TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboter für den Katastropheneinsatz, bei dem ein
Sturz in einen Abgrund oder dergleichen verhindert werden kann, während gleichzeitig Öle
Sicherheit einer Bedienperson beim Transport von Hilfsgütern, wie beispielsweise
Rettungsgerät und Hilfsmaterial, Arznei- oder Lebensmitteln, bei einer durch Erdbeben,
starke Regenfälle, Erdrutsch oder dergleichen hervorgerufenen Katastrophe gewährleistet
werden kann, und des weiteren ein Einsatzsteuergerät für den Roboter.
BISHERIGER STAND DER TECHNIK
-
Bisher gibt es nur einen ferngesteuerten Fahrroboter, der vier Fahrraupen besitzt und zur
Entsorgung gefährlicher Stoffe in Kernkraftwerken oder flachem Gelände eingesetzt wird
(vergl. beispielsweise die japanische Patentveröffentlichung Nr. 63-270). Wie in Fig. 18
dargestellt, ist dieser Roboter so ausgeführt, daß Raupen 2 unabhängig voneinander an
vier Ecken eines Roboterkörpers 1, d.h. mit Hilfe von Drehwellen 2a so am Roboterkörper
1 angebracht sind, daß sie unabhängig voneinander gedreht werden können. Abgesehen
davon, daß die Raupen horizontal für eine normale Fahrbewegung angeordnet sind,
können sie auch dementsprechend für eine ungehinderte Bewegung im engen Raum
aufrechtgestellt und zum Überwinden eines Hindernisses schräggestellt werden.
Wird der herkömmliche Roboter jedoch draußen im Gelände oder in einem
Katastrophengebiet eingesetzt, dann wird er in Bereitschaftsstellung so ferngesteuert, daß
die hinteren Raupen 2R in einer Bodensenke geneigt werden, um eine am Roboter
angebrachte Stereokamera 3 nach unten schräg nach vorn zu richten, wie es in Fig. 19(a)
dargestellt ist. Obwohl der Roboter mit gewisser Vorsicht in geschlossenen Räumen
eingesetzt werden kann, da es dort keine Hindernisse gibt, die den Erfassungsbereich der
Kamera 3 beeinträchtigen könnten, wird jedoch bei seinem Einsatz draußen im
Katastrophengebiet der Erfassungsbereich der Kamera möglicherweise durch
Hindernisse, wie beispielsweise Unkraut, behindert, so daß der Roboter mitunter weiter
vorwärtsfährt, auch wenn die vorderen Raupen 2F vom Boden abheben, wie es in
Fig. 19(b) dargestellt ist. Fährt er weiter vorwärts, dann heben die vorderen Raupen 2F
vollständig vom Boden ab, so daß der Schwerpunkt des Roboterkörpers nach vorn
verlagert wird. Obwohl die Bedienperson in diesem Fall den Roboter möglichst schnell
den Befehl zum Rückwärtsfahren gibt (wie in Fig. 19(c) dargestellt), fällt der Roboter in
die Bodensenke, da der Schwerpunkt des Roboterkörpers zur Bodensenke hin verlagert
wird (wie in Fig. 9(d) dargestellt). Auch wenn in alternativer Weise, wie in Fig. 19(e)
dargestellt, anfangs festgestellt wird, daß sich der Roboter 1, ob nun durch eine Wölbung
oder Vertiefung im Erdboden, nach vorn neigt, oder eine Bodensenke zuerst nicht
ausgemacht werden kann, wird die Vorwärtsfahrt des Roboters fortgesetzt und überwacht
Wenn auch aufgrund der Tatsache, daß eine zunehmende Steigung festgestellt wird, ein
Befehl zum Rückwärtsfahren gegeben wird, kommt es durch die Verlagerung des
Schwerpunktes des Roboterkörpers zu den vorderen Raupen 2F (wie in Fig. 19(d)
dargestellt) dazu, daß der Roboter rutscht (wie in Fig. 19(f) dargestellt) und anschließend
in die Bodensenke fällt. Fährt der Roboter auf schlammigem, sandigem oder von Unkraut
bedecktem Boden, kann dann im besonderen keine starke Haftung erreicht werden, so
daß er demzufolge zu rutschen beginnt.
-
Beim Überwinden eines Hindernisses fährt der Roboter normal, bis die vorderen Raupen
2F so, wie in Fig. 20(a) dargestellt, mit dem Hindernis in Berührung kommen. Danach
bewegt er sich weiter vorwärts, während die vorderen Raupen 2F nach oben gedreht und
angehoben werden (wie in Fig. 20(b) dargestellt). Anschließend werden die vorderen und
hinteren Raupen 2F und 2R nach unten gedreht, um den Roboterkörper 1 anzuheben
(wie in Fig. 20(c) dargestellt), so daß der Roboter vorwärtsfährt und dabei die hinteren
Raupen 2R soweit wie möglich mit der Oberfläche des Hindernisses in engen Kontakt
bringt (vergl. Fig. 20(d)). Der Schwerpunkt des Roboterkörpers 1 würde jedoch nach
hinten verlagert werden, so daß der Roboter über das Hindernis fiele (vergl. Fig. 20(f)), da
der Schwerpunkt des Roboterkörpers auf dem Hindernis nicht immer stabil ist, wenn die
hinteren Raupen 2R dazu gebracht werden, das Hindernis so zu überwinden, daß sie mit
einer schrägen Fläche des Hindernisses (wie in Fig. 20(e) dargestellt) in Berührung
gebracht und nach oben gedreht und angehoben werden.
-
Unter natürlichen Bedingungen, bei denen eine Bodensenke oder ein Hindernis wie in
einem Katastrophengebiet vorhanden ist, besteht bei einem herkömmlichen Fahrroboter,
wie bereits oben erwähnt, wahrscheinlich eine Sturzgefahr, so daß seine tatsächlichen
Aktivitäten dementsprechend in hohem Maße einzuschränken sind. Des weiteren kann es
bei einem Sturz zu einer Beschädigung eines Kraftübertragungssystems, eines
Konstruktionsbestandteils oder dergleichen kommen, so daß dadurch der Einsatz des
Fahrroboters unmöglich wird.
-
Eine solche Fernsteuerung des Roboters erfolgt durch die Bedienperson, die mit vier
Knöpfen auf der Bedientafel eines Steuergerätes die Raupenstellungen steuert. Die
Einstellwinkel der betreffenden Knöpfe entsprechen den Drehwinkeln der vier Raupen.
Sollte der Roboter, der eine dreidimensionale Form besitzt, mit Hilfe der in einer Ebene
angeordneten Knöpfe ferngesteuert werden, dann muß die Bedienperson jedoch die
Steuerung der Steilung jeder einzelnen Raupe vornehmen und sich dabei gleichzeitig ihre
Stellung während der Fahrt vorstellen können. Bei einer solchen Steuerung unter Nutzung
der Vorstellungskraft können jedoch eine augenblickliche Verzögerung des Betriebs und
ein Betriebsfehler während des Einsatzes des Roboters im Gelände, wie beispielsweise n
einem Notstandsgebiet, nicht sofort berücksichtigt werden. Des weiteren kommt es zu
einer Abweichung zwischen dem tatsächlichen Drehwinkel jeder Raupe und dem
Einstellwinkel des dazugehörigen Knopfes. Die Bedienperson kann darüber hinaus den
Roboter nicht genau und rechtzeitig fernsteuern, da aufgrund des Drehwiderstandes keine
Daten darüber, ob jede Laufrolle zum Stillstand gekommen ist, ehe ein Drehwinkelbefehl
ausgeführt wird, zum Knopf zurückgeführt werden. Das bedeutet, daß die Bedienperson
den Roboter nicht mit direkter körperlicher Wahrnehmung der Stellung jeder Raupe
fernsteuern kann, so daß der Roboter demzufolge während des Einsatzes einen Hang
hinunterstürzen oder seitlich umkippen kann.
-
Bei einer Fahrt im Gelände muß die Bedienperson des weiteren den Roboter fernsteuer i
und dabei stets mit größter Aufmerksamkeit einen Neigungsmesser oder dergleichen
beobachten, um zu verhindern, daß der Roboter in einen Abgrund stürzt. Ob der Roboter
nun in einen Abgrund stürzt oder nicht, ist so von den Beobachtungsfähigkeiten und der
Steuerungsgeschick der Bedienperson abhängig, so daß diese demzufolge stark
beansprucht wird. Des weiteren muß außer auf die Einsatzsicherheit des Roboters auch
sorgfältig darauf geachtet werden, daß ein Hinabstürzen der Bedienperson selbst
verhindert wird. Muß die Bedienperson den Roboter in einem Katastrophengebiet über
eine große Entfernung fernsteuern und ihn dabei begleiten, dann kommt es folglich zu
einer starken Ermüdung der Bedienperson, so daß Gefahr besteht, daß sie selber in
einen Unfall, wie beispielsweise Sturz in einen Abgrund, verwickelt wird und zusätzlich
ihre Beobachtungsfähigkeiten und ihr Steuerungsgeschick nachlassen, wodurch es zum
Auftreten von Fehlern kommt, die zu einem Sturz des Roboters führen können.
