DE202016003232U1 - Mobiles Manipulatorsystem mit Kipppstabiliesierung - Google Patents

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Abstract

Mobiles Manipulatorsystem (1; 401), umfassend: zumindest einen Manipulator (20; 420); zumindest eine mobile Plattform (10; 410), an welcher der Manipulator (20; 420) angeordnet ist, welche mobile Plattform (10; 410) ein Schwungrad (30) umfasst, welches in Rotation versetzbar eingerichtet ist, um die Kippstabilität der mobilen Plattform zu erhöhen, und wobei das Manipulatorsystem Steuerungsmittel (11; 12) umfasst, die eingerichtet sind, um Information über die Pose des Manipulators (20; 420) an eine Schwungradsteuerung (12) zu übermitteln und die Schwungradsteuerung (12) ist eingerichtet, um die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads (30) in Abhängigkeit von der Pose des Manipulators (20; 420) einzustellen.

Description

  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft mobile Manipulatorsysteme, welche zumindest einen Manipulator und eine mobile Plattform umfassen, wobei die mobile Plattform insbesondere Mittel umfasst, um die Kippstabilität des Manipulatorsystems zu erhöhen.
  • 2. Hintergrund der Erfindung
  • Mobile Manipulatorsysteme umfassen typischerweise eine mobile Plattform und einen Manipulator. Beispielsweise kann ein mobiles Manipulatorsystem ein LBR iiwa Springer der KUKA AG sein. Ein Manipulator ist ein Gerät, welches die physikalische Interaktion mit der Umgebung ermöglicht. Insbesondere kann der Manipulator ein Industrieroboter sein, vorzugsweise ein Gelenkarmroboter, wobei ein derartiger Roboter ein automatisch geführter, mit drei oder mehr frei programmierbaren Bewegungsachsen ausgerüsteter Mehrzweckmanipulator ist, der typischerweise in industriellen Anwendungen eingesetzt wird. Typischerweise führen solche Manipulatoren Greifer, Werkzeuge oder Werkstücke.
  • Wird der Manipulator an einer mobilen Plattform angebracht, so kann dieser mobil und flexibel eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine mobile Plattform frei auf dem Boden bewegt werden, in dem sie mit angetriebenen Rädern, Kettenlaufwerken oder Ähnlichem ausgestattet ist.
  • Eine mobile Plattform kann automatisiert betrieben oder manuell bewegt werden. Ist die mobile Plattform automatisiert betrieben, so kann sie beispielsweise über Elektromotoren, pneumatische Motoren, hydraulische Motoren oder dergleichen angetrieben werden.
  • Derartige mobile Manipulatorsysteme sind besonders anfällig für ein Kippen, wenn sich beispielsweise aufgrund einer Posenänderung des Manipulators der Schwerpunkt des Manipulators vom Zentrum der mobilen Plattform bzw. vom Sockel des Manipulators wegbewegt. Anders als stationäre Manipulatoren, die typischerweise mit ihrem Sockel fest mit dem Boden verankert sind, sind mobile Manipulatorsysteme besonders anfällig für ein Kippen. Soll mit dem Manipulator beispielsweise eine Last gehoben werden kann dies, ähnlich wie bei einem Kranfahrzeug, zu einer ungünstigen Verschiebung des Schwerpunkts des Manipulators führen, wodurch es zu einem Kippen des Manipulatorsystems kommen kann.
  • Aus der US 6,210,097 B1 ist ein mobiles Manipulatorsystem vorbekannt, bei dem ein Laderoboter über einen teleskopartig ausfahrbaren Ladearm verfügt. Wird dieser Arm ausgefahren und gegebenenfalls an seinem ausgefahrenen freien Ende durch ein zu bewegendes Objekt belastet, kann es zu einem Kippen des mobilen Laderoboters kommen. Um dies zu verhindern wird vorgeschlagen, ein gegensinnig ausfahrbares Gegengewicht vorzusehen. Wird der Ladearm in eine Richtung ausgefahren, so wird das Gegengewicht in die entgegengesetzte Richtung verfahren, um die Last auszubalancieren und ein Verkippen der mobilen Plattform bzw. des Laderoboters zu verhindern. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass das Gegengewicht immer genau in die entgegengesetzte Richtung des ausfahrbaren Ladearms bewegt werden muss, so dass diese Ausgleichslösung relativ unflexibel ist.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile auszuräumen und ein mobiles Manipulatorsystem bereitzustellen, welches eine erhöhte Kippstabilität aufweist.
