DE19949351A1 - Aufbau von Radmodulen zur kombinierten Lenkung und Antrieb eines Fahrzeugs und ein Verfahren zu dessen elektronischer Kopplung - Google Patents
Aufbau von Radmodulen zur kombinierten Lenkung und Antrieb eines Fahrzeugs und ein Verfahren zu dessen elektronischer KopplungInfo
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Abstract
Der Aufbau von Radmodulen zur kombinierten Lenkung und Antrieb eines Fahrzeugs und ein Verfahren zu deren elektronischer Kopplung wird beschrieben. Diese konfigurierbaren Radmodule kommen ohne die Verwendung von Spezialrädern aus und weisen einen unbeschränkten Lenkwinkelbereich auf. Der beschriebene Aufbau des Radmoduls ermöglicht einen Versatz des Radaufstandspunkts gegenüber der Lenkachse in Rollrichtung und orthogonal dazu. Mit den beschriebenen Radmodulen lassen sich Fahrzeuge und bodengebundene Bewegungssysteme beliebiger Kinematik, Größe und Geometrie mit einer von der Lastverteilung abhängigen Radanzahl aufbauen. Dabei stellt sich das Problem der Koordination sowohl der Lenk- als auch der Antriebsachsen. Notwendige Verfahren zur Lösung des Koordinations- und Steuerungsproblems werden beschrieben. Anwendungsgebiete sind Fahrzeuge aller Art in Innenraum- und Außenraumumgebungen, auch Fahrzeuge ohne motorischen Antrieb, Fahrzeuge im Behinderten- und Gesundheitswesen, mobile Transportroboter, mobile Roboter mit Manipulationseinrichtung, Rollstühle, Krankenbahren, Krankenbetten, Putz- und Reinigungsmaschinen, mobilde Stative für Filmkameras, Einkaufswagen in Verkaufsgeschäften und deren Parkplätzen, Post- und Aktentransportfahrzeuge in Büros und Verwaltungsgebäuden.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Radmodule mit der Eigenschaft
der kombinierten Lenk- und Antreibbarkeit. Mehrere dieser Rad
module werden zum Aufbau von Fahrzeugen wie
Fahrzeuge aller Art in Innenraum- und Außenraumumgebungen, damit auch Fahrzeuge ohne motorischen Antrieb, Fahrzeuge im Behinderten- und Gesundheitswesen, wie mobile Transportroboter für Mahlzeiten,
Medikamente, Fäkalien, etc. mobile Roboter mit Manipulationseinrichtung
für Hol-/Bringdienste, Patientenführung, etc.
Rollstühle,
Krankenbahren,
Krankenbetten,
Putz- und Reinigungsmaschinen,
mobile Stative für Filmkameras,
Einkaufswagen in Verkaufsgeschäften und deren Parkplätzen Aktentransportfahrzeuge in Büros und Verwaltungsgebäuden verwendet. Dabei stellt sich zusätzlich das grundsätzliche Pro blem der koordinierten Steuerung (elektronische Kopplung) der Radmodule. Eine neue Lösung des Koordinationsproblems ist Teil dieser Erfindung.
Fahrzeuge aller Art in Innenraum- und Außenraumumgebungen, damit auch Fahrzeuge ohne motorischen Antrieb, Fahrzeuge im Behinderten- und Gesundheitswesen, wie mobile Transportroboter für Mahlzeiten,
Medikamente, Fäkalien, etc. mobile Roboter mit Manipulationseinrichtung
für Hol-/Bringdienste, Patientenführung, etc.
Rollstühle,
Krankenbahren,
Krankenbetten,
Putz- und Reinigungsmaschinen,
mobile Stative für Filmkameras,
Einkaufswagen in Verkaufsgeschäften und deren Parkplätzen Aktentransportfahrzeuge in Büros und Verwaltungsgebäuden verwendet. Dabei stellt sich zusätzlich das grundsätzliche Pro blem der koordinierten Steuerung (elektronische Kopplung) der Radmodule. Eine neue Lösung des Koordinationsproblems ist Teil dieser Erfindung.
