DE19721093A1 - Fahrzeug mit Drehkraft übertragenden Armen zum Auf- und Abwärtsbefahren von Treppen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein zum Auf- und Abwärtsbefahren von Treppen geeignetes Fahrzeug, das in der Lage ist, Treppen­ stufen aufwärts und abwärts zu fahren.

Es ist bereits ein treppengängiges Fahrzeug vorgeschlagen worden, das als Raupenfahrzeug mit mehreren Rädern am unteren Teil des Fahrzeugkörpers ausgebildet ist. Um die Räder ist ein Gurt gelegt, an dessen Außenseite Krallen o. dgl. ausgebildet sind. Der Gurt läuft um die Räder um und ermöglicht dabei ein Befahren von Treppen.

Bei einem anderen bereits vorgeschlagenen treppengängigen Fahrzeug sind Drehteile drehbar an dem Fahrzeugkörper mon­ tiert, und an den Drehteilen sind mehrere Räder exzentrisch zur Achse der Drehteile angebracht. Bei diesem treppengän­ gigen Fahrzeug werden die Drehteile um die vorn liegenden Räder gedreht, so daß die anderen Räder auf die Oberseite der nächsten Stufe bewegt werden. Durch Wiederholung dieses Vorgangs kann das Fahrzeug die Treppe auf- und abwärts fahren.

Da bei dem als Raupenfahrzeug ausgebildeten Fahrzeug die Gurtkrallen an den Kanten der Stufen der zu befahrenden Treppe einhaken, können die Stufenflächen der Treppen be­ schädigt werden. Mit dem treppengängigen Fahrzeug, das mit mehreren umlaufenden Rädern die Treppe befährt, kann eine Beschädigung der Treppenstufen vermieden werden. Da jedoch die Stufenhöhe der von dem Fahrzeug befahrbaren Treppe durch die Größe der Drehteile oder der Räder begrenzt ist, müssen ausreichend große Drehteile oder Räder vorgesehen werden. Dies führt zu einer Vergrößerung des Fahrzeugs, wodurch dessen Gewicht nicht niedrig gehalten werden kann und die Konstruktionsmöglichkeiten begrenzt sind. Weil sich ferner der Fahrzeugkörper entsprechend der Drehung der Drehteile auf- und abbewegt, ist das Fahren sowohl unbequem als auch unsicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein treppengängi­ ges Fahrzeug zu schaffen, das eine Treppe auch dann auf- und abwärts fahren kann, wenn die Stufenhöhe der Treppe größer ist als der Durchmesser der Räder, und das eine sehr hohe Fahrsicherheit ohne vertikale Schwingungen besitzt. Ferner soll ein vorteilhaftes Verfahren für den Steuerungsablauf bei einem treppengängigen Fahrzeug geschaffen werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Ansprüche 1 bzw. 7. Die übrigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen eines treppengängigen Fahrzeugs zum Gegenstand.

Erfindungsgemäß besitzt ein für das Aufwärts- und Abwärtsbe­ fahren von Treppen geeignetes Fahrzeug einen Fahrzeugkörper sowie eine vordere und eine hintere Hauptwelle, die am vor­ deren bzw. hinteren Teil des Fahrzeugkörpers drehbar ange­ bracht sind. Am rechten und am linken Ende jeder Hauptwelle ist jeweils ein vorderer bzw. hinterer Arm angebracht, der gegenüber der jeweiligen Hauptwelle drehbar ist. Die vorde­ ren und die hinteren Arme weisen jeweils zwei Räder auf, die an den Enden des Arms drehbar angebracht sind, sowie Mittel zur Übertragung von Drehkraft von den Hauptwellen auf die Räder. Ferner ist eine Einrichtung zum Beaufschlagen der Hauptwellen mit einer Drehkraft vorgesehen.

Vorzugsweise weist jedes der Drehkraft übertragenden Mittel mehrere Zahnräder auf, die in jedem der Arme die Hauptwelle mit den Rädern verbinden.

Dabei sind vorzugsweise folgende Zahnräder vorgesehen:
ein erstes Zahnrad, das an einer der Hauptwellen innerhalb des zugehörigen Armes befestigt ist,
ein Paar zweiter Zahnräder, die in dem Arm an gegenüberlie­ genden Seiten des ersten Zahnrades angeordnet und zur gegen­ läufigen Drehung mit dem ersten Zahnrad in Eingriff sind,
ein Paar dritter Zahnräder, die in dem Arm angeordnet und an jeweils einem der Räder befestigt sind, und von denen jedes mit einem der zweiten Zahnräder in Eingriff ist,
wobei das erste, die zweiten und die dritten Zahnräder ein vorgegebene s Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Zahnrad und den dritten Zahnrädern ausbilden.

Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Zahnrad und den dritten Zahnrädern ist vorzugsweise so ausgebildet, daß dann, wenn eines der Räder mit einer senkrechten Fläche in Kontakt kommt, der zugehörige Arm sich in einer Richtung dreht, die der Drehrichtung der Hauptwelle entspricht.

Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Zahnrad und den dritten Zahnrädern kann auch so ausgebildet sein, daß dann, wenn eines der Räder mit einer senkrechten Fläche in Kontakt kommt, der zugehörige Arm sich in einer Richtung dreht, die der Drehrichtung der Hauptwelle entgegengesetzt ist.

Alternativ kann das die Drehkraft übertragende Mittel fol­ gende Bauteile aufweisen:
ein erstes Zahnrad, das an einer der Hauptwellen innerhalb des zugehörigen Armes befestigt ist,
jeweils eine die Änderung der Übersetzung bewirkende Ein­ richtung an den gegenüberliegenden Seiten des ersten Zahn­ rades innerhalb des Armes, wobei jede der Einrichtungen mit dem ersten Zahnrad in Eingriff ist,
ein Paar dritter Zahnräder, die in dem Arm angeordnet und an jeweils einem der Räder befestigt sind, und von denen jedes mit einer der Einrichtungen zum Ändern der Übersetzung in Eingriff ist,
wobei die Einrichtungen zum Ändern der Übersetzung wahlweise das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Zahnrad und den dritten Zahnrädern ändern.