  • 3. Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein mobiles Manipulatorsystem nach Anspruch 1.
  • Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein mobiles Manipulatorsystem umfassend zumindest einen Manipulator und zumindest eine mobile Plattform, an welcher der Manipulator angeordnet ist, welche mobile Plattform ein Schwungrad umfasst, welches in Rotation versetzbar eingerichtet ist, um die Kippstabilität der mobilen Plattform bzw. des Manipulatorsystems zu erhöhen. Der Manipulator kann vorzugsweise ein Industrieroboter, insbesondere ein Gelenkarmroboter sein. Er ist vorzugsweise mit seinem Sockel an der mobilen Plattform befestigt und in verschiedene Richtungen beweglich eingerichtet. Die mobile Plattform verfügt zudem vorzugsweise über Antriebsmittel, mit denen eine selbsttägige Bewegung der mobilen Plattform möglich ist. Die Antriebsmittel umfassen vorzugsweise Räder und/oder einen Raupen- bzw. Kettenantrieb, und die Antriebsmittel sind vorzugsweise elektrisch angetrieben. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn das Manipulatorsystem zudem über einen elektrischen Energiespeicher, wie insbesondere einen Akkumulator verfügt, der den Elektromotor des Antriebs mit elektrischer Energie versorgen kann. Grundsätzlich ist ein elektrischer Energiespeicher, wie insbesondere ein Akkumulator, wünschenswert, um den Manipulator flexibel mit elektrischer Energie versorgen zu können.
  • Das Manipulatorsystem weist weiter Steuerungsmittel auf, die eingerichtet sind, um Information über die Pose des Manipulators an eine Schwungradsteuerung zu übermitteln und die Schwungradsteuerung ist eingerichtet, um die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads in Abhängigkeit von der Pose des Manipulators einzustellen. Die Schwungradsteuerung kann dabei eine separate Steuerung sein oder in den Steuerungsmitteln integriert sein. Die Steuerungsmittel können insbesondere auch die Manipulatorsteuerung umfassen.
  • Die Manipulatorsteuerung verfügt über alle notwendigen Positions- und Posendaten des Manipulators. Wird der Manipulator beispielsweise derart bewegt, oder ist eine derartige Bewegung geplant, dass sich der Schwerpunkt des Manipulators vom Sockel des Manipulators wegbewegt, so kann diese Information der Schwungradsteuerung zugeführt werden, um entsprechend die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads zu erhöhen, um somit die Kippstabilität der mobilen Plattform zu erhöhen. Dies erfolgt vorzugsweise vorausschauend, da es mittels der Manipulatorsteuerung typischerweise möglich ist, die Pose des Manipulators – und damit dessen Schwerpunkt relativ zur mobilen Plattform – abzuschätzen, bevor der Manipulator tatsächlich entsprechend bewegt wird. Es ist damit vorteilhaft möglich die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads schon zu erhöhen, bevor der Manipulator in eine Pose bewegt wird, in der eventuell der Schwerpunkt des Manipulators die Gefahr eines Kippens des Manipulatorsystems bewirkt. Die Steuerungsmittel, wie etwa die Manipulator- und Schwungradsteuerungen, können dabei in Hardware oder Software ausgeführt sein und können separat ausgebildet oder auch integriert ausgebildet sein. Die Steuerungen müssen nicht notwendigerweise physikalisch mit der mobilen Plattform oder dem Manipulator verbunden sein, sondern können auch dezentral angeordnet sein und mit dem Manipulatorsystem etwa über Funk kommunizieren.
  • Das Schwungrad weist vorzugsweise eine ausreichende Masse auf, um die Kippstabilität der mobilen Plattform substantiell zu verbessern. Wie es dem Fachmann bekannt ist, lassen rotierende Schwungräder keine Winkelveränderungen ihrer Achse zu, bzw. wirken derartigen Winkelveränderungen entgegen. Ein Schwungrad mit geeigneter Maße und Rotationsgeschwindigkeit kann somit die Kippstabilität der mobilen Plattform substantiell erhöhen und damit vorteilhaft beispielsweise die tragbare Last des Manipulators erhöhen bzw. die Reichweite des Manipulators erhöhen, ohne dass es zu einem Kippen des Manipulatorsystems kommt. Die Kreiselkräfte des rotierenden Schwungrads wirken dem Kippen entgegen. Der verantwortliche Effekt wird auch als gyroskopischer Effekt bezeichnet. Die Kippstabilität in konventionellen Systemen wird typischerweise durch ein erhöhtes Eigengewicht erreicht und/oder eine größere Basis des Systems. Die Verwendung eines Schwungrads erlaubt daher auch eine Reduktion des Gewichts des Systems und/oder die Verwendung von kleineren Systemen bei gleicher Kippstabilität.
