DE4340741A1

DE4340741A1 - Wanderroboter

Info

Publication number: DE4340741A1
Application number: DE4340741A
Authority: DE
Inventors: Ken Yanagisawa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-01
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2013-12-01
Also published as: CN1097157A; JP3365802B2; US5351773A; DE4340741C2; CN1041606C; JPH06170755A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wanderroboter.

Üblicherweise werden Transportroboter zum Beispiel zum Transpor tieren von Lasten verwendet. Die herkömmlichen Roboter besitzen Reifen oder Raupenketten als Vorrichtung um sich fortzubewegen. In einigen Labors sind Wanderroboter mit zwei oder vier Beinen, die durch Schrittmotoren angetrieben werden, in Betrieb.

Die herkömmlichen Roboter haben jedoch die folgenden Nachteile.

Erstens, im Fall, daß die Roboter Reifen oder Raupenketten als Vorrichtung zur Fortbewegung besitzen, müssen sie, wenn sich Hin dernisse in ihren Bahnen befinden, die Bahnen ändern. Somit kann der Roboter, wenn er sich auf einem schmalen Weg befindet, ein Hindernis nicht umgehen.

Andererseits, im Fall, daß die Wanderroboter zwei oder vier Beine haben, können während des Gehens Ungleichgewichtszustände mit ei nem oder drei Beinen auftreten, so daß es sehr schwierig ist, das Gleichgewicht zu kontrollieren. Daher werden die Wanderroboter mit zwei oder vier Beinen praktisch nicht verwendet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wanderroboter zur Verfügung zu stellen, der Hindernisse leicht umgehen und während des Gehens leicht das Gleichgewicht halten kann.

Der Wanderroboter der vorliegenden Erfindung weist zur Lösung der Aufgabe folgendes auf:
ein Paar von X-Führungen, die parallel in einer X-Richtung vorge sehen sind;
ein Paar von Y-Führungen, die parallel in einer Y-Richtung senk recht zu der X-Richtung vorgesehen sind;
vier Eckblöcke, zum Verbinden jedes Endes der X-Führungen und der Y-Führungen;
ein Paar von X-Läufern, die sich in der X-Richtung entlang den X- Führungen bewegen können;
ein Paar von Y-Läufern, die sich in der Y-Richtung entlang den Y- Führungen bewegen können;
eine X-Stange, die in der X-Richtung vorgesehen ist, wobei die X- Stange durch die Y-Läufer durchgebohrt (bzw. durchgesteckt) ist;
eine Y-Stange, die in der Y-Richtung vorgesehen ist, wobei die Y- Stange durch die X-Läufer durchgebohrt (bzw. durchgesteckt) ist, und wobei die Y-Stange mit der X-Stange verbunden ist;
eine X-Antriebsvorrichtung zum Bewegen der X-Läufer in der X-Rich tung;
eine Y-Antriebsvorrichtung zum Bewegen der Y-Läufer in der Y-Rich tung; und
eine Mehrzahl von Z-Antriebsvorrichtungen zum Bewegen der Eck blöcke, der X-Läufer und der Y-Läufer in einer Z-Richtung senk recht zu den X- und den Y-Richtungen, wobei die Z-Antriebsvorrich tungen an den Eckblöcken, an beiden Enden der X-Stange und an bei den Enden der Y-Stange vorgesehen sind.

Da der Wanderroboter der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Z-Antriebsvorrichtungen hat, die die Eckblöcke und die X- und die Y-Läufer in der Z-Richtung bewegen können, können die Eckblöcke, die X- und Y-Läufer und andere Elemente, die mit ihnen verbunden sind, senkrecht durch Steuern der Z-Antriebsvorrichtungen bewegt werden, so daß der Wanderroboter Hindernisse ohne Änderung seiner Bahn umgehen kann.

Und, da die Z-Antriebsvorrichtungen als Beine an den Eckblöcken und jedem Ende der X- und der Y-Stangen, die sich an der äußersten Stelle des Wanderroboters befinden, vorgesehen sind, können sie dessen Körper während des Gehens stabil unterstützen. Daher ist es sehr leicht zu steuern, den Wanderroboter im Gleichgewicht zu hal ten. Somit kann eine Belastung des Computers reduziert werden und ein Hochleistungswanderroboter kann realisiert werden.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Wanderroboters einer er sten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht, die einen X-Läufer, einen Y- Läufer, und eine Z-Zylindereinheit zeigt;

Fig. 3 eine Teilschnittansicht einer X-Zylindereinheit und ei ner Y-Zylindereinheit;

Fig. 4(a) und Fig. 4(b) Draufsichten, die ein geradliniges Gehen zeigen;

Fig. 5(a) und Fig. 5(b) Draufsichten, die ein schräges (bzw. diagonales) Gehen zeigen;

Fig. 6(a) und Fig. 6(b) Draufsichten, die ein Drehen zeigen;

Fig. 7 eine Draufsicht, die zeigt, wie der Wanderroboter als zweidimensionales Fahrsystem benutzt werden kann;

Fig. 8 eine Draufsicht, die zeigt, wie der Wanderroboter als ein zweidimensionales Fahrsystem benutzt werden kann;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht, die ein Verwendungsbeispiel des Wanderroboters zeigt;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht, die ein Verwendungsbeispiel des Wanderroboters zeigt;

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht, die ein Verwendungsbeispiel des Wanderroboters zeigt;

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht des Wanderroboters nach ei ner zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine Teilschnittansicht eines Einziehmechanismus der Z- Zylindereinheit der zweiten Ausführungsform;

Fig. 14 eine Draufsicht des Wanderroboters nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 eine Teilausschnittsrückansicht des X-Läufers der dritten Ausführungsform; und

Fig. 16 eine Schnittansicht der Z-Zylindereinheit der dritten Ausführungsform.

Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Die erste Ausführungsform wird unter Bezug auf die Fig. 1-10 er klärt.

