JP2018502767A - メカナムホイール車両 - Google Patents

Abstract

【課題】特にペイロードを運搬するためのメカナムホイール車両を提供する。【解決手段】メカナムホイール車両は複数の、特に３つまたは４つのメカナムホイール駆動部（２）、それぞれ１つのメカナムホイールおよび１つの電動の駆動部を含み、全方向動作のためのメカナムホイール駆動部（２）を制御するために構築された制御手段（１３）、シャーシ（６）を備え、当該シャーシの重量力が、メカナムホイール（３）によってもメカナムホイール（３）に加えて設けられた車両の支持手段（６）によっても、地面（Ｕ）で支持されることを可能にする。メカナムホイール（３）は、特に対応付けられた駆動部と共に、メカナムホイール（３）によって地面（Ｕ）で支持されるべきシャーシ（５）の重量力成分および任意の当該シャーシにより運搬されるペイロード（１０）を制限するために、エネルギー蓄積手段（４）によって支持構造に対して弾性的に取り付けられている。【選択図】図１ａ

Description

本発明は、請求項１に記載されているような車両全方向走行術のためのメカナムホイール車両、特には、機械的な操舵なしの車両に関する。本発明は、さらに、請求項１３に記載されているようなシステム、および請求項１５に記載されているようなメカナムホイール車両を動作させる方法に関する。

メカナムホイール車両は、よく知られている。メカナムホイールには、当該ホイールのリムの外周に、複数の回転自在に取り付けられたローラ（典型的には、樽形状のローラ）が、そのリムの回転軸心に対して大抵４５°に傾いて回転自在に取り付けられている。そのリムではなくて前述のローラのみがそれぞれ、地面と接触する。これらのローラは、直接的な駆動部を有さず、それぞれのローラ回転軸心（上記リムおよび／またはメカナムホイールの回転軸心に対して傾いて延びる）回りに自由に回転し得る。対照的に、メカナムホイール全体は、駆動部（典型的には、電気モータ）により、調節可能な回転方向および可変の回転速度で駆動され得る。通常、既知のメカナムホイール車両は、長方形のパターンで配置された４つのホイールを備える。これらメカナムホイールの上記駆動部の適切な制御により、地面（路面）に対して当該メカナムホイールの回転方向が個々に選択されることによって、車両の全体的な運動方向が個々の当該メカナムホイールのベクトルの合計に基づいて調節され得る。これにより、車両のあらゆる所望の運動方向（すなわち、全方向動作）が実現され得る。メカナムホイールの基本原理については、特許文献１に記載されている．

特許文献２には、従来知られているメカナムホイールよりも改良されたメカナムホイールが記載されている。当該メカナムホイールの特徴は、回転自在なローラをそれぞれ保持する２つのリムが、それらのリムの他に対する制動された相対運動を可能にする制動手段により互いに接続されていることである。これにより、リムの回転時に、ローラに沿って、あるローラから別のローラへと支点が移動することによって引き起こされた、従来のメカナムホイール車両の制御されない浮遊状態が回避される。

全方向動作のためのメカナムホイール車両、特に、前述した改良されたメカナムホイールを用いたメカナムホイール車両は、実際に効果的であることが立証された。一様に転動する一般的な車輪に比べてメカナムホイールの構造は比較的複雑であるため、メカナムホイールの最大荷重負荷能力には厳しい制限が課される。そのため、今日までのメカナムホイール車両は、荷重物（ペイロード）の運搬や特に重量車の駆動に関しては部分的にしか適していない。

独国特許出願公開第２１５３０１９号明細書 国際公開第２０１３／０４１３１０号パンフレット

したがって、前述した従来技術に基づき、本発明の目的は、その運搬性能の観点から改良された、車両重量が重い、および／または、ペイロードが高いにもかかわらず全方向動作が可能なメカナムホイール車両を提供することである。さらに、本発明の目的は、該当する改良がなされたメカナムホイール車両および当該車両によって運搬される積荷を含むシステムを提供することである。さらに、本発明の目的は、該当する改良がなされたメカナムホイール車両が有利に動作するための動作方法を提供することである。

上記の目的は、請求項１に記載された構成を備えるメカナムホイール車両により達成される。

上記のシステムに関する目的は請求項１３に記載された特徴により、および上記の方法に関する目的は請求項１５に記載された特徴により、解決される。

本発明の有利なさらなる改良形態は、従属請求項にて与えられる。明細書および／または特許請求の範囲および／または図面に開示された２つ以上の特徴のあらゆる組合せも、本発明の範疇に含まれる。

本発明の思想に従ったメカナムホイール車両は、まず複数の、特に３つまたは４つのメカナムホイール駆動部を有する。これらメカナムホイール（またはメカナムホイール駆動部）は、好ましくは仮想的な三角形または長方形の角部を定めるように配置されている。特に、比較的大きいペイロードが運搬される場合および／または前記メカナムホイール車両の総重量が比較的大きい場合は、大きなロールオフ抵抗を克服する必要が生じるため、それぞれ１つのメカナムホイールと、（特に電動の）駆動部を有している、前記の３つまたは４つを超えるメカナムホイール駆動部とが設けられることが想定可能である。この場合、最適な制御を保証するため、前記３つまたは４つを超えるメカナムホイール駆動部がやはり３つまたは４つのグループにまとめられ、グループごとに制御手段により制御可能であることが好ましい。基本的には、メカナムホイールのうちの１つに、または複数のメカナムホイールに、好ましくはすべてのメカナムホイールに対して、複数の駆動部、特には１つの駆動部がいずれのメカナムホイール側にも配置されて、最大発生可能なトルクを高めることも想定可能である。この場合も、前記駆動部が、３つまたは４つの、制御手段によって制御可能なグループがまとめられることが好ましい。この場合好ましくは各グループの駆動部が、制御手段によって同等に制御される。

