WO2018157890A2 - Gyro-stabilized actuator for use over land and medical applications - Google Patents

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WO2018157890A2
WO2018157890A2 PCT/DE2018/100182 DE2018100182W WO2018157890A2 WO 2018157890 A2 WO2018157890 A2 WO 2018157890A2 DE 2018100182 W DE2018100182 W DE 2018100182W WO 2018157890 A2 WO2018157890 A2 WO 2018157890A2
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    • A63H11/14Mechanically-moved walking figures balanced by gyrostatic effects

Definitions

  • Gyro stabilized actuator over land and for medical applications
  • Gyro stabilized devices have been a standard technology for many years.
  • Gyrover and Gyrobot [2] of Carnegie Mellon University exist see Carnegie Mellon University, Gyrover project, http://www.ri.cmu.edu).
  • Control Moment gyros have been a proven technique for stabilizing spacecraft for decades.
  • DE102004045805A1 a gyro-stabilized humanoid robot has been described.
  • the maximum permanent torque of the propulsion is in principle limited in this construction by the construction of the robot, ie even an arbitrarily strong motor can not increase the propulsion of the robot obese, because eventually the imbalance passes through the center of gravity of the robot.
  • this construction method has not been able to establish itself because there is hardly any room for additional components within the robot around the range of movement of the unbalance, which must remain free.
  • fully encapsulated robots are interesting for many areas. A significant advantage is that encapsulated systems no seals are necessary to protect against rotating parts of the device, the interior against the potentially hostile environment.
  • the core of the invention presented here is the actuator unit described below in combination with the idea of using it for locomotion over land or viscous media or in combination with other methods of locomotion combine and continue to use specifically for various applications described below.
  • the actuator unit (see Fig. 1) consists of a spherical cavity (shell), a gimbal and a gyro powered by a motor.
  • the gimbal suspension consists of two rings.
  • the outer ring is connected to the shell via two bearings.
  • the outer ring is connected to the inner ring via another bearing.
  • the inner ring carries a motor with a (in the drawing: Oblates) symmetrical top.
  • the axes of rotation of gyros and gimbals are orthogonal to each other. The arrangement is similar as far as a gyro or similar suspensions of gyros.
  • the joints of the gimbal can therefore be moved by means of two externally mounted on the actuator unit servomotors, so are not freely movable.
  • the outer servomotors change the axis of the gyro and induce a torque on the housing and thereby a change in position of the entire device including shell. This is done in the following way (see Fig. 2):
  • On the outer ring of the gimbal is a chain of freely rotatable gears. Two gears are fixed to the drives of the two servomotors. If the gears connected to the servomotors are turned in the same direction (one servo motor turns clockwise and the other anticlockwise), they will block each other.
  • the movement of the entire device in the inertial system is induced relative rotations of the gyro axis with respect to the entire system by the inertia of the gyroscope.
  • the rotating gyro serves as a kind of torque reservoir. If the desired torque always goes in the same direction, the gyroscope's efficiency is reduced as the axis of the gyro approaches more and more the axis of the desired torque (see Fig. 3). Therefore, the direction of the rotation axis of the gyroscope must be corrected from time to time by compensating movements.
  • the static friction between the environment and the entire device can be used.
  • torques resulting from the combination of gravity and anisotropy of the robot structure can be used to correct the axis.
  • the rotational speed of the gyro can also be changed. For example, you can slowly reduce the gyroscope speed to zero, then rotate the gyro axis, then accelerate the gyroscope speed again, taking all of these actions be carried out so slowly that the static friction between the device and the environment is maintained. Regular gyroscopic correction requires that the actuator unit always be combined with a suitable overall unit.
  • the present invention is distinguished from the prior art robot published in [1] by the following characteristics:
  • the example (see Fig. 4) consists of the rigid actuator unit and a soft shell in ball shape (ball), which surrounds this unit.
  • the shell is divided into 12 segments, giving the device the appearance of a spherical dodecahedron.
  • the entire robot should be about 2m high and be in the immediate vicinity of people.
  • the sheath may assist and stabilize movement through the actuator unit by actively inflating or venting individual segments.
  • the gyro-actuator allows a fast onset of movement.
  • the device is intended to be used in parks, pedestrian areas and similar areas. It is intended to serve, among other things, the following purposes: as advertising space, for guarding and securing on terrain.
  • the soft shell protects people in the immediate vicinity from injury, even rolling over children and small animals is relatively safe.
  • the large volume of air inside the unit makes it relatively light in relation to its size.
  • the soft shell is made of a milky white material, it can be illuminated from the inside. Even projections from inside are possible.
  • the case can also attach sensors, such as cameras and the like.
  • On the shell can also attach photovoltaic elements.
  • Example application device 2 In case of strong wind, the air can be let out of the vehicle to prevent it from leaving.
