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Die Erfindung betrifft ein so genanntes Omnidirektional-Rad-System bei dem sowohl das Rad als auch die walzenartigen drehbaren tonnenförmigen Rollkörper mit einem Antrieb versehen sind. Der Antrieb der Rollkörper wird mit einer gewindeartigen Getriebeschnecke am Außenläufer des Antriebs direkt in das Profil der Rollkörper übertragen. Das beschriebene Rad wird mehrfach in ein sternförmiges Radsystem mit eigenem Antrieb integriert und bildet ein Fahrwerk das sich in alle Richtungen und über Treppenstufen oder Hindernisse entsprechender Größe kontrolliert gesteuert bewegen kann. Im sternförmigen Radsystem kann der Antrieb der Räder einzeln oder mit einem gemeinsamen Antrieb ausgestaltet sein. Die Rollkörper benötigen pro Rad einen eigenen Antrieb damit die kontrollierte Manövrierbarkeit gegeben ist.
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Die Erfindung betrifft somit ein Omnidirektional-Rad-System, aufweisend:
mindestens ein Traktionsrad, das zentral entlang einer ersten Achsenlinie ausgerichtet ist;
eine Rotationsvorrichtung zum Drehen des mindestens einen Traktionsrades um die erste Achsenlinie mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit;
mindestens eine Getriebeschnecke verbunden mit einem Außenläufer, die zentral entlang dieser ersten Achsenlinie ausgerichtet ist und im Wesentlichen Teil einer Außenläufer-Antriebsquelle koaxial in dieser ersten Achsenlinie ist;
eine Mehrzahl von Antriebsrollen, die orthogonal zur ersten Drehachse tangential entlang einem Umfangsteil des Traktionsrades im regelmäßigen Winkelintervall, drehbar um ihre jeweils eigene Achse, in mindestens zwei zueinander versetzten Reihen angeordnet sind, und orthogonal über eine jeweils angepasste Verzahnungs-Formgebung mit der Getriebeschnecke in Eingriff stehen und den Kontakt mit der Bewegungsfläche bilden;
eine Außenläufer-Antriebsquelle zum Drehen der Antriebsrollen im Umfangsteil des Traktionsrades mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit;
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Die Erfindung betrifft auch ein Omnidirektional-Rad-System, wobei die Rotationsvorrichtung einen ersten Motor, der mit dem Außenläufer-Antrieb, verbunden ist, um die Antriebsrollen, die orthogonal zur ersten Drehachse tangential entlang einem Umfangsteil des Traktionsrades im regelmäßigen Winkelintervall, drehbar um ihre jeweils eigene Achse, in mindestens zwei zueinander versetzten Reihen angeordnet sind, und orthogonal über eine angepasste Verzahnungs-Formgebung mit der Getriebeschnecke in Eingriff stehen, rotieren zu lassen;
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Die Erfindung betrifft auch ein Omnidirektional-Rad-System, wobei die Rotationsvorrichtung einen mindestens zweiten Motor aufweist, der mit dem mindestens einen Traktionsrad, das zentral entlang einer ersten Achsenlinie ausgerichtet ist verbunden ist, um das Traktionsrad rotieren zu lassen;
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Die Erfindung betrifft auch ein Omnidirektional-Rad-System aufweisend:
ein Mehrfach-Radsystem z. B. mit mindestens zwei Traktionsrädern die radial gleichabständig in regelmäßigen Winkelintervallen um eine parallele Achslinie z. B. zu der ersten Achslinie ausgerichtet ist;
eine Rotationsvorrichtung zum Drehen des mindestens einen Mehrfach-Radsystems;
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Die Erfindung betrifft auch ein Omnidirektional-Rad-System,
wobei die Rotationsvorrichtung des Mehrfach-Radsystem z. B. mindestens einen Motor aufweist, der mit den mindestens zwei Traktionsrädern, die radial gleichabständig in regelmäßigen Winkelintervallen um eine parallele Achslinie zu der ersten Achslinie ausgerichtet ist, verbunden ist, um die Traktionsräder rotieren zu lassen;
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Die Erfindung betrifft auch ein Omnidirektional-Fahrzeug, das ein Omnidirektional-Rad-System nutzt, aufweisend:
mindestens ein Omnidirektional-Rad-System mit mindestens einer Spur;
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Die Erfindung betrifft auch ein Omnidirektional-Fahrzeug mit Treppensteigfunktion, das ein Omnidirektional-Rad-System nutzt, aufweisend:
