DE202016003870U1

DE202016003870U1 - Steighilfevorrichtung für ein Rad

Info

Publication number: DE202016003870U1
Application number: DE202016003870.3U
Authority: DE
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2017-09-22
Anticipated expiration: 2026-06-22
Also published as: WO2017220546A1

Abstract

Steighilfevorrichtung (1; 2) für zumindest ein Rad (10) eines Fahrgeräts, umfassend: Einen starren Schwenkhebel (20), welcher ein erstes Schwenkhebelende (22) und ein zweites Schwenkhebelende (24) aufweist, wobei der Schwenkhebel (20) drehbar gelagert ist, und zumindest einem Rad (10) derart zugeordnet werden kann, dass das erste Schwenkhebelende (22) in Fahrtrichtung (A) über den Radumfang des Rades (10) übersteht, um in Fahrtrichtung (A) mit einem Hindernis (100) eingreifen zu können, so dass das Rad (10) auf das Hindernis (100) hinauf geführt werden kann, und wobei der Schwenkhebel (20) dem zumindest einem Rad (10) weiterhin derart zugeordnet werden kann, dass das zweite Schwenkhebelende (24) entgegen der Fahrtrichtung (A) über den Radumfang des Rades (10) übersteht, um mit einem Hindernis (100) eingreifen zu können, so dass das Rad (10) von dem Hindernis (100) herunter geführt werden kann; zumindest einen Aktuator (70; 90) der dazu eingerichtet ist, den Schwenkhebel (20) von einer ersten Position in eine zweite Position zu verschwenken, sodass sich das erste Schwenkhebelende (22) senkt und das zweite Schwenkhebelende (24) hebt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Steighilfevorrichtung für ein Rad, insbesondere für Räder eines Fahrgeräts sowie ein entsprechendes Fahrgerät, wobei die Steighilfevorrichtung zumindest einen Schwenkhebel und einen Aktuator aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Radbasierte Fahrgeräte kommen in vielen Bereichen, wie in der industriellen Automatisierung, zum Einsatz. Beispielsweise sind mobile Plattformen, welche radbasierte Fahrgeräte umfassen, dazu eingerichtet in der Logistik, Produktion oder im Servicebereich Aufgaben erledigen zu können. Insbesondere können mobile Plattformen das Einsatzgebiet von Manipulatoren, wie Industrierobotern, vergrößern, wenn diese auf einer mobilen Plattform angeordnet sind. Neben diesen professionellen Anwendungen sind radbasierte Fahrgeräte auch ein wesentlicher Bestandteil vieler Produkte für den Healthcare- und Assistenzbereich, wie beispielsweise nicht angetriebene Rollatoren oder angetriebene Mobilitätsunterstützungssysteme, wie der KUKA Mobilitätsassistent MAID.
Herkömmliche Fahrgeräte weisen typischerweise ein Räderfahrwerk auf. Grundsätzlich bieten Räderfahrwerke Vorteile beim Fahren auf ebenen Untergründen, können jedoch nur bedingt Hindernisse wie Stufen und/oder Schwellen überfahren. Die Geländegängigkeit von Räderfahrwerken, d. h. deren Eignung zum Überfahren von Hindernissen, ist insbesondere von der Größe der verwendeten Räder abhängig. Um mit einem Räderfahrwerk Hindernisse, wie beispielsweise Treppenstufen oder Bordsteinkanten überfahren zu können, müssen die Räder ausreichend groß gewählt werden, um ein sicheres Überfahren der Hindernisse zu ermöglichen.
Jedoch können herkömmliche radbasierte teilangetriebene Fahrgeräte nur Hindernisse überfahren, die eine Höhe h aufweisen, die kleiner ist als der Radius r des Rades, d. h. h < r. Allradfahrzeuge können derartige Hindernisse gegebenenfalls unter Idealbedingungen überwinden. Daher ist ein grundsätzlicher Ansatz zur Verbesserung der Steigfähigkeit von Rädern die Vergrößerung des Raddurchmessers. In vielen Anwendungsfällen ist dies jedoch aufgrund des begrenzten Bauraums nicht möglich. Weiterhin ist es oftmals wünschenswert, nicht nur das Heben des Rades auf ein Hindernis zu ermöglichen, sondern auch das Herabfahren des Rades von einem Hindernis zu führen, sodass das Rad möglichst sanft auf dem Boden aufsetzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steighilfevorrichtung bereitzustellen, welche die Steigfähigkeit eines Rades und insbesondere von angetriebenen oder manuell geschobenen Fahrgeräten auf Hindernisse hinauf und von Hindernissen herab verbessert. Insbesondere soll die Steighilfevorrichtung sowohl für angetriebene als auch für frei drehende Räder sowie für Lenkrollen, aktiv gelenkte Räder, Räder auf Starrachsen oder in einem Fahrwerk einsetzbar sein. Wobei Räder klassische Räder, Rollen oder Sonderformen von Rädern, wie Mecanum-Räder oder omnidirektionale Räder, sein können. Somit soll ein Einsatz in einem breiten Anwendungsgebiet, insbesondere in der der mobilen Robotik und/oder der Mobilitätsunterstützung von körperlich eingeschränkten Personen (Healthcare) erzielt werden.