  • Vorzugsweise ist die Rotationsachse des Schwungrads senkrecht oder parallel zum Boden angeordnet. Das Schwungrad rotiert somit in einer Ebene parallel zum Boden oder senkrecht zum Boden. Dabei ist insbesondere eine Anordnung der Rotationsachse senkrecht zum Boden besonders bevorzugt, da hierdurch eine besonders gute Kippstabilität der mobilen Plattform erreicht werden kann.
  • Vorzugsweise wird das Schwungrad über einen Elektromotor angetrieben und der Elektromotor ist weiter vorzugsweise eingerichtet, um Bewegungsenergie des Schwungrads in elektrische Energie umzuwandeln. Derartige Systeme sind aus dem Automobilbau vorbekannt und beispielsweise als Kers-System bekannt (Kinetic Energy Recovery System). Die Hauptanwendung des Schwungrads ist die Erhöhung der Kippstabilität der mobilen Plattform. In einem Nebenaspekt kann jedoch vorteilhaft die Bewegungsenergie des rotierenden Schwungrads verwendet werden, um als Energiespeicher zu dienen. Dieser kann etwa als Stütz- bzw. Notpuffer verwendet werden, um bei Störungen des Manipulatorsystems etwa Diagnosen oder Wartungen durchführen zu können. Bei einem Stromausfall der Hauptenergieversorgung des Manipulators kann etwa die aus der Bewegungsenergie des Schwungrads gewonnene elektrische Energie verwendet werden, um den Manipulator in einen sicheren Zustand zu überführen.
  • Vorzugsweise ist der Manipulator ein Gelenkarmroboter, denn derartige Roboter erlauben eine besonders flexible Anwendung und bieten einen großen Einsatzbereich. Die Kombination eines Gelenkarmroboters mit dem erfindungsgemäßen Schwungrad ist besonders vorteilhaft, da die erhöhte Kippstabilität der mobilen Plattform aufgrund des Schwungrads die Einsatzreichweite des Gelenkarmroboters vorteilhaft erhöhen kann.
  • Vorzugsweise ist die Schwungradsteuerung weiter eingerichtet, die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads zu erhöhen, wenn der Schwerpunkt des Manipulators durch Posenänderung und/oder auf den Manipulator wirkende Last vom Sockel des Manipulators wegverschoben wird. Eine Verschiebung des Schwerpunkts des Manipulators kann auf vielfältige Art und Weise detektiert und bei der Schwungradsteuerung berücksichtigt werden. So ist es etwa denkbar, wie oben erwähnt, Informationen über Pose und Ausrichtung des Manipulators aus den Steuerungsmitteln, wie etwa der Manipulatorsteuerung, zu entnehmen. Ebenso kann das Manipulatorsystem über geeignete Sensoren verfügen, mit denen Schwerpunktänderungen des Manipulators erfasst werden können. Je weiter der Schwerpunkt des Manipulators von seinem Sockel entfernt wird, umso größer wird die Gefahr eines Kippens des mobilen Manipulatorsystems. Hierauf reagiert die Schwungsradsteuerung vorteilhaft mit einer Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads. Unter einer Verschiebung oder Änderung des Schwerpunkts des Manipulators wird auch verstanden, wenn der Manipulator etwa ein Objekt ergreift und anhebt bzw. versucht dieses anzuheben.