Zuerst wird die Grundstruktur unter Bezug auf die Fig. 1-3 er klärt.

In Fig. 1 sind X-Führungen 12a und 12b parallel in einer X-Rich tung mit einem vorgeschriebenen Zwischenraum vorgesehen. Die X- Führungen 12a und 12b sind in der vorliegenden Ausführungsform Me tallwellen (bzw. Metallstangen).

Y-Führungen 14a und 14b sind parallel in einer Y-Richtung, die senkrecht zu der X-Richtung ist, mit einem vorbestimmten Zwischen raum vorgesehen. Die Y-Führungen 14a und 14b sind in der vorlie genden Ausführungsform ebenso Metallwellen (bzw. Metallstangen). Die X-Führungen 12a und 12b und die Y-Führungen 14a und 14b bilden eine horizontale rechteckige Fläche 16.

Eckblöcke 18a, 18b, 18c und 18d sind jeweils für jede Ecke der rechteckigen Fläche 16 vorgesehen. Jedes Ende der X-Führungen 12a und 12b und der Y-Führungen 14a und 14b ist an den Eckblöcken 18a, 18b, 18c und 18d befestigt. Die Oberseiten der Eckblöcke 18a, 18b, 18c und 18d sind als ebene Flächen ausgebildet.

X-Läufer 20a und 20b weisen jeweils erste X-Läufer-bildende Glie der 22a und 22b auf einer Oberseite und zweite X-Läufer-bildende Glieder 24a und 24b auf einer Unterseite auf. Die X-Läufer 20a und 20b können sich in der X-Richtung entlang der X-Führungen 12a und 12b bewegen.

Y-Läufer 26a und 26b weisen jeweils Y-Läufer-bildende Glieder 28a und 28b auf einer Oberseite und zweite Y-Läufer-bildende Glieder 30a und 30b auf einer Unterseite auf. Die Y-Läufer 26a und 26b können sich in der Y-Richtung entlang der Y-Führungen 14a und 14b bewegen.

Eine X-Stange 32 ist in der X-Richtung vorgesehen und durch die Y- Läufer 26a und 26b hindurchgebohrt. Beide Enden der X-Stangen 32 ragen aus den Y-Läufern 26a und 26b nach außen heraus. Die X- Stange 32 ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Metallwelle (bzw. Metallstange).

Eine Y-Stange 34 ist in der Y-Richtung vorgesehen und durch die X- Läufer 20a und 20b durchgebohrt. Beide Enden der Y-Stange 34 ragen aus den X-Läufern 20a und 20b nach außen heraus. Die Y-Stange 34 ist in der vorliegenden Ausführungsform ebenso eine Metallwelle (bzw. Metallstange). Ein Kreuzungsabschnitt der X-Stange 32 und der Y-Stange 34 ist zum Beispiel durch Schweißen verbunden.

X-Zylindereinheiten 36a und 36b, die ein Beispiel für eine X-An triebsvorrichtung sind, sind jeweils für die X-Läufer 20a und 20b vorgesehen. Die X-Zylindereinheiten 36a und 36b können die X-Läu fer 20a und 20b in der X-Richtung bewegen.

Y-Zylindereinheiten 38a und 38b, die ein Beispiel für eine Y-An triebsvorrichtung sind, sind jeweils für die Y-Läufer 26a und 26b vorgesehen. Die Y-Zylindereinheiten 38a und 38b können die Y-Läu fer 26a und 26b in der Y-Richtung bewegen.

Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g und 40h sind ein Beispiel für eine Z-Antriebsvorrichtung. Die Z-Zylindereinhei ten 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g und 40h können als Beine des Wanderroboters 10 arbeiten. Die Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c und 40d sind jeweils an äußeren Teilen der Eckblöcke 18a, 18b, 18c und 18d vorgesehen und daran befestigt. Andererseits sind die Z- Zylindereinheiten 40e, 40f, 40g und 40h jeweils an den Enden der X-Stange 32 und der Y-Stange 34 vorgesehen. Die Eckblöcke 18a, 18b, 18c und 18d, die X-Läufer 20a und 20b, und die Y-Läufer 26a und 26b können in der Z-Richtung durch Ausziehen und Einziehen von Zylinderstangen 42 der Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g und 40h bewegt werden. Das bedeutet, daß der Wander roboter 10 in der vertikalen Richtung durch Ausziehen und Einzie hen seiner Zylinderstangen 42 bewegt werden kann.

Ein Gleitstück 44, welches ein Beispiel für einen Halterungsab schnitt ist, ist an dem Kreuzungsabschnitt der X-Stange 32 und der Y-Stange 34 befestigt. Werkzeuge, Roboterköpfe zum maschinellen Bearbeiten, Meßapparaturen, Werkstücke, die maschinell bearbeitet werden sollen, etc. können auf dem Gleitstück 44 angebracht und befestigt werden.

Der Aufbau der X-Läufer 20a und 20b, der Y-Läufer 26a und 26b und der Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g und 40h werden unter Bezugnahme auf Fig. 2 erklärt. Es sei angemerkt, daß die X-Läufer 20a und 20b und die Y-Läufer 26a und 26b grundsätz lich denselben Aufbau haben, so wird der Aufbau des Y-Läufers 26a erklärt. Die Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g und 40h haben grundsätzlich ebenso denselben Aufbau, so wird der Aufbau der Z-Zylindereinheit 40e erklärt.

Zuerst wird der Y-Läufer 26a erklärt.

Der Y-Läufer 26a hat ein erstes Y-Läufer-bildendes Glied 28a, das durch die Y-Zylindereinheit 38a auf der Y-Führung 14a in der Y- Richtung bewegt werden kann, und ein zweites Y-Läufer-bildendes Glied 30a, durch das die X-Stange 32 hindurchgebohrt ist. Das er ste Y-Läufer-bildende Glied 28a und das zweite Y-Läufer-bildende Glied 30a sind durch eine Welle 46 drehbar verbunden. Es sei ange merkt, daß der X-Läufer 26a (26b) ein erstes X-Läufer-bildendes Glied aufweist, das auf der X-Führung in die X-Richtung durch die X-Zylindereinheit bewegt werden kann, und ein zweites X-Läufer- bildendes Glied, durch das die Y-Stange 34 hindurchgebohrt ist. Das erste und das zweite X-Läufer-bildende Glied sind drehbar miteinander verbunden.