Bisher bekannte Aufbauten für Radmodule für hochbewegliche
Fahrzeuge lassen sich zunächst in zwei Kategorien einteilen:
Radmodule basierend auf Spezialrädern und Radmodule basierend
auf Standardrädern. Bekannte Spezialräder sind z. B. sogenannte
universal wheels wie orthogonal wheel, Mecanum wheels [1] oder
double wheels [2]. Diese führen zu Fahrzeugvibrationen und sind
weiterhin nicht zum Befahren rauher Oberflächen oder Teppichbö
den geeignet. Die meisten Fahrzeuge sind daher mit Standardrädern
ausgerüstet. Um mit Standardrädern eine Flächenbeweglich
keit, das heißt Omnidirektionalität ohne Vorzugsfahrrichtung zu
erreichen, müssen alle Räder gelenkt und mindestens ein Rad an
getrieben sein. Bekannte Aufbauten für gelenkte und angetriebe
ne Radmodule haben einen beschränkten Lenkwinkel, der entweder
durch direkt durch mechanische Einschränkungen oder durch z. B.
verlegte Kabel beschränkt ist. Außerdem ist der sogenannte
Offset des Rades vom Drehpunkt nicht frei vorgebbar.
Aus den vorgenannten Nachteilen des Standes der Technik ergibt
sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Radmodul der
eingangs beschriebenen Art dahingehend auszugestalten und wei
terzubilden, daß der Lenkwinkel des Radmoduls beliebig wählbar
ist.
Der prinzipielle (oder Basis-) Aufbau (Aufbau #1) ist in Fig. 1
dargestellt. Er besteht aus folgenden Hauptkomponenten:
- - Hohlwellen-Lenkmotor und Hohlwellen-Lenkgetriebe
- - Antriebsmotor und Antriebsgetriebe
- - Vertikale Antriebswelle
- - Kegelradgetriebe
- - Radgabel
- - Rad
Der Lenkmotor bewegt über das Lenkgetriebe die Radgabel und
stellt damit einen vorgebbaren Radlenkwinkel ein. Die Antriebs
leistung wird vom Antriebsmotor über das Antriebsgetriebe und
die vertikale Antriebswelle durch die Hohlwelle von Lenkmotor
und Lenkgetriebe zunächst auf das Kegelradgetriebe und damit
auf das Rad übertragen.
Mit dem Basisaufbau ist zwar ein fast beliebiger lateraler
Offset des Rades von der Drehachse möglich. Der longitudinale
Offset ist allerdings zunächst auf Null festgelegt.
Genaue Beschreibung des Aufbaus des Radmoduls: Der Antriebsmo
tor treibt über das Antriebsgetriebe das Rad an, erzeugt damit
eine Drehbewegung. Die Drehbewegung des Antriebsmotors wird
über das Antriebsgetriebe und eine vertikale Antriebswelle auf
eine horizontale Antriebswelle (= Radachse) übertragen. Die ver
tikale und die horizontale Antriebswellen sind über ein Getrie
be, beispielsweise ein Kegelradgetriebe, miteinander verbunden.
Der Lenkmotor treibt über das Lenkgetriebe die Radgabel an, er
zeugt damit die Lenkbewegung. Die Drehbewegung des Lenkmotors
wird über das Lenkgetriebe und eine vertikale, zylinderförmige
Lenkwelle auf die Radgabel übertragen. Innerhalb der zylinder
förmigen Lenkwelle ist die Antriebswelle drehbar angeordnet.
Der Vorteil der neuen Radmodule liegt zum einen in der freien
Vorgebbarkeit des Offsets des Rades vom Drehpunkt. Zum anderen
läßt sich der Lenkwinkel ohne jegliche Beschränkung, d. h. mit
Drehwinkel n . 360, frei einstellen. Damit können unterschiedlich
komplexe Fahrzeugtypen von sehr einfachen Dreiradkinematiken
bis hin zu omnidirektionalen und flächenbeweglichen Typen mit
einem Radmodulkonzept aufgebaut werden.