  • Example application device 2
  • This example is based on the application device 1. As a difference to the application device 1, this example is combined with an antenna. The combination of the autonomous robot and the antenna system results in a novel machine that can be used in various scenarios:
  • the advantages of the present invention over the prior art are safe usability of the device in a direct human environment, where the location can be safely changed, eg. to improve the reception.
  • the robot can either be controlled by hand or autonomously move to a location for optimum reception through an autonomous algorithm.
  • the application here is a pill for oral use or suppositories (hereinafter examination device). Inside the examination unit is a small version of the actuator unit and the sensors necessary for the examination as well as an electrical system for operating the actuator, the sensors and for communication with the outside world.
  • Advantage of the invention is a medical procedure that allows a gentler colonoscopy and gastroscopy.
  • the gyro can be brought and held in one of two ways for rapid rotation.
  • the gyroscope consists of one or more parallel aligned permanent magnets with a polarity perpendicular to the axis of the gyro (see Fig. 5).
  • the device has a good swallowable size (less than 2cm).
  • the gyro can then be excited from outside with the help of an alternating magnetic field and made to rotate. These alternating fields can be generated by an apparatus in which the patient is pushed (Fig. 6).
  • the magnetic arrangement can also be installed in a small device that can be guided by the therapist with his hand on the abdominal wall.
  • the gyro can then be rotated by a motor located in the examination unit (as in the description of the actuator unit, see Fig. 7).
  • a torque acts on the case of the pill.
  • the orientation of the pill in the medium can be actively changed.
  • the axis can be rotated in any relation to the housing of the examination device, which after the Inertia principle leads to acting on the housing torque.
  • forward motion can also be induced by externally applied fins and other asymmetries.
  • Fig. 1 a Connections for servomotors
  • Fig. 2 f Servomotor Sl

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Abstract

The invention relates to an actuator, with the aid of which a device can move actively over land or other surfaces or in different media moving and/or can rotate into a desired attitude and inclination. Three exemplary applications are described: 1. A robot, wherein the actuator unit is enclosed by a balloon-like envelope which, in a similar manner to an airbag, protects humans in the close environment against injuries during the interaction with the robot. 2. An application of the robot as a mobile antenna, or as a radio relay. 3. The invention relates to the example of a medical examination device that can be incorporated orally or anally. The position of the device is controlled with the aid of the gyroscope, the axis of the which can be brought in any desired position with respect to the housing with the aid of two servomotors. As a result, movements of the examination device are induced.

Description

Kreiselstabilisierter Aktuator über Land und für medizinische Anwendungen  Gyro stabilized actuator over land and for medical applications
Stand der Technik - Vergleichbare Technologien  Prior Art - Comparable Technologies
Kreiselstabiliserte Geräte sind seit vielen Jahren eine Standardtechnologie. Im Bereich von mobilen Robotern existieren Gyrover und Gyrobot [2] der Carnegie Mellon Universität (siehe Carnegie Mellon University. Gyrover project. http://www.ri.cmu.edu.). Im Bereich der Raumfahrt sind Control Moment Gyros seit Jahrzehnten eine bewährte Technik zur Stabilisierung von Weltraumfahrzeugen. In der Patentschrift DE102004045805A1 wurde ein kreiselstabilisierter humanoider Roboter beschrieben. Gyro stabilized devices have been a standard technology for many years. In the field of mobile robots, Gyrover and Gyrobot [2] of Carnegie Mellon University exist (see Carnegie Mellon University, Gyrover project, http://www.ri.cmu.edu). In space, Control Moment gyros have been a proven technique for stabilizing spacecraft for decades. In the patent DE102004045805A1 a gyro-stabilized humanoid robot has been described.