mindestens ein Mehrfach-Radsystem nach Anspruch 4–5 mit mindestens einer Spur;
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Die Erfindung betrifft auch ein Omnidirektional-Fahrzeug, das ein Omnidirektional-Rad-System nutzt, aufweisend:
mindestens eine Energiequelle;
mindestens einen bewegbaren Aufbau für Lasten wie Personen und Güter;
mindestens einer Balanceeinrichtung;
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Die Erfindung betrifft auch ein Omnidirektional-Fahrzeug, das ein Omnidirektional-Rad-System nutzt, aufweisend:
mindestens ein Steuerungssystem für mindestens einen Antrieb, mindestens eine Handbetätigung, mindestens einen Sensor, mindestens eine Balancesteuerung,
mindestens eine Sicherheitsabschaltung;
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Die Erfindung betrifft auch ein Omnidirektional-Fahrzeug, das ein Omnidirektional-Rad-System nutzt, aufweisend:
mindestens eine Fernsteuerung;
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So genannte Omnidirektional-Räder sind in unterschiedlicher Ausführung mit freilaufenden Laufflächen-Walzen seit langem bekannt, jedoch für die vorgesehene Anwendung wegen der Freilaufeigenschaft ungeeignet.
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Bekannt sind auch eine „Reibantriebsvorrichtung und Traktionsrad” gemäß
DE 10 2012 221 362 A1 , und eine „Reibungsantriebsvorrichtung und Allrichtungsfahrzeug, das diese verwendet” gemäß
DE 11 2009 002 676 B4 , und ein „Omnidirectional Wheel” gemäß
WO 2014/165962 A1 , sowie ein „Allseitenradsystem und Verfahren zu dessen Betätigung” gemäß
DE 11 2011 102 468 T8 . Durch viele filigrane und empfindliche Bauteile und durch den ausschließlichen Einsatz auf planebenem Bewegungsuntergrund sowie der Schwierigkeiten bei der Zusammenführung zu einem sternförmigen Radsystem, sind diese für die vorgesehene Anwendung ungeeignet.
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Bekannt sind auch Sternräder mit unterschiedlicher Anzahl der freilaufenden Planetenräder, welche hauptsächlich bei Treppensackkarren zum Einsatz kommen.
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Für Treppentransporte von Lasten und Personen gibt es eine große Vielzahl von Geräten, die verschiedene Nachteile haben: Autonome Treppenfahrten sind nur eingeschränkt möglich; Die Lenkbarkeit ist eingeschränkt; Die Fahrzeuggröße und – gewicht sind für viele Treppen ungeeignet; Einige Fahrzeuge sind ausschließlich für Treppen nutzbar; Die Fahrt auf der Treppe aufwärts ist meist nur im „Rückwärtsgang” möglich; Die Rutschgefahr ist bei vielen Treppen sehr groß; Es ist meist eine Begleitperson zur Lenkung und Sicherung erforderlich; Es besteht Beschädigungsgefahr der Treppen und Bodenbeläge durch z. B. Raupen; Es ist oft eine hohe Fahrer-Qualifizierung sowie viel Kraft und Übung erforderlich; Es bestehen hohe Sicherheitsrisiken.
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Für Treppenfahrten ist ein möglichst vollständiger Auftritt, oft eine enge Kurvenführung ohne „Ausholen”, sowie ein seitliches Verfahren zur Richtungskorrektur erforderlich. Aufgabe ist es demnach, mittels eines Radsystems sowohl auf üblichen Bewegungsflächen ein Fahrwerk oder Fahrzeug omnidirektional zu bewegen, als auch Treppen und Hindernisse entsprechender Größe kontrolliert gesteuert omnidirektional zu befahren, zu „besteigen und hinab zu steigen”, bzw. zu „übersteigen”. Dazu ist es erforderlich eine Traktion der einzelnen Räder zu erzeugen, und eine seitliche Traktion der einzelnen Räder zu erzeugen, sowie eine Traktion des Mehrfach-Radsystems zu erzeugen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
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Mittels beispielsweise eines angetriebenen sternförmigen Mehrfach-Radsystems verbunden mit dem vorgeschlagenen Omnidirektional-Rad-System und verbunden mit einem entsprechenden Fahrwerk, ist sowohl ein kontrolliertes Befahren von Treppen mit hoher Manövrierbarkeit als auch von unterschiedlichen Wegebelägen mit variierender Bodenbeschaffenheit möglich.