Zur Einstellung eines beliebigen lateralen und longitudinalen
Offsets wird der in Fig. 2 dargestellte Aufbau (Aufbau #2) an
gegeben. Diese Erweiterung wird durch die Einführung eines zu
sätzlichen Getriebes, beispielsweise eines Zahnriemengetriebes,
erreicht.
Um nun zusätzlich die Bauhöhe zu verringern und außerdem den
Schwerpunkt so niedrig wie möglich zu halten, wird der in
Fig. 4 dargestellte Aufbau (Aufbau #3) angegeben. Die Motoren
werden hängend befestigt, was durch die Einführung von zwei zu
sätzlichen Getrieben, beispielsweise durch Zahnriemengetriebe,
erreicht wird.
In allen drei Aufbauten bewirkt der Lenkantrieb durch die Bewe
gung der Radgabel auch eine ungewünschte Antriebsbewegung des
Rades. Eine Entkopplungsregelung wirkt dieser ungewünschten An
triebsbewegung durch entsprechende Ansteuerung und Betätigung
des Antriebsmotors entgegen. Das Ziel ist, daß die vertikale
Antriebswelle gleichläufig mit der Lenkbewegung der Radgabel
gedreht wird.
Mehrere dieser Radmodule gemäß dem oben beschriebenen Aufbau
werden zum Aufbau von Fahrzeugen verwendet. Im allgemeine wer
den N gelenkte Räder verwendet, von denen M Stück (M kleiner
oder gleich N) mit einem aktiven Vortrieb ausgerüstet sind.
Damit haben die Fahrzeuge die Fähigkeit der omnidirektionalen
Fortbewegung, d. h. Translationsgeschwindigkeiten und Rotations
geschwindigkeit sind unabhängig voneinander vorgebbar.
Dabei unterscheiden wir zwei Anwendungsfälle: Das Fahrzeug wird
automatisch (von einem Rechner) gesteuert oder von einem Benut
zer geführt. In die erste Anwendung fallen mobile Roboter. Im
zweiten Anwendungsfall handelt es sich um Einkaufswagen, Roll
stühle und Krankenbetten. Im zweiten Anwendungsfall werden ex
terne Kräfte durch Lenkung und Vortrieb kompensiert. Damit kann
der Benutzer z. B. schwere Gegenstände ohne großen Kraftaufwand
schieben. Die Lenkrichtung kann dabei entweder durch Eingabe
vorgegeben werden oder ergibt sich durch Kompensation externer
Kräfte. Die Messung externer Kräfte kann entweder durch externe
Kraftsensoren, Momentensensoren in den Rädern oder durch Strom
messung an den Motoren vorgenommen werden.
Es ist in allen Anwendungsfällen ein besonderer Betriebsmodus
möglich, bei dem sich das Fahrzeug auf einer vorgegebenen
translatorischen Bahn bewegt und die Rotation der Fahrzeugs um
die Hochachse frei vorgebbar ist. Bei einem großen Verhältnis
von Rotations- zu Translationsgeschwindigkeit können damit gro
ße Steigungen überwunden werden oder große Schiebekräfte ausge
übt weden.
Die einzelnen Räder werden untereinander nicht mechanisch, son
dern elektronisch gekoppelt. Unter elektronische Kopplung wird
hier verstanden, daß die Lenk- und Antriebsmomente derart ein
gestellt werden, daß eine Anbringung der Radmodule an beliebi
gen Stellen an einem Fahrzeugchassis erfolgen kann.
Die Koordination wird im folgenden für den in Fig. 3 und Fig. 4
dargestellten Fall von Radmodulen mit zu Null gewählten lateralen
und longitudinalen Offsets beschrieben, ist aber entspre
chend für den allgemeinen Fall gültig.