Weiterhin bevorzugt soll die Steighilfevorrichtung sowohl beim Hinauf- als auch Herabfahren von einem Hindernis automatisch aktiviert werden und nicht extern, insbesondere nicht durch den Nutzer, ausgelöst werden müssen. Das Hinauf- als auch Herabfahren von einem Hindernis soll dabei in angemessener Geschwindigkeit durchgeführt werden, ohne dass der Nutzer vor einem Hindernis bewusst warten muss. Weiterhin soll die Steighilfevorrichtung gegen Fehlnutzung abgesichert sein und auch ein schräges Anfahren von Hindernissen tolerieren.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird zumindest teilweise durch eine Steighilfevorrichtung nach Anspruch 1 und ein Fahrgerät nach Anspruch 9 gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine Steighilfevorrichtung für zumindest ein Rad eines Fahrgeräts, wobei die Steighilfevorrichtung einen starren Schwenkhebel, welcher ein erstes Schwenkhebelende und ein zweites Schwenkhebelende aufweist umfasst, und wobei der Schwenkhebel drehbar gelagert ist, und zumindest einem Rad derart zugeordnet werden kann, dass das erste Schwenkhebelende in Fahrtrichtung A über den Radumfang des Rades übersteht, um in Fahrtrichtung A mit einem Hindernis eingreifen zu können, sodass das Rad auf das Hindernis hinauf geführt werden kann. Weiterhin kann der Schwenkhebel dem zumindest einem Rad derart zugeordnet werden, dass das zweite Schwenkhebelende entgegen der Fahrtrichtung über den Radumfang des Rades übersteht, um mit einem Hindernis eingreifen zu können, so dass das Rad von dem Hindernis herunter geführt werden kann. Die Steighilfevorrichtung umfasst zudem zumindest einen Aktuator der dazu eingerichtet ist, den Schwenkhebel von einer ersten Position in eine zweite Position zu verschwenken, sodass sich das erste Schwenkhebelende senkt und das zweite Schwenkhebelende hebt.
Fahrgeräte im Sinne der vorliegenden Anmeldung können alle Fahrgeräte sein, die über ein radbasiertes Fahrwerk verfügen. Insbesondere kommen derartige Fahrgeräte in mobilen Roboteranwendungen, wie beispielsweise in mobilen Plattformen, welche einen Industrieroboter führen oder in Mobilitätsassistenzsystemen zum Einsatz.
Der starre Schwenkhebel, welcher ein erstes und ein zweites Schwenkhebelende umfasst weißt typischerweise eine Lagerstelle auf, an welcher er drehbar gelagert ist. Diese Lagerstelle liegt zwischen dem ersten und zweiten Schwenkhebelende. Wird eines der Schwenkhebelenden bewegt, so wird das andere Schwenkhebelende mittels des starren Schwenkhebels entsprechend der Lagerstelle mitbewegt. Insbesondere kann der starre Schwenkhebel dazu eingerichtet sein einseitig, d. h. an einer Seitenfläche des Rades, angeordnet zu werden, oder der Schwenkhebel kann eine Aussparung aufweisen, um das ihm zugeordnete Rad zumindest teilweise zu umschließen. Beispielsweise kann der starre Schwenkhebel einen Rahmen bilden, der das Rad umschließt.
Die Schwenkhebelenden sind dazu eingerichtet mit einem Hindernis einzugreifen, wobei das Eingreifen mit dem Hindernis entweder direkt oder indirekt erfolgen kann. Ein direktes Eingreifen führt zu einem gleitenden Kontakt zwischen dem Schwenkhebelende und dem Hindernis. Bei einem indirekten Eingreifen können an dem Schwenkhebelende/den Schwenkhebelenden weitere Komponenten, wie beispielsweise Rollen, angebracht sein. Das Schwenkhebelende greift dann indirekt, mittels der entsprechenden Komponente mit dem Hindernis ein.
Insbesondere ist das erste Schwenkhebelende, welches in Fahrtrichtung über den Radumfang des Rades übersteht dazu eingerichtet, das Rad auf ein Hindernis hinaufzuheben. Dazu wird das erste Schwenkhebelende auf einer Oberseite des Hindernisses aufgesetzt, sodass das Schwenkhebelende mit dem Hindernis eingreift und anschließend mittels des Aktuators abgesenkt. Somit wird das Rad angehoben und kann auf das Hindernis hinaufgeführt werden.
Entsprechend ist das zweite Schwenkhebelende, welches entgegen der Fahrtrichtung über den Radumfang des Rades übersteht dazu eingerichtet das Rad von einem Hindernis herunterzuführen. Dazu greift das zweite Schwenkhebelende mit dem Hindernis ein, wenn das Rad über eine Kante des Hindernisses hinausgeführt wurde. Aufgrund des zweiten Schwenkhebelendes fällt/fährt das Rad nicht einfach von dem Hindernis herab, da das zweite Schwenkhebelende mit dem Hindernis eingreift und so das Rad über den Schwenkhebel gedämpft herab geführt wird. Dabei wird das zweite Schwenkhebelende relativ zum Rad angehoben. Folglich ist die Bewegungsrichtung des Schwenkhebels relativ zum Rad beim Herunterführen des Rades und beim Heraufführen des Rades von einem Hindernis gleich.
Um in Fahrtrichtung das Herauf- bzw. Herunterführen zu ermöglichen, ist in der ersten Position das erste Schwenkhebelende vorzugsweise derart angeordnet, dass es in vertikaler Richtung vom Boden weiter beabstandet ist als die Drehachse des Rades, welchem der Schwenkhebel zugeordnet ist. Der Abstand zwischen erstem Schwenkhebelende und dem Boden in vertikaler Richtung entspricht der maximalen Steighöhe h_max der Steighilfevorrichtung. Insbesondere soll die maximalen Steighöhe h_max zumindest 120 mm, bevorzugt zumindest 150 mm und am meisten bevorzugt zumindest 210 mm sein. Diese Steighöhen erlauben es ein Fahrgerät auf Hindernisse wie Bordsteine herauf- bzw. herunterführen.