Das erfindungsgemäße Verfahren für den Steuerungsablauf bei einem Fahrzeug zum Auf- und Abwärtsbefahren von Treppenstu­ fen weist folgende Schritte auf:
Steuern der Drehung von Rädern, von denen jeweils zwei an einem Arm befestigt sind, wobei der Arm an einer drehbaren Welle angebracht ist, die sich ihrerseits an einem Fahrzeug­ körper befindet, welcher mehrere drehbare Wellen trägt, wo­ bei ferner der Arm gegenüber der drehbaren Welle drehbar ist und die Räder gegenüber dem Arm drehbar sind und innerhalb des Arms Mittel zur Übertragung von Drehkraft auf die Räder vorgesehen sind,
Erfassen der Annäherung an eine Treppenstufe mittels in den Fahrzeugkörper eingebauter Sensoren,
Festlegen eines von zwei Modi zum Aufsteigen der Stufen in Abhängigkeit von den Signalen der Sensoren und Einstellen der Arme, wobei der Modus entweder ein Kriechmodus ist, bei welchem der Arm um die Hauptwelle verschwenkt wird, wenn der Fahrzeugkörper die Stufen hochsteigt, oder der Modus ein Drehmodus ist, bei welchem der Arm sich um die Hauptwelle dreht, wenn der Fahrzeugkörper die Stufen hochsteigt,
Nehmen der Stufe in dem festgelegten Modus, und
Erfassen der Annäherung an eine nächste Treppenstufe.

Erfindungsgemäß kann das Übersetzungsverhältnis zwischen der Ausgangsdrehung der Hauptwellen und der Drehung der Räder geändert werden. Beispielsweise kann in einer Einstellung die Übersetzung so eingestellt werden, daß die Arme aufgrund des Eingriffs mit einem Stufensatz verschwenken und das Fahrzeug veranlassen, die Stufen in einem Kriechmodus zu befahren, bei dem alle Räder einen im wesentlichen gleich­ bleibenden Kontakt mit der Oberseite und der Vorderseite (senkrechte Seite) der Treppenstufe beibehalten. In einer anderen Einstellung kann die Übersetzung so eingestellt werden, daß die Arme aufgrund des Eingriffs mit einem Stu­ fensatz sich im Drehmodus um die Hauptwellen drehen. Die Übersetzung kann mittels festgelegter Zahnräder in dem Arm dauernd fixiert werden, oder es können Zahnräder in Verbin­ dung mit einer Einrichtung zum Ändern der Übersetzung einge­ setzt werden, so daß der Fahrzeugkörper einen Stufensatz entweder im Kriechmodus oder im Drehmodus befahren kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand verschiedener Ausfüh­ rungsformen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrie­ ben. Dabei zeigt:

Fig. 1 in einer Seitenansicht ein zum Aufwärts- und Ab­ wärtsbefahren von Treppen geeignetes Fahrzeug nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Bodenansicht des in Fig. 1 darge­ stellten Fahrzeugs zum Aufwärts- und Abwärtsbefahren von Treppen, mit der Bodenseite eines mit vier Armen ausgestatteten Fahrzeugs,

Fig. 3 den schematischen Aufbau des Zahnradgetriebes in jedem Arm des in Fig. 1 dargestellten Fahrzeugs,

Fig. 4 ein Blockdiagramm zur Steuerung des in Fig. 1 darge­ stellten Fahrzeugs,

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm für die Steuerung des in Fig. 1 dargestellten Fahrzeugs,

Fig. 6 ein anderes Ablaufdiagramm für die Steuerung des in Fig. 1 dargestellten Fahrzeugs,

Fig. 7A bis 7D das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeug beim Auf­ steigen von Treppenstufen im Kriechmodus,

Fig. 8A bis 8C das in Fig. 7A bis 7D dargestellte Fahrzeug beim weiteren Aufsteigen von Treppenstufen im Kriechmodus,

Fig. 9A bis 9D das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeug beim Auf­ steigen von Treppenstufen im Drehmodus,

Fig. 10A bis 10C das in Fig. 9A bis 9D dargestellte Fahrzeug beim weiteren Aufsteigen von Treppenstufen im Dreh­ modus.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Fahrzeug zum Aufwärts- und Abwärtsbefahren von Treppen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein treppengängiges Fahrzeug mit einer vorderen Hauptwelle 2 und einer hinteren Hauptwelle 3, die am vorderen und hinteren Teil des Fahrzeugköpers 1 dreh­ bar gelagert sind, ferner mit vorderen Armen 4R und 4L, die an dem rechten und dem linken Ende der vorderen Hauptwelle 2 drehbar gelagert sind, und hinteren Armen 5R und 5L, die an dem rechten und dem linken Ende der hinteren Hauptwelle 3 drehbar gelagert sind. Gemäß Fig. 2 sind die vorderen Arme 4R und 4L um die vordere Hauptwelle 2 verschwenkbar, und an ihren in Längsrichtung gegenüberliegenden Enden sind Vorder­ räder 6a und 6b angebracht. Die hinteren Arme 5R und 5L sind um die hintere Hauptwelle 3 verschwenkbar, und an ihren in Längsrichtung gegenüberliegenden Enden sind Hinterräder 7a und 7b angebracht. In der Darstellung der Fig. 1 ist die vordere Seite des Fahrzeugkörpers 1 links und die hintere Seite des Fahrzeugkörpers rechts.

Die Vorderräder 6a und 6b sind mit der vorderen Welle 2 über mehrere Zahnräder verbunden, die innerhalb der vorderen Arme 4R und 4L liegen. Die Hinterräder 7a und 7b sind mit der hinteren Welle 3 über mehrere Zahnräder verbunden, die in­ nerhalb der hinteren Arme 5R und 5L liegen.

