DE202021100550U1

DE202021100550U1 - Modularer Antriebssatz für landwirtschaftlichen Roboter

Info

Publication number: DE202021100550U1
Application number: DE202021100550.5U
Authority: DE
Original assignee: Mclaren Eng Crimmitschau Tech Center GmbH; Mclaren Engineering Crimmitschau Tech Center GmbH
Current assignee: MCLAREN ENGINEERING CRIMMITSCHAU TECH CENTER G, DE
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2031-02-04

Abstract

Modularer Antriebssatz (80) für ein angetriebenes Rad (16, 18, 88) eines landwirtschaftlichen Roboters (10), insbesondere eines Stallroboters für die Viehhaltung, der Folgendes aufweist:
- einen Radträger (82) zur Aufnahme eines Rads (16, 18, 88),
- einen Antriebsmotor (92), insbesondere in Form eines Servomotors,
- ein Übertragungsgetriebe (100), das zwischen dem Antriebsmotor (92) und dem Radträger (82) angeordnet ist,
- ein Untersetzungsgetriebe (94), das zwischen dem Antriebsmotor (92) und dem Übertragungsgetriebe (100) angeordnet ist, und
- ein Übertragungsgehäuse (102), das das Übertragungsgetriebe (100) beherbergt,
wobei der Radträger (82) eine Radachse (84) definiert,
wobei der Antriebsmotor (92) und das Untersetzungsgetriebe (94) eine Antriebsachse (98) definieren, und
wobei die Antriebsachse (98) und die Radachse (84) zueinander winklig versetzt sind, insbesondere um 90°.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen modularen Antriebssatz für ein angetriebenes Rad eines landwirtschaftlichen Roboters sowie einen landwirtschaftlichen Roboter, insbesondere einen Stallroboter für die Viehhaltung, mit zumindest einer angetriebenen Achse mit zwei modularen Antriebssätzen.
Seit einiger Zeit werden autonome Maschinen und autonome Fahrzeuge (hier bezeichnet als Roboter) auch in der Viehhaltung verwendet, insbesondere der steilgebundenen Viehhaltung. Es bietet sich an, bestimmte wiederkehrende Tätigkeiten von derartigen Vorrichtungen erledigen zu lassen. Dies betrifft beispielhaft die Bereitstellung von Futter, das Nachschieben von Futter das Reinigen des Stalls und gegebenenfalls sogar die Milcherzeugung.
Aus der WO 2013/112042 A1 ist ein System zur Fütterung von Nutztieren in Ställen bekannt, das Roboter zur Ausgabe von Futter sowie zum Futterschieben aufweist. Aus der EP 3 494 779 A1 ist ein ähnliches System zur Fütterung von Nutztieren bekannt. Aus der WO 2007/114684 A1 ist eine autonome Vorrichtung in Form eines Roboters zur Reinigung von Stallböden bekannt.
Die Anforderungen an Roboter auf dem Gebiet der Tierhaltung (sogenannte Stallroboter) sind sehr hoch, insbesondere im Vergleich zu Robotern für Endverbraucher (Rasenmähroboter). Insbesondere gibt es hohe Anforderungen an die gesamte Lebensdauer und die Verfügbarkeit. Gerade im Bereich der Tierhaltung können technische Ausfälle schwerwiegende Folgen haben, bis hin zu Auswirkungen auf die Tiergesundheit. Routineaufgaben müssen jeden Tag erledigt werden.
Es muss dabei zusätzlich berücksichtigt werden, dass die Umgebung in Stallungen für technische Gerätschaften sehr herausfordernd ist. Dies betrifft beispielsweise die fortwährende Verschmutzung mit teilweise aggressiven Ausscheidungen, Temperaturunterschiede und weitere Umgebungsbedingungen. Die Gerätschaften müssen jedoch auch unempfindlich gegenüber menschlichen oder tierischen Kontakten sein, also beispielsweise gegenüber Stößen und Kollisionen mit Mensch, Tier und Maschine.
Stallroboter weisen üblicherweise zumindest eine angetriebene Achse, die regelmäßig zwei voneinander beabstandete Räder aufweist, die jeweils separat angetrieben werden. Beispielhaft ist zumindest ein weiteres, drittes Rad (oder eine weitere Achse) vorgesehen, um das Fahrgestell des Stallroboters abzustützen. Die beiden separat antreibbaren Räder können gleichsinnig und bedarfsweise sogar gegensinnig angetrieben werden. Auf diese Weise ergibt sich eine gute Manövrierbarkeit.
Nachteilig ist jedoch, dass für jedes angetriebene Rad eine extra Antriebseinheit (Antriebssatz) bereitgestellt werden muss. Dies umfasst üblicherweise einen Motor, ein Getriebe und weitere Mittel zur Kraftübertragung zwischen Motor und angetriebenen Rad.
