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Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Radanordnung zur Ausbildung eines nicht-antreibbaren, gefederten, schwenkbaren Rades für eine Antriebsplattform eines Fahrzeuges. Das Fahrzeug soll omnidirektional und somit in eine beliebige Richtung innerhalb einer Fahrtebene steuerbar sein. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein automatisiertes Landfahrzeug (Automated Ground Vehicle) handeln. Im Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebsplattform und ein Fahrzeug.
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Die
CN 107672398 A zeigt ein sechsrädriges Automated-Ground-Vehicle-Fahrwerkschassis für einen Roboter. Das Fahrwerkschassis umfasst eine Bodenplatte, ein Antriebsrad, ein Führungsrad, eine Hauptaufhängung, Hilfsaufhängungen, eine Deckplatte und stehende Säulen. Das Antriebsrad und das Führungsrad sind an der Bodenplatte befestigt. Die Hauptfederung dämpft Stöße für das Antriebsrad und ist an der Bodenplatte befestigt. Das Führungsrad umfasst ein erstes Führungsrad und ein zweites Führungsrad. Das erste Führungsrad ist mit der Zusatzfederung fixiert. Die Zusatzfederung wird mit der Bodenplatte fixiert. Die Hilfsaufhängungen halten die obere Platte und vermeiden Stöße für das erste Führungsrad. Das zweite Führungsrad ist ohne eine Federung direkt mit der Bodenplatte verbunden.
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Die
CN 208515297 U lehrt eine kompakte Aufhängungsstruktur für ein Automated-Ground-Vehicle. Die Aufhängungsstruktur umfasst eine obere Montageplatte, eine bewegliche Platte und eine untere Montageplatte. Beide Enden der Platte und der unteren Montageplatte sind als Körper durch eine Führungswelle verbunden. Beide Enden der beweglichen Platte verlaufen durch die Führungswelle und können beweglich auf der oberen Montageplatte und der unteren Montageplatte angeordnet sein. In der beweglichen Platte und der unteren Montageplatte sind entsprechend Rollenmontagelöcher vorgesehen. Auf der beweglichen Platte ist eine Rollenmontageplatte installiert. Das Rollenmontageloch ist fest mit der Rollenmontageplatte verbunden. Eine schwimmende Schraubenfeder ist außerhalb der Führungswelle zwischen der oberen Montageplatte und der beweglichen Platte angeordnet.
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Die
US 2018/0072212 A1 zeigt ein fahrerloses Transportfahrzeug, welches zum Betrieb mit einem Navigations- und Leitsystem konfiguriert ist. Es umfasst eine Basisrahmenstruktur, welche eine Materialhandhabungsvorrichtung trägt. An Umfangsabschnitten der Basisrahmenstruktur können Rollen angebracht sein, um die Basisrahmenstruktur beweglich von einer Bodenoberfläche weg zu stützen. Antriebsradanordnungen können zwischen zwei der Rollen angeordnet und konfiguriert sein, um das fahrerlose Transportfahrzeug anzutreiben und zu steuern. Ein Aufhängungssystem kann sich kreuzende Schwenkarme aufweisen, die schwenkbar an der Grundrahmenstruktur angebracht sind und unabhängig an jeder der Antriebsradanordnungen angebracht sind. Das Aufhängungssystem spannt die Antriebsradanordnungen gegen die Bodenoberfläche vor, um die Reibung der Antriebsradanordnungen gegen die Bodenoberfläche aufrechtzuerhalten, beispielsweise um geneigte oder unebene Oberflächen zu überqueren.
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Aus der
CN 202243772 U ist ein schwerpunktveränderliches elektrisches Laufgerät eines Roboters bekannt, welches eine Rahmen, Räder, eine Aufhängung und einen Servomotor umfasst. Am Rahmen ist ein zweidimensionaler Bewegungsmechanismus angeordnet, welcher einen Querbewegungsmechanismus, eine Querbewegungsmechanismus-Antriebsvorrichtung und einen Längsbewegungsmechanismus umfasst. Der Längsbewegungsmechanismus weist einen Längsführungsspindel-Übertragungsmechanismus und eine Längsführungsstange parallel zu einer Längsführungsspindel des Längsführungsspindel-Übertragungsmechanismus auf. Der Querbewegungsmechanismus besteht aus einem Quervorspindel-Übertragungsmechanismus und zwei Querführungsstangen parallel zu einer Quervorspindel.
