WO2014094710A1 - Roboter zum beschreiten und reinigen von glatten, geneigten und modularen flächen - Google Patents

Roboter zum beschreiten und reinigen von glatten, geneigten und modularen flächen Download PDF

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    • A47L2201/04—Automatic control of the travelling movement; Automatic obstacle detection

Definitions

  • Robot for treading and cleaning smooth, sloping and modular surfaces Robot for treading and cleaning smooth, sloping and modular surfaces.
  • Previous robot (DE199 07434 AI) had a rotary and translational drive in the vertical plane to the surface concentrated on one leg and provided the other leg with only a translational drive in the horizontal plane to the surface.
  • the cleaning head does not remain positioned at the same distance parallel to the surface and must be tracked vertically with an additional actuator, ie translationally in order to actively maintain the contact pressure to the surface.
  • the spring described above the wiper blade causes different forces and moments on the robot at different inclinations, due to the different positions on a surface which greatly limits the reliable operation of the device.
  • a disadvantage of this design is that the leg for the translational movement horizontal to the surface is difficult to protect and encapsulate in a housing against the environmental influences, since such a housing would have to be equipped with their own guides to the procedure of the legs against each other. In addition, the space is increased due to the used walking gear altogether.
  • module distances can not be exceeded, since the suction pads over the modular distance cher and the device can not find a halt.
  • a plurality of actuators are arranged decentrally on the feet and must be connected via additional bearings and shafts with the hull and undergerbracht in separate housings.
  • the device described therein uses passive suction pads, which must be supplied during the sealing process with high force of the surface. This has the disadvantage that the device possibly connected actuators such. a cleaning head would leave its own imprints.
  • Actuators additionally connected to the device e.g. a cleaning head, must be actively parallell the surface to be guided, since even the hull remains in any of the modes parallel to the surface.
  • the stroke of the legs or feet is realized via a tilting mechanism whose additional drives as well as the part-turn actuators must be able to provide a high torque.
  • a coordinated and simultaneous actuation of the actuators on the associated actuators is therefore necessary.
  • Specified in claim 1 invention has the problem to smooth, inclined and modular surfaces, in particular solar power plants, free of sand and dust and to allow an inspection.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that instead of a plurality of legs and drive components only two legs are used and a sweeping movement is caused by the walking mechanism.
  • the small number of legs leads to a low weight and the surface is particularly gently treaded.
  • the low energy requirement based on the principle of running allows a longer use using an entrained power source.
  • the rotating legs are particularly easy to lead out of a housing whereby the robot is protected against environmental influences. Furthermore, the compact design and the low weight allow high mobility when using the robot by service personnel on large-scale solar power plants. In particular, sand and dust are removed from the surface due to the sweeping of the surface which is integrated in locomotion and fall down at the end of the module. The distance between the legs to each other also allows exceeding of distances between modular surfaces.
  • the walker allows a low to the surface of gravity so that the robot does not fall from the surface in case of loss of suction within a possible malfunction despite relatively strong inclination. Furthermore, the flat structure reduces wind loads.
  • Fig. 1 shows the robot (1) in the view from the front
  • Fig. 2 shows the robot in the view from below
  • FIG. 3 shows the robot in the front view with cut-open housing (18).
  • Fig. 4 shows the robot in the top view with cut housing
  • Fig. 5 shows the robot in the rear view with cut housing.
  • the robot (1) has in the direction of a brush (2) with distance sensors (3), which measure the distance of the device to the bottom and thereby unevenness
  • a leg consists of a rotary drive (6) which is connected by a coupling (9) with the suction pad.
  • the coupling has an air connection (11) which is designed to be axially and radially torsionally.
  • the lifting drive (7) is connected via the connecting element (8) with the rotary drive and the housing (18).
  • the suction pad takes a distance to the underlying surface and the respective lowered leg can generate an advance by the rotary drive.
  • the leg of the opposite side can be lowered by the lifting drive and the associated suction pad to be evacuated.
  • the leg to be lifted can be atmospherically connected by a valve (14) or flooded with compressed air.
  • the coupling of the legs is guided by bearings (10).
  • the brush continues to support tolerances of the housing and the legs compensate, as the brush hairs push the device away from the surface.
  • the robot is carried out with a drive for tracking (17). This turns against the lowered leg so as to keep the brush parallel to the feed direction.
  • the built-in power storage (13), the device is not wired and protected by the housing and the bearings from environmental influences.
  • a single-board computer (16) controls in particular the distance sensors, drives and pump (15).

