WO2017220546A1 - Steighilfevorrichtung für ein rad - Google Patents

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WO2017220546A1
WO2017220546A1 PCT/EP2017/065039 EP2017065039W WO2017220546A1 WO 2017220546 A1 WO2017220546 A1 WO 2017220546A1 EP 2017065039 W EP2017065039 W EP 2017065039W WO 2017220546 A1 WO2017220546 A1 WO 2017220546A1
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pivot lever
obstacle
actuator
pivoting
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Martin Riedel
Tim Guhl
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KUKA Roboter GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a climbing device for a wheel, in particular for wheels of a driving device and a corresponding driving device, wherein the climbing device has at least one pivot lever and an actuator.
  • Wheel-based rides come in many areas, such as the industrial one
  • radar-based driving is also an integral part of many healthcare and assistance products, such as non-propelled roilers or powered mobility support systems such as the KUKA Mobility Assistant MAID.
  • wheelsets offer advantages when driving on level surfaces, but can only pass over obstacles such as steps and / or thresholds.
  • the wheels To be able to run over curbs, the wheels must be sufficiently large to allow a safe crossing of the obstacles.
  • the object of the present invention is to provide a climbing aid
  • the climbing device should be used both for driven and for freely rotating wheels and for castors, actively steered wheels, wheels on rigid axles or in a chassis.
  • Wheels may be classic wheels, wheels or special forms of wheels, such as Mecanum wheels or omnidirectional wheels.
  • the climbing device is to be automatically activated both when driving up and down from an obstacle and not externally, in particular not by the user, must be triggered.
  • the up and down of an obstacle should be carried out at a reasonable speed, without the user having to wait consciously before an obstacle.
  • the climbing device should be protected against misuse and also tolerate an oblique approach of obstacles.
  • the object is achieved at least in part by a climbing aid device according to claim 1 and a driving device according to claim 9.
  • the object is achieved by a climbing device for at least one wheel of a driving device, wherein the climbing device a rigid pivot lever, which a first
  • Swivel lever end and a second pivot lever end comprises, and wherein the pivot lever is rotatably mounted, and at least one wheel can be assigned such that the first pivot lever end in the direction of travel A on the
  • the Steig Anlagenvorraum also includes at least one actuator which is adapted to the pivot lever from a first position to a second position
  • Driving devices in the sense of the present application can be any driving devices which have a wheel-based chassis.
  • driving devices are used in mobile robot applications, such as, for example, in mobile platforms which guide an industrial robot or in mobility assistance systems.
  • the rigid pivoting lever which comprises a first and a second pivot lever end typically has a bearing point on which it is rotatably mounted. This bearing point is located between the first and second pivot lever end. If one of the swivel lever ends is moved, the other swivel lever end is moved by means of the rigid swivel lever corresponding to the bearing point.
  • the rigid pivot lever may be adapted to one side, d. H. at a
  • the pivot lever may have a recess to at least partially enclose the associated wheel.
  • the rigid pivot lever can form a frame that encloses the wheel.
  • the pivot lever ends are adapted to intervene with an obstacle, wherein the intervention with the obstacle can be done either directly or indirectly.
  • a direct intervention leads to a sliding contact between the
  • Swivel lever end and the obstacle may be attached to the pivot lever end / the pivot lever ends.
  • the pivot lever end then engages indirectly, by means of the corresponding component with the obstacle.
  • the first pivot lever end which protrudes in the direction of travel over the wheel circumference of the wheel adapted to lift the wheel on an obstacle.
  • the first pivot lever end is placed on an upper side of the obstacle, so that the pivot lever end engages with the obstacle and then lowered by means of the actuator.
  • the wheel is raised and can be led up to the obstacle.
  • the second pivot lever end which protrudes counter to the direction of travel over the wheel circumference of the wheel to set the wheel of a To bring down the obstacle.