-
Die vorliegende Erfindung soll die oben erwähnten Probleme lösen, so daß demgemäß
ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin besteht, einen Roboter für den
Katastropheneinsatz zur Verfügung zu stellen, der im Gelände in einem
Katastrophengebiet ohne Beeinträchtigung durch Bodensenken oder Hindernisse fahren
kann, bei dem ein Antriebssystem auch durch Stoßbelastung bei einem Sturz oder
dergleichen nicht beschädigt wird, und des weiteren ein Manövriersteuergerät für den
Roboter für den Katastropheneinsatz zu liefern, mit dessen Hilfe der Roboter mit großer
Reaktionsfähigkeit nicht (sic!) ferngesteuert werden kann, während die Stellung jeder
Raupe direkt gefühlt wird, und durch das des weiteren ein Sturz sicher verhindert werden
kann, ohne daß eine Beobachtung oder dergleichen durch die Bedienperson erforderlich
ist, so daß die Sicherheit ohne starke Beanspruchung der Bedienperson gewährleistet
werden kann.
-
Ein Roboter für den Katastropheneinsatz mit den Besonderheiten der Einleitung von
Anspruch 1 ist aus JP-A-63 203 483 bekannt. Durch den geringen Abstand zwischen den
vorderen und hinteren Raupen ist es jedoch nicht möglich, die Vielzahl von
Betriebsstellungen zu erhalten, wie sie später noch unter Bezugnahme auf Fig. 6 bis 8
der vorliegenden Erfindung erläutert werden.
-
Weitere Kettenfahrzeuge sind aus EP-A-O 466 574 und EP-A-O 427 999 bekannt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Ein Roboter für den Katastropheneinsatz gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem ein
linkes und ein rechtes Raupenpaar mit Gummiraupenketten seitlich an einem
Roboterkörper jeweils vorn und hinten vorgesehen sind und die Raupen jeweils
Antriebsräder besitzen, die zur Bewegung des Roboters unabhängig voneinander
angetrieben und gesteuert werden, wobei ein Raupenkettenrahmen für jede Raupe am
Roboterkörper mit Hilfe einer Drehwelle drehbar angebracht ist, die quer zum
Raupenkettenrahmen und parallel zur Gummiraupenkettenlauffläche angeordnet ist und
sich auf einer Seite am Ende des Raupenkettenrahmens befindet, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Drehwellen in den vorderen und hinteren
Raupen so gewählt ist, daß sich die maximalen Wendekreise nicht gegenseitig
beeinträchtigen, und der Schwerpunkt des Roboterkörpers an einer Stelle in der Mitte des
Abstandes zwischen den Drehwellen in den vorderen und hinteren Raupen liegt.
Des weiteren ist ein Drehmomentenbegrenzer im Drehkraftübertragungssystem jedes
Raupenkettenrahmens der Raupe so angeordnet, daß die Drehmomentenübertragung
unterbrochen werden kann, wenn eine vom Raupenkettenrahmen übertragene
Drehreaktionskraft einen vorher festgelegten Wert überschreitet. Weiterhin kann ein
Sensor zur Ermittlung des Drehwinkels am Drehkraftübertragungssystem zwischen
Drehmomentenbegrenzer und Raupenkettenrahmen angebracht sein
-
Mit dieser Anordnung können ein Maximalzustand mit nach außen gedrehten Raupen, be
dem sich die vorderen Enden der gedrehten vorderen und hinteren Raupen außerhalb
des Roboterkörpers befinden, und ein Minimalzustand mit nach innen gedrehten Raupen,
bei dem die vorderen Enden dicht nebeneinander liegen, eingenommen werden. Somit
werden beim Überqueren einer Bodensenke oder eines Hindernisses nur die vorderen
Raupen nach vorn gedreht und ausgefahren und demzufolge wieder zurückgedreht, wenn
sich die vorderen Raupen von einer geneigten Fläche einer Bodensenke abheben,
wodurch es möglich ist, einen Sturz des Roboters zu verhindern. Beim Überwinden eines
Hindernisses werden, nachdem die vorderen Raupen den oberen Teil des Hindernisses
erreicht haben, die hinteren Raupen zusätzlich nach unten geneigt, wodurch der
Roboterkörper angehoben und so bewegt wird, daß der Schwerpunkt des Roboterkörpers
zur anderen Seite des Hindernisses verlagert wird. Danach werden die hinteren Raupen
weiter gedreht, so daß der Roboterkörper wieder in seine ursprüngliche Stellung
zurückkehrt, wodurch es möglich ist, das Hindernis zu überwinden. Durch die Vorkehrung
des Drehmomentenbegrenzers wirkt ein auf die zu drehenden Raupen ausgeübter
Aufsetzstoß nicht direkt auf die Antriebsquelle, so daß daher ein Elektromotor und eine
Kraftübertragung mit einem höheren Übersetzungsverhältnis geschützt werden können,
auch wenn zwangsläufig durch einen Aufsetzstoß nach einem Sturz eine äußere Kraft in
Drehrichtung ausgeübt wird. Durch die Vorkehrung des Winkelsensors zur Ermittlung des
Drehwinkels kann des weiteren der tatsächliche Drehwinkel gemessen werden, auch
wenn eine Abweichung zwischen dem Drehwinkel auf der Antriebsseite und dem
Drehwinkel auf der Raupenkettenrahmenseite besteht, so daß demzufolge die
Einsatzsteuerung auch dann fortgesetzt werden kann, wenn sich der Drehwinkel des
Raupenkettenrahmens unerwartet durch einen Sturz oder dergleichen ändert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
In den Zeichnungen zeigen:
-
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Antriebsmechanismus eines Roboters für den
Katastropheneinsatz gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Roboters
-
Fig. 3 eine Draufsicht des Roboters;
-
Fig. 4 eine Ansicht des Roboters von vorn;
-
Fig. 5 ein Blockdiagramm des Manövriersteuersystems des Roboters;
-
Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung des Einsatzes des Roboters an einem Abhang;
-
Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung des Einsatzes des Roboters bei der Überwindung
einer Böschung;
-
Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung einer typischen Stellung, die der Roboter
einnehmen kann;
-
Fig. 9 eine schematische perspektivische Darstellung eines Steuergerätes, anhand der
eine erste Ausführungsform des Einsatzsteuergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung
erläutert wird;
-
Fig. 10 eine schematische äußere Ansicht eines Roboterkörpers;
-
Fig. 11 eine Darstellung der Verbindung zwischen dem Steuergerät, einer
Steuervorrichtung und dem Roboterkörper in bezug auf das in Fig. 9 dargestellte
Einsatzsteuergerät;
-
Fig. 12 ein Blockdiagramm eines Manövriersteuersystems auf der Grundlage von Fig. 11;
-
Fig. 13 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs des Einsatzsteuergerätes mit
Hilfe eines Mikrocomputers;
-
Fig. 14 eine schematische perspektivische Darstellung eines Steuergerätes, anhand der
eine zweite Ausführungsform des Einsatzsteuergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung
erläutert wird;
-
Fig. 15 ein Blockdiagramm eines Fernsteuersystems auf der Grundlage von Fig. 14;
-
Fig. 16 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung einer dritten Ausführungsform des
Einsatzsteuergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
Fig. 17 eine Darstellung zur Erläuterung des Einsatzes des Roboters entsprechend dem
in Fig. 16 dargestellten Ablauf;
-
Fig. 18 eine perspektivische Darstellung eines herkömmlichen Fahrroboters;
-
Fig. 19 eine Darstellung zur Erläuterung des Einsatzes des herkömmlichen Fahrroboters
in einer Bodensenke; und
-
Fig. 20 eine Darstellung, die den Einsatz des herkömmlichen Fahrroboters bei der
Überwindung einer Böschung zeigt.