Die Praxistauglichkeit von Stallrobotern hängt häufig auch von der Kapazität verbauter Behälter (auch: Nutzbehälter) ab, die je nach konkretem Einsatzzweck zur Aufnahme von Futter, Trinkwasser, Schmutzwasser, Fäkalien, Mist oder sogar von Milch dienen. Je größer das Volumen eines solchen Behälters, desto länger kann der Stallroboter autark agieren. Mit der Größe des Behälters steigt jedoch auch das Gewicht und die Trägheit des Stallreporters. Ein besonders hoher Behälter führt zu einem ungünstigen Schwerpunkt und verringerter Stabilität.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, einen Antriebssatz für ein angetriebenes Rad eines landwirtschaftlichen Roboters, insbesondere eines Stallroboters für die Viehhaltung anzugeben, der in besonderem Maße an die durch die Viehhaltung gegebenen Randbedingungen angepasst ist. Insbesondere soll der Antriebssatz kompakt gestaltet und unempfindlich gegenüber Umgebungseinflüssen sein. Vorzugsweise erlaubt der Antriebssatz die Verwendung großer Nutzbehälter, ohne dass dies die Stabilität im Fahrbetrieb nachteilig beeinflusst. Vorzugsweise ist der Antriebssatz flexibel verwendbar auch für verschiedene Anwendungen. Vorzugsweise eignet sich der Antriebssatz sowohl für ein rechtes Rad als auch ein linkes Rad einer Antriebsachse.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen modularen Antriebssatz für ein angetriebenes Rad eines landwirtschaftlichen Roboters, insbesondere eines Stallroboters für die Viehhaltung, der Folgendes aufweist:

- einen Radträger zur Aufnahme eines Rads,
- einen Antriebsmotor, insbesondere in Form eines Servomotors,
- ein Übertragungsgetriebe, das zwischen dem Antriebsmotor und dem Radträger angeordnet ist,
- ein Untersetzungsgetriebe, das zwischen dem Antriebsmotor und dem Übertragungsgetriebe angeordnet ist, und
- ein Übertragungsgehäuse, das das Übertragungsgetriebe beherbergt,

Die abgewinkelte Anordnung zwischen Antriebsachse und Radachse erlaubt eine äußerst platzsparende Anordnung des Antriebssatzes unter Berücksichtigung der gegebenen Bauraum Bedingungen bei Stallrobotern. Insbesondere beansprucht der Antriebssatz entlang der Längserstreckung der Radachse nur einen geringen Bauraum. Dies führt bei einer paarweisen Anordnung derartiger Antriebssätze zum Antrieb einer zwei Räder aufweisenden Antriebsachse eines Stallroboters zu einem günstigen Freiraum zwischen den beiden Rädern. Dieser Raum kann beispielsweise zur Anordnung eines Behälters (Nutzbehälter) wendet werden. Auf diese Weise sinkt der Schwerpunkt des Roboters, insbesondere im befüllten Zustand.
Gemeinsam mit dem Rad kann der Antriebssatz einen Radsatz bilden, der als kompakte und nach außen dichte Einheit gestaltet ist. Dies ist günstig für die Einsatzbedingungen im Umfeld von Stallungen und landwirtschaftlichen Betrieben.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung sind die Antriebsachse und die Radachse im rechten Winkel zueinander angeordnet, wobei das Übertragungsgetriebe als Kegelradgetriebe mit antriebsseitigem Ritzel und abtriebsseitigem Tellerrad gestaltet ist. Mit einem solchen Übertragungsgetriebe lässt sich der Winkelversatz zwischen Antriebsachse und Radachse bei geringer Bauraumbeanspruchung verwirklichen. Ferner kann bereits das Übertragungsgetriebe für die Untersetzung (Momentenerhöhung) der Antriebsbewegung genutzt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung stellen das antriebsseitigen Ritzel und das abriebseitige Tellerrad eine Untersetzung im Bereich von zwischen 3:1 bis 10:1, insbesondere im Bereich von 5:1-8:1 bereit. Ein Vorteil dieser Gestaltung ist, dass auch bei einem hohen Übersetzungsverhältnis (ins Langsame) bei dem Übertragungsgetriebe nur ein geringer Bauraum entlang der Antriebsachse erforderlich ist. Insbesondere das Tellerrad ist parallel zur Antriebsachse ausgerichtet, so dass sich dessen (großer) Durchmesser nicht nachteilig auswirkt.
Mit anderen Worten trägt das Übertragungsgetriebe, das ein Drehmomenten zwischen zueinander winklig versetzten Achsen überträgt, trägt auch zur Untersetzung (Drehzahlreduzierung und Momentenerhöhung) bei. In einer beispielhaften Ausgestaltung sitzt das Tellerrad auf der Radachse. In einer beispielhaften Ausgestaltung sitzt das Ritzel auf der Antriebsachse.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist das Untersetzungsgetriebe als Planetengetriebe gestaltet, insbesondere als Planetengetriebe mit konzentrischer Anordnung zwischen Eingang und Ausgang. Mit anderen Worten ist zumindest gemäß diesem Ausführungsbeispiel kein reines Stirnradgetriebe mit Versatz zwischen Eingang und Ausgang vorgesehen.
Mit einem Planetengetriebe lassen sich auf kleinem Bauraum hohe Übersetzungen erzielen. Die Lagerbelastung ist vergleichsweise gering. Planetengetriebe eignen sich für die Modularisierung bzw. Variantenbildung.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung stellt das Untersetzungsgetriebe, das insbesondere als Planetengetriebe gestaltet ist, unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse (ins Langsame) bereit, beispielsweise Übersetzungsverhältnisse in einem Bereich zwischen 9:1 bis 64:1. Mit anderen Worten kann für die konkrete Anwendung (Futterbereitstellung, Futterschieben, Reinigen, etc.) eine geeignete Übersetzung gewählt werden. Auch dies unterstreicht den modularen Charakter des Antriebssatzes. Beispielsweise lassen sich bei gegebenen äußeren Abmessungen verschiedene Übersetzungsverhältnisse verwirklichen, so dass eine Auswahlmöglichkeit gegeben ist.
In einer beispielhaften Ausgestaltung bilden das Untersetzungsgetriebe und der Antriebsmotor eine kompakte Einheit, deren Äußeres patronenartig gestaltet ist. In einer beispielhaften Ausgestaltung geht der Antriebsmotor unmittelbar in das Untersetzungsgetriebe über, so dass dazwischen keine Welle oder dergleichen frei liegt. Mit anderen Worten ist eine hermetische Abdichtung zwischen Antriebsmotor und Untersetzungsgetriebe gewährleistet.
