EP3494855A1 - Method and device for exchange of functional modules of a domestic robot - Google Patents
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- EP3494855A1 EP3494855A1 EP18208089.5A EP18208089A EP3494855A1 EP 3494855 A1 EP3494855 A1 EP 3494855A1 EP 18208089 A EP18208089 A EP 18208089A EP 3494855 A1 EP3494855 A1 EP 3494855A1
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Definitions
- the present invention relates to a method and apparatus for exchanging functional modules of a modular household robot.
- the present invention will be described with reference to a household floor care and cleaning apparatus as a modular home robot. But this is basically no limitation of the invention only to this use and Purpose given because other applications such. B. for assistance systems within and outside a home environment and / or beyond cleaning tasks are conceivable.
- the present invention has for its object to improve a method and a corresponding device for more efficient replacement of functional modules of a modular robot while adapting and reducing space requirements for exchange and storage of functional modules. According to the invention this object is achieved with the features of the independent claims.
- the inventive method solves this problem in that the replacement of a functional module after receiving the household robot in a base station and the release of the functional module is carried out automatically at the base station by the function module unlocked and released after the release of the modular household robot in z direction a kind of high-bay warehouse spent and stored at a predetermined height on a plane.
- the function module is moved in a different spatial direction, which is substantially orthogonal to the z-direction, on one of the planes to a respective predetermined location.
- a specific functional module is inserted, secured and connected by shifting from a predetermined location and after removal in the z-direction from the high-bay warehouse to the base module.
- connecting means connecting the functional module with all electrical, mechanical or other connections to the base module, so that the household robot can be used directly from the base station with new functionality.
- connecting means connecting the functional module with all electrical, mechanical or other connections to the base module, so that the household robot can be used directly from the base station with new functionality.
- an inventive device as a solution to this problem, a base station, which is designed to accommodate the modular household robot such that at the base station, a kind of high-bay warehouse for receiving and removal and intermediate storage of functional modules in the z-direction is connected , While in known devices so far only a storage of various functional modules in a horizontally arranged line is known, which lie essentially in a working plane, according to the invention now requires a space in the working plane of the household robot by the base station essentially on the much smaller external dimensions of autonomously acting Household robot limited.
- the type of high-bay warehouse outlined above can be flexibly adapted to the respective spatial circumstances using levels beyond the working level as well as a number of functional modules of the modular household robot to be stored, without requiring additional space in the working level.
- the functional module taken from the modular household robot for storage in another spatial direction, which is substantially orthogonal to the z-direction, is displaced on a plane to a respectively predetermined location, wherein a plurality of on one level predetermined locations are used for temporary storage of functional modules.
- a plurality of on one level predetermined locations are used for temporary storage of functional modules.
- a gripper is provided in the high-bay warehouse, which is designed to engage or in a release element of each functional module for locking and unlocking of the functional module to the base module.
- a release element of a function module is z. B. in the DE 10 2016 213 920.7 disclosed.
- the release element is formed in a preferred embodiment of the invention with the gripper in the manner of a bayonet closure. Fixed to a correspondingly designed vertical transport unit thereby a secure displacement of the functional module in the z-direction in the high-bay warehouse for loading and unloading and intermediate storage is guaranteed.
- the gripper is formed with the release element of a functional module to unlocked after a release unlocking and solution of connections from data and / or media lines of the functional module to the base module and in the opposite direction only a lock and only then a solution of Establish fixation of the respective functional module with the inclusion in the base module or transfer to a vertical transport unit.
- the gripper is rotatable in coordination with the release element of a functional module to a certain extent, wherein the functional module itself is mounted or held against rotation about the z-axis, in particular by guides on the base module and / or the high-level bearing or the respective vertical transport unit.
- the predetermined storage locations are formed at the predetermined locations of the respective functional modules themselves for supply and disposal of the respective functional modules according to an essential embodiment of the invention.
- the function modules are disposed of and / or disposed of when an intermediate storage position is reached using an interface.
- the function modules themselves can be supplied during an intermediate storage with consumables, worn or used up elements and waste, dust and / or wastewater removed and / or charged its own power supply of the function module.
- the latter variant has the advantage that a function module has its own supply of electrical energy which can be used to cover its own energy requirement and / or as additional energy storage for the base module. In any case, thus loading times of the base module can be shortened in the base station, which increases a general availability and a readiness of the autonomously operating household robot in an advantageous manner.
- Fig. 1 shows a modular cleaning robot 1.
- the cleaning robot 1 comprises a base module 2 with units not shown in detail for drive, control, positioning and power supply, in particular in the DE 10 2016 213 920.7 disclosed.
- a functional module 3 is placed and locked, being connected via interfaces data and / or media lines of the functional module 3 with those of the base module 2.
- the cleaning robot 1 moves autonomously in a working plane, which is referred to below as zero level E0.
- a major advantage of a modular cleaning robot 1 is that this cleaning robot 1 can perform many different functions as a functional unit depending on the function module 3 used in each case.
- the customer in addition to a so-called mobile base platform or basic module 2, the customer only has to obtain the functional modules 3 suitable for the respective desired task, and not a new robot for each new task. but these advantages of such a versatile modular cleaning robot 1 are only fully when an exchange of a respective functional module of the cleaning robot 1 and thus the task change is automated and independent.
- a speaking method and various forms of apparatuses will now be described: In the in Fig. 1 illustrated situation, the cleaning robot 1 is retracted on the zero level E0 in a base station 4.
- the base station 4 is thereby formed into more than one parking position for "cleaning up" the cleaning robot 1, that at the base station 4, a type of high-bay warehouse 5 is connected for loading and unloading and intermediate storage of functional modules 3.
- a type of high-bay warehouse 5 is connected for loading and unloading and intermediate storage of functional modules 3.
- loading and unloading and intermediate storage of the functional modules 3 in the z-direction with displacement of the functional modules in the x-direction take place on different planes E1 to E3, which are provided here substantially equidistantly and parallel to the zero plane E0.