Weiterhin ist das zweite Schwenkhebelende in der ersten Position vorzugsweise so angeordnet, dass es nicht in Bodenkontakt ist. Dabei ist der Abstand des zweiten Schwenkhebelendes zum Boden in vertikaler Richtung so zu wählen, dass das zweite Schwenkhebelende bei Fahrt auf ebenen Untergrund nicht mit dem Boden in Kontakt ist und möglichst rasch mit einem Hindernis beim Herabfahren eingreift. Typischerweise wird das zweite Schwenkhebelende in vertikaler Richtung vom Boden entfernt zumindest 10 mm, bevorzugt zumindest 20 mm und am meisten bevorzugt zumindest 50 mm angeordnet.
Der Aktuator, der den Schwenkhebel von einer ersten Position in eine zweite Position verschwenkt, kann beispielsweise ein Elektromotor sein. Ebenso kann der Aktuator ein Federelement umfassen, welches dazu eingerichtet ist, den Schwenkhebel in nur einer Richtung zu bewegen. Andere Aktuatortypen sind ebenso möglich. Beispielsweise kann der Aktuator ein Bimetall-Element, eine Formgedächtnis-Legierungs-Element, einen Hubzylinder sowie pneumatische, elektrische und/oder hydraulische Aktuatoren umfassen.
Weiterhin kann der Schwenkhebel einem Rad eines Fahrgeräts zugeordnet sein und drehbar um eine Achse des Rades gelagert sein, wodurch Bauraum eingespart werden kann. Insbesondere können die Achse des Rades und die Achse des Schwenkhebels integral ausgeformt sein, wodurch weiterer Bauraum eingespart und die Anzahl der Teile des Fahrgeräts reduziert werden kann.
Ebenso ist es möglich den Schwenkhebel einem Rad eines Fahrgeräts zuzuordnen und drehbar um eine Achse zu lagern, welche nicht der Achse des Rades entspricht. Beispielsweise kann die Achse des Schwenkhebels in vertikaler Richtung um einen Abstand versetzt sein, welcher Abstand vorzugsweise im Bereich von 0 bis 10 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 8 cm und am meisten bevorzugt im Bereich von 4 bis 6 cm liegt. Somit kann die maximale Steighöhe der Steighilfevorrichtung/des Rades gesteigert werden.
Überdies kann an zumindest einem der Schwenkhebelenden eine Rolle angeordnet sein, wobei vorzugsweise zumindest eine der Rollen, und insbesondere die Rolle, die an dem zweiten Schwenkhebelende angeordnet ist, zumindest teilweise umfänglich mit einer Abdeckung abgedeckt ist, wobei die Abdeckung dazu eingerichtet ist, mit einem Hindernis einzugreifen, wenn das Rad von dem Hindernis herunter geführt wird.
Die Bereitstellung von Rollen an einem oder beiden der Schwenkhebelenden ermöglicht ein effizientes Eingreifen mit dem Hindernis, da die Rollen auf dem Hindernis abrollen können. Somit kann ein verbessertes Fahrverhalten erzielt werden. Insbesondere kann die Rolle, die am ersten Schwenkhebelende angeordnet ist, in nur einer Richtung rotierbar eingerichtet sein, sodass beim Heraufführen des Rades auf ein Hindernis ein versehentliches Herabrollen vermieden werden kann.
Die Rolle, welche am zweiten Schwenkhebelende angeordnet ist, kann zudem schwergängig gelagert sein, so dass ein zu schnelles Herabrollen von dem Hindernis verhindert werden kann. Insbesondere bevorzugt kann die Rolle so gelagert sein, dass die Lagerreibung der Rolle winkelabhängig ist. Somit kann beispielsweise unmittelbar nach dem Eingreifen der Rolle mit dem Hindernis eine hohe Lagerreibung bereitgestellt sein, d. h. das Rad ist schwergängig, und mit fortgeschrittenem Herabführen des Rades kann die Rolle mit einer geringeren Lagerreibung bereitgestellt sein, so dass der letzte Teil des Herabfahrens schneller ausgeführt werden kann.
Insbesondere kann weiterhin eine Abdeckung vorgesehen sein, die derart an dem zweiten Schwenkhebelende um die Rolle angeordnet ist, dass beim Herabfahren des Rades von einem Hindernis zunächst die Abdeckung mit dem Hindernis in Eingriff kommt, wodurch ein gleitender Kontakt mit hoher Reibung bereitgestellt wird. Das heißt das Herabführen ist zunächst langsam ausgeführt. Durch die geänderte Winkelstellung des Hebels kann die Abdeckung aus dem Eingriff mit dem Hindernis herausgeführt werden und die Rolle kann mit dem Hindernis eingreifen, so dass der letzte Teil des Hinunterführens schneller ausgeführt werden kann.
Insbesondere können die Rollen, welche an den Schwenkhebelenden angeordnet sind eine breitere Lauffläche aufweisen als das Rad, welchem der Schwenkhebel zugeordnet ist. Somit kann eine Steigfähigkeit bereitgestellt werden, auch wenn das Hindernis nicht lotrecht angefahren wird, sondern beispielsweise unter einem Winkel, welcher im Bereich von 45° bis 90°, bevorzugt im Bereich von 60° bis 90° und am meisten bevorzugt von 75° bis 90° liegt. Der Winkel ist dabei der Winkel, den die Fahrtrichtung A und eine Kante des Hindernisses miteinander einschließen.
Weiterhin kann der Aktuator ein Federelement und ein Rückstellelement umfassen, wobei das Federelement dazu eingerichtet ist, in der ersten Position vorgespannt zu sein und den Schwenkhebel in die zweite Position zu verschwenken, und das Rückstellelement dazu eingerichtet ist das Federelement vorzuspannen.
Das Federelement kann beispielsweise eine Spiralfeder, eine Gasdruckfeder und/oder eine andere Feder sein. Insbesondere zeichnet sich das Federelement dadurch aus, dass es den Schwenkhebel von der ersten Position in die zweite Position bewegen kann. Das Rückstellelement ist insbesondere dazu eingerichtet das Federelement vorzuspannen. Weiterhin kann das Rückstellelement derart ausgebildet sein, dass es die Bewegung des Rades nutzt um das Federelement vorzuspannen. So kann beispielsweise ein Riemen, der um die Achse des Rades gewickelt wird, dazu genutzt werden das Federelement vorzuspannen.