BESTE ANWENDUNGSFORM DER ERFINDUNG
-
Ein Roboter für den Katastropheneinsatz und spezifische Ausführungsformen eines dafür
vorgesehenen Einsatzsteuergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung werden im
folgenden eingehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
-
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Antriebsmechanismus eines Roboters für
den Katastropheneinsatz gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 bis 4 zeigen äußere
Ansichten des Roboters. Dieser Roboter besitzt an den vier Ecken seines Körpers 10
durch Antriebsquellen unabhängig voneinander angetriebene Raupen 12F(R). Ein
Raupenkettenrahmen 16 für jede der Raupen 12F(R) besitzt eine Drehwelle 14, so daß
der Raupenkettenrahmen 16 dadurch so am Körper angebracht ist, daß er um einen
Winkel von 360º um die Drehwelle 14 gedreht werden kann. In dieser Anordnung sind die
vorderen und die hinteren Raupen 12F und 12R auf einer Seite des Roboterkörpers 10 so
am Roboterkörper 10 angebracht, daß ihre Drehwellen 14 soweit voneinander entfernt
angeordnet sind, daß eine Überdeckung der maximalen Drehkreise CF und CR verhinder
wird. Das bedeutet, daß der Abstand zwischen den Drehwellen L der vorderen und der
hinteren Raupen 12F und 12R größer als die Summe der Radien dieser maximalen
Drehkreise CF und CR gewählt wird. Die Wahl dieses Abstandes erfolgt des weiteren so,
daß sich der Schwerpunkt G des Roboterkörpers 10 an einer Stelle zwischen diesen
maximalen Drehkreisen CF und CR befindet und die Bodenkontaktstelle der vorderen und
der hinteren Raupen 12F und 12R immer außerhalb des Schwerpunktes G des Körpers
liegt. Die vorderen und hinteren Raupen 12F und 12R befinden sich dementsprechend in
der Nähe des vorderen und hinteren Endes des Roboterkörpers 10. Im Drehbetrieb dieser
Raupen können ein Maximalzustand mit nach außen gedrehten Raupen, bei dem die sich
drehenden vorderen Enden der vorderen und hinteren Raupen 12F und 12R an der
Vorder- bzw. Rückseite des Roboterkörpers 10 entsprechend nach außen gedreht sind,
und ein Minimalzustand mit nach innen gedrehten Raupen, bei dem die sich drehenden
vorderen Enden zum Schwerpunkt des Roboterkörpers gerichtet sind, eingenommen
werden.
-
Es folgt eine Erläuterung eines Antriebsmechanismus für die am Roboterkörper 10, wie
oben erwähnt, angebrachte Raupe 12F(R). Die Raupe 12F(R) besteht aus dem
Raupenkettenrahmen 16, einem Antriebsrad 20 an einem Ende des
Raupenkettenrahmens 16, einem Leitrad 21 am anderen Ende des Raupenkettenrahmens
16, Laufrollen 22 zwischen dem Antriebsrad und dem Leitrad und einer darum
herumgelegten Gummiraupenkette 18. Die Fahrdrehwelle 24 des Antriebsrades 20 führt in
den Roboterkörper 10 und wird von einem Fahrmotor 26 über ein Untersetzungsgetriebe
28 und eine Kette gedreht. Die Gummiraupenkette 18 wird des weiteren so angetrieben,
daß sie außen um den Raupenkettenrahmen 16 geführt wird, so daß der Roboter dadurch
fahren kann.
-
Die Drehwelle 14 ist eine zylindrische Welle, in der eine drehbare Fahrantriebswelle 24
eingeschlossen ist, und so ausgeführt, daß sie auf jeder Seite des Roboterkörpers 10
durch ein Lager in den Roboterkörper 10 führt. Ein Zahnrad 32, das außen an der
Drehwelle 14 drehbar angebracht ist, bildet durch einen Drehmomentenbegrenzer 34
einen integralen Bestandteil dieser Welle. Dazwischen befinden sich ein Drehmotor 36
und ein Untersetzungsgetriebe 38 zur Übertragung eines Antriebsdrehmomentes auf das
Zahnrad 32 im Roboterkörper 10 und ist ein an der Ausgangswelle des
Untersetzungsgetriebes angebrachtes Antriebszahnrad 40 durch ein Zwischenzahnrad 42
mit dem Zahnrad 32 gekoppelt. Das Antriebsdrehmoment des Drehmotors 36 wird daher
mit Hilfe des Untersetzungsgetriebes 38, des Antriebszahnrades 40, des
Zwischenzahnrades 42, des Zahnrades 32 und des Drehmomentenbegrenzers 34 so auf
die Drehwelle 14 übertragen, daß der Raupenkettenrahmen 16 der Raupe 12F(R) gedreht
wird. Der oben erwähnte Drehmomentenbegrenzer 34 ist so ausgelegt, daß er den
Kraftübertragungsweg unterbricht, wenn durch einen Sturz oder dergleichen eine
zwangsläufige Drehkraft auf die Raupe 12F(R) angewendet wird, so daß demzufolge der
Eingriff zwischen der Drehwelle 14 und dem an der Drehwelle 14 angebrachten
Drehmomentenbegrenzer 34 aufgehoben wird.
-
An der Drehwelle 14 ist ein Kodedrehgeber 44 so angebracht, daß er eine Drehstellung
der Drehwelle 14 oder eine Drehstellung des Raupenkettenrahmens 16 ermittelt. Dieser
Kodedrehgeber ist in einem Drehkraftübertragungsweg vorgesehen, der sich vom
Drehmomentenbegrenzer 34 bis zum Raupenkettenrahmen 16 erstreckt.
-
Der oben erwähnte Antriebsmechanismus ist unabhängig voneinander in den Raupen
12F(R) vorgesehen und so ausgelegt, daß er einzig und allein den Fahrantrieb und den
Drehbetrieb ausführt. Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines Manövriersteuersystems für
den Roboter. Dieser Roboter wird durch ein Manövriersteuersignal von einem
Fernsteuerungssender 46 ferngesteuert. Im Roboterkörper 10 sind ein
Fernsteuerungsempfänger 48 und ein Steuergerät 50 untergebracht. Dieses Steuergerät
50 empfängt das Manövriersteuersignal und gibt ein Kraftstoffsteuersignal an ein
Steuergerät 52 zur Steuerung eines Verbrennungsmotors 54 weiter. Der
Verbrennungsmotor 54 treibt einen Stromgenerator 55 als Stromquelle für die
Fahrmotoren 26 und die Drehmotoren 36 an. Dieses Steuergerät 50 gibt des weiteren ein
Steuersignal an die als Motorantrieb dienenden Stromquellen 56 und 58 zur Regulierung
der Drehleistung der Motoren 26 und 36 weiter, während es gleichzeitig Meßsignale vom
Kodedrehzahlgeber 60 und 62 empfängt und so eine Regelung mit Rückführung
durchführt und dadurch eine Fahrgeschwindigkeit und einen Drehwinkel entsprechend
dem oben erwähnten Manövriersteuersignal festlegt. Das Steuergerät 50 empfängt
außerdem direkt ein Ausgangssignal vom Kodegeber 44 zur Ermittlung eines
Rotationswinkels der Drehwelle 14 und zusätzlich ein Meßsignal von einem
Neigungsmesser 64 zur Ermittlung der Neigung des Roboterkörpers 10.
Als nächstes wird der Betrieb des so erhaltenen Roboters für den Katastropheneinsatz
erläutert. Wenn angenommen wird, daß der Roboter möglicherweise in einem
Katastrophengebiet in einen Abgrund oder eine Bodensenke stürzt, dann wird eine
anomale Neigung des Roboterkörpers 10 während des Vorwärtsfahrens mit Hilfe des
Ausgangssignals eines am Roboter angebrachten Neigungsmessers 64 ermittelt, ohne
daß dabei, eine optische Feststellung erfolgt, wodurch ein Anomalitätsalarm ausgelöst und
die Aufmerksamkeit der Bedienperson geweckt wird und so die Ausgangsstellung des
Roboters wiederhergestellt und ein Sturz des Roboters verhindert werden kann, auch
wenn die vorderen Raupen 12F in die Bodensenke fallen.