- FIGS. 2a to 2d Individual workflows from a removal of a functional module to a temporary storage are based on the sequence of the FIGS. 2a to 2d shown to an embodiment.
- the modular cleaning robot 1 moves with the functional module 3 on the base module 2 in the base station 4 a.
- a gripper 6 with lifting device is in a ready position.
- FIG. 2b towards the cleaning robot 1 is parked in the base station 4 and the gripper 6 is lowered to the functional module 3.
- the gripper is locked by a rotation only at the function module 3, solves the further rotation fixations of the functional module 3 to the base module 2 and thus finally also separates contacts at interfaces. Material, energy and information flows between the base module 2 and the functional module 3 thus no longer take place.
- the function module 3 is closed Figure 2c towards freely removable from the base module 2.
- the functional module 3 is moved or raised in the z direction into the high-bay warehouse 5.
- at Figure 2d has the functional module 3 in the z-direction in the high-bay warehouse 5 reaches a predetermined level with a free space in which the functional module 3 is to be stored.
- a force and / or positive connection of the gripper 6 is resolved to the functional module 3, after the functional module 3 has been transferred to a vertical transport unit 7.
- Fig. 3 shows an alternative embodiment of a connected to a base station 4 high-bay warehouse 5.
- each storage level E1, E2, E3 now created two intermediate storage that each left and right function modules 3 stored and taken independently of the respective storage locations in the z direction can.
- For a positioning of a respective functional module 3 in the z-direction and a subsequent displacement substantially orthogonal to the z-direction separate drives for horizontal transport units 7 are used. Each of these drives positions very precisely with a simple structure.
- Fig. 4 represents a transfer of a functional module 3 of the gripping mechanism 6 to the storage mechanism in the form of a horizontal transport unit 7 in another embodiment of a high-bay warehouse 5 connected to a base station 4. From the domestic robot 1 remains only the base module 2 in this state of a replacement of a functional module in the base station.
- this Embodiment are provided for each level E1 to E3 in the high-bay warehouse 5 three intermediate storage spaces L1_1 to L3_3, the horizontal transport units 7 in the form of electric motor-driven slide or short trains have.
- the functional modules 3 in the embodiment of Fig. 4 with the attainment of a respective position L1_1, L1_3, L2_1, L2_3, L3_1 and L3_3 for interim storage using an interface 8 and / or disposed of.
- z. B a cleaning fluid in a functional module 3 "wet cleaner” refilled and used wiper water is removed.
- a functional module 3 "vacuum cleaner” a dust bag is automatically emptied, while a functional module 3 "dry wiper” a used wipe is replaced with a new one.
- Additional contained in the respective functional modules 3 and not shown here own energy storage are also controlled via the interface 8 and possibly electrical energy is recharged.
- the base station 4 thus has a defined "parking position" on which the modular cleaning robot 1 moves in the case of a change of a respective functional module 3.
- this parking position itself is also used as a charging station, ie the energy reservoirs of the base module 2 of the modular cleaning robot 1 are loaded in this parking position.
- the parking position according to the above terminology represents the zero level E0.
- the exchange of a functional module 3 of the modular cleaning robot 1 initializes, the cleaning robot 1 ends its current activity and goes to the base station 4 on the zero level E0 in a parking position.
- a control unit in the base module 2 interrupts the flow of information, energy and substances which are exchanged between the base module 2 and the functional module 3 still currently fixed thereto.
- control unit of the base station 4 is prepared for the imminent replacement of the functional module by the initiated replacement of the functional module 3.
- this control unit takes over the coordination of the processes described in the previous section for the removal, storage and assembly of a function module.
- the functional module 3 is first removed in a next step by a mechanism in the vertical direction, the gripper with lifting device as a mechanism of a vertical transport unit.
- This mechanism is in the present example a spindle drive together with corresponding lateral guides, which according to Fig. 4 can be moved in positive and negative z-direction.
- a force, material, positive connection or combination thereof is established as a temporary contact to the functional module 3.
- this can be done by means of finger grippers and corresponding hollows in the functional module 3 by form-fit or magnetic gripper and corresponding magnetic metals in the functional module 3 by adhesion.
- the control unit specifies the free storage spaces within the high-bay warehouse 5 connected to the base station 4 for the storage of the function module 3 that has just been removed. If the corresponding height of a predetermined level is reached, a second mechanism takes over the storage, as in level E3 of FIG. 4 indicated, hereinafter called storage mechanism.
- the storage mechanism is in accordance with FIG. 3 also from a spindle drive together with appropriate guidance, which can be moved in the positive and negative y-direction. In the embodiment of FIG. 4 However, sliding carriage or short trains are each provided with its own electric drive.
- the gripping mechanism releases the temporary connection to the functional module.
- the functional module is now located on the storage mechanism. By moving this mechanism in the y-direction, the functional module is brought into the final storage position. After reaching the corresponding end position sensors report that the current storage space is occupied by a function module 3 with a one-unique identifier xy. If the identifier of a function module 3 z. B. on "L3_1" and would be for simplicity with the intermediate storage position in FIG. 4 identical, the loaded functional module 3 would be placed in the storage level E3 on the corresponding sliding carriage and finally moved to the intermediate storage position L3_1.
- a rigid assignment makes sense, because so special functional modules such. B., Staubsauge modules are stored only at certain predetermined positions, for example, to allow their cleaning, maintenance and re-supply of consumables within the high-bay warehouse 5 through a respective adapted interface 8.
- the entire base station is ideally provided with a translucent outer shell, which may well have the appearance of a piece of furniture, eg. B. a dresser or a cabinet.
- the base station of a modular cleaning robot can be homogeneously integrated into existing living concepts. It is advisable to offer different materials and colors for the outer shell to meet the individual taste of the customer.