Insbesondere soll das Rückstellelement dazu eingerichtet sein das Federelement in einer Zeitspanne von weniger als 15 Sekunden, bevorzugt von weniger als 10 Sekunden und am meisten bevorzugt von weniger als 5 Sekunden vorzuspannen, sodass der Aktuator nach Ablauf der Zeitspanne wieder bereit ist, den Schwenkhebel von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen, d. h. das Rad beim Hinauffahren auf ein Hindernis zu führen. Das Federelement kann dabei als Druckfeder ausgeformt sein, und zwischen der Lagerstelle des Schwenkhebels und dem ersten Schwenkhebelende mit dem Schwenkhebel eingreifen oder als Zugfeder ausgestaltet sein und zwischen der Lagerstelle des Schwenkhebels und dem zweiten Schwenkhebelende ausgeführt sein, wobei das Federelement in diesen Fällen in vertikaler Richtung über dem Schwenkhebel angebracht ist. Weitere Anordnungen sind ebenso möglich.
Weiterhin kann die Steighilfevorrichtung eine Verriegelungsvorrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, ein den Aktuator zu blockieren. Das Blockieren des Aktuators verhindert ein Verschwenken des Schwenkhebels mittels des Aktuators von der ersten Position in die zweite Position. Die Verriegelungsvorrichtung verhindert somit das versehentliche Auslösen der Steighilfevorrichtung und es kann sichergestellt werden, dass die Steighilfevorrichtung nur dann ein heraufbewegen bzw. herunterbewegen des Rades veranlasst, wenn dies gewünscht ist. Insbesondere kann die Verriegelungsvorrichtung ein Federelement derart blockieren, dass das Federelement in der ersten Position vorgespannt ist. Wird die Verriegelungsvorrichtung entriegelt, so wird das Federelement freigegeben und bewegt den Schwenkhebel von der ersten Position in die zweite Position.
Insbesondere können der Aktuator und der Schwenkhebel derart entkoppelt eingerichtet sein, dass der Schwenkhebel von der ersten Position in die zweite Position verschwenkt werden kann, um das Rad von dem Hindernis herunterzuführen, ohne dabei den Aktuator zu aktivieren. Somit ist es möglich, dass der Schwenkhebel stets passiv verschwenkt werden kann. Ist der Schwenkhebel in der ersten Position, kann das Rad so von einem Hindernis herabgeführt werden, ohne dass der Aktuator aktiviert werden muss. Dies ermöglicht ein Herabfahren von Hindernissen, ohne das Fahren für das Aktivieren des Aktuators unterbrechen zu müssen.
Überdies kann die Steighilfevorrichtung eine Verzögerungsvorrichtung umfassen, wobei die Verzögerungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Verschwenkung des Schwenkhebels von der ersten Position in die zweite Position zu verzögern, wobei die Verzögerungsvorrichtung vorzugsweise eine Federelement und/oder ein geschwindigkeitsabhängiges Dämpferelement umfasst, wobei das Federelement vorzugsweise dazu eingerichtet ist, den Schwenkhebel nach dem Herunterführen des Rades von einem Hindernis von der zweiten Position in die erste Position zu bewegen.
Die Verzögerungsvorrichtung umfasst vorzugsweise ein Federelement, welches wiederum als Druckfeder oder Zugfeder ausgebildet sein kann. Insbesondere ist das Federelement der Verzögerungsvorrichtung dazu eingerichtet eine schwächere Kraft und/oder ein schwächeres Moment auf den Schwenkhebel aufzubringen, als es der Aktuator bzw. das Federelement des Aktuators auf den Schwenkhebel aufgebringt. Somit kann der Aktuator trotz aktiver Verzögerungsvorrichtung den Schwenkhebel bewegen. Nach der Bewegung des Schwenkhebels mittels des Aktuators, d. h. nach dem Heraufsteigen auf eine Stufe und nach erfolgreichem erneuten Vorspannen des Federelements des Aktuators kann dann das Federelement der Verzögerungsvorrichtung den Schwenkhebel von der zweiten Position zurück in die erste Position führen. Ein geschwindigkeitsabhängiges Dämpfungselement kann die Geschwindigkeit des Herabsteigens von einem Hindernis kontrollieren.
Weiterhin kann die Steighilfevorrichtung zumindest einen mechanischen Anschlag umfassen, der das Verschwenken des Schwenkhebels über die erste und/oder die zweite Position hinaus begrenzt, wobei die Steighilfevorrichtung vorzugsweise einen Sensor umfasst, der dazu eingerichtet ist das Erreichen der zweiten Position zu erkennen und zu veranlassen, dass das Verschwenken des Schwenkhebels angehalten und/oder die Richtung des Verschwenkens umgekehrt wird.
Sind mechanische Anschläge oder zumindest ein mechanischer Anschlag vorgesehen, so kann der Schwenkbereich des Schwenkhebels beschränkt werden. Der Anschlag, welcher die erste Position des Schwenkhebels begrenzt, definiert die maximale Steighöhe h_max der Steighilfevorrichtung.
Hierzu kann an zumindest einem mechanischen Anschlag, insbesondere an dem mechanischen Anschlag, der das Verschwenken des Schwenkhebels über die zweite Position hinaus begrenzt, ein elastisch verformbares Element angeordnet sein. Insbesondere kann das elastisch verformbare Element so an dem Anschlag angeordnet sein, dass es beim Verschwenken des Schwenkhebels von der ersten in die zweite Position mit dem Schwenkhebel in Kontakt kommt und anschließend von dem Schwenkhebel elastisch verformt wird.
