(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の脚（１）と第二の脚（２）の交互の運動によって運動方向に運動する移動式昇降ロボット（１５）であって、
一平面内での第一の脚（１）と第二の脚（２）の相対的な旋回を可能にする、第一の脚（１）を第二の脚（２）と互いに側方向にずらして結合する中央関節（３）と、
第一の回転のための足首関節（５）と、第一の傾斜のための足首関節（４）とを介して前記第一の脚（１）と結合される第一の足首（８）と、
第二の回転のための足首関節（７）と、第二の傾斜のための足首関節（６）とを介して前記第二の脚（２）と結合される第二の足首（９）と、
作業機械（１０；１２）を固定すべく前記第一の足首（８）に配置される支持具（１１）と、を備え、
第一および第二の回転のための足首関節（５，７）と第一および第二の傾斜のための足首関節（４，６）と中央関節（３）とによって、第一又は第二の足首（８，９）が１８０°以上の円弧で第二又は第一の足首（９，８）の横を通るような両脚（１，２）の旋回と、第一又は第二の足首（８，９）が１８０°以上の円弧で第二又は第一の足首（９，８）の上を超えるような両脚（１，２）の旋回とが可能である移動式昇降ロボット。
【請求項２】
前記第一の、および／または第二の足首（８，９）が吸盤（８．１，９．１）を備えた請求項１に記載の移動式昇降ロボット。
【請求項３】
前記第一の、および／または第二の足首（８，９）が磁石を備えた請求項１または２に記載の移動式昇降ロボット。
【請求項４】
前記第一の、および／または第二の足首（８，９）が尖った爪を備えた請求項１から３のいずれかに記載の移動式昇降ロボット。
【請求項５】
前記第一の、および／または第二の足首（８，９）が穿孔装置を備えた請求項１から４の一つに記載の移動式昇降ロボット。
【請求項６】
前記脚（１，２）と前記足首（８，９）との運動のための駆動装置を備え、かつ
該駆動装置を電気または油圧駆動装置として形成した請求項１から５のいずれかに記載の移動式昇降ロボット。
【請求項７】
前記作業機械（１０；１２）が清掃装置である請求項１から６のいずれかに記載の移動式昇降ロボット。
【請求項８】
対象物を清掃する請求項１から７の一つに記載の移動式昇降ロボットの使用方法。
【請求項９】
前記対象物が建物、橋梁、船舶または太陽光設備である請求項８に記載の移動式昇降ロボットの使用方法。
【請求項１０】
移動式昇降ロボットを備えた作業装置であって、
移動式昇降ロボット（１５）に供給を行う供給ステーション（７６）と、
前記供給ステーション（７６）をロープで下降させ、かつ前記移動式昇降ロボット（１５）を固定するように対象物（７３）に配置されたウインチ（７４）と、を有する請求項１から９のいずれかに記載の移動式昇降ロボットを備えた作業装置。
【請求項１１】
前記供給ステーション（７６）が前記移動式昇降ロボット（１５）の制御用の制御ユニットを含む請求項１０に記載の作業装置。
【請求項１２】
前記供給ステーション（７６）が洗剤の貯蔵容器を含む請求項１０または１１に記載の作業装置。
【請求項１３】
前記供給ステーション（７６）が前記移動式昇降ロボット（１５）の駆動用動力源を含む請求項１０から１２までのいずれかに記載の作業装置。
【請求項１４】
移動式昇降ロボット（１５）に装着されるカメラと、
前記カメラから供給される情報のディスプレー画面と、
前記移動式昇降ロボット（１５）の制御用の操作ユニットと、を有する請求項１０から１３までのいずれかに記載の作業装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動式昇降ロボットおよび、たとえば建物外面の清掃に使用可能な移動式昇降ロボットを有する作業装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
刊行物ＣＨ６７０２４８Ａ５から、湾曲または平坦な表面を有する構造物に沿っての作業のため垂直方向に走行自在なゴンドラを有する装置は公知である。その装置は、とくに、冷却塔、ダム、船壁等のような大きな面に沿っての作業に役立つ。その装置は、さらに、吸盤を有するキャタピラを備えたゴンドラを擁する。キャタピラによって、ゴンドラは建物外面沿いに移動でき、その際、吸盤は、キャタピラと建物外面の間の付着性増大に役立つ。しかし、キャタピラの使用は、表面の湾曲が比較的小さい平滑な表面に制限される。外面での段差は、キャタピラではまったく乗り越えることができないか、または簡単に乗り越えることはできない。