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Austausch von Funktionsmodulen eines modular aufgebauten Haushaltsroboters (1), bei dem ein Funktionsmodul (3) mit einem Basismodul (2), das zum Fahren und Navigieren auf einer vorbestimmten Oberfläche einer Ebene (E0) eines Raumes verwendet wird, gesichert und verbunden wird, und das Funktionsmodul (3) zum Austausch durch Entsichern und Trennen an einer Basisstation (4) freigegeben wird. Um ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum effizienteren Austausch von Funktionsmodulen eines modularen Roboters unter Anpassung und Reduzierung eines Platzbedarfs für einen Tausch sowie eine Lagerung von Funktionsmodulen zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass der Austausch nach der Freigabe des Funktionsmoduls (3) nach Aufnahme des Haushaltsroboters (1) in der Basisstation (4) und Freigabe des Funktionsmoduls (3) an dem Basismodul (2) automatisiert ausgeführt wird, indem das Funktionsmodul (3) entriegelt und von dem modular aufgebauten Haushaltsroboter (1) in z-Richtung in eine Art von Hochregallager (5) verbracht und in einer bestimmten Höhe in einer Ebene (E1, E2, E3) zwischengelagert wird, indem das Funktionsmodul (3) in einer anderen Raumrichtung, die im Wesentlichen orthogonal zu der z-Richtung steht, auf einer der Ebenen (E1, E2, E3) an einen jeweils vorbestimmten Ort verschoben wird und auf eine Anforderung hin ein bestimmtes Funktionsmodul durch Verschieben von einem vorbestimmten Ort und nach Entnahme in z-Richtung aus dem Hochregallager (5) an dem Basismodul (2) eingesetzt, gesichert und verbunden wird.The present invention relates to a method and a device for exchanging functional modules of a modular household robot (1), in which a functional module (3) with a basic module (2) is used for driving and navigating on a predetermined surface of a plane (E0) Space is used, secured and connected, and the function module (3) is released for replacement by unlocking and disconnecting at a base station (4). In order to improve a method and a corresponding device for the more efficient exchange of functional modules of a modular robot while adapting and reducing the space required for an exchange and storage of functional modules, it is proposed that the exchange after the functional module (3) is released after the household robot has been added (1) in the base station (4) and release of the function module (3) on the base module (2) is carried out automatically by unlocking the function module (3) and by the modular household robot (1) in the z direction in a manner of High-bay warehouse (5) is moved and temporarily stored at a certain height in one level (E1, E2, E3) by the function module (3) in another spatial direction, which is essentially orthogonal to the z direction, on one of the levels ( E1, E2, E3) is moved to a respectively predetermined location and, upon request, a specific function module by moving vo n is inserted, secured and connected in a predetermined location and after removal in the z direction from the high-bay warehouse (5) on the base module (2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Austausch von Funktionsmodulen eines modular aufgebauten Haushaltsroboters.The present invention relates to a method and apparatus for exchanging functional modules of a modular household robot.
Es sind diverse autonom agierende Roboter der genannten Art bekannt, die als Assistenten oder zur selbstständigen Erledigung auch von Reinigungsaufgaben in einem Haushalt ausgebildet sind. Um unterschiedliche Aufgaben und Funktionen bei geringen Kosten erfüllen zu können, schlägt u.a. die
Die derzeit nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung
Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf ein Bodenpflege- und Reinigungsgerät für einen Haushalt als modular aufgebauten Haushaltsroboter dargestellt. Hiermit ist aber grundsätzlich keine Beschränkung der Erfindung nur auf diesen Verwendungs- und Einsatzzweck gegeben, da auch andersartige Anwendungsfelder z. B. für Assistenzsysteme innerhalb wie außerhalb einer häuslichen Umgebung und/oder jenseits von Reinigungsaufgaben denkbar sind.The present invention will be described with reference to a household floor care and cleaning apparatus as a modular home robot. But this is basically no limitation of the invention only to this use and Purpose given because other applications such. B. for assistance systems within and outside a home environment and / or beyond cleaning tasks are conceivable.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum effizienteren Austausch von Funktionsmodulen eines modularen Roboters unter Anpassung und Reduzierung eines Platzbedarfs für einen Tausch sowie eine Lagerung von Funktionsmodulen zu verbessern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.The present invention has for its object to improve a method and a corresponding device for more efficient replacement of functional modules of a modular robot while adapting and reducing space requirements for exchange and storage of functional modules. According to the invention this object is achieved with the features of the independent claims.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5.The solution of the object is achieved by a method having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren löst diese Aufgabe dadurch, dass der Austausch eines Funktionsmoduls nach Aufnahme des Haushaltsroboters in einer Basisstation und der Freigabe des Funktionsmoduls an der Basisstation automatisiert ausgeführt wird, indem das Funktionsmodul entriegelt und nach der Freigabe von dem modular aufgebauten Haushaltsroboter in z-Richtung in eine Art von Hochregallager verbracht und in einer vorbestimmten Höhe auf einer Ebene zwischengelagert wird. Dazu wird das Funktionsmodul in einer anderen Raumrichtung, die im Wesentlichen orthogonal zu der z-Richtung steht, auf einer der Ebenen an einen jeweils vorbestimmten Ort verschoben. Anschließend wird auf eine bestimmte Anforderung hin ein bestimmtes Funktionsmodul durch Verschieben von einem vorbestimmten Ort und nach Entnahme in z-Richtung aus dem Hochregallager an dem Basismodul eingesetzt, gesichert und verbunden. Dabei wird unter dem Begriff "Verbinden" ein Anbinden des Funktionsmoduls mit allen elektrischen, mechanischen oder sonstigen Anschlüssen an dem Basismodul verstanden, so dass der Haushaltsroboter aus der Basisstation heraus mit neuer Funktionalität direkt einsetzbar ist. Damit ist ein automatischer Wechsel eines Funktionsmoduls mit Änderung einer funktionellen Eigenschaft des Haushaltsroboters beschrieben worden, durch