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Abstract

Roboter (1) zum Beschreiten und Reinigen von glatten, geneigten und modular aufgebauten Flächen, insbesondere Solarmodule, Spiegel und Glasfassaden, dadurch gekennzeichnet, dass - der Vorschub in jede beliebige Richtung durch zwei durch Sauggreifer (5) halt findende Drehantriebe (6) erzeugt wird und diese jeweils durch einen Hubantrieb (7) an- und abgesenkt werden können, genannt Beine (12) - eine Bürste (2) die Mechanik stützend vor dem Roboter angebacht und so als Teil des Fortbewegungsmechanismuses ausgeführt ist, wodurch die Fläche abgekehrt wird - die Beine in einem Abstand von einander montiert sind, welcher durch die Betätigung des Drehantriebs das Überschreiten von Zwischenräumen und Objekten entsprechend dem Abstand der Sauggreifer zueinander ermöglicht - Abstandssensoren (3) vor dem Roboter Zwischenräume und Hindernisse erkennen und sich der Roboter entsprechend dieser zu Positionskorrekturen ausrichtet, wodurch ein strukturiertes ablaufen der Fläche ermöglicht wird - die Sauggreifer mit Druckluft beaufschlagt werden, um diese zu lösen und vor Evakuation die sich darunter befindliche Fläche zu ebenen - eine den Drehantrieb und den Sauggreifer verbindende Kupplung (9) verdrehfrei ausgeführt wird, wodurch Referenzfahrten und Sensoren zur Positionserkennung vermieden werden - die Hubantriebe als jeweils bidirektionale und ggf. parallell angesteuerte Hubmagnete ausgeführt sind wodurch wegen der kurzen Betätigung Energie eingespart, Hitzeentwicklung vermieden und die Geschwindigkeit erhöht wird - die Bürste durch einen Schnappverschluss mit dem übrigen Roboter verbindbar ausgeführt ist.