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Die
CN 108790649 A zeigt eine Struktur zum Einstellen einer Vorspannkraft für eine Fahrgestellaufhängung eines Roboters. Die Struktur umfasst eine Verbindungsstange, ein elastisches Element, eine Führungssäule und ein Befestigungselement. Das elastische Element wird in ein Montageloch in der Verbindungsstange eingebaut. Das erste Ende der Führungssäule ragt in das Montageloch. Das elastische Element erstreckt sich zum Äußeren des Montageloches. Das Befestigungselement ist am ersten Ende der Führungssäule angeordnet. Das zweite Ende der Führungssäule ist an einem Strukturelement befestigt. Die relative Position zwischen dem Befestigungselement und der Führungssäule wird eingestellt, um die Skalierbarkeit des elastischen Elementes zu verändern.
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Die
CN 109094321 A lehrt einen Aufhängungsstoßdämpfer und ein Roboterfahrwerk für einen Roboter. Der eine Federung aufweisende Aufhängungsstoßdämpfer umfasst ein oberes Verbindungsteil, einen Öldruckdämpfer und ein unteres Verbindungsteil. Der Öldruckdämpfer ist mit einer Spiralfeder variabler Steifigkeit an der Außenhülse versehen. Das obere Verbindungsteil und das andere Ende sind mit dem unteren Verbindungsteil verbunden. Die Spiralfeder und der Öldruckdämpfer mit variabler Steifigkeit werden in der Stoßdämpferstruktur verwendet, um einen Stoßdämpfungseffekt zu erzielen und wiederholte Vibrationen aufgrund des Beschleunigungs- und Verzögerungsmodus des Roboters zu vermeiden.
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Die noch unveröffentlichte Patentanmeldung
DE 10 2019 132 820.9 betrifft eine Antriebsplattform für ein Fahrzeug, welches omnidirektional innerhalb einer Fahrtebene steuerbar ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein automatisiertes Landfahrzeug (Automated Ground Vehicle) handeln. Die Antriebsplattform umfasst mindestens eine Antriebseinheit mit mindestens zwei individuell antreibbaren Rädern. Die Antriebseinheit ist um eine vertikale Achse drehbar. Die Antriebsplattform umfasst weiterhin eine steuerbare Drehsperre zum temporären Sperren einer Drehbewegung der Antriebseinheit um die vertikale Achse. Zudem umfasst die Antriebsplattform mindestens zwei Schwenkräder zur Fahrzeugstabilisierung. Die mindestens zwei Schwenkräder sind jeweils um eine eigene Radachse und um eine eigene vertikale Achse drehbar.
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Die noch unveröffentlichte Patentanmeldung
DE 10 2019 132 821.7 betrifft eine Antriebsplattform für ein Fahrzeug, welches omnidirektional innerhalb einer Fahrtebene steuerbar ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein automatisiertes Landfahrzeug (Automated Ground Vehicle) handeln. Die Antriebsplattform umfasst mindestens zwei Antriebseinheiten mit jeweils mindestens zwei individuell antreibbaren Rädern. Die Antriebseinheiten sind jeweils um eine eigene vertikale Achse drehbar, wobei diese Drehbarkeit um die eigene vertikale Achse zumindest in einem Antriebsmodus frei ist. Zudem umfasst die Antriebsplattform bevorzugt mindestens ein Schwenkrad zur Fahrzeugstabilisierung. Das mindestens eine Schwenkrad ist jeweils um eine eigene Radachse und um eine eigene vertikale Achse drehbar.
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Ein Nachteil der oben beschriebenen Antriebsplattformen besteht darin, dass die Schwenkräder nicht gefedert sind oder hierfür nur sperrige und schwere Federaufhängungen zur Verfügung stehen und diese nicht an die zu befördernde Last anpassbar sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, die Federung und Anpassbarkeit eines nicht-antreibbaren, schwenkbaren Rades einer Antriebsplattform eines Fahrzeuges aufwandsarm zu ermöglichen.
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Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Radanordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1, durch eine Antriebsplattform gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 9 sowie durch ein Fahrzeug gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10.
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Die erfindungsgemäße Radanordnung dient zur Ausbildung eines nicht-antreibbaren, gefederten, schwenkbaren Rades und einer Federung für eine Antriebsplattform eines Fahrzeuges. Die Antriebsplattform bildet eine Komponente des Fahrzeuges und weist Funktionen eines Fahrgestelles und eines Antriebes auf. Auf der Antriebsplattform kann beispielsweise eine Robotereinheit, eine Personenkabine oder ein Transportcontainer angeordnet werden.