den eine Änderung einer Funktionalität des Haushaltsroboters, wie auch ein Wechsel von Verschleißteilen o. ä. realisierbar ist. Eine Raumbeanspruchung in einer Operationsebene des Basismoduls ist durch Verwendung einer Art von Hochregallager in z-Richtung auf den Raum der Basisstation reduziert und fällt damit möglichst gering aus. Im Zuge des beschriebenen Wechsels von Funktionsmodulen ist insbesondere keine Verschiebung des Basismoduls erforderlich, es kann vielmehr über den ganzen Vorgang hinweg unbewegt in der Basisstation verbleiben, wodurch an dem Basismodul neben Platz in der Arbeitsebene des Haushaltsroboters auch elektrische Energie und Prozesszeit eingespart werden können.The inventive method solves this problem in that the replacement of a functional module after receiving the household robot in a base station and the release of the functional module is carried out automatically at the base station by the function module unlocked and released after the release of the modular household robot in z direction a kind of high-bay warehouse spent and stored at a predetermined height on a plane. For this purpose, the function module is moved in a different spatial direction, which is substantially orthogonal to the z-direction, on one of the planes to a respective predetermined location. Subsequently, in response to a specific request, a specific functional module is inserted, secured and connected by shifting from a predetermined location and after removal in the z-direction from the high-bay warehouse to the base module. In this case, the term "connecting" means connecting the functional module with all electrical, mechanical or other connections to the base module, so that the household robot can be used directly from the base station with new functionality. Thus, an automatic change of a functional module with change of a functional property of the household robot has been described by the one Modification of a functionality of the household robot, as well as a change of wearing parts o. Ä. Is feasible. A space stress in an operating level of the base module is reduced by using a kind of high-bay warehouse in the z direction to the space of the base station and thus falls as low as possible. In the course of the described change of functional modules in particular no shift of the base module is required, but it can remain unmoved in the base station throughout the process, which in addition to space in the working level of the home robot and electrical energy and process time can be saved on the base module.
Dementsprechend weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 5 als Lösung dieser Aufgabe eine Basisstation auf, die zur Aufnahme des modular aufgebauten Haushaltsroboters derart ausgebildet ist, dass an der Basisstation eine Art von Hochregallager zur Auf- und Entnahme sowie Zwischenlagerung von Funktionsmodulen in z-Richtung angeschlossen ist. Während in genannten bekannten Vorrichtungen bislang nur eine Lagerung diverser Funktionsmodule in einer horizontal angeordneten Zeile bekannt ist, die im Wesentlichen in einer Arbeitsebene liegen, ist erfindungsgemäß nun ein Platzbedarf in der Arbeitsebene des Haushaltsroboters durch die Basisstation im Wesentlichen auf die deutlich geringeren Außenabmessungen des autonom agierenden Haushaltsroboters beschränkt. Die vorstehend skizzierte Art von Hochregallager kann den jeweiligen räumlichen Gegebenheiten unter Verwendung von Ebenen jenseits der Arbeitsebene sowie einer Anzahl von zu lagernden Funktionsmodulen des modular aufgebauten Haushaltsroboters flexibel angepasst werden, ohne zusätzlichen Raum in der Arbeitsebene zu beanspruchen.Accordingly, an inventive device according to
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous embodiments and developments, which can be used individually or in combination with each other, are the subject of the dependent claims.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das vom modular aufgebauten Haushaltsroboter entnommene Funktionsmodul zur Lagerung in einer anderen Raumrichtung, die im Wesentlichen orthogonal zu der z-Richtung steht, auf einer Ebene an einen jeweils vorbestimmten Ort verschoben, wobei auf einer Ebene jeweils mehrere vorbestimmte Orte zur Zwischenlagerung von Funktionsmodulen verwendet werden. Damit ist in einer jeden Ebene auch eine Zwischenlagerung von mehr als nur einem Funktionsmodul möglich. Eine deutliche Reduktion eines Platzbedarfs wird also nicht nur durch mehrere in Abständen zu einer Arbeits- bzw. Null-Ebene des Haushaltsroboters vorgesehene Zwischenlager-Ebenen, sondern auch durch deren Mehrfachnutzung erzielt. Diese Ebenen können auch unter einem Winkel zur Arbeits- bzw. Null-Ebene stehen.In a preferred embodiment of the invention, the functional module taken from the modular household robot for storage in another spatial direction, which is substantially orthogonal to the z-direction, is displaced on a plane to a respectively predetermined location, wherein a plurality of on one level predetermined locations are used for temporary storage of functional modules. Thus, in each level, an intermediate storage of more than one function module is possible. A significant reduction in space requirements is thus achieved not only by several provided at intervals to a working or zero level of the household robot interim storage levels, but also by their multiple use. These levels can also be at an angle to the working or zero level.
Zudem werden gemäß einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung für eine Positionierung der Funktionsmodule in z-Richtung sowie eine anschließende Verschiebung der Funktionsmodule im Wesentlichen orthogonal zu der z-Richtung getrennte Antriebe verwendet. Diese Antriebe arbeiten bei einfachem Aufbau sehr präzise und auch miteinander zur gezielten Einlagerung und Entnahme eines jeweiligen Funktionsmoduls zuverlässig. Dementsprechend weist eine Vorrichtung in einer Weiterbildung der Erfindung in dem Hochregallager mehrere Ebenen auf, die jeweils über eine Vertikal-Transporteinheit verfügen.In addition, according to an essential further development of the invention, separate drives are used for positioning the functional modules in the z-direction and a subsequent displacement of the functional modules is substantially orthogonal to the z-direction. These drives operate in a simple structure very precise and reliable together for the targeted storage and removal of a respective functional module. Accordingly, a device in a development of the invention in the high-bay warehouse on several levels, each having a vertical transport unit.