In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des modularen Antriebssatzes kann die Übersetzung des Untersetzungsgetriebes des aus einer Mehrzahl von Varianten ausgewählt werden, wobei äußere Abmessungen des Untersetzungsgetriebes unverändert bleiben. Auf diese Weise kann eine einheitliche Gestaltung geschaffen werden, gleichwohl lassen sich verschiedene Anwendungen bzw. Leistungsklassen abdecken.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der Radträger fliegend am Übertragungsgehäuse gelagert. Auch dies trägt zu einer hermetischen Abdichtung/Kapselung des gesamten Radsatzes bei. Ferner vereinfacht dies einen Radwechsel und gegebenenfalls auch den Wechsel des Antriebssatzes.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist am Übertragungsgehäuse in Richtung auf den Radträger eine Hülse befestigt, die die Radachse umgibt und zumindest ein Lager für die Radachse trägt. Mit anderen Worten ist der Radträger mit seiner Radachse innerhalb dieser radseitigen Hülse gelagert. Ein Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, dass auch die Radachse - zumindest zwischen Radträger und Übertragungsgehäuse - nach außen hin geschlossen und abgedeckt sein kann.
In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Hülse drehfest am Übertragungsgehäuse befestigt. Mit anderen Worten bildet die Hülse eine Verlängerung des Übertragungsgehäuses in Richtung auf das zu führende Rad.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung stützen sich der Antriebsmotor und das Untersetzungsgetriebe am Übertragungsgehäuse ab. Insbesondere sind der Antriebsmotor und das Untersetzungsgetriebe mittelbar oder unmittelbar am Übertragungsgehäuse befestigt. Auf diese Weise ergibt sich eine kompakte Bauweise. Der Antriebssatz ist modulartig gestaltet.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung dient das Übertragungsgehäuse als gemeinsame Basis für die daran angeflanschten Komponenten, insbesondere für den Antriebsmotor und das Untersetzungsgetriebe. Demgemäß muss lediglich das Übertragungsgehäuse fest mit einem Gestell (Fahrgestell, Rahmen oder dergleichen) des Roboters verbunden werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist am Übertragungsgehäuse in Richtung auf das Untersetzungsgetriebe eine Hülse befestigt ist, durch die sich die Antriebswelle hindurch erstreckt, wobei die Hülse zumindest ein Lager für die Antriebsachse trägt. Auf diese Weise ergibt sich für die Antriebsachse ein Schutz bzw. eine Abdichtung nach außen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist zwischen dem Radträger und dem Antriebsmotor eine durchgehende Kapselung vorgesehen. Insbesondere ist eine gekapselte Hülse für die Radachse und eine gekapselte Hülse für die Antriebsachse vorgesehen. Mit anderen Worten ergibt sich von der Radachse hin zur Antriebsachse und gegebenenfalls zum Antriebsmotor eine durchgehende hermetische Abdichtung. Die Abdichtung wird unabhängig von anderen Komponenten des Roboters bereitgestellt. Dies erleichtert Servicearbeiten und gegebenenfalls sogar den Austausch des Antriebssatzes.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weisen dem Radträger benachbarte Komponenten eine höhere IP-Schutzart auf als dem Antriebsmotor benachbarte Komponenten.
Die sogenannte IP-Schutzart bezieht sich auf das Eindringen von Fremdstoffen oder Fremdkörpern, beispielsweise Berührungsschutz, Schutz gegen Staub, Schutz gegen Wasser. Weiterführende Angaben lassen sich beispielsweise der Norm DIN EN 60529 VDE 0470-1:2014-09 - Schutzarten durch Gehäuse (IP-Code) entnehmen.
In einer beispielhaften Ausgestaltung weist das Übertragungsgehäuse mit der abtriebsseitigen Hülse und der antriebsseitigen Hülse eine höhere Schutzart (beispielsweise IP67 - Staubdichtheit sowie Schutz gegen starkes Strahlwasser und zeitweiliges Untertauchen) als das sich anschließende Paket aus Untersetzungsgetriebe und Antriebsmotor. Damit sind Komponenten, die näher beim Rad bzw. näher am Boden angeordnet sind, grundsätzlich besser geschützt als weiter vom Rad entfernte Komponenten. Hingegen weist das sich anschließende Paket aus Untersetzungsgetriebe und Antriebsmotor beispielsweise ein Schutzart IP54 (Schutz gegen Staub und Schutz gegen Spritzwasser) auf.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der Antriebssatz bezüglich einer Mittenebene gestaltet, die gemeinsam durch die Antriebsachse und die Radachse definiert ist, symmetrisch, zumindest weitgehend symmetrisch, so dass eine Verwendung sowohl für ein rechtes Rad als auch für ein linkes Rad einer Achse möglich ist. Mit anderen Worten ist eine hinreichende Symmetrie gegeben, die einen beidseitigen Einbau ermöglicht. Dies bedeutet nicht notwendigerweise, dass absolut hundertprozentige Symmetrie gegeben ist. Die Verwendbarkeit sowohl für rechte wie auch linke Räder reduziert die Variantenanzahl ohne die tatsächliche Anwendung einzuschränken.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der Antriebssatz um die Radachse, ausgehend von einer vertikalen Orientierung der Antriebsachse zumindest um +/- 30° neigbar, vorzugsweise um +/- 45°, weiter bevorzugt um +/- 90°. Eine Neigung kann etwa über ein entsprechendes Lochbild bzw. eine entsprechende Befestigung des Übertragungsgehäuses an einem Gestellteil des Roboters definiert werden. Auf diese Weise erhöht sich die Variabilität und Anpassbarkeit des Antriebssatzes an verschiedene Anwendungen.