-
Das bedeutet, wie in Fig. 6(a) dargestellt, in einem Gebiet, in dem ein Sturz erwartet wird,
fährt der Roboter in einer Erkundungsstellung, in der die vorderen Raupen 12F gedreht
und ihre Enden deshalb vor dem Roboterkörper 10 angeordnet sind, während sich die
vorderen Enden der hinteren Raupen 12R auf der Schwerpunktseite des Roboterkörpers
10 befinden. Wenn die vorderen Raupen 12F während der Fahrt vom Boden abheben,
dann wird der Roboterkörper 10 nach vorn unten geneigt (wie in Fig 6(b) dargestellt). Zu
diesem Zeitpunkt kann nicht eindeutig festgestellt werden, ob die Neigung durch das
Abheben der Raupen in einer Bodensenke oder an einer Vertiefung oder Erhöhung des
Erdbodens erfolgt. Die Vorwärtsfahrt wird deshalb fortgesetzt. Wenn die Neigung auf das
Abheben der Raupen in einer Bodensenke zurückzuführen ist, dann fallen die vorderen
Raupen 12F vollständig in die Bodensenke, d.h. der vordere Teil des Roboterkörpers 10
kommt mit dem Erdboden unmittelbar vor der Bodensenke in Berührung (Fig. 6(c)). Die
vorderen Raupen 12F drehen in diesem Zustand durch oder weisen eine anomal geringe
Last auf, während der Neigungsmesser 64 eine anomal geneigte Stellung anzeigt, so daß
daher eine automatische Feststellung erfolgen kann. Die Bedienperson, die das zu
diesem Zeitpunkt abgegebene Alarmsignal hört, kehrt die Drehrichtung der Fahrmotoren
26 um, um so die Raupen schnell abzubremsen und dadurch den Roboterkörper 10 zum
Stillstand zu bringen. Die vorderen Raupen 12F werden danach so weit nach oben
gedreht, daß der Roboter wieder in seine Bezugsstellung zurückgebracht wird, in der die
sich drehenden vorderen Enden der vorderen und hinteren Raupen 12F und 12R dicht
nebeneinander liegen (wie in Fig. 6(d) dargestellt). Da sich die Drehkreise der vorderen
und hinteren Raupen 12F und 12R nicht überdecken, kann dieser Drehvorgang ohne
Schwierigkeiten erfolgen. In diesem Fall wird dann, wenn die Stellung unmittelbar vor der
Bodensenke nach vorn geneigt ist, der wesentliche Teil der Masse des Körpers auf die
vorderen Raupen 12F verlagert. Dadurch kann dann, wenn die vorderen Hälften der
Raupen 12F in die Bodensenke gelangt sind keine ausreichende Haftung zur Aufnahme
der Last erreicht werden. Die vorderen Raupen 12F werden demzufolge noch weiter
gedreht, um den vorderen Teil des Roboterkörpers 10 anzuheben und so den
Schwerpunkt des Roboterkörpers nach hinten zu verlagern, so daß die hinteren Raupen
12R mit einer Last belastet werden, durch die es möglich ist, eine stabile Haftung zu
erreichen (Fig. 6(e)). Nachdem der Roboter in eine ausreichend sichere Stellung
zurückgekehrt ist (Fig. 6(f)), wird er wieder in die Erkundungsstellung zurückgebracht und
anschließend auf einen anderen Kurs geschickt.
-
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert, wie der Roboter für den
Katastropheneinsatz eine Böschung überwindet und dabei über ein Hindernis fährt.
-
Wenn der Roboter in Erkundungsstellung auf ein Hindernis trifft, dann werden zuerst, wie
in Fig. 7(a) dargestellt, die vorderen Raupen 12F nach oben gedreht, so daß sie sich an
den vorderen Enden oben auf dem Hindernis einhaken (wie in Fig. 7(b) dargestellt).
Danach werden die vorderen und hinteren Raupen 12F und 12R nach unten gedreht, um
den Roboterkörper 10 anzuheben (wie in Fig. 7(c) dargestellt), und wird die
Drehbewegung unterbrochen, wenn der Boden des Roboterkörpers 10 höher als der
obere Teil des Hindernisses angehoben ist, und der Roboter danach in diesem Zustand
weiter vorwärts bewegt (wie in Fig. 7(d)dargestellt). Nachdem die hinteren Raupen 12R
eine geneigte Fläche des Hindernisses erreicht haben, werden die hinteren Enden der
hinteren Raupen 12R nach oben gedreht und die Raupen 12R vorwärtsbewegt während
sie an den vorderen Enden mit der geneigten Fläche in engen Kontakt kommen (wie in
Fig. 7(e) dargestellt). Da der Schwerpunkt des Roboterkörpers in diesem Stadium soweil
auf das Hindernis verlagert worden ist, daß er darauf eine stabile Position einnimmt, träg
der hintere Teil des Roboterkörpers 10 die Masse so, daß er mit dem Erdboden in
Berührung kommt, wodurch verhindert werden kann, daß der Roboterkörper 10 nach
hinten herunterrutscht (wie in Fig. 7(f) dargestellt). Die Drehbewegung nach oben wird
dementsprechend solange fortgesetzt, bis die ursprüngliche Stellung wieder erreicht ist
(wie in Fig. 7(g) dargestellt), so daß der Roboter demzufolge wieder vorwärtsfahren kann
(wie in Fig. 7(h) dargestellt).
-
Wenn es zu einem Sturz kommt, dann wird des weiteren eine starke Stoßkraft auf die
Raupen 12 zur Anwendung gebracht, so daß diese sich zwangsläufig drehen. Diese
äußere Drehkraft führt dazu, daß die Drehwelle 14 zwangsläufig gedreht wird, wodurch
ein übermäßig starkes Drehmoment entsteht. Da der Drehmomentenbegrenzer 34 im
Kraftübertragungssystem angeordnet ist, wird jedoch keine Stoßkraft auf die Antnebswelle
übertragen. Dadurch kann verhindert werden, daß die Drehmotoren 36 und der
Kraftübertragungsmechanismus, der ein hohes Übersetzungsverhältnis aufweist,
beschädigt werden. Da der Kodegeber 44 zur Ermittlung eines Drehwinkels an der
Drehwelle 14 angebracht ist. kann des weiteren ein Drehwinkel auch dann ermittelt
werden, wenn das Kraftübertragungssystem zwischen den Raupen 12 und der
Antriebsquelle unterbrochen ist. Kommt es zu einer Abweichung in der Übereinstimmung
zwischen den Rotationswinkeln des Drehmotors 36 und den Drehwinkeln der
dazugehörigen Raupe 12, dann kann dementsprechend das Steuersystem des Roboters
den aktualisierten Drehwinkel der Raupe 12 genau messen. Auch wenn die Raupe 12 bei
einem unerwarteten Sturz zwangsläufig in einen unerwarteten Winkel nach oben gedreht
wird, kann demzufolge die Einsatzsteuerung unmittelbar danach gleich fortgesetzt werden.
-
Da die Drehwellen 14 der vorderen und hinteren Raupen 12F und 12R bei dem so
erhaltenen Roboter für den Katastropheneinsatz in einem großen Abstand voneinander
angeordnet sind, können zusätzlich zu der oben erwähnten Funktion eine Stellung mit
nach innen gedrehten Raupen, bei der Länge und Höhe des Roboters minimal sind (wie
in Fig. 8(a) dargestellt), die Bezugsstellung (wie in Fig. 8(b) dargestellt), eine
Überbrückungsstellung (wie in Fig. 8(c) dargestellt), eine Böschungskletterstellung (wie in
Fig. 8(d) dargestellt) und dergleichen eingenommen werden. Dabei ist festzustellen, daß
vorn und hinten am Roboterkörper 10 eine Winde angebracht werden kann, wobei ein
Ende eines Drahtseils an einem Baum oder Felsen befestigt wird, während das Drahtseil
am anderen Ende mit der Winde aufgewickelt (Aufstieg) oder abgelassen (Abstieg) wird,
um den Auf- und Abstieg zu unterstützen oder zu verhindern, daß der Roboter
herunterfällt, wodurch ein steiler Abhang sicherer überwunden werden kann
Mit dem Roboter für den Katastropheneinsatz gemäß der vorliegenden Erfindung wird die
Fähigkeit zur Überwindung eines Hindernisses, die um ein Mehrfaches besser als bei
einem herkömmlichen Roboter ist, in hohem Maße verbessert, so daß ein Sturz auch
dann vermieden werden kann, wenn der Roboter auf eine Bodensenke trifft, wodurch es
möglich ist, Hilfsgüter in einem Katastrophengebiet sicher zu transportieren. Des weiterer
kann eine Beschädigung des Antriebsmechanismus verhindert oder, wenn es zu einem
Sturz kommt, durch eine einfache Reparatur behoben werden, so daß es
dementsprechend möglich ist, eine große Anzahl Hilfsgüter in kurzer Zeit sicher zu
transportieren.
-
Als nächstes wird ausführlich eine erste Ausführungsform des Einsatzsteuergerätes
gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 9 bis 13 erläutert In Fig. 9
besitzt ein Steuergerät 71 zur Fernsteuerung vier Drehwinkelmelder 72a, 72b, 72c und
72d und sind Knöpfe 73a, 73b, 73c und 73d zur Steuerung der Stellungen der Raupen an
den Wellen der Melder angebracht. Diese vier Rotationswinkelmelder 72a, 72b, 72c und
72d sind so ausgeführt, daß damit die Solldrehwinkel der vier Raupen 12a, 12b, 12c und
12d des Roboterkörpers 10 eingestellt werden können, wenn die Bedienperson die
Drehwinkel der vier Raupen von Hand fernsteuert. Die vier Knöpfe besitzen eine flache
Form jeweils mit Markierungen 74a, 74b, 74c und 74d an einem Ende und sind auf den
gegenüberliegenden Seiten des Steuergerätes 71 an jeweils zwei Stellen auf jeder Seite
angeordnet. Die Bedienperson kann durch ihre Vorstellungskraft die entsprechenden
Drehwinkel der vier Raupen 12a, 12b, 12c und 12d anhand der Stellungen der vier
Knöpfe 73a, 73b, 73c und 73d am Steuergerät 71 erkennen, wodurch eine bessere
Fernsteuerbarkeit möglich ist.