Seit einigen Jahren sind kugelförmige, aktiv auf dem Erdboden rollende Roboter ohne äußerlich erkennbare Räder vorallem im Spielzeugbereich als Gimmick etabliert (Sphero, Star Wars BB 8 Spielzeug von der gleichen Firma). Diese werden mit sich im Roboter befindlichen, sich aktiv bewegenden Unwuchten mittels Graviation vorangetrieben. Um einen ausreichenden Vortrieb zu erzielen, ist es notwendig dass sich innerhalb einer relativ dünnen Plastikschale in der unteren Hälfte des Roboter ein schweres Gewicht ist, während die obere Hälfte leer bleibt. In dem Bereich des schweren Gewichts sind meistens Batterien und Motoren untergebracht. Das Gewicht wird gegen die Hülle gedreht und dadurch der Vortrieb erreicht. Das maximale dauerhafte Drehmoment des Vortriebs ist bei dieser Bauweise durch die Konstruktion des Roboters prinzipiell begrenzt, d. h. auch ein beliebig starker Motor kann den Vortrieb des Roboters nicht beleibig steigern, weil schließlich die Unwucht über dem Schwerpunkt des Roboters durchschwingt. Außerhalb des Spielzeugbereichs hat sich diese Bauweise auch deshalb nicht etablieren können, weil für zusätzlich Bauteile innerhalb des Roboters um die Bewegungsbereich der Unwucht, der frei bleiben muss, herum kaum Platz ist. Andererseits sind vollständig eingekapselte Roboter für viele Bereiche interessant. Ein wesentlicher Vorteil ist, dass bei gekapselten Systemen keine Dichtungen notwendig sind die an gegeneinander rotierende Teilen des Gerätes das Innere gegen die möglichweise feindliche Umwelt schützen. For some years, spherical, actively rolling on the ground robot without externally visible wheels, especially in the toy sector as a gimmick established (Sphero, Star Wars BB 8 toy from the same company). These are driven by gravity in the robot, actively moving imbalances. To achieve sufficient propulsion, it is necessary for a heavy weight to be within a relatively thin plastic shell in the lower half of the robot while leaving the top half empty. In the area of heavy weight mostly batteries and motors are housed. The weight is rotated against the shell, thereby achieving the propulsion. The maximum permanent torque of the propulsion is in principle limited in this construction by the construction of the robot, ie even an arbitrarily strong motor can not increase the propulsion of the robot obese, because eventually the imbalance passes through the center of gravity of the robot. Outside of the toy sector, this construction method has not been able to establish itself because there is hardly any room for additional components within the robot around the range of movement of the unbalance, which must remain free. On the other hand, fully encapsulated robots are interesting for many areas. A significant advantage is that encapsulated systems no seals are necessary to protect against rotating parts of the device, the interior against the potentially hostile environment.
U. a. könnten diese Roboter daher in gefährlichen, ätzenden Umgebungen oder Medien vorteilhaft eingesetzt werden, oder in Bereichen wo sie einem hohen Druck ausgesetzt sind. U. a. Therefore, these robots could be used to advantage in hazardous, corrosive environments or media, or in areas exposed to high pressure.
In einem neueren Paper [1] wurde ein kugelförmiger Roboter beschrieben, bei dem der Teil der mit dem Kreisel verbunden ist, mit Hilfe von Rädern innerhalb einer ansonsten funktionslosen Sphäre bewegt werden. Dieses Gerät wird als eine der vorgestellten Erfindung am ehesten nächstliegendes Konzept angesehen. In a recent paper [1] a spherical robot has been described in which the part connected to the gyro is moved by means of wheels within an otherwise nonfunctional sphere. This device is considered as one of the presented invention most closely approximated concept.
[1] T. Urakubo, M. Osawa, H. Tamaki, Y. Tada, and S. Maekawa, "Development of a spherical rolling robot equipped with a gyro," in 2012 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, Aug 2012, pp. 1602-1607. [1] T. Urakubo, M. Osawa, H. Tamaki, Y. Tada, and S. Maekawa, "Development of a spherical rolling robot equipped with a gyro," in 2012 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, Aug 2012, pp. 1602-1607.
[2] A. A. Mamun, Z. Zhen, P. Vadakkepat, and T. H. Lee, "Tracking control of the gyrobot-a gyroscopically stabilized single-wheeled robot," in 31 st Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society, 2005. IECON 2005., Nov 2005, p. 6. [2] AA Mamun, Z. Zhen, P. Vadakkepat, and TH Lee, "tracking control of the GyroBot-a gyroscopically stabilized single-wheeled robot," in 31 st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2005. IECON of 2005. , Nov 2005, p. 6th
Der Kern der hier präsentierten Erfindung ist die im Folgenden beschriebene Aktuatoreinheit in Kombination mit der Idee diese zur Lokomotion über Land oder viskosen Medien zu benutzen oder in Kombination mit anderen Methoden zur Fortbewegung zu kombinieren und weiterhin auch speziell für verschiedene im Folgenden beschriebene Anwendungsbereiche zu verwenden. The core of the invention presented here is the actuator unit described below in combination with the idea of using it for locomotion over land or viscous media or in combination with other methods of locomotion combine and continue to use specifically for various applications described below.
Erfindung: Aktuatoreinheit Invention: Actuator unit
Die Aktuatoreinheit (siehe Abb. 1 ) besteht aus einer kugelförmigen Aushöhlung )Schale), einer kardanischen Aufhängung und einem von einem Motor angetriebenen Kreisel. Die kardanische Aufhängung besteht aus zwei Ringen. Der äußere Ring ist über zwei Lager mit der Schale verbunden. Außerdem ist der äußere Ring mit dem inneren Ring über ein weiteres Lager verbunden. Der innere Ring trägt einen Motor mit einem (in der Zeichnung: Oblaten) symmetrischen Kreisel. Die Rotationsachsen von Kreisel und kardanischen Ringen ist jeweils orthogonal zueinander. Die Anordnung ähnelt soweit einem Kreiselkompass oder ähnlichen Aufhängungen von Kreiseln. Mit der Schale fest verbunden befinden sich an der Nord- und Südpolposition zwei Servomotoren der angetriebene Achsen in den Hohlraum ragen. Am äußeren Ring frei rotierbar befestigt befindet sich eine geschlossene Kette von Zahnrädern, wobei jeweils zwei der Zahnräder achsenfest mit den Antriebsachsen der Servomotren und dem inneren Ring verbunden sind. The actuator unit (see Fig. 1) consists of a spherical cavity (shell), a gimbal and a gyro powered by a motor. The gimbal suspension consists of two rings. The outer ring is connected to the shell via two bearings. In addition, the outer ring is connected to the inner ring via another bearing. The inner ring carries a motor with a (in the drawing: Oblates) symmetrical top. The axes of rotation of gyros and gimbals are orthogonal to each other. The arrangement is similar as far as a gyro or similar suspensions of gyros. Firmly connected to the shell are located at the north and south pole position two servomotors of the driven axles protrude into the cavity. Freely rotatably mounted on the outer ring is a closed chain of gears, each two of the gears are fixed to the axis of the drive axes of the servo motors and the inner ring.