Die vordere Hauptwelle 2 und die hintere Hauptwelle 3 können durch einen vorderen Motor 8 und einen hinteren Motor 9, die beide in dem Fahrzeugkörper 1 untergebracht sind, in Vor­ wärts- und Rückwärts-Drehrichtung angetrieben werden. Ferner hat der Fahrzeugkörper 1 einen (nicht dargestellten) Lenkme­ chanismus, um die Vorderräder 6a und 6b zu lenken.

Im oberen Teil des Fahrzeugkörpers 1 befinden sich ein Sitz 10 und ein Bedienungspult 11. Das Bedienungspult 11 enthält einen Hebel zum Lenken der Vorderräder 6a und 6b, einen Hauptschalter, einen Hebel zum Regeln der Fahrzeuggeschwin­ digkeit, einen Bremsschalter, ein Anzeigeteil sowie weitere Schalter.

Fig. 3 zeigt einen Satz von Übersetzungszahnrädern für den vorderen Arm 4L an der linken Seite der vorderen Hauptwelle 2. Die vier Arme 4L, 4R, 5L und 5R haben dieselbe Ausbildung und denselben Aufbau. Demgemäß bezieht sich die Beschreibung des vorderen Arms 4L in gleicher Weise auch auf die anderen Arme 4R, 5L und 5R.

Ein erstes Zahnrad 12 ist an der vorderen Hauptwelle 2 befe­ stigt und dreht sich mit dieser. Zweite Zahnräder 13a und 13b sind drehbar im vorderen Arm 4L gelagert und sind mit dem ersten Zahnrad 12 in Eingriff. Die zweiten Zahnräder 13a und 13b sind mit einem auf der Welle des vorderen Rades 6a befestigten dritten Zahnrad 14a bzw. mit einem auf der Welle des vorderen Rades 6b befestigten dritten Zahnrad 14b in Eingriff.

Wenn der Fahrzeugkörper 1 sich vorwärts bewegen soll (in Fig. 1 nach links), wird das erste Zahnrad 12 infolge der Drehung der vorderen Hauptwelle 2 in der in Fig. 3 durch den Pfeil A angezeigten Richtung gedreht. Die Drehkraft bewirkt damit eine Drehung des Vorderrades 6b. Wie aus Fig. 3 her­ vorgeht, hat die Drehung des ersten Zahnrades 12 eine von zwei möglichen Wirkungen zur Folge: entweder kann die Dre­ hung des ersten Zahnrades 12 das Vorderrad 6b in einer durch den Pfeil B in Fig. 3 angegebenen Richtung anheben, oder die Drehung des ersten Zahnrades 12 kann das Vorderrad 6b veran­ lassen, einen Druck gegen die gegenüberliegende Fläche wie etwa eine Treppenstufe in Richtung des Pfeiles c auszuüben und damit das Vorderrad 6a veranlassen, sich von der Ober­ seite abzuheben und sich aufwärts zu der nächsthöheren Stu­ fenfläche zu bewegen.

Die in dem vorderen Arm 4L gelagerten Zahnräder sind so aus­ gebildet, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Zahnrad 12 und den dritten Zahnrädern 14a und 14b (Z3/Z1) aus einer Vielzahl von Werten ausgewählt werden kann und die Zahnräder so bemessen sein können, daß Z3/Z1<1 oder Z3/Z1<1, wie es später noch im einzelnen beschrieben wird. Derselbe Aufbau ist für den vorderen Arm 4R und die hinteren Arme 5R und 5L vorgesehen.

Unabhängig davon, ob das Übersetzungsverhältnis in den Armen 4R, 4L, 5R und 5L auf Z3/Z1<1 oder Z3/Z1<1 eingestellt wird, trifft die folgende Beziehung zu. Wenn die Umdrehungszahl (Umdrehungen pro Minute) des ersten Zahnrades 12 in der Richtung des Pfeiles A gleich n1 ist, und die Umdrehungszahl des Armes 4L in der Richtung des Pfeiles B ist gleich n2, dann ist (n1/n2)=1-(Z3/Z1). Wenn das erste Zahnrad 12 sich zusammen mit der Hauptwelle 2 in Richtung des Pfeiles A in Fig. 3 dreht, ist die Umdrehungszahl des ersten Zahnrades 12 größer als Null (n1<0). Wenn daher 1-(Z3/Z1) größer als Null ist, ist die Umdrehungszahl des Arms 4L größer als Null (n2<0). Infolgedessen wird der Arm 4L so gedreht, daß die Vorderräder 6b in der Richtung des Pfeiles B von der Ober­ seite der Stufe abgehoben werden. Wenn 1-(Z3/Z1) weniger als Null ist, ist die Umdrehungszahl des Arms 4L weniger als Null (n2<0). Infolgedessen wird der Arm 4L so gedreht, daß die Vorderräder 6b in der Richtung des Pfeiles C gegen die Oberseite der Stufe gedrückt werden.

Die Arme 4L, 4R, 5L und 5R können mit einer Einrichtung zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses versehen werden, womit das Verhältnis Z3/Z1 wahlweise auf Z3/Z1<1 oder Z3/Z1<1 ge­ ändert werden kann. Zum Beispiel kann gemäß Fig. 3 anstelle der zweiten Zahnräder 13a und 13b wahlweise eine Einrichtung zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses eingesetzt werden, die das Verhältnis Z3/Z1 verändert.