【０００３】
U5551525から、前脚と後脚を有する移動式昇降ロボットは公知である。両脚は、ひざ関節を介して互いに結合され、かつそれぞれ一つの回転自在な足首関節を持つ。このようなロボットは建物表面の段差を乗り越えはするが、自律的な建物清掃のためには、それの運動自由度が十分でないため、限定的にしか使用できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、たとえば湾曲および屈曲した面、オーバーハングおよび天井のような任意の面沿いに昇降し、かつ段差を乗り越える移動式昇降ロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題は、請求項１による要件を具備することによって解決される。
【０００６】
本発明による移動式昇降ロボットは、第一の脚を第二の脚と結合する中央関節を含む。さらに、上記ロボットは、第一の回転のための足首関節と、第一の傾斜のための足首関節とを介して第一の脚と結合される第一の足首を有する。さらに、第二の回転のための足首関節と、第二の傾斜のための足首関節とを介して第二の脚と結合される第二の足首が備えられる。更に、移動式昇降ロボットは、作業機械を固定すべく第一の足首に配置される支持具を有する。
【０００７】
本発明の有利な別の発展形態は、従属請求項に記載された要件により実現される。
【０００８】
本発明による移動式昇降ロボットの一つの実施形態では、第一の脚と、第二の脚とが互いに側方向にずらされている。それの利点は、両脚が互いに通過移動できるため、極力大きな運動の自由が得られることである。
【０００９】
本発明による移動式昇降ロボットの別の実施形態では、第一の、および/または第二の足が吸盤を備える。それによって、移動式昇降ロボットが移動する基盤上でのロボットの付着性が増大する。
【００１０】
さらに、代替的に、または追加的に、移動式昇降ロボットの第一の、および/または第二の足は磁石を備えることができる。これは、とくに、移動式昇降ロボットを、金属、磁石状の表面上で移動させようとする場合に有利である。磁石によって、金属表面上への足首の付着程度は、簡単な方法で制御可能である。そのため磁石は、切り替え自在の電磁石として形成するのが有利である。
【００１１】
さらに、本発明による移動式昇降ロボットでは、第一の、および/または第二の足首が、尖った爪を備えることができる。このことは、とくに、移動式昇降ロボットを、平坦でない表面、たとえば著しく構造化された表面上で移動させようとする場合に有利である。
【００１２】
さらに、課題の解決のために、本発明による移動式昇降ロボットにおいて、第一の、および/または第二の足首が穿孔装置を備えることを提案するものである。これによって、ロボット自体が、当該のロボットをそこにて移動させようとする対象物表面上に所定箇所を具備するようにし、当該の所定箇所にて位置固定されるようにするとよい。しかしながら、また穿孔装置は、作業を対象物表面で行うように使用してもよい。このためロボットは、たとえば建物外面の接近困難な位置で建物の壁に穴を開けることができる。
【００１３】
このことにさらに改良を加える本発明の別の要件によれば、移動式昇降ロボットは、脚および/または足首の運動のため電気または油圧駆動装置を備える。
【００１４】
本発明による移動式昇降ロボットの別の実施形態では、作業機械として清掃装置を設けることができる。そのとき、清掃装置によってロボットは、自律的に、たとえば建物の外面、船舶の胴体または構造、または太陽光・光電変換設備の表面を清掃することができる。
【００１５】
さらに、たとえば建物外面のような対象物の表面に対して上述の移動式昇降ロボットを有する作業装置が提案される。作業装置はさらに、移動式昇降ロボットへの供給用の供給ステーションを有する。さらに作業装置は、供給ステーションをロープで下降させ、かつ移動式昇降ロボットを固定するため対象物に設置されるウインチを含む。