Die Gelenke der kardanischen Aufhängung können daher mit Hilfe von zwei außen an der Aktuatoreneinheit angebrachten Servomotoren bewegt werden, sind also nicht frei beweglich. Die äußeren Servomotoren ändern die Achse des Kreisels und induzieren ein Drehmoment auf dem Gehäuse und dadurch eine Lageänderungen des Gesamtgeräts inklusive Hülle. Das geschieht auf folgende Weise (siehe Abb. 2): Am äußeren Ring der kardanischen Aufhängung befindet sich eine Kette von frei rotierbaren Zahnrädern. Zwei Zahnräder sind fix mit den Antrieben der beiden Servomotoren verbunden. Werden die mit den Servomotoren verbundenen Zahnräder in die gleiche Richtung gedreht (wobei der eine Servo-Motor mit dem Uhrzeigersinn und der andere gegen den Uhrzeigersinn dreht), blockieren sie sich gegenseitig. Die Kraft der Motoren wirkt dann auf dem äußeren Ring, dieser beginnt sich zu drehen. Drehen sie in entgegensetzte Richtungen (beide Motoren entweder gegen oder mit dem Uhrzeigersinn), dann rotieren die Zahnräder und übertragen die Drehung zum inneren Ring. Durch verschiedene Kombination von Rotationsgeschwindigkeiten der Servomotoren können entsprechende Rotationsgeschwindigkeiten der beiden Ringe der kardanischen Aufhängung erzielt werden. Auf diese Weise kann die Achse des Kreisels in jede Richtung relativ zum Gehäuse gedreht werden. So können verschiedene Bewegungen des Gesamtgeräts induziert werden. The joints of the gimbal can therefore be moved by means of two externally mounted on the actuator unit servomotors, so are not freely movable. The outer servomotors change the axis of the gyro and induce a torque on the housing and thereby a change in position of the entire device including shell. This is done in the following way (see Fig. 2): On the outer ring of the gimbal is a chain of freely rotatable gears. Two gears are fixed to the drives of the two servomotors. If the gears connected to the servomotors are turned in the same direction (one servo motor turns clockwise and the other anticlockwise), they will block each other. The power of the motors then acts on the outer ring, this one starts to turn. Turn in opposite directions (both motors either clockwise or counterclockwise), then the gears rotate and transmit the rotation to the inner ring. Through various combinations of rotational speeds of the servomotors corresponding rotational speeds of the two rings of the gimbal can be achieved. In this way, the axis of the gyro can be rotated in any direction relative to the housing. Thus, various movements of the entire device can be induced.
Prinzipielle Funktionsweise Basic operation
Die Bewegung der Gesamtgeräts im Inertialsystem wird relative Drehungen der Kreiselachse bezüglich des Gesamtsystems durch die Trägheit des Kreisels induziert. Die rotierende Kreisel dient dabei als eine Art Drehmomentreservoir. Geht das erwünschte Drehmoment immer in die gleiche Richtung, verbraucht sich die Wirkung des Kreisels indem sich die Achse des Kreisels mehr und mehr der Achse des erwünschten Drehmoments annähert (siehe Abb. 3). Deshalb muss die Richtung der Drehachse des Kreisel von Zeit zu Zeit durch Ausgleichsbewegungen korrigiert werden. Hierbei kann die Haftreibung zwischen Umgebung und Gesamtgerät benutzt werden. Weiterhin können Drehmomente genutzt werden, die durch die Kombination von Gravitation und Anisotropien der Roboterstruktur entstehen, um die Achse zu korrigieren. Schliesslich kann auch die Rotationsgeschwindigkeit des Kreisels verändert werden. Zum Beispiel kann man die Kreiselgeschwindigkeit langsam auf Null reduzieren, dann die Kreiselachse drehen, dann die Kreiselgeschwindigkeit wieder beschleunigen, wobei alle diese Aktionen so langsam durchgeführt werden, dass die Haftreibung zwischen Gerät und Umgebung erhalten bleibt. Die regelmäßige Korrektur der Kreiselausrichtung erfordert, dass die Aktuatoreinheit immer mit einem geeigneten Gesamtgerät kombiniert wird. The movement of the entire device in the inertial system is induced relative rotations of the gyro axis with respect to the entire system by the inertia of the gyroscope. The rotating gyro serves as a kind of torque reservoir. If the desired torque always goes in the same direction, the gyroscope's efficiency is reduced as the axis of the gyro approaches more and more the axis of the desired torque (see Fig. 3). Therefore, the direction of the rotation axis of the gyroscope must be corrected from time to time by compensating movements. Here, the static friction between the environment and the entire device can be used. Furthermore, torques resulting from the combination of gravity and anisotropy of the robot structure can be used to correct the axis. Finally, the rotational speed of the gyro can also be changed. For example, you can slowly reduce the gyroscope speed to zero, then rotate the gyro axis, then accelerate the gyroscope speed again, taking all of these actions be carried out so slowly that the static friction between the device and the environment is maintained. Regular gyroscopic correction requires that the actuator unit always be combined with a suitable overall unit.