  • Vorzugsweise weist das Schwungrad eine Masse auf, die 5–50% der Masse des mobilen Manipulatorsystems entspricht, bevorzugt 10–40%, mehr bevorzugt 15–30% und am meisten bevorzugt 16–25%. Eine Masse von 10% der Masse des mobilen Manipulatorsystems bedeutet dabei, dass bei einem Gewicht des mobilen Manipulatorsystems von 200 kg die Masse des Schwungrads (rotierende Masse des Schwungrads) etwa 20 kg beträgt. Es hat sich gezeigt, dass diese Massenverhältnisse ausreichend sind, um eine gute Kippstabilität zu bewirken, bei technisch einfach zu verwirklichenden Rotationsgeschwindigkeiten des Schwungrads. Dabei gilt als Faustregel, dass bei einer gegebenen Masse des Schwungrads eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit zu einer Erhöhung der Kippstabilität der mobilen Plattform führt.
  • Vorzugsweise umfasst das Manipulatorsystem Mittel, wie insbesondere Neigungs- oder Bewegungssensoren, mit denen die Kippstabilität des Manipulatorsystems detektierbar ist. Die Informationen zur Kippstabilität, die etwa aus Neigungs- oder Bewegungssensoren gewonnen werden kann, dient dabei vorzugsweise zur Steuerung des Schwungrads. Wenn beispielsweise ein Neigungssensor eine (beginnende) Kippbewegung des Manipulatorsystems erfasst, ist die Schwungradsteuerung eingerichtet, um die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads zu erhöhen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, den Manipulator entsprechend anzusteuern und diesen beispielsweise so zu bewegen, dass sich der Schwerpunkt des Manipulators wieder in Richtung zum Sockel des Manipulators hinbewegt.
  • Vorzugsweise umfassen die Informationen über die Pose des Manipulators Informationen über geplante Posen des Manipulators, und die Schwungradsteuerung ist eingerichtet, um die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads in Abhängigkeit von der geplanten Pose des Manipulators einzustellen. Dies erlaubt eine vorausschauende Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit und damit einen besonders sicheren Betrieb des Systems.
  • Vorzugsweise ist das Schwungrad, bzw. die Schwungräder, zusätzlich zu seiner bzw. ihrer Drehachse um eine zweite Achse drehbar gelagert. Dies kann besonders bevorzugt über eine kardanische Aufhängung erfolgen. Das Schwungrad ist also beispielsweise derart gelagert, dass es in einer Achse senkrecht zu seiner Drehachse (d. h. zur Rotationsachse des Schwungrads) frei drehbar ist.
  • Weiter vorzugsweise ist das Schwungrad, bzw. sind die Schwungräder, über ein passives Feder-Dämpfersystem mit der mobilen Plattform gekoppelt. Auf diese Weise können unerwünschte Schwingungen und Vibrationen reduziert werden, die sich vom rotierenden Schwungrad auf die mobile Plattform übertragen. Besondere Vorteile ergeben sich auch dann, wenn das Schwungrad zusätzlich zu seiner Drehachse um eine zweite Achse drehbar gelagert. In diesem Fall kann das Feder-Dämpfersystem das Schwungrad nach einer Auslenkung wieder ausrichten bzw. die Dämpfer können die Auslenk-Bewegung des Schwungrads bremsen und ein unerwünschtes Aufschwingen verhindern. Vorzugsweise umfasst die mobile Plattform zwei Schwungräder, die zusätzlich zu ihrer Drehachse (d. h. Rotationsachse) um jeweils eine zweite Achse drehbar gelagert sind, wobei die zwei Schwungräder derart angeordnet sind, dass ihre Drehachsen im Wesentlichen senkrecht zum Boden ausgerichtet sind und ihre jeweiligen zweiten Achsen rechtwinklig zueinander sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft wenn die zweite Achse auch rechtwinklig zur jeweiligen Drehachse ist. Diese Anordnungen erlauben ein besonders gutes Entgegenwirken von Kippbewegungen. Durch die um 90° versetzte Anordnung der beiden zweiten Achsen kann Kippbewegungen in verschiedenen Richtungen effektiv begegnet werden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines mobilen Manipulatorsystems, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11 der vorliegenden Anmeldung, wobei das Manipulatorsystem umfasst: zumindest einen Manipulator und zumindest eine mobile Plattform, an welcher der Manipulator angeordnet ist, welche mobile Plattform ein Schwungrad umfasst, welches in Rotation versetzbar eingerichtet ist, um die Kippstabilität der mobilen Plattform zu erhöhen, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads erhöht wird, wenn die Gefahr eines Kippens des Manipulatorsystems erkannt wird.