【００１６】
作業装置の別の実施形態では、供給ステーションが、移動式昇降ロボットの制御用の制御ユニットを含むことが提案される。
【００１７】
さらに、作業装置の供給ステーションは洗剤の貯蔵容器を含むことができる。
【００１８】
作業装置の別の実施形態では、供給ステーションが移動式昇降ロボットの駆動用動力源を含むことが提案される。
【００１９】
最後に、作業装置は、移動式昇降ロボットに装着されるカメラと、カメラから供給される情報のディスプレー画面とを含む。さらに、作業装置は、移動式昇降ロボットの制御用の操作ユニットを備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
以下、本発明を、多数の実施形態とともに１３枚の図によって説明する。
【図１】本発明による移動式昇降ロボットの可能な第一実施形態の立体図を示す。
【図２】本発明による移動式昇降ロボットの可能な第二実施形態の立体図を示す。
【図３】移動式昇降ロボットの可能な第一運動形式を示す。
【図４】移動式昇降ロボットの可能な第二運動形式を示す。
【図５】段差およびオーバーハングを乗り越える際の移動式昇降ロボットの運動経過を示す。
【図６】足の回転関節を使用せずに面を清掃する際の移動式昇降ロボットを示す。
【図７】足首の回転関節を使用して、さらに面を清掃する際の移動式昇降ロボットを示す。
【図８】隅と面を清掃する際の移動式昇降ロボットを示す。
【図９】大きな面を清掃する際の移動式昇降ロボットを示す。
【図１０】隅と大きな面を新たに清掃する際の移動式昇降ロボットを示す。
【図１１】面を清掃するための、移動式昇降ロボットの別の可能な運動経過を示す。
【図１２】移動式昇降ロボット制御のための多数の信号送信器と共に移動式昇降ロボットを示す。
【図１３】建物の外面に移動式昇降ロボットを持つ作業装置の立体図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に、本発明による移動式昇降ロボット１５の可能な第一実施形態を示す。移動式昇降ロボット１５は、共通の関節３を介して互いに結合される２本の脚１と２を含む。その際、関節３は、脚１と２が側方向にずらされているように、脚１と２の間に配置構成されている。このことにより、両脚１と２が相互に相手のところにそって運動できるようになり、その結果、ロボットが、人と同じような歩みで進むことができるようになる、という利点が得られる。
【００２２】
第一の脚１は、第一の傾斜のための足首関節４と第一の回転のための足首関節５を介して第一の足首８と結合される。足首８は、第一の吸盤８．１、第二の吸盤８．２および第三の吸盤８．３を有する。吸盤８．１、８．２および８．３は、制御自在であり、かつロボット１５がそこに確実に付着するように、平坦面での付着性を十分大きくするのに役立つ。さらに、第一の足首８は、清掃装置１０を支持する旋回自在な装置支持具１１を備える。清掃装置１０は、たとえば吸い込み装置である。吸い込み装置は、図示されないホースと結合可能な吸引接続部１０．１を有する。清掃装置１０は、接続部１０．１を介して洗剤を供給されるスポンジを含むこともできる。
【００２３】
第二の脚２は、第二の傾斜のための足首関節６と第二の回転のための足首関節７を介して第二の足首９と結合される。第二の脚９は、第一の足首８と同様に、第一の吸盤９．１、第二の吸盤９．２および第三の吸盤９．３を有する。
【００２４】
関節３、４、５、６、および７には、電気、油圧または空圧駆動装置が内蔵される。
【００２５】
両脚１と２のハウジングに配管を内蔵することができる。図１に示すロボットの実施形態で、これらの配管は、脚１においては接続部１．１とともに、かつ第二の脚においては接続部２．１とともに脚から外へ導かれる。配管は、接続部１．１と２．１および図１には示されないホース配管を介して互いに結合可能である。これらの配管は、供給および/または処理配管を介して利用可能である。配管を介して、たとえば清掃ヘッド１０から吸い込まれる物質が運び去られ、または清掃ヘッド１０に洗剤が供給される。
【００２６】
一つの実施形態で、吸盤８．１から９．３までは、それらが平坦面上に押圧されると直ちに、自動的にそこに吸い付くように形成される。
【００２７】