上述の具体的な形態にかかわらず、少なくとも各メカナムホイールが、外周にわたって（分布）配置された複数の、好ましくは樽形状の、ローラを具備しており、この場合、ローラのローラ回転軸心は、各メカナムホイールの回転軸心または当該メカナムホイールのリムの回転軸心に対して傾いて配置されている。周知の通り、前記メカナムホイール駆動部は、全方向動作を実行するために制御手段によって単独でまたはグループで制御可能であるか、または制御され、これにより、前記メカナムホイールまたはメカナムホイールのグループは、個々の速度および／または回転方向で回転されることが可能である。前記メカナム車両の（総合的なまたは結果的な）所望のまたは所定の運動方向が、前記メカナムホイールの個々のベクトルの合計により生じる。これにより、あらゆる所望の運動方向、すなわち、全方向動作が、好ましくは機械的な操舵がないにもかかわらず、実現されることが可能であり、かつ、前記メカナムホイール車両の全体をその場で、および／または、当該メカナムホイール車両を所望の運動方向に移動させつつ回転または逆回転させることが可能である。その点で、前述のメカナムホイール車両は本発明において、公知のメカナムホイール車両と一致する。

荷重支持能力を向上させるためにまたは前記メカナムホイール車両を荷重物積載可能なものとするために、前記メカナムホイールに加えて（メカナムホイールの形態でない）支持手段が、前記メカナムホイール車両の前記シャーシおよび任意のペイロードのうちの一方の重量力成分（特には、重量力のうちの主要な割合）を地面（路面）で支持して下支えするように、前記シャーシに固定されているか、または前記シャーシに運動可能に支持されたか、もしくは固定的に固定されたとりわけ高さ調節可能な支持エレメントに取り付けられている。本発明の範疇では、これと同時に、前記シャーシならびにあらゆる上部構造および／または任意のペイロードの重量力のうちの、前記メカナムホイールを介して地面で支持される割合が、当該メカナムホイールへの許容できない過剰な荷重負荷を防ぐように制限される。

この目的のために、前記メカナムホイールは、全重量力のうちの一部の重量力のみが当該メカナムホイールにより地面で支持されるように形成および配置されたエネルギー蓄積手段により、前記シャーシにおいて当該シャーシに（前記車両および／またはペイロードの重量力の方向と平行に）弾性的に固定されている。この目的のために、前記エネルギー蓄積手段は、地面で弾性的な下支えを行うために、前記シャーシの平面的広がりと前記メカナムホイールにより定められる支持面とに対して垂直方向に（すなわち、前記重量力の方向と平行に）および／または（少なくとも１つのばね力成分で）直交して形成されている必要がある。このとき、好ましくは、前記エネルギー蓄積手段は、前記支持手段が地面に当接したときに（重量力の方向に）残留ばね経路が残るかまたは確保されるようにばね経路が制限されて構成されている。任意の構成であるが前記支持手段も弾性的に取り付けられている場合には、好ましくは、前記エネルギー蓄積手段のばね剛性は、前記支持手段を前記シャーシに対して弾性的に取り付けるその任意の構成である支持エネルギー蓄積手段のばね剛性よりも小さく選択される。好ましくは、前記支持エネルギー蓄積手段は、前記支持手段と前記シャーシとの間に配置されている。

結果として、全方向動作モードを前記メカナムホイールまたは当該メカナムホイールの駆動部の適切な制御によって維持することが可能である。これと同時に、シャーシへの前記メカナムホイールの対応する弾性的支承によりかつ支持手段をさらに設けることにより、前記シャーシおよび／またはあらゆるペイロードの重量力割合のうちの一部のみを前記メカナムホイールを介して地面で支持して、当該重量力割合のうちのそれ以外のまたはその残りの割合（特に、より大きな重量力成分）については、前記支持手段を介して地面で確実に支持可能であるので、比較的大きなペイロードを運搬することができる、メカナムホイール車両が得られる。

この目的のために、そのとき、前記支持手段の支持面と前記メカナムホイールの前記支持面とは共に地面上に位置しており、特には、（理想的な平坦な地面の場合には）共通の平面内で位置している。

そうするにあたって好ましくは、前記エネルギー蓄積手段のばね力またはばね剛性は、前記メカナムホイールにより支持される重量力成分が制限されているにもかかわらず、地面への当該メカナムホイールの（十分な）トラクションを確保して前記メカナムホイール車両の全方向運動のための推進を確実にするために、当該メカナムホイールを介して未だ十分な重量力成分が地面で支持されるかまたは支持可能であるように、前記シャーシおよび／またはあらゆる上部構造および／または任意のペイロードの重量に適合されている。前記車両のロールオフ抵抗を上回るのに必要な、いわゆるスクライビング運動量が地面に伝わるか、または同時に支持されることを可能にする十分なトラクションが、特に確保される必要がある。