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Die erfindungsgemäße Radanordnung in ihrer Funktion als schwenkbares Rad dient zur Fahrzeugstabilisierung, da die Antriebsplattform beispielsweise zwei antreibbare Räder einer Antriebseinheit umfasst, welche allein noch keinen sicheren Stand der Antriebsplattform bzw. des die Antriebsplattform umfassenden Fahrzeuges erlauben. Die erfindungsgemäße Radanordnung in ihrer Funktion als schwenkbares Rad weist eine Drehbarkeit um eine horizontale Achse in einer Fahrtebene und eine Drehbarkeit bzw. Schwenkbarkeit um eine vertikale Achse auf. Diese Drehbarkeiten bzw. Schwenkbarkeiten sind frei und um beliebig mehr als 360° möglich.
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Die erfindungsgemäße Radanordnung weist eine Kugelrolle auf, welche eine Kugel und eine Kugelführung umfasst. Die Kugel bildet das Rad und ist über einen Boden rollbar. Die Kugel ist in der Kugelführung frei rotierbar, sodass die Drehbarkeit um eine horizontale Achse und die Drehbarkeit bzw. Schwenkbarkeit um die vertikale Achse ermöglicht sind. Die Kugelführung bildet einen Käfig für die Kugel, sodass die Kugel die Kugelführung nicht verlassen kann. Eine von der Radanordnung aufzunehmende Last wird über die Kugelführung auf die Kugel abgestützt. Die Kugelführung trägt eine Führungsstange. Hierfür ist die Kugelführung bevorzugt fest mit der Führungsstange verbunden. Die Führungsstange ist bevorzugt vertikal ausgerichtet und über der Kugelführung angeordnet. Die von der Radanordnung aufzunehmende Last wird über die Führungsstange auf die Kugelführung abgestützt.
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Die erfindungsgemäße Radanordnung umfasst weiterhin eine Führungshülse, in welcher die Führungsstange verschiebbar gelagert ist. Die Führungshülse weist ein Befestigungsgewinde auf, mit welchem die Führungshülse gegenüber einem Fahrgestell der Antriebsplattform befestigbar ist, sodass die Führungshülse durch ein Aufschrauben des Befestigungsgewindes mittelbar oder unmittelbar am Fahrgestell befestigbar ist. Somit wird die von der Radanordnung aufzunehmende Last über die Führungshülse abgestützt.
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Die erfindungsgemäße Radanordnung umfasst weiterhin eine Feder, welche zwischen der Führungshülse und der Kugelführung eingespannt ist, sodass eine Verschiebebewegung der Führungsstange in der Führungshülse mit einer Federkraft beaufschlagt ist. Entsprechend ist eine Verschiebebewegung der Kugelführung und der Kugel mit der Federkraft beaufschlagt. Somit bildet die Feder eine Federung der Radanordnung. Die von der Radanordnung aufzunehmende Last wird über die Feder federnd abgestützt. Die Feder ist bevorzugt durch eine Druckfeder gebildet. Die Feder ist bevorzugt durch eine Schraubenfeder bzw. Spiralfeder gebildet.
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Erfindungsgemäß ist eine Vorspannung der Feder durch einen verstellbaren Federanschlag einstellbar. Der Federanschlag ist insbesondere in seiner Position entlang der vertikalen Achse verstellbar. Der Federanschlag ist dazu ausgebildet, eine Länge einer Einspannung der Feder zu verändern. Der Federanschlag ist bevorzugt an der Führungshülse angebracht. Alternativ kann der Federanschlag an der Kugelführung oder an der Führungsstange angebracht sein.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Radanordnung besteht darin, dass sie trotz eines einfachen Aufbaues eine Bewegung in eine beliebige Richtung in der Fahrtebene und eine anpassbare Federung der aufzunehmenden Last ermöglicht.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radanordnung ist der verstellbare Federanschlag dadurch verstellbar, dass er geschraubt wird. Entsprechend weist der verstellbare Federanschlag ein erstes Gewinde auf, mit welchem der Federanschlag auf ein zweites Gewinde aufgeschraubt ist. Das zweite Gewinde ist an der Führungshülse ausgebildet. Somit kann der Federanschlag auf der Führungshülse geschraubt werden, nämlich in Richtung zur Kugelführung oder von der Kugelführung weg, sodass sich die Vorspannung der Feder erhöht bzw. verringert. Daher ist die Vorspannung der Feder durch eine Schraubbewegung des Federanschlages gegenüber der Führungshülse einstellbar. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Federanschlag auf der Führungsstange oder auf der Kugelführung schraubbar angeordnet.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radanordnung ist der verstellbare Federanschlag durch eine Gewindescheibe gebildet. Die Gewindescheibe weist bevorzugt durch Form eines flachen Hohlzylinders auf. Die Gewindescheibe weist bevorzugt eine umlaufende Mulde auf, in welche die Feder sitzt.