  • the second pivot lever end engages with the obstacle when the wheel has been led beyond an edge of the obstacle. Due to the second pivot lever end, the wheel does not simply descend / descend from the obstacle as the second pivot lever end engages the obstacle and so the suspension is damped down over the pivot lever. This is the second
  • the first pivot lever end is preferably arranged so that it is spaced further from the ground in the vertical direction than the axis of rotation of the wheel, which is associated with the pivot lever. The distance between the first
  • Pivoting lever end and the bottom in the vertical direction corresponds to the maximum rise height h max of the climbing aid device.
  • the maximum rise height hmax should be at least 120 mm, preferably at least 150 mm, and most preferably at least 210 mm. These heights allow a driving device on obstacles such as curbs up or lead down.
  • the second pivot lever end in the first position is preferably arranged so that it is not in contact with the ground.
  • the distance of the second pivot lever end to the ground in the vertical direction is to be selected so that the second pivot lever end is not in contact with the ground when driving on level ground and engages as quickly as possible with an obstacle during the descent.
  • the second pivot lever end is spaced vertically from the ground by at least 10 mm, preferably at least 20 mm, and most preferably at least 50 mm.
  • the actuator which pivots the pivoting lever from a first position to a second position, may for example be an electric motor.
  • the actuator may comprise a spring element which is adapted to move the pivot lever in only one direction.
  • the actuator may comprise a bimetallic element, a shape memory alloy element, a lift cylinder and pneumatic, electric and / or hydraulic actuators.
  • the pivot lever may be associated with a wheel of a driving device and rotatably mounted about an axis of the wheel, whereby space can be saved.
  • the axis of the wheel and the axis of the pivot lever can be integrally formed, whereby further space can be saved and the number of parts of the driving device can be reduced.
  • pivot lever it is also possible to assign the pivot lever to a wheel of a driving device and to support it rotatably about an axis which does not correspond to the axis of the wheel.
  • the axis of the pivoting lever may be offset in the vertical direction by a distance, which distance is preferably in the range of 0 to 10 cm, preferably in the range of 2 to 8 cm and most preferably in the range of 4 to 6 cm.
  • the maximum climbing height of the climbing device / the wheel can be increased.
  • a roller may be arranged on at least one of the swivel lever ends, wherein preferably at least one of the rollers, and in particular the roller, which is arranged on the second swivel lever end, is at least partially covered with a cover, wherein the cover is arranged with a Obstacle to intervene when the wheel is led down from the obstacle.
  • rollers on one or both of the pivot lever ends allows for efficient engagement with the obstacle, as the rollers on the pivot lever ends
  • the roller which is arranged on the first swivel lever end, can be arranged to be rotatable in only one direction, so that when the wheel is guided onto an obstacle, an accidental down-shift can be avoided.
  • the roller which is arranged on the second pivot lever end, may also be mounted stiff, so that too fast rolling down from the obstacle can be prevented.
  • the roller can be mounted so that the bearing friction of the role is dependent on the angle.
  • the roller may be provided with less bearing friction so that the last part of the downhill run can be made faster.
  • a cover can furthermore be provided, which is arranged on the second swivel lever end about the roller in such a way that during the descent of the Rades of an obstacle initially the cover with the obstacle is engaged, whereby a sliding contact with high friction is provided. That is, the lowering is initially performed slowly.
  • the cover can be brought out of engagement with the obstacle and the role can intervene with the obstacle, so that the last part of the down can be performed faster.
  • the rollers which are arranged on the swivel lever ends may have a wider running surface than the wheel, which is associated with the swivel lever.
  • a climbing ability can be provided even if the obstacle is not approached vertically, but for example at an angle which is in the range of 45 0 to 90 °, preferably in the range of 6o ° to 90 0, most preferably from 75 0 to 90 0 is.
  • the angle is the angle that includes the direction of travel A and an edge of the obstacle with each other.
  • the actuator may comprise a spring element and a return element, wherein the spring element is adapted to be biased in the first position and to pivot the pivot lever in the second position, and the
  • Reset element is adapted to bias the spring element.
  • the spring element may for example be a coil spring, a gas spring and / or another spring.
  • the spring element is characterized in that it can move the pivot lever from the first position to the second position.