Description

Beschreibung
Roboter zum Beschreiten und Reinigen von glatten, geneigten und modularen Flächen.
[0001] Es ist bekannt, Roboter zur Reinigung von Glassfassaden und Solarmodulen einzusetzen. Die verwendeten Schreitwerke sind durch die verwendeten Fortbewegungsprinzipien umfangreich und die Mechanik besitzt damit im Allgemeinen ein besonders hohes Gewicht, wodurch es zu einer hohen Transportlast und damit zu einem hohen Energieverbrauch kommt. Dies führt dazu, dass diese Systeme meist kabelgebunden sind und somit der Wirkradius durch die Zuleitung beschränkt ist. Die Komplexität der Schreitwerke für Roboter stellen insbesondere für empfindliche Oberflächen wie die von Solarmodulen und Spiegeln besonders hohe Lasten dar welche zu Beschädigungen führen können.
[0002] Bisherige Roboter (DE199 07434 AI) hatten einen rotatorischen und translatorischen Antrieb in der vertikalen Ebene zur Oberfläche an einem Bein konzentriert und das weitere Bein mit lediglich einem translatorischen Antrieb in der horizontalen Ebene zur Oberfläche versehen.
[0003] Unguenstig ist das z.B. der Reinigungskopf nicht im gleichen Abstand parallel zur Fläche positioniert bleibt und mit einem zusätzlichen Aktor vertikal, also translatorisch nachgefuehrt werden muss um aktiv den Anpressdruck zur Fläche aufrecht zu erhalten. Die beschriebene Feder ueber dem Wischerblatt bewirkt bei unterschiedlichen Neigungen, bedingt durch die unterschiedlichen Positionen auf einer Oberfläche unterschiedliche Kräfte und Momente auf den Roboter was den zuverlässigen Betrieb des Gerätes stark einschränkt.
[0004] Ein Nachteil dieser Ausführung ist, dass das Bein fuer die translatorische Bewegung horizontal zur Oberfläche nur schwer in einem Gehäuse gegenueber der Umwelteinfluessen zu schützen und zu kapseln ist, da ein solches Gehäuse mit eigenen Führungen ausgestattet sein müsste, um das verfahren der Beine gegeneinander zu ermoeglichen. Ausserdem ist der Bauraum bedingt durch das verwendete Schreitwerk insgesamt erhöht.
[0005] Ein weiterer Nachteil des beschriebenen Gerätes besteht darin, dass Modulabstände nicht überschritten werden können, da die Sauggreifer über dem Modulabstand hegen und das Gerät keinen halt finden kann.
BESTÄTIGUNGSKOPIE [0006] Andere Roboter (DE 20 2004003 324 Ul) besitzen ebenfalls Aktoren welche das Bein gegenüber dem Gehäuse verfahren und der Schutz gegenüber Umwelteinfluessen nur mit vergleichsweise hohem Aufwand herstellbar ist.
[0007] Die komplexen Bewegungen des Gerätes insgesamt lassen die Beine gegenüber der Oberfläche ueberwerfen. Dies entfernt den Schwerpunkt des Gerätes von der Oberflaeche in einem Ausmass, in dem das Gerät bei Fehlen eines Vakuums selbst bei geringen Neigungen von der Fläche faellt.
[0008] Weiterhin sind mehrere Aktoren dezentral an den Fuessen angeordnet und muessen über zusätzliche Lager und Wellen mit dem Rumpf verbunden und in separaten Gehäusen untergerbracht werden.
[0009] Das darin beschriebene Gerät verwendet passive Sauggreifer, welche waehrend des Abdichtvorgangs mit hoher Kraft der Fläche zugeführt werden muessen. Dies hat den Nachteil dass dem Gerät eventuell angeschlossene Aktoren wie z.B. ein Reinigungskopf eigene Abdrucke hinterlassen wuerden.
[0010] Dem Gerät zusätzlich angeschlossene Aktoren, z.B. ein Reinigungskopf, müssen aktiv paralell der Oberfläche geführt werden, da selbst der Rumpf in keiner der Betriebsarten paralell zur Oberfläche verbleibt.
[0011] Die Verwendung rein passiver Sauggreifer bewirkt ebenfalls, dass das Geraet nicht über einer Stelle, z.B. zu Inspektionsvorgaengen, länger verweilen kann, insbesondere wenn
Schmutzpartikel oder Unebenheiten unter der Dichtlippe des Sauggreifers hegen.
[0012] Der Hub der Beine bzw. Füsse ist über einen Kippmechanismus realisiert, dessen Zusätzliche Antriebe wie auch die Schwenkantriebe ein hohes Drehmoment leisten koennen müssen. Um den Fuss vertikal und parallel zur Oberfläche anheben zu können, ist daher ein abgestimmte und gleichzeitiges Betätigen der Aktoren auf den dazugehoerigen Aktoren notwendig. [0013] Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung hegt das Probelm zugrunde, glatte, geneigte und modulare Flächen, insbesondere Solarkraftwerke, von Sand und Staub zu befreien und eine Inspektion zu ermöglichen.
[0014] Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale (ggf.
wörtliche Zitierung der Merkmale) gelöst.
[0015] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass statt einer Vielzahl von Beinen und Antriebskomponenten lediglich zwei Beine verwendet werden und eine Kehrbewegung durch das Schreitwerk bedingt ist. Die geringe Anzahl an Beinen führt zu einem geringen Eigengewicht und die Fläche wird besonders schonend beschritten. Der im Laufprinzip begründete geringe Energiebedarf ermöglicht einen längeren Einsatz unter Verwendung einer mitgeführten Stromquelle.
[0016] Die rotierenden Beine lassen sich besonders gut aus einem Gehäuse herausführen wodurch der Roboter gegen Umwelteinflüße geschützt ist. Weiterhin ermöglicht der kompakte Aufbau und das geringe Gewicht eine hohe Mobilität bei Verwendung des Roboters durch Servicepersonal auf solaren Grosskraftwerken. Durch das in der Fortbewegung integrierte Abkehren der Fläche werden insbesondere Sand und Staub von der Fläche entfernt und fallen am Modulende herab. Der Abstand der Beine zueinander ermöglicht weiterhin das Überschreiten von Abständen zwischen modularen Flächen.
[0017] Das Schreitwerk ermöglicht einen zur Oberfläche niedrigen Schwerpunkt womit der Roboter bei Verlust der Saugkraft innerhalb einer eventuellen Fehlfunktion trotz vergleichsweise starker Neigung nicht von der Fläche fällt. Weiterhin werden durch den Flachen Aufbau Windlasten reduziert.
[0018] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht es, die Bürste oder andere Aktoren und Sensoren entgegen der jeweiligen Drehbewegung des Roboters parallel zur Laufrichtung nachzuführen. Auf diese Weise kann die zur Navigation benötigte Software und das Einbinden von weiteren Sensoren wie Kameras vereinfacht werden. [0019] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
[0020] Fig. 1 den Roboter (1) in der Ansicht von Vorne
[0021] Fig. 2 den Roboter in der Ansicht von Unten
[0022] Fig. 3 den Roboter in der Ansicht von Vorne mit aufgeschnittenem Gehäuse (18)
und angehobenem sowie abgesenktem Bein (12)
[0023] Fig. 4 den Roboter in der Ansicht von Oben mit aufgeschnittenem Gehäuse
[0024] Fig. 5 den Roboter in der Ansicht von Hinten mit aufgeschnittenem Gehäuse.
[0025] Der Roboter (1) verfügt in Laufrichtung über eine Bürste (2) mit Abstandssensoren (3), welche den Abstand des Gerätes zur Unterseite messen und dadurch Unebenheiten wie
Modulrahmen oder Zwischenräume erkennen. Der Roboter schreitet durch wechselseitige Rotation der Beine (12) und stellt jeweils wechselseitig halt zur Fläche durch die Sauggreifer (5) her. Ein Bein besteht aus einem Drehantrieb (6) welcher durch eine Kupplung (9) mit dem Sauggreifer verbunden ist. Die Kupplung besitzt einen Luftanschluss (11) welcher axial und radial verdrehfrei ausgeführt ist. Der Hubantrieb (7) ist über das Verbindungselement (8) mit dem Drehantrieb und dem Gehäuse (18) verbunden.
[0026] Mit dem Hubantrieb wird der Sauggreifer abgesenkt oder abgehoben. Dadurch nimmt der Sauggreifer einen Abstand zur darunter liegenden Fläche ein und das jeweils abgesenkte Bein kann durch den Drehantrieb einen Vorschub erzeugen. Das Bein der Gegenseite kann durch den Hubantrieb abgesenkt und der dazugehörige Sauggreifer evakuiert werden. Das anzuhebende Bein kann durch ein Ventil (14) atmosphärisch verbunden oder mit Druckluft geflutet werden. Die Kupplung der Beine wird durch Lager (10) geführt. Mit dem Hubantrieb wird ein definierter Abstand des Roboters und damit der Bürste zur darunter hegenden Fläche gehalten. Durch die mit dem Drehantrieb erzeugte Rotation des Roboters wird bei starrer Verbindung mit der Aufnahme (4) nach Patentanspruch 1 als auch bei Ausführung nach Patentanspruch 2 ein Vorschub an der Bürste erzeugt und die Fläche zwangsläufig durch den eigenen Vorschub gekehrt. [0027] Die Bürste wirkt weiterhin unterstützend Toleranzen des Gehäuses und der Beine auszugleichen, da die Bürstenhaare das Gerät von der Fläche weg drücken. Nach Patentanspruch 2 wird der Roboter mit einem Antrieb zur Nachführung (17) ausgeführt. Dieser dreht dem abgesenkten Bein entgegen um so die Bürste parallel zur Vorschubsrichtung zu halten. Durch den eingebauten Stromspeicher (13) ist das Gerät nicht kabelgebunden und durch das Gehäuse und die Lager vor Umwelteinflüssen geschützt. Ein Einplatinencomputer (16) steuert insbesondere die Abstandssensoren, Antriebe und Pumpe (15) an.