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Das am Federanschlag ausgebildete erste Gewinde ist bevorzugt durch ein Innengewinde gebildet, während das bevorzugt an der Führungshülse ausgebildete zweite Gewinde bevorzugt durch ein Außengewinde gebildet ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radanordnung umfassen eine Befestigungsplatte zur Befestigung der Radanordnung an dem Fahrgestell der Antriebsplattform. Die Befestigungsplatte weist ein Trägergewinde auf, auf welches die Führungshülse mit ihrem Befestigungsgewinde aufschraubbar ist. Die Befestigungsplatte umfasst bevorzugt einen Zapfen, auf welchem das Trägergewinde als ein Außengewinde ausgebildet ist. Bei alternativen Ausführungsformen ist das Trägergewinde am Fahrgestell ausgebildet.
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Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radanordnung umfassen ein lösbares Fixierelement, mit welchem eine Schraubbewegung des Befestigungsgewindes fixierbar ist, um einen Abstand zwischen der Führungshülse und dem Fahrgestell einstellen und fixieren zu können. Mit dem Fixierelement ist insbesondere eine Schraubbewegung des Befestigungsgewindes auf dem Trägergewinde fixierbar. Da der Abstand zwischen der Führungshülse und dem Fahrgestell eingestellt werden kann, kann dadurch auch der Abstand zwischen der als Rad fungierenden Kugel und dem Fahrgestell eingestellt werden, um die Antriebsplattform bzw. das Fahrzeug an unterschiedliche Lasten und Bodenbeschaffenheiten anpassen zu können. Mit dem Fixierelement ist somit der Abstand zwischen der Führungshülse und dem Fahrgestell fixierbar.
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Das Fixierelement ist bevorzugt durch eine Kontermutter gebildet. Die Kontermutter ist bevorzugt ebenfalls auf das Trägergewinde aufgeschraubt. Das Fixierelement kann alternativ auch durch eine Klemmschraube o. ä. gebildet sein.
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Das Befestigungsgewinde ist bevorzugt durch ein Innengewinde gebildet ist, welches auf das durch ein Außengewinde gebildete Trägergewinde an der Befestigungsplatte bzw. am Fahrgestell aufschraubbar ist. Das Befestigungsgewinde ist somit bevorzugt auf einer Innenseite der Führungshülse ausgebildet.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radanordnung weist die Führungsstange an ihrem der Kugelführung gegenüberliegenden axialen Ende einen lösbaren Endanschlag auf, welcher gegen die Führungshülse anschlagbar ist, sodass ein Herausführen der Führungsstange aus der Führungshülse blockierbar und damit verhinderbar ist. Der Endanschlag schlägt insbesondere dann an bzw. in der Führungshülse an, wenn die Radanordnung nicht durch eine Last belastet ist. Die Feder entspannt sich, bis der Endanschlag an bzw. in der Führungshülse anschlägt. Da der Endanschlag lösbar ist, kann nach dem Lösen des Endanschlages die Führungsstange aus der Führungshülse herausgezogen werden, wodurch die Feder entnommen werden kann und gegen eine Feder mit einer anderen Federkonstante getauscht werden kann. Hierdurch ist die Radanordnung und somit auch die Antriebsplattform bzw. das Fahrzeug aufwandsarm an unterschiedliche Lasten und Bodenbeschaffenheiten anpassbar.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radanordnung ist der Endanschlag durch einen Kopf einer Schraubhülse gebildet, welche auf die Führungsstange aufgeschraubt ist und durch die Führungshülse hindurchgeführt ist. Das Lösen des durch die Schraubhülse gebildeten Endanschlages erfolgt durch ein Abschrauben der Schraubhülse von der Führungsstange. Die Schraubhülse verbleibt dabei in der Führungshülse. Wenn die Schraubhülse und die Führungsstange zusammengeschraubt sind, ist die Führungsstange über die Schraubhülse in der Führungshülse gelagert.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radanordnung weist die Kugelführung die äußere Form eines Zylinders auf. Die Kugel ragt aus einer unteren Stirnfläche der zylinderförmigen Kugelführung heraus.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radanordnung weisen die Kugelführung, die Führungsstange, die Führungshülse und die Feder eine gemeinsame Achse auf, sodass sie koaxial angeordnet sind. Die gemeinsame Achse ist bevorzugt vertikal ausgerichtet. Bevorzugt weisen die Kugel, die Kugelführung, die Führungsstange, die Schraubhülse, ggf. die Gewindescheibe, das erste Gewinde, das zweite Gewinde, die Führungshülse, die Feder, das Befestigungsgewinde und ggf. die Kontermutter die gemeinsame Achse auf, sodass sie koaxial angeordnet sind.