Als nächstes wird die Z-Zylindereinheit 40e erklärt.

Ein Innenraum der Z-Zylindereinheit 40e ist in Luftkammern 50a und 50b durch einen Kolbenabschnitt 48 aufgeteilt, der an einem ober sten Ende der Zylinderstange 42 vorgesehen ist. Wenn in die Luft kammer 50a durch einen Luftdurchlaß 52a komprimierte Luft von ei nem (nicht gezeigten) Kompressor eingeführt wird, wird die Zylin derstange 42 ausgezogen. Andererseits, wenn in die Luftkammer 50b durch einen Luftdurchlaß 52b komprimierte Luft von dem Kompressor eingeführt wird, wird die Zylinderstange 42 eingezogen. Ein Fußab schnitt 56, der ein universelles Gelenk 54 als Knöchel aufweist, ist an einem unteren Ende der Zylinderstange 42 vorgesehen. Der Fußabschnitt 56 kommt in Kontakt mit der Erdoberfläche, wenn die Zylinderstange 42 nach unten ausgezogen ist; der Fußabschnitt 56 verläßt die Erdoberfläche, wenn die Zylinderstange 42 nach oben eingezogen wird. Es sei angemerkt, daß ein Vakuumkissen anstatt einer Scheibe des Fußabschnittes 56 verwendet werden kann entspre chend dem Anwendungsfeld. Abstandsmeßfühler, die den Abstand zwi schen dem Fußabschnitt 56 und der Erdoberfläche messen können, können an den Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g und 40h vorgesehen sein. Somit kann eine Oberseite des Gleit stückes 44 und die Oberseiten der Eckblöcke 18a, 18b, 18c und 18d durch Messen des Abstandes zwischen jedem Fußabschnitt 56 und der Erdoberfläche und Regeln der Länge jeder Zylinderstange 42 waage recht gehalten werden.

Nacheinander werden der Aufbau der X-Zylindereinheiten 36a und 36b und der Y-Zylindereinheiten 38a und 38b unter Bezugnahme auf Fig. 3 erklärt. Es sei angemerkt, daß die X-Zylindereinheiten 36a und 36b und die Y-Zylindereinheiten 38a und 38b grundsätzlich densel ben Aufbau haben, somit wird der Aufbau der X-Zylindereinheit 36a erklärt.

Die X-Führung 12a ist durch die X-Zylindereinheit 36a hindurchge bohrt. Ein Abschnitt mit großem Durchmesser 58 ist in einem Mit tenabschnitt der X-Führung 12a gebildet. Der Abschnitt mit großem Durchmesser 58 unterteilt einen Innenraum der X-Zylindereinheit 36a in Luftkammern 60a und 60b. Wenn komprimierte Luft in die Luftkammer 60a über einen Luftdurchlaß 62a eingeführt wird, bewe gen sich die X-Zylindereinheit 36a und der X-Läufer 20a nach rechts. Andererseits, wenn komprimierte Luft in die Luftkammer 60b über einen Luftdurchlaß 62b eingeführt wird, bewegen sich die X- Zylindereinheit 36a und der X-Läufer 20a nach links.

Als nächstes werden Wirkungsweisen des Wanderroboters 10 unter Be zug auf die Fig. 4(a) bis 6(b) erklärt. Es sei angemerkt, daß schwarze Kreise (⚫) in den Zeichnungen die Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g und 40h bezeichnen, deren Fußab schnitte 56 die Erdoberfläche berühren; weiße Kreise (o) in den Zeichnungen bezeichnen Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g und 40h, deren Fußabschnitte 56 die Erdoberfläche nicht berühren.

Zuerst wird geradliniges Gehen unter Verweisung auf die Fig. 4(a) und 4(b) beschrieben.

In Fig. 4(a) berühren die Fußabschnitte 56 der Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c und 40d die Erdoberfläche. Zum Bewegen des Wanderro boters 10 in die Richtung eines Pfeiles A, werden die Y-Zylinder einheiten 38a und 38b so angetrieben, daß sie die Y-Zylinderein heiten 38a und 38b gegen die Eckblöcke 18b und 18c bewegen. Durch Bewegen der Y-Zylindereinheiten 38a und 38b gegen die Eckblöcke 18b und 18c, bewegen sich die X-Stange 32 und die Y-Stange 34 und das Gleitstück 44 in Richtung des Pfeiles A (siehe Fig. 4(a)).

Darauffolgend berühren die Fußabschnitte 56 der Z-Zylindereinhei ten 40e, 40f, 40g und 40h die Erdoberfläche, dann heben die Fuß abschnitte 56 der Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c und 40d von der Erdoberfläche ab. In diesem Zustand werden die Y-Zylinderein heiten 38a und 38b so angetrieben, daß sie die Y-Zylindereinheiten 38a und 38b relativ in die Nähe der Eckblöcke 18a und 18d bewegen. Somit bewegen sich die X-Führungen 12a und 12b, die Y-Führungen 14a und 14b und die Eckblöcke 18a, 18b, 18c und 18d in die Rich tung des Pfeiles A (siehe Fig. 4(b)). Durch Wiederholen der oben beschriebenen Schritte, kann der Wanderroboter 10 sich geradlinig in die Richtung des Pfeiles A bewegen. In den Fig. 4(a) und Fig. 4(b) wird der Wanderroboter 10 in die Richtung des Pfeiles A in die Y-Richtung bewegt, während der Wanderroboter in die X-Richtung durch Ansteuern der X-Zylindereinheiten 36a und 36b bewegt werden kann.