Die gegenwärtige Erfindung hebt sich dem, dem Stand der Technik entsprechenden, und in [1 ] veröffentlichten Roboter durch die folgenden Eigenschaften ab: The present invention is distinguished from the prior art robot published in [1] by the following characteristics:
1 . Bei der Erfindung werden mechanische Drehungen hier alle durch Zahnräder übertragen, was die Reproduzierbarkeit und Präzision der aktuierten Bewegungen erhöht. Bei dem in [1 ] verwendeten System verschieben Gummiräder die Lage des Kreisels relativ zur Außenhaut.  1 . In the invention, mechanical rotations are all transmitted through gears here, which increases the reproducibility and precision of the actuated movements. In the system used in [1] rubber wheels shift the position of the gyro relative to the outer skin.
2. Bei dem in [1 ] veröffentlichten Roboter befinden sich alle funktionellen Teile in einer starren Verbindung zu dem den Gyro treibenden Motor, sie bewegen sich also relativ zur Außenhaut des Roboters, die in diesem Fall eine ansonsten funktionslose Plastikschale ist. Bei der Erfindung hier befinden sich die Motoren, die die Richtung des Kreiselachse ändern außen und können ohne weiteren Aufwand starr mit der Umhüllung des Gerätes verbunden werden. 2. In the robot published in [1] all functional parts are in a rigid connection to the motor driving the gyro, thus moving relative to the outer skin of the robot, which in this case is an otherwise non-functional plastic shell. In the invention here are the motors that change the direction of the gyroscope outside and can be rigidly connected to the enclosure of the device without further effort.
Beispiel Anwendungsgerät 1 Example application device 1
Das Beispiel (siehe Abb. 4) besteht aus der starren Aktuatoreinheit und einer soften Hülle in Kugelform (Ball), die diese Einheit umgibt. Die Hülle ist 12 Segmente aufgeteilt, die dem Gerät das Aussehen eines sphärischen Dodekaeders gibt. Der gesamte Roboter soll ca. 2m hoch sein und in sich direkter Umgebung von Menschen befinden. Die Hülle kann die Bewegung durch die Aktuatoreneinheit unterstützen und stabilisieren, indem einzelne Segmente aktive aufgeblasen oder entlüftet werden. The example (see Fig. 4) consists of the rigid actuator unit and a soft shell in ball shape (ball), which surrounds this unit. The shell is divided into 12 segments, giving the device the appearance of a spherical dodecahedron. The entire robot should be about 2m high and be in the immediate vicinity of people. The sheath may assist and stabilize movement through the actuator unit by actively inflating or venting individual segments.
Der Kreisel-Aktuator erlaubt ein schnelles Einsetzen der Bewegung. Das Gerät soll in Parks, Fußgängerzonen und ähnlichen Bereichen eingesetzt werden. Es soll unter anderem folgenden Zwecken dienen: Als Werbefläche, zur Bewachung und Sicherung auf Gelände.  The gyro-actuator allows a fast onset of movement. The device is intended to be used in parks, pedestrian areas and similar areas. It is intended to serve, among other things, the following purposes: as advertising space, for guarding and securing on terrain.
Die softe Hülle schützt Menschen in der direkten Umgebung vor Verletzungen, sogar ein Überrollen von Kindern und kleinen Tieren ist relativ gefahrlos möglich. Durch das große Luftvolumen innerhalb des Geräts ist es im Verhältnis zu seiner Größe relativ leicht.  The soft shell protects people in the immediate vicinity from injury, even rolling over children and small animals is relatively safe. The large volume of air inside the unit makes it relatively light in relation to its size.
Ist die softe Hülle aus einem milchig weissen Material, kann von innen beleuchtet werden. Auch Projektionen aus dem Inneren sind möglich. If the soft shell is made of a milky white material, it can be illuminated from the inside. Even projections from inside are possible.
An der Hülle lassen sich auch Sensoren, wie Kameras und ähnliches anbringen. The case can also attach sensors, such as cameras and the like.