図２に示す移動式昇降ロボット１５は、第一ホースまたは第一配管１３．１、第二ホースまたは第二配管１３．２、または第三ホースまたは第三配管１３．３を有する点で、図１に示す清掃ロボットと異なる。ホース１３．１、１３．２、および１３．３を介して、関節３、４、５、６、および７内の駆動装置に、油圧作動油または圧縮空気が供給される。油圧作動油または圧縮空気は、駆動装置へ動力を供給するため使用する。支持具１１には、拭き具として形成される作業機械１２が固定される。
【００２８】
両図１と２から分かるように、足首８は、異なる作業機械１０、１２を備えることができる。
【００２９】
移動式昇降ロボット１５は、自律的に建物外面の清掃を乾燥又は湿潤状態で行うために、または建物の接近困難な位置、たとえば冷却塔や高層ビルにおいて作業するのに好適である。さらに、移動式昇降ロボット１５は、船舶の胴体および構造または太陽光設備や光電変換設備の表面を清掃するのにも好適である。
【００３０】
清掃装置に代わって、足首８に穿孔装置を固定することもできる。これによって、ロボット１５は、それが位置固定すべき対象物の表面に穴を開けて、そこに自動的に位置固定点を設けることができる。位置固定点は、ロボットが対象物において位置固定するのに役立つ。対象物は、たとえば建物、橋梁、または船舶である。穿孔装置は、建物の壁に別の目的のための穴を開けるべく利用することもできる。
【００３１】
図３に、ロボット１５の二つの運動可能性をグラフで示す。第一歩２０で、ロボット１５は、回転関節７によって足首９の周りに回転するから、足首８は円形運動を描く。図３には、この運動を図平面内で第一歩２０として示す。第二歩２１で、足首９は、基盤から離れ、１８０°の円弧で第一の足首８を超えて旋回する（図平面に垂直に）。続いて足首９は、再び基盤に固く吸い付く。第三歩２２で、再び足首８は円形運動で足首９の周りに旋回する。そのために、再び、実質的に回転関節７が利用される。
【００３２】
移動式昇降ロボット１５は、図４に示すような運動経過を実行することもできる。第一歩２３において、足首９とともに脚は基盤から離れ、かつ図４に示すように、図平面内で上方へ動き、その間に両脚１と２は互いに離れ合うように運動する。その後、足首９は基盤に固く吸い付き、かつ次の歩み２４において足首８は引き寄せられる。足首８が再び基盤に吸い付くと直ちに運動の経過から歩み２３に相応する次の歩み２５が生ずる。
【００３３】
図５には、オーバーハングを乗り越える際(歩み２６、２７、２８および２９)の、かつ段差を乗り越える際(歩み３０、３１および３２)のロボット１５の運動経過を示す。
【００３４】
図６には、清掃の際のロボット１５の活動半径を示す。図６に示す運動経過の場合、足首９は静止したままであり、かつ足首８は清掃装置１２とともに、たとえば清掃面３５沿いに円形に案内され、その間にロボット１５は回転関節７によって足首９の周りに回転する。その代わりに、清掃装置１２は直線軌道３３沿いに運動することもできる。そのために、傾斜関節４と６および中央関節３が利用される。多数のこのような直線清掃軌道３３は、平行に並んで配置される。ベースライン３２はこのことを表そうとするものである。
【００３５】
図７には、移動式昇降ロボット１５の別の運動パターンを示す。ロボットは、たとえば二つの平行に配置される直線軌道３３．１と３３．２を生じることができる。ロボット１５は回転関節７によって足首９の回りに回転し、かつ同時に中央関節３および回転関節５によって足首８の位置状態が整合される。
【００３６】
図８、９および１０によって、以下に、建物の外面の清掃を行うため実行できる各種の可能なロボット１５の運動パターンを説明する。
【００３７】
図８は建物の角隅を示し、その際、清掃ロボット１５はこの隅の近くにある。足首８が建物外面に確実に付着すると直ちに清掃を開始することができる。ロボットはそのため、第一歩で建物の下縁に平行に面３９を、かつ第二歩で垂直な建物角部に平行な面４０の清掃を行うことができる。続いて足首８は清掃装置１２とともに足首９へ少し動き、かつ新たに建物の面の水平および垂直方向の清掃が続けられる。図８の上方には、清掃ロボットの別の運動パターンを原理的に示す。ロボットは、円弧状要素３６、３７および３８を清掃することもできる。