  • 4. Ausführliche Beschreibung der Figuren
  • Im Folgenden ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei zeigt:
  • 1 ein mobiles Manipulatorsystem in einer schematischen, teilgeschnittenen Seitenansicht;
  • 2 das Manipulatorsystem von Anspruch 1 in einer schematischen, teilgeschnittenen Draufsicht;
  • 3 schematisch ein Schwungrad, welches über ein Feder-Dämpfersystem gelagert ist; und
  • 4 ein weiteres mobiles Manipulatorsystem in einer schematischen, dreidimensionalen Ansicht.
  • Insbesondere zeigt 1 ein mobiles Manipulatorsystem 1 umfassend eine mobile Plattform 10 und einen Manipulator 20. Der Manipulator 20 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein in der Umgebung befindliche Werkstücke oder Objekte zu greifen und zu positionieren. Zu diesem Zweck ist der Manipulator 20 mit einem Greifer 24 versehen. In 1 ist der Manipulator 20 schematisch als Gelenkarmroboter dargestellt. Er ist mit seinem Sockel 22 auf der Oberseite des Gehäuses 15 der mobilen Plattform 10 drehbar befestigt. Im Gehäuse 15 ist ein Schwungrad 30 angeordnet, das in einem eigenen Schwungradgehäuse 31 geeignet gelagert ist. Das Schwungrad 30 kann über einen Elektroantrieb 32 in Rotation versetzt werden. Der Fachmann erkennt, dass die Rotationsachse des abgebildeten Schwungrads 30 senkrecht zum Boden ist. Weiter ist in Gehäuse 15 ein Steuerungsmittel in der Form einer Manipulatorsteuerung 11 vorgesehen, sowie eine Schwungradsteuerung 12. Die Manipulatorsteuerung 11 kann Information über die geplante und/oder aktuelle Pose des Manipulators 20 an die Schwungradsteuerung 12 übermitteln. Diese veranlasst gegebenenfalls eine Erhöhung oder Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads in Abhängigkeit von der (geplanten oder aktuellen) Pose des Manipulators 20. Das System weist weiter einen Akku 13 zur Speicherung von elektrischer Energie auf. Die mobile Plattform 10 verfügt über Räder 14, die vorzugsweise mit geeigneten Antrieben versehen sind. Die Räder 14 können auch als Rollen ausgeführt werden, indem bspw. der Antrieb in der Mitte durch einen Achsantrieb ausgeführt ist.
  • Bei einer auskragenden Bewegung des Manipulators 20 oder beim Greifen von schweren Objekten durch den Greifer 24 kann es zu einem Kippen des mobilen Manipulatorsystems 1 bzw. der Plattform 10 kommen, wenn sich der Schwerpunkt des Manipulators 20 zu weit weg vom Sockel 22 verschiebt. Das rotierende Schwungrad 30 erhöht die Kippstabilität der mobilen Plattform 10, so dass das mobile Manipulatorsystem 1 einen weiteren Einsatzbereich hat und etwa schwerere Lasten handhaben kann, ohne dass es zu einem Kippen der mobilen Plattform kommt.
  • Das abgebildete Beispiel verfügt zudem über Mittel zur Detektion der Kippstabilität des Manipulatorsystems in der Form eines Neigungs- bzw. Bewegungssensors 16. Wird eine beginnende Kippbewegung des Manipulatorsystems 1 durch den Neigungssensor 16 detektiert, so kann vorteilhaft die Schwungradsteuerung 12 die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads erhöhen, um dem Kippen entgegenzuwirken. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Manipulatorsteuerung 11 Informationen zur Pose des Manipulators 20 an die Schwungradsteuerung 12 übermittelt, so dass die Schwungradsteuerung 12 beispielsweise bei einer auskragenden Bewegung des Greifers 24 rechtzeitig eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads 30 einstellen kann. Dies erfolgt vorzugsweise vorsorglich, d. h. bevor der Manipulator 20 bzw. der Greifer 24 in eine auskragende Pose bewegt wurde. Dies erlaubt einen besonders sicheren Betrieb des Manipulatorsystems.