  • the restoring element is in particular configured to bias the spring element.
  • the return element can be designed such that it uses the movement of the wheel to bias the spring element. For example, a belt that is wound around the axis of the wheel can be used to bias the spring element.
  • the restoring element should be adapted to bias the spring element in a time span of less than 15 seconds, preferably less than 10 seconds, and most preferably less than 5 seconds, so that the actuator is ready again after the time has elapsed to release the pivoting lever from the move the first position to the second position, ie to guide the wheel when approaching an obstacle.
  • the spring element may be formed as a compression spring, and engage between the bearing of the pivot lever and the first pivot lever end with the pivot lever or configured as a tension spring and be executed between the bearing point of the pivot lever and the second pivot lever end wherein the spring element in these cases in the vertical direction above the
  • Swing lever is attached. Other arrangements are also possible.
  • the climbing aid device may comprise a locking device which is adapted to block the actuator.
  • the blocking of the actuator prevents pivoting of the pivoting lever by means of the actuator from the first position to the second position.
  • the locking device thus prevents the accidental release of the climbing device and it can be ensured that the climbing device only move up or
  • the locking device can block a spring element such that the
  • Locking device unlocked, the spring element is released and moves the pivot lever from the first position to the second position.
  • the actuator and the pivot lever can be set up so decoupled that the pivot lever can be pivoted from the first position to the second position to lead down the wheel of the obstacle, without activating the actuator.
  • the pivot lever can always be pivoted passively. If the swivel lever is in the first position, the wheel can be guided downwards by an obstacle without the need to activate the actuator. This allows obstacles to descend without having to stop driving to activate the actuator.
  • the climbing aid device may comprise a retarding device, wherein the retarding device is adapted to delay a pivoting of the pivoting lever from the first position to the second position, wherein the retarding device preferably comprises a spring element and / or a
  • the spring element is preferably adapted to move the pivot lever after the lowering of the wheel from an obstacle from the second position to the first position.
  • the delay device preferably comprises a spring element, which in turn may be designed as a compression spring or tension spring.
  • the spring element of the deceleration device is adapted to apply a weaker force and / or a weaker moment to the pivot lever, as it engages the actuator or the spring element of the actuator on the pivot lever.
  • the pivot lever move.
  • a speed-dependent damping element can control the speed of descent from an obstacle.
  • the climbing device may comprise at least one mechanical stop limiting the pivoting of the pivot lever beyond the first and / or the second position, wherein the climbing device preferably comprises a sensor which is adapted to detect the achievement of the second position and to cause that the pivoting of the pivot lever is stopped and / or the direction of the pivoting is reversed.
  • the pivoting range of the pivoting lever can be limited.
  • the stop which limits the first position of the pivot lever, defines the maximum rise height h max of the climbing device.
  • an elastically deformable element can be arranged on at least one mechanical stop, in particular on the mechanical stop, which limits the pivoting of the pivot lever beyond the second position.
  • the elastically deformable element may be arranged on the stop so that it comes into contact with the pivoting lever during the pivoting of the pivoting lever from the first to the second position and then from the pivoting lever
  • Swivel lever is elastically deformed.
  • the second stop which determines the second position of the pivot lever, is preferably arranged and formed such that the pivot lever first only leads the wheel underside to below an obstacle upper side, so that the wheel underside is arranged by the distance ⁇ d below the obstacle upper side.
  • an elastic element can be arranged on the second stop.
  • the wheel can be driven up by further travel drives due to the wheel circumference on the level / the obstacle.
  • Swivel lever end by the amount ⁇ d spaced from the top of the obstacle and the actuator may further lower the first pivot lever and deform the resilient element until the second stop is fully reached. If the second stop is reached, for example, a button or a sensor can be actuated, which activates the return element of the actuator to bias the spring element of the actuator again.
  • the actuator itself may be the rear portion of the
  • a time monitoring device such as a timer can be provided, which is set up to specify how long the pivot lever is to be moved from the first position to the second position. When the timer has expired, the swivel lever can be moved back to the first position.