Bei bestimmten Anwendungsbereichen des Erfindungsgegenstan­ des kann es wünschenswert sein, daß die Arme 4L, 4R, 5L und 5R ein festes Übersetzungsverhältnis Z3/Z1 aufweisen, das für die spezielle Anwendung vorgegeben ist. Beispielsweise kann die Bewegung der Arme 4L, 4R, 5L und 5R in Richtung des Pfeils B in Fig. 3 wünschenswert sein, wenn der Benutzer normalerweise sich auf Stufen auf- und abbewegt, bei denen die Bewegung der Arme 4L, 4R, 5L und 5R in der in durch den Pfeil B angegebenen Richtung für die Ausbildung der Stufen vorteilhaft ist. Desgleichen kann für die Arme 4L, 4R, 5L und 5R ein festes Übersetzungsverhältnis Z3/Z1 wünschenswert sein, das eine Bewegung der Arme 4L, 4R, 5L und 5R in Rich­ tung des Pfeiles C in Fig. 3 ermöglicht, wenn der Benutzer normalerweise sich auf Stufen auf- und abbewegt, bei denen die Bewegung der Arme 4L, 4R, 5L und 5R in der in durch den Pfeil C angegebenen Richtung für die Ausbildung der Stufen vorteilhaft ist.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist das treppengängige Fahrzeug mit einer Steuerung 21 ausgerüstet. Die Steuerung 21 enthält einen Mikrocomputer mit einer CPU, ROM- und RAM-Einheiten u. dgl. Sie ist mit dem Bedienungspult 11 sowie mit vorderen Sensoren 22, hinteren Sensoren 23 und weiteren Eingangs/Aus­ gangs-Elementen 24 verbunden. Die vorderen und die hinteren Sensoren 22, 23 erfassen, ob jedes Rad die Seite der Trep­ penstufe erreicht hat oder nicht und ob jedes Rad sich auf der Oberseite der nächsten Stufe befindet oder nicht. Die Sensoren 22 und 23 können beliebig ausgebildet sein, z. B. als Näherungssensoren, die ein Signal zur Anzeige dafür ab­ geben, daß der Sensor sich nahe an einer Fläche befindet. Die Sensoren 22, 23 sind zur Erfassung von zwei Flächen ausgebildet, eine in einer horizontalen Richtung gegenüber dem Sensor und eine unter dem Sensor. So können die Sensoren 22, 23 das Vorhandensein oder Fehlen einer vertikalen Fläche wie etwa einer Stufenvorderseite und das Vorhandensein oder Fehlen einer horizontalen Fläche unter dem Teil des Fahr­ zeugkörpers 1 erfassen, an dem der Sensor sich befindet.

Die Steuerung 21 ist mit einem Vorderradtreiber 25 verbun­ den, der den Antrieb der Vorderräder 6a und 6b mittels des Motors 8 für die Vorderräder steuert. Desgleichen ist die Steuerung 21 mit einem Hinterradtreiber 26 verbunden, der den Antrieb der Hinterräder 7a und 7b mittels des Motors 9 für die Hinterräder steuert.

Die Steuerung kann ferner wahlweise mit einer Einrichtung 27 zum Ändern des vorderen Übersetzungsverhältnisses verbunden sein, die das Übersetzungsverhältnis des Zahnradgetriebes in den vorderen Armen 4R und 4L einstellt, sowie mit einer Einrichtung 28 zum Ändern des hinteren Übersetzungsverhält­ nisses, die das Übersetzungsverhältnis des Zahnradgetriebes in den hinteren Armen 5R und 5L einstellt, außerdem auch mit einer Bremse 29 zum Abbremsen der Räder.

Die Betriebsweise des treppengängigen Fahrzeugs wird nach­ folgend anhand des Ablaufdiagramms der Fig. 5 erläutert.

Wenn der Hauptschalter auf dem Bedienungspult 11 eingeschal­ tet wird, wird das System im Schritt S1 in den normalen Fahrmodus eingeschaltet.

Im Schritt S2 wird bestimmt, ob der normale Fahrmodus von dem Benutzer ausgewählt worden ist. Ist das der Fall, dann geht der Ablauf zum Schritt S10, worauf die Vorderräder 6 und/oder die Hinterräder 7 entsprechend der Eingabe des Be­ nutzers vorwärts oder rückwärts angetrieben werden.

Im Schritt S3 wird bestimmt, ob der Stopp-Knopf betätigt worden ist. Bei JA geht der Ablauf zum Schritt S11 und die Bremse 29 bremst die Räder ab. Im Schritt S4 wird bestimmt, ob von dem Benutzer der Aufwärtsstufen-Modus ausgewählt wor­ den ist. Bei JA geht der Ablauf zum Schritt S12, in dem der Aufwärtsstufen-Ablauf erfolgt. Im Schritt S5 wird bestimmt, ob der Abwärtsstufen-Modus ausgewählt worden ist. Bei JA geht der Ablauf zum Schritt S13, in dem der Abwärtsstufen- Ablauf erfolgt.

Im Schritt S6 wird bestimmt, ob eine andere Taste oder ein Schalter betätigt worden ist. Bei JA geht der Ablauf zum Schritt S14 und anschließend zum Schritt S2 zurück.

Nunmehr wird der Aufwärtsstufen-Modus beschrieben.