Als nächstes wird schräges (bzw. diagonales) Gehen unter Bezug auf die Fig. 5(a) und 5(b) erklärt.

In Fig. 5(a) berühren die Fußabschnitte 56 der Z-Zylindereinheiten 40e, 40f, 40g und 40h die Erdoberfläche. Zum schrägen Bewegen des Wanderroboters 10 in der Richtung eines Pfeiles B, werden die X- Zylindereinheiten 36a und 36b so angetrieben, daß sie die X-Zy lindereinheit 36a und 36b gegen die Eckblöcke 18a und 18b bewegen. Gleichzeitig werden die Y-Zylindereinheiten 38a und 38b so ange trieben, daß sie die Y-Zylindereinheiten 38a und 38b gegen die Eckblöcke 18a und 18d bewegen. Mit diesen Funktionen können die X- Stange 32, die Y-Stange 34 und das Gleitstück 44 schräg in die Richtung des Pfeiles B gehen (siehe Fig. 5(a)).

Darauffolgend berühren die Fußabschnitte 56 der Z-Zylindereinhei ten 40e, 40f, 40g und 40h die Erdoberfläche, dann heben die Fußab schnitte 56 der Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c und 40d von der Erdoberfläche ab. In diesem Zustand werden die X-Zylindereinheiten 36a und 36b so angetrieben, daß sie die X-Zylindereinheiten 36a und 36b relativ in die Nähe der Eckblöcke 18c und 18d bewegen. Gleichzeitig werden die Y-Zylindereinheiten 38a und 38b so ange trieben, daß sie die Y-Zylindereinheiten 38a und 38b relativ in die Nähe der Eckblöcke 18b und 18c bewegen. Somit bewegen sich die X-Führungen 12a und 12b, die Y-Führungen 14a und 14b und die Eck blöcke 18a, 18b, 18c und 18d in die Richtung des Pfeiles B (siehe Fig. 5(b)). Durch Wiederholen der oben beschriebenen Schritte kann sich der Wanderroboter 10 schräg in die Richtung des Pfeiles B bewegen.

Als nächstes wird das Drehen (Richtungsändern) unter Bezug auf die Fig. 6(a) und 6(b) erklärt.

In Fig. 6(a) berühren die Fußabschnitte 56 der Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c und 40d die Erdoberfläche. Zum Drehen des Wanderro boters 10 in die Richtung eines Pfeiles C, werden die X-Zylinder einheiten 36a und 36b so angetrieben, daß sie die X-Zylinderein heit 36a gegen den Eckblock 18c und die X-Zylindereinheit 36b ge gen den Eckblock 18a bewegen. Gleichzeitig werden die Y-Zylinder einheiten 38a und 38b so angetrieben, daß sie die Y-Zylinderein heit 38a gegen den Eckblock 18b und die Y-Zylindereinheit 38b ge gen den Eckblock 18d bewegen. Während des Vorgangs rotiert das er ste X-Läufer-bildende Glied 23a relativ bezüglich des zweiten X- Läufer-bildenden Gliedes 24a um die Welle 46; das erste X-Läufer- bildende Glied 22b rotiert relativ bezüglich des zweiten X-Läufer- bildenden Gliedes 24b um die Welle 46; das erste Y-Läufer-bildende Glied 28a rotiert relativ bezüglich des zweiten Y-Läufer-bildenden Gliedes 30a um die Welle 46; und das erste Y-Läufer-bildende Glied 28 rotiert relativ bezüglich des zweiten Y-Läufer-bildenden Glie des 30b um die Welle 46. Daher werden die X-Stange 32, die Y- Stange 34 und das Gleitstück 44 in die Richtung des Pfeiles C ge dreht (Fig. 6(a)).

Darauffolgend berühren die Fußabschnitte 56 der Z-Zylindereinheit 40e, 40f, 40g und 40h die Erdoberfläche, dann heben die Fußab schnitte 56 der Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c und 40d von der Erdoberfläche ab. In diesem Zustand werden die X-Zylindereinheiten 36a und 36b so angetrieben, daß sie die X-Zylindereinheiten 36a und 36b relativ gegen die Mitte der X-Führungen 12a und 12b bewe gen. Gleichzeitig werden die Y-Zylindereinheiten 38a und 38b so angetrieben, daß sie die Y-Zylindereinheiten 38a und 38b relativ gegen die Mitte der Y-Führungen 14a und 14b bewegen. Dann werden die X-Führungen 12a und 12b, die Y-Führungen 14a und 14b und die Eckblöcke 18a, 18b, 18c und 18d gedreht, so daß der Wanderroboter 10 in die Richtung des Pfeiles C gedreht werden kann (siehe Fig. 6(b)). Durch Wiederholen der oben beschriebenen Schritte kann der Wanderroboter 10 sich weiter in die Richtung des Pfeiles C drehen. Es sei angemerkt, daß der Drehwinkel durch Einstellen der relati ven Kolbenhübe der X-Zylindereinheiten 36a und 36b bezüglich der X-Führungen 12a und 12b und der relativen Kolbenhübe der Y-Zylin dereinheiten 38a und 38b bezüglich der Y-Führungen 14a und 14b ge steuert werden kann.

Als nächstes werden Beispiele für die Benutzung des Wanderroboters 10 als zweidimensionales Fahrsystem unter Bezug auf die Fig. 7 und 8 erklärt.

In Fig. 7 berühren die Fußabschnitte 56 der Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c und 40d die Erdoberfläche, und die Fußabschnitte 56 der Z-Zylindereinheiten 40e, 40f, 40g und 40h heben davon ab. In diesem Zustand werden die X-Zylindereinheiten 36a und 36b in die selbe Richtung gefahren, und die Y-Zylindereinheiten 38a und 38b werden in dieselbe Richtung gefahren. Dann können die X-Stange 32, die Y-Stange 34 und das Gleitstück 44 in einer Ebene als ein zwei dimensionales Fahrsystem bewegt werden. Daher können zum Beispiel Werkzeuge, die an dem Gleitstück 44 befestigt sind, in der Ebene bewegt werden.