Der zweite Anschlag, der die zweite Position des Schwenkhebels bestimmt, ist vorzugsweise so angeordnet und ausgebildet, dass der Schwenkhebel die Radunterseite zunächst nur bis unter eine Hindernisoberseite führt, sodass die Radunterseite um den Abstand Δd unter der Hindernisoberseite angeordnet wird. Dazu kann auf dem zweiten Anschlag ein elastisches Element angeordnet sein.
Anschließend kann in diesem Fall das Rad durch weitere Fahrantriebe aufgrund des Radumfangs auf die Stufe/das Hindernis hinaufgefahren werden.
Ist das Rad vollständig auf das Hindernis hinauf gefahren, ist das erste Schwenkhebelende um den Betrag Δd von der Oberseite des Hindernisses beabstandet und der Aktuator kann den erste Schwenkhebel weiter absenken und das elastische Element verformen, bis der zweite Anschlag vollständig erreicht ist. Wird der zweite Anschlag erreicht, kann beispielsweise ein Taster oder ein Sensor betätigt werden, der das Rückstellelement des Aktuators aktiviert, um das Federelement des Aktuators erneut vorzuspannen. Alternativ kann der Aktuator selbst das Rückstellen des Schwenkhebels veranlassen.
Alternativ zu dem Sensor/Taster kann auch eine Zeitüberwachungsvorrichtung wie beispielsweise ein Timer bereitgestellt werden, welcher dazu eingerichtet ist vorzugeben, wie lange der Schwenkhebel von der ersten Position in die zweite Position bewegt werden soll. Ist der Timer abgelaufen, kann der Schwenkhebel wieder zurück in die erste Position bewegt werden. Der Timer oder die Zeitüberwachungsvorrichtung kann dabei elektronische und/oder mechanische Komponenten umfassen.
Durch die Bereitstellung des Abstands Δd durch das elastische Element kann eine Fehlnutzung der Steighilfevorrichtung verhindert werden. Wird beispielsweise die Steighilfevorrichtung aktiviert, ohne dass ein Hindernis in der Nähe ist, so fährt der Schwenkhebel von der ersten Position in die zweite Position ohne ein Heben auszuführen, da das Schwenkhebelende bzw. eine entsprechende Rolle am Schwenkhebelende nicht in Bodenkontakt gebracht wird. Anschließend kann der Schwenkhebel wieder zurück in die zweite Position verfahren werden.
Weiterhin kann die Steighilfevorrichtung zumindest eine Hindernis-Erkennungsvorrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, ein überwindbares Hindernis zu erkennen und den Aktuator dazu zu veranlassen, den Schwenkhebel von der ersten Position in die zweite Position zu verschwenken. Eine Hindernis-Erkennungsvorrichtung ist vorzugsweise derart an der Steighilfevorrichtung angebracht, dass nur überwindbare Hindernisse als Hindernisse erkannt werden, die eine bestimmte Mindesthöhe h_min überschreiten. Dies kann beispielsweise erreicht werden, in dem die Hinderniserkennungsvorrichtung einen Taster umfasst, welcher mechanisch mit einem Hindernis in Kontakt kommen muss um betätigt zu werden. Ist der Taster in der Höhe h_min angebracht, so kommt dieser nur mit Hindernissen in Kontakt, die zumindest eine Höhe h_min aufweisen. Alternativ können auch optische Sensoren und/oder dergleichen zur Erkennung von Hindernissen eingesetzt werden. Weiterhin kann ein entsprechender Taster, bzw. die Hindernis-Erkennungsvorrichtung so angeordnet sein, dass dieser nur mechanisch mit einem Hindernis in Kontakt kommen kann, wenn das Hindernis eine Höhe h aufweist, die kleiner ist als die maximale Steighöhe h_max. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem der Taster in Fahrtrichtung nicht über das erste Schwenkhebelende, bzw. die Rolle am ersten Schwenkhebelende (Steigrolle), übersteht. Somit kann der Aktuator nur dann aktiviert werden, wenn das Hindernis ein überwindbares Hindernis mit h_min ≤ h ≤ h_max ist.
Insbesondere kann die Hindernis-Erkennungsvorrichtung ein rein mechanisches System sein, welches beispielsweise durch Kontakt mit einem Hindernis die Verriegelungsvorrichtung entriegelt, so dass das Federelement des Aktuators aktiviert wird. Ebenso ist es möglich, dass die Hindernis-Erkennungsvorrichtung einen Sensor und eine Steuerungseinrichtung umfasst, welche Steuerungseinrichtung basierend auf einem Sensorsignal des Sensors einen Aktuator derart steuert, dass der Schwenkhebel von der ersten Position in die zweite Position verschwenkt wird.
Insbesondere kann die Hindernis-Erkennungsvorrichtung derart angeordnet sein, dass sie nur betätigt werden kann, wenn das Hindernis kleiner als die maximale Steighöhe h_max ist. Somit kann verhindert werden, dass die Steighilfevorrichtung aktiviert wird, wenn das Rad beispielsweise gegen eine Wand gelenkt wird.
Weiterhin kann die Steighilfevorrichtung einen Kantensensor umfassen, welcher vorzugsweise ein optischer Sensor ist. Der Kantensensor kann beispielsweise eine Kante eines Hindernisses, wie beispielsweise eine Stufenkante, nach dem Überfahren des Hindernisses mit dem Rad erkennen und eine Steuereinrichtung kann ein entsprechendes Sensorsignal dazu nutzen eine Steighilfevorrichtung derart zu steuern bzw. den Aktuator der Steighilfevorrichtung derart zu steuern, dass ein versehentliches Herunterfahren von der Stufe/dem Hindernis verhindert wird. Dazu kann beispielsweise eine Drehrichtung des Rades blockiert werden. Der Kantenerkennungssensor ist vorzugsweise ein optischer Sensor.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Fahrgerät, welches zumindest ein Rad und eine Steighilfevorrichtung, wie oben beschreiben umfasst.