Um einen sinnvollen Fahrbetrieb zu gewährleisten, müssen sich
die Normalen der Räder in einem Punkt schneiden. Dieser Punkt
stellt das momentane Drehzentrum dar, um das sich das Fahrzeug
aktuell auf einem Kreis bewegt. Weiterhin müssen die Vortriebs
geschwindigkeiten und -momente der einzelnen Räder in einem
durch die aktuelle Konfiguration bestimmten Verhältnis zueinan
der befinden. Sinnvoller Fahrbetrieb bedeutet in diesem Zusam
menhang ein reines Abrollen der Räder ohne lateralen oder lon
gitudinalen Schlupf. Die Gewährleistung eines Drehzentrums und
der Momenten-/Geschwindigkeitsverhältnisse im Vortrieb stellt
im Allgemeinen kein Problem dar, wenn die Räder mechanisch ge
koppelt sind. Bei einer elektronischen Kopplung der Räder hin
gegen können aber speziell bei einer schnellen Veränderung des
Drehzentrums relativ zum Fahrzeug deutliche Abweichungen vom
Ideal entstehen.
Der Grund dafür liegt an der beschränkten Geschwindigkeit und
an der beschränkten Beschleunigung der für die Einstellung der
Lenkwinkelstellung verantwortlichen Motoren. Damit sind für ei
ne bestimmte aktuelle Lenkwinkelgeschwindigkeit zum Abtastzeit
punkt k nur bestimmte Lenkwinkelbereiche zum nächsten Ab
tastzeitpunkt k + 1 erreichbar, siehe Fig. 6. Diese Grenzen wer
den aus einem dynamischen Systemmodell des Lenkantriebes be
rechnet.
Der Koordinierung mehrerer Radsätze liegt folgendes Prinzip zu
grunde: Bei der Betrachtung mehrerer Radmodule ergeben sich
durch Schnittmengenbildung konvexe polygonale Gebiete, welche
die Menge aller erreichbaren Drehzentren charakterisieren, sie
he Fig. 7. Die Berechnung desjenigen Drehzentrums aus der Menge
aller erreichbaren Drehzentren, welches auf noch näher zu spe
zifizierende Weise optimal zum gewünschten Drehzentrum (und zum
aktuellen Drehzentrum) liegt, stellt eine spezielle nichtlinea
re Optimierungsaufgabe mit Ungleichungsnebenbedingungen dar.
Es werden vier Verfahren zur Berechnung des optimalen Dreh
trums angegeben, die abhängig vom Anwendungsfall verwendet wer
den.
Fall 1: Schnellstmögliche Einstellung des gewünschten Drehzen
trums
Zum schnellstmöglichen Einstellen des gewünschten Drehzentrums
wird der Abstand zwischen dem Solldrehzentrum und einem Dreh
zentrum aus der Menge aller möglichen Drehzentren minimiert.
Damit liegt das optimale Drehzentrum entweder auf einer Kante
oder auf einer Ecke des konvexen Polygons, welches die Menge
aller möglichen Drehzentren charakterisiert, vgl. Fig. 7.
Fall 2: Schnellstmögliche Einstellung des gewünschten Drehzen
trums unter der Randbedingung beschränkter Drehmomente
Sind aus der Anwendung die Drehmomente auf kleinere Werte als
die maximalen Momente begrenzt, so wird das Verfahren aus
Fall 1 entsprechend auf ein verkleinertes polgonales Gebiet an
gewendet.
Fall 3: Energiesparende Einstellung des gewünschten Drehzen
trums
In diesem Fall wird ein Drehzentrum aus der Menge aller mögli
chen Drehzentren gesucht, welches einen geringen Abstand zum
gewünschten Drehzentrum aufweist, aber ein Maß für die Motormo
mente (z. B. deren Summe) gering hält. Dies ist ein multikrite
rielles Optimierungsproblem, dessen Lösung zu einem Kompromiß
zwischen schnellstmöglichen Einstellen des Drehzentrums und mi
nimalem Energieverbrauch führt.
Fall 4: Berechnung im kartesischen Bewegungsraum des Fahrzeugs
Die Fälle 1 bis 3 lassen sich analog auch nach einer Transfor
mation des polygonalen Gebietes der möglichen Drehzentren in
den (dreidimensionalen) kartesischen Bewegungsraum des Fahr
zeugs lösen. Dabei werden die Ungleichungsnebenbedingungen al
lerdings nichtlinear.