An der Hülle lassen sich auch photovoltaische Elemente anbringen. On the shell can also attach photovoltaic elements.
Im Falle von starkem Wind, kann die Luft aus dem Vehikel herausgelassen werden, um ein Fortwehen zu vermeiden. Beispiel Anwendungsgerät 2 In case of strong wind, the air can be let out of the vehicle to prevent it from leaving. Example application device 2
Dieses Beispiel basiert auf dem Anwendungsgerät 1. Als Unterschied zum Anwendungsgerät 1 ist dieses Beispiel mit einer Antenne kombiniert. Aus der Kombination des autonomen Roboters mit der Antennenanlage ergibt sich eine neuartige Maschine, die in diversen Szenarien eingesetzt werden kann: This example is based on the application device 1. As a difference to the application device 1, this example is combined with an antenna. The combination of the autonomous robot and the antenna system results in a novel machine that can be used in various scenarios:
Als When
- mobiler Accesspoint auf Veranstaltungen - mobile access point at events
- Relaisstation für Polizeifunk, - relay station for police radio,
- (Vollautomatische) Satellitenfindung - (Fully automatic) satellite finding
- Digitaler Signalempfang beim Rollen und Stehen - Digital signal reception while rolling and standing
- Empfang großer Datenmengen (z.B. auf Satelliten-Frequenzen) - reception of large amounts of data (for example on satellite frequencies)
- Möglichkeit als Verstärkerstation Funktion - Possibility as an amplifier station function
- Empfang von TV-Kanälen weltweit ohne aufwendige Einstellmechanik wie z.B. über Astra - Service Provider für Campingplätze, Bars, Restaurants für Daten- und - Reception of TV channels worldwide without elaborate adjustment mechanics such as Astra - Service provider for campsites, bars, restaurants for data and
Fernsehempfang TV reception
- LTE-Antenne zur mobilen Kommunikation - LTE antenna for mobile communication
- Galileo und GPS zur Positionsbestimmung - Galileo and GPS for position determination
- DAB-Antenne mir Radioempfang bzw. Digitalradio, bzw. als dessen Relaisstation - DAB antenna with radio reception or digital radio, or as its relay station
Die Vorteile der gegenwärtigen Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind gefahrlose Einsetzbarkeit des Gerätes in direkter menschlicher Umgebung, wobei der Standort gefahrlos verändert werden kann, zB. um den Empfang zu verbessern. Dabei kann der Roboter entweder von Hand gesteuert oder sich auch selbständig durch einen autonomen Algorithmus zu einem Standort für optimalen Empfang bewegen. The advantages of the present invention over the prior art are safe usability of the device in a direct human environment, where the location can be safely changed, eg. to improve the reception. The robot can either be controlled by hand or autonomously move to a location for optimum reception through an autonomous algorithm.
Beispiel Anwendungsgerät 3 Example application device 3
Die Anwendung hier ist eine Pille zur oralen Einnahme oder Zäpfchen (im Folgenden Untersuchungsgerät). Im Inneren des Untersuchungsgerät befindet sich ein kleine Version der Aktuatoreinheit und die für die Untersuchung notwendigen Sensoren sowie ein elektrische System zum Betrieb des Aktuators, der Sensoren und zur Kommunikation mit der Außenwelt. Vorteil der Erfindung ist eine medizinisches Verfahren, das eine schonendere Koloskopie und Gastroskopie ermöglicht. The application here is a pill for oral use or suppositories (hereinafter examination device). Inside the examination unit is a small version of the actuator unit and the sensors necessary for the examination as well as an electrical system for operating the actuator, the sensors and for communication with the outside world. Advantage of the invention is a medical procedure that allows a gentler colonoscopy and gastroscopy.
Der Kreisel kann mit einer von zwei verschiedene Weisen zur schnellen Rotation gebracht und gehalten werden.  The gyro can be brought and held in one of two ways for rapid rotation.
1 . Der Kreisel besteht aus einem oder mehreren parallel ausgerichteten Permanentmagenten mit einer Polung senkrecht zur Achse des Kreisels (siehe Abb. 5). Das Gerät hat eine gut schluckbare Größe (kleiner als 2cm). Der Kreisel kann dann von außen mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes angeregt und zur Rotation gebracht werden. Diese Wechselfelder können durch eine Apparatur in die der Patient hineingschoben wird (Abb. 6) , erzeugt. Alternativ kann die magnetische Anordnung auch in ein kleines Gerät eingebaut werden, das vom Therapeuten mit der Hand auf der Bauchdecke geführt werden kann.  1 . The gyroscope consists of one or more parallel aligned permanent magnets with a polarity perpendicular to the axis of the gyro (see Fig. 5). The device has a good swallowable size (less than 2cm). The gyro can then be excited from outside with the help of an alternating magnetic field and made to rotate. These alternating fields can be generated by an apparatus in which the patient is pushed (Fig. 6). Alternatively, the magnetic arrangement can also be installed in a small device that can be guided by the therapist with his hand on the abdominal wall.