  • the timer or the time monitoring device may include electronic and / or mechanical components.
  • the pivot lever moves from the first position into the second position without lifting, because the swivel lever end or a corresponding roller on the
  • the climbing aid device may comprise at least one obstacle detection device which is adapted to detect a surmountable obstacle and to cause the actuator to pivot the pivot lever from the first position to the second position.
  • An obstacle recognition device is preferably attached to the climbing device so that only surmountable obstacles are detected as obstacles that exceed a certain minimum height h m i n . This can be achieved, for example, in which the obstacle recognition device comprises a button which must mechanically come into contact with an obstacle in order to be actuated.
  • the button is mounted at the height h m i n , then it comes into contact only with obstacles that have at least one height h m i n .
  • optical sensors and / or the like can be used to detect obstacles.
  • a corresponding button or the obstacle detection device may be arranged so that it can only mechanically come into contact with an obstacle when the obstacle has a height h which is smaller than that maximum height of rise h max . This can for example be achieved by the button in the direction of travel not over the first pivot lever end, or the role at the first pivot lever end (climbing roller), protrudes.
  • the actuator can be activated only if the obstacle is an insurmountable obstacle with h m i n ⁇ h ⁇ h max .
  • the obstacle detection device may be a purely mechanical system which, for example, by contact with an obstacle
  • the obstacle recognition device comprises a sensor and a control device, which control device controls an actuator based on a sensor signal of the sensor such that the pivot lever is pivoted from the first position to the second position.
  • the obstacle recognition device may be arranged such that it can only be operated when the obstacle is smaller than the maximum height of rise hmax. Thus, it can be prevented that the climbing device is activated when the wheel is steered, for example, against a wall.
  • the climbing aid device may comprise an edge sensor, which is preferably an optical sensor.
  • the edge sensor may detect an edge of an obstacle such as a step edge after passing the obstacle with the wheel, and a controller may use a corresponding sensor signal to control a climbing aid or to control the actuator of the climbing aid to cause an accidental Shut down from the step / obstacle is prevented.
  • Edge detection sensor is preferably an optical sensor.
  • the object is further achieved by a driving device which comprises at least one wheel and a climbing aid device, as described above.
  • a driving device such as a mobility support system or a mobile manipulator platform provided with a corresponding climbing device, so the device itself can be carried out rising and, for example, steps and / or descend or descend stairs.
  • Fig. L is a schematic representation of a climbing aid device
  • FIG. 2 shows a schematic sequence of the rising by means of the climbing aid device from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic sequence of the lowering by means of the climbing aid of FIG.
  • Fig. 4 is a schematic representation of a climbing aid device, wherein the roller is partially covered at the second pivot lever end, and
  • Fig. 5 is a schematic representation of another climbing device.
  • FIG. 1 shows a climbing aid device 1, which comprises a wheel 10 and a pivoting lever 20.
  • the wheel 10 includes an axle 12 which is rotatably supported.
  • the axle 12 may be rigid or pivotable.
  • the wheel 10 may be a freely rotatable or driven wheel.
  • the wheel 10 is part of a driving device, which is not shown.
  • the pivot lever 20 includes a first pivot lever end 22, which in
  • the pivot lever 20 comprises a second pivot lever end 24, which projects beyond the circumference of the wheel 10 counter to the direction of travel A.
  • rollers 32, 34 are arranged at the pivot lever ends 22, 24 respectively. The rollers are preferably wider than the width of the wheel so that they project beyond the running surface of the wheel on both sides.
  • the pivot lever 20 is pivotable from a first position, as seen in Figure 1, in a second position.
  • the first position is limited by the stop 26, wherein the second position is limited by the stop 28.
  • the ascending device 1 shown is adapted to guide the wheel over obstacles which have a minimum height h m i n and / or a maximum height h max . If an obstacle is less than h m i n , then the wheel 10 can independently drive over the obstacle.