この場合、前記メカナムホイール駆動部、前記シャーシおよび前記支持手段は、一緒に動かされることが可能である切離し不能なユニットを形成し、好ましくは、後で有利なさらなる実施形態において説明するように、ペイロードを積載しない場合に支持手段が地面に当接せずに一緒に動かされることが可能である切離し不能なユニットを形成する。本発明の思想における、ペイロードを運搬するという前記メカナムホイール車両の主要な適性に加えて、本発明により初めて、例えば高重量の恒久的な上部構造を備える比較的高重量なメカナムホイール車両を構築し、かつこれらの上部構造の重量力の一部のみをメカナムホイールを介して地面で支持すると共にそれ以外の割合については前記支持手段を介して地面で支持することも可能となる。本発明の範疇で製造されることが可能である、特に好ましい車両は、昇降手段が前記シャーシに固定されており、当該昇降手段により、ペイロードが前記シャーシに対して高さ調節可能に調節されることが可能な種類のものである。このような実施形態により、前記昇降手段を用いてペイロードの下に入り込ませて当該ペイロードを前記シャーシに対して高さ調節することが、当該ペイロードの重量力の一部が前記支持手段を介して地面で支持されるようにしながらかつ当該重量力の一部しか前記メカナムホイールを介して支持されないようにしながら、可能である。このとき、この重量力成分は、地面での前記メカナムホイールのトラクションを確保するように十分に大きく選択される。

前記支持手段の具体的な設計に関しては、様々な選択肢がある。最も単純な場合として、前記メカナムホイールを駆動することによって前記支持手段を地面上で引きずって移動させることが可能である。ただし、特に好ましくは、前記支持手段は、摩擦抑制のために、前記メカナムホイールを駆動することによって地面上を転動するようにして前記シャーシと共に移動するように構成されている。このとき、最も好ましくは、前記支持手段は、回転軸心（好ましくは、地面と平行に延びる回転軸心）回りに回転可能（好ましくは、約３６０°回転可能）であり、かつ前記メカナムホイール駆動部の対応する制御による前記車両の方向転換時に前記シャーシに対して操舵軸心回りに回転可能である荷重ホイール（特には、荷重ローラの形態）を含み、好ましくは、前記操舵軸心は、前記荷重ホイールの回転軸心と直交して延びるものである。

特に有利には、荷重分散の向上のために、上記のように構成された荷重ホイールが複数、関節回動可能に配置されて設けられる。最も好ましくは、４つの荷重ホイールが、長方形の角部を規定するように設けられる。ここで、好ましくは、少なくとも１つの前記荷重ホイールは、「前記ホイールに対して回転可能であるさらなるローラを有さない、一般的な車輪」として構成されており、すなわち、メカナムホイールとして構成されておらず、かつ、好ましくは、少なくとも１つの当該荷重ホイールは、能動的に駆動されるものではなく、むしろ前記メカナムホイールによって間接的にのみ駆動されるものである。

好ましくは、前記少なくとも１つの荷重ホイールは、さらに、操舵駆動部によって前記関節回動軸心回りに能動的に回転可能なのではなく、むしろ前記車両の対応する方向転換によって受動的にのみ回転可能なものである。この点に関して、操舵軸心回りに直接駆動される前記荷重ホイールを前記車両の方向に応じて回転させる能動的な操舵部（すなわち、駆動される操舵部）を備える一実施形態を実現することも可能である。回転軸心回りにかつ関節回動軸心回りに回転可能である荷重ホイールに加えて、あるいは、そのような荷重ホイールに代えて、全方向に転動可能である、つまり、前記メカナムホイール駆動部によりあらかじめ決められる車両方向に追随することが可能な、回転自在に配置されたローラ（特には、ケージ内に配設されたローラ）の形態の支持手段を設けることも想定可能である。

原則として、軌道式車両の様式で、回転可能なチェーンの形態の支持手段を設けることも想定可能である。この場合、好ましくは、そのようなチェーン駆動部（ここで、チェーンは、ゴム弾性材料からなるものとされてもよい）の望ましい向きを前記メカナムホイールのそれぞれの走行方向に応じて調節するように当該チェーン駆動部を回動させる、能動的操舵システムが設けられる。しかしながら、前記支持手段は、当該支持手段の具体的な設計にかかわらず、能動的に駆動され得るのではなくむしろ前記メカナムホイール駆動部によって間接的にのみ駆動され得るのが好ましい。

具体的に述べると、ペイロードを搬送または運搬するように構成された車両であるとき、好ましくは、シャーシに荷重物が積載されていない（ただし、必要ならば、当該シャーシが上部構造を保持している）場合には前記支持手段が前記メカナムホイールにより定められる支持面よりも上に（すなわち、地面よりも上に）位置するように、かつ、前記支持手段に寸法を有する荷重物または高重量の荷重物が負荷される場合には当該エネルギー蓄積手段のばね張力の同時の（または自動的な）増加とともに、当該支持手段が前記シャーシと共に下降するように、前記メカナムホイールのための前記エネルギー蓄積手段が形成または設定されており、この場合に有利となる。すなわち、特に有利な一実施形態において、前記支持手段が、前記メカナムホイール車両の荷重無負荷走行時には地面に接触せずに対応する荷重物が付加されたときにのみ地面に接触すると同時に、前記メカナムホイールを前記シャーシに対して弾性的に支承する手段が緊張することを可能となっている。かつ、既述したようにこのエネルギー蓄積手段の残留ばね経路が、前記メカナムホイールにより定められる前記支持面内に支持手段が位置した場合も重量力の方向と平行に維持されるのが望ましく、これは、特には地面の不整形を補償可能とするためにかつ過剰な荷重を前記メカナムホイールにより支持する必要性をなくすために、望ましい。これは、地面が不整形である場合にも前記メカナムホイール車両の制御された全方向推進を確実にするのに重要である。