Wenn der Ablauf in den Aufwärtsstufen-Modus eingestellt ist (Fig. 5, Schritt S12), geht die Steuerung 21 in den in Fig. 6 gezeigten Aufwärtsstufen-Modus mit dem Start im Schritte S21. Im Schritt S21 wird eine in einem RAM-Register inner­ halb der Steuerung 21 bestimmte Erfassungszeit T zurückge­ stellt. Die Erfassungszeit T entspricht der vorgegebenen Höhe der Stufen in einer Treppe und kann voreingestellt sein oder wahlweise jedesmal neu bestimmt werden, wenn der Fahr­ zeugkörper 1 eine neue oder unterschiedliche Stufenfolge be­ fährt. Im Schritt S22 wird der vordere Wellenantrieb 25 und/oder der hintere Wellenantrieb 26 für die Vorwärtsfahrt eingeschaltet, so daß der Fahrzeugkörper 1 vorwärts fährt. Im Schritt S23 werden die Signale des vorderen Sensors 22 erfaßt. Es beginnt ein Zählvorgang zur Erfassung der Stufen­ höhe, indem die Erfassungszeit t gemessen wird, die der Zeit entspricht, die für einen Signalwechsel eines zugehörigen Sensors 22 oder 23 benötigt wird, um die Oberseite einer Stufe zu passieren. Wenn beispielsweise der Fahrzeugkörper 1 sich gegenüber einer Treppenstufe aufwärts bewegt, wird die zum Steigen dieser einzelnen Stufe erforderliche Zeit von dem zugehörigen Sensor 22 oder 23 oder von beiden gemessen, bis der zugehörige Sensor die nächste Stufenoberseite er­ faßt. Im Schritt S23 wird festgestellt, ob der vordere Sen­ sor 22 die Seite einer Stufe erfaßt hat oder nicht, z. B. die in Fig. 7A gezeigte Seite E1. Wenn das Vorderrad 6a die Sei­ te der Treppenstufen erreicht hat und der vordere Sensor 22 ein Signal für das Erreichen der Stufenseite abgibt, geht der Ablauf zum Schritt S24 weiter. Im Schritt S24 wird ent­ schieden, ob der Aufwärtsstufen-Modus der Aufwärts-Kriechmo­ dus sein soll oder nicht.

Wenn dabei ein bestimmter Knopf an dem Bedienungspult 11 betätigt wird und der Aufwärts-Kriechmodus angezeigt ist, oder wenn von den Sensoren oder ihrer Rückmeldung in den Motoren 8 und 9 bestimmt wird, daß die Reibungskonstante der Stufenoberseite einen bestimmten Wert überschreitet, wird bestätigt, daß der Kriechmodus ausgewählt ist, und der Ab­ lauf geht weiter zum Schritt S25. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß der Fahrzeugkörper 1 Arme mit einem festen Übersetzungsverhältnis aufweisen kann, womit der Kriechmodus ständig festgelegt ist.

Im Schritt S25 wird die Zahnradanordnung durch die Einrich­ tung 27 zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses an den vor­ deren Zahnrädern geändert, sofern der Fahrzeugkörper 1 mit einer Einrichtung zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses anstelle von Armen mit einem festen Übersetzungsverhältnis ausgestattet ist, so daß das Übersetzungsverhältnis Z3/Z1 jedes Zahnradgetriebes in den vorderen Armen 4R und 4L in geeigneter Weise eingestellt wird. Im Schritt S26 wird das Vorderrad 6a im Kriechmodus angehoben. Dabei veranlaßt die auf das Vorderrad 6b aufgebrachte Drehkraft ein Niederdrüc­ ken des Vorderrades 6b gegenüber den vorderen Armen 4R und 4L. Das Vorderrad 6a dreht sich in einer Aufwärtsbewegung zu einer angrenzenden Stufenoberseite hin, wie etwa die Stufe ST2 in Fig. 7D, wobei es in Kontakt mit der Seite E2 der zu­ gehörigen Stufenvorderseite bleibt. Das Vorderrad 6a bewegt sich aufwärts auf die nächste Stufe ST2. Hierbei geht der Steuerungsablauf weiter zum Schritt S22, um den vorderen Treiber 25 und den hinteren Treiber 26 für die Vorwärtsbewe­ gung des Fahrzeugkörpers 1 zu betätigen.

Wenn im Schritt S23 festgestellt wird, daß der vordere Sen­ sor 22 keine Stufe erfaßt hat, geht der Ablauf weiter zum Schritt S27. Im Schritt S27 wird festgestellt, ob einer der hinteren Sensoren 23 ein das Vorhandensein einer Stufe an­ zeigendes Signal abgegeben hat. Wenn das Hinterrad 7a, wie in Fig. 8A gezeigt, die Seite E1 der Stufe ST1 erreicht hat, geht der Ablauf weiter zum Schritt S28. Im Schritt S28 wird geprüft, ob der Aufwärtsstufen-Modus der Kriechmodus ist oder nicht. Sofern ein entsprechender Knopf an dem Bedie­ nungspult betätigt worden und der Kriechmodus eingestellt ist, oder falls von einem der Sensoren oder der Rückmeldung der Motoren 8 und 9 festgestellt wird, daß die Reibungskon­ stante der Stufenflächen einen bestimmten Wert überschrei­ tet, oder wenn die Arme mit einem feststehenden Überset­ zungsverhältnis ausgestattet sind, welches den Kriechmodus dauernd festlegt, dann ist die Auswahl des Kriechmodus be­ stätigt und der Ablauf geht weiter zum Schritt S29.

Im Schritt S29 wird von der Einrichtung 28 zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses die Zahnradanordnung so einge­ stellt, daß das Übersetzungsverhältnis Z3/Z1 jedes Zahnrad­ getriebes in den Armen 5R und 5L größer als eins ist, wenn wahlweise die Einrichtung zum Ändern des Übersetzungsver­ hältnisses in jedem der Arme vorgesehen ist. Im Schritt S30 wird das Hinterrad 7a im Kriechmodus angehoben. Dabei drückt die auf die Hinterräder 7b aufgebrachte Drehkraft die Hin­ terräder 7b gegenüber den hinteren Armen 5R und 5L nach unten. Die Hinterräder 7a bewegen sich infolgedessen die Stufe ST1 aufwärts, wobei sie mit der Vorderseite E1 der Stufe ST1 in Kontakt sind. Anschließend bewegt sich das Hinterrad 7a aufwärts zu der nächsten Stufe ST1, wie in Fig. 8B dargestellt. Im Schritt S31 wird die die Stufenhöhe er­ fassende Zeit t zurückgestellt. Der Ablauf geht dann wieder zum Schritt S22, um den vorderen Treiber 25 und den hinteren Treiber 26 für die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugkörpers 1 zu betätigen.