Zweckmäßiger Weise ist in dem Hochregallager ein Greifer vorgesehen, der zum Eingreifen an oder in ein Freigabeelement jedes Funktionsmoduls zum Ver- und Entriegeln des Funktionsmoduls an dem Basismodul ausgebildet ist. Ein Freigabeelement eines Funktionsmoduls ist z. B. in der
Das Freigabeelement ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit dem Greifer nach Art eines Bajonett-Verschlusses ausgebildet. An einer entsprechend ausgebildeten vertikalen Transporteinheit fixiert ist dadurch eine sichere Verlagerung des Funktionsmoduls in z-Richtung in dem Hochregallager zur Auf- und Entnahme sowie Zwischenlagerung gewährleistet.The release element is formed in a preferred embodiment of the invention with the gripper in the manner of a bayonet closure. Fixed to a correspondingly designed vertical transport unit thereby a secure displacement of the functional module in the z-direction in the high-bay warehouse for loading and unloading and intermediate storage is guaranteed.
In einer wesentlichen Weiterbildung ist der Greifer mit dem Freigabeelement eines Funktionsmoduls ausgebildet, um nach einer verliersicheren Fixierung eine Entriegelung und Lösung von Verbindungen von Daten- und/oder Medienleitungen des Funktionsmoduls zu dem Basismodul und in umgekehrter Richtung erst eine Verriegelung und erst anschließend eine Lösung der Fixierung des jeweiligen Funktionsmoduls mit der Aufnahme in dem Basismodul oder Übergabe an eine Vertikal-Transporteinheit herzustellen. Beim Aufsetzen eines Funktionsmoduls in oder auf ein Basismodul wird der Prozess nach der Verriegelung und vor dem Lösen der Fixierung der Aufnahme an dem jeweiligen Funktionsmodul um eine Herstellung von Verbindungen von Daten- und/oder Medienleitungen erweitert.In a significant development of the gripper is formed with the release element of a functional module to unlocked after a release unlocking and solution of connections from data and / or media lines of the functional module to the base module and in the opposite direction only a lock and only then a solution of Establish fixation of the respective functional module with the inclusion in the base module or transfer to a vertical transport unit. When putting a function module in or on a base module of the Extend process after locking and before releasing the fixation of the recording to the respective functional module to a production of compounds of data and / or media lines.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Greifer in Abstimmung mit dem Freigabeelement eines Funktionsmoduls in einem bestimmten Maß drehbar ausgebildet, wobei das Funktionsmodul selber um die z-Achse verdrehsicher gelagert oder gehalten ist, insbesondere durch Führungen an dem Basismodul und/oder des Hochregellagers oder der jeweiligen Vertikal-Transporteinheit.In an advantageous embodiment of the invention, the gripper is rotatable in coordination with the release element of a functional module to a certain extent, wherein the functional module itself is mounted or held against rotation about the z-axis, in particular by guides on the base module and / or the high-level bearing or the respective vertical transport unit.
Es hat sich grundsätzlich bewährt, eine Basisstation eines autonom arbeitenden Haushaltsroboters als Ladebucht auszubilden. Unter Anwendung bekannter Techniken kann damit in der Basisstation ein Aufladen des Haushaltsroboters u.a. mit elektrischer Energie erfolgen. Aufgrund der generell erwünschten hohen Verfügbarkeit und entsprechend langen Einsatz- bzw. Arbeitszeiten des Haushaltsroboters sind gemäß einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung die vorbestimmten Lagerorte an den vorbestimmten Orten der jeweiligen Funktionsmodule selber zur Ver- und Entsorgung der jeweiligen Funktionsmodule ausgebildet. Die Funktionsmodule werden mit Erreichen einer Position zur Zwischenlagerung unter Verwendung eines Interfaces ver- und/oder entsorgt. Damit können die Funktionsmodule selber während einer Zwischenlagerung mit Verbrauchsstoffen versorgt, verschlissene oder aufgebrauchte Elemente sowie Abfälle, Staub und/oder Abwässer entnommen und/oder eine eigene Energieversorgung des Funktionsmoduls aufgeladen werden. Letztere Variante hat den Vorteil, dass ein Funktionsmodul über einen eigenen Vorrat an elektrischer Energie verfügt, der zur Deckung eines eigenen Energiebedarfs und/oder als Zusatzenergiespeicher für das Basismodul einsetzbar ist. In jedem Fall können damit Ladezeiten des Basismoduls in der Basisstation verkürzt werden, was eine generelle Verfügbarkeit und auch eine Einsatzbereitschaft des autonom arbeitenden Haushaltsroboters in vorteilhafter Weise erhöht.It has basically proven to form a base station of an autonomously operating household robot as a cargo bay. Using known techniques can thus in the base station, a charging of the household robot u.a. done with electrical energy. Due to the generally desired high availability and correspondingly long service or working hours of the household robot, the predetermined storage locations are formed at the predetermined locations of the respective functional modules themselves for supply and disposal of the respective functional modules according to an essential embodiment of the invention. The function modules are disposed of and / or disposed of when an intermediate storage position is reached using an interface. Thus, the function modules themselves can be supplied during an intermediate storage with consumables, worn or used up elements and waste, dust and / or wastewater removed and / or charged its own power supply of the function module. The latter variant has the advantage that a function module has its own supply of electrical energy which can be used to cover its own energy requirement and / or as additional energy storage for the base module. In any case, thus loading times of the base module can be shortened in the base station, which increases a general availability and a readiness of the autonomously operating household robot in an advantageous manner.