Fig. 8 zeigt einen mobilen Serviceroboter mit Manipulationsein
richtung. Um eine hohe Beweglichkeit zu erreichen, ist der Ro
boter mit vier Radmodulen gemäß dem oben beschriebenen Aufbaus
ausgestattet (vgl. Detailaufnahme Fig. 9).
Zeichnungen des verwendeten Radmoduls (Seitenansicht, Frontan
sicht und Draufsicht) sind in Fig. 10 bis Fig. 14 dargestellt.
Fig. 15 und Fig. 16 zeigen eine perspektivische Ansicht.
Im Rahmen dieses Dokuments wurden folgende Veröffentlichungen
zitiert:
[1] U. Rembold, R. Dillmann, Mobile Manipulator KAMRO, Institute for Real- Time Computer Systems & Robotics (IPR), Universität Karlsruhe, http://wwwipr.ira.uka.de/nassal/kamro-page.html.
[2] F. G. Pin, S. M. McKillough, A New Family of Omnidirectional and Holonomic Wheeled Platforms for Mobile Robots, IEEE Transactions on Robot ics and Automation, Vol. 10, No. 4, pp. 480-489, 1994.
[3] Harmonic Drive Product Guide, Harmonic Drive Antriebstechnik GmbH, Hoenbergstraße 14, D-65555 Limburg/Lahn, GERMANY and Harmonic Drive Systems Inc., 89 Cabot Court, Hauppage, New York, NY 11788, USA. Fig. 1
Basisaufbau des Radmoduls. a) Seitenansicht. b) Vor deransicht.
110 Antriebsmotor
120 Hohlwellenlenkmotor
130 Radgabel
140 Rad
150 Antriebsgetriebe
160 Hohlwellenlenkgetriebe
170 Vertikale Antriebswelle
180 Radachse = horizontale Antriebswelle
190 Kegelradgetriebe
Fig. 2
Aufbau des Radmoduls mit frei einstellbarem lateralen und longitudinalen Offset. a) Seitenansicht. b) Vorderansicht.
210 Antriebsmotor
220 Hohlwellenlenkmotor
230 Rad
240 Longitudinaler Offset Olong
250 Antriebsgetriebe
260 Hohlwellenlenkgetriebe
270 Vertikale Antriebswelle
280 Horizontale Antriebswelle
290 Zahnriemengetriebe
295 Lateraler Offset Olat
Fig. 3
Aufbau des Radmoduls mit frei einstellbarem lateralen und longitudinalen Offset gemäß Fig. 2 mit zu Null gewählten Offsets. a) Seitenansicht. b) Vorderansicht.
310 Antriebsmotor
320 Hohlwellenlenkmotor
330 Rad
340 Antriebsgetriebe
350 Hohlwellenlenkgetriebe
360 Vertikale Antriebswelle
370 Zahnriemengetriebe
Fig. 4
Aufbau des Radmoduls mit frei einstellbarem lateralen und longitudinalen Offset. Außerdem sind die Motoren hängend angebracht. a) Seitenansicht. b) Vorderansicht.
410 Zusätzliche Zahnriemengetriebe
420 Lenkmotor
430 Antriebsmotor mit Antriebsgetriebe
440 Rad
450 Hohlwellenlenkgetriebe
460 Zahnriemengetriebe
Fig. 5
Definition von lateralem und longitudinalem Offset eines Rades gegenüber seiner Drehachse.
510 Drehachse
520 Radgabel
530 Radachse
540 Rad
550 Lateraler Offset Olat
560 Longitudinaler Offset Olong
Fig. 6
Erreichbare Lenkwinkelstellungen für ein einzelnes Radmodul ausgehend von aktuellem Lenkwinkel und aktueller Lenkwinkelgeschwindigkeit.
610 Drehachse des Rades
620 Radkoordinatensystem
630 Radnormale zum Abtastzeitpunkt
Fig. 7
Menge aller erreichbaren Drehzentren und Solldrehzen trum (Beispiel für die elektronische Kopplung von drei Radmo dulen und Drehzentrum außerhalb des erreichbaren Gebiets).