Auf diese Weise ist eine Anpassbarkeit an ungünstige Bauraumverhältnisse gegeben. Mit anderen Worten kann der modulare Antriebssatz im montierten Zustand am/im landwirtschaftlichen Roboter bewusst mit der Antriebsachse gegenüber der Vertikalen geneigt sein, um den jeweiligen Bauraumanforderungen zu entsprechen.
In einer beispielhaften Ausgestaltung eignet sich der Antriebssatz zur Verwendung bei verschiedenen Stallrobotern, beispielsweise Stallrobotern, die für die Fütterung, Reinigung oder das Melken vorgesehen sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen landwirtschaftlichen Roboter, insbesondere einen Stallroboter für die Viehhaltung, mit zumindest einer angetrieben Achse mit zwei modularen Antriebssätzen gemäß zumindest einer offenbarungsgemäßen Ausgestaltung, wobei die angetriebene Achse ein erstes Rad und ein zweites Rad aufweist, denen jeweils einer der zwei modularen Antriebssätze zugeordnet ist, mit einer Steuereinheit, die die zwei modularen Antriebssätze einzeln ansteuert, um den Roboter in einer gewünschten Richtung zu bewegen, wobei das erste Rad und das zweite Rad unabhängig voneinander steuerbar sind, mit einer Verkleidung, die die Antriebssätze und die Räder bodennah abdeckt, und mit zumindest einem Behälter zur Aufnahme eines Ladeguts.
Bei einem solchen Roboter erlauben die offenbarungsgemäßen Antriebssätze die Verwendung eines Nutzbehälters mit hoher Kapazität, der zentral und bodennah angeordnet ist.
Der landwirtschaftliche Roboter hat beispielsweise ein drittes Rad (Stützrad), das von der angetriebenen Achse beabstandet ist. Es versteht sich, dass auch eine zweite Achse mit einem dritten und einem vierten Rad vorgesehen sein kann. Andere Gestaltungen sind denkbar.
Bei dem landschaftlichen Roboter handelt es sich beispielsweise um einen Fütterungsroboter, einen Reinigungsroboter, einen Futterschieberoboter, einen Transportroboter o. ä. Generell eignet sich der modulare Antriebssatz für Roboter und andere autonome Fahrzeuge, die in Zusammenhang mit der Viehhaltung, insbesondere der stallgebundenen Viehhaltung, genutzt werden. Dies kann auch Melkroboter, Massageroboter und Ähnliches umfassen.
Bei dem Ladegut kann es sich etwa um Futter, Milch, Streu, Reinigungsflüssigkeit, Verunreinigungen, Exkremente, Gülle, Wasser, Trinkwasser und Ähnliches handeln.
Der Roboter kann insgesamt kompakt gestaltet sein. Die Räder können von der Verkleidung zumindest weitgehend verdeckt sein. Beispielhaft weist der Roboter ein Fahrgestell auf, das die zwei angetriebenen Räder und zumindest ein drittes Stützrad trägt. Das Fahrgestell ist beispielhaft als Rahmen gestaltet. Das Fahrgestell trägt den Behälter und gegebenenfalls weitere Komponenten des Roboters.
Die Gestaltung der modularen Antriebssätze erlaubt eine kompakte Bauweise bzw. eine günstige Ausnutzung des gegebenen Bauraums. Ferner ist es durch die „abgewinkelte“ Gestaltung zwischen Radachse und Antriebsachse ein Großteil des Platzes zwischen den beiden angetriebenen Rädern frei. Dies hat den Vorteil, dass der zwischenliegende Bauraum verwendbar ist. Dies kann sich auch günstig auf die Schwerpunktverteilung und die Kippneigung bzw. Stabilität auswirken.
In einer beispielhaften Ausgestaltung ist der landwirtschaftliche Roboter derart gestaltet, dass es keine mechanische Antriebsverbindung zwischen dem ersten angetriebenen Rad und dem zweiten angetriebenen Rad derselben Achse gibt. Auf diese Weise können die Achsen unabhängig voneinander durch die Steuereinheit gesteuert werden. Dies erlaubt neben Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt auch Drehungen auf engstem Raum. Die Synchronisierung erfolgt durch die Steuereinheit.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist der Behälter als ein sich in Richtung auf den Boden verjüngender Behälter gestaltet, wobei die angetriebenen Räder mit den modularen Antriebssätzen einem bodennahen Abschnitt des Behälters benachbart sind.
Sich nach unten verjüngende Behälter sind für bestimmte Anwendungen von Vorteil, etwa wenn es um die möglichst vollständige Ausbringung des Ladeguts geht, also um eine möglichst vollständige Restentleerung.
Durch die günstige Anordnung der angetriebenen Räder wird der gegebenen Bauraum gut genutzt. In einer beispielhaften Ausführung kann der Behälter durch die gegebene Anordnung und Gestaltung der modularen Antriebsätze näher zum Boden als bei konventionellen Gestaltungen angeordnet werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der landwirtschaftliche Roboter als Stallroboter für die Viehhaltung ausgebildet, wobei jeder der beiden modularen Antriebssätze zumindest zwischen dem Radträger und Übertragungsgehäuse staubdicht und gegen temporäres Untertauchen sowie Gegenstrahlwasser unter erhöhtem Druck geschützt ist.
Mit anderen Worten erfüllt der modulare Antriebssatz mit seinen bodennahen bzw. radnahen Komponenten beispielsweise die Schutzklasse IP67. Für sich daran anschließende „bodenferne“ bzw. „radferne“ Komponenten genügt grundsätzlich eine niedrigere Schutzklasse, die gleichwohl eine hinreichend der Abdichtung gewährleistet. Beispielhaft weisen Komponenten auf, die eingangsseitig am Übertragungsgehäuse angeordnet sind, die Schutzklasse IP54 auf. Dies umfasst beispielsweise den Antriebsmotor und das Übertragungsgetriebe.