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Bezogen auf die Anordnung in der vertikal ausgerichteten Achse ist die Kugel bevorzugt an einem untersten Punkt zur Ausbildung eines Bodenkontaktes angeordnet. Bezogen auf die Anordnung in der vertikal ausgerichteten Achse sitzt die Kugelführung bevorzugt über der Kugel. Bezogen auf die Anordnung in der vertikal ausgerichteten Achse sitzen die Feder und die Führungsstange bevorzugt über der Kugelführung. Bezogen auf die Anordnung in der vertikal ausgerichteten Achse sitzt die Führungshülse bevorzugt auf der Feder bzw. sitzt die Führungshülse bevorzugt mittelbar über den verstellbaren Federanschlag auf der Feder. Das zweite Gewinde ragt bevorzugt in die Feder hinein. Die Führungsstange verläuft bevorzugt durch das zweite Gewinde hindurch. Bezogen auf die Anordnung in der vertikal ausgerichteten Achse ist das Befestigungsgewinde bevorzugt über der Feder bzw. dem Federanschlag angeordnet.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radanordnung weist die Führungshülse einen ersten Hülsenabschnitt und einen zweiten Hülsenabschnitt auf. Der erste Hülsenabschnitt und der zweite Hülsenabschnitt sind koaxial zueinander angeordnet. Bezogen auf die Anordnung in der vertikal ausgerichteten Achse ist der zweite Hülsenabschnitt über dem ersten Hülsenabschnitt angeordnet. Der erste Hülsenabschnitt weist einen kleineren Außendurchmesser als der zweite Hülsenabschnitt auf. Die Führungsstange ist in dem ersten Hülsenabschnitt gelagert. Das Befestigungsgewinde ist in dem zweiten Hülsenabschnitt ausgebildet.
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Der erste Hülsenabschnitt weist bevorzugt einen kleineren Innendurchmesser als der zweite Hülsenabschnitt auf, sodass innerhalb der Führungshülse eine umlaufende Stufe ausgebildet ist, gegen welche der lösbare Endanschlag der Führungsstange anschlagbar ist. Somit ist der lösbare Endanschlag der Führungsstange innerhalb des zweiten Hülsenabschnittes angeordnet.
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Die meisten der Komponenten der erfindungsgemäßen Radanordnung weisen einfache geometrische Formen auf und sind daher aufwandsarm herstellbar. Die Kugelführung mit der Führungsstange, die Führungshülse und ggf. die Befestigungsplatte, die Schraubhülse und die Kontermutter sind bevorzugt jeweils durch ein 3D-Druck-Werkstück gebildet. Sie können aufwandsarm mit einem 3D-Drucker hergestellt werden. Die Kugel besteht bevorzugt aus Stahl. Die Feder besteht bevorzugt aus einem Federstahl.
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Die erfindungsgemäße Antriebsplattform umfasst mindestens eine Antriebseinheit mit mindestens zwei individuell antreibbaren Rädern. Die Antriebseinheit kann auch als Dual-Drive-Unit bezeichnet werden. Die Antriebseinheit ist um eine vertikale Achse drehbar. Wird die Antriebseinheit um die vertikale Achse gedreht, so werden auch die mindestens zwei Räder gemeinsam mit Antriebseinheit geschwenkt. Die Antriebseinheit ist vollständig um die vertikale Achse drehbar, sodass sie um einen Drehwinkel von bevorzugt mehr als 360° um die vertikale Achse drehbar ist. Die Antriebseinheit kann beispielsweise auch mit vier der individuell antreibbaren Räder ausgeführt sein, wobei beispielsweise zwei Paare der Räder gegenüberliegend angeordnet sind. Auch kann die Antriebseinheit weitere nicht antreibbare Räder oder nicht individuell antreibbare Räder umfassen. Auch können die individuell antreibbaren Räder jeweils als ein Zwillingsrad bzw. Zwillingsreifen ausgebildet sein. Bevorzugt umfasst die Antriebseinheit genau zwei der individuell antreibbaren Räder.