特に好ましくは、当該支持手段が地面に当接して部分的荷重（すなわち、重量力の一部）を支持するための、当該支持手段により定められる支持面と、地面または前記メカナムホイールにより定められる前記支持面との間の間隔、したがって、前記支持面と前記シャーシとの間の間隔が、前記シャーシに荷重物が積載されたときに前記支持手段の前記支持面が地面に達するまで、および／または、任意の支持エネルギー蓄積手段がペイロードの重量に応じて上限まで緊張されるまで前記エネルギー蓄積手段が移動することができるばね経路を制限するために調節可能であるように、前記支持手段は、高さ調節可能に前記シャーシに配置または固定されている。この構成により、同時に、前記メカナムホイールにより地面で支持される重量力の上限が調節される。好ましくは、間隔のこの調節は、後で説明するように、ペイロードの測定された重量力に応じて実行される。

先に既述したように、一実施形態では、前記メカナムホイールのみが、保持または支持されるべき最大荷重を制限する前記エネルギー蓄積手段を介して前記シャーシに弾性的に取り付けられており、前記支持手段はそのように取り付けられていない。別法として、前記メカナムホイールを前記シャーシに弾性的に取り付けるのに加えて、前記支持手段も支持エネルギー蓄積手段を介して取り付けることも想定可能であり、好ましくは、前記支持エネルギー蓄積手段のばね剛性は、重量力の一部のみが前記メカナムホイールを介して地面で支持されるかまたは支持可能であることを確実にするように前記エネルギー蓄積手段のばね剛性よりも大きい。

特に有利には、前記エネルギー蓄積手段は、メカナムホイール車両にペイロードが積載された場合にも当該エネルギー蓄積手段の残留ばね経路が、残留ばね容量を確保するために重量力の方向と平行に残るように構成されている。すなわち、好ましくは、当たり止めに達するまで理論的に上限まで移動されることが可能なばね経路が、重量力の方向と平行であり、すなわち、対応するばね経路成分が、非積載状態で地面または前記メカナムホイールにより定められる前記支持面に対する前記支持手段の前記支持面の間隔よりも長く、かつ／あるいは、任意の支持エネルギー蓄積手段の、前述した重量力の方向と平行なばね経路の上限（このとき、最大ばね経路となる）よりも長い。

好ましくは、前記メカナムホイールにより地面で上限まで支持される重量割合だけでなく、前記エネルギー蓄積手段の予張力、および／または、最大ばね経路を調節する手段が、異なるペイロードが積載されても地面への前記メカナムホイール駆動部および前記メカナムホイールのそれぞれの十分なトラクションを確保するように調節されることが可能である。ここで、この最大ばね経路は、前記支持手段が地面に接触するかまたは前記メカナムホイールにより定められる前記支持面に達するまで、かつ／あるいは任意の支持エネルギー蓄積手段がペイロードに応じて上限まで緊張されるまで、前記エネルギー蓄積手段がこのばね張力を増大させつつ移動することが可能な経路である。

このとき、予張力および／またはばね経路を調節するその手段は、手動で駆動可能な手段であり得るか、あるいは好ましくは、アクチュエータ手段（特には、電動駆動部）により駆動可能な手段であり得る。前記エネルギー蓄積手段の前記ばね経路は、例えば、前記支持手段の支持面と地面または前記シャーシとの間隔を、当該支持手段の、前記シャーシに対する、対応する高さ調節可能配置構造を用いて変化させることによって調節されることが可能である。前記支持手段が対応する支持エネルギー蓄積手段により前記シャーシに対して弾性的に支承されている場合には、前記エネルギー蓄積手段の予張力を調節する前述した手段に加えて、あるいは、このような手段に代えて、前記支持手段の予張力を調節する手段（手動の手段または駆動される手段）が前記車両に設けられてもよい。

特に有利には、既述したように、前記エネルギー蓄積手段もしくは任意の支持手段の予張力および／または前記エネルギー蓄積手段のばね経路（の上限）（特には、支持手段の支持面とメカナムホイールの支持面または地面との間隔）が、ペイロードの重量力に応じて（すなわち、該重量力の作用の結果として）調節されることが可能である。特に好ましくは、この設定は自動的に行われることが可能であり、すなわち、アクチュエータ手段を用いて行われることが可能である。特に好ましくは、対応する重量力が、前記メカナムホイール車両の測定装置により測定されることが可能である。このとき、すなわち、前記メカナムホイール車両は、ペイロードの重量力または当該ペイロードの重量力のうちの、前記支持手段または少なくとも１つのメカナムホイールを介して地面で支持されることが可能な割合を測定することができるように構成および配置された重量力測定装置を備える。

当該測定装置（力測定装置）は、前記アクチュエータ手段を制御する対応する制御装置へと信号伝達可能に接続されている。当該制御装置は、前記メカナムホイールへの応力を制限すると共に十分なトラクションを確保する（特には、前記メカナムホイール車両のロールオフ慣性を上回る）ために、前記測定装置のセンサ信号に応じて、すなわち、ペイロードの重量（または重量割合）に応じて、前記エネルギー蓄積手段の予張力かつ／あるいは任意の支持エネルギー蓄積手段の前述したばね経路および／または予張力を変化させるかつ／あるいは調節する前記アクチュエータ手段を有する。

好ましくは、前記メカナムホイール車両がペイロードを受け入れたり運搬したりするのに適した、かつ、そのように意図された荷重車両として形成されている好適な場合には、前記シャーシに、ペイロードを受け入れる積載装置、好ましくは傾倒型の積載装置、好ましくは積載桶または積載槽が取り付けられている。