Wenn im Schritt S24 ein entsprechender Knopf an dem Bedie­ nungspult 11 betätigt worden ist, um den Drehmodus einzu­ stellen, oder falls von einem der Sensoren o. dgl. festge­ stellt wird, daß die Reibungskonstante der Stufenflächen unterhalb eines bestimmten Wertes liegt, oder wenn die Arme mit einem feststehenden Übersetzungsverhältnis ausgestattet sind, welches den Drehmodus dauernd festlegt, dann befindet sich der Aufstiegsmodus im Drehmodus und der Ablauf geht weiter zum Schritt S32. Im Schritt S32 wird die Zahnradan­ ordnung von der Einrichtung 27 zum Ändern des Übersetzungs­ verhältnisses so eingestellt, daß das Übersetzungsverhältnis Z3/Z1 jedes Zahnradgetriebes in den vorderen Armen 4R und 4L kleiner als 1 ist (sofern die Arme mit der wahlweisen Ein­ richtung zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses ausgerü­ stet sind). Im Schritt S33 bewegen sich die Vorderräder 6b entsprechend der Drehkraft im Drehmodus aufwärts. Die auf die vorderen Arme 4R und 4L aufgebrachte Drehkraft veranlaßt dabei eine Aufwärtsbewegung der Vorderräder 6b. Die Vorder­ räder 6a und 6b drehen sich dabei zusammen mit den vorderen Armen 4R und 4L um die Welle 2, um auf die nächste Stufe zu kommen, wie es in Fig. 9A, 9B, 9C und 9D dargestellt ist. Anschließend geht der Ablauf wieder zum Schritt S22.

Wenn im Schritt S28 an dem Bedienungspult 11 ein entspre­ chender Knopf betätigt worden ist, um den Drehmodus einzu­ stellen, oder falls von dem Sensor o. dgl. festgestellt wird, daß die Reibungskonstante der Stufenflächen unterhalb eines bestimmten Wertes liegt, wird der Aufstiegsmodus als Drehmo­ dus erkannt und der Ablauf geht zum Schritt S34. Im Schritte S34 wird die Zahnradanordnung von der Einrichtung 28 zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses so eingestellt, daß das Übersetzungsverhältnis Z3/Z1 jedes Zahnradgetriebes in den hinteren Armen 5R und 5L kleiner als eins ist (sofern die wahlweise Einrichtung zum Ändern des Übersetzungsverhältnis­ ses vorgesehen ist). Im Schritt S35 bewegen sich die Hinter­ räder 7a und 7b entsprechend der Drehkraft im Drehmodus nach oben. Die auf die hinteren Arme 5R und 5L aufgebrachte Dreh­ kraft veranlaßt dabei eine Aufwärtsbewegung der Hinterräder 7b. Die Hinterräder 7b drehen sich dabei zusammen mit den hinteren Armen 5L und 5R um die Welle 3, um auf die nächste Stufenfläche zu kommen, wie es in Fig. 10A, 10B, und 10C dargestellt ist. Im Schritt S36 wird die die Höhe der Stufen erfassende Zeit t zurückgestellt, und anschließend geht der Ablauf wieder zum Schritt S22.

Wenn im Schritt S27 festgestellt wird, daß der vordere Sen­ sor 22 des Hinterrades 7a nicht eingeschaltet ist, geht der Ablauf weiter zum Schritt S37. Im Schritt S37 wird entschie­ den, ob die Zeit t zur Erfassung der Stufe die vorab einge­ stellte Zeit T überschreitet oder nicht. Wenn die Zeit t zur Erfassung der Stufenhöhe gleich oder kürzer als die vorgege­ bene Zeit T ist, geht der Ablauf zum Schritt S22. Ist die die Stufe erfassende Zeit t länger als die vorgegebene Zeit T, dann geht der Ablauf zum Schritt S38. Im Schritt S38 wird der normale Fahrmodus eingestellt und der Ablauf wird in das in Fig. 5 gezeigte Hauptprogramm zurückgeführt.

Wenn gemäß Fig. 7A im Kriechmodus das Vorderrad 6a die Fläche E1 der Stufe ST1 erreicht und der vordere Sensor 22 ein entsprechendes Signal abgibt, wird das vorgegebene Übersetzungsverhältnis ausgewählt. Das Vorderrad 6a bewegt sich drehend auf der Seite E1 und kommt, wie in Fig. 7B ge­ zeigt, auf die Stufe ST1. Außerdem wird der Fahrzeugkörper 1 vorwärts bewegt, so daß gemäß Fig. 7C das Vorderrad 6a die Fläche E2 der nächsten Stufenfläche erreicht. Wie aus Fig. 7D ersichtlich, wird das Vorderrad 6a an der Fläche E2 ge­ dreht und auf die nächste Stufe ST2 bewegt.

Wenn, wie in Fig. 8A gezeigt, das Hinterrad 7a die Fläche E1 erreicht, wird das Übersetzungsverhältnis jedes Zahnradge­ triebes in den Armen 5R und 5L so eingestellt, daß sich das Hinterrad 7a drehend an der Fläche E1 bewegt. Damit wird das Hinterrad 7a gemäß Fig. 8B auf die Stufe ST1 bewegt. Ent­ sprechend Fig. 8C bewegt sich das Fahrzeug vorwärts und die vorherigen Vorgänge werden wiederholt, so daß das Fahrzeug auf der Treppe aufwärts steigt.

Wenn andererseits im Drehmodus die Vorderräder 6a entspre­ chend Fig. 9A die Fläche E1 erreichen, wird das Überset­ zungsverhältnis so ausgewählt, daß die Drehkraft auf die vorderen Arme 4R und 4L einwirkt. Damit drehen sich wie in Fig. 9B die Vorderräder 6b zusammen mit den vorderen Armen 4R und 4L. Wie aus Fig. 9C ersichtlich, werden die Vorder­ räder 6b auf die Stufenoberfläche ST1 gebracht. Dabei wird das Fahrzeug vorwärts bewegt, und wenn die Vorderräder 6b gemäß Fig. 9D die Fläche E2 erreichen, kann das Überset­ zungsverhältnis an der Seite der Vorderräder 6a geändert werden, so daß in derselben Weise die vorderen Arme 4R und 4L zusammen mit den Vorderrädern 6a rotieren.