In Fig. 8 berühren die Fußabschnitte 56 der Z-Zylindereinheiten 40e, 40f, 40g und 40h die Erdoberfläche und die Fußabschnitte 56 der Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c und 40d heben davon ab. In dieser Stufe werden die X-Zylindereinheiten 36a und 36b so ange trieben, daß die X-Führungen 12a und 12b in derselben Richtung be wegt werden, und die Y-Zylindereinheiten 38a und 38b werden so an getrieben, daß die Y-Führungen 14a und 14b in derselben Richtung bewegt werden. Dann können die X-Führungen 12a und 12b, die Y-Füh rungen 14a und 14b, die Eckblöcke 18a, 18b, 18c und 18d in einer Ebene als zweidimensionales Fahrsystem bewegt werden. Daher können zum Beispiel Werkzeuge, die an den Eckblöcken 18a, 18b, 18c und 18d befestigt sind, in der Ebene bewegt werden.

Außerdem, wenn der Drehvorgang, der mit Fig. 6 beschrieben wurde und/oder der vertikale Vorgang durch Steuern der Z-Zylindereinhei ten 40a, 40b, 40c und 40d oder der Z-Zylindereinheiten 40e, 40f, 40g und 40h zu den in den Fig. 7 und 8 gezeigten zweidimensionalen Fahrsystemen hinzugefügt werden, können Fahrsysteme mit vielfachen Funktionen verwirklicht werden.

Der Reihe nach werden Beispiele der Verwendung des Wanderroboters 10 unter Bezug auf die Fig. 9 bis 11 erklärt.

In Fig. 9 ist eine Last 70 auf dem Gleitstück 44 angebracht. Die Last 70 wird von dem Wanderroboter 10 getragen. Es ist eine Vorrichtung zum Halten der Last 70 (die nicht gezeigt ist) an dem Gleitstück 44 vorgesehen.

In Fig. 10 ist eine große und schwere Last 72 an den Eckblöcken 18a, 18b, 18c und 18d angebracht. Die Last 72 wird von dem Wan derroboter 10 getragen. Es sind eine Mehrzahl von Vorrichtungen zum Halten der Last 72 (die nicht gezeigt sind) an den Eckblöcken 18a, 18b, 18c und 18d vorgesehen. In diesem Falle ist kein Gleit stück 44 erforderlich.

In Fig. 11 ist ein Arbeitsroboter 74 auf dem Gleitstück 44 ange bracht und befestigt. Der Roboter 74 wird von dem Wanderroboter 10 getragen. Da die Grundfunktion des Wanderroboters 10 und die Funk tion des Fahrsystems, die in den Fig. 7 und 8 beschrieben ist, zu der Funktion des Roboters 74 addiert sind, kann ein Multifunkti onswanderroboter 10 verwirklicht werden.

Eine zweite Ausführungsform wird unter Bezug auf die Fig. 12 und 13 beschrieben. Es sei angemerkt, daß die zweite Ausführungsform eine modifizierte Ausführungsform der ersten Ausführungsform ist, so daß Elemente, die in der ersten Ausführungsform beschrieben worden sind, mit denselben Bezugszeichen versehen werden und nicht mehr erklärt werden.

Der Wanderroboter 10 der ersten Ausführungsform bewegt sich immer durch Gehen. Jedoch im Fall des Bewegens des Wanderroboters 10 zu einem weit entfernten Ort, dauert es sehr lange, wenn er nur geht. Zum Lösen des Nachteils, hat der Wanderroboter 100 der zweiten Ausführungsform Rollen 102a, 102b, 102c und 102d, die jeweils an jedem unteren Abschnitt der Eckblöcke 18a, 18b, 18c und 18d vorge sehen sind. Die Rollen 102a, 102b, 102c und 102d können den Grund berühren, wenn die Zylinderstangen 42 der Z-Zylindereinheiten 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g und 40h eingezogen sind. Halterungs köpfe der Rollen 102a, 102b, 102c und 102d können sich ändern, zum Drehen des Wanderroboters 100.

In der zweiten Ausführungsform ist der Wanderroboter 100, wenn er auf einer ebenen Straße oder einem ebenflächigen Feld befördert wird, an ein Zugfahrzeug angehängt, und fährt zu einem Bestim mungsort durch die Rollen 102a, 102b, 102c und 102d. Es sei ange merkt, daß der Wanderroboter 100 eine Vorrichtung zum Drehen der Rollen 102a, 102b, 102c und 102d haben kann, zum Beispiel eine Ma schine oder einen Motor.

Im Fall, daß der Wanderroboter 100 mit Hilfe der Rollen 102a, 102b, 102c und 102d gefahren wird, soll die nach außen vorstehende Länge der Z-Zylindereinheiten 40e, 40f, 40g und 40h so kurz wie möglich sein. Dann hat der Wanderroboter 100 der zweiten Ausfüh rungsform eine Einziehvorrichtung der Z-Zylindereinheit 40e, 40f, 40g und 40h.

Die Einziehvorrichtung weist ein Gleitstück 104, eine X-Stange 106 mit X-Stangenbildenden Gliedern 106a und 106b, die in das Gleit stück 104 eingezogen werden können, und eine Y-Stange 108 mit Y- Stangenbildenden Gliedern 108a und 108b, die in das Gleitstück 104 eingezogen werden können, auf. Der Aufbau der X-Stange 106 und der Y-Stange 108 bezüglich des Gleitstückes 104 ist grundsätzlich der selbe, so daß der Aufbau des Gleitstückes 104 und der X-Stange 106 unter Bezug auf Fig. 13 erklärt werden.