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Die erfindungsgemäße Antriebsplattform umfasst weiterhin die erfindungsgemäße Radanordnung zur Fahrzeugstabilisierung. Dabei weist die erfindungsgemäße Radanordnung die Funktion eines nicht-antreibbaren Schwenkrades auf. Die Radanordnung ist an dem Fahrgestell befestigt, indem beispielsweise die Befestigungsplatte an einem Fahrgestell der Antriebsplattform befestigt ist oder indem das Befestigungsgewinde der Radanordnung auf ein an einem Fahrgestell der Antriebsplattform ausgebildetes Trägergewinde aufgeschraubt ist. Die erfindungsgemäße Antriebsplattform umfasst bevorzugt eine der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radanordnung. Im Übrigen weist die erfindungsgemäße Antriebsplattform bevorzugt auch Merkmale auf, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Radanordnung angegeben sind.
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Die erfindungsgemäße Antriebsplattform umfasst bevorzugt mehrere der erfindungsgemäßen Radanordnungen. Die erfindungsgemäße Antriebsplattform umfasst bevorzugt vier der erfindungsgemäßen Radanordnungen. Die erfindungsgemäße Antriebsplattform bzw. deren Fahrgestell weist bevorzugt parallel zu einer Fahrtebene eine rechteckige Grundform auf. Dabei sind die vier Radanordnungen an den vier Ecken der rechteckigen Grundform angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Antriebsplattform umfasst bevorzugt weiterhin eine steuerbare Drehsperre zum temporären Sperren einer Drehbewegung der Antriebseinheit um die vertikale Achse. Somit ist die Drehbarkeit der Antriebseinheit um die vertikale Achse sperrbar, d .h. beeinflussbar. Die Drehbarkeit der Antriebseinheit um die vertikale Achse kann freigegeben sein, sodass sich die Antriebseinheit frei um die vertikale Achse drehen kann. Die Drehbarkeit der Antriebseinheit um die vertikale Achse kann gesperrt sein, sodass sich die Antriebseinheit nicht um die vertikale Achse drehen kann. Die steuerbare Drehsperre kann auch als Central Locking System bezeichnet werden. Die Drehbarkeit der Antriebseinheit um die vertikale Achse ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie entweder frei oder durch die Drehsperre gesperrt ist. Die Drehbarkeit der Antriebseinheit um die vertikale Achse ist bevorzugt antriebslos, sodass sie nicht durch einen Drehantrieb bewirkt werden kann.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsplattform umfasst die mindestens eine Antriebseinheit zwei Motoren. Die beiden Motoren sind jeweils zum individuellen Antrieb eines der mindestens zwei Räder der Antriebseinheit ausgebildet. Die beiden Motoren weisen bevorzugt eine gemeinsame Achse auf. Die Motoren sind bevorzugt jeweils durch einen Radnabenmotor gebildet, welcher mit dem jeweiligen Rad eine Einheit bildet. Die Radnabenmotoren können jeweils ein Getriebe aufweisen oder für einen getriebelosen Direktantrieb ausgebildet sein. Alternativ bevorzugt sind die Motoren jeweils über ein Riemengetriebe mit dem jeweiligen Rad verbunden.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsplattform weisen die mindestens zwei Räder der Antriebseinheit eine gemeinsame Radachse auf. Somit rotieren die mindestens zwei Räder um eine gemeinsame Achse und sind grundsätzlich in dieselbe Richtung ausgerichtet. Die mindestens zwei Räder sind auf der gemeinsamen Radachse bevorzugt nebeneinander und beabstandet angeordnet. Die mindestens zwei Räder sind bevorzugt gleich.
