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Patent Searching and Data


Title:
ROBOT FOR WALKING ON AND CLEANING SMOOTH, INCLINED, AND MODULAR SURFACES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/094710
Kind Code:
A1
Abstract:
Robot (1) for walking on and cleaning smooth, inclined, and modular surfaces, particularly solar modules, mirrors and glass fronts, characterized in that: the advance motion in any direction is produced by two rotary drives (6) that engage with the surfaces by means of suction grippers (5) and that can be lifted and lowered by means of a lifting drive (7), called legs (12); a brush (2) is mounted in front of the robot and supports the mechanical system, and is designed as part of the travelling mechanism, the surface being brushed in the process; the legs are mounted at a distance to each other allowing them, when the rotary drive is activated, to surmount gaps and objects in accordance with the distance of the suction grippers to each other; distance sensors (3) in front of the robot detect gaps and obstacles and the robot aligns itself accordingly to correct its position, thereby allowing a structured travelling on the surface; the suction grippers are supplied with pressured air to detach them and to flatten the surface below them prior to evacuation; a coupling (9) connecting the rotary drive to the suction grippers is torsionally stiff, thereby removing the need for reference travels and sensors for position detection; the lifting drives are bidirectional lifting magnets that are optionally controlled in parallel, thereby saving energy due to the short actuation time, avoiding the generation of heat and increasing speed; and the brush can be connected to the rest of the robot by a snap fastener.

Inventors:
AZAIZ RIDHA (DE)
Application Number:
PCT/DE2013/000792
Publication Date:
June 26, 2014
Filing Date:
December 17, 2013
Export Citation:
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Assignee:
AZAIZ RIDHA (DE)
International Classes:
B62D57/024; A47L1/00; A47L1/02; A47L11/00; A47L11/40
Domestic Patent References:
WO2008096974A12008-08-14
WO2011029206A12011-03-17
Foreign References:
DE29822221U11999-08-12
EP2420757A22012-02-22
DE19907437A12000-08-24
JP2012148587A2012-08-09
GB815623A1959-07-01
GB220708A1924-08-22
Other References:
AKIRA NISHI: "A BIPED WALKING ROBOT CAPABLE OF MOVING ON A VERTICAL WALL", MECHATRONICS, PERGAMON PRESS, OXFORD, GB, vol. 2, no. 6, 1 December 1992 (1992-12-01), pages 543 - 554, XP000297927, ISSN: 0957-4158, DOI: 10.1016/0957-4158(92)90043-N
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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

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.