Ist ein Fahrgerät, wie beispielsweise ein Mobilitätsunterstützungssystem oder eine mobile Manipulator-Plattform mit einer entsprechenden Steighilfevorrichtung bereitgestellt, so kann das Fahrgerät selbst steigfähig ausgeführt werden und beispielsweise Stufen und/oder Treppen hinaus- bzw. herabfahren.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Steighilfevorrichtung;
2 eine schematische Abfolge des Steigens mittels der Steighilfevorrichtung aus 1;
3 eine schematische Abfolge des Senkens mittels der Steighilfevorrichtung aus 1,
4 eine schematische Darstellung einer Steighilfevorrichtung, wobei die Rolle am zweiten Schwenkhebelende teilweise abgedeckt ist, und
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Steighilfevorrichtung.
Insbesondere zeigt 1 eine Steighilfevorrichtung 1, welche ein Rad 10 sowie einen Schwenkhebel 20 umfasst. Das Rad 10 umfasst eine Achse 12, welche drehbar gelagert ist. Die Achse 12 kann starr oder schwenkbar sein. Weiterhin kann das Rad 10 ein freidrehbares oder angetriebenes Rad sein. Insbesondere ist das Rad 10 Teil eines Fahrgeräts, welches nicht gezeigt ist.
Der Schwenkhebel 20 umfasst ein erstes Schwenkhebelende 22, welches in Fahrtrichtung A über den Radumfang des Rades 10 übersteht. Auf der anderen Seite, gegenüberliegend dem ersten Schwenkhebelende, umfasst der Schwenkhebel 20 ein zweites Schwenkhebelende 24, welches über den Umfang des Rades 10 entgegen der Fahrtrichtung A übersteht. An den Schwenkhebelenden 22, 24 sind jeweils Rollen 32, 34 angeordnet. Die Rollen sind vorzugsweise breiter als die Breite des Rades, so dass diese beidseitig über die Lauffläche des Rades überstehen.
Der Schwenkhebel 20 ist von einer ersten Position, wie in 1 zu sehen, in eine zweite Position verschwenkbar. Die erste Position wird dabei durch den Anschlag 26 begrenzt, wobei die zweite Position durch den Anschlag 28 begrenzt wird. Die gezeigte Steighilfevorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, das Rad über Hindernisse zu führen, welche eine minimale Höhe h_min und/oder eine maximale Höhe h_max aufweisen. Ist ein Hindernis kleiner als h_min, so kann das Rad 10 selbstständig über das Hindernis fahren.
Weiterhin umfasst die Steighilfevorrichtung 1 eine Verzögerungsvorrichtung 40, welche ein geschwindigkeitsabhängiges Dämpfelement 42 sowie ein Federelement 44 umfasst. Die Funktionsweise der Verzögerungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 näher erläutert. Ebenso umfasst die Steighilfevorrichtung 1 einen Kantensensor 50, welcher vorzugsweise als optischer Sensor ausgeführt ist. Eine Hindernis-Erkennungsvorrichtung 60 ist in der Höhe h_min an der Steighilfevorrichtung 1 angebracht. Der Aktuator 70, welcher dazu eingerichtet ist, den Schwenkhebel 20 von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen, umfasst ein Federelement 72 sowie ein Rückstellelement 74.
Insbesondere ist das Federelement 44 der Verzögerungsvorrichtung derart ausgelegt, dass es auf den Schwenkhebel 20 ein kleineres Drehmoment ausüben kann, als das Federelement 72 des Aktuators 70. Der Aktuator 70 kann durch eine Verriegelungsvorrichtung 80 blockiert werden, welche über einen Verriegelungsbolzen 82 und ein Federelement 84 verfügt.
2 zeigt in den Darstellungen A bis D die Steighilfevorrichtung 1, welche unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde beim Heraufführen des Rades auf ein Hindernis 100, welches beispielsweise eine Stufe, wie beispielsweise ein Bordstein ist.
Wird das Rad 10 auf das Hindernis 100 zu bewegt, kommt zunächst die Hindernis-Erkennungsvorrichtung 60, welche in Form eines Tasters ausgebildet ist, mit dem Hindernis 100 in Kontakt und löst die Verriegelungsvorrichtung 80, sodass das Verriegelungselement 82 zurückgezogen wird. Daraufhin kann das vorgespannte Federelement 72 eine Druckkraft auf den Schwenkhebel 20 aufbringen.
Das erste Schwenkhebelende, an welchem die Rolle 32 angeordnet ist, ist derart angeordnet, dass es über das Hindernis übersteht, wenn der Hindernis-Erkennungsvorrichtung 60 mit dem Hindernis 100 in Kontakt kommt. Folglich greift die Rolle 32 mit dem Hindernis 100 ein, wenn das Federelement 72 den Schwenkhebel 20 wie in 2A gezeigt im Uhrzeigersinn bewegt. Durch das Aufbringen der Kraft mittels des Federelements 72 wird das Rad 10 angehoben. Dies ist insbesondere möglich, da das Rad 10 Teil eines Fahrgeräts ist, welches hier nicht gezeigt ist.
Ist das Rad 10 soweit angehoben, dass der unterstes Punkt des Rades 10 um einen Abstand Δd von der der Oberkante des Hindernisses 100 beabstandet ist, so kommt der Schwenkhebel 20 mit einem Anschlag 28 und insbesondere mit einem auf dem Anschlag 28 angebrachten elastischen Element in Kontakt. In Folge dessen wird das weitere Heraufbewegen des Rades 10 unterbrochen und das Rad 10 kann, beispielsweise durch eine mittels des Fahrgerätes aufgebrachte Kraft, oder durch manuelles Führen auf das Hindernis 100 hinaufbewegt werden.