上記の構成に加えて、あるいは、上記の構成に代えて、前記シャーシに、当該シャーシに対するペイロードの相対的高さを調節する（間隔を調節する）昇降手段（間隔を変化させる手段）が設けられてもよい。ペイロードが積載されていないときには地面から持ち上げられている、および／または、離間している支持手段を備える前記メカナムホイール車両の好ましい一実施形態において、前記昇降手段は、前記支持手段が地面に接触するまで、および／または、任意の支持エネルギー蓄積手段が緊張されるまで、前記シャーシを地面の方向に動かし、かつ、これによって前記メカナムホイールの前記エネルギー蓄積手段を緊張させる。すなわち、前記昇降手段は、昇降面、載置面または運搬面を前記シャーシに対して相対的に変位させるように構成されている。好ましくは、前記昇降手段は、フォーク（特には、フォークリフト車の種類の昇降フォーク）または昇降プラットフォームを含み、当該昇降フォークまたは昇降プラットフォームが、当該昇降手段のうちのペイロードを受け入れる前記載置または運搬面を定めるまたは形成する。好ましくは、前記載置または運搬面は、ペイロードを積載するために、前記メカナムホイールにより定められる前記支持面と平行に揃えられているかまたは配置されている。

前記メカナムホイールを（特には、それぞれの駆動部（特には、それぞれ１つの電気モータ）と共に）弾性的に支承する前記エネルギー蓄積手段の具体的な構成に関しては、様々な選択肢がある。最も単純な場合として、前記エネルギー蓄積手段（ばね手段）は、古典的なばねとして、例えば、コイルばね、および／または、ねじりばねなどの圧縮ばねとして構成される。また、前記エネルギー蓄積手段は、相異なる形状のばねの組合せを有するものであってもよい。好ましくは、これらのばねは、金属から形成されたものであり、かつ／あるいは、自身の形状により弾性構造を有するものである。前記エネルギー蓄積手段を、気体圧ばねを含むもの、液体圧ばねを含むもの、あるいは、機械的なばね、および／または、気体圧ばね、および／または、液体圧ばねの組合せを含むものとすることも同様に想定可能である。また、弾性的なまたはエネルギーを蓄えるエネルギー蓄積手段を材料選択（例えば、エラストマー材料）のみで設けること、あるいは、そのようなエネルギー蓄積手段を材料選択（例えば、エラストマー材料）によって追加で設けることも想定可能である。重要なのは、前記エネルギー蓄積手段が、前記支持手段が地面に当接している際に前記メカナムホイールにより支持される重量力を制限することを可能にするように、すなわち、力緩衝の役割を果たすように構成および配置されていることである。

特に好ましくは、前記メカナムホイールが、特には、当該メカナムホイールの駆動部（すなわち、前記メカナムホイール駆動部）と共に、ばね付きの支持アームを介して前記シャーシに配置されているかまたは前記シャーシに弾性的に取り付けられており、前記支持アームは、当該支持アームを回動させることによって前記エネルギー蓄積手段のばね張力が変化するように前記シャーシに回動可能に固定されている。特に好ましい一実施形態において、前記エネルギー蓄積手段の予張力を調節するための回動角度は、前記メカナムホイールにより支持される重量力または重量力成分を変化させるために手動でまたはアクチュエータ手段により変化されることが可能である。ここで、特に好ましくは、前記エネルギー蓄積手段は、前記支持アームを回動させることによって緊張されることが可能なねじりばねを含む。

最適な地面接触を確保しかつ従来技術から知られている浮遊状態を回避するために、好ましくは、前記メカナムホイールは、特許文献１から知られているように、２つのリムであって、それぞれ当該リムの外周の全体にわたって回転自在に配置されたローラを保持する、２つのリムを備え、これらのリムが、当該リム同士の限定された相対運動、特には、周方向および／またはメカナムホイール回転軸心に直交する方向および／または当該リムのリム回転軸心に直交する方向および／または互いに傾斜する方向の相対運動を可能にする制動手段を介して互いに接続されている。好ましくは、前記メカナムホイールは、特許文献１に記載されているように構成されている。

本発明は、さらに、本発明の思想における、前記メカナムホイール車両および当該メカナムホイール車両により運搬される（再取外し可能なまたは着脱可能な）ペイロードを含むシステムであって、前記ペイロードの重量力の一部が比例的に前記メカナムホイールを介して地面で支持されると共に一部が比例的に前記支持手段を介して地面で支持されるシステムに関する。本発明は、さらに、本発明の思想に従って構成されたメカナムホイール車両を動作させる方法をもたらす。この方法で重要なのは、前記シャーシおよび／またはペイロードの重量力のうちの一部が前記メカナムホイールを介して地面で支持されて当該重量力のうちのそれ以外の割合が前記支持手段を介して地面で支持されることである。この文脈において、好ましくは、前記メカナムホイールを介して支持される重量力が、ペイロードの測定された重量力に応じて調節される。特には、前記エネルギー蓄積手段の予張力および／または前記エネルギー蓄積手段のばね経路の対応する調整により、特には、前記エネルギー蓄積手段の、前記支持手段が地面に到達するまで、および／または、任意の支持エネルギー蓄積手段が前記ペイロードにより引き起こされるばね張力の上限まで達するまで当該エネルギー蓄積手段が移動しなければならないばね経路の上限の対応する調整により調節される。

本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、例示する好適な実施形態についての以下の説明および図面から理解することができる。

本発明の思想に従って構築された、ペイロードなしの場合の、荷重物の運搬のためのメカナムホイール車両を示す側面図である。 荷重物を載せた、図１ａのメカナムホイール車両を示す側面図である。 本発明の思想に従って構築されたメカナムホイール車両の実施形態を示す底面図である。 メカナムホイール車両の別法の一実施形態を示す大幅に概略した側面図である。 本発明の思想に従って形成されたメカナムホイール車両のさらなる代替的な実施形態であって、シャーシ上に昇降手段、ここでは例として昇降フォークを備える高度に概略的な図である。 メカナムホイール車両の代替的なさらなる実施形態の、同様に高度に概略的な図である。