Wenn, wie in Fig. 10A gezeigt, die Hinterräder 7a die Fläche E1 erreichen, wird das Übersetzungsverhältnis in jedem Zahn­ radgetriebe in den hinteren Armen 5R und 5L so ausgewählt, daß die Drehkraft auf die hinteren Arme 5R und 5L einwirkt. Damit drehen sich gemäß Fig. 10B und 10C die Hinterräder 7b zusammen mit den hinteren Armen 5R und 5L und werden auf die nächste Stufenoberseite ST1 gebracht. Die vorherigen Vorgän­ ge werden wiederholt, so daß das Fahrzeug auf der Treppe aufwärts steigen kann.

Mit Hilfe dieser Anordnung kann das Fahrzeug sich die Treppe aufwärts bewegen, ohne daß die Kanten der Treppenstufen be­ schädigt werden. Wenn für das Aufsteigen ferner der Kriech­ modus eingestellt ist, kann das Fahrzeug leicht eine Treppe aufwärts steigen, deren Stufen höher sind als der Durchmes­ ser der Räder. Vertikalschwingungen des Fahrzeugkörpers können unterdrückt werden. Das Fahrzeug kann stetig auf der Treppe hochfahren.

Ferner kann das Fahrzeug vorteilhaft auch dann im Drehmodus die Treppe aufwärts fahren, wenn die Reibungskonstante der Stufenoberflächen niedrig ist und wenn die Stufen glatt sind.

Erfindungsgemäß sind mindestens drei Ausbildungen möglich. In einer ersten Ausbildung wird das Übersetzungsverhältnis Z3/Z1 des ersten Zahnrades 12 zu den dritten Zahnrädern 14a und 14b auf größer als 1 festgelegt. Dies bewirkt, wie oben beschrieben, daß die Arme 4L, 4R, 5L und 5R entsprechend den Fig. 7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 8B und 8C auf der Treppe im Kriech­ modus aufsteigen. In einer zweiten Ausbildung wird das Über­ setzungsverhältnis Z3/Z1 des ersten Zahnrades 12 zu den dritten Zahnrädern 14a und 14b auf weniger als 1 festgelegt. Dies bewirkt, wie oben beschrieben, daß die Arme 4L, 4R, 5L und 5R entsprechend den Fig. 9A, 9B, 9C, 9D, 10A, 10B und 10C auf der Treppe im Drehmodus aufsteigen. In einer dritten Ausbildung können die Arme 4L, 4R, 5L und 5R wahlweise mit einer Einrichtung zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses versehen werden, die es ermöglicht, das Übersetzungsverhält­ nis Z3/Z1 in Abhängigkeit von dem gewünschten Einsatz des Erfindungsgegenstandes auf einen Wert größer oder kleiner als 1 einzustellen.

Die verschiedenen Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes haben jeweils ihre spezifischen Vorteile. So ist bei einem Übersetzungsverhältnis Z3/Z1 größer als 1 und dem Befahren der Treppen im Kriechmodus das Fahren weich und etwas schneller als im Drehmodus. Wenn jedoch die Reibungskonstan­ te der Stufenoberfläche derart ist, daß die Räder des Fahr­ zeugkörpers 1 rutschen könnten, kann die Anwendung des Kriechmodus nicht sicher sein. Wenn daher die Reibungskon­ stante der Stufenfläche niedrig ist, sollte der Drehmodus verwendet werden und das Übersetzungsverhältnis Z3/Z1 sollte niedriger als 1 sein, damit die Arme beim Kontakt mit den Treppenstufen sich um die Hauptwellen drehen.

Da bei dem erfindungsgemäßen treppengängigen Fahrzeug die beiden an jedem Arm angebrachten Räder und die Hauptwelle durch die Einrichtung zum Übertragen der Drehkraft mitein­ ander verbunden sind und die Arme drehbar gehalten werden, kann das Übersetzungsverhältnis der Antriebskraft durch die Einrichtung zum Ändern der Übersetzung eingestellt werden, so daß das Fahrzeug den Kriechmodus auswählt, in dem es an der senkrechten Fläche der Stufe aufwärts kriecht.

Das Fahrzeug kann dementsprechend auch Treppen steigen, deren Stufen höher sind als der Durchmesser der Räder. Bei der Aufwärtsfahrt auf und über die Stufen wird eine Auf- und Abwärtsbewegung des Fahrzeugkörpers auf stabile Weise ver­ hindert.

Ferner kann auch dann, wenn die Reibungskonstante der Stufen gering ist und die Stufen glatt sind, das Fahrzeug die Trep­ pe im Drehmodus aufwärts fahren.

Zusammengefaßt besitzt treppengängiges Fahrzeug zum Auf- und Abwärtsbefahren von Treppenstufen mit einer größeren Höhe als der Raddurchmesser Hauptwellen 2, 3, die am vorderen bzw. hinteren Fahrzeugteil drehbar gelagert sind. An der vorderen Hauptwelle sind vordere Arme 4L, 4R und an der hinteren Hauptwelle sind hintere Arme 5L, 5R angebracht, die sich gegenüber den Hauptwellen drehen können. An den vorde­ ren Armen sind Vorderräder 6a, 6b und an den hinteren Armen sind Hinterräder 7a, 7b angebracht. Drehkraft wird von jeder Hauptwelle über ein mit der Hauptwelle verbundenes erstes Zahnrad 12, zweite Zahnräder 13a, 13b und dritte Zahnräder 14a, 14b auf die Räder übertragen, wobei sämtliche Zahnräder in den Armen untergebracht und die dritten Zahnräder 14a, 14b mit den Rädern verbunden sind. Von dem Übersetzungs­ verhältnis der Zahnräder hängt es ab, ob das Fahrzeug die Treppe im Kriechmodus oder im Drehmodus befährt.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich.