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Die Erfindung zeichnet sich durch Einfachheit und Robustheit aus. Das sind wichtige Bedingungen für die vorgesehene Anwendung und ermöglicht u. U. auch eine höhere Schutzart im Sinne der VDE.
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Das vorgeschlagene Omnidirektional-Rad-System kann unterschiedliche Durchmesser und eine unterschiedliche Anzahl an Rollkörpern aufweisen.
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Die Rollkörper sind so geformt und so angeordnet, dass eine geschlossene Kontur der Lauffläche entsteht und dadurch ein gleichmäßig rundes Abrollverhalten gegeben ist. Dazu ist es erforderlich, dass mindestens zwei Reihen der Rollkörper und zwar zueinander versetzt, „auf Lücke”, angeordnet sind.
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Mittels einer Hubeinrichtung in den Aufbauten können Lasten und Personen angehoben werden.
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Für die Balance kann zusätzlich zur elektronischen Balance-Steuerung ein Doppelkreiselsystem eingebaut sein.
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Die Aufbau-Aufnahme ist für den seitlichen Neigungsausgleich kippbar gelagert. Die seitliche Neigbarkeit ermöglicht im Zusammenspiel mit der angetriebenen Drehachse des sternförmigen Radsystems ein lotrechtes Ausbalancieren der jeweiligen Aufbauten.
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Die Räder werden durch einen Nabenmotor und/oder ein Getriebe in Längsrichtung gedreht.
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Es können mehrere Fahrwerke kombiniert werden.
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Das Omnidirektional-Rad-System und das sternförmige Mehrfach-Radsystem eignen sich jeweils auch für einspurige Anwendungen.
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Das sternförmige Mehrfach-Radsystem insgesamt wird separat motorisch angetrieben.
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Das Fahrwerk ist mit umfangreicher Steuerung (für Antriebe, Fahren, Dreh-Bewegungen, Steigen: Auf- und Abwärts, Bremsen, Balance, Allgorithmen) und Sensorik (insbesondere für Abstände, Belastung, Dynamik, Sicherheit), sowie Hilfsantriebe und Betätigungelemente ausgestattet und verfügt über eine Energiequelle.
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Ausstattungsoptionen sind: Beleuchtung, Fernbedienung; alle verfügbaren Assistenzsysteme z. B. aus dem Automobilbereich, der Robotik, dem Maschinenbau, dem Flugzeugbau, dem militärischem Bereich und z. B. Industrie 4.0; Automatisches Fahren; Drehbarkeit der Aufnahme für Aufbauten; Airbags; Audio + Medien; Heizung; Kabine; Klimatisierung; Cabrio; usw.
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Durch entsprechende Aufbauten können Lasten transportiert und Personen auch selbstständig Treppen befahren.
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Das Maßkonzept des Omnidirektional-Fahrzeugs orientiert sich in der Breite von Rollstühlen ca. B = 450 mm bis 740 mm; die Länge des vorgeschlagenen Fahrwerks ist beispielsweise ca. L = 460 mm. Der Durchmesser des vorgeschlagenen Omnidirektional-Rad-Systems ist ca. D = 200 mm.
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Das Fahrwerk eignet sich als: Selbstfahrer-Treppensteigfahrzeug, Rollstuhl mit Höhenverstellung, Stadtfahrzeug, Messefahrzeug, Universal-Transportfahrzeug bzw. -fahrwerk, für Zusteller, Polizei, Sicherheitsdienste, Retter, für Lastenbewegung und Arbeiten auf Baustellen, im Freien und in der Freizeit und vor allem für Treppentransporte; u. v. a.