Ein großer Vorteil eines modularen Reinigungsroboters besteht darin, dass dieser Roboter in Abhängigkeit des jeweils verwendeten Funktionsmoduls bzw. der jeweiligen funktionellen Einheit viele verschiedene Funktionen ausführen kann. Somit muss sich der Kunde neben einer sog. mobilen Basisplattform lediglich die für die jeweilig gewünschte Aufgabe geeigneten Funktionsmodule beschaffen, und nicht für jede neue Aufgabe einen neuen Roboter. Allerdings kommen die Vorteile eines solch vielseitig einsetzbaren modularen Reinigungsroboters erst dann vollständig zum Tragen, wenn der Austausch von Funktionsmodulen des Reinigungsroboters und damit der Aufgabenwechsel automatisiert und selbstständig erfolgt. Die vorliegende Erfindung schafft nun ein System mit einem Betriebsverfahren, das einen automatisierten Austausch von Funktionsmodulen eines modular aufgebauten Haushaltsroboters ermöglicht. Eine Lagerung von Funktionsmodulen wird dabei in einer um eine Art von Hochregellager als Zwischenlager erweiterten Basisstation mit einfachen konstruktiven und kostengünstigen Mitteln realisiert. Dabei kann in Ausführungsformen der Erfindung zwischen der Basisstation und den Funktionsmodulen des modularen Roboters sowie den in dem Hochregallager zwischengelagerten Funktionsmodulen ein Austausch und Fluss von
- Energie, z. B.. Laden mindestens eines Akkumulators,
- Informationen, z. B.. welches Funktionsmodul aktuell verwendet worden ist bzw. wie und wo das Funktionsmodul einzulagern ist, und
- Stoffen, z. B.. Abreinigen von Funktionsmodulen, Nachfüllen von Reinigungsmittel und/oder Austausch von Verschleißteilen
- Energy, z. B .. loading at least one accumulator,
- Information, eg. B .. Which functional module has been used currently or how and where the functional module is to be stored, and
- Fabrics, e.g. B .. Cleaning of functional modules, refilling of cleaning agents and / or replacement of wearing parts
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, auf welches die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
- Fig. 1
- eine Einlagerung von Funktionsmodulen eines modularen Reinigungsroboters in Ebenen parallel zur Nullebene;
- Figuren 2a - 2d
- Arbeitsabläufe bei einer Entnahme eines Funktionsmoduls bis zu einer Zwischenlagerung;
- Fig. 3
- eine alternative Ausführungsform eines an
eine Basisstation 4angeschlossenen Hochregallagers 5 mit einer Funktionsstruktur eines Greif- und Einlagerungsmechanismus innerhalb des Hochregal-Zwischenlagers; - Fig. 4
- eine Übergabe eines Funktionsmoduls von dem Greifmechanismus an den Einlagerungsmechanismus in einer weiteren Ausführungsform eines an
eine Basisstation 4angeschlossenen Hochregallagers 5 und - Fig. 5
- eine Funktionsstruktur eines Lagerungssystems für Funktionsmodule eines modularen Reinigungsroboters.
- Fig. 1
- an incorporation of functional modules of a modular cleaning robot in planes parallel to the zero plane;
- FIGS. 2a-2d
- Workflows with a removal of a function module to a temporary storage;
- Fig. 3
- an alternative embodiment of a high-
bay warehouse 5 connected to abase station 4 with a functional structure of a gripping and storage mechanism within the high-bay storage facility; - Fig. 4
- a transfer of a functional module from the gripping mechanism to the storage mechanism in a further embodiment of a high-
5 and 5 connected to abay warehouse base station 4 - Fig. 5
- a functional structure of a storage system for functional modules of a modular cleaning robot.
Bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bezeichnen stets gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten und Verfahrensschritte.In the following description of an embodiment of the present invention always the same reference numerals designate the same or similar components and method steps.
Ein großer Vorteil eines modularen Reinigungsroboters 1 besteht darin, dass dieser Reinigungsroboter 1 in Abhängigkeit des jeweils verwendeten Funktionsmoduls 3 als funktioneller Einheit viele verschiedene Funktionen ausführen kann. Somit muss sich der Kunde neben einer sog. mobilen Basisplattform bzw. dem Basismodul 2 lediglich die für die jeweilig gewünschte Aufgabe geeigneten Funktionsmodule 3 beschaffen, und nicht für jede neue Aufgabe einen neuen Roboter. diese Vorteile eines solch vielseitig einsetzbaren modularen Reinigungsroboters 1 kommen aber erst dann voll zum Tragen, wenn ein Austausch eines jeweiligen Funktionsmoduls des Reinigungsroboters 1 und damit der Aufgabenwechsel automatisiert und selbstständig erfolgt. Ein sprechendes Verfahren und verschiedene Formen von Vorrichtungen dazu werden nun beschrieben:
In der in
In the in
Einzelne Arbeitsabläufe von einer Entnahme eines Funktionsmoduls bis zu einer Zwischenlagerung sind anhand der Abbildungsfolge der
Damit ist das Funktionsmodul 3 zu
Damit ist der Greifer 6 nun frei, um ein bestimmtes anderes Funktionsmodul 3 aus dem Hochregallager 5 heraus auf das Basismodul 2 in der Basisstation 4 zu transportieren, dort zu fixieren und über Schnittstellen anzuschließen. Dazu werden ohne weitere zeichnerische Darstellung folgende Schritte durchlaufen:
- 1.) Festlegung, welches eingelagerte Funktionsmodul 3 auf
den mobilen Reinigungsroboter 1 verwendet werden soll - 2.) Mechanismus stellt temporär mittels Kraft- oder Formschluss Kontakt zu
dem eingelagerten Funktionsmodul 3 indem Hochregallager 5 her - 3.) Mechanismus
verschiebt das Funktionsmodul 3 in die Nullebene E0 und setztdas Funktionsmodul 3 auf dasmobile Basismodul 2 des modularen Reinigungsroboters 1 auf. - 4.) Ein Mechanismus in
dem Greifer 6 löst den temporären Kraft- und/oderFormschluss zum Funktionsmodul 3.