-
Es erfolgt eine Erläuterung der Funktionsweise der ersten Ausführungsform des
Einsatzsteuergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 10 dargestellt,
werden die vier Raupen 12a, 12b, 12c und 12d mit Hilfe der Drehmotoren 36a, 36b, 36c
und 36d um 360º gedreht. Damit die tatsächlichen Drehwinkel dieser Motoren festgestellt
werden können, sind Drehwinkelmelder 44a, 44b, 44c und 44d angebracht. Fig. 11 zeigt
die Beziehungen zwischen dem Steuergerät 71, einem Steuergerät 82 und dem
Roboterkörper 10. Die Rotationswinkelmelder 72a, 72b, 72c und 72d liefern Signale 75a,
75b, 75c und 75d, die die Solldrehwinkel der Raupen entsprechend den Einstellwinkeln
der Knöpfe am Steuergerät 71 als Eingangssignale des Steuergerätes 82 anzeigen, das
den Drehmotoren 36a, 36b, 36c und 36d Drehantriebsspannungssignale 80a, 80b, 80c
und 80d zuführt. Die Drehwinkelmelder 44a, 44b, 44c und 44d stellen die Drehwinkel der
Drehmotoren fest und übermitteln Drehwinkelsignale 81a, 81b, 81c und 81d als
Eingangssignale für das Steuergerät 82.
-
Eines der vier Manövriersteuersysteme wird unter Bezugnahme auf Fig. 12, in der ein
Blockdiagramm gezeigt wird, erläutert. Wenn nun auf diese Figur Bezug genommen wird,
dann wird die Differenz zwischen dem Raupensolldrehwinkelsignal 75, das vom
Rotationswinkelmelder 72 übermittelt wird, und dem Drehwinkelsignal 81, das vom
Drehwinkelmelder 44 zurück übermittelt wird, als Eingangssignal einer Steuerschaltung 88
zugeführt, bei der es sich um einen Verstärker zur Durchführung beispielsweise einer
PID-Regelung handelt und die einen Leistungsverstärker zur Erzeugung einer Spannung
als ein zum Antrieb des Drehmotors 36 ausreichendes Ausgangssignal enthält.
-
Fig. 13 ist ein Ablaufschema zur Erläuterung der Funktionsweise des
Einsatzsteuergerätes mit Hilfe eines Mikrocomputers. Zuerst wird im Schritt 101 das
Solldrehwinkelsignal 75 vom Rotationswinkelmelder 72 als Eingangssignal zugeführt.
Wenn es sich bei dem Rotationswinkelmelder 72 um ein mehrgängiges Potentiometer
handelt, dann ist dessen Ausgangssignal eine Spannung, die deshalb bei der Zuführung
als Eingangssignal durch einen A/D-Umsetzer in das Solldrehwinkelsignal 75 umgesetzt
wird. Wird als Rotationswinkelmelder 72 ein Zweistufen-Impulskodegeber verwendet, darin
ist dessen Ausgangssignal ein serielles Impulssignal mit einer Logikausgangsspannung
(oder einem Logikausgangsstrom), so daß dementsprechend bei Verwendung eines
Zählers das Solldrehwinkelsignal 75 als Eingangssignal zugeführt wird. Handelt es sich
bei dem Rotationswinkelmelder 72 um einen Absolutwertimpulskodegeber, dann ist des
weiteren dessen Ausgangssignal ein paralleles Impulssignal mit einer
Logikausgangsspannung (oder einem Logikausgangsstrom), so daß dementsprechend bei
Verwendung eines parallelen peripheren Eingangs das Solldrehwinkelsignal 75 als
Eingangssignal zugeführt wird. Es kann jede Kombination mit einer Funktion, die den
oben erwähnten Rotationswinkel feststellen kann, als oben erwähnte Kombination
verwendet werden. Als nächstes wird im Schritt 102 ein tatsächlicher Drehwinkel der
Raupe als Rückführungssignal 81 vom Drehwinkelmelder 44 eingegeben. Eine
Kombination ähnlich der mit dem oben erwähnten Rotationswinkelmelder 72 kann als
Drehwinkelmelder 44 und dessen Eingangsschaltung verwendet werden. Danach werder
im Schritt 103 das Solldrehwinkelsignal 75 und das Rückführungssignal 81 miteinander
verglichen, um so einen Winkelunterschied zwischen beiden zu berechnen. Dieser
Winkelunterschied ist positiv, wenn er in Uhrzeigerrichtung gemessen innerhalb von 180º
liegt, jedoch negativ, wenn er entgegen der Uhrzeigerrichtung gemessen kleiner als 180º
ist. Ist im Schritt 104, bei dem es sich um eine im Manövriersteuersystem vorgesehene
Totzone handelt, der absolute Wert des Winkelunterschiedes kleiner als ein als Totzone
gewählter vorher festgelegter Zahlenwert, dann wird zum Schritt 105 übergegangen, so
daß der Drehmotor 36 kein Signal erhält. Wenn dieser Wert dagegen größer ist, dann
wird zum Schritt 106 übergegangen, wo dann geprüft wird, ob der Winkelunterschied ein
positiver oder negativer Wert ist. Wenn der Winkelunterschied positiv ist, dann wird zum
Schritt 107 übergegangen, wo dann eine positive Spannung dem Drehmotor 36 zugeführt
wird, der sich deshalb normal dreht. Ist der Winkelunterschied dagegen negativ, dann wird
zum Schritt 108 übergegangen, wo eine negative Spannung dem Drehmotor 36 zugeführt
wird, dessen Drehbewegung dadurch umgekehrt wird. Im Schritt 109 wird ermittelt, ob der
Funktionsablauf bei Empfang eines anomalen Signals fortgesetzt oder bei Empfang eines
Abschlußbefehls beendet wird. Bei einer Fortsetzung kehrt der Funktionsablauf zum
Schritt 101 zurück, so daß die oben erwähnte Funktionsweise wiederholt wird, bei einem
Abschluß jedoch wird dieses Programm beendet.
-
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform, bei der im oben erwähnten
Einsatzsteuergerät eine bilaterale Steuervorrichtung verwendet wird, unter Bezugnahme
auf Fig. 14 und 15 beschrieben. Es ist festzustellen, daß die Anordnung des
Roboterkörpers der in Fig. 10 dargestellten Anordnung ähnlich ist, so daß nur eines der
vier Steuersysteme der Kürze wegen erläutert wird.