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Vorteilhaft kann die Erfindung für die so genannte Inklusion genutzt werden, weil Treppen und Stufen das Hauptproblem für bewegungseingeschränkte Menschen darstellen. Es lassen sich damit z. B. Rollstühle herstellen, die eine durchgehende Mobilität in der Wohnung über Treppen und Stufen und für die täglichen Besorgungen ermöglichen, ohne auf die Hilfe einer Begleitperson oder Aufzüge oder Rampen angewiesen zu sein. Die Hubeinrichtung ermöglicht Kommunikation auf Augenhöhe und auch die Erreichbarkeit in der Küche und z. B. Schränken wird ermöglicht oder verbessert. Häusliche und berufliche Arbeit erfährt zusätzliche räumliche Freiheitsgrade sowohl in der Fläche als auch in der Höhe. Soziale Kontakte und Betätigungen beispielsweise in Vereinen, aber auch das Fahren mit öffentlichen Verkehrsmitteln und sogar das Befahren von Treppen um in ein Flugzeug zu gelangen, werden ermöglicht bzw. erleichtert.
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Für Arbeiten an der Decke können mit derartigen höhenverstellbaren Rollstühlen Leitern, Hebebühnen und Gerüste ersetzt werden.
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Im Transportbereich können mit entsprechenden Aufbauten wie z. B. Hubgabeln, Ladeflächen oder Mulden z. B. Handwerker Geräte und Materialien sowohl auf Baustellen als auch in Haushalte auch über Treppen und Stufen bewegen.
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Möglich ist auch ein Einsatz als Kinderwagen um nicht die steilen, gefährlichen und schwierig begehbaren Kinderwagenrampen benutzen zu müssen.
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Insbesondere im industriellen Bereich sind selbstfahrende omnidirektionale Fahrzeuge mit Steigfunktion möglich. Durch Kombination der Fahrwerke sind entsprechende Sonderfahrzeuge mit Mehrfach-Anordnung ermöglicht.
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Bei einspuriger Verwendung kann ebenfalls durch Längs- und Quertraktion einerseits die Balance gehalten werden und die Lenkbarkeit erweitert werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt:
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1 zeigt einen SCHNITT durch ein Omnidirektional-Rad-System.
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2 zeigt einen drehbaren tonnenförmigen Rollkörper (4) mit Profilrillen (5).
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3 zeigt eine Ansicht und eine Seitenansicht eines Omnidirektional-Rad-Systems.
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4 zeigt die angetriebenen Omnidirektional-Rad-Systeme an einem omnidirektional angetriebenen Fahrwerk (3) bzw. Treppensteigfahrwerk.
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5 zeigt eine Funktionsskizze zum Befahren einer Treppe mit Vierer-Stern-Omnidirektional-Rad-System.
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6 zeigt eine Auswahl an möglichen Anwendungen für die vorgeschlagene Erfindung.
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1 zeigt einen SCHNITT durch ein Omnidirektional-Rad-System mit der Darstellung des Antriebs der Rollkörper (4) in der Art eines Schneckengetriebes. Durch Drehung des Außenläufers (7) mit Sitz der Getriebeschnecke (8) wird über den Eingriff der Getriebeschnecke (8) in das passend geformte Profil (5) der Rollkörper (4) eine Drehung der Rollkörper (4) verursacht und damit eine seitliche Traktion des Rades und damit eine seitliche Bewegung verursacht.
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2 zeigt einen drehbaren tonnenförmigen Rollkörper (4) mit Profilrillen (5), die eine angepasste Verzahnungs-Formgebung in Bezug auf die Getriebeschnecke (8) beinhalten. Die nicht näher beschriebene Achse und Lagerung der Rollkörper (4) ist nach konstruktiven Regeln bedarfsgerecht auszulegen.