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Die vertikale Achse, um welche die Antriebseinheit drehbar ist, schneidet bevorzugt die gemeinsame Radachse. Die vertikale Achse, um welche die Antriebseinheit drehbar ist, schneidet die gemeinsame Radachse in einer nominellen Stellung bevorzugt in einem rechten Winkel. Die vertikale Achse, um welche die Antriebseinheit drehbar ist, schneidet die gemeinsame Radachse in einer nominellen Stellung bevorzugt in einem rechten Winkel mittig zwischen den beiden Rädern.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsplattform ist die gemeinsame Radachse um eine senkrecht zur gemeinsamen Radachse angeordnete horizontal ausgerichtete Achse schwenkbar, sodass sich die Radachse mit den mindestens zwei Rädern an Bodenunebenheiten anpassen kann und die mindestens zwei Räder immer Bodenkontakt haben. Diese Schwenkbarkeit kann auch als Tilting bezeichnet werden. In der nominellen Stellung ist die Radachse horizontal ausgerichtet.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsplattform umfasst die Antriebseinheit mindestens eine Bremse zum individuellen Bremsen jeweils eines der mindestens zwei Räder. Die mindestens eine Bremse ist bevorzugt steuerbar; insbesondere elektrisch steuerbar. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsplattform umfasst die Antriebseinheit zwei Bremsen, welche jeweils zum individuellen Bremsen eines der beiden Räder ausgebildet sind. Somit ist jedem der beiden Räder eine der beiden Bremsen zugeordnet. Die mindestens eine Bremse ist bevorzugt jeweils durch eine Friktionsbremse oder durch eine Rekuperationsbremse gebildet.
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Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsplattform umfassen eine Federung, welche zwischen die Antriebseinheit und ein Fahrgestell der Antriebsplattform eingespannt ist. Aufgrund der Federung ist der Abstand zwischen der gemeinsamen Radachse bzw. den Rädern und dem Fahrgestell veränderbar, wobei diese Abstandsänderung federbelastet ist, sodass gewährleistet ist, dass die Räder auch bei Bodenunebenheiten immer einen Bodenkontakt haben. Bei der Federung handelt es sich bevorzugt um eine Druckfeder. Die Federung ist bevorzugt in der vertikalen Achse, um welche die Antriebseinheit drehbar ist, angeordnet. Die Federung ist bevorzugt durch ein Federbein gebildet.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsplattform ist die Antriebseinheit an einer vertikalen Säule am Fahrgestell aufgehängt. Die Säule ist in der vertikalen Achse, um welche die Antriebseinheit drehbar ist, angeordnet. Die Säule und die Federung sind bevorzugt koaxial angeordnet. Die Federung wirkt bevorzugt in der Achse der vertikalen Säule. Die Länge der Säule ist bevorzugt veränderbar, wobei diese Längenveränderung durch die Federung federbelastet ist.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsplattform ist die Antriebseinheit bezogen auf eine Fahrtebene der Antriebsplattform mittig angeordnet, wobei die mindestens zwei als Schwenkräder fungierenden Radanordnungen bezogen auf die Fahrtebene um die Antriebseinheit herum verteilt sind. Bei der Fahrtebene handelt es sich um diejenige Ebene, in welcher die Antriebsplattform bzw. das Fahrzeug bewegt werden kann. Die Fahrtebene wird somit durch den Boden definiert. Die Fahrtebene umfasst alle möglichen Fahrtrichtungen. Das Fahrgestell ist bezogen auf seine flächige Ausdehnung bevorzugt parallel zur Fahrtebene ausgerichtet.
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Die Drehsperre ist bevorzugt elektrisch aktivierbar oder deaktivierbar. Die Drehsperre kann entweder so ausgebildet sein, dass sie in einem stromlosen Zustand entsperrt ist oder dass sie in einem stromlosen Zustand gesperrt ist. Die zweite Variante weist den Vorteil auf, dass die Drehsperre nur bei einer relativen Bewegung der Antriebsplattform bestromt werden muss.
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Die Drehsperre umfasst bevorzugt eine Hydraulik zu deren Betätigung. Die Drehsperre umfasst bevorzugt mindestens einen Aktuator, welcher zwischen die Antriebseinheit und das Fahrgestell eingespannt ist. Der mindestens eine Aktuator weist bevorzugt Komponenten auf, welche fest mit der Antriebseinheit oder fest mit dem Fahrgestell verbunden sind.
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Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsplattform umfassen mehrere der Antriebseinheiten. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsplattform umfassen zwei der Antriebseinheiten. Die beiden Antriebseinheiten sind bevorzugt gleich. Die beiden Antriebseinheiten sind bevorzugt beabstandet in einem bezogen auf die Fahrtebene der Antriebsplattform mittleren Bereich der Antriebsplattform angeordnet, wobei die bevorzugt vier der als Schwenkräder fungierenden Radanordnungen bezogen auf die Fahrtebene um die Antriebseinheiten herum verteilt sind.