図面において、同一の構成要素および同一の機能を有する構成要素は、同一の参照符号により特定されている。

図１ａおよび図１ｂに、本発明の思想に従って構築されたメカナムホイール車両１の基本原理を示す。メカナムホイール車両１は、仮想的な長方形の角部を規定する合計４つのメカナムホイール駆動部２を備える。これらの４つメカナムホイール駆動部のうち、側面図では、車両１の長さ方向に離間した２つの駆動部のみが見て取れる。それら以外の２つのメカナムホイール駆動部は、図面視でそれらのメカナムホイール駆動部の後ろに隠れて位置している。別の２つのメカナムホイール駆動部は、図面後ろ側にある。各メカナムホイール駆動部２はメカナムホイール３を含み、当該メカナムホイール３は、当該メカナムホイール３に配置された電動駆動部（図示せず）を有する。全ての当該駆動部は、全方向動作を確実にするようにメカナムホイール３を個々に駆動する制御手段（図示せず）とそれ自体公知の様式により接続されている。

当該メカナムホイール３を当該メカナムホイール３の駆動部と共に保持するシャーシ５に対して、メカナムホイール３がエネルギー蓄積手段４を介して弾性的に支持されている様子が見て取れる。エネルギー蓄積手段４は、あくまでも例示に過ぎないが、図示を簡単にするためにコイルばねとして描かれている。当然ながら、他の弾性的取付け構成も可能である。重要なのは、地面Ｕと直交に向いた少なくとも１つのばね力成分がシャーシ５とメカナムホイール３との間に作用していることである。

シャーシ５は、メカナムホイール駆動部３に加えて、当該シャーシ５に強固に接続された支持手段６を保持する。図示の例において、支持手段６はそれぞれ、１つの回転軸心７回りにかつ当該回転軸心７と直交に向いた１つの関節回動軸心８回りに回転可能に取り付けられた荷重ホイールの形態である。

支持手段６は、別の駆動部によって回転軸心７回りにまたは関節回動軸心８回りに直接駆動され得るものではなく、メカナムホイール３の駆動によるメカナムホイール車両１の移動に応じて（すなわち、当該移動の作用として）それぞれ回転軸心７回りにまたは関節回動軸心８回りに回転し得るかまたは回動し得るものである。

図１ａには、荷重物なしの状態が示されている。図示の例的な実施形態では、本質的にシャーシ５により発生する重量力がエネルギー蓄積手段４を介してメカナムホイール３に作用し、これにより図示の状態ではそれらが全重量力を地面で支持している。支持手段６により定められる、より厳密には前記荷重ホイールにより定められる支持面９（地面との所望の接触領域）は、地面Ｕから離れて浮いている。

図１ｂには、図１ａのメカナムホイール車両１にペイロード（荷重物）１０が取り付けられたものが示されている。ペイロード１０は、Ｘ（Ｎｍ）の重量力Ｆを有する。ペイロード１０または当該ペイロード１０の重量力Ｆにより、エネルギー蓄積手段４は、支持手段６が当該支持手段６の支持面９で地面に接触するまでシャーシ５が荷重物１０と共に当該エネルギー蓄積手段４のばね力を抗して前記重量力の方向へと下方に自動的に変位するばね経路を移動することによって緊張される。前記エネルギー蓄積手段のうち、地面Ｕの不整形を補償するための小さな残留ばね経路（残留ばね容量）が残る。メカナムホイール３を介して支持される重量力は、エネルギー蓄積手段４ならびに前記残留ばね経路および残留ばね容量の適切な選択により夫々制限される。すなわち、ペイロード１０の重量力の一部のみが前記メカナムホイールを介して地面で支持されて、それ以外の割合については前記支持手段を介して地面で支持される。エネルギー蓄積手段４は、前記メカナムホイール車両を（全方向に）推進させるのに十分な、地面Ｕへのメカナムホイール３のトラクションが、ペイロード１０または対応する総重量に関して与えられるように選択されている。

特に好ましい一実施形態では、エネルギー蓄積手段４の予張力が、具体的には積載されるペイロード１０に応じて調節可能であり、かつ／あるいは、任意の支持エネルギー蓄積手段（同図には示されていない）であって、当該支持エネルギー蓄積手段により、支持手段６が必要に応じてシャーシ５に対して弾性的に取り付けられ得る支持エネルギー蓄積手段の予張力が、調節可能である。図１ａの荷重物なしの状態に関して、地面に対する前記支持面の間隔を、前記ばね経路（したがって、ばねの残留ばね経路）を調節するために調節することも想定可能である。

最も好ましくは、前述した設定のうちの少なくとも１つが、荷重物１０の測定された重量力または荷重物１０の測定される重量力成分に応じて実行される。この目的のために、ペイロードの重量力が測定されることが可能である測定装置（力測定手段）１１が、例えば、図１に示唆されるようにシャーシ５に設けられ得る。この重量力（変形例として、メカナムホイール車両１の外部で測定されるものであってもよい）に応じて、前述した設定のうちの少なくとも１つが、手動でまたはアクチュエータ手段により実現される。特に好ましくは、これは、測定装置１１のセンサ信号に応じて自動的に、制御手段による前記アクチュエータ手段の対応する制御により実行される。

