DE29701638U1

DE29701638U1 - Drive and steering system for vehicles

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Publication number: DE29701638U1
Application number: DE29701638U
Authority: DE
Original assignee: SCHWARZHAUPT ANDREAS DIPL ING
Current assignee: SCHWARZHAUPT ANDREAS DIPL ING
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2007-02-01

Description

BeschreibungDescription

Antriebs- und Lenksystem für FahrzeugeDrive and steering system for vehicles

Eine große Zahl technischer Systeme benötigt als Teilkomponente ein Fahrzeug. Zu nennen wäre zum Beispiel die Robotik, in der Fahrzeuge als Plattformen für Roboter verwendet werden, um diesen so die erforderliche Mobilität zu verschaffen. In der Lagerhaltung und ähnlichen Bereichen werden Fahrzeuge zum Transport von Gütern und Personen verwendet.A large number of technical systems require a vehicle as a component. One example is robotics, in which vehicles are used as platforms for robots in order to give them the necessary mobility. In warehousing and similar areas, vehicles are used to transport goods and people.

Die meisten Antriebs- und Lenksysteme dieser heutzutage eingesetzten Fahrzeuge weisen die Einschränkung auf, daß Bewegungen nicht holonom ausgeführt werden können, d.h. daß gegebenenfalls rangiert werden muß. Es existiert kaum ein Fahrzeug, das alle drei Freiheitsgrade (Bewegung in x-Richtung, y-Richtung und Rotation) in der Ebene voll ausnutzen kann. Fahrzeuge, die hierzu in der Lage sind, können dies nur unter erheblicher Bodenbelastung.Most drive and steering systems of the vehicles used today have the limitation that movements cannot be carried out holonomically, i.e. that maneuvering may be necessary. There is hardly a vehicle that can fully utilize all three degrees of freedom (movement in the x-direction, y-direction and rotation) in the plane. Vehicles that are able to do this can only do so under considerable ground load.

Diese Probleme werden durch das im Patentanspruch 1 bis 3 aufgeführte Antriebs- und Lenksystem gelöst.These problems are solved by the drive and steering system set out in patent claims 1 to 3.

Es handelt sich hierbei um ein Antriebs- und Lenksystem, dessen Hauptkomponente eine frei drehbare Kugel ist, über die das Fahrzeug sowohl angetrieben als auch gelenkt wird. Die Antriebskugel wird durch mindestens drei bidirektionale Antriebsräder gedreht (Beispiel in Abbildung 1).It is a drive and steering system whose main component is a freely rotating ball that both drives and steers the vehicle. The drive ball is rotated by at least three bidirectional drive wheels (example in Figure 1).

Um alle drei rotatorischen Freiheitsgrade der Kugel im Fahrzeug und somit alle drei Freiheitsgrade des Fahrzeuges in der Ebene voll ausnutzen zu können, sind mindestens drei bidirektionale Antriebsräder erforderlich, die in geeigneter Weise an der Kugel angeordnet sein müssen. Die in (Abbildung 1) gezeigte Anordnung ermöglicht eine besonders einfache Berechnung der SteuerungIn order to fully utilize all three rotational degrees of freedom of the ball in the vehicle and thus all three degrees of freedom of the vehicle in the plane, at least three bidirectional drive wheels are required, which must be arranged in a suitable manner on the ball. The arrangement shown in (Figure 1) enables a particularly simple calculation of the control

Wird diese Antriebskugel mit mindestens zwei Freilaufkugeln als Stützen in ein Fahrzeug eingebaut, so kann sich dieses sowohl vorwärts, als auch seitwärts bewegen und auch rotieren. Lineare Überlagerungen dieser drei Grundbewegungsarten sind möglich, so daß das Fahrzeug in der Ebene beliebig bewegt werden kann.If this drive ball is installed in a vehicle with at least two free-wheeling balls as supports, the vehicle can move forwards, sideways and also rotate. Linear superposition of these three basic types of movement is possible, so that the vehicle can be moved in any direction on a plane.

Die als bidirektionale Antriebsräder bezeichneten Räder ermöglichen sowohl· eine rollende Bewegung wie bei gewöhnlichen Rädern als auch eine translatorische Bewegung quer dazu. Sie bestehen aus Rädern, auf denen mehrere Rollen-Bandsysteme auf dem Umfang angebracht sind (Abbildung 2).The wheels, known as bidirectional drive wheels, allow both a rolling movement like ordinary wheels and a translational movement transverse to it. They consist of wheels on which several roller-belt systems are mounted on the circumference (Figure 2).

Wird ein solches, an der Antriebskugel wie etwa in Abbildung 1 gezeigt montiertes Rad mit einem Motor in Rotation versetzt, so rotiert auch die Antriebskugel. Durch die Rollen-Bandsysteme (Abbildung 2 rechts oben) sind auch Bewegungen der Antriebskugel quer zur Rollrichtung des Rades möglich. Die Rollen-Bandsysteme können auch als Doppelrolle ohne Band oder als einzelne Rolle realisiert werden. Eine einzelne Rolle wird jedoch einen geringeren Wirkungsgrad bei der Kraftübertragung haben. Eine Doppel-V-Form (Abbildung .3) wird bessere Abroll- und Rotationseigenschaften aufweisen als die in (Abbildung 2) gezeigte Geometrie der Rollen bzw. Rollen-BandsystemeIf such a wheel mounted on the drive ball as shown in Figure 1 is set in rotation with a motor, the drive ball also rotates. The roller-belt systems (Figure 2 top right) also allow the drive ball to move transversely to the wheel's rolling direction. The roller-belt systems can also be implemented as a double roller without a belt or as a single roller. However, a single roller will have a lower efficiency in power transmission. A double V shape (Figure .3) will have better rolling and rotation properties than the geometry of the rollers or roller-belt systems shown in (Figure 2).

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Das oben beschriebene Antriebs- und Lenksystem hat gegenüber bisher bekannten Systemen den Vorteil, daß sich ein Fahrzeug mit diesem Antriebssystem holonom bewegen kann. Es kann seitlich fahren, so daß es sich auf engstem Raum ohne zu rangieren bewegen kann. Ein weiterer Vorteil ist die geringe Belastung, die ein solcherart ausgestattetes Fahrzeug auf den Boden ausübt. Desweiteren ist von Vorteil, daß dieses Antriebs- und Lenksystem durch die Verwendung von entsprechenden Materialien mit sehr geringem Gewicht realisiert werden kann. Außerdem können beinahe alle gewünschten Fahrzeuggeometrien realisiert werden.The drive and steering system described above has the advantage over previously known systems that a vehicle with this drive system can move holonomically. It can drive sideways, so that it can move in very tight spaces without having to maneuver. Another advantage is the low load that a vehicle equipped in this way exerts on the ground. Another advantage is that this drive and steering system can be realized with very little weight through the use of appropriate materials. In addition, almost all desired vehicle geometries can be realized.

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Claims

Protection claims

1) Drive and steering system for vehicles and mobile platforms of all kinds, whereby the power is transmitted to the ground via a freely rotatable ball.

2) Drive ball according to claim 1, which is driven by several suitably arranged freewheels.

3) Freewheel wheels according to claim 2, hereinafter referred to as 'bidirectional drive wheels', in which roller-belt systems or freewheel rollers are mounted on the wheel for moving the wheel with 2 degrees of freedom.

4) Freewheel wheels according to claim 2, hereinafter referred to as 'bidirectional drive wheels', in which roller-belt systems or freewheel rollers in double-V form are mounted on the wheel for movement of the wheel with 2 degrees of freedom.