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3 zeigt eine Ansicht und eine Seitenansicht eines Omnidirektional-Rad-Systems mit Anordnung der Rollkörper (4) in beispielsweise zwei Reihen zueinander versetzt. Die Rollkörper (4) sind orthogonal zur ersten Drehachse tangential entlang einem Umfangsteil des Traktionsrades (1) im regelmäßigen Winkelintervall, drehbar um ihre jeweils eigene Achse, in mindestens zwei zueinander versetzten Reihen angeordnet und sind orthogonal über eine jeweils angepasste Verzahnungs-Formgebung (5) mit der Getriebeschnecke (8) in Eingriff und bilden den Kontakt mit der Bewegungsfläche. Sobald die Getriebeschnecke gedreht wird, werden alle Rollkörper gleichzeitig in Drehung versetzt und bewirken eine seitliche Traktion, je nach Drehrichtung.
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4 zeigt die angetriebenen Omnidirektional-Rad-Systeme in der Ausgestaltung als sternförmige Mehrfach-Radsysteme an einem omnidirektional angetriebenen Fahrwerk (3) bzw. Treppensteigfahrwerk, welches sich mit entsprechendem Aufbau zum Transport von Lasten und Personen bzw. zum Befahren von Treppen auch ohne Hilfsperson eignet.
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Das Beispiel zeigt ein Fahrwerk (3) in einer zweispurigen Ausführung mit jeweiliger 4-Stern-Anordnung (9). Die Steigfunktion wird durch die angetriebene Drehachse des sternförmigen Radsystems (2) bewirkt. Die unterschiedlichsten Aufbauten werden über die seitlich neigbare Aufnahme für Aufbauten (10) mit dem Fahrwerk verbunden. Die seitliche Neigbarkeit ermöglicht im Zusammenspiel mit der angetriebenen Drehachse des sternförmigen Radsystems (2) ein lotrechtes Ausbalancieren der jeweiligen Aufbauten. Die Lenkung des Fahrwerks (3) wird durch entsprechende Drehung der Rollkörper (4) erreicht.
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5 zeigt eine Funktionsskizze zum Befahren einer Treppe mit Vierer-Stern-Omnidirektional-Rad-System. Die Geometrie und die Maße der begehbaren Stufen und Treppen sind in einem gewissen Bereich genormt bzw. üblich. Entsprechend müssen Geometrie und Maße des Omnidirektional-Rad-Systems ausgelegt sein, um möglichst präzise, sicher und sanft die Treppe zu befahren.
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6 zeigt eine Auswahl an möglichen Anwendungen für die vorgeschlagene Erfindung: Rollstuhl mit Treppenfahreigenschaften; Rollstuhl mit Treppensteig-Fahreigenschaften, höhenverstellbar z. B. „auf Augenhöhe”; Lasten- oder Personenträger/-heber mit Treppensteig-Fahreigenschaften; Lastentransportfahrzeug oder Arbeitsbühne mit Treppensteig-Fahreigenschaften, höhenverstellbar z. B. in Arbeitshöhe; zwei Lastentransportfahrzeuge mit Treppensteig-Fahreigenschaften, höhenverstellbar z. B. in Arbeitshöhe oder als Arbeitsbühne; Schubkarre ein- und zweispurig; Schubkarre ein- und zweispurig mit Treppensteig-Fahreigenschaften; Einrad selbstbalancierend sowie einspuriges „4-Rad” mit Mehrfach-Radsystem mit Treppensteig-Fahreigenschaften.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass eine Kombination mit einem Aufbau eine Vielzahl unterschiedlichster Aufbauten und Funktionen aufweisen kann, auch neuartige, die durch die Erfindung erst ermöglicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Angetriebenes Traktionsrad
- 2
- angetriebene Drehachse des sternförmigen Mehrfach-Radsystems
- 3
- Fahrwerk
- 4
- drehbare tonnenförmige Rollkörper
- 5
- Profilrillen mit angepasster Verzahnungs-Formgebung zum Eingriff für die Getriebeschnecke
- 6
- Außenläufer-Antriebsquelle
- 7
- Außenläufer
- 8
- gewindeartige Getriebeschnecke
- 9
- sternförmiges Mehrfach-Radsystem
- 10
- Aufnahme für Aufbauten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012221362 A1 [0013]
- DE 112009002676 B4 [0013]
- WO 2014/165962 A1 [0013]
- DE 112011102468 T8 [0013]