Mit anderen Worten sind die modularen Antriebssätze als kompakte und hermetisch abgedichtete Einheiten gestaltet. Im Schadensfall kann der gesamte Antriebssatz leicht ausgetauscht werden, so dass Ausfallzeiten reduziert werden können.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Erläuterung mehrerer beispielhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

1: eine vereinfachte schematische Ansicht eines Stallroboters;
2: eine vereinfachte schematische Draufsicht des Stallroboters gemäß 1;
3: eine Detailansicht zur Veranschaulichung baulicher Gegebenheiten bei einem Stallroboter mit Nutzbehälter;
4: eine weitere Detailansicht zur Veranschaulichung baulicher Gegebenheiten bei einem Stallroboter mit Nutzbehälter;
5: eine weitere Detailansicht zur Veranschaulichung baulicher Gegebenheiten bei einem Stallroboter mit Nutzbehälter, wobei ein Antriebssatz mit Winkelversatz zwischen Antriebsachse und Radachse vorgesehen ist;
6: eine auf 5 basierende frontale Ansicht des Antriebssatzes mit verschiedenen Schwenkpositionen;
7: eine exponierte Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung eines modularen Antriebssatzes;
8: eine seitliche Ansicht des Antriebssatzes gemäß 7; und
9: eine frontale Ansicht des Antriebssatzes gemäß 7 und 8.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines insgesamt mit 10 bezeichneten Stallroboters. Der Stallroboter 10 kann auch als autonomes Stallfahrzeug bezeichnet werden. Der Stallroboter 10 umfasst ein Fahrgestell 12, das im Ausführungsbeispiel eine Achse 14 mit zwei angetriebenen Rädern 16, 18 aufweist, denen jeweils ein Antriebssatz 20, 22 zugeordnet ist, vergleiche hierzu auch 2. Im Ausführungsbeispiel ist ferner ein Stützrad 26 vorgesehen, dessen Achse 28 parallel zur Achse 14 ist.
Das Fahrgestell 12 trägt ferner eine Verkleidung 30, die im Ausführungsbeispiel gemäß 1 eine Haube 32 und eine Schürze 34 aufweist. Die Schürze 34 schützt zumindest einen bodennahen Bereich des Stallroboters 10. Die Schürze 34 umgibt die Räder 16, 18 sowie das Stützrad 26. Die Räder 16, 18 sind nahezu vollständig von der Schürze 34 abgedeckt.
Das Fahrgestell 12 trägt ferner einen Behälter 38, der auch als Nutzbehälter bezeichnet werden kann. Im Ausführungsbeispiel ist im Behälter 38 ein Rührwerk 40 mit einem Antrieb 42 vorgesehen, um ein Ladegut im Behälter 38 bedarfsweise zu rühren. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Der Behälter 38 verjüngt sich in Richtung auf den Boden, auf dem der Stallroboters 10 steht. Mit anderen Worten weist also ein oberes Ende des Behälters 38 einen größeren Querschnitt als ein unteres Ende des Behälters 38 auf. Dies hilft bei der Ausbringung des Ladeguts und insbesondere bei der Restentleerung. Gleichwohl sorgt die sich verjüngende Gestaltung des Behälters 38 grundsätzlich für eine Erhöhung des Schwerpunkts. Im Ausführungsbeispiel ist ferner eine Ausgabe 46 für das Ladegut aus dem Innenraum 44 des Behälters 38 vorgesehen. Bei der Ausgabe 46 handelt es sich beispielhaft um eine Abgabeöffnung.
1 veranschaulicht ferner, dass der (autonome) Stallroboter 10 eine Steuereinheit 50 aufweist, die beispielsweise die Antriebssätze 20, 22 der Räder 16, 18 Steuer. Bei synchroner und gleichsinniger Steuerung der Antriebssätze 20, 22 kann der Stallroboter vorwärts oder rückwärts fahren. Wenn die Antriebssätze 20, 22 bewusst nicht synchron und gegebenenfalls sogar mit unterschiedlichen Drehsinn betrieben werden, kann der Stallroboter 10 eine Kurve fahren oder sich gegebenenfalls sogar im Kreis drehen.
Die Steuereinheit 50 ist beispielhaft mit einem Kommunikationsmodul 52 zur Kommunikation mit externen Einheiten ausgestattet. Dies kann beispielhaft auch die Kommunikation mit einer Einrichtung zur Fernsteuerung umfassen. Ferner kann die Steuereinheit 50 über das Kommunikationsmodul 52 gegebenenfalls auch mit externer Sensorik und ähnlichem kommunizieren.
Ferner ist die Steuereinheit 50 mit einer in den Stallroboter 10 integrierten Sensorik 54 gekoppelt. Die Sensorik 54 kann eine oder mehrere Sensoren erfassen. Auf diese Weise können Informationen über den aktuellen Fahrweg (Kollisionsvermeidung), über das aufgenommene Ladegut, Informationen über Umgebungsbedingungen (Temperatur) und Ähnliches erfasst und verarbeitet werden.
Da der Stallroboter 10 zumindest zeitweise autonom agieren soll, ist ferner ein Energiespeicher 56 vorgesehen, der Fahrantriebe und sonstige Antriebe des Stallroboters 10 mit Energie versorgt.
2 zeigt in Zusammenschau mit 1, dass die Räder 16, 18 und 26 ist Fahrgestells 12 relativ zentral und gerade nicht ausladend angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine kompakte Bauweise ermöglicht. Ferner kann die Schürze 34 den unteren Bereich des Fahrgestell 12 gut abdecken. Bei der gegebenen Gestaltung müssen jedoch auch die jeweiligen Antriebssätze 20, 22 hinreichend zentral angeordnet sein.