  • In 2 ist das Manipulatorsystem 1 in einer teilgeschnitten Draufsicht gezeigt. Man erkennt, dass das Gehäuse 15 im Wesentlichen rechteckig ist und an allen vier Ecken ein Antriebsrad 14 vorgesehen ist. Das Antriebsrad 14 ist nur beispielhaft und kann in verschiedensten Formen ausgebildet sein, insbesondere in der Form von klassischen Rädern, Kugelrädern, Stützrollen oder sogenannten Makanumrädern. Auch ein Raupen- oder Kettenantrieb ist denkbar. Der Antrieb 32 kann einen Elektromotor umfassen, der von dem Akku 13 mit Energie versorgt wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Antriebseinheit 32' an zwei gegenüberliegenden Positionen des Schwungrads 30 vorgesehen sein, die somit auch als Lager für das Schwungrad 30 dienen kann. Grundsätzlich vorteilhaft ist es, wenn der Antrieb 32, 32' eingerichtet ist, um Bewegungsenergie des Schwungrads in elektrische Energie umzuwandeln. Dies kann etwa dadurch gesehen, dass der Antrieb 32, 32' als Generator arbeitet, wenn dies benötigt wird.
  • 3 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Schwungrad 30, welches in einer kardanischen Aufhängung 40 gelagert ist. Das Schwungrad 30 ist an einem Schaft 45 in einem Käfig 41 der kardanischen Aufhängung 40 drehbar eingerichtet und kann um eine Drehachse 44 rotieren. Die Drehachse 44 ist im Einsatz bspw. senkrecht (rechtwinklig) zum Boden eingerichtet ist (siehe z. B. 4). Die kardanische Aufhängung 40 erlaubt zudem eine freie Drehung um eine zweite Achse 46, die rechtwinklig zur Drehachse 44 verläuft. Dem Käfig 41 sind zwei Feder-Dämpferelementen 42, 43 zugeordnet, mittels denen der Käfig mit einer mobilen Plattform gekoppelt werden kann bzw. über die der Käfig 41 an oder in der mobilen Plattform gelagert werden kann.
  • 4 zeigt in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mobilen Manipulatorsystems 401. Das Manipulatorsystem 401 unterscheidet sich vom Manipulatorsystem 1 im Wesentlichen durch die Art des Schwungrads. Die weiteren Bestandteile, wie etwa Steuerung, Energiespeicher, Sensoren, etc, können beim Manipulatorsystem 401 genauso vorhanden sein wie beim Manipulatorsystem 1. Im Folgenden werden daher für die beiden Manipulatorsysteme für die gleichen Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet, wobei den Bezugszeichen des Manipulatorsystems 401 jedoch eine „4” hinzugefügt ist, sie mithin dreistellig sind. Das Manipulatorsystem 401 verfügt über eine mobile Plattform 410 die mittels Rädern 414 in einer Ebene frei bewegt werden kann. Die Plattform 410 trägt einen Manipulator 420 in der Art eines Gelenkarmroboters. Um einem Kippen des Manipulatorsystems 401 entgegenzuwirken, wenn der Manipulator bspw. einen schweren Gegenstand greift, sind bei dieser Ausführungsform zwei der in 3 gezeigten kardanischen Aufhängungen 40, 40' vorgesehen, die in der mobilen Plattform 410 angeordnet sind. Die kardanischen Aufhängungen 40, 40' wurden unter Bezug auf 3 beschrieben, so dass hier auf eine detaillierte Diskussion verzichtet wird. Man erkennt, dass beide Aufhängungen 40, 40' so in der Plattform 410 angeordnet sind, dass die Drehachsen 44, 44' der jeweiligen Schwungräder 30, 30' (d. h. die Rotationsachsen) rechtwinklig bzw. senkrecht zum Boden sind, auf denen sich die Plattform 410 bewegt. Die kardanische Aufhängung 40 bzw. 40' erlaubt zudem eine freie Drehung der jeweiligen Schwungräder um zweite Achsen 46 bzw. 46'. Dabei ist die zweite Achse 46 rechtwinklig zur Drehachse 44 angeordnet und die zweite Achse 46' rechtwinklig zur Drehachse 44'. Außerdem sind die beiden zweiten Achsen 46 und 46' zueinander rechtwinklig angeordnet. Dieses System mit zwei Schwungrädern bewirkt eine besonders sichere Kippstabilisierung, insbesondere gegenüber verschiedenen Kipprichtungen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1; 401
    mobiles Manipulatorsystem
    10; 410
    mobile Plattform
    11
    Manipulatorsteuerung
    12
    Schwungradsteuerung
    13
    Akku
    14; 414
    Räder
    15
    Gehäuse
    16
    Neigungssensor
    20; 420
    Manipulator
    22
    Sockel
    24
    Greifer