710 Rad 1
720 Rad 2
730 Rad 3
740 Solldrehzentrum
750 Menge aller erreichbaren Drehzentren
Fig. 8
Ausführungsbeispiel: Hochbeweglicher mobilen Service roboter mit Manipulationseinrichtung.
Fig. 9
Ausführungsbeispiel: Detailaufnahme der Anbringung der Radmodule am hochbeweglichen mobilen Serviceroboter mit Manipulationseinrichtung.
Fig. 10
Technische Zeichnung für das Ausführungsbeispiel ei nes Radmoduls: Ansicht von vorne.
Fig. 11
Technische Zeichnung für das Ausführungsbeispiel ei nes Radmoduls: Ansicht von hinten.
Fig. 12
Technische Zeichnung für das Ausführungsbeispiel ei nes Radmoduls: Ansicht von links.
Fig. 13
Technische Zeichnung für das Ausführungsbeispiel ei nes Radmoduls: Ansicht von rechts.
Fig. 14
Technische Zeichnung für das Ausführungsbeispiel ei nes Radmoduls: Ansicht von oben.
Fig. 15
Perspektivische Zeichnung für das Ausführungsbei spiel eines Radmoduls: Ansicht von oben.
Fig. 16
Perspektivische Zeichnung für das Ausführungsbei spiel eines Radmoduls: Ansicht von unten.
[1] U. Rembold, R. Dillmann, Mobile Manipulator KAMRO, Institute for Real- Time Computer Systems & Robotics (IPR), Universität Karlsruhe, http://wwwipr.ira.uka.de/nassal/kamro-page.html.
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[3] Harmonic Drive Product Guide, Harmonic Drive Antriebstechnik GmbH, Hoenbergstraße 14, D-65555 Limburg/Lahn, GERMANY and Harmonic Drive Systems Inc., 89 Cabot Court, Hauppage, New York, NY 11788, USA. Fig. 1
Basisaufbau des Radmoduls. a) Seitenansicht. b) Vor deransicht.
110 Antriebsmotor
120 Hohlwellenlenkmotor
130 Radgabel
140 Rad
150 Antriebsgetriebe
160 Hohlwellenlenkgetriebe
170 Vertikale Antriebswelle
180 Radachse = horizontale Antriebswelle
190 Kegelradgetriebe
Fig. 2
Aufbau des Radmoduls mit frei einstellbarem lateralen und longitudinalen Offset. a) Seitenansicht. b) Vorderansicht.
210 Antriebsmotor
220 Hohlwellenlenkmotor
230 Rad
240 Longitudinaler Offset Olong
250 Antriebsgetriebe
260 Hohlwellenlenkgetriebe
270 Vertikale Antriebswelle
280 Horizontale Antriebswelle
290 Zahnriemengetriebe
295 Lateraler Offset Olat
Fig. 3
Aufbau des Radmoduls mit frei einstellbarem lateralen und longitudinalen Offset gemäß Fig. 2 mit zu Null gewählten Offsets. a) Seitenansicht. b) Vorderansicht.
310 Antriebsmotor
320 Hohlwellenlenkmotor
330 Rad
340 Antriebsgetriebe
350 Hohlwellenlenkgetriebe
360 Vertikale Antriebswelle
370 Zahnriemengetriebe
Fig. 4
Aufbau des Radmoduls mit frei einstellbarem lateralen und longitudinalen Offset. Außerdem sind die Motoren hängend angebracht. a) Seitenansicht. b) Vorderansicht.
410 Zusätzliche Zahnriemengetriebe
420 Lenkmotor
430 Antriebsmotor mit Antriebsgetriebe
440 Rad
450 Hohlwellenlenkgetriebe
460 Zahnriemengetriebe
Fig. 5
Definition von lateralem und longitudinalem Offset eines Rades gegenüber seiner Drehachse.
510 Drehachse
520 Radgabel
530 Radachse
540 Rad
550 Lateraler Offset Olat
560 Longitudinaler Offset Olong
Fig. 6
Erreichbare Lenkwinkelstellungen für ein einzelnes Radmodul ausgehend von aktuellem Lenkwinkel und aktueller Lenkwinkelgeschwindigkeit.