Die 3 und 4 veranschaulichen gestalterische Herausforderungen bei der Anordnung der Antriebssätze für ein Antriebsrad 60 einer Antriebsachse 62 eines Stallroboters. In den 3 und 4 ist jeweils ein Ausschnitt eines Behälters 38 eines solchen Stallroboters dargestellt. Die konische, sich nach unten verjüngende Gestaltung des Behälters 38 kollidiert in den 3 und 4 mit der gegebenen Anordnung der Antriebssätze.
In 3 ist das Antriebsrad 60 mit einem Antrieb 66 gekoppelt, der konzentrisch zur Radachse 62 angeordnet ist. Der Antrieb 66 umfasst zumindest einen Antriebsmotor und bedarfsweise ein Untersetzungsgetriebe. Entlang der Radachse 62 ergibt sich ein großer Bauraumbedarf. Bei der Gestaltung gemäß 3 müsste der Behälter 38 entweder seitlich versetzt oder nach oben versetzt werden, um Bauraum für den Antrieb 66 zu schaffen. Beides wirkt sich nachteilig auf die gewünschte Kompaktheit des Stallroboters 10 aus.
In 4 ist das Antriebsrad 60 mit einem Antrieb 68 gekoppelt, der parallel zur Radachse 62 mit einem Versatz zu dieser oberhalb des Antriebssatz 60 angeordnet ist. Der Antrieb 68 umfasst einen Antriebsmotor und bedarfsweise ein Untersetzungsgetriebe. Der Antrieb 68 ist über eine Übertragungseinheit 70, beispielsweise einen Zugmitteltrieb, mit der Radachse 62 und dem Antriebsrad 60 gekoppelt. Bei dem Zugmitteltrieb der Übertragungseinheit 70 handelt es sich beispielsweise um einen Kettentrieb, einen Zahnriementrieb o. ä.
Die Gestaltung gemäß 4 hat den Vorteil, dass der Bauraumbedarf in unmittelbarer Bodennähe und in unmittelbarer Nachbarschaft zum Antriebsrad 60 gering ist. Es folgt jedoch der Nachteil, dass der Bauraumbedarf auf einer anderen (höheren) Ebene gleichwohl gegeben ist. Aufgrund der sich nach unten verjüngende Gestaltung des Behälters 38 gibt es dort gegebenenfalls sogar noch ungünstigere Bauraumverhältnisse. Im Ergebnis müsste auch bei der Gestaltung gemäß 4 der Behälter 38 deutlich verkleinert oder deutlich versetzt (seitlich oder nach oben) werden, um genügend Bauraum für den Antrieb 68 bereitzustellen.
5 veranschaulicht anhand einer stark vereinfachten schematischen Darstellung die gegenüber den 3 und 4 günstigere Anordnung eines offenbarungsgemäßen Antriebssatzes 80. Der Antriebssatz 80 ist in Zusammenhang mit einem Behälter 38 eines Stallroboters 10 dargestellt.
Der Antriebssatz 80 umfasst einen Radträger 82, der eine Radachse 84 definiert. Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 trägt der Radträger 82 ein Antriebsrad 88 (anzutreibendes Rad). Der Antriebssatz 18 umfasst ferner einen Antriebsmotor 92, der beispielsweise als Servomotor gestaltet ist. Der Antriebsmotor 92 ist mit einem Untersetzungsgetriebe 94 gekoppelt, das im Ausführungsbeispiel konzentrisch zum Antriebsmotor 92 angeordnet ist.
Das Untersetzungsgetriebe 94 umfasst beispielhaft ein Planetengetriebe mit konzentrischer Anordnung zwischen Eingang und Ausgang. Der Antriebsmotor 92 und das Untersetzungsgetriebe 94 weisen jeweils ein zylindrisches oder patronenartiges Gehäuse auf. Der Antriebsmotor 92 und das Untersetzungsgetriebe 94 sind aneinander angepasst und bilden eine kompakte Einheit.
Vorzugsweise erlaubt das Untersetzungsgetriebe 94 bei gegebenen Gehäuseabmessungen eine gezielte Wahl eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses (Untersetzung ins Langsame). Auf diese Weise kann das vom Antriebsmotor 92 bereitgestellte Moment erhöht werden, wogegen die Drehzahl reduziert wird.
Der Antriebsmotor 92 bzw. das Untersetzungsgetriebe 94 definieren eine Antriebsachse 98. Die Antriebsachse 98 und die Radachse 84 sind zueinander winklig versetzt, insbesondere um 90°. Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 schneiden sich die Antriebsachse 98 und die Radachse 84. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen.
Die Verbindung und Übertragung zwischen der Antriebsachse 98 und der Radachse 84 erfolgt über ein Übertragungsgetriebe 100, das in einem Übertragungsgehäuse 102 angeordnet ist. Das Übertragungsgetriebe 100 ist beispielhaft als Kegelradgetriebe mit einem Ritzel 106 und einem Tellerrad 108 gestaltet. Das Ritzel 106 ist an der Antriebsachse 98 angeordnet. Das Tellerrad 108 ist an der Radachse 84 angeordnet.
5 zeigt, dass der Antriebssatz 80 insbesondere entlang der Radachse 84 kompakt gestaltet ist und nur einen geringen Bauraum benötigt. Dies ist vorteilhaft bei Stallrobotern 10, da diese den Bodenbereich, insbesondere den Bereich zwischen zwei solcher Antriebssätze 80, die zwei Rädern einer Achse zugeordnet sind (vergleiche 1 und 2) nicht übermäßig beanspruchen. Dort ist dann Platz für andere Komponenten des Stallroboters 10, beispielsweise für den Behälter 38.