図２は、本発明の思想に従って構成されたメカナムホイール車両１の使用可能な一実施形態を示す底面図である。仮想的な長方形の角部を規定する４つのメカナムホイール駆動部２であって、それぞれ、全方向動作を確実にするために駆動部（図示の例では、それぞれ１つの電動駆動部１２）により駆動されることが可能な１つのメカナムホイール３を含む、４つのメカナムホイール駆動部２が存在している様子が見て取れる。このとき、駆動部１２は、制御手段１３により、個々の方向および／または個々の速度で駆動される。

それぞれのメカナムホイールは、当該ホイールの外周にわたって分布配置された複数のローラ（好ましくは、樽形状のローラ）を具備しており、当該ローラのローラ回転軸心は、メカナムホイール回転軸心に対して傾いて配置されている。好ましくは、２つの隣接するメカナムホイールのメカナムホイール回転軸心同士が整合しており、かつ、２つのメカナムホイールペア（メカナムホイール対）のメカナムホイール回転軸心同士が互いに平行に配置されている。

シャーシ５が、シャーシ５に対してメカナムホイール駆動部２が弾性的に取り付けられていることが見て取れる。シャーシ５は、さらに、荷重物を保持するための支持手段６を支承する。

図３に、高度に概略的なメカナムホイール車両１の好ましい一実施形態を示す。メカナムホイール駆動部２は、支持アーム１４を介してシャーシ５に回動可能に取り付けられている。支持アーム１４には、ねじりばねの形態のそれぞれのエネルギー蓄積手段４が割り当てられており、好ましくは、当該ねじりばねは、当該エネルギー蓄積手段の予張力を変化させる別個の駆動部（図示せず）により予張力付与可能である。当然ながら、ねじりばねに加えて、あるいは、ねじりばねに代えて、例えば気体圧ばね、コイルばね等の異なる形態のばねも使用可能である。

ここでも、メカナムホイール３に加えて、保持されるペイロードの一部が地面で支持されることを可能にする支持手段６が設けられている様子が見て取れる。

図４に、高度に概略的な基本構造が図１ａ〜図２の例的な実施形態に相当するメカナムホイール車両１を示す。シャーシ５上には、運搬される荷重物のための載置面１７とシャーシ５との間の間隔を変化させる昇降手段１５（距離変化手段）が設けられており、載置面１７が当該昇降手段１５により定められる。特定の実施形態において、昇降手段１５は、例えば電動駆動部を用いてシャーシ５に対して高さが調節可能であるように配置された昇降フォーク１６を含む。

上記に加えて、あるいは、上記に代えて、例えばピストン−シリンダ配置構造、スピンドル駆動部、はさみ型ヒンジ駆動部などにより高さ調節可能であるプラットフォームの形態等の、代替的な昇降手段１５が実現されてもよい。好ましくは、前記駆動部は、モータ（特には、電気モータ）を含む。

図５に、メカナムホイール駆動部２ならびに図１ａおよび図１ｂの例的な実施形態と同様にペイロードが積載されていないときには地面から持ち上げられて離れている支持手段６を備えるメカナムホイール車両１の代替的な一実施形態を示す。支持手段６は、図示の例的な実施形態では支持エレメント１８として特定されているシャーシ５の高さ調節可能なシャーシセクションに固定されており、回転可能にかつ操舵可能に配置されたローラを含む。支持エレメント１８が、代わりにシャーシ５に高さ調節可能に固定されている。すなわち、支持手段６は、シャーシ５に高さ調節可能であるように固定されている。支持フレーム１８は、ばねエレメント１９を介してシャーシ５に支持されており、かつ、ペイロードを受け入れる役割を果たす。ここで、ばねエレメント１９のばね剛性は、エネルギー蓄積手段４のばね剛性よりも小さく、これにより支持エレメント１８は、荷重物が付加されると、支持手段６または当該支持手段６の支持面が地面に達するまで下降する。これにより、この状態では、エネルギー蓄積手段４の残留ばね経路が、重量力のうちの一部のみがメカナムホイール３を介して地面で支持されるように確保されている。

１ メカナムホイール車両
２ メカナムホイール駆動部
３ メカナムホイール
４ エネルギー蓄積手段
５ シャーシ
６ 支持手段
７ 回転軸心ＺＤＲ−Ｐ−
８ 関節回動軸心
９ 支持面
１０ ペイロード
１１ 測定装置
１２ （メカナムホイール駆動部のうちの）駆動部
１３ 制御手段
１４ 支持アーム
１５ 昇降手段
１６ 昇降フォーク
１７ 載置面
１８ 支持エレメント
１９ ばねエレメント
Ｕ 地面

Claims (16)