Ist das Rad, wie in 2C zu sehen auf der Stufe angekommen, so kann das Federelement 72 des Aktuators 70 den Schwenkhebel 20 weiter im Uhrzeigersinn verschwenken, bis das elastische Element, welches an dem Anschlag 28 angebracht ist gestaucht wird und ein Sensor 29 das Erreichen der zweiten Position erkennt. Der Sensor 29 kann beispielsweise ein Taster sein, der durch den Schwenkhebel 20 betätigt wird. Basierend auf diesem Sensorsignal des Sensors 29 kann das Rückstellelement 74 aktiviert werden, wodurch das Federelement 72 zurückgezogen und erneut vorgespannt wird. Anstelle eines Sensors 29 kann auch eine mechanische Vorrichtung vorgesehen sein. Alternativ kann ebenso ein Timer 27 vorgesehen sein, der das Aktivieren des Rückstellelements 74 für eine vorherbestimmten Zeitspanne kommandiert.
Wird das Federelement 72 durch das Rückstellelement 74 erneut vorgespannt, so wird mittels des Federelements 72 keine Kraft mehr auf den Schwenkhebel 20 aufgebracht und das Federelement 44 der Verzögerungsvorrichtung 40 führt den Schwenkhebel 20, wie in 2D zu sehen, von der zweiten Position zurück in die erste Position. Ist das Federelement 72 des Aktuators 74 vollständig vorgespannt, so kann es mittels der Verriegelungsvorrichtung 80 in der vorgespannten Konfiguration verriegelt werden. Somit ist die Steighilfevorrichtung 1 für eine erneute Aktivierung bereit.
Die 3A–C zeigen eine Steighilfevorrichtung 1, wie in 1 gezeigt, wobei die Steighilfevorrichtung 1 das Rad 10 von einem Hindernis 100 herabführt. Wird die Steighilfevorrichtung bzw. das Rad 10 über die Kante der Stufe 100 hinaus bewegt, so kommt die Rolle 34, welche am zweiten Schwenkhebelende des Schwenkhebels 20 angeordnet ist, wie in 3B zusehen, mit der Oberseite des Hindernisses 100 in Kontakt. Rollt das Rad 10 hingegen auf einer ebenen Oberfläche, so ist die Rolle 34 knapp oberhalb der ebenen Oberfläche angeordnet. Dies entspricht der Anordnung in der ersten Position (vgl. 3A).
Wie in 3B zusehen wird das Herunterbewegen des Rades 10 von dem Hindernis 100 durch das geschwindigkeitsabhängige Dämpferelement 42 abgebremst/verzögert. Nach Erreichen des Bodens mit dem Rad 10, wie in 3C zusehen, kann das Rad 10 weiter in Fahrtrichtung A bewegt werden, so dass auch die Rolle 34 von dem Hindernis 100 herunterbewegt wird. Anschließend kann das Federelement 44 der Verzögerungsvorrichtung 40 den Schwenkhebel 20 aus der ausgelenkten Position in die erste Position zurückbewegen.
Insbesondere kann, wie in 4 gezeigt, an der Steighilfevorrichtung 1 weiterhin eine Abdeckung 36 angeordnet sein, die derart an dem zweiten Schwenkhebelende 24 um die Rolle 34 angeordnet ist, dass beim Herabfahren des Rades 10 von einem Hindernis 100 zunächst die Abdeckung 36 mit dem Hindernis 100 in Eingriff kommt, wodurch ein gleitender Kontakt mit hoher Reibung bereitgestellt wird. Das heißt das Herabführen ist zunächst langsam ausgeführt. Durch die geänderte Winkelstellung des Hebels 20 kann die Abdeckung 36 aus dem Eingriff mit dem Hindernis 100 herausgeführt werden und die Rolle 34 kann mit dem Hindernis 100 eingreifen, so dass der letzte Teil des Hinunterführens schneller ausgeführt werden kann.
5 zeigt eine weitere Steighilfevorrichtung 2. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente, wie bei der Steighilfevorrichtung 1, welche in 1 gezeigt ist. Anstelle der Verzögerungsvorrichtung 40, des Aktuator 70 und der Verriegelungsvorrichtung 80 umfasst die in 4 gezeigte Steighilfevorrichtung 2 einen Aktuator 90, welcher über einen Hubaktuator 92 sowie über eine Verzögerungsvorrichtung 94 umfasst. Der Hubaktuator 92 kann beispielsweise eine Formgedächtnis-Legierungs-Element umfassen, welches dazu eingerichtet ist den Schwenkhebel 20 von der ersten Position (wie gezeigt) in die zweite Position zu bewegen. Die Verzögerungsvorrichtung 94 kann beispielsweise ein Federdämpfersystem umfassen, welches dazu eingerichtet ist das Herabsteigen des Rades 10 von einem Hindernis, wie vorangehend beschrieben, zu verzögern. Ebenso kann die Verzögerungsvorrichtung 94 dazu eingerichtet sein, den Schwenkhebel 20 von einer zweiten Position zurück in die erste Position zu bewegen.