-
Wie in Fig. 14 dargestellt, sind die vier Knöpfe 93 zur Steuerung der Stellungen der
Raupen an gegenüberliegenden geneigten Flächen eines Steuergerätes 91 angebracht,
so daß die Wellen der Rotationswinkelmelder 92 gedreht werden. Diese
Rotationswinkelmelder 92 werden durch kleine Motoren 96 über Zahnräder 95 und 97
angetrieben. Am Längsende jedes Knopfes 93 ist eine Markierung 94 angebracht. Diese
Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 15 erläutert, bei der es sich um en
Blockdiagramm handelt. Ein Ausgangssignal 99 vom Rotationswinkelmelder 92 im
Steuergerät 91 wird mit einem Drehwinkelsignal 81 vom Drehwinkelmelder 44 im
Roboterkörper 10 mit Hilfe einer Steuervorrichtung 89 verglichen. Das so erhaltene
Differenzsignal wird der Steuerschaltung 88 für den Drehmotor 36 im Roboterkörper 10
und einer Steuerschaltung 98 für den kleinen Motor 96 im Steuergerät 91 zugeführt. Die
zuerst genannte Steuerschaltung 88 behandelt das Ausgangssignal 99 vom
Rotationswinkelmelder 92 als Solldrehwinkelsignal und ein Drehwinkelsignal 81 vom
Drehwinkelmelder 44 als Rückführungssignal. Der am Roboterkörper 10 angebrachte
Drehmotor 36 erzeugt so eine Kraft, die die Raupe um einen durch den
Rotationswinkelmelder 92 im Steuergerät 91 festgelegten Winkel nach oben dreht. Die
zuletzt genannte Steuerschaltung 98 behandelt dagegen das Drehwinkelsignal 81 vom
Drehwinkelmelder 44 als Sollrotationswinkelsignal im Rotationswinkelmelder und das
Ausgangssignal 99 vom Rotationswinkelmelder 92 als Rückführungssignal. Je größer die
Differenz gegenüber dem am Drehwinkelmelder 44 vorliegenden Wert ist, umso größer ist
die durch den kleinen Motor 96 am Steuergerät 91 erzeugte Kraft zur Rückführung der
Stellung der Raupe auf den gegenwärtigen Wert. In dieser zweiten Ausführungsform ist
das Ablaufschema für den Betrieb mit einem Mikroprozessor dem in Fig. 13 gezeigten
Ablaufschema ähnlich. Das bedeutet, daß es unter Berücksichtigung der Tatsache, daß
die Beziehungen zwischen dem Sollwertsignal und dem Rückführungssignal bei der
Steuerschaltung 98 den Beziehungen im Fall der Steuerschaltung 88 entgegengesetzt
sind, als das gleiche Ablaufschema wie bei der in Fig. 13 dargestellten Steuerschaltung
88 angesehen werden kann. Wenn der Drehmotor im Roboterkörper 10 unter geringer
Belastung arbeitet, wodurch der Drehmotor 36 in Drehbewegung versetzt wird, sobald de-
Knopf 93 am Steuergerät gedreht wird, kommt es zur Verringerung der Kraft, mit der der
kleine Motor 96 im Steuergerät 93 den Knopf 93 entgegengesetzt zum gegenwärtigen
Wert des Winkels der Raupe dreht. Arbeitet der Drehmotor dagegen unter starker
Belastung, so daß der Drehmotor 36 kaum gedreht werden kann, auch wenn der Knopf
93 am Steuergerät 91 gedreht wird, dann kommt es zur Zunahme der Kraft, mit der der
kleine Motor 96 im Steuergerät 91 den Knopf 93 entgegengesetzt zum gegenwärtigen
Wert des Winkels der Raupe dreht. Die Bedienperson muß deshalb den Knopf 93 mit
eigener Kraft drehen. Das bedeutet, daß die Bedienperson bei Verwendung der
bilateralen Steuervorrichtung im oben erwähnten Einsatzsteuergerät nicht nur direkt
anhand des Einstellwinkels des Knopfes 93 am Steuergerät die Stellung der Raupe des
Roboterkörpers 10 feststellen, sondern auch körperlich den Lastzustand der Raupe als
Drehwiderstand bei der Drehung des Kopfes 93 spüren kann. Es ist festzustellen, daß
jedes andere bilaterale System als das bilaterale System, das unter Bezugnahme auf
Fig. 15 erläutert wird und unter Fachleuten allgemein als symmetrisches Regelsystem
oder dergleichen bekannt ist, wie beispielsweise ein Kraftrückführungs- oder
lmpedanzregelungssystem, für das Einsatzsteuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung
anstelle des symmetrischen Systems in der oben erwähnten Ausführungsform verwendet
werden kann.
-
Wenn der Roboter für den Katastropheneinsatz an einem Abhang oder einer Böschung
rutscht oder wenn er über einen Stein oder Holzstamm strauchelt, so daß seine Stellung
instabil wird, dann kann dadurch mit hoher Reaktionsfähigkeit die Stellung des Roboters
erkannt werden, so daß dementsprechend ein sicherer Einsatz des Roboters erfolgen
kann.
-
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform des Einsatzsteuergerätes gemäß der
vorliegenden Erfindung ausführlich besonders unter Bezugnahme auf Fig. 16 und 17
erläutert. Der Antriebsmechanismus zum Drehen und Fahren des Roboters für den
Katastropheneinsatz ist der gleiche, wie er in Fig. 1 bis 8 dargestellt ist.
(1) Erkundungsstellung
-
Wenn die Bedienperson spürt, daß der Roboter für den Katastropheneinsatz, der sich im
Bereich einer Bodensenke mit einem Abgrund oder dergleichen bewegt, entsprechend
vorbereitet werden muß, um einen Sturz zu verhindern, dann dreht sie an einem
"Sturzvermeidungsschalter", der sich im Fernsteuerungssender 46 befindet und nicht
dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der in Fig. 16 dargestellte Ablauf begonnen.
Zuerst werden die Drehwinkel der vorderen und hinteren Raupen 12F und 12R des
Roboterkörpers 10 durch die Antriebsquelle 58 für die Drehmotoren gesteuert und
dementsprechend die vorderen Raupen 12F so, wie es in Fig. 17(a) dargestellt ist, auf
einen Drehwinkel θ1 eingestellt, mit dem die vorderen Raupen 12F vom Roboterkörper 10
weg nach vorn gedreht werden, während die hinteren Raupen 12R auf einen Drehwinkel
θ2 eingestellt werden, mit dem die hinteren Raupen 12F zum Schwerpunkt F des
Roboterkörpers hin gedreht werden. Es ist festzustellen, daß der Drehwinkel θ2 auf 0
gestellt wird, wenn die Längsrichtung der vorderen und hinteren Raupen 12F und 12R
parallel zur horizontalen Linie HR verläuft und die vorderen Enden 12a und 12b zum
Schwerpunkt G des Körpers gerichtet sind. Die Stellung zu diesem Zeitpunkt wird im
folgenden als "Bezugsstellung" bezeichnet.
-
Fährt der Roboter in der oben erwähnten Erkundungsstellung vorwärts, dann ermittelt das
Steuergerät 50 Abweichungen in den Geschwindigkeitssteuersystemen für die vorderen
Raupen 12F und Ausgangssignale vom Neigungsmesser 64 und nimmt so die auf die
vorderen Raupen 12F ausgeübten Lasten und einen Längsneigungswinkel des Roboters
auf.
-
Im folgenden wird die Art und Weise erläutert, in der eine auf die vordere Raupe 12F
ausgeübte Last anhand einer Abweichung im Geschwindigkeitssteuersystem für die
vordere Raupe 12F erhalten wird.
-
Zum Zeitpunkt des Beginns des in Fig. 16 dargestellten Vorgangs wird die Verstärkung
eines Regelkreises im Geschwindigkeitssteuersystem des Fahrmotors 26 der vorderen
Raupe 12F auf einen deutlich niedrigen Wert eingestellt. In diesem Fall kann besonders
berücksichtigt werden, daß die P-Verstärkung oder eine I-Verstärkung des Regelkreises
im Geschwindigkeitssteuersystem für den Fahrmotor 26 auf einen niedrigeren Wert
eingestellt ist oder eine Strom- oder Drehmomentenbegrenzung bei einer
Servomotorantriebsquelle 56 für den Fahrmotor 26 zur Anwendung gebracht wird, um so
zu verhindern, daß der Fahrmotor 26 ein Drehmoment erzeugt, daß einen vorher
festgelegten Wert überschreitet. Es ist festzustellen, daß die Regelkreisverstärkung des
Fahrmotors 26 für die hintere Raupe 12R auf einen Wert eingestellt wird, der ausreicht,
um eine gewünschte, durch das Steuergerät 50 bestimmte Geschwindigkeit ungeachtet
einer auf die hintere Raupe 12R zur Anwendung gebrachten Last zu erreichen. Mit dieser
Anordnung kann die Fahrsteuerung hauptsächlich durch die Antriebskraft des Fahrmotors
26 für die hintere Raupe 12R erfolgen, während der Fahrmotor 26 für die vordere Raupe
12F nur ein Drehmoment erzeugt, das einen mechanischen Verlust beispielsweise im
Untersetzungsgetriebe 28 ausgleicht. Das bedeutet anders ausgedrückt, wenn der
Fahrmotor 26 für die vordere Raupe 12F mit einer Geschwindigkeit, die der gewünschten
Geschwindigkeit entspricht gedreht wird, dann bleibt die vordere Raupe 12F überwiegend
mit dem Erdboden in Berührung, während der Roboterkörper 10 durch die Antriebskraft
der Fahrmotoren 26 der hinteren Raupen 12R angetrieben wird, so daß dementsprechend
der Fahrmotor 26 für die vordere Raupe 12R zwangsgedreht wird. Während des
Fahrenkann durch Beobachten des Geschwindigkeitssteuerungskodegebers 60 zur Feststellung
der Rotation des Fahrmotors 26 für die vordere Raupe 12F erkannt werden, ob die
vordere Raupe 12F mit dem Erdboden oder dergleichen in Berührung kommt. Das
bedeutet, daß dann, wenn die festgestellte Rotationsgeschwindigkeit des
Geschwindigkeitssteuerungskodegebers 60 einem Sollgeschwindigkeitsbefehl an das
Geschwindigkeitssteuerungssystem ausreichend entspricht, festgestellt wird, daß die
vordere Raupe 12F eine ausreichend starke Reibungskraft zwischen sich und dem
Erdboden entwickelt.