1. メカナムホイール車両、特には、ペイロードを運搬するメカナムホイール車両であって、
   それぞれ少なくとも１つのメカナムホイールおよび少なくとも１つの駆動部、特に電動の駆動部を含む、複数の、特に３つまたは４つの、メカナムホイール駆動部（２）を備え、
   全方向動作のための前記メカナムホイール駆動部（２）を制御するために構成された制御手段（１３）を備え、
   シャーシ（５）を備え、当該シャーシの重量力が、前記メカナムホイール（３）によっても、前記メカナムホイール（３）に加えて設けられた前記車両の支持手段（６）によっても、地面（Ｕ）で支持されることを可能にするメカナムホイール車両であって、
   前記メカナムホイール（３）が、特に対応付けられた前記駆動部と共に、前記メカナムホイール（３）によって地面（Ｕ）で支持されるべき前記シャーシ（５）の重量力成分および任意の当該シャーシにより運搬されるべきペイロード（１０）を制限するために、エネルギー蓄積手段（４）によって前記シャーシに対して弾性的に取り付けられている、メカナムホイール車両。
2. 請求項１に記載の車両において、
   前記支持手段（６）が、少なくとも１つの、前記車両の走行時に回転軸心（７）回りに回転可能な荷重ホイールを備えており、当該荷重ホイールが前記車両の方向転換時に関節回動軸心回りに回転可能であり、および／または、前記支持手段（６）が前記地面（Ｕ）で支持するために回転可能に配置されている球を備えていることを特徴とする、車両。
3. 請求項１または２に記載の車両において、
   シャーシ（５）にペイロード（１０）が積載されていない場合には前記支持手段（６）が前記メカナムホイール（３）により定められる支持面よりも上に位置するように、かつ、ペイロード（１０）が付加された場合には前記エネルギー蓄積手段（４）のばね張力増加と共に、同時に、特に前記シャーシ（５）と共に、地面（Ｕ）の方向に下降するように、前記エネルギー蓄積手段（４）が構成および配置されていることを特徴とする、車両。
4. 請求項３に記載の車両において、
   前記支持手段（６）により構成された支持面（９）と、前記メカナムホイール（３）により定められる支持面との間の距離が調整可能であることを特徴とする、車両。
5. 請求項３または４に記載の車両において、
   ペイロード（１０）が積載されている場合に前記シャーシ（５）の調整方向に対して平行である前記エネルギー蓄積手段（４）の最大ばね経路成分の長さが、ペイロード（１０）が積載されていない場合に前記支持手段（６）の支持面と前記メカナムホイール（３）により定められる支持面との間で同じ方向に測定された距離よりも大きいことを特徴とする、車両。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の車両において、
   前記支持手段（６）が、前記シャーシ（５）に対して非弾性的に取り付けられているか、または前記支持エネルギー蓄積手段のばね剛性が前記エネルギー蓄積手段（４）のばね剛性より大きいように前記支持エネルギー蓄積手段により前記シャーシ（５）に対して弾性的に取り付けられていることを特徴とする、車両。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の車両において、
   前記エネルギー蓄積手段（４）の予張力および／または前記エネルギー蓄積手段のばね経路が、前記メカナムホイール（３）により地面で支えられるべき最大重量成分を調整するために、手動またはアクチュエータ手段により調整可能であることを特徴とする、車両。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の車両において、
   前記メカナムホイール車両（１）が、前記シャーシ（５）の重量力または重量力成分および／またはペイロード（１０）の重量力または重量力成分を特定するために測定装置（１１）を備えており、
   かつ、前記測定装置（１１）のセンサ信号に応じて前記エネルギー蓄積手段（４）の前記予張力を調整するための、および／または、前記ばね経路を調整するための前記アクチュエータ手段を制御するために、前記測定装置（１１）が制御手段（１３）と信号伝達可能に接続していることを特徴とする、車両。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の車両において、
   前記シャーシ（５）に、１つの、特に傾倒型の積載装置、好ましくは積載槽が、ペイロード（１０）を受け入れるために配置されていることを特徴とする、車両。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の車両において、
    前記シャーシ（５）上で、特に好ましくはピストン・シリンダ駆動部、および／または、はさみ型ヒンジ駆動部を具備するアクチュエータにより駆動可能な昇降手段（１５）、特に昇降フォーク（１６）または昇降プラットフォームを含んでいる昇降手段（１５）が、ペイロード（１０）を前記シャーシ（５）よりも上に上げるために配置されている、ことを特徴とする、車両。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の車両において、
    前記メカナムホイール（３）が、特に前記駆動部と共に、特にねじりばねにより弾性的に取り付けられた回動可能な支持アーム（１４）によって前記シャーシ（５）に配置されており、
    当該前記メカナムホイール（３）が、前記支持アーム（１４）の回動により前記エネルギー蓄積手段（４）のばね張力が変化し、および／または、前記エネルギー蓄積手段（４）の前記ばね予張力が前記支持アーム（１４）の回動角度を能動的に、特にアクチュエータ手段または手動により調整することで、調整可能になるように取り付けられていることを特徴とする、車両。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の車両において、
    前記メカナムホイール（３）がそれぞれ当該リムの外周の全体にわたって回転自在に配置されたローラを保持する複数のリムを備え、かつ少なくとも２つの隣接する前記リムが制動手段を介して互いに接続されており、
    当該制動手段が、リムの制動され限定された相対運動を周方向および／またはメカナムホイール回転軸心に直交する方向および／または当該リムのリム回転軸心に直交する方向および／または互いに傾斜する方向の相対運動を可能にするよう構成されていることを特徴とする、車両。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のメカナムホイール車両（１）と、当該車両に運搬されるペイロード（１０）を含むシステムにおいて、
    前記ペイロード（１０）の重量力が、一部前記メカナムホイール（３）により、かつ一部前記支持手段（６）により、地面（Ｕ）で支持される、システム。
14. 請求項１３に記載のシステムにおいて、
    前記エネルギー蓄積手段（４）が、ペイロード（１０）が付加された状態で、特に前記地面（Ｕ）の不整形を補償可能とするために残留ばね経路の分だけ圧縮可能であることを特徴とするシステム。
15. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のメカナムホイール車両を動作させる方法において、
    前記シャーシ（５）の重量力の一部および／または任意のペイロード（１０）の一部が前記メカナムホイール（３）により、かつ前記重量力の他の一部が前記支持手段（６）により、前記地面（Ｕ）で支持されることを特徴とする方法。
16. 請求項１５に記載の方法において、
    ペイロード（１０）の重量力が、特に前記メカナムホイール車両（１）で測定され、かつ前記エネルギー蓄積手段（４）の予張力および／または前記エネルギー蓄積手段（４）のばね経路が、前記測定された重量力に応じて調整されることを特徴とする方法。

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