DE69122872T2 - Hilfsroboter für katastrophen und seine betriebs-kontrolleinrichtungen - Google Patents

Hilfsroboter für katastrophen und seine betriebs-kontrolleinrichtungen

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DE69122872T2
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Koji Ogaki
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D55/00Endless track vehicles
    • B62D55/06Endless track vehicles with tracks without ground wheels
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Description

    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.

Claims (3)

1. Roboter für den Katastropheneinsatz, bei dem ein linkes und ein rechtes Raupenpaar (12F, 12R) mit Gummiraupenketten (18) seitlich an einem Roboterkörper vorn und hinten vorgesehen sind, Antriebsräder (20) in diesen Raupen unabhängig voneinander mit Hilfe einer Steuerung angetrieben werden, der Raupenkettenrahmen (16) für jede Raupe am Roboterkörper (10) mit Hilfe einer Drehwelle (14) drehbar angebracht ist, die quer zum Raupenkettenrahmen und parallel zur Gummiraupenkettenlauffläche angeordnet ist und sich auf einer Seite am Ende des Raupenkettenrahmens befindet, wobei der Abstand zwischen den Drehwellen (14) in den vorderen und hinteren Raupen so gewählt ist, daß sich die maximalen Drehkreise nicht gegenseitig beeinträchtigen, und der Roboterkörper (10) einen Schwerpunkt besitzt, der an einer Stelle in der Mitte zwischen den Drehwellen in den vorderen und hinteren Raupen liegt.
2. Roboter für den Katastropheneinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehmomentenbegrenzer (34) im Drehkraftübertragungssystem des Raupenkettenrahmens für die Raupe angeordnet ist.
3. Roboter für den Katastropheneinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (44) zur Ermittlung des Drehwinkels im Drehkraftübertragungssystem zwischen Drehmomentenbegrenzer und Raupenkettenrahmen vorgesehen ist.
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