610 Drehachse des Rades
620 Radkoordinatensystem
630 Radnormale zum Abtastzeitpunkt
Fig. 7
Menge aller erreichbaren Drehzentren und Solldrehzen trum (Beispiel für die elektronische Kopplung von drei Radmo dulen und Drehzentrum außerhalb des erreichbaren Gebiets).
710 Rad 1
720 Rad 2
730 Rad 3
740 Solldrehzentrum
750 Menge aller erreichbaren Drehzentren
Fig. 8
Ausführungsbeispiel: Hochbeweglicher mobilen Service roboter mit Manipulationseinrichtung.
Fig. 9
Ausführungsbeispiel: Detailaufnahme der Anbringung der Radmodule am hochbeweglichen mobilen Serviceroboter mit Manipulationseinrichtung.
Fig. 10
Technische Zeichnung für das Ausführungsbeispiel ei nes Radmoduls: Ansicht von vorne.
Fig. 11
Technische Zeichnung für das Ausführungsbeispiel ei nes Radmoduls: Ansicht von hinten.
Fig. 12
Technische Zeichnung für das Ausführungsbeispiel ei nes Radmoduls: Ansicht von links.
Fig. 13
Technische Zeichnung für das Ausführungsbeispiel ei nes Radmoduls: Ansicht von rechts.
Fig. 14
Technische Zeichnung für das Ausführungsbeispiel ei nes Radmoduls: Ansicht von oben.
Fig. 15
Perspektivische Zeichnung für das Ausführungsbei spiel eines Radmoduls: Ansicht von oben.
Fig. 16
Perspektivische Zeichnung für das Ausführungsbei spiel eines Radmoduls: Ansicht von unten.
Claims (16)
1. Radmodul mit mindestens einem Rad, zum Lenken und Antrieb
des Rades (vgl. Fig. 1 bis Fig. 4),
gekennzeichnet durch
- - einen Antriebsmotor zum Antrieb des Rades über eine An triebswelle,
- - einen Lenkmotor zum Lenken des Rades über eine Lenkwelle,
2. Radmodul nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Auflagepunkt des Rades um einen lateralen Offset relativ zu
der Lenkachse und quer zur Drehrichtung des Rades versetzt ist
(vgl. Fig. 1 bis Fig. 5).
3. Radmodul nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Auflagepunkt des Rades um einen longitudinalen Offset rela
tiv zu der Lenkachse und in Drehrichtung des Rades versetzt ist
(vgl. Fig. 1 bis Fig. 5).
4. Verfahren zur elektronischen Kopplung mindestens eines Rad
moduls nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit weiteren Radmodulen
nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder mit einem Radmodul mit
Lenkmotor und Lenkwelle, aber ohne Radantrieb,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein für einen Fahrbetrieb erforderliches Drehzentrum ermittelt wird,
überprüft wird, ob das ermittelte Drehzentrum innerhalb eines konvexen Polygons liegt, das die Menge aller erlaubten Drehzen tren charakterisiert und, falls das ermittelte Drehzentrum au ßerhalb des konvexen Polygons liegt, das ermittelte Drehzentrum auf einen Punkt auf der Kante des konvexen Polygons gelegt wird.
ein für einen Fahrbetrieb erforderliches Drehzentrum ermittelt wird,
überprüft wird, ob das ermittelte Drehzentrum innerhalb eines konvexen Polygons liegt, das die Menge aller erlaubten Drehzen tren charakterisiert und, falls das ermittelte Drehzentrum au ßerhalb des konvexen Polygons liegt, das ermittelte Drehzentrum auf einen Punkt auf der Kante des konvexen Polygons gelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Menge der erlaubten Drehzentren alle in Abhängigkeit der
maximalen Geschwindigkeiten und Momenten des Antriebsmotors und
des Lenkmotors möglichen Drehzentren umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Menge der erlaubten Drehzentren alle in Abhängigkeit der
Zeit- oder energieoptimierten Geschwindigkeiten und Momente des
Antriebsmotors und des Lenkmotors möglichen Drehzentren umfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
durch Einstellung entsprechender Momente und Geschwindigkeiten
der Antriebsmotoren und/oder der Lenkmotoren von außen ein
wirkende Kräfte oder Momente kompensiert werden und die An
triebs- und Lenkmomente entsprechend adaptiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7
dadurch gekennzeichnet, daß
die von außen einwirkenden Kräfte und Momente durch externe
Kraft-, oder Momentensensoren, durch Momentensensoren in den
Rädern oder durch Erfassen des Stroms an den Antriebs- und/
oder Lenkmotoren erfaßt werden.