Claims

Patentansprüche
1. Roboter zum Beschreiten und Reinigen von glatten, geneigten und modular aufgebauten
Flächen, insbesondere Solarmodule, Spiegel und Glasfassaden,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vorschub in jede beliebige Richtung durch zwei durch Sauggreifer halt findende Drehantriebe erzeugt wird und diese jeweils durch einen Hubantrieb an- und abgesenkt werden können, genannt Beine
eine Bürste die Mechanik stützend vor dem Roboter angebacht und so als Teil des Fortbewegunsmechanismuses ausgeführt ist wodurch die Fläche abgekehrt wird
die Beine in einem Abstand von einander montiert sind welcher durch die
Betätigung des Drehantriebs das Überschreiten von Zwischenräumen und
Objekten entsprechend dem Abstand der Sauggreifer zueinander ermöglicht
Abstandssensoren vor dem Roboter Zwischenräume und Hindernisse erkennen und sich der Roboter entsprechend dieser zu Positionskorrekturen ausrichtet wodurch ein strukturiertes ablaufen der Fläche ermöglicht wird
die Sauggreifer mit Druckluft beaufschlagt werden um diese zu lösen und vor
Evakuation die sich darunter befindliche Fläche zu ebenen
eine den Drehantrieb und den Sauggreifer verbindende Kupplung verdrehfrei ausgeführt wird wodurch Referenzfahrten und Sensoren zur Positionserkennung vermieden werden
die Hubantriebe als jeweils bidirektionale und ggf. paralell angesteuerte
Hubmagnete ausgeführt sind wodurch wegen der kurzen Betätigung Energie eingespart, Hitzeentwicklung vermieden und die Geschwindigkeit erhöht wird die Bürste durch einen Schnappverschluss mit dem übrigen Roboter verbindbar ausgeführt ist
2. Roboter zum Beschreiten und Reinigen von glatten, geneigten und modular aufgebauten Flächen nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein zusätzlicher Aktor entgegen der jeweiligen Rotationsbewegung des Roboters dreht und somit eine Position parallel zur Laufrichtung hält
PCT/DE2013/000792 2012-12-18 2013-12-17 Roboter zum beschreiten und reinigen von glatten, geneigten und modularen flächen WO2014094710A1 (de)

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