  • the climbing aid device 1 comprises a deceleration device 40, which comprises a speed-dependent damping element 42 and a spring element 44. The operation of the delay device will be explained in more detail with reference to Figures 2 and 3.
  • the climbing aid device 1 comprises an edge sensor 50, which is preferably designed as an optical sensor.
  • Obstacle detecting device 60 is attached to the climbing device 1 at the height h m i n .
  • the actuator 70 which is adapted to move the pivoting lever 20 from the first position to the second position, comprises a spring element 72 and a return element 74.
  • the spring element 44 of the deceleration device is designed such that it acts on the pivoting lever 20 a smaller Can exert torque than the spring element 72 of the actuator 70.
  • the actuator 70 can by a
  • Locking device 80 are blocked, which has a locking pin 82 and a spring element 84.
  • Fig. 2 shows in the illustrations A to D the climbing aid device 1 described with reference to Fig. 1 in bringing the wheel up on an obstacle 100 which is for example a step such as a curb.
  • the obstacle detection device 60 which is formed in the form of a button, first comes in contact with the obstacle 100 and releases the locking device 80, so that the locking element 82 is retracted. Thereupon, the prestressed spring element 72 can apply a compressive force to the pivoting lever 20.
  • the first pivot lever end, on which the roller 32 is disposed, is disposed so as to protrude beyond the obstacle when the obstacle detection device 60 comes in contact with the obstacle 100. Consequently, the roller 32 engages the obstacle 100 when the spring member 72 moves the pivot lever 20 clockwise as shown in FIG. 2A.
  • the wheel 10 is raised. This is particularly possible because the wheel 10 is part of a driving device, which is not shown here. If the wheel 10 is raised so far that the lowest point of the wheel 10 by one
  • the pivot lever 20 comes with a stop 28 and in particular with a on the
  • Stop 28 attached elastic element in contact. As a result, that will interrupted further movement of the wheel 10 and the wheel 10,
  • Spring member 72 of the actuator 70 continue to pivot the pivot lever 20 in a clockwise direction until the elastic element, which is attached to the stop 28 is compressed and a sensor 29 detects the reaching of the second position.
  • the sensor 29 may be, for example, a button which is actuated by the pivot lever 20. Based on this sensor signal of the sensor 29, the return element 74 can be activated, whereby the spring element 72 is retracted and re-biased.
  • a mechanical device may also be provided.
  • a timer 27 may also be provided which commands the activation of the reset element 74 for a predetermined period of time.
  • the spring element 72 When the spring element 72 is re-biased by the return element 74, no force is applied to the pivot lever 20 by means of the spring element 72, and the spring element 44 of the delay device 40 returns the pivot lever 20 from the second position, as seen in FIG. 2D in the first position. If the spring element 72 of the actuator 74 is fully biased, it may be locked by means of the locking device 80 in the preloaded configuration. Thus, the climbing device 1 is ready for reactivation.
  • FIGS. 3A-C show a climbing device 1 as shown in FIG. 1, wherein the climbing device 1 lowers the wheel 10 from an obstacle 100. If the climbing device or the wheel 10 is moved beyond the edge of the step 100, then the roller 34, which is arranged on the second pivot lever end of the pivot lever 20, as seen in Fig. 3B, comes into contact with the top of the obstacle 100. On the other hand, if the wheel 10 rolls on a flat surface, the roller 34 is located just above the flat surface. This corresponds to the arrangement in the first position (see Fig. 3A).
  • the downward movement of the wheel 10 from the obstacle 100 is decelerated / decelerated by the speed-dependent damper element 42.
  • the wheel 10 can be moved further in the direction of travel A, so that the roller 34 is moved down from the obstacle 100.
  • the spring element 44 of the Retarder 40, the pivot lever 20 move back from the deflected position to the first position.
  • a cover 36 which is arranged on the second swivel lever end 24 about the roller 34, can furthermore be arranged on the climbing aid device 1 so that when the wheel 10 descends from an obstacle 100, the cover 36 first moves along the obstacle 100 is engaged, thereby providing a sliding contact with high friction. That means that
  • Fig. 5 shows a further climbing device 2.
