist eine freie Konfigurierung des Robotersystems möglich.There the individual basic components on each of the guide holes or threaded holes can be attached is a free configuration of the robot system possible.
Die
drei Sensoren
Claims (48)
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Legal Events
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Effective date: 20041118 |
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Effective date: 20110201 |