Claims (7)

1. Fahrzeug zum Auf- und Abwärtsbefahren von Treppenstufen, gekennzeichnet durch:
einen Fahrzeugkörper (1)
eine vordere und eine hintere Hauptwelle (2, 3), die am vorderen bzw. hinteren Teil des Fahrzeugkörpers (1) drehbar angebracht sind,
vordere hintere Arme (4R, 4L, 5R, 5L), die am rechten und am linken Ende jeder Hauptwelle (2, 3) drehbar angebracht sind und sich gegenüber der jeweiligen Hauptwelle drehen können,
jeweils zwei Räder (6a, 6b, 7a, 7b), die an den gegenüber­ liegenden Enden jedes Arms (4R, 4L, 5R, 5L) drehbar ange­ bracht sind, sowie Mittel zur Übertragung von Drehkraft von den Hauptwellen auf die Räder, und
Einrichtungen (8, 9) zum Beaufschlagen der Hauptwellen (2, 3) mit einer Drehkraft.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Drehkraft übertragenden Mittel mehrere Zahnräder (12, 13, 14) aufweist, die in jedem der Arme (4R, 4L, 5R, 5L) die Hauptwelle (2, 3) mit den Rädern (6a, 6b, 7a, 7b) verbinden.

3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Zahnräder vorgesehen sind:
ein erstes Zahnrad (12), das an einer der Hauptwellen (2, 3) innerhalb des zugehörigen Armes (4R, 4L, 5R, 5L) befestigt ist,
ein Paar zweiter Zahnräder (13a, 13b), die in dem Arm an gegenüberliegenden Seiten des ersten Zahnrades (12) angeord­ net und zur gegenläufigen Drehung mit dem ersten Zahnrad in Eingriff sind,
ein Paar dritter Zahnräder (14a, 14b), die in dem Arm ange­ ordnet und an jeweils einem der Räder (6a, 6b, 7a, 7b) befe­ stigt sind, und von denen jedes mit einem der zweiten Zahn­ räder (13a, 13b) in Eingriff ist,
wobei das erste, die zweiten und die dritten Zahnräder ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis (Z3/Z1) zwischen dem ersten Zahnrad (12) und den dritten Zahnrädern (14a, 14b) ausbilden.

4. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis (Z3/Z1) zwischen dem ersten Zahn­ rad (12) und den dritten Zahnrädern (14a, 14b) so ausgebil­ det ist, daß dann, wenn eines der Räder mit einer senkrech­ ten Fläche in Kontakt kommt, der zugehörige Arm sich in einer Richtung dreht, die der Drehrichtung der Hauptwelle (2, 3) entspricht.

5. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis (Z3/Z1) zwischen dem ersten Zahn­ rad (12) und den dritten Zahnrädern (14a, 14b) so ausgebil­ det ist, daß dann, wenn eines der Räder mit einer senkrech­ ten Fläche in Kontakt kommt, der zugehörige Arm sich in einer Richtung dreht, die der Drehrichtung der Hauptwelle (2, 3) entgegengesetzt ist.

6. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkraft übertragenden Mittel folgende Bauelemente aufweisen:
ein erstes Zahnrad (12), das an einer der Hauptwellen (2, 3) innerhalb des zugehörigen Armes (4R, 4L, 5R, 5L) befestigt ist,
jeweils eine Einrichtung (27, 28) zum Ändern des Überset­ zungsverhältnisses an den gegenüberliegenden Seiten des ersten Zahnrades (12) innerhalb des Armes, wobei jede der Einrichtungen mit dem ersten Zahnrad in Eingriff ist,
ein Paar dritter Zahnräder (14a, 14b), die in dem Arm ange­ ordnet und an jeweils einem der Räder (6a, 6b, 7a, 7b) befe­ stigt sind, und von denen jedes mit einer der Einrichtungen (27, 28) zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses in Ein­ griff ist,
wobei die Einrichtungen (27, 28) zum Ändern des Überset­ zungsverhältnisses wahlweise das Übersetzungsverhältnis (Z3/Z1) zwischen dem ersten Zahnrad (12) und den dritten Zahnrädern (14a, 14b) ändern.

7. Verfahren für den Steuerungsablauf bei einem Fahrzeug zum Auf- und Abwärtsbefahren von Treppenstufen, gekennzeich­ net durch folgende Schritte:
Steuern der Drehung von Rädern (6a, 6b, 7a, 7b), von denen jeweils zwei an einem Arm (4R, 4L, 5R, 5L) befestigt sind, wobei der Arm an einer drehbaren Welle (2, 3) angebracht ist, die sich ihrerseits an einem Fahrzeugkörper (1) befin­ det, welcher mehrere drehbare Wellen (2, 3) trägt, wobei ferner der Arm gegenüber der drehbaren Welle drehbar ist und die Räder gegenüber dem Arm drehbar sind und innerhalb des Arms Mittel zur Übertragung von Drehkraft auf die Räder vor­ gesehen sind,
Erfassen der Annäherung an eine Treppenstufe (ST1, ST2) mittels in den Fahrzeugkörper (1) eingebauter Sensoren (22, 23),
Festlegen eines von zwei Modi zum Aufsteigen der Stufen in Abhängigkeit von den Signalen der Sensoren (22, 23) und Ein­ stellen der Arme, wobei der Modus entweder ein Kriechmodus ist, bei welchem der Arm um die Hauptwelle verschwenkt wird, wenn der Fahrzeugkörper die Stufen hochsteigt, oder der Modus ein Drehmodus ist, bei welchem der Arm sich um die Hauptwelle dreht, wenn der Fahrzeugkörper die Stufen hoch­ steigt,
Nehmen der Stufe in dem festgelegten Modus, und
Erfassen der Annäherung an eine nächste Treppenstufe.