9. Radmodule nach Anspruch 1, 2 und 3 mit und ohne elektroni
sche Kopplung nach Anspruch 4, 5 und 6
dadurch gekennzeichnet, daß
damit Fahrzeuge aller Art gelenkt und angetrieben werden kön
nen.
10. Radmodule nach Anspruch 1, 2 und 3 mit und ohne elektroni
sche Kopplung nach Anspruch 4, 5 und 6
dadurch gekennzeichnet, daß
damit Fahrzeuge im Behinderten- und Gesundheitswesen, wie mobi
le Transportroboter wie mobile Transportroboter für Mahlzeiten,
Medikamente, Fäkalien, etc., mobile Roboter mit Manipulations
einrichtung für Hol-/Bringdienste, Patientenführung, etc. Roll
stühle, Krankenbahren, Krankenbetten gelenkt oder angetrieben
werden.
11. Radmodule nach Anspruch 1, 2 und 3 mit und ohne elektroni
sche Kopplung nach Anspruch 4, 5 und 6
dadurch gekennzeichnet, daß
damit Putz- und Reinigungsmaschinen gelenkt oder angetrieben
werden.
12. Radmodule nach Anspruch 1, 2 und 3 mit und ohne elektroni
sche Kopplung nach Anspruch 4, 5 und 6
dadurch gekennzeichnet, daß
damit mobile Stative für Filmkameras gelenkt oder angetrieben
werden.
13. Radmodule nach Anspruch 1, 2 und 3 mit und ohne elektroni
sche Kopplung nach Anspruch 4, 5 und 6
dadurch gekennzeichnet, daß
damit Einkaufswagen in Verkaufsgeschäften und deren Parkplätzen
gelenkt oder angetrieben werden.
14. Radmodule nach Anspruch 1, 2 und 3 mit und ohne elektroni
sche Kopplung nach Anspruch 4, 5 und 6
dadurch gekennzeichnet, daß
damit Aktentransportfahrzeuge in Büros und Verwaltungsgebäuden
gelenkt oder angetrieben werden.
15. Radmodule nach Anspruch. 1, 2 und 3 mit und ohne elektroni
sche Kopplung nach Anspruch 4, 5 und 6
dadurch gekennzeichnet, daß
damit Erd- und Schneeräumfahrzeuge gelenkt oder angetrieben
werden, wobei die Räumvorrichtung alleine durch die voneinander
unabhängig vorgebbare Translation bzw. Rotation des Fahrzeugs
bewegt wird.
16. Radmodule nach Anspruch 1, 2 und 3 mit und ohne elektroni
sche Kopplung nach Anspruch 4, 5 und 6
dadurch gekennzeichnet, daß
damit Fahrzeuge zum Bewältigen großer Steigungen oder zum Auf
bringen großer Schiebekräfte mit gleichzeitiger Rotation und
Translation bewegt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19949351A DE19949351A1 (de) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | Aufbau von Radmodulen zur kombinierten Lenkung und Antrieb eines Fahrzeugs und ein Verfahren zu dessen elektronischer Kopplung |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19949351A DE19949351A1 (de) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | Aufbau von Radmodulen zur kombinierten Lenkung und Antrieb eines Fahrzeugs und ein Verfahren zu dessen elektronischer Kopplung |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19949351A1 true DE19949351A1 (de) | 2001-07-12 |
Family
ID=7925496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19949351A Withdrawn DE19949351A1 (de) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | Aufbau von Radmodulen zur kombinierten Lenkung und Antrieb eines Fahrzeugs und ein Verfahren zu dessen elektronischer Kopplung |
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Country | Link |
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