6 zeigt eine frontale Ansicht des Antriebssatzes 80 auf Basis der Darstellung gemäß 5. Im Ausführungsbeispiel ist die durch den Antriebsmotor 92 und das Untersetzungsgetriebe 94 definierte Antriebsachse 98 vertikal orientiert. 6 veranschaulicht jedoch anhand der Bezugszeichen 112, 114, dass die patronenartige Einheit aus Antriebsmotor 92 und Untersetzungsgetriebe 94 gegenüber der Vertikalen verschwenkt werden kann, um den Antriebssatz 80 angegebene Bauraumbedingungen anzupassen. Auf diese Weise kann der Antriebssatz 80 etwa noch besser an bestimmte Gestaltungen von Behältern 38 und sonstige Bauraumrestriktionen angepasst werden.
Mit Bezugnahme auf die 7-9 wird eine beispielhafte Ausgestaltung des Antriebssatzes 80 veranschaulicht. Der Antriebssatz 80 wurde in den 5 und 6 lediglich schematisch dargestellt. Wie vorstehend bereits dargelegt, umfasst der Antriebssatz 80 einen abtriebsseitigen Radträger 82, der bedarfsweise ein Rad trägt. Der Radträger 82 definiert eine Radachse 84.
Ferner ist ein Antriebsmotor 92 vorgesehen, an dem ein Untersetzungsgetriebe 94 angeflanscht ist gemeinsam definieren der Antriebsmotor 92 und das Untersetzungsgetriebe 94 eine Antriebsachse 98. Die Antriebsachse 98 und die Radachse 84 sind zueinander winklig versetzt, beispielsweise um 90°. Die Antriebsachse 98 und die Radachse 94 kreuzen sich im Ausführungsbeispiel im Übertragungsgehäuse 102. Das Übertragungsgehäuse 102 beherbergt ein Übertragungsgetriebe 100 (5), das im Ausführungsbeispiel ein antriebsseitiges Ritzel 106 sowie ein abtriebsseitiges Tellerrad 108 aufweist.
Das antriebsseitige Ritzel 106 sitzt auf einer Antriebswelle 120, die sich entlang der Antriebsachse 98 erstreckt. Das abriebseitige Tellerrad 108 sitzt auf eine Abtriebswelle 124, die im Ausführungsbeispiel gemeinsam mit dem Radträger 92 ein flanschartiges Teil bildet. Die Abtriebswelle 124 erstreckt sich entlang der Radachse 84.
Die Abtriebswelle 124 erstreckt sich durch eine Hülse 128, die ein Radlager 130 für die Abtriebswelle 124 beherbergt. Die Abtriebswelle 124 erstreckt sich durch das Radlager 130 hindurch. Am Ende der Abtriebswelle 124, das vom Radträger 82 beabstandet ist, sitzt das Tellerrad 108, ferner ist eine Lagerung 132 vorgesehen, über die sich die Abtriebswelle 124 im Übertragungskurs 102 abstützt. Mit anderen Worten ist der Radträger 82 fliegend gelagert. Das Tellerrad 108 sitzt zwischen dem Radlager 130 und der Lagerung 132. Die Hülse 128 umgibt die Abtriebswelle 124. Die Hülse 128 ist dicht mit dem Übertragungsgehäuse 102 verbunden. Auf diese Weise ist eine hermetische Abdichtung innerer Komponenten gewährleistet.
Am antriebsseitigen Eingang des Übertragungsgehäuses 102 schließt sich eine Hülse 134 an dieses an. In der Hülse 134 sitzt eine Lagerung 136. Die Antriebswelle 120 erstreckt sich durch die Hülse 134 hindurch und wird darin von der Lagerung 136 drehbar gehalten. Die Hülse 134 ist vorzugsweise hermetisch dicht mit dem Übertragungsgehäuse 102 gekoppelt. Auf diese Weise ist eine hermetische Abdichtung innerer Komponenten gewährleistet.
An die Hülse 134 schließen sich das Untersetzungsgetriebe 94 und der Antriebsmotor 92 an, die gemeinsam eine kartuschenartige oder patronenartiges Einheit bilden. Auch diese Ankopplung ist vorzugsweise hinreichend dicht gestaltet. Insgesamt ergibt sich eine nach außen hermetisch abgeschlossene Gestaltung des modularen Antriebsatzes 80. Der Antriebssatz 80 eignet sich sowohl zur Verwendung bei einem rechten Rad 16 wie auch bei einem linken Rad 18 einer Antriebsachse 14 eines Stallroboters 10, vergleiche 2. Der Antriebssatz 80 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen jeweils an der nach Innen gewandten Seite der Räder 16, 18 angeordnet.
Der Antriebssatz 80 ist modulartig/modular gestaltet und bildet eine weitgehend autarke Baugruppe innerhalb des Stallroboters 10. Ein Wechsel des Antriebsatzes 80 kann einfach und ohne große Auswirkungen auf umgebende Bauteile des Stallroboters 10 erfolgen. Der Antriebssatz 80 eignet sich zur Verwendung auch bei den herausfordernden Anwendungsbedingungen für Stallroboter (Verschmutzung, notwendige Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit). Mit Hilfe des Antriebsatzes 80 lässt sich ein Baukasten verwirklichen, der bei identischen oder weitgehend ähnlichen Außenabmessungen verschiedene Übersetzungsverhältnisse und gegebenenfalls Leistungsklassen bereitstellt. Auf diese Weise kann mit einer geringen Variantenvielfalt eine hohe Anzahl verschiedener Anwendungen abgedeckt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/112042 A1 [0003]
EP 3494779 A1 [0003]
WO 2007/114684 A1 [0003]

Claims

Modularer Antriebssatz (80) für ein angetriebenes Rad (16, 18, 88) eines landwirtschaftlichen Roboters (10), insbesondere eines Stallroboters für die Viehhaltung, der Folgendes aufweist: - einen Radträger (82) zur Aufnahme eines Rads (16, 18, 88), - einen Antriebsmotor (92), insbesondere in Form eines Servomotors, - ein Übertragungsgetriebe (100), das zwischen dem Antriebsmotor (92) und dem Radträger (82) angeordnet ist, - ein Untersetzungsgetriebe (94), das zwischen dem Antriebsmotor (92) und dem Übertragungsgetriebe (100) angeordnet ist, und - ein Übertragungsgehäuse (102), das das Übertragungsgetriebe (100) beherbergt, wobei der Radträger (82) eine Radachse (84) definiert, wobei der Antriebsmotor (92) und das Untersetzungsgetriebe (94) eine Antriebsachse (98) definieren, und wobei die Antriebsachse (98) und die Radachse (84) zueinander winklig versetzt sind, insbesondere um 90°.