2. Der Kreisel kann dann durch einen im Untersuchungsgerät befindlichen Motor zur Rotation gebracht werden (wie in der Beschreibung zur Aktuatoreinheit, siehe Abb. 7). Durch Änderung der Achse des Kreisels, wirkt ein Drehmoment auf dem Gehäuse der Pille. So kann die Orientierung der Pille im Medium aktiv verändert werden. Hier wird also nicht nur die Lage des Geräts durch den Kreisel stabilisiert, sondern durch Änderung der relativen Lage des Kreisels in Relation zur Lage des Gehäuses des Geräts Lageänderungen des Gehäuses induziert. Auf diesem Weg kann die Achse in jede Relation zu dem Gehaeuse des Untersuchungsgerätes gedreht werden, was nach dem Trägheitsprinzip zu einem auf dem Gehäuse wirkendem Drehmoment führt. In Flüssigkeiten oder soften Medien wie Epitelgewebe können auch Forwärtsbewegungen durch außen angebrachte Flossen und ander Asymmetrien induziert werden. 2. The gyro can then be rotated by a motor located in the examination unit (as in the description of the actuator unit, see Fig. 7). By changing the axis of the gyroscope, a torque acts on the case of the pill. Thus, the orientation of the pill in the medium can be actively changed. Here, therefore, not only the position of the device is stabilized by the gyro, but induced by changing the relative position of the gyro in relation to the position of the housing of the device changes in position of the housing. In this way, the axis can be rotated in any relation to the housing of the examination device, which after the Inertia principle leads to acting on the housing torque. In fluids or soft media such as epithelial tissue, forward motion can also be induced by externally applied fins and other asymmetries.
Legende Legend
Abb. 1 a: Anschlüsse für Servomotoren Fig. 1 a: Connections for servomotors
b: Motor für Kreisel  b: Motor for gyro
c: innerer kardanischer Ring  c: inner gimbal ring
d: äußerer kardanischer Ring  d: outer gimbal ring
e: Rahmen  e: frame
Abb. 2 f: Servomotor Sl  Fig. 2 f: Servomotor Sl
g: Servomotor S2  g: servomotor S2
Abb. 4 h: Softe Segmente  Fig. 4 h: Soft segments
i: Harter Kern mit Kreiselaktuator und Pumpen i: Hard core with rotary actuator and pumps
Abb. 5 k: Magnet Fig. 5 k: Magnet
1: Gimbal (kard. Aufhängung)  1: gimbal (card suspension)
m: Servomotor  m: servomotor
n: Kreisel (Gyro)  n: gyro
Abb. 6 o: inkorporiertes Gerät  Fig. 6 o: incorporated device
p: Spulen  p: coils
Abb. 7 q: Gyro  Fig. 7 q: Gyro
r: Motor  r: engine
s: Gimbal  s: gimbal
t: Servomotor  t: servomotor

Claims

Ansprüche bzgl. Anwendungsgerät 1: Claims regarding application device 1:
1. Jede Art von über Land oder auf der Wasseroberflächen bewegten Objekten die von einem Kreisel in einer kardanischen Aufhängung mit aktiv bewegbaren Ringen (Gimbals) kontrolliert werden können.  1. Any type of objects moving over land or on the surface of water that can be controlled by a gyro in a gimbal with actively moving rings (gimbals).
2. Wie in 1. jedoch fuer die oben beschriebene Art der kontrollierten Ringe mit Hilfe von Zahnrädern. 2. As in 1. but for the type of controlled rings described above with the help of gears.
3. Wie in 1. jedoch als Aktuator in einem Objekt das von Luftkammern umgeben ist. 3. As in 1. but as an actuator in an object surrounded by air chambers.
4. Wie in 1. jedoch als auxiliäre alternative Antriebsart zur Stabilisierung von Bewegungen. 4. As in 1. but as an alternative alternative propulsion to stabilize movements.
5. Auf autonome Vehikel über Land mit Trägheitsaktuatoren, die gasgefüllte Kissen als Aussenhülle angebracht haben. 5. On autonomous vehicles over land with inertial actuators that have gas-filled cushions as the outer shell.
6. Auf autonome Vehikel auf Land oder Wasser, die Luftkissen als Aussenhülle angebracht haben und diese zur Beleuchtung der Umgebung verwenden. 6. On autonomous vehicles on land or water, which have air bags attached as an outer shell and use them to illuminate the environment.
7. Auf Vehikel auf Land oder Wasser, die Luftkissen an der Aussenhülle angebracht haben und diese verwenden, um Werbung oder andere Inhalte auf diese Luftkissen zu projezieren. 7. On land or water vehicles that have airbags attached to the outer shell and use them to project advertising or other content onto these air cushions.
8. Auf Vehikel, die Luftkissen als Aussenhülle angebracht haben und an diesen Apparaturen zur Gewinnung von Energie angebracht haben. 8. On vehicles that have attached airbags as an outer shell and have attached to these apparatus for the production of energy.