-
Nachdem eine vordere Raupe 12F sich einem Abgrund oder einer Bodensenke nähert
und dabei hängenbleibt, während die anderen drei Raupen die Stellung des Roboters bei
einer Störung der Fahrt so verändern, daß die Masse des Roboters nicht mehr
ausreichend getragen werden kann, verliert dagegen die vordere Raupe 12F ihre Haftung
auf dem Erdboden, so daß demzufolge kein Antrieb mehr auf dem Erdboden erhalten
werden kann. Da die Regelkreisverstärkung auf einen niedrigen Wert eingestellt ist, weist
die festgestellte Rotationsgeschwindigkeit jedoch eine große positive oder negative
Abweichung vom Geschwindigkeitsbefehlssollwert auf. (Wenn zu diesem Zeitpunkt die
Motorleistung geringer als der mechanische Verlust ist, dann wird die festgestellte
Rotationsgeschwindigkeit niedriger als der Geschwindigkeitsbefehlssollwert sein. Ist
dagegen die Motorleistung größer als der mechanische Verlust, dann geht die auf dem
Erdboden erhaltene Bremswirkung verloren, so daß die festgestellte
Rotationsgeschwindigkeit höher als der Geschwindigkeitsbefehlssollwert wird.) Durch
Verringern der Regelkreisverstärkung des Geschwindigkeitssteuersystems des
Fahrmotors 26 für die vordere Raupe 12F ändert sich in Abhängigkeit vom
Bodenkontaktzustand der vorderen Raupe 12F in hohem Maße die Abweichung im
Geschwindigkeitssteuersystem, so daß infolgedessen zur Überwachung des Grades
dieser Abweichung dagegen der Bodenkontaktzustand der vorderen Raupe 12F
festgestellt wird, d.h. es wird eine auf die vordere Raupe 12F ausgeübte Last ermittelt,
wodurch festgestellt werden kann, ob die vordere Raupe 12F an einem Abgrund oder
dergleichen angelangt ist oder nicht.
-
Wenn der Roboter an einen Abgrund oder dergleichen herangefahren ist, dann besteht
die Tendenz daß sich die beiden vorderen Raupen vollständig vom Erdboden abheben,
so daß der Roboter schräg nach vorn unten geneigt ist. Ein solcher Zustand kann
dadurch ermittelt werden, daß das Ausgangssignal des Neigungsmessers 64 zur
Feststellung der Neigung des Roboterkörpers 10 überwacht wird. Der Roboter neigt sich
jedoch nicht immer, wenn er an einen Abgrund oder dergleichen gelangt. Das bedeutet,
wie bereits oben erwähnt, daß sich eine der vorderen Raupen 12F (beispielsweise die
Raupe auf der linken Seite) allein vom Erdboden abhebt, während die anderen drei
Raupen die Stellung des Roboters bei einer Störung der Fahrt halten. Zu diesem
Zeitpunkt kann die Tatsache, daß die vordere linke Raupe an einen Abgrund oder
dergleichen gelangt ist, dadurch festgestellt werden, daß in bezug auf diese vordere linke
Raupe 12F Abweichungen zwischen dem linken und rechten Steuersystem erfaßt werden.
Da eine Abweichung zwischen dem linken und dem rechten
-
Geschwindigkeitssteuersystem neben einem Ausgangssignal φ vom Neigungsmesser 64
überwacht wird, kann bei dieser Anordnung die Tatsache, daß der Roboter an einem
Abgrund gelangt ist oder nicht, auch dann sicher festgestellt werden, wenn die
Vorwärtsneigung des Roboterkörpers 10 nicht eindeutig erkannt wird.
-
Es wird ein vorher festgelegter Rechenprozeß entsprechend den Ausgangssignalen des
Neigungsmessers 64 und den durch das Steuergerät 50 abgetasteten Abweichungen in
den Geschwindigkeitssteuersystemen durchgeführt, um so einen Schwellenwert φ0 des
Neigungswinkels zur Ermittlung, ob sich die vordere Raupe 12F vom Erdboden
abgehoben hat oder nicht und einen Schwellenwert T0 der Raupenlast T zu erhalten.
Diese Werte werden in einem vorher festgelegten Speicher gespeichert. Die oben
erwähnten Schwellenwerte können dadurch erhalten werden, daß ein gemittelter Wert in
einem vorher festgelegten Zeitraum oder eine Streuung oder Standardabweichung in
einem vorher festgelegten Zeitraum (Schritt 202) berechnet wird.
(2) Meldung des Abhebens
-
Das Steuergerät 50 stellt anschließend fest, ob die auf die vordere Raupe 12F ausgeübte
Last T unter dem Schwellenwert TO liegt (Schritt 203) und ob außerdem der
Neigungswinkel φ vom Neigungsmesser 64 größer als der Schwellenwert φ0 ist oder
nicht (Schritt 204).
-
Wenn festgestellt wird, daß die Last T mindestens einer der vorderen linken und rechten
Raupen 12F unter dem Schwellenwert T0 liegt oder der Neigungswinkel φ vom
Neigungsmesser 64 größer als der Schwellenwert φ0 ist, dann wird infolgedessen
erkannt, daß eine Sturzgefahr für den Roboter besteht, so daß zum Schritt 205
übergegangen wird.
-
Das bedeutet, daß dann, wie in Fig. 17(b) dargestellt, wenn der Neigungswinkel φ größer
als der Schwellenwert ist, auch wenn eine Last, die größer als der Schwellenwert T0 ist,
auf die vordere Raupe 12F ausgeübt wird, festgestellt wird, daß eine Sturzgefahr für den
Roboter besteht. Wenn des weiteren eine Last T, die auf eine der vorderen Rau pen 12F
ausgeübt wird, unter dem Schwellenwert T0 liegt, auch wenn der Neigungswinkel φ
kleiner als der Schwellenwert φ0 ist, dann wird auch festgestellt, daß eine Sturzgefahr für
den Roboter besteht. In diesem Fall wird ein Zustand, in dem eine der vorderen linken
und rechten Raupen 12F auf eine geneigte Fläche eines Abgrundes oder dergleichen fält,
während die anderen drei Raupen die Stellung des Roboters bei einer Störung der Fahrt
halten, so angezeigt, wie es oben erwähnt wurde.
-
Manchmal kommt es des weiteren dazu, daß sich beide vorderen Raupen 12F so vom
Erdboden abheben, ein durch den Neigungsmesser 64 ermittelter Wert φ größer als der
Schwellenwert φ0 ist und die Last T kleiner als der Schwellenwert T0 wird (vergl.
Fig. 17(c)). Da der Roboter jedoch eine Erkundungsstellung einnimmt, bei der die
vorderen Raupen 12F nach vorn gedreht sind, bleibt der Boden des Roboterkörpers 10
unmittelbar vor der geneigten Fläche hängen, so daß der Schwerpunkt G des
Roboterkörpers direkt vor der geneigten Fläche liegt und dementsprechend der Roboter
nicht sobald stürzt, wenn die vorderen Raupen 12F allein auf die geneigte Fläche des
Abgrundes oder dergleichen fallen.
(3) Feststellung des Aufsetzens
-
Zu diesem Zeitpunkt wird noch nicht erkannt, ob eine Bodensenke vor dem Roboter so
flach ist, daß er sie überwinden kann, wenn er vorwärtsfährt, oder ein tiefer Abgrund
vorhanden ist, so daß der Roboter hinabstürzt, wenn er sich weiter vorwärtsbewegt. Um
die Gefahr eines Sturzes zu vermeiden, wird dementsprechend der Stromquelle 56 für
den Antrieb der Fahrmotoren 26 ein Befehl zum Rotieren übermittelt, die dadurch
angetrieben und gesteuert werden. Dadurch wird der Roboter abgebremst. Gleichzeitig
wird der Stromquelle 58 für den Antrieb der Drehmotoren 36 ein Befehl zum Drehen
übermittelt, die dadurch so angetrieben und gesteuert werden, daß die vorderen Raupen
12F gedreht werden, bis sie aufrechtstehen, so daß sich ihre vorderen Enden 12a in den
senkrecht untersten Stellungen befinden. Die vorderen Raupen 12F werden dadurch um
einen vorher festgelegten Winkel zum Schwerpunkt G des Roboterkörpers gedreht, wie es
durch den Pfeil D in Fig. 17(d) gezeigt wird, so daß dementsprechend eine Stellung
eingenommen wird, in der die Längsrichtung der vorderen Raupen 12F senkrecht verläuft
(Schritt 205).
