SELBSTBALANCIERENDES, EINACHSIGES FAHRGESTELL MIT TREPPENSTEIGFUNKTION

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein selbstbalancierendes, einachsiges Fahrgestell mit einer Treppensteigfunktion. Mit "Treppensteigfunktion" ist hier insbesondere gemeint, dass das Fahrgestell dazu in der Lage ist, sich entweder selbsttätig oder durch die Kraft eines Benutzers eine Treppe hinauf und hinunter zu bewegen. Die Treppensteigfunktion kann aber auch dazu genutzt werden, andere Hindernisse wie z.B. Bordsteine, Schwellen oder ähnliches zu überwinden.

[0002] Transportaufgaben sind heutzutage mannigfaltig. Beispielsweise müssen teils schwere Waren in Transportfahrzeuge ein- und am Bestimmungsort wieder ausgeladen werden. In Häusern ohne Fahrstuhl müssen schwere Gegenstände durch das Treppenhaus häufig über mehrere Stockwerke hinweg transportiert werden. Im industriellen Umfeld (z.B. in einer Fabrik oder in der Logistik) müssen Lasten aller Art hin und her bewegt werden, oft unter beengten räumlichen Bedingungen.

[0003] Insbesondere beim Transport körperbehinderter, kranker oder verletzter Menschen erschwert die zunehmende Anzahl von Personen mit erhöhtem Körpergewicht die zu lösende Transportaufgabe. Hinzu kommen oft räumliche Einschränkungen wie enge Treppenhäuser, schmale Flure und ähnliches. Rettungssanitäter und Personen, die in Krankenhäusern oder Pflegeheimen tätig sind, sehen sich daher zunehmend größeren Belastungen bei der Umlagerung und dem Transport von Patienten ausgesetzt. Zu berücksichtigen ist ferner, dass ein Patiententransport unter Umständen auch unter widrigen Bedingungen (Wetter, abfallende oder ansteigende Untergründe, unebene oder rutschige Untergründe etc.) stattfinden muss und dadurch zusätzlich erschwert sein kann.

[0004] Aus der US Patentschrift 5 971 091 ist ein Transportvehikel mit einer Treppensteigfunktion bekannt. Gemäß einer Gruppe von Ausführungsbeispielen sind zur Fortbewegung Antriebsräder vorhanden, die beim Treppensteigen nicht zum Einsatz kommen. Zum Treppensteigen dienen bei diesen Ausführungsbeispielen ausfahrbare Füße, die beim Treppensteigen um eine Vertikalachse verschwenkt werden. Bei einer zweiten Gruppe von Ausführungsbeispielen wird stattdessen vorgeschlagen, sogenannte "wheel cluster" auf beiden Seiten des Fahrgestells zu verwenden, um damit sowohl die Treppensteigfunktion als auch die Fortbewegungsfunktion zu realisieren. Speichensterne dienen dazu, die Räder eines einzelnen "wheel Cluster" mechanisch miteinander zu verbinden. Es existiert ein Antrieb für jeden "wheel Cluster" und jedes Rad eines "wheel cluster" wird von einem eigenen Motor angetrieben.

[0005] Es besteht grundsätzlich der Wunsch nach einer kompakten, gut manövrierbaren und universell einsetzbaren Transportvorrichtung, die eine Lösung der geschilderten und weiterer Transportaufgaben vereinfacht.

[0006] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein selbstbalancierendes, einachsiges Fahrgestell mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Demnach enthält das erfindungsgemäße Fahrgestell ein Bewegungsmodul mit einer Antriebsachse, an der zwei Antriebsräder drehbar montiert sind. Ein vorzugsweise elektrischer und ebenfalls zum Fahrgestell gehörender Antrieb ist mit den zwei Antriebsrädern koppelbar. Das erfindungsgemäße Fahrgestell umfasst ferner ein Lasttragmodul mit einem ersten Arm, der sich von dem Bewegungsmodul erstreckt, und einem zweiten Arm. Der zweite Arm hat ein erstes Ende, das gelenkig mit dem ersten Arm verbunden ist, und ein zweites Ende, an dem eine Lastaufnahmeschnittstelle vorzugsweise gelenkig angebracht ist. Die Lastaufnahmeschnittstelle dient dazu, eine Verbindung mit dem zu transportierenden Gegenstand oder einer Transportvorrichtung herzustellen, in der oder auf der sich zu transportierende Gegenstände oder Güter befinden. Beispielsweise kann die Lastaufnahmeschnittstelle zur lösbaren Befestigung einer Krankentrage ausgeführt sein. Alternativ kann die Lastaufnahmeschnittstelle zur Verbindung mit einem Korb oder anderen Behälter dienen, in dem sich zu transportierende Waren befinden. Die Lastaufnahmeschnittstelle kann auch dazu ausