DE69530051T2

DE69530051T2 - In jede Richtung fahrbares Fahrzeug und Verfahren zur Steuerung desselben

Info

Publication number: DE69530051T2
Application number: DE69530051T
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Wada
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2015-12-14
Also published as: US5924512A; EP0716974B1; CA2165030C; CA2165030A1; DE69530051D1; EP0716974A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein in jede Richtung fahrbares Fahrzeug nach den Oberbegriffabschnitten der unabhängigen Ansprüche 1, 3 und 5.
Die in jede Richtung fahrbaren Fahrzeuge sind in die gewünschten Richtungen ohne Verändern der Ausrichtung der Karosserie derselben beweglich und in einer Position, in der das Fahrzeug steht, drehbar.
In jede Richtung fahrbare Fahrzeuge sind in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 2-249769 und Nr. Hei 2-158460 gezeigt. Die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 2-249769 zeigt ein in jede Richtung fahrbares Fahrzeug, das am Umfang jedes Rades eine Mehrzahl von freien Walzen anordnet, die angetrieben werden, um sich in der zu der Drehrichtung der Räder rechtwinkligen Richtung zu drehen. Die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 2-158460 zeigt ein in jede Richtung fahrbares Fahrzeug, das am Umfang jedes Rades eine Mehrzahl von tonnenförmigen freien Walzen anordnet, die angetrieben werden, um sich bei einem Winkel von 45 Grad zu der Drehrichtung des Rades zu drehen.
Diese herkömmlichen in jede Richtung fahrbaren Fahrzeuge sind wegen ihrer komplizierten Vorrichtungen zu groß und zu schwer, um einen ausreichenden Kontaktbereich auf dem Boden zu sichern. Demzufolge können diese in jede Richtung fahrbaren Fahrzeuge kaum zum Transportieren einer schweren Last verwendet werden. Und, da infolge ihres mechanischen Aufbaus die Luftbereifung kaum verwendet werden kann, breiten sich die rund um die Kontaktpunkte auf dem Boden erzeugten Schwingungen des fahrenden Fahrzeuges auf die Karosserie des Fahrzeuges aus.
Da alle Räder, die die herkömmliche Richtung beibehalten, steuerbar sind, wird das Fahrzeug während des Fahrens bei höher Geschwindigkeit instabil.
Wenn das herkömmliche, in jede Richtung fahrbare Fahrzeug, von einer Fernsteuerung, die durch einen Fahrer gesteuert wird, der auf dem Fahrzeug sitzt, angetrieben wird, verändert sich die Ausrichtung der Fernsteuerung, wie sich die Ausrichtung des Fahrzeuges verändert. Wenn das herkömmliche, in jede Richtung fahrbare Fahr¬ zeug, von außerhalb ferngesteuert wird, weichen die Ausrichtung des fahrenden Fahrzeuges, die sich verändern, wie das Fahrzeug fährt, und die feststehende Ausrichtung der Fernsteuerung, voneinander ab. Überdies, wenn sich der Fahrer während des Fahrens bewegt und dabei die Fernsteuerung hält, muß der Fahrer das Fahrzeug in Hinblick der Bewegungen, die es bisher getan hat, fahren. Andererseits wird das Fahrzeug von der Zielrichtung abweichen.
Ein weiteres Beispiel für solch ein in jede Richtung fahrbares Fahrzeug ist in der Deutschen Patentanmeldung Nr. 1 580 735 gezeigt. Solch ein in jede Richtung fahrbares Fahrzeug erfordert eine vorbereitende Bewegung und eine Wartezeit, um teilweise die Vorrichtungskonfiguration in dem Fahrzeug zu verändern, um jede der Richtungen der Räder zu ändern, wenn sich das Fahrzeug dreht.
Demzufolge sind die drei möglichen Beweglichkeiten - Fahrzeugfahrrichtung, die Richtung der Fahrzeugfahrgeschwindigkeit in eine seitliche Richtung des Fahrzeuges und ein Winkel in Bezug auf eine vertikale Achse des Fahrzeuges - nicht spontan und unabhängig steuerbar. Außerdem werden, nachdem zwei der drei Beweglichkeiten, um gesteuert zu werden, ausgewählt sind, die drei möglichen Beweglichkeiten des Fahrzeuges gesteuert.
Diese Konstruktion hindert das in jede Richtung fahrbare Fahrzeug daran, spontan auf einen Steuerbefehl zu reagieren und hindert das Fahrzeug daran, ein Manöver in einem begrenzten Raum in einer kurzen Zeit auszuführen.
Weitere in jede Richtung fahrbare Fahrzeuge nach den Oberbegriffsabschnitten der Ansprüche 3 und 5 sind in der UK-Patentanmeldung GB 2 276 854A und in dem US-Patent 4,057,158 gezeigt. Jedoch können auch diese Fahrzeuge nur langsam reagieren und zeigen beim Manövrieren in einer genauen Art und Weise in einem begrenzten Raum bei einer kurzen Zeit Schwierigkeiten.
Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes, in jede Richtung fahrbares Fahrzeug zu schaffen, das in der Lage ist, spontan zu starten, um sich in alle Richtungen von allen Einstellungen und Positionen zu bewegen, oder sich zu drehen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe in einer erfinderischen Art und Weise für ein in jede Richtung fahrbares Fahrzeug, wie oben in einer gemeinsamen erfinderischen Konzeption angezeigt, gelöst, wie in den drei unabhängigen Ansprüchen 1, 3 und 5 beansprucht.
Solch ein in jede Richtung fahrbares Fahrzeug präsentiert den Vorteil, dass es im Volumen klein und im Gewicht leicht, aber noch stark genug ist, um eine schwere Last zu tragen und dies erleichtert die Verwendung der Luftbereifung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den jeweiligen Ansprüchen niedergelegt. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit in Bezug auf mehrere Ausführungsbeispiele derselben, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispieles einer Antriebseinheit ist;
Fig. 2 eine seitliche Draufsicht des ersten Ausführungsbeispieles ist, in dem ein Teil von Fig. 1 entfernt ist;
Fig. 3 eine obere, seitliche Draufsicht der Antriebseinheit ist, um das Prinzip des Verhaltens der Antriebseinheit der Fig. 1 und 2 zu veranschaulichen;
Fig. 4 eine obere, seitliche Draufsicht der Antriebseinheit ist, um das Steuerungsverfahren zum Bewegen der Steuerwelle der Fig. 3 auf einer vorher bestimmten Bahnkurve zu erläutern;
Fig. 5 eine isometrische Darstellung ist, die das gesamte, in jede Richtung fahrbare Fahrzeug des ersten Ausführungsbeispieles zeigt;
Fig. 6 eine obere Draufsicht des Fahrzeuges von Fig. 5 ist, um das Steuerverfahren zum Bewegen des Fahrzeuges zu erläutern, so dass sich die Mitte der Karosserie auf einer Bezugsbahnkurve bewegen kann;
Fig. 7 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles eines in jede Richtung fahrbaren Fahrzeuges ist;
Fig. 8 eine Druntersicht des Fahrzeuges von Fig. 7 ist;
Fig. 9 eine Zeichnung zur Erläuterung des Umstellens zwischen den Steuermodi des zweiten Ausführungsbeispieles ist;
Fig. 10 eine Zeichnung ist, um das Manövrieren des zweiten Ausführungsbeispieles von einer Fernsteuerung zu erläutern, die durch einen Fahrer betätigt wird, der auf dem Boden, aber nicht in dem Fahrzeug steht;
Fig. 11 eine Zeichnung ist, um das Manövrieren des zweiten Ausführungsbeispieles von einer Fernsteuerung zu erläutern, die durch einen Fahrer betätigt wird, der auf dem Fahrzeug sitzt;
Fig. 12 eine Zeichnung ist, um das Manövrieren des zweiten Ausführungsbeispieles von einer Steuerung zu erläutern, die durch einen Fahrer, der auf dem Boden steht, gehalten und betätigt wird;
Fig. 13 eine obere Draufsicht eines dritten Ausführungsbeispieles einer Antriebseinheit ist;
Fig. 14 eine seitliche Draufsicht des dritten Ausführungsbeispieles ist, in der ein Teil von Fig. 13 entfernt ist;
Fig. 15 eine Zeichnung ist, um das Manövrieren des dritten Ausführungsbeispieles der Fig. 13, 14 zu erläutern;
Fig. 16 eine Zeichnung für das Bewegen der Steuerwelle des dritten Ausführungsbeispieles auf einer vorbestimmten Bahnkurve ist;
Fig. 17 eine isometrische Darstellung einer Modifikation des dritten Ausführungsbeispieles ist;
Fig. 18 eine obere Draufsicht eines vierten Ausführungsbeispieles einer Antriebseinheit ist;
Fig. 19 eine seitliche Draufsicht des vierten Ausführungsbeispieles der Fig. 18 ist;
Fig. 20 eine Zeichnung ist, um das Bewegen der Antriebseinheit der Fig. 18, 19 zu erläutern;
Fig. 21 eine Zeichnung ist, um das Verfahren des Bewegens der Steuerwelle M des vierten Ausführungsbeispieles zu erläutern;
Fig. 22 eine seitliche Draufsicht einer Modifikation des vierten Ausführungsbeispieles ist; und
Fig. 23 eine obere Draufsicht der Modifikation von Fig. 22 ist.
Fig. 1 ist ein Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles einer Antriebseinheit für ein in jede Richtung fahrbares Fahrzeug.
Und Fig. 2 ist eine seitliche Draufsicht des ersten Ausführungsbeispieles, in dem ein Teil von Fig. 1 mit dem Ziel der klaren Veranschaulichung entfernt ist. Ein Antriebsrad 1, das auch als ein Steuerrad dient, ist durch eine Radwelle 2, auf der das Antriebsrad 1 montiert ist, durch eine Aufhängung 3, die als eine Steuerwelle dient, drehbar gelagert. Üblicherweise ist eine Luftbereifung auf dem Antriebsrad 1 montiert. Die Radwelle 2 ist mit einer Welle eines Motors 5 gekuppelt, die als ein Betätiger durch ein Untersetzungsgetriebe 4 dient. Ein Codierer 6, gekuppelt an einem Ende des Motors 5, erfasst den Drehwinkel des Antriebsrades 1. Das obere Ende der Aufhängung 3 ist drehbar rund um die Fahrzeugachse durch eine Wellenbuchse 8 an der Karosserie 7 des Fahrzeuges gelagert. Die Mitte der Wellenbuchse 8, d. h., die Drehachse der Aufhängung 3, ist durch einen horizontalen Abstand S von dem Kontaktpunkt zwischen dem Antriebsrad 1 und dem Boden verlagert. Ein Zahnrad 9 ist koaxial auf der Oberseite der Aufhängung 3 installiert und mit einem Zahnrad 11 auf der Karosserie 7 gelagert. Das Zahnrad 11 ist mit einer Ausgangswelle 13 eines Motors 12 gekuppelt, die als ein Betätiger dient. Ein Codierer 14, gekuppelt mit dem anderen Ende des Motors 12, erfaßt den Drehwinkel der Aufhängung 3, d. h., den Steuerwinkel.
Fig. 3 ist eine obere Draufsicht des Antriebsrades 1 für das Erläutern des Verhaltensprinzips des Antriebsrades 1 der Fig. 1 und 2. Mit dem Ziel der Erläuterung ist die Aufhängung 3 ist als ein Joch dargestellt, die die Antriebswelle 1 an beiden Enden derselben lagert. In Fig. 1 ist der Bodenkontaktpunkt des Antriebsrades 1 durch G gekennzeichnet, und das Drehzentrum der Aufhängung (Steuerwelle) 3 durch M. Der Abstand zwischen G und M entspricht dem Verlagerungsabstand S. Wenn das Antriebsrad 1, das einen Außendurchmesser D hat, bei einer Winkelgeschwindigkeit ω durch den Motor 5 gedreht wird, so dass die Aufhängung 3 in der Figur aufwärts läuft, gewinnt die Steuerwelle M eine Fahrgeschwindigkeit VH entlang der Vorwärtsrichtung der Antriebseinheit, was durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird.
VH = (D/2)ω ...(1)
Wenn die Aufhängung 3 bei einer Winkelgeschwindigkeit γ durch den Motor 12 gedreht wird, so dass sich das Antriebsrad 1, gelagert an der Aufhängung 3, in Uhrzeigersinn drehen kann, wird das Antriebsrad 1, gedrückt, um sich durch die Aufhängung 3 seitwärts zu bewegen, am seitwärtigen Bewegen durch den Reibungswiderstand der Kontaktebene auf dem Boden gehindert, und als Reaktion dreht sich die Aufhängung 3 in Uhrzeigerrichtung rund um den Punkt G. In diesem Fall gewinnt die Steuerwelle M eine Fahrgeschwindigkeit VS entlang der seitwärtigen Richtung der Antriebseinheit, was durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird.
VS = Sγ ...(2)
D. h. wenn das Antriebsrad 1 und die Aufhängung 3 gleichzeitig gedreht werden, gewinnt die Steuerwelle M zwei Geschwindigkeitskomponenten VH und VS, die zu einander rechtwinklig sind. Die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS werden zusammengeführt, um eine Geschwindigkeit V zu sein, mit der die Steuerwelle M läuft. Durch den sich ergebenden Winkel der zusammengesetzten Geschwindigkeit V mit α, werden jeweils die Geschwindigkeitskomponenten VH, VS und die zusammengesetzte Geschwindigkeit V wie folgt ausgedrückt.
VH = Vcosα ...(3)
VS = Vsinα ...(4)
Durch Steuern der Winkelgeschwindigkeit ω des Antriebsrades 1 des Antriebsrades 1 und der Winkelgeschwindigkeit γ der Aufhängung 3 bei einem bestimmten Verhältnis wird es erreicht, die Steuerwelle M in die gewünschte Richtung zu bewegen. Obwohl die genannten Gleichungen bei einem Beispiel zutreffen, wenn sich die Aufhängung 3 beginnt zu drehen, treffen die genannten Gleichungen nicht mehr bei dem nächsten Beispiel zu, wenn sich die Ausrichtung der Antriebsräder 1 ändert. Jedoch durch Erfassen der Veränderungsausrichtung der Aufhängung 3, und durch Korrigieren der Winkelgeschwindigkeiten ω und γ in Abhängigkeit zu den erfassten Ausrichtungen der Steuerweile M, kann das Fahren in die vorbestimmten Richtungen gehalten werden.
Fig. 4 ist eine obere Draufsicht des Antriebsrades 1, um das Steuerverfahren der Steuerwelle M von Fig. 3 auf einem vorbestimmten Bahnverlauf K zu erläutern. Durch Darstellen des Winkels zwischen der X-Achse der Koordinaten und der Tangentiallinie an einem Punkt des Bahnverlaufes K, an dem die Steuerwelle M bei angeordnet ist, und dem Winkel A zwischen der X-Achse der Koordinaten und der Antriebswelle 1 durch 1, werden die jeweiligen Geschwindigkeitskomponenten VH und VS, die die Bezugsgeschwindigkeit V an der Steuerwelle M durch die folgenden Gleichungen erhalten.
VH = Vcos(Φ - θ) ...(5)
VS = Vsin(Φ - θ) ...(6)
Durch Festlegen der Reisegeschwindigkeit V im Voraus und durch Erfassen über die gesamte Zeit während des Fahrens werden der Winkel Φ und der Winkel θ, die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS erhalten. Der Steuerwelle M wird das Fahren auf der Bezugsbahnkurve K durch Steuern der Winkelgeschwindigkeiten w des Antriebsrades 1 und der Winkelgeschwindigkeit γ der Aufhängung 3 erleichtert, so dass die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS erhalten werden können.
Wenn die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS in Bezug auf die X- und die Y-Achsen in Zeitfolgen als die Koordinatendaten auf der Bezugsbahnkurve K zugeführt werden, werden die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS für jede Achse der Antriebseinheit durch die folgenden Gleichungen mit diesen VX und VY erhalten.
VH = Vcos(Φ - θ) = VcosθcosΦ + sinθsinΦ = VxcosΦ + VγsinΦ ...(7)
VS = Vsin(Φ - θ) = VcosθcosΦ + sinθsinΦ = VxsinΦ + VγcosΦ ...(8)
Fig. 5 ist eine isometrische Darstellung, die das gesamte Fahrzeug des ersten Ausführungsbeispieles Zeigt. In diesem Fahrzeug (nachstehend manchmal als "das erste Fahrzeug" bezeichnet) sind Antriebseinheiten, von denen jede das Antriebsrad 1 enthält, die Aufhängung 3, die Wellenbuchse 8, die Motoren 5, 12, eine nichtgezeigte Steuerung etc. an beiden Seiten des Fahrzeuges montiert. Das erste Fahrzeug hat zwei angetriebene Räder 15.
Fig. 6 ist eine obere Draufsicht des in jede Richtung fahrbaren Fahrzeuges von Fig. 5, um das Steuerverfahren zum Bewegen des Fahrzeuges zu erklären, so dass die Mitte C der Karosserie 7 auf einer Bezugsbahnkurve L fahren kann.
Die Mitte C ist an dem Mittelpunkt der Steuerwellen M&sub1; und M&sub2; positioniert und durch einen Abstand 2W beabstandet. Durch Beschreiben der Fahrgeschwindigkeit der Mitte C durch V, und der Geschwindigkeitskomponenten in Bezug auf die X-Achse und die Y-Achse durch und VXC und VγC, die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS der Steuerwelle M&sub1; in Bezug auf die X- und die Y-Achse und die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS der Steuerwelle M&sub2; in Bezug auf die X- und die Y-Achse werden durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt, wenn die Karosserie 7 eine Längsbewegung ohne Drehung ausführt.
VX1 = VXC ...(9)
VY1 = VYC ...(10)
VX2 = VXC ...(11)
VY2 = VYC ...(12)
Wenn sich die Karosserie 7 bei einer Winkelgeschwindigkeit d Φ&sub1;/dt ohne Längsbewegung dreht, werden die Geschwindigkeitskomponenten VX1 und VY1 der Steuerwelle M&sub1; und die Geschwindigkeitskomponenten VX1 und VY2 der Steuerwelle M&sub2; durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt.
VX1 = -W(dΦv/dt)cosΦv ...(13)
VY1 = -W(dΦv/dt)sinΦv ...(14)
VX2 = -W(dΦv/dt)cosΦv ...(15)
VY2 = -W(dΦv/dt)sinΦv ...(16)
Hier ist Φv, ein Winkel zwischen der X-Achse der Koordinaten und der Karosserie 7.
Wenn die Karosserie 7 mit der Geschwindigkeit V während des Drehens mit der Winkelgeschwindigkeit dΦv/dt fährt, werden die Geschwindigkeitskomponenten VX1 und VY1 der Steuerwelle M&sub1; und die Geschwindigkeitskomponenten VX1 und VY2 der Steuerwelle M&sub2; durch Addieren der Gleichungen 9 bis 12 und der jeweiligen Gleichungen 13 bis 16 wie folgt ausgedrückt.
VX1 = VXC - W(dΦv/dt)cosΦv ...(17)
VY1 = VYC - W(dΦv/dt)sinΦv ...(18)
VX2 = VXC + W(dΦv/dt)cosΦv ...(19)
VY2 = VYC + W(dΦv/dt)sinΦv ...(20)
Die Karosserie 7 wird auf der Bezugsbahnkurve L durch Steuern und Drehen des rechten und des linken Antriebsrades 1 auf der Grundlage der somit erhaltenen Geschwindigkeitskomponenten bewegt. Da das erste Fahrzeug vorwärts, rückwärts, nach rechts und nach links fortbewegt werden kann, und gedreht werden kann, erleichtert die Karosserie 7 das ständige Drehen, um in alle Richtungen zu fahren. Demzufolge kann das in jede Richtung fahrbares Fahrzeug in verschiedenen Branchen als ein kleines Fahrzeug, das leicht scharte Kurven ausführen kann, verwendet werden.
Das in jede Richtung fahrbare Fahrzeug kann glatt gesteuert werden, da das Fahrzeug angetrieben wird, um durch gleichzeitiges Drehen des Antriebsrades 1 und Steuern der Aufhängung 3 herumzukurven.
Da als das Antriebsrad 1 der Luftreifen verwendet werden kann, werden Schwingungen, die an einem Berührungspunkt während des Fahrens erzeugt werden, am auf die Karosserie 7 Übertragenwerden gehindert.
Obwohl die Bewegung des ersten in jede Richtung fahrbaren Fahrzeuges mittels eines Fahrzeuges, das ein Paar von Antriebseinheiten daran hat, erläutert worden ist, ist die Lehre des ersten Ausführungsbeispieles auf die Fahrzeuge, die drei oder mehr Antriebseinheiten haben, anwendbar.
Fig. 7 ist eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles eines in jede Richtung fahrbaren Fahrzeuges.
Und, Fig. 8 ist eine Druntersicht des Fahrzeuges von Fig. 7.
In diesen Figuren sind Antriebsräder 21, 22, die als Steuerräder dienen, durch die Aufhängungen 23 und 24 gelagert, die als Steuerwellen dienen. Die Radwellen der Antriebsräder 21, 22 werden durch die Motoren 25, 26 gedreht. Die Luftreifen sind auf den Antriebsrädern 21, 22 installiert. Die Aufhängungen 23 und 24 sind an dem vorderen Teil einer Karosserie 27 des Fahrzeuges installiert und sind um die jeweiligen vertikalen Steuerachsen frei drehbar. Die Aufhängungen 23 und 24 lagern die Antriebsräder 21, 22 an den Punkten, die von den jeweiligen vertikalen Achsen verlagert sind.
Die oberen Enden der Aufhängungen 23 und 24 sind mit jeweiligen Motoren 28, 29 gekuppelt, die die Aufhängungen 23 und 24 steuern. Die Motoren 25, 26, 28 und 29 haben jeweils daran befestigte Codierer. Die Aufhängungen 31 und 32 sind an dem hinteren Teil einer Karosserie 27 des in jede Richtung fahrbaren Fahrzeuges installiert und frei um die jeweiligen vertikalen Achsen drehbar. Nachstehend bezeichnet das Bezugszeichen 27 manchmal das Fahrzeug selbst. Die angetriebenen Räder 33, 34, axial an den unteren Enden der jeweiligen Aufhängungen 31 und 32 an den Punkten gelagert, die von den Mitten derselben verlagert sind, dienen als Laufrollen. Bremsen 35, 36, die als Verriegelungsmittel zum Verriegeln der Aufhängungen 31 und 32 dienen, sind auf den oberen Enden der Aufhängungen 31 und 32 installiert, die als die Steuerwellen der angetriebenen Räder 33, 34 dienen. Wenn wir die rechte Seite des Fahrzeuges als die Vorderseite deklarieren, wie durch die Pfeile 7 und 8 angezeigt, sind die Antriebsräder 21, 22 die Vorderräder, und die angetriebenen Räder 33, 34 sind die Hinterräder.
Da das zweite Ausführungsbeispiel (nachstehend manchmal als "das zweite Fahrzeug" bezeichnet) den mit dem ersten Fahrzeug der Fig. 5 gemeinsamen Aufbau hat, ausgenommen, dass die angetriebenen Räder 33, 34 mit den Bremsen 35, 36 versehen sind, kann das zweite Fahrzeug in der gleichen Weise wie das erste Fahrzeug gesteuert werden, um Längs- und Querbewegungen auszuführen, wenn die angetriebenen Räder 33, 34 nicht verriegelt sind. Ein neues Merkmal des zweiten Ausführungsbeispieles ist, dass das zweite Fahrzeug ein stabiles Hochgeschwindigkeitsantreiben durch Steuern und Drehen der Antriebsräder 21, 22 einander nahezu in derselben Weise, wie beim Antreiben der herkömmlichen Fahrzeuge, erleichtert, während dass die Steuerwellen 31, 32 der Antriebsräder 33, 34 durch die Bremsen 35, 36 festgestellt sind.
Somit ist das zweite Fahrzeug mit einem in alle Richtungen fahrbaren Fahrmodus versehen, der das Fahren und Drehen erleichtert, und mit einem Hochgeschwindigkeits- Antriebsmodus, der das Antreiben wie bei herkömmlichen Fahrzeugen, während die Steuerwellen der angetriebenen Räder festgestellt sind, erleichtert. Demzufolge erleichtert das zweite Fahrzeug das Schalten zwischen diesen zwei Steuermodi von einem zum anderen während des Fahrens in Abhängigkeit von den Antriebsbedingen. Ein Fahrzeug, das mit einem angetriebenen Rad versehen ist, verhält sich auch, wie es das zweite Fahrzeug tut, das mit zwei angetriebenen Rädern versehen ist.
Fig. 9 ist eine Zeichnung, um das Schalten der oben beschriebenen Steuermodi des zweiten Fahrzeuges zu erläutern. Das Fahrzeug 27 parkt anfänglich in einer Ausnehmung 38, die wie ein Parkplatz in einer Wand gebildet ist. Das Fahrzeug 27 wird von der anfänglichen Position A auf eine Position B unter dem in alle Richtungen fahrbaren Fahrmodus seitwärts fortbewegt. Dann wird das Fahrzeug 27 an der Position B rund herum gedreht und nach rechts fortbewegt. Als ein Ergebnis sind nunmehr die Antriebsräder 21, 22 an der rechten Seite und die angetriebenen Räder 34, 35 an der linken Seite positioniert. Unmittelbar nachdem das Fahrzeug 27 zu dem Punkt 8 unter dem in alle Richtungen fahrbaren Fahrmodus fortbewegt worden ist, zeigt jedes der Räder in voneinander unterschiedliche Richtungen.
Dann, wenn das Fahrzeug 27 vorrückt, werden alle Räder allmählich parallel zueinander ausgerichtet. Sobald ein Befehlssignal, das das Schalten von dem in alle Richtungen fahrbaren Fahrmodus auf den Hochgeschwindigkeits-Antriebsmodus anzeigt, durch den Fahrer von einer nicht gezeigten Steuerung eingegeben wird, werden die Steuerwinkel jedes Rades überwacht. Sobald wie die überwachten Ausrichtungen von allen der Räder mit der vorwärtigen Richtung (an einem Punkt C) deckungsgleich sind, werden die Aufhängungen 33 und 34 durch die Bremsen 35, 36 verriegelt, und das Fahrzeug 27 wird in einen Hochgeschwindigkeits-Antriebsmodus geschaltet. Unter dem Hochgeschwindigkeits-Antriebsmodus wird das Fahrzeug 27 gesteuert, um in der ähnlichen Weise, wie die allgemeinen Fahrzeuge zu fahren, die auf den öffentlichen Straßen fahren. D. h., der stabile Antrieb bei einer Hochdrehzahl wird durch das Steuern der Vorderräder, während des Verriegelns der Steuerwellen der Hinterräder, erleichtert.
Einmal in den Hochgeschwindigkeits-Antriebsmodus geschaltet ist es möglich, durch Erhöhen der Drehzahl der Antriebsräder 21, 22 bei hoher Geschwindigkeit zu fahren. Zum Verändern der Bahnkurve während des Fahrens bei einer hohen Geschwindigkeit, um z. B. an einem Punkt D, wie in Fig. 9 gezeigt, nach links zu drehen, werden die Aufhängungen 23 und 24 wie die Steuerwellen der Antriebsräder 21, 22 entgegen des Uhrzeigersinns gedreht. Während dieser Kurvenbewegung wird jeder Steuerwinkel der Antriebsräder 21, 22 gesteuert, so dass sich die Verlängerung der Achsen der Vorderräder 21, 22 und die Verlängerung der Hinterräder immer an demselben Punkt 0 kreuzen kann.
Der Schnittpunkt 0 ist das Drehzentrum des Fahrzeuges 27. Das Fahrzeug 27 wird von dem Hochgeschwindigkeits-Antriebsmodus auf den in alle Richtungen fahrbaren Fahrmodus durch Lösen der Bremsen 35, 35 geschaltet, nachdem das Fahrzeug innerhalb der vorbestimmten Geschwindigkeit verlangsamt wurde.
Die Befehlssignale für die Antriebssteuerung des Fahrzeuges 27 werden von einem Bediener, der einen Steuerknüppel etc. hat, eingegeben, der das Eingeben jedes Befehlssignales, das jedem der drei Freiheitsgrade zugewiesen wird, erleichtert. In dem in alle Richtungen fahrbaren Fahrmodus sind jeweils zwei Freiheitsgrade für die Vorwärts- und für die Rückwärtsfortbewegung und für die seitwärtige Fortbewegung bestimmt, und ein Freiheitsgrad ist für die Drehung bestimmt. In dem Hochgeschwindigkeits-Antriebsmodus ist ein Freiheitsgrad für die Vorwärts- und für die Rückwärtsfortbewegung bestimmt, und ein weiterer Freiheitsgrad für die Kurvenfahrt bestimmt.
Fig. 10 ist eine Zeichnung, um die Steuerung des zweiten Fahrzeuges von einer Fernsteuerung, die von einem Fahrer betätigt wird, der auf dem Boden, aber nicht in dem Fahrzeug steht, zu erklären. In dem Hochgeschwindigkeits-Antriebsmodus wird das Fahrzeug 27 durch Bedienen eines Steuerknüppels 42 von einer Steuerung 41, die auf dem Boden platziert ist, gesteuert. Befehlsignale werden von einem nicht gezeigten Sender der Steuerung 41 zu einem nicht gezeigten Empfänger, der auf einem Fahrzeug montiert ist, gesendet. Und das Antreiben des Fahrzeuges wird auf der Grundlage der Befehlssignale gesteuert. In dem dargestellten Beispiel, das Fahrzeug 27 fährt nach rechts, um sich von Punkt A zu dem Punkt C durch einen Punkt B zu bewegen. Wenn sich das Fahrzeug 27 bewegt, dreht sich die Ausrichtung des Fahrzeuges 27 in Bezug auf das auf dem Boden befestigte X-Y-Koordinatensystem im Uhrzeigersinn.
D. h., der relative Winkel zwischen dem Fahrzeug 27 und der Steuerung 41 verändert sich. Demzufolge ist die Beziehung zwischen der vorwärtigen Richtung des Fahrzeuges 27 und der Richtung der Befehlssignaleingabe von der Steuerung 41 zu dem Fahrzeug 27 an allen Positionen dieselbe wie jene in dem ersten Ausführungsbeispiel. Durch Drehen und Steuern der Antriebsräder 21, 22 auf der Grundtage der Geschwindigkeitskomponenten, die aus den Gleichungen 17 bis 20 erhalten wurden, wird das Fahrzeug 27 in Abhängigkeit zu den Befehlen der Steuerung 41 angetrieben. Es ist zu beachten, dass eine Steuerung an dem Fahrzeug 27 nur mit dem Ziel der Erläuterung der Veränderung im relativen Winkel zwischen dem Fahrzeug 27 und der Steuerung 41, die auf dem Boden befestigt ist, dargestellt wird. Tatsächlich ist die Steuerung 41 nicht auf dem Fahrzeug 27 montiert.
Fig. 11 ist eine Zeichnung, um das Antreiben des zweiten Fahrzeuges von der Steuerung, die von einem auf dem Fahrzeug sitzenden Fahrer betätigt wird, darzustellen. Da sich die Steuerung 41 mit dem Fahrzeug 27 dreht, wenn sich das Fahrzeug von dem Punkt A zu einem Punkt C durch den Punkt B dreht, sind die Inhalte der Befehlssignaleingabe an den Punkten B und C von dem Steuerknüppel von jenen in Figur. 10 unterschiedlich. Demzufolge werden die Inhalte der Befehlssignale und die tatsächliche Fahrrichtung des Fahrzeuges 27, sofern keine Messung vorgenommen wird, voneinander abweichen. Um dies zu vermeiden wird die Variable ΦV in den Gleichungen 17 bis 20 durch einen konstanten Wert ΦV0 ersetzt, der als der Winkel der Fahrzeugkarosserie 27 in Bezug auf die X-Achse der Koordinaten, wenn der Steuermodus auf dem Fahrzeug festgelegt ist, erfasst wird. Als ein Ergebnis werden nunmehr die Gleichungen 17 bis 20 durch die folgenden Gleichungen 21 bis 24 ersetzt.
VX1 = VXC - W(dΦV/dt)cosΦV0 ...(21)
VY1 = VYC - W(dΦV/dt)sinΦV0 ...(22)
VX2 = VXC + W(dΦV/dt)cosΦV0 ...(23)
VY2 = VYC + W(dΦV/dt)sinΦV0 ...(24).
Durch Verwenden dieser durch diese Gleichungen erhaltenen Werte, als die Geschwindigkeits-Bezugswerte der Antriebseinheiten mit den Antriebsrädern 21, 22, kann der auf dem Fahrzeug sitzende Fahrer das Fahrzeug mit demselben Gefühl, das der Fahrer auf dem Boden fühlen kann, fahren. Ein nicht gezeigter Umschalter ist an der Steuerung 41 oder dem Fahrzeug 27 zum Schalten zwischen der Steuerung von dem Boden und der Steuerung auf dem Fahrzeug bestückt. Der Fahrer bedient den Umschalter, um den geeigneten Betrieb zu wählen. Wenn der Umschalter betätigt wird, um die Steuerung auf dem Fahrzeug beim Start des Steuerungssystems auszuwählen, wird der Winkel ΦV0 auf Null festgelegt, und die Vorwärtsrichtung des Fahrzeuges und die Richtung des Y-Achsen- Befehls sind miteinander deckungsgleich.
Fig. 12 ist eine Zeichnung zum Erläutern des Antreibens des zweiten Fahrzeuges 27 von einer Steuerung, die durch einen Fahrer, der auf dem Boden steht, gehalten und betätigt wird. Wenn der Fahrer das Fahrzeug 27 von dem Boden aus durch die Steuerung 41, die der Fahrer hält, fährt, verändert sich die Ausrichtung der Steuerung 41, wie sich der Fahrer auf dem Boden bewegt. In Fig. 12 ist die Steuerung 41 mit einem Winkelsensor 43 ausgerüstet, der die Veränderung in der Ausrichtung der Steuerung 41 erfasst. In dieser Figur dreht das Fahrzeug 27, um sich von einem Punkt A durch die Punkte B, C, D zu einem Punkt E, angeordnet auf der anderen Seite eines Hindernisses, zu bewegen. Der Winkelsensor 43 ist bestimmt, um die relative Ausrichtung der Steuerung 41 zu erfassen. Der Winkelsensor 43 kann bestimmt sein, um die absolute Ausrichtung der Steuerung 41 zu erfassen.
Der Fahrer startet das Fahren des Fahrzeuges 27 durch die Steuerung 41, getragen bei ihm oder bei ihr, von einem Punkt F, nahe dem Anfangspunkt A. Der Fahrer bewegt sich zu einem Punkt G, die Steuerung 41 bei sich oder bei ihr zu einem Zeitpunkt während des Fahrens auf halber Strecke tragend, bevor sich das Fahrzeug hinter dem Hindernis 45 versteckt. Wie sich das Fahrzeug 27 und der Fahrer bewegen, verändern sich die Ausrichtungen des Fahrzeuges 27 und des Fahrers, und die Steuerung 41 wird im Uhrzeigersinn gedreht. Der Winkelsensor 43 erfasst den Drehwinkel ΦJ und führt den erfassten Winkel ΦJ zu dem Fahrzeug 27 zu. Die Steuerung 27 des Fahrzeuges 27 korrigiert ΦV der Gleichungen 17 bis 20 auf der Grundlage des Zuführwinkels ΦJ, wie in den Gleichungen 25 bis 28 beschrieben.
VX1 = VXC - W(dΦV/dt)cos(ΦV - ΦJ) ...(25)
VY1 = VYC - W(dΦV/dt)sin(ΦV - ΦJ) ...(26)
VX2 = VXC + W(dΦV/dt)cos(ΦV - ΦJ) ...(27)
VY2 = VYC + W(dΦV/dt)sin(ΦV - ΦJ) ...(28).
Durch Verwendung der durch diese Gleichungen erhaltenen Werte, als die Geschwindigkeits-Bezugswerte der Antriebseinheiten, mit den Antriebsrädern 21, 22, wird das Fahrzeug 27 entlang der Richtung der Befehlssignaleingabe von dem Steuerknüppel 42 der Steuerung 41 angetrieben, wenn sich die Ausrichtung derselben verändert, wie sich der Fahrer bewegt.
Die Steuerung 41, die darin den Winkelsensor 43 enthält, ist auch auf die Steuerung des Roboters, der mit der ähnlichen Antriebsvorrichtung, mit der das in jede Richtung fahrbare Fahrzeug dieses Ausführungsbeispieles ausgerüstet ist, anwendbar.
Fig. 13 ist eine obere Draufsicht eines dritten Ausführungsbeispieles eines in jede Richtung fahrbaren Fahrzeuges.
Und Fig. 14 ist eine seitliche Draufsicht des dritten Ausführungsbeispieles, in dem ein Teil von fig. 13 zum Zweck der klaren Darstellung entfernt worden ist. In diesen Figuren haben die Antriebsräder 51, 52 einen Durchmesser D und dienen auch als Steuerräder. Die Radwelle 53, 54 der Antriebsräder 51, 52 sind axial auf einem Chassis 55 an den Punkten gelagert, bei denen die Radwellen 53, 54 koaxial ausgerichtet werden können. Die Motoren 56, 57, die als Betätiger dienen, sind auf dem Chassis 55 montiert und mit den Radwellen 53 und 54 durch Zahnräder 65, 66 und 67, 68 verbunden.
Die Motoren 56 und 57 sind mit Codierern 58, 59, die an den anderen Enden derselben verbunden sind, ausgerüstet. Eine Steuerwelle 61 ist vertikal an dem vorderen Teil des Chassis 55 angeordnet. Das obere Ende der Steuerwelle 61 ist axial durch eine Karosserie 62 des Fahrzeuges 13 (nachstehend manchmal als "das dritte Fahrzeug" bezeichnet) durch einen Wellenstumpf 63 gelagert. Die Steuerwelle 61 ist rechtwinklig um einen horizontalen Abstand S von dem Mittelpunkt zwischen den Antriebsrädern 51 und 52 verlagert. Die Antriebseinheit des dritten Fahrzeuges 62 besteht aus den oben beschriebenen Bauelementen. Ein Codierer 64 ist an dem oberen Ende der Steuerwelle 61 installiert, um den Drehwinkel der Steuerwelle 61 zu erfassen, d. h. den Steuerwinkel des Antriebswinkels der Antriebseinheit des dritten Fahrzeuges 62.
Fig. 15 ist eine Zeichnung zum erläutern des Manövrierens der Antriebseinheit der Fig. 13, 14. In der Fig. 15 bezeichnen die Symbole G&sub1; und G&sub2; die Kontaktpunkte auf dem Boden der Antriebsräder 51, 52. Das Symbol M bezeichnet das Drehzentrum der Steuerwelle 61. Das Drehzentrum M der Steuerwelle 61 und der Mittelpunkt 0 der Kontaktpunkte auf dem Boden G&sub1; und G&sub2; werden durch den Verlagerungsabstand S verlagert. Beim Drehen der Antriebsräder 59, 52, mit D im Durchmesser, durch die Motoren 56, 57, wird der Mittelpunkt 0 fortbewegt und gedreht. Wenn die Antriebsräder 51 und 52 mit den Winkelgeschwindigkeiten ω&sub1; und ω&sub2; gedreht werden, werden die Fortbewegungsgeschwindigkeit Vo und die Winkeldrehgeschwindigkeit dΦ&sub0;/dt des Mittelpunktes 0 durch die folgenden Gleichungen der Bewegung erhalten, die für die Fahrzeuge, die durch zwei unabhängige Räder angetrieben werden, gut bekannt sind.
V&sub0; = (Dω&sub1;/2 + Dω&sub2;/2)/2 = D(ω&sub1; + ω&sub2;)/4 ...(29)
Φ&sub0; = (Dω&sub1;/2W - Dω&sub2;/2W)/2 = D(ω&sub1; + ω&sub2;)/4W ...(30)
In diesem Beispiel gewinnt das Drehzentrum M der Steuerwelle 61 eine Geschwindigkeitskomponente VH entlang der vorwärtigen Richtung der Antriebseinheit und eine Geschwindigkeitskomponenten VS entlang der seitwärtigen Richtung der Antriebseinheit. Die Geschwindigkeit VH und die Geschwindigkeit VS werden durch die folgende Gleichung erhalten.
VS = V&sub0; = D(ω&sub1; + ω&sub2;)/4 ...(31)
VS = S dΦ&sub0;/dt = DS(ω&sub1; - ω&sub2;)/4W ...(32)
Diese Geschwindigkeitskomponenten VH und VS werden an dem Drehzentrum M zusammengesetzt, um eine Geschwindigkeit V zu sein, bei der das dritte Fahrzeug von dem Chassis 55 durch die Steuerwelle 61 in die Richtung, die durch einen Winkel α zu der Y-Achse geneigt ist, angetrieben wird. Die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS werden durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt.
VH = Vcosα ...(33)
VS = Vsinα ...(34)
Durch das Steuern der Drehung der Motoren 56, 57, so dass die Winkelgeschwindigkeit ω&sub1; des Antriebsrades 51 und die Winkelgeschwindigkeit ω&sub2; des Antriebsrades 52 ein bestimmtes Verhältnis aufrechterhalten kann, wird es erleichtert die Steuerwelle M in die vorbestimmte Richtung zu bewegen. Obwohl sich die obigen Gleichungen an ein Beispiel halten, wenn sich das Chassis 55 beginnt zu drehen, halten sich die obigen Gleichungen nicht mehr an das nächste Beispiel, wenn sich die Ausrichtung des Chassis, d. h., die Ausrichtung der Antriebsräder 51 und 52, verändert. Jedoch durch Erfassen der Veränderung der Ausrichtung des Chassis 55 durch einen Codierer 64, und durch Korrigieren der Winkelgeschwindigkeiten ω&sub1; und ω&sub2; durch die folgenden Gleichungen, kann die Steuerwelle M beibehalten werden, um in der vorbestimmten Richtung zu fahren.
ω&sub1; = 2W VS/DS - 2VH/D ...(35)
ω&sub2; = -2W VS/DS - 2VH/D ...(36)
Fig. 16 ist eine Zeichnung, um das Verfahren des Bewegens der Steuerwelle M des dritten Fahrzeuges 62 auf einer vorbestimmten Bahnkurve K zu erläutern. Durch Darstellen des Winkels zwischen der X-Achse und der Tangente an einem Punkt auf der Bahnkurve K, bei der die Steuerwelle M bei θ angeordnet ist, und des Winkels zwischen der X-Achse und dem Chassis 55 bei Φ, wird jede Winkelgeschwindigkeit ω&sub1; und ω&sub2; zum Erzeugen der Bezugsgeschwindigkeit V an der Steuerwelle M durch die folgenden Gleichungen erhalten.
VH = Vcos(Φ - θ) ...(37)
VS = Vsin(Φ - θ) ...(38)
Durch Festlegen der Fahrgeschwindigkeit V im Voraus und durch Erfassen über die gesamte Zeit während des Fahrens werden die Winkel Φ und die Winkel θ, die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS erhalten. Die Steuerweile M wird beim Fahren auf der Bezugsbahnkurve K durch Steuern der Winkelgeschwindigkeit ω&sub1; des Antriebsrades 51 und der Winkelgeschwindigkeit ω&sub2; des Rades 52 erleichtert, so dass die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS erhalten werden können. Wenn die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS in Bezug zu der X-Achse und zu der Y-Achse in einer Zeitfolge als die Koordinatendaten auf der Bezugsbahnkurve K zugeführt werden, können die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS für jede Achse der Antriebseinheit durch die folgenden Gleichungen mit diesen VX und VY erhalten werden.
VH = Vcos(Φ - θ) = VcosθcosΦ + sinθsinΦ = VXcosΦ + VYsinΦ ...(39)
VS = Vsin(Φ - θ) = VcosθsinΦ - VsinθsinΦ = VXsinΦ - VYcosΦ ...(40)
Fig. 17 ist eine isometrische Darstellung einer Modifikation des dritten Ausführungsbeispieles. Zwei Antriebseinheiten, die in den Fig. 13 und 14 gezeigt sind, sind an beiden Seiten des Fahrzeuges 62 montiert. Das Fahrzeug 62 hat die angetriebenen Räder 71, 72. Obwohl das dargestellte Beispiel mit zwei Antriebseinheiten versehen ist, ist die Lehre dieses Ausführungsbeispieles auf Fahrzeuge anwendbar, die drei oder mehr Antriebseinheiten haben.
Auch in dem dritten Ausführungsbeispiel können die angetriebenen Räder 71, 72 mit Verriegelungsmitteln versehen sein, um das Schalten zwischen dem in jede Richtung fahrbaren Fahrmodus und dem Hochgeschwindigkeits-Antriebsmodus, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel, zu erleichtern.
Fig. 18 ist eine obere Draufsicht eines vierten Ausführungsbeispieles eines in jede Richtung fahrbares Fahrzeug.
Und Fig. 19 ist eine seitliche Draufsicht des vierten Ausführungsbeispieles, in dem ein Teil von Fig. 18 mit dem Ziel der klaren Darstellung entfernt ist. In diesen Figuren haben die Antriebsräder 81, 82 einen Durchmesser D und dienen als Steuerwelle. Die Radwellen 83, 84 der Antriebsräder 81, 82 sind axial an dem Chassis 85 an dem Punkt gelagert, an dem die Radwellen 83, 84 koaxial ausgerichtet werden können. Die Motoren 86, 87, die als Betätiger dienen, sind auf dem Chassis 85 montiert und mit den Radwellen 53 und 54 durch Zahnräder 95, 96 und 97, 98 verbunden.
Die Motoren 86, 87 sind mit Codierern 88, 89 ausgerüstet, die an deren anderen Ende verbunden sind. Eine Steuerwelle 91 ist vertikal an dem vorderen Teil des Chassis 85 angeordnet. Das obere Ende der Steuerwelle 91 ist axial durch eine Karosserie 92 des Fahrzeuges der Fig. 18, 19 (nachstehend manchmal als "das vierte Fahrzeug" bezeichnet) durch einen Wellenstumpf 93 gelagert. Die Steuerwelle 91 ist rechtwinklig durch einen horizontalen Abstand S von dem Mittelpunkt zwischen den Antriebsrädern 81 und 82 verlagert. Ein Zahnrad 112 ist koaxial auf der Oberseite der der Steuerwelle 91 installiert und mit einem Zahnrad 111 auf der Karosserie 92 des Fahrzeuges gelagert. Das Zahnrad 11 ist an eine Ausgangswelle des Motors 94, der als ein Betätiger dient, gekuppelt. Ein Codierer 113, gekuppelt an das andere Ende des Motors 94 erfasst den Drehwinkel der Steuerwelle 91. Die Antriebseinheit des vierten Fahrzeuges 92 besteht aus den oben beschriebenen Bauelementen.
Fig. 20 ist eine Zeichnung, um das Bewegen der Antriebseinheit der Fig. 18, 19 zu erläutern. In Fig. 20 bezeichnen die Symbole G&sub1; und G&sub2; die Kontaktpunkte auf dem Boden der Antriebsräder 81, 82. Das Symbol M bezeichnet das Drehzentrum der Steuerwelle 91. Das Drehzentrum M der Steuerwelle 91 und der Mittelpunkt 0 der Kontaktpunkte auf dem Boden G&sub1; und G&sub2; ist durch den Verlagerungsabstand S verlagert. Beim Drehen der Antriebsräder 81, 82, mit D im Durchmesser, durch die Motoren 86, 87, wird der Mittelpunkt 0 fortbewegt und gedreht. Wenn die Antriebsräder 81 und 82 mit den Winkelgeschwindigkeiten ω&sub1; und ω&sub2; gedreht werden, werden die Fortbewegungsgeschwindigkeit Vo und die Winkeldrehgeschwindigkeit dΦ&sub0;/dt des Mittelpunktes 0 durch die folgenden Gleichungen der Bewegung erhalten, die für die Fahrzeuge, die durch zwei unabhängige Räder angetrieben werden, gut bekannt sind.
V&sub0; = (Dω&sub1;/2 + Dω&sub2;/2)/2 = D(ω&sub1; + ω&sub2;)/4 ...(41)
Φ&sub0; = (Dω&sub1;/2W - Dω&sub2;/2W)/2 = D(ω&sub1; - ω&sub2;)/4W ...(42)
In diesem Beispiel gewinnt das Drehzentrum M der Steuerwelle 91 eine Geschwindigkeitskomponente VH entlang der vorwärtigen Richtung der Antriebseinheit und eine Geschwindigkeitskomponenten VS entlang der seitwärtigen Richtung der Antriebseinheit. Die Geschwindigkeit VH und die Geschwindigkeit VS werden durch die folgenden Gleichungen erhalten.
VH = V&sub0; = D(ω&sub1; + ω&sub2;)/4 ...(43)
VS = SdΦ&sub0;/dt = DS(ω&sub1; - ω&sub2;)/4 ...(44)
Diese Geschwindigkeitskomponenten VH und VS werden an dem Drehzentrum M zusammengesetzt, um eine Geschwindigkeit V zu sein, bei der das vierte Fahrzeug von dem Chassis 85 durch die Steuerwelle 91 in die Richtung, die durch einen Winkel α zu der Y- Achse geneigt ist, angetrieben wird. Die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS werden durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt.
VH = Vcosα ...(45)
VS = Vsinα ...(46)
Überdies, wenn die Steuerwelle 91 mit der Winkelgeschwindigkeit ω&sub3; gedreht wird, wird die Winkeldrehgeschwindigkeit dΦY/dt, die an der Karosserie des Fahrzeuges 92 erzeugt wird, durch die folgenden Gleichung erhalten.
dΦV/dt = ω&sub3; - dΦ&sub0;/dt ...(47)
Durch Steuern der Rotation der Motoren 86, 87, so dass die Winkelgeschwindigkeit ω&sub1; des Antriebsrades 81 und die Winkelgeschwindigkeit ω&sub2; des Antriebsrades 82 ein bestimmtes Verhältnis einhalten kann, wird es erleichtert, die Steuerwelle M in die vorbestimmte Richtung zu bewegen. Und, durch Steuern der Drehung des Motors 94, so dass die Winkelgeschwindigkeit ω&sub3; die Winkeldrehgeschwindigkeit dΦY/dt des Chassis 85 kompensieren kann, wird es erleichtert, die Karosserie des Fahrzeuges 92 in eine vorbestimmte Richtung zu drehen. Obwohl die genannten Gleichungen bei einem Beispiel zutreffen, wenn sich das Chassis 85 beginnt zu drehen, treffen die genannten Gleichungen nicht mehr bei dem nächsten Beispiel zu, wenn sich die Ausrichtung des Chassis 1 ändert, d. h. die Ausrichtungen der Antriebsräder 81 und 82 sich verändert. Jedoch durch Erfassen der Veränderungsausrichtung des Chassis 113, das an den Motor 94 gekuppelt ist, und durch Korrigieren der Winkelgeschwindigkeiten ω&sub1; und ω&sub2; durch die folgenden Gleichungen, kann die Steuerwelle beibehalten werden, um in die vorbestimmte Richtung zu fahren.
ω&sub1; = 2WVS/DS - 2VH/D ...(48)
ω&sub2; = -2WVS/DS - 2VH/D ...(49)
Fig. 21 ist eine Zeichnung, um das Verfahren des Bewegens der Steuerwelle M des vierten Fahrzeuges 92 auf einer vorbestimmten Bahnkurve K zu erklären und das Ausrichten der Karosserie auf eine Bezugsausrichtung ΦV. Durch Darstellen des Winkels zwischen der X-Achse und der Tangente an einem Punkt auf der Bahnkurve K, bei der die Steuerwelle M bei 8 angeordnet ist, und des Winkels zwischen der X-Achse und dem Chassis 85 bei t, wird jede Geschwindigkeitskomponente VH und VS zum Erzeugen der Bezugsgeschwindigkeit V an der Steuerwelle M durch die folgenden Gleichungen erhalten.
VH = VH = Vcos(Φ&sub0; - θ) ...(50)
VS = VS = Vsin(Φ&sub0; - θ) ...(51)
ω&sub3; = d/dt(ΦV - Φ&sub0;) ...(52)
Durch Festlegen der Reisegeschwindigkeit V im Voraus und der Ausrichtung ΦV, und durch Erfassen über die gesamte Zeit während des Fahrens werden der Winkel Φ&sub0; und der Winkel θ, die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS und die Drehgeschwindigkeit ω&sub3; erhalten. Der Steuerwelle M wird das Fahren auf der Bezugsbahnkurve K durch Steuern der Winkelgeschwindigkeiten ω&sub1; des Antriebsrades 81 und der Winkelgeschwindigkeit ω&sub2; des Rades 82 erleichtert, so dass die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS erhalten werden können. Die Karosserie des Fahrzeuges 92 wird unterstützt, um sich zu der Bezugsausrichtung ΦV durch Steuern der Winkelgeschwindigkeit ω&sub3; der Steuerwelle zu drehen. Wenn sich die Geschwindigkeitskomponenten VX und VY in Bezug auf die X-Achse und auf die Y-Achse in einer Zeitfolge als die Koordinaten auf der Bezugsbahnkurve K zugeführt werden, werden die Geschwindigkeitskomponenten VH und VS für jede Achse der Antriebseinheit durch die folgenden Gleichungen mit diesen VX und VY erhalten werden.
VH = Vcos(Φ&sub0; - θ) = VcosθcosΦ&sub0; + sinθsinΦ&sub0; = VXcosΦ&sub0; + VYsinΦ&sub0; ...(53)
VS = Vsin(Φ&sub0; - θ) = VcosθsinΦ&sub0; + VsinθcosΦ&sub0; = VXsinΦ&sub0; + VYcosΦ&sub0; ...(53)
Fig. 22 ist eine seitliche Draufsicht einer Modifikation des vierten Ausführungsbeispieles. Und Fig. 23 ist eine obere Draufsicht der Modifikation von Fig. 22. Eine in den Fig. 18 und 19 gezeigte Antriebseinheit ist an dem Fahrzeug 92 montiert. Das fahrzeug 92 hat vier Laufrollenräder 121 an jeder Ecke der Karosserie. Obwohl das dargestellte Beispiel mit nur einer Antriebseinheit versehen ist, ist die Lehre des vorliegenden Ausführungsbeispieles auf die Fahrzeuge anwendbar, die zwei oder mehr Antriebseinheiten haben.
In dem vierten Ausführungsbeispiel können einige Paare von Laufrollenrädern 121 mit Verriegelungsmitteln vorgesehen werden, um das Schalten zwischen der in jede Richtung fahrbaren Fahrmodus und dem Hochgeschwindigkeits-Antriebsmodus, ähnlich wie in dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel, zu erleichtern.
Wie oben erläutert worden ist, erleichtert das erste in jede Richtung fahrbare Fahrzeug die Rückwärts- und Vorwärtslängsbewegung sowie die seitwärtige Längsbewegung und die Drehbewegung mit nur zwei einfachen, kleinen und leichten Antriebsvorrichtungen. Die Antriebsvorrichtungen lagern die Steuerwellen der jeweiligen Antriebsräder, die auch als die Steuerräder an der Karosserie des Fahrzeuges durch die Wellenstümpfe an den Positionen dienen, die horizontal von den Kontaktpunkten auf dem Boden der jeweiligen Antriebsräder verlagert sind. Die Antriebsvorrichtungen drehen die Antriebsräder und drehen die Steuerwellen. Da die Luftreifen auf den Rädern montiert werden können, wird eine ausreichende Festigkeit erhalten, die ausreichend ist, eine schwere Last zu tragen, und das Übertragen von in den Rädern während des Fahrens erzeugten Schwingungen auf der Karosserie des Fahrzeuges wird verhindert.
Das zweite in jede Richtung fahrbare Fahrzeug erleichtert das Hochgeschwindigkeitsfahren des Fahrzeuges durch Verriegeln der Steuerwellen der Antriebsräder, und das Manövrieren des Fahrzeuges jederzeit mit demselben Betriebsgefühl, wenn der Fahrer die Fernsteuerung in dem Fahrzeug oder auf dem Boden verwendet.
Das dritte in jede Richtung fahrbare Fahrzeug erleichtert die Rückwärts- und Vorwärtslängsbewegung sowie die seitwärtige Längsbewegung und die Drehbewegung, wie es das erste Fahrzeug tut, mit zwei oder mehreren relativ einfachen Antriebseinheiten.
Die Antriebseinheit weist ein Chassis auf, ein Paar von Antriebsrädern, die als Steuerräder dienen, deren Radwellen ausgerichtet und axial zu dem Chassis gelagert sind, ein Betätigerpaar zum Drehen der Antriebsräder, eine Steuerwelle, an der die Radwelle durch das Chassis montiert ist, und einen Wellenstumpf, der an der Karosserie des Fahrzeuges gebildet ist, wobei der Wellenstumpf die Steuerwelle vertikal an der Position drehbar lagert, die horizontal von dem Mittelpunkt zwischen den Kontaktpunkten auf dem Boden der Antriebsräder verlagert ist.
Das vierte in jede Richtung fahrbare Fahrzeug erleichtert die Rückwärts- und Vorwärtslängsbewegung, sowie die seitwärtige Längsbewegung und die Drehbewegung, wie es das erste Fahrzeug tut, durch zumindest eine der Antriebseinheiten, von denen jede nur drei Betätiger hat. Die Antriebseinheit weist ein Chassis auf, ein Paar von Antriebsrädern, deren Radwellen ausgerichtet und axial zu dem Chassis gelagert sind, ein Betätigerpaar zum Drehen der Antriebsräder, eine Steuerwelle, an der die Radwelle durch das Chassis montiert ist, und einen Wellenstumpf, der an der Karosserie des Fahrzeuges gebildet ist, wobei der Wellenstumpf die Steuerwelle vertikal an der Position drehbar lagert, die horizontal von dem Mittelpunkt zwischen den Kontaktpunkten auf dem Boden der Antriebsräder verlagert ist.

Claims

1. In jede Richtung fahrbares Fahrzeug, mit:

einer Karosserie (7, 27); und zumindest zwei Antriebseinheiten, von denen jede enthält:

ein Antriebsrad (1, 21, 22), das als ein Steuerrad, montiert auf einer horizontalen Radwelle (2), dient;

einen ersten Betätiger (5, 25, 26) zum Drehen des Antriebsrades (1, 21, 22);

eine Steuerwelle (3, 23, 24), daran die Radwelle (2) montiert ist;

einen Wellenstumpf (8), gebildet an der Karosserie (7, 27) des Fahrzeuges, wobei der Wellenstumpf (8) die Steuerwelle (3, 23, 24) drehbar vertikal an einer Position lagert, die horizontal von dem Kontaktpunkt zwischen dem Antriebsrad (1, 21, 22) und dem Boden verlagert ist; und

einem zweiten Betätiger (12, 28, 29) zum Drehen der Steuerwelle (3, 23, 24), dadurch gekennzeichnet, dass die Drehwinkel der Steuerwellen (3, 23, 24) der zumindest zwei Antriebseinheiten individuell voneinander durch den zweiten Betätiger (12, 28, 29) steuerbar sind.

2. In jede Richtung fahrbares Fahrzeug nach Anspruch 1, außerdem gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Antreiben des ersten und zweiten Betätigers (5, 12) mit einem Verhältnis der Winkeldrehgeschwindigkeit des Antriebsrades (1) zu der Winkeldrehgeschwindigkeit der Steuerwelle (3), wobei das Verhältnis auf einen Wert auf der Grundlage der Ausrichtung der Antriebseinheit festgelegt wird.

3. In jede Richtung fahrbares Fahrzeug, mit:

einer Karosserie (62); und

zumindest zwei Antriebseinheiten, von denen jede enthält:

einem Chassis (55); und

einem Wellenstumpf (63), gebildet an der Karosserie (62) des Fahrzeuges, wobei der Wellenstumpf (63) eine Steuerwelle (61) drehbar lagert,

einem Paar von Antriebsrädern (51, 52), die als Steuerräder dienen, deren Radwellen (53, 54) zueinander ausgerichtet und axial an dem Chassis (55) gelagert und mit der Steuerwelle (61) durch das Chassis (55) montiert sind;

einem Paar von Betätigern (56, 57) zum Drehen der Antriebsräder (51, 52);

wobei die Drehwinkel der Steuerwellen (61, 61) der zumindest zwei Antriebseinheiten durch individuelles Drehen jedes Antriebsrades (51, 52) jeder Antriebseinheit individuell steuerbar sind,

dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerwelle (61) vertikal an der Position gelagert ist, die horizontal von dem Mittelpunkt zwischen den Bodenberührungspunkten der Antriebsräder (51, 52) verlagert ist.

4. In jede Richtung fahrbares Fahrzeug nach Anspruch 3, außerdem gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Antreiben der Betätiger (56, 57) mit einem Verhältnis der Winkeldrehgeschwindigkeiten der Antriebsräder (51, 52), wobei das Verhältnis auf einen Wert auf der Grundlage der Ausrichtung der Antriebseinheit festgelegt wird.

5. In jede Richtung fahrbares Fahrzeug, mit:

einer Karosserie (92); und

einer Antriebseinheit, die enthält:

ein Chassis (85); und

einen Wellenstumpf (93), gebildet an der Karosserie (92) des Fahrzeuges, wobei der Wellenstumpf (93) eine Steuerwelle (91) drehbar lagert, und

einen zweiten Betätiger (94) zum Drehen der Steuerwelle (91),

ein Paar von Antriebsrädern (81, 82), die als Steuerräder dienen, wobei die Radwellen (83, 84) derselben zueinander ausgerichtet und axial an dem Chassis (85) gelagert und an der Steuerwelle (91) durch das Chassis (85) montiert sind;

einem Paar von ersten Betätigern (56, 57) zum individuellen Drehen der Antriebsräder (81, 82);

dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerwelle (91) vertikal an der Position gelagert ist, die horizontal von dem Mittelpunkt zwischen den Bodenberührungspunkten der Antriebsräder (81, 82) verlagert ist.

6. In jede Richtung fahrbares Fahrzeug nach Anspruch 5, außerdem gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Antreiben der ersten Betätiger (86, 87) mit einem Verhältnis der Drehgeschwindigkeiten der Antriebsräder (81, 82), wobei das Verhältnis auf einen Wert auf der Grundlage der Ausrichtung der Antriebseinheit festgelegt ist, und zum Antreiben des zweiten Betätigers (94), um dadurch die Karosserie (92) des Fahrzeuges auf eine Bezugsausrichtung auszurichten.

7. In jede Richtung fahrbares Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, außerdem gekennzeichnet durch:

eine Mehrzahl von angetriebenen Rädern (33, 34, 71, 72, 121), deren Steuerwellen (31, 32) daran drehbar an der Karosserie (7, 27, 62, 92) gelagert sind; und

einer Einrichtung (35, 36) zum Feststellen der Steuerwellen (31, 32) der angetriebenen Räder (33, 34, 71, 72, 121).

8. In jede Richtung fahrbares Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, außerdem gekennzeichnet durch:

einer Fernsteuerung zum Senden eines ersten Befehls, der eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung repräsentiert, eines zweiten Befehls, der eine Seitenbewegung repräsentiert und eines dritten Befehls, der eine Drehung des Fahrzeug repräsentiert; und

einen Empfänger, montiert an dem Fahrzeug, zum Empfangen der von der Fernsteuerung gesendeten Befehle.

9. In jede Richtung fahrbares Fahrzeug nach Anspruch 8 außerdem gekennzeichnet durch einen Wechselschalter zum Umschalten zwischen dem Betriebsmodus der Fernsteuerung an dem Fahrzeug und dem Betriebsmodus der Fernsteuerung am Boden.

10. In jede Richtung fahrbares Fahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fernsteuerung einen vierten Sensor zum Erfassen der horizontalen Ausrichtung der Fernsteuerung aufweist, und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren der Eingabebefehle auf der Grundlage der erfassten Ausrichtung der Fernsteuerung.

11. In jede Richtung fahrbares Fahrzeug nach den Ansprüchen 1, 3 und 5, außerdem gekennzeichnet durch:

einen ersten Sensor zum Erfassen der Position der Karosserie (7, 27, 62, 92), einen zweiten Sensor zum Erfassen der Ausrichtung der Karosserie (7, 27, 62, 92),

einen dritten Sensor (64, 113) zum Erfassen der Steuerwinkel der Steuerwellen (61, 91) der Antriebsräder (1, 21, 22, 51, 52, 81, 82), und

einer Betätigungseinrichtungen zum Berechnen des Verhältnisses der Winkelgeschwindigkeit jedes Antriebsrades (1, 21, 22, 51, 52, 81, 82) zu der Winkelgeschwindigkeit jeder Steuerwelle (61, 91) auf der Grundlage der erfaßten Position und Ausrichtung der Karosserie (7, 27, 62, 92), der erfassten Steuerwinkel der Steuerwelle (61, 91) und der Bezugsfahrbahn des Fahrzeuges.