    30, 30'
    Schwungrad
    31
    Schwungradgehäuse
    32
    Schwungradantrieb
    32'
    alternativer Schwungradantrieb/Lager
    40; 40'
    kardanische Aufhängung
    41
    Käfig der kardanischen Aufhängung
    42, 43
    Feder-Dämpfersystem
    44, 44'
    Drehachse (Rotationsachse der Schwungscheibe)
    45
    Schaft
    46, 46'
    zweite Achse (zweite Drehachse)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6210097 B1 [0006]

Claims (11)

  1. Mobiles Manipulatorsystem (1; 401), umfassend: zumindest einen Manipulator (20; 420); zumindest eine mobile Plattform (10; 410), an welcher der Manipulator (20; 420) angeordnet ist, welche mobile Plattform (10; 410) ein Schwungrad (30) umfasst, welches in Rotation versetzbar eingerichtet ist, um die Kippstabilität der mobilen Plattform zu erhöhen, und wobei das Manipulatorsystem Steuerungsmittel (11; 12) umfasst, die eingerichtet sind, um Information über die Pose des Manipulators (20; 420) an eine Schwungradsteuerung (12) zu übermitteln und die Schwungradsteuerung (12) ist eingerichtet, um die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads (30) in Abhängigkeit von der Pose des Manipulators (20; 420) einzustellen.
  2. Mobiles Manipulatorsystem (1; 401) nach Anspruch 1, wobei die Rotationsachse des Schwungrads (30) senkrecht oder parallel zum Boden ist.
  3. Mobiles Manipulatorsystem (1; 401) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schwungrad (30) über einen Elektromotor (32) angetrieben wird und der Elektromotor eingerichtet ist, um Bewegungsenergie des Schwungrads in elektrische Energie umzuwandeln.
  4. Mobiles Manipulatorsystem (1; 401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Manipulator (20; 420) ein Gelenkarmroboter ist.
  5. Mobiles Manipulatorsystem (1; 401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Manipulatorsystem die eingerichtet ist, die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads (30) zu erhöhen, wenn der Schwerpunkt des Manipulators (20) durch Posenänderung und/oder auf den Manipulator wirkende Last vom Sockel (22) des Manipulators (20; 420) weg verschoben wird.
  6. Mobiles Manipulatorsystem (1; 401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schwungrad (30) eine Masse hat, die 5 bis 50% der Masse des mobilen Manipulatorsystems entspricht, bevorzugt 10 bis 40%, mehr bevorzugt 15 bis 30% und am meisten bevorzugt 16 bis 25%.
  7. Mobiles Manipulatorsystem (1; 401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Manipulatorsystem Mittel umfasst, wie insbesondere Neigungs- oder Bewegungssensoren (16), mit denen die Kippstabilität des Manipulatorsystems (1; 401) detektierbar ist.
  8. Mobiles Manipulatorsystem (1; 401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Information über die Pose des Manipulators (20; 420) Information über geplante Posen des Manipulators umfasst, und wobei die Schwungradsteuerung (12) eingerichtet ist, um die Rotationsgeschwindigkeit des Schwungrads (30) in Abhängigkeit von der geplanten Pose des Manipulators (20) einzustellen.
  9. Mobiles Manipulatorsystem (1; 401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schwungrad bzw. die Schwungräder zusätzlich zu ihrer Drehachse um eine zweite Achse drehbar gelagert sind, und insbesondere das Schwungrad bzw. die Schwungräder kardanisch aufgehängt sind.
  10. Mobiles Manipulatorsystem (1; 401) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Schwungrad bzw. die Schwungräder über ein passives Feder-Dämpfersystem mit der mobilen Plattform gekoppelt sind.
  11. Mobiles Manipulatorsystem (1; 401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mobile Plattform (10) zwei Schwungräder (30) umfasst, die zusätzlich zu ihrer Drehachse um jeweils eine zweite Achse drehbar gelagert sind, wobei die zwei Schwungräder derart angeordnet sind, dass ihre Drehachsen im Wesentlichen senkrecht zum Boden ausgerichtet sind und ihre jeweiligen zweiten Achsen rechtwinklig zueinander sind und bevorzugt auch rechtwinklig zur jeweiligen Drehachse.
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