Ein Durchgangsloch ist in der X-Richtung durch das Gleitstück 104 gebohrt. Die X-Stangenbildenden Glieder 106a und 106b sind in das Durchgangsloch eingesetzt. Die X-Stangenbildenden Glieder 106a und 106b werden zum Beispiel durch keilverzahnte Rillen und Keilmut tern, die in die keilverzahnten Rillen eingreifen, am Rotieren um ihre Achsen gehindert. An jedem inneren Ende der X-Stangenbilden den Glieder 106a und 106b sind Kolbenabschnitte 110a und 110b vor gesehen. Die Kolbenabschnitte 110a und 110b teilen einen Innenraum des Durchgangsloches in Luftkammern 112a, 112b und 112c. Wenn kom primierte Luft in die Luftkammern 112a und 112b über Luftdurch lässe 114a und 114b zugeführt wird, werden die X-Stangenbildenden Glieder 106a und 106b jeweils in Richtungen der Pfeile D und E be wegt, so daß die Z-Zylindereinheiten 40e und 40g, die jeweils an äußeren Enden der X-Stangenbildenden Glieder 106a und 106b vorge sehen sind, nahe an die Y-Läufer 26a und 26b bewegt werden und eingezogen werden. Andererseits, wenn komprimierte Luft in die Luftkammer 112c über einen Luftdurchlaß 114c eingeführt wird, wer den die X-Stangenbildenden Glieder 106a und 106b jeweils in entge gengesetzte Richtungen zu den Pfeilen D und E bewegt, so daß die Z-Zylindereinheiten 40e und 40g von den Y-Läufern 26a und 26b wegbewegt werden und in einen in Fig. 12 gezeigten Normalbetriebszustand zurückgeführt werden.

Eine dritte Ausführungsform wird unter Bezug auf die Fig. 14 bis 16 erklärt. Es sei angemerkt, daß Elemente, die in den vor hergehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, mit densel ben Bezugszeichen versehen werden und nicht mehr erklärt werden.

Zuerst werden X-Antriebsvorrichtungen erklärt. In Fig. 14 sind ein Paar von X-Steuerriemen (bzw. X-Taktriemen) 200a und 200b in der X-Richtung vorgesehen und jeweils mit den X-Läufern 20a und 20b verbunden. Der X-Steuerriemen 200a greift in Steuerriemenscheiben (bzw. Taktriemenscheiben) 202a und 202b, die in den Eckblöcken 18b und 18c vorgesehen sind, ein. Andererseits greift der X-Steuerrie men 200b in Steuerriemenscheiben 202c und 202d ein, die in den Eckblöcken 18a und 18d vorgesehen sind. Die Steuerriemenscheiben 202a und 202c sind durch eine Welle (nicht gezeigt) verbunden, die drehbar durch die hohle Y-Führung 14a durchgebohrt ist. Die Steu erriemenscheiben 202b und 202d sind durch eine Welle 204 verbun den, die drehbar durch die hohle Y-Führung 14b durchgebohrt ist. Die Welle 204 wird direkt durch einen Servomotor 206 gedreht.

Daher, wenn der Motor 206 die Welle 204 dreht, werden die X-Steu erriemen 200a und 200b in die X-Richtung gefahren. Durch Fahren der X-Steuerriemen 200a und 200b werden die X-Läufer 20a und 20b synchron in die X-Richtung bewegt.

Als nächstes werden die Y-Antriebsvorrichtungen erklärt. Ein Paar von Y-Steuerriemen (bzw. Y-Taktriemen) 208a und 208b sind in der Y-Richtung vorgesehen und jeweils mit den Y-Läufern 26a und 26b verbunden. Der Y-Steuerriemen 208a greift in Steuerriemenscheiben (bzw. Taktriemenscheiben) 202e und 202f ein, die in den Eckblöcken 18a und 18b vorgesehen sind. Andererseits greift der Y-Steuerrie men 208b in Steuerriemenscheiben 202g und 202h ein, die in den Eckblöcken 18c und 18d vorgesehen sind. Die Steuerriemenscheiben 202f und 202g sind durch eine Welle (nicht gezeigt) verbunden, die drehbar durch die hohle X-Führung 12a durchgebohrt ist. Die Steu erriemenscheiben 202e und 202h sind durch eine Welle 210 verbun den, die drehbar durch die hohle X-Führung 12b durchgebohrt ist. Die Welle 210 wird direkt durch einen Servomotor 212 gedreht.

Daher, wenn der Motor 212 die Welle 210 dreht, werden die Y-Steu erriemen 208a und 208b in die Y-Richtung gefahren. Durch Fahren der Y-Steuerriemen 208a und 208b werden die Y-Läufer 26a und 26b synchron in die Y-Richtung bewegt.

Nachfolgend wird der Aufbau der X-Läufer 20a und 20b und Y-Läufer 26a und 26b erklärt. Es sei angemerkt, daß die X-Läufer 20a und 20b und die Y-Läufer 26a und 26b grundsätzlich denselben Aufbau haben, so daß der Aufbau des X-Läufers 20a unter weiterer Be zugnahme auf Fig. 15 beschrieben wird.

In den X-Läufern 20a weist das erste X-Läufer-bildende Glied zwei Unterglieder 214a und 214b auf. Die Unterglieder 214a und 214b be decken verschiebbar die X-Führung 12a. Das Unterglied 214a ist mit dem X-Steuerriemen 200a verbunden. Andererseits ist das Unterglied 214b nicht mit dem X-Steuerriemen 200a verbunden. Die Unterglieder 214a und 214b sind gegenseitig durch eine Zylindereinheit 216 ver bunden, die ein Beispiel einer ersten Drehvorrichtung ist. Ein Zylinderabschnitt der Zylindereinheit 216 ist an dem Unterglied 214b befestigt; ein Vorderende einer Stange 218 der Zylinderein heit 216 ist an dem Unterglied 214a befestigt. Eine Welle 220, die sich nach unten von einer Bodenseite des Untergliedes 214b er streckt, ist drehbar mit einem zweiten X-Läufer-bildenden Glied 222 verbunden.