-
Als nächstes wird eine Antriebssteuerung der Fahrmotoren 26 so vorgenommen, daß ein
Vorwärtsbewegung des Roboters über eine vorher festgelegte Strecke mit langsamer
Geschwindigkeit und eine Rückwärtsbewegung des Roboters über eine vorher festgelegte
Strecke mit langsamer Geschwindigkeit nacheinander durchgeführt werden. Eine solche
Vorwärtsbewegung mit langsamer Geschwindigkeit und eine Rückwärtsbewegung mit
langsamer Geschwindigkeit werden mehr als einmal nacheinander wiederholt (Schritt
206). Während der Durchführung dieser Bewegungsabläufe wird festgestellt, ob eine Last
T, die auf eine der vorderen linken und rechten Raupen 12F ausgeübt wird, den
Schwellenwert T0 überschreitet oder nicht (Schritt 207). Wenn festgestellt wird, daß die
auf die vordere Raupe 12F ausgeübte Last T größer als der Schwellenwert T0 ist, dann
wird dadurch erkannt, daß eine flache Bodensenke oder ein Abgrund vorhanden ist, bei
der bzw. dem die vorderen linken und rechten Raupen 12F mit dem Erdboden Kontakt in
einer Stellung aufnehmen können, in der sie so nach oben gedreht werden, daß sie
aufrechtstehen. d.h. es wird festgestellt, daß der Roboter weiterfahren und aufsetzen
kann, wie es in Fig. 17(f) dargestellt ist. Danach wird zum Schritt 208 übergegangen
Wenn eine Last T, die auf eine der vorderen linken und rechten Raupen 12F ausgeübt
wird, unter dem Schwellenwert T0 liegt, dann wird festgestellt, daß eine tiefe Bodensenke
oder ein tiefer Abgrund vorhanden ist, bei der bzw. dem die vorderen Raupen keinen
Kontakt mit dem Erdboden aufnehmen können, auch wenn sie so nach oben gedreht
werden, daß sie senkrechtstehen. Das bedeutet, es wird festgestellt, daß der Roboter
stürzen würde, wenn er weiterfährt, wie es in Fig. 17(e) dargestellt ist. Danach wird mit
Schritt 209 fortgesetzt.
(4) Aufsetzen
-
Im Schritt 208 wird zuerst der Antriebsquelle 58 für die Fahrmotoren ein Befehl zum
Abbremsen der hinteren Raupen 12R übermittelt, so daß daher die Fahrmotoren 26 für
die hinteren Raupen 12R abgeschaltet werden. Gleichzeitig wird ein Befehl zur
Weiterfahrt des Roboters mit langsamer Geschwindigkeit mit Hilfe der vorderen Raupen
12F erteilt. Der Roboter wird dementsprechend mit langsamer Geschwindigkeit bei
angebremsten hinteren Raupen 12R vorwärtsbewegt. Während dieser Vorwärtsbewegung
werden die Drehmotoren 36 so angetrieben und gesteuert, daß sie weiter aus der
aufrechtstehenden Haltung allmählich zum Schwerpunkt G des Roboterkörpers gedreht
werden, wie es durch den Pfeil F in Fig. 17(f) gezeigt wird. Der Roboter fährt
dementsprechend in einer stabilen Stellung hinunter, ohne daß der Roboterkörper 10
anomal geneigt wird, und kann so sicher aufsetzen (Schritt 208).
(5) Sturzvermeidung
inzwischen werden im Schritt 209 die Fahrmotoren 26 zuerst so angetrieben und
gesteuert, daß der Roboter zum Stillstand kommt. Als nächstes werden die Fahrmotoren
26 so angetrieben und gesteuert, daß der Roboter zurückfährt. Gleichzeitig mit dieser
Rückwärtsfahrt werden die Drehwinkel der vorderen Raupen 12F so gesteuert, daß die
vorderen Enden 12a der vorderen Raupen 12F, die nach außen vor den Roboterkörper
10 gedreht worden sind, allmählich zum Schwerpunkt G des Roboterkörpers in eine
Stellung über dem Roboterkörper 10 gedreht werden, und schließlich die Drehwinkel Θ
der vorderen Raupen 12F auf 0 gestellt werden. Das bedeutet, daß die vorderen Raupen
12F wieder zurück in die Bezugsstellung gebracht werden. Durch Ausführen des oben
erwähnten Ablaufs werden die vorderen Raupen 12F wieder in einen Zustand
zurückgebracht in dem sie aus einem Zustand, bei dem sie von der geneigten Fläche
vorstehen, mit dem Erdboden unmittelbar vor der geneigten Fläche in Berührung
kommen, wodurch ein Sturz des Roboters verhindert werden kann. Die Fahrmotoren 26
werden des weiteren so angetrieben und gesteuert, daß der Roboter 12 zum Stillstand
kommt, wenn die vorderen Raupen 12F mit dem Erdboden unmittelbar vor der geneigten
Fläche in Berührung kommen.
-
Es ist festzustellen, daß ein Warnsignal dem Fernsteuerungssender 46 durch den
Fernsteuerungsempfänger 48 so übermittelt werden kann, daß ein Summer oder eine
Lampe, die im Sender 46 untergebracht und nicht dargestellt ist, eingeschaltet wird, um
die Aufmerksamkeit der Bedienperson zu wecken, wonach zum Schritt 209 übergeganger
wird.
-
Wenn der Roboter zum Stillstand kommt, nachdem die vorderen Raupen 12F mit dem
Erdboden unmittelbar vor der geneigten Fläche in Berührung kommen, dann wird der
Betriebsmodus auf Handbetrieb durch die Bedienperson umgeschaltet. Die Bedienperson
selber prüft die Tiefe des Abgrundes usw., um festzustellen, ob der Roboter mit manueller
Fernsteuerung herunterfahren kann oder ob ein anderer Weg gewählt oder die
Vorwärtsfahrt mit Hilfe einer Winde, die am Roboterkörper 10 befestigt wird, zur
Überwindung eines steilen Abhangs erzwungen werden sollte, und bedient anschließend
den Fernsteuerungssender 46 so, daß der Roboter nach seiner Entscheidung sicher
bewegt werden kann.
-
Es kann gemäß dieser Ausführungsform so, wie oben erwähnt, entsprechend dem
Neigungswinkel des Roboterkörpers 10 und der auf die vorderen Raupen 12F ausgeübten
Last automatisch und genau ermittelt werden, ob eine Sturzgefahr für den Roboter
besteht. Die Fahr- und Drehbewegung des Roboters wird automatisch und sicher so
gesteuert, daß ein Sturz des Roboters verhindert wird. Dementsprechend kann der Sturz
des Roboters automatisch und sicher vermieden werden, ohne dabei von den
Beobachtungs- und Handsteuerungsfähigkeiten der Bedienperson abhängig zu sein. Des
weiteren braucht sich die Bedienperson im Vergleich zum herkömmlichen Roboter nicht
um die Überwachung und den Betrieb des Roboters zu kümmern, wodurch es möglich ist,
die Ermüdung zu verringern. So kann verhindert werden, daß die Bedienperson selber
durch Ermüdung stürzt, wodurch ihre Sicherheit gewährleistet wird.
-
Obwohl bei dieser Ausführungsform die Feststellung, ob ein Abgrund eine so geringe
Tiefe besitzt, daß der Roboter weiter vorwärtsfahren kann, oder so tief ist, daß der
Roboter dann, wenn er weiterfährt, abstürzen würde, nach der Feststellung erfolgt, ob
eine Sturzgefahr für den Roboter besteht, kann gegebenenfalls ohne eine solche
Feststellung ausgekommen werden. Das bedeutet, wenn eine bestehende Sturzgefahr
festgestellt wird, dann kann der Roboter direkt in den Zustand, wie er in Fig. 17(f)
dargestellt ist, zurückkehren und anschließend von Hand durch die Bedienperson
gesteuert werden. Der Sturzvermeidungsablauf erfolgt des weiteren so, daß die vorderer
Enden der vorderen Raupen 12F, die nach vorn gedreht worden sind, wieder nach hinten
gedreht werden, während der Roboter rückwärtsbewegt wird. Ein solcher Einsatz ist
jedoch nur eines von vielen Beispielen, wobei jede Form von Drehvorgang angewendet
werden kann, wenn dadurch ein Sturz mit Hilfe der technischen Eigenschaften der
Raupen, durch die die Raupen um einen Winkel im Bereich von 360º gedreht werden
können, sicher vermieden werden kann.
-
Obwohl eine auf die vorderen Raupen 12F ausgeübte Last entsprechend einer
Abweichung im Geschwindigkeitssteuersystem der Fahrmotoren 26 für die vorderen
Raupen 12F, deren Regelkreisverstärkung verringert wird, ermittelt wird, kann sie des
weiteren bei dieser Ausführungsform entsprechend einem Ankerstrom, wenn die
Fahrmotoren Gleichstrommotoren sind, oder entsprechend einem Ausgangssignal eines
Wechselstrom-Servoverstärkers, wenn die Fahrmotoren Wechselstrom-Servomotoren
sind, festgestellt werden. Darüber hinaus kann ein auf die vorderen Raupen 12F
ausgeübtes Drehmoment direkt durch einen Drehmomentensensor ermittelt werden. Eine
Last kann außerdem auch je nachdem, ob die Motoren 26 gedreht werden oder nicht,
dann ermittelt werden, wenn die vorderen Raupen 12F gezogen werden, nachdem die
Stromzuführung der Fahrmotoren 26 für die vorderen Raupen 12F unterbrochen worden
ist. In diesem Fall kann die Last durch den Kodegeschwindigkeitsgeber 60 ermittelt
werden.