- 1.) Determining which stored
functional module 3 is to be used on themobile cleaning robot 1 - 2.) Mechanism is temporarily by force or positive contact with the embedded
functional module 3 in the high-bay warehouse 5 ago - 3) mechanism shifts the
functional module 3 in the zero level E0 and sets thefunctional module 3 on themobile base module 2 of themodular cleaning robot 1. - 4.) A mechanism in the
gripper 6 solves the temporary force and / or positive connection to the functional module. 3
Damit sind ab Teilschritt 4 erforderliche Stoff-, Energie- und Informationsflüsse zwischen dem Basismodul 2 und dem Funktionsmodul 3 durch eine Kontrolleinheit des Basismoduls 2 des modularen Reinigungsroboters 1 hergestellt. So ist die volle Einsatzbereitschaft des modularen Reinigungsroboters 1 bei neuer Funktionalität gegeben.Thus, from sub-step 4 required material, energy and information flows between the
Des Weiteren werden die Funktionsmodule 3 in dem Ausführungsbeispiel von
Wird nun manuell durch den Kunden oder automatisiert aufgrund von beispielsweise Sensorsignalen der Tausch eines Funktionsmoduls 3 des modularen Reinigungsroboters 1 initialisiert, beendet der Reinigungsroboter 1 seine aktuelle Tätigkeit und begibt sich zu der Basisstation 4 auf der Nullebene E0 in eine Parkposition. Sobald der Reinigungsroboter 1 die Parkposition in der Basisstation 4 erreicht hat, so unterbricht eine Kontrolleinheit in dem Basismodul 2 den Fluss von Information, Energie und Stoffen, welcher zwischen dem Basismodul 2 und dem aktuell noch daran fixierten Funktionsmodul 3 ausgetauscht werden.Is now manually by the customer or automated due to, for example, sensor signals, the exchange of a
Zudem wird durch den initiierten Austausch der Funktionsmodul 3 eine Kontrolleinheit der Basisstation 4 auf den bevorstehenden Tausch des Funktionsmoduls vorbereitet. In der Parkposition übernimmt diese Kontrolleinheit die Koordination der im vorherigen Abschnitt beschriebenen Abläufe zur Entnahme, Einlagerung und der Bestückung mit einem Funktionsmodul. Hierzu wird das Funktionsmodul 3 in einem nächsten Schritt zunächst durch einen Mechanismus in vertikaler Richtung entnommen, dem Greifer mit Hebevorrichtung als Mechanismus einer Vertikal-Transporteinheit. Dieser Mechanismus ist im vorliegenden Beispielfall ein Spindelantrieb nebst entsprechenden seitlichen Führungen, welcher gemäß
Nach erfolgreicher Entnahme verfährt der Greifmechanismus 6 das Funktionsmodul 3 auf eine Ebene parallel zur Nullebene E0 aber in einem anderen Abstand in z-Richtung. Die Kontrolleinheit gibt dabei die freien Lagerplätze innerhalb des an die Basisstation 4 angeschlossenen Hochregallagers 5 für die Einlagerung des gerade entnommenen Funktionsmoduls 3 vor. Wird die entsprechende Höhe einer vorbestimmten Ebene erreicht, übernimmt ein zweiter Mechanismus die Einlagerung, wie in Ebene E3 der
Befindet sich nun der Einlagerungsmechanismus unterhalb des durch den Greifmechanismus gehaltenen Funktionsmoduls, löst der Greifmechanismus die temporäre Verbindung zum Funktionsmodul. Das Funktionsmodul befindet sich nun auf dem Einlagerungsmechanismus. Durch Verfahren dieses Mechanismus in y-Richtung wird das Funktionsmodul in die finale Lagerposition gebracht. Nach Erreichen der entsprechenden Endposition melden Sensoren, dass der aktuelle Lagerplatz durch ein Funktionsmodul 3 mit einer ein-eindeutigen Kennung xy belegt ist. Lautet die Kennung eines Funktionsmoduls 3 z. B. auf "L3_1" und wäre der Einfachheit halber mit der Zwischenlager-Position in
Für eine Bestückung mit einem Funktionsmodul wird der obige beschriebene Ablauf in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen. Aufgrund der Analogie wird auch eine Wiederholung der Beschreibung daher verzichtet.For a placement with a function module, the above-described sequence is run in reverse order. Due to the analogy, a repetition of the description is therefore omitted.
Die Unterscheidung in Greifmechanismus bzw. eine Vertikal-Transporteinheit 6 und Einlagerungsmechanismus bzw. Horizontal-Transporteinheit 7 ist dabei wie folgt begründet:
- Eindimensional verfahrbare Antriebe sind heutzutage Standard und günstig in der Herstellung und einfach anzusteuern.
- Infolge der Unterteilung in Greifmechanismus und Einlagerungsmechanismus ist das an
die Basisstation 4anzuschließende Hochregallager 5 einfach skalierbar, um eine variableAnzahl von Funktionsmodulen 3 gemäß Kundenwunsch einzulagern.
- One-dimensionally movable drives are today standard and inexpensive to manufacture and easy to control.
- As a result of the subdivision into the gripping mechanism and the storage mechanism, the high-
bay warehouse 5 to be connected to thebase station 4 is easily scalable in order to store a variable number offunctional modules 3 according to the customer's wishes.
Bezüglich einer ansprechenden Optik ist die gesamte Basisstation idealerweise mit einer blickdurchlässigen Außenhülle versehenen, die durchaus die Erscheinung eines Möbels haben kann, z. B. einer Kommode oder eines Hochschranks. Somit kann die Basisstation eines modularen Reinigungsroboters homogen in bestehende Wohnkonzepte integriert werden. Es empfiehlt sich hierbei, verschiedene Materialien und Farben für die Außenhülle anzubieten, um dem individuellen Geschmack des Kunden zu genügen.With regard to an attractive appearance, the entire base station is ideally provided with a translucent outer shell, which may well have the appearance of a piece of furniture, eg. B. a dresser or a cabinet. Thus, the base station of a modular cleaning robot can be homogeneously integrated into existing living concepts. It is advisable to offer different materials and colors for the outer shell to meet the individual taste of the customer.
Es ergeben sind durch Verwirklichung der vorliegenden Erfindung mithin u.a. folgende Vorteile:
- Das vorstehend beschriebene Lagerungssystem der Basisstation ist gemäß Kundenwunsch in Abhängigkeit der gewünschten Anzahl eingelagerter Funktionsmodule erweiterbar;
- Innerhalb des vorstehend beschriebenen Lagerungssystems werden die Funktionsmodule eines modularen Roboters platzsparend aufbewahrt.