【００３８】
建物外面における比較的大きい面の清掃を行うために、ロボット１５は、図９に矢印４５で示すように運動し、その際、部分的に重なる円形運動によって建物外面の清掃を行うことができる。ロボット１５の特殊な幾何学的配置によって、円形清掃軌道４１、４２および４３と同様に正方形または長方形の清掃軌道４４を造り出すことができる。
【００３９】
図10は、ロボットが建物外面の隅の清掃を行った後、それが隅の近くにおいて円弧状の清掃軌道でどのように清掃を続けるかを示す。図１０の右範囲には、清掃ロボットが円弧状の清掃軌道４６から５１までを生ずるとき、個々の清掃軌道４６から５１までがどのように重なり合うかを示す。
【００４０】
清掃ロボット１５は、図１１に示すように、正方形の面６０の清掃を行うこともできる。
【００４１】
図１２に示すように、ロボット１５がより大きな面、たとえば建物の外面上にあるとき、多数の信号送信器７０、７１および７２が建物の異なる位置に用意されて、ロボット１５に制御信号と位置信号を伝達することができる。
【００４２】
図１３は、建物７３の部分を立体図で示し、その際、清掃ロボット１５は作業装置の部分である。作業装置は、建物７３の上方範囲内で建物沿いに可動に配置されるウインチ７４を含む。ウインチ７４は、供給ステーション７６をロープで昇降させるために役立つ。供給ステーション７６は、たとえばロボット１５の駆動装置のための動力源および洗剤の貯蔵容器を含む。ロープ７５は供給ステーション７６を保持するために用いられ、かつロボット１５の保全ロープとして役立つ。さらに、ロボット１５は、ロボットの位置に関する情報を得るカメラ１４を備える。カメラ１４は、建物外面の状態に関する情報を得るためにも使用可能である。
【００４３】
以上の本発明による実施形態の記載内容は、本発明の説明に供するためのものに過ぎず、本発明を何等制限するものではない。本発明によれば、当該発明の範囲を逸脱することなく、また、その等価の範囲も逸脱することなく、種々の変更と変形が可能である。たとえば図８、９および１０において記載した運動パターンは、たとえば船舶および太陽光設備のような他の対象物の場合にも使用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１    第一の脚
２    第二の脚
３    中央関節
４    第一の傾斜のための足首関節
５    第一の回転のための足首関節
６    第二の傾斜のための足首関節
７    第二の回転のための足首関節
８    第一の足首
８．１    第一の吸盤
８．２    第二の吸盤
８．３    第三の吸盤
９    第二の足首
９．１    第一の吸盤
９．２    第二の吸盤
９．３    第三の吸盤
１０    清掃装置
１１    清掃装置支持具
１２    拭き具
１３．１    第一のホース
１３．２    第二のホース
１３．３    第三のホース
１４    カメラ
１５    移動式昇降ロボット
２０    第一歩
２１−３１    歩み
３２    基本線
３３．１    清掃面
３３．２    清掃面
３４    清掃装置の位置
３５−４０    清掃面
４５    運動方向
４６−５１    清掃面
６０    清掃面
７０    信号送信器
７１    信号送信器
７２    信号送信器
７３    建物
７４    ウインチ
７５    ロープ
７６    供給ステーション
【図１】
0005613673.tif 000002
【図２】
0005613673.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005613673.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005613673.tif 000008
【図８】
0005613673.tif 000009
【図９】
0005613673.tif 000010
【図１０】
0005613673.tif 000011
【図１１】
0005613673.tif 000012
【図１２】
0005613673.tif 000013
【図１３】
0005613673.tif 000014