9. Auf autonome Vehikel, die sich über Land bewegen, und über gasgefüllten Kammern verfügen, und die bei verschiedenen Gefahrenlagen die Luft aus diesen Kammern entweichen lassen. 9. On autonomous vehicles that move over land, and have gas-filled chambers, and let escape the air from these chambers in various dangerous situations.
10. Wie 5. auf Roboter zur Bewachung und Sicherung. Ansprüche bzgl. Anwendungsgerät 2: 10. Like 5th on robots for guarding and securing. Claims regarding application device 2:
11. Ein Roboter der sich mit Hilfe der aktiven Änderung der Achse eines Kreisels in seinem Inneren über Land fortbewegt und über eine Antennenanlage verfügt. 11. A robot that moves inland with the help of the active change of the axis of a gyro and has an antenna system.
12. Wie 11. jedoch für einen Roboter zur Kallibrierung von globalen Positionierungssystemen in jeglicher Form. 12. Like 11th, however, for a robot for the calibration of global positioning systems in any form.
13. Wie 11. jedoch als mobile Relaisstation für Funksignale jeder Art. 13. As 11. but as a mobile relay station for radio signals of any kind.
14. Wie 13. jedoch als autonomer Roboter, mit Steuerungssystemen zur Positionierung. 14. Like 13th, however, as an autonomous robot, with positioning control systems.
15. Wie 11. jedoch für einen Roboter mit einer soften Hülle. 15. Like 11. for a robot with a soft shell.
16. Für die Kombination aus 13. und 15.. 16. For the combination of 13th and 15th ..
17. Für mehrere Roboter unter denen sich auch Roboter nach 11. befinden, die ein Ad-Hoc Netzwerk ( ANET) aufbauen. 17. For several robots, among which there are robots according to 11, that build an Ad-Hoc Network (ANET).
18. Wie 13. jedoch für Mobilfunk nach dem LTE Advanced Standard. 18. Same as 13th but for mobile according to the LTE Advanced Standard.
19. Wie 11. jedoch in Kombination mit in die Hülle des Roboters eingebauter Photovoltaik zur autonomen, erneuerbaren Stromerzeugung. 19. Like 11th, however, in combination with photovoltaics built into the shell of the robot for autonomous, renewable power generation.
20. Wie 13. jedoch in Kombination mit in die Hülle des Roboters eingebauter Photovoltaik zur autonomen, erneuerbaren Stromerzeugung. 20. Like the 13th, but in combination with the robot's built-in photovoltaic for autonomous, renewable power generation.
Ansprüche bzgl. Anwendungsgerät 3: Claims regarding application device 3:
21. Vorrichtung zur Stabilisierung eines medizinischen, inkorporierbaren Untersuchungsgerätes umfassend eines Kreisel zur Stabilisierung und aktiven Bewegung. 21. A device for stabilizing a medical, incorporable examination device comprising a gyro for stabilization and active movement.
22. Auf jede Art von inkorporierbaren Geräten mit Fernbedienung oder autonomer Intelligenz, die einen Kreisel zur aktiven Bewegungserzeugung benutzen. 22. Any type of incorporatable device with remote control or autonomous intelligence that uses a gyroscope for active motion generation.
23. Wie 21., wobei das Untersuchungsgerät kabelos ist und ein Kreisel der aus Permanentmagneten besteht oder solche enthält von außen mit Hilfe von extrakorporalen magnetischen Wechselfeldern angetrieben wird. 23. Like 21., where the examination apparatus is cable-free and a gyroscope consisting of or containing permanent magnets is driven externally by means of extracorporeal alternating magnetic fields.
24. Wie 21., wobei das Untersuchungsgerät eine assymmetrische Hülle hat. 24. Same as 21, with the examination device having an asymmetric sheath.
25. Wie 21., wobei das Untersuchungsgeraet eine assymmetrische Hülle hat, wobei durch Rütteln an der Gyroachse eine Fortbewegung erzeugt werden kann. 25. Like 21., wherein the examination apparatus has an asymmetrical shell, whereby agitation can be generated by shaking the gyro axis.
26. Wie 21., für gastro-kolonale Untersuchungen. 26. Like 21st, for gastro-colonial investigations.
27. Wie 21. , für den Blutkreislauf. 27. Like 21st, for the bloodstream.
28. Wie 21., für das Ventrikelsystem des Gehirns. 28. Like 21st, for the ventricular system of the brain.
29. Wie 21., zum Zweck von minimal-invasiven Operationen. 29. As 21st, for the purpose of minimally invasive surgery.
30. Wie 21., wobei die Achse des Gyros mit Hilfe einer kardanischen Aufhängung und Zahnrädern, die auf den kardanischen Ringen angebracht sind, gedreht werden kann. 30. Like 21., where the axis of the gyro can be turned by means of a gimbal and gears mounted on the gimbals.
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