  • Fig. 5 shows a further climbing device 2.
  • the riser device 2 shown in FIG. 4 comprises an actuator 90, which via a Hubaktuator 92 and a
  • Delay device 94 comprises.
  • the lift actuator 92 may include a shape memory alloy member configured to move the pivot lever 20 from the first position (as shown) to the second position.
  • the delay device 94 may include, for example
  • a spring damper system adapted to delay the descent of the wheel 10 from an obstacle as described above.
  • the deceleration device 94 may be configured to move the pivot lever 20 from a second position back to the first position.

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Abstract

Eine Steighilfevorrichtung (1) für zumindest ein Rad (10) eines Fahrgeräts umfasst: einen starren Schwenkhebel (20) mit einem ersten Schwenkhebelende (22) und einem zweiten Schwenkhebelende (24), 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 mit einem Hindernis (100) eingreifen zu können, so dass das Rad auf das Hindernis hinauf geführt werden kann, und wobei 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. Weiterhin umfasst die Steighilfevorrichtung zumindest einen Aktuator (70) der dazu eingerichtet ist, den Schwenkhebel (20) von einer ersten Position in eine zweite Position zu verschwenken, so dass sich das erste Schwenkhebelende (22) senkt und das zweite Schwenkhebelende (24) hebt.

Description

STEIGHILFEVORRICHTUNG FÜR EIN RAD
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 Roilatoren 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 hmax der Steighilfevorrichtung. Insbesondere soll die maximalen Steighöhe hmax 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 o 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 450 bis 90 °, bevorzugt im Bereich von 6o° bis 900 und am meisten bevorzugt von 750 bis 900 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 hmax 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 Äd 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 Äd 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 Rücksteilen 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 Äd 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 hmin 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 hmin angebracht, so kommt dieser nur mit Hindernissen in Kontakt, die zumindest eine Höhe hmin 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 hmax. 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 hmin < h < hmax 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 hmax 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
Fig. l eine schematische Darstellung einer Steighilfevorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Abfolge des Steigens mittels der Steighilfevorrichtung aus Fig. i;
Fig. 3 eine schematische Abfolge des Senkens mittels der Steighilfevorrichtung aus Fig. l,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Steighilfevorrichtung, wobei die Rolle am zweiten Schwenkhebelende teilweise abgedeckt ist, und
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Steighilfevorrichtung.
Insbesondere zeigt Fig. l eine Steighilfevorrichtung l, 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 Figur 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 hmin und/oder eine maximale Höhe hmax aufweisen. Ist ein Hindernis kleiner als hmin, so kann das Rad 10 selbstständig über das Hindernis fahren. Weiterhin umfasst die Steighilfevorrichtung l eine Verzögerungsvorrichtung 40, welche ein geschwindigkeitsabhängiges Dämpfelement 42 sowie ein Federelement 44 umfasst. Die Funktionsweise der Verzögerungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf die Figuren 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 hmin 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. Fig. 2 zeigt in den Darstellungen A bis D die Steighilfevorrichtung 1, welche unter Bezugnahme auf Fig. 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 Fig. 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 Äd 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 3A-C zeigen eine Steighilfevorrichtung 1, wie in Fig. 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 Fig. 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. Fig. 3A).
Wie in Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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.
Fig. 5 zeigt eine weitere Steighilfevorrichtung 2. Dabei bezeichnen gleiche
Bezugszeichen die gleichen Elemente, wie bei der Steighilfevorrichtung 1, welche in Fig. 1 gezeigt ist. Anstelle der Verzögerungsvorrichtung 40, des Aktuator 70 und der Verriegelungsvorrichtung 80 umfasst die in Fig. 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)
Δά Abstand
Δα Winkel
hmin minimale Hindernishöhe
hmax maximale Hindernishöhe
A Fahrrichtung

Claims

Ansprüche 1 bis 11
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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..
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. Fahrgerät umfassend zumindest ein Rad (10) und eine Steighilfevorrichtung (1; 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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