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Die Motoren sind bevorzugt jeweils durch einen modularen Axialflussmotor gebildet.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist omnidirektional steuerbar, sodass es in eine beliebige Richtung innerhalb einer Fahrtebene fahrbar ist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein automatisiertes Landfahrzeug (Automated Ground Vehicle). Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst die erfindungsgemäße Antriebsplattform. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrzeuges umfassen eine der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsplattform .
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Die einzige Fig. zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radanordnung 01, welche an einem nur teilweise dargestellten Fahrgestell 02 einer erfindungsgemäßen Antriebsplattform mit mehreren Schrauben 03 befestigt ist. Die Radanordnung 01 umfasst eine Kugelrolle 04, welche eine Kugel 06 und eine zylinderförmige Kugelführung 07 umfasst. Die Kugelführung 07 dient als ein Käfig für die Kugel 06. Die Kugel 06 rollt über einen Boden 08. Die Kugelführung 07 ist fest mit einer Führungsstange 09 verbunden, welche von der Kugelführung 07 getragen wird. Die Führungsstange 09 umfasst eine Schraubhülse 11, mit welcher sie in einem ersten Hülsenabschnitt 12 einer Führungshülse 13 verschiebbar gelagert ist. Der erste Hülsenabschnitt 12 der Führungshülse 13 ragt in eine schraubenförmige Feder 14, welche zwischen der Kugelführung 07 und einem Federanschlag 16 eingespannt ist. Der Federanschlag 16 weist ein erstes Gewinde 17 auf, welches auf einem auf dem ersten Hülsenabschnitt 12 der Führungshülse 13 ausgebildeten zweiten Gewinde 18 sitzt. Durch ein Schrauben des Federanschlages 16 kann der Federanschlag 16 verstellt werden, um eine Vorspannung der Feder 14 zu verändern. Die Schraubhülse 11 weist einen Kopf 19 auf, welcher einen Endanschlag bildet, sodass die Führungsstange 09 nicht durch die Feder 14 aus der Führungshülse 13 herausgetrieben werden kann. Durch ein Abschrauben der Schraubhülse 11 kann die Führungsstange 09 aus der Führungshülse 13 herauszogen werden, wodurch auch die Feder 14 freigegeben wird, sodass die Feder 14 gegen eine andere Feder (nicht gezeigt) mit einer anderen Federkonstante getauscht werden kann.
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In einem zweiten Hülsenabschnitt 21 der Führungshülse 13 weist diese einen größeren Außendurchmesser und einen größeren Innendurchmesser als im ersten Hülsenabschnitt 12 auf. Im zweiten Hülsenabschnitt 21 ist die Führungshülse 13 an einer Befestigungsplatte 22 befestigt. Hierfür weist die Führungshülse 13 ein Befestigungsgewinde 23 auf, welches auf ein Trägergewinde 24 an der Befestigungsplatte 22 aufgeschraubt ist. Auf das Trägergewinde 24 ist zudem eine Kontermutter 26 aufgeschraubt, mit welcher die Führungshülse 13 auf dem Trägergewinde 24 gekontert ist. Somit kann die Führungshülse 13 unterschiedlich weit auf das Trägergewinde 24 aufgeschraubt und dort mit der Kontermutter 26 fixiert werden. Hierdurch kann der Abstand zwischen der Kugel 06 und dem Fahrgestell 02 verändert werden. Die Befestigungsplatte 22 ist mit den Schrauben 03 am Fahrgestell 02 befestigt.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Radanordnung
- 02
- Fahrgestell
- 03
- Schraube
- 04
- Kugelrolle
- 05
- -
- 06
- Kugel
- 07
- Kugelführung
- 08
- Boden
- 09
- Führungsstange
- 10
- -
- 11
- Schraubhülse
- 12
- erster Hülsenabschnitt
- 13
- Führungshülse
- 14
- Feder
- 15
- -
- 16
- Federanschlag
- 17
- erstes Gewinde
- 18
- zweites Gewinde
- 19
- Kopf
- 20
- -
- 21
- zweiter Hülsenabschnitt
- 22
- Befestigungsplatte
- 23
- Befestigungsgewinde
- 24
- Trägergewinde
- 25
- -
- 26
- Kontermutter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 107672398 A [0002]
- CN 208515297 U [0003]
- US 2018/0072212 A1 [0004]
- CN 202243772 U [0005]
- CN 108790649 A [0006]
- CN 109094321 A [0007]
- DE 102019132820 [0008]
- DE 102019132821 [0009]