Modularer Antriebssatz (80) nach Anspruch 1, wobei die Antriebsachse (98) und die Radachse (84) im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, und wobei das Übertragungsgetriebe (100) als Kegelradgetriebe mit antriebsseitigem Ritzel (106) und abtriebsseitigem Tellerrad (108) gestaltet ist.
Modularer Antriebssatz (80) nach Anspruch 2, wobei das antriebsseitigen Ritzel (106) und das abriebseitige Tellerrad (108) eine Untersetzung im Bereich von zwischen 3:1 bis 10:1, insbesondere im Bereich von 5:1-8:1 bereitstellt.
Modularer Antriebssatz (80) nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Untersetzungsgetriebe (94) als Planetengetriebe gestaltet ist, insbesondere als Planetengetriebe mit konzentrischer Anordnung zwischen Eingang und Ausgang.
Modularer Antriebssatz (80) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der Radträger (82) fliegend am Übertragungsgehäuse (102) gelagert ist.
Modularer Antriebssatz (80) nach Anspruch 5, wobei am Übertragungsgehäuse (102) in Richtung auf den Radträger (82) eine Hülse (128) befestigt ist, die die Radachse (84) umgibt und zumindest ein Lager (130) für die Radachse (84) trägt.
Modularer Antriebssatz (80) nach einem der Ansprüche 1-6, wobei sich der Antriebsmotor (92) und das Untersetzungsgetriebe (94) am Übertragungsgehäuse (102) abstützen und insbesondere mittelbar oder unmittelbar am Übertragungsgehäuse (102) befestigt sind.
Modularer Antriebssatz (80) nach Anspruch 7, wobei am Übertragungsgehäuse (102) in Richtung auf das Untersetzungsgetriebe (94) eine Hülse (134) befestigt ist, durch die sich eine Antriebswelle (120) der Antriebsachse (98) hindurch erstreckt, wobei die Hülse (134) zumindest ein Lager (136) für die Antriebsachse (98) trägt.
Modularer Antriebssatz (80) nach einem der Ansprüche 1-8, wobei zwischen dem Radträger (82) und dem Antriebsmotor (92) eine durchgehende Kapselung vorgesehen ist, insbesondere umfassend eine gekapselte Hülse (128) für die Radachse (84) und eine gekapselte Hülse (134) für die Antriebsachse (98).
Modularer Antriebssatz (80) nach einem der Ansprüche 1-9, wobei dem Radträger (82) benachbarte Komponenten eine höhere IP-Schutzart aufweisen als dem Antriebsmotor (92) benachbarte Komponenten.
Modularer Antriebssatz (80) nach einem der Ansprüche 1-10, wobei der Antriebssatz (80) bezüglich einer Mittenebene, die gemeinsam durch die Antriebsachse (98) und die Radachse (84) definiert ist, symmetrisch, zumindest weitgehend symmetrisch, gestaltet ist, so dass eine Verwendung sowohl für ein rechtes Rad (16, 18, 88) als auch für ein linkes Rad (16, 18, 88) einer Achse (14) möglich ist.
Modularer Antriebssatz (80) nach einem der Ansprüche 1-11, wobei der Antriebssatz (80) um die Radachse (84), ausgehend von einer vertikalen Orientierung der Antriebsachse (98) zumindest um +/- 30° neigbar ist, vorzugsweise um +/- 45°, weiter bevorzugt um +/- 90°.
Landwirtschaftlicher Roboter (10), insbesondere Stallroboter für die Viehhaltung, mit zumindest einer angetrieben Achse (14) mit zwei modularen Antriebssätzen (80) nach einem der Ansprüche 1-12, wobei die angetriebene Achse (14) ein erstes Rad (16, 18, 88) und ein zweites Rad (16, 18, 88) aufweist, denen jeweils einer der zwei modularen Antriebssätze (80) zugeordnet ist, mit einer Steuereinheit (50), die die zwei modularen Antriebssätze (80) einzeln ansteuert, um den Roboter (10) in einer gewünschten Richtung zu bewegen, wobei das erste Rad (16, 18, 88) und das zweite Rad (16, 18, 88) unabhängig voneinander steuerbar sind, mit einer Verkleidung (30), die die Antriebssätze (80) und die Räder (16, 88, 88) bodennah abdeckt, und mit zumindest einem Behälter (38) zur Aufnahme eines Ladeguts.
Landwirtschaftlicher Roboter (10) nach Anspruch 13, wobei der Behälter (38) als ein sich in Richtung auf den Boden verjüngender Behälter (38) gestaltet ist, wobei die angetriebenen Räder (16, 18, 88) mit den modularen Antriebssätzen (80) einem bodennahen Abschnitt des Behälters (38) benachbart sind.
Landwirtschaftlicher Roboter (10) nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Roboter (10) als Stallroboter für die Viehhaltung ausgebildet ist, und wobei jeder der beiden modularen Antriebssätze (80) zumindest zwischen dem Radträger (82) und Übertragungsgehäuse (102) staubdicht und gegen temporäres Untertauchen sowie Gegenstrahlwasser unter erhöhtem Druck geschützt ist.