Es sei angemerkt, daß, wie in Fig. 14 gezeigt ist, das Unterglied 214a des X-Läufers 20a auf der rechten Seite vorgesehen ist; das Unterglied 214b davon ist auf der linken Seite vorgesehen. Ande rerseits ist das Unterglied 214a des X-Läufers 20b auf der linken Seite vorgesehen; das Unterglied 214b davon ist auf der rechten Seite vorgesehen.

Die Y-Läufer 26a und 26b haben ebenso, genauso wie die X-Läufer 20a und 20b, Zylindereinheiten 228, die ein Beispiel für die zweite Drehvorrichtung sind. Wenn die 4 Zylindereinheiten 216 und 228 gleichzeitig angesteuert werden, werden eine X-Stange 224 und eine Y-Stange 226, die wie ein Kreuz verbunden sind, bezüglich der X- und der Y-Richtungen gedreht. Daher können durch Wiederholen des Ansteuerns der Zylindereinheiten 216 und 228, die X-Stange 224 und die Y-Stange 226 um einen gewünschten Winkel bezüglich der X- und Y-Richtungen gedreht werden.

Es sei angemerkt, daß in der dritten Ausführungsform, Wellen mit keilverzahnten Rillen für die X-Stange 224 und für die Y-Stange 226 benutzt werden, und die zweiten Y-Läufer-bildenden Glieder (nicht gezeigt) und die zweiten X-Läufer-bildenden Glieder 222 keilverzahnte Muttern 230 haben, durch die die X-Stange 224 und die Y-Stange 226 hindurchgehen und in die die keilverzahnten Ril len der X-Stange 224 und der Y-Stange 226 eingreifen können. Durch Versehen der X-Stange 224 und der Y-Stange 226 mit den keilver zahnten Muttern 230 werden die X-Stange 224 und die Y-Stange 226 sicher daran gehindert, um ihre Achsen zu rotieren.

Als nächstes wird die Z-Antriebsvorrichtung der dritten Ausfüh rungsform unter Bezug auf Fig. 16 erklärt. Es wird angemerkt, daß die Z-Zylindereinheiten 232a, 232b, 232c, 232d, 232e, 232f, 232g und 232h, die ein Beispiel für die Z-Antriebsvorrichtung sind, denselben Aufbau haben, so daß der Aufbau der Z-Zylindereinheit 232a erklärt wird.

In den meisten Fällen geht der Wanderroboter 10 auf unebenen Ober flächen. Somit wirkt oft eine größere Erschütterung auf den Fußab schnitt 56, der an dem unteren Ende der Zylinderstange 42 vorgese hen ist. Der Wanderroboter 10 geht auch manchmal auf Oberflächen mit Erhebungen und Löchern etc. Dann hat die Z-Zylindereinheit 232a einen Verbindungszylinder 234, der zwischen der Zylinder stange 42 und dem Fußabschnitt 56 vorgesehen ist und der untere Abschnitt der Zylinderstange 42 ist verschiebbar in den Verbin dungszylinder 234 eingepaßt. Ein universelles Gelenk 54, das wirk sam an dem Fußabschnitt 56 angebracht ist, ist an dem unteren Ende des Verbindungszylinders 234 vorgesehen. Es ist an einer äußeren Umfangsseite des Verbindungszylinders 234 in vertikaler Richtung ein Langloch 236 gebildet, und ein Bolzen 238, der in radialer Richtung von der Zylinderstange 42 vorsteht, ist in vertikaler Richtung beweglich, in das Langloch 236 eingepaßt. Mit diesem Auf bau kann sich die Zylinderstange 42 nicht bezüglich des Verbin dungszylinders 234 drehen; die Zylinderstange 42 kann sich in ver tikaler Richtung bezüglich des Verbindungszylinders 234 mit einem Hub, der durch die Länge des Langloches 236 definiert ist, bewe gen. In dem Verbindungszylinder 234 ist ein elastisches Glied 240 zum Beispiel eine Spiralfeder vorgesehen. Das elastische Glied 240 kann einen Stoß dämpfen, der auf den Fußabschnitt 56 einwirkt. Der stoßdämpfende Mechanismus ist neben der Stoßdämpfung dazu in der Lage, den Fußabschnitt 56 stabil in Kontakt mit rauhen Oberflächen zu bringen, so daß der Wanderroboter 10 stabil gehen kann. Außer dem kann der Wanderroboter 10 seinen Körper immer geeignet waage recht halten.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind im Detail beschrieben worden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Es können viele Modi fizierungen, zum Beispiel der Gebrauch von Mechanismen, die Kugella gerschrauben oder Steuerriemen für die X-, Y- und Z-Antriebsvor richtung aufweisen anstelle der Luftzylindereinheiten oder der Ge brauch von Hydraulikzylindereinheiten anstatt der Luftzylinderein heiten, erlaubt werden.

Claims

1. Wanderroboter mit:
einem Paar von X-Führungen (12a, 12b), die parallel in einer X- Richtung vorgesehen sind;
einem Paar von Y-Führungen (14a, 14b), die parallel in einer Y- Richtung senkrecht zu der X-Richtung vorgesehen sind;
4 Eckblöcken (18a, 18b, 18c, 18d) zum Verbinden jedes Endes der X- Führungen (12a, 12b) und der Y-Führungen (14a, 14b);
einem Paar von X-Läufern (20a, 20b), die sich in der X-Richtung entlang der X-Führungen (12a, 12b) bewegen können;
einem Paar von Y-Läufern (26a, 26b), die sich in der Y-Richtung entlang der Y-Führungen (14a, 14b) bewegen können;
einer X-Stange (32), die in der X-Richtung vorgesehen ist, wobei die X-Stange (32) durch die X-Läufer (26a, 26b) durchgebohrt (bzw. durchgesteckt) ist;
einer Y-Stange (34), die in der Y-Richtung vorgesehen ist, wobei die Y-Stange (34) durch die X-Läufer (20a, 20b) durchgebohrt (bzw. durchgesteckt) ist, und die Y-Stange (34) mit der X-Stange (32) verbunden ist;
einer X-Antriebsvorrichtung (36a, 36b) zum Bewegen der X-Läufer (20a, 20b) in der X-Richtung;
einer Y-Antriebsvorrichtung (38a, 38b) zum Bewegen der Y-Läufer (26a, 26b) in der Y-Richtung; und
einer Mehrzahl von Z-Antriebsvorrichtungen (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g, 40h) zum Bewegen der Eckblöcke (18a, 18b, 18c, 18d) der X-Läufer (20a, 20b) und der Y-Läufer (26a, 26b) in ei ner Z-Richtung senkrecht zu den X- und Y-Richtungen, wobei die Z- Antriebsvorrichtungen (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g, 40h) an den Eckblöcken (18a, 18b, 18c, 18d), an beiden Enden der X-Stange (32) und an beiden Enden der Y-Stange (34) vorgesehen sind.

2. Wanderroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die X-Antriebsvorrichtung ein Paar von Zylindereinheiten mit X-Zy lindern (36a, 36b) ist, die in der X-Richtung vorgesehen sind, und die X-Führungen (12a, 12b) als Zylinderstangen der X-Zylinder (36a, 36b) wirken, so daß die X-Läufer (20a, 20b) sich bezüglich der X-Führungen (12a, 12b) in der X-Richtung bewegen können.

3. Wanderroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Y-Antriebsvorrichtung ein Paar von Zylindereinheiten mit Y-Zy lindern (38a, 38b) ist, die in der Y-Richtung vorgesehen sind, und
die Y-Führungen (14a, 14b) als Zylinderstangen der Y-Zylinder (38a, 38b) wirken, so daß die Y-Läufer (26a, 26b) sich bezüglich der Y-Führungen (14a, 14b) in der Y-Richtung bewegen können.

4. Wanderroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Z-Antriebsvorrichtungen Zylindereinheiten (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g, 40h) sind.

5. Wanderroboter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Zylinderstangen (42) der Zylindereinheiten (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g, 40h) sich vertikal bewegen können und jede Zylinderstange (42) davon an dem unteren Ende einen Fußab schnitt (56) aufweist.

6. Wanderroboter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fußabschnitt (56) ein Gelenk (54) als Knöchel aufweist.

7. Wanderroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß
jeder X-Läufer (20a, 20b) ein erstes X-Läufer-bildendes Glied (22a, 22b), das sich entlang der X-Führungen (12a, 12b) bewegen kann, und ein zweites X-Läufer-bildendes Glied (24a, 24b), durch das die Y-Stange (34) gebohrt ist und das bezüglich des ersten X-Läu fer-bildenden Gliedes (22a, 22b) in Z-Richtung angeordnet ist, wo bei das zweite X-Läufer-bildende Glied (24a, 24b) sich relativ be züglich des ersten X-Läufer-bildenden Gliedes (22a, 22b) drehen kann, aufweist und
jeder Y-Läufer (26a, 26b) ein erstes Y-Läufer-bildendes Glied (28a, 28b), das sich entlang der Y-Führung (14a, 14b) bewegen kann, und ein zweites Y-Läufer-bildendes Glied (30a, 30b), durch das die X-Stange (32) gebohrt ist und das bezüglich des ersten Y- Läufer-bildenden Gliedes (28a, 28b) in der Z-Richtung angeordnet ist, wobei das zweite Y-Läufer-bildende Glied (30a, 30b) sich re lativ bezüglich des ersten Y-Läufer-bildenden Gliedes (28a, 28b) drehen kann, aufweist.

8. Wanderroboter nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekenn zeichnet, daß er einen Halterungsabschnitt (44) aufweist, auf dem Werkzeuge und Werkstücke angebracht werden können, der in der Nähe eines verbun denen Abschnitts der X- und Y-Stangen (32, 34) vorgesehen ist.

9. Wanderroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß er einen Halterungsabschnitt aufweist, auf dem Werk zeuge und Werkstücke angebracht werden können, der an den Eck blöcken (18a, 18b, 18c, 18d) vorgesehen ist.

10. Wanderroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß er Rollen (102a, 102b, 102c, 102d) aufweist, die an den Eck blöcken (18a, 18b, 18c, 18d) vorgesehen sind.

11. Wanderroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die X-Antriebsvorrichtung aus einem Paar von Steuerriemen (200a, 200b) besteht, von denen jeder jeweils mit den X-Läufern (20a, 20b) verbunden ist, und die X-Läufer (20a, 20b) in der X-Richtung bezüglich der X-Führungen (12a, 12b) durch Fahren der Steuerriemen (200a, 200b) bewegt werden.

12. Wanderroboter nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Y-Antriebsvorrichtung aus einem Paar von Steuerriemen (208a, 208b) besteht, von denen jeder jeweils mit den Y-Läufern (26a, 26b) verbunden ist, und die Y-Läufer (26a, 26b) in der Y-Richtung bezüglich der Y-Führungen (14a, 14b) durch Fahren der Steuerriemen (208a, 208b) bewegt werden.

13. Wanderroboter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderstangen (42) Stoßdämpfer aufweisen, die in der Z-Rich tung verlängert und verkürzt werden können.

14. Wanderroboter nach Anspruch 7, weiter gekennzeichnet durch:
eine erste Drehvorrichtung (216) zum relativen Drehen der ersten X-Läufer-bildenden Glieder (214a, 214b) bezüglich der zweiten X- Läufer-bildenden Glieder (222); und
eine zweite Drehvorrichtung (228) zum relativen Drehen der ersten Y-Läufer-bildenden Glieder bezüglich der zweiten Y-Läufer-bilden den Glieder.

15. Wanderroboter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drehvorrichtung und die zweite Drehvorrichtung Zylinder einheiten (216, 228) sind.