Bezugszeichenliste

1, 2: Steighilfevorrichtung
10: Rad
12: Achse
20: Schwenkhebel
21: Schwenkhebellager
22: erstes Schwenkhebelende
24: zweites Schwenkhebelende
26: Anschlag in der ersten Position
28: Anschlag in der zweiten Position
29: Sensor (Taster)
32: Rolle am ersten Schwenkhebelende (Steigrolle)
34: Rolle am zweiten Schwenkhebelende (Senkrolle)
36: Abdeckung
40: Verzögerungsvorrichtung
42: geschwindigkeitsabhängiges Dämpferelement
44: Federelement
50: Kantensensor (optischer Sensor)
60: Hindernis-Erkennungsvorrichtung (Taster)
70: Aktuator
72: Federelement
74: Rückstellelement
80: Verriegelungsvorrichtung
82: Verriegelungselement
84: Vorspannelement
86: Aktivierungselement
90: Aktuator
92: Hubaktuator
94: Verzögerungsvorrichtung
100: Hindernis (Stufe)
Δd: Abstand
Δα: Winkel
h_min: minimale Hindernishöhe
h_max: maximale Hindernishöhe
A: Fahrrichtung

Claims

Steighilfevorrichtung (1; 2) für zumindest ein Rad (10) eines Fahrgeräts, umfassend: Einen starren Schwenkhebel (20), welcher ein erstes Schwenkhebelende (22) und ein zweites Schwenkhebelende (24) aufweist, wobei der Schwenkhebel (20) drehbar gelagert ist, und zumindest einem Rad (10) derart zugeordnet werden kann, dass das erste Schwenkhebelende (22) in Fahrtrichtung (A) über den Radumfang des Rades (10) übersteht, um in Fahrtrichtung (A) mit einem Hindernis (100) eingreifen zu können, so dass das Rad (10) auf das Hindernis (100) hinauf geführt werden kann, und wobei der Schwenkhebel (20) dem zumindest einem Rad (10) weiterhin derart zugeordnet werden kann, dass das zweite Schwenkhebelende (24) entgegen der Fahrtrichtung (A) über den Radumfang des Rades (10) übersteht, um mit einem Hindernis (100) eingreifen zu können, so dass das Rad (10) von dem Hindernis (100) herunter geführt werden kann; zumindest einen Aktuator (70; 90) der dazu eingerichtet ist, den Schwenkhebel (20) von einer ersten Position in eine zweite Position zu verschwenken, sodass sich das erste Schwenkhebelende (22) senkt und das zweite Schwenkhebelende (24) hebt.
Steighilfevorrichtung (1; 2) nach Anspruch 1, wobei der Schwenkhebel (20) einem Rad (10) eines Fahrgeräts zugeordnet ist und drehbar um eine Achse (12) des Rades (10) gelagert ist.
Steighilfevorrichtung (1; 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an zumindest einem der Schwenkhebelenden (22, 24) eine Rolle (32, 34) angeordnet ist, wobei vorzugsweise zumindest eine der Rollen (32, 34), und insbesondere die Rolle (34), die an dem zweiten Schwenkhebelende (24) angeordnet ist, zumindest teilweise umfänglich mit einer Abdeckung abgedeckt ist, wobei die Abdeckung dazu eingerichtet ist, mit einem Hindernis (100) einzugreifen, wenn das Rad von dem Hindernis (100) herunter geführt wird.
Steighilfevorrichtung (1; 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (70) und der Schwenkhebel (20) derart entkoppelt eingerichtet sind, dass der Schwenkhebel (20) von der ersten Position in die zweite Position verschwenkt werden kann, um das Rad (10) von dem Hindernis (100) herunterzuführen, ohne dabei den Aktuator (70) zu aktivieren.
Steighilfevorrichtung (1; 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (70) ein Federelement (72) und ein Rückstellelement (74) umfasst, wobei das Federelement (72) dazu eingerichtet ist, in der ersten Position vorgespannt zu sein und den Schwenkhebel (20) in die zweite Position zu verschwenken, und wobei das Rückstellelement (74) dazu eingerichtet ist das Federelement (72) vorzuspannen.
Steighilfevorrichtung (1; 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steighilfevorrichtung (1; 2) weiterhin eine Verriegelungsvorrichtung (80) umfasst, welche dazu eingerichtet ist den Aktuator (70) zu blockieren.
Steighilfevorrichtung (1; 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steighilfevorrichtung (1; 2) weiterhin eine Verzögerungsvorrichtung (40; 94) umfasst, wobei die Verzögerungsvorrichtung (40; 94) dazu eingerichtet ist eine Verschwenken des Schwenkhebels (20), von der ersten Position in die zweite Position zu verzögern, wobei die Verzögerungsvorrichtung (40; 94) vorzugsweise eine Federelement (44) und/oder ein geschwindigkeitsabhängiges Dämpferelement (42) umfasst, wobei das Federelement (44) vorzugsweise dazu eingerichtet ist, den Schwenkhebel (20) nach dem Herunterführen des Rades (10) von einem Hindernis (100) von der zweiten Position in die erste Position zu bewegen.
Steighilfevorrichtung (1; 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steighilfevorrichtung (1; 2) weiterhin zumindest einen mechanischen Anschlag (26, 28) umfasst, der das Verschwenken des Schwenkhebels (20) über die erste und/oder zweite Position hinaus begrenzt, wobei die Steighilfevorrichtung (1; 2) vorzugsweise einen Sensor (29) umfasst, der dazu eingerichtet ist das Erreichen der zweiten Position zu erkennen und zu veranlassen, dass das Verschwenken des Schwenkhebels angehalten und/oder die Richtung des Verschwenkens umgekehrt wird.
Steighilfevorrichtung (1; 2) nach Anspruch 8, wobei an dem zumindest einen mechanischen Anschlag (26, 28), insbesondere an dem mechanischen Anschlag (28), der das Verschwenken des Schwenkhebels (20) über die zweite Position hinaus begrenzt, ein elastisch verformbares Element angeordnet ist.
Steighilfevorrichtung (1; 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steighilfevorrichtung (1; 2) weiterhin zumindest einen Hindernis-Erkennungsvorrichtung (60) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, ein überwindbares Hindernis (100) zu erkennen und den Aktuator (70; 90) dazu zu veranlassen, den Schwenkhebel (20) von der ersten Position in die zweite Position zu verschwenken.
Fahrgerät umfassend zumindest ein Rad (10) und eine Steighilfevorrichtung (1; 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.