- Die vorstehend beschriebene Basisstation lässt sich innenraumfreundlich als Möbel tarnen und/oder in eine Möbelwand integrieren.
- Die beschriebene Basisstation ermöglicht eine für den Kunden komfortable automatische Abreinigung der verschiedenen Reinigungsmodule oder Ver- und Entsorgung von Verbrauchsstoffen, z. B. die Abreinigung eines Staubsauge- eines Nasswisch- oder eines Luftreinigungsmoduls.
- The above-described storage system of the base station can be extended according to customer requirements depending on the desired number of stored functional modules;
- Within the storage system described above, the functional modules of a modular robot are stored space-saving.
- The base station described above can be camouflaged inside the room as furniture and / or integrated into a furniture wall.
- The base station described allows a comfortable for the customer automatic cleaning of various cleaning modules or supply and disposal of consumables, eg. As the cleaning of a Staubsauge- a wet mop or air cleaning module.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features disclosed in the foregoing description, the claims and the drawings may be of importance both individually and in any combination for the realization of the invention in its various forms.
- 11
- Haushaltsroboterhousehold robots
- 22
- Basismodulbase module
- 33
- Funktionsmodulfunction module
- 44
- Basisstationbase station
- 55
- HochregallagerHigh-bay warehouse
- 66
- drehbarer Greifer mit Hebevorrichtung als Vertikal-Transporteinheitrotatable gripper with lifting device as vertical transport unit
- 77
- Horizontal-TransporteinheitHorizontal transport unit
- 88th
- Interface zur Ver-/Entsorgung an einem jeweiligen ZwischenlagerplatzInterface for supply / disposal at a respective intermediate storage location
- E0E0
- Nullebenezero level
- E1E1
-
Ebene 1
level 1 - E2E2
-
Ebene 2
Level 2 - E3E3
-
Ebene 3
Level 3
- E1_1E1_1
-
Ebene 1 links
Level 1 left - E1_2E1_2
-
Ebene 1 rechts
Level 1 right - E2_1E2_1
-
Ebene 2 links
Level 2 left - E2_2E2_2
-
Ebene 2 rechts
Level 2 right - E3_1E3_1
-
Ebene 3 links
Level 3 left - E3_2E3_2
-
Ebene 3 rechts
Level 3 right
- L1_1L1_1
-
Zwischenlagerplatz 1 auf Ebene E1
Intermediate storage yard 1 on level E1 - L1_2L1_2
-
Zwischenlagerplatz 2 auf Ebene E1
Intermediate storage space 2 on level E1 - L1_3L1_3
-
Zwischenlagerplatz 3 auf Ebene E1
Intermediate storage space 3 on level E1 - L2_1L2_1
-
Zwischenlagerplatz 4 auf Ebene E2 ...
Zwischenlagerplatz 4 on level E2 ...
Claims (10)
bei dem ein Funktionsmodul (3) mit einem Basismodul (2), das zum Fahren und Navigieren auf einer vorbestimmten Oberfläche einer Ebene (E0) eines Raumes verwendet wird, gesichert und verbunden wird, und das Funktionsmodul (3) zum Austausch durch Entsichern und Trennen an einer Basisstation (4) eine Freigabe erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Austausch nach der Freigabe des Funktionsmoduls (3), nach Aufnahme des Haushaltsroboters (1) in der Basisstation (4) und Freigabe des Funktionsmoduls (3) an dem Basismodul (2) automatisiert ausgeführt wird, indem das Funktionsmodul (3) entriegelt und von dem modular aufgebauten Haushaltsroboter (1) in z-Richtung in eine Art von Hochregallager (5) verbracht und in einer bestimmten Höhe auf einer Ebene (E1, E2, E3) zwischengelagert wird, indem das Funktionsmodul (3) in einer anderen Raumrichtung, die im Wesentlichen orthogonal zu der z-Richtung steht, auf einer der Ebenen (E1, E2, E3) an einen jeweils vorbestimmten Ort (L1, L2, L3, L4) verschoben wird und
auf eine Anforderung hin ein bestimmtes Funktionsmodul durch Verschieben von einem vorbestimmten Ort (L1, L2, L3, L4) und nach Entnahme in z-Richtung aus dem Hochregallager (5) an dem Basismodul (2) eingesetzt, gesichert und verbunden wird.Method for exchanging a functional module (3) of a modular household robot (1),
wherein a functional module (3) is secured and connected to a base module (2) used for traveling and navigating on a predetermined surface of a plane (E0) of a room, and the functional module (3) for replacement by unlocking and disconnecting a release takes place at a base station (4),
characterized in that
the exchange after the release of the functional module (3), after receiving the household robot (1) in the base station (4) and release of the functional module (3) on the base module (2) is carried out automatically by the function module (3) unlocked and from the modular household robot (1) in the z-direction in a kind of high-bay warehouse (5) and stored at a certain height on a plane (E1, E2, E3) by the function module (3) in a different spatial direction, the is substantially orthogonal to the z-direction, is displaced on one of the planes (E1, E2, E3) to a respective predetermined location (L1, L2, L3, L4) and
Upon request, a specific functional module is inserted, secured and connected by shifting from a predetermined location (L1, L2, L3, L4) and after removal in the z-direction from the high bay warehouse (5) to the base module (2).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung zur Umsetzung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch besonders ausgebildet ist, dass an der Basisstation (4) eine Art von Hochregallager (5) zur Auf- und Entnahme sowie Zwischenlagerung von Funktionsmodulen (3) in z-Richtung angeschlossen ist.Device for exchanging a functional module (3) of a modular household robot (1) fixed to a base module (2), in which a base station (4) is designed for receiving the household robot (1),
characterized in that
the apparatus for implementing a method according to any one of the preceding claims is particularly formed in that at the base station (4) is connected a type of high-bay warehouse (5) for loading and unloading and intermediate storage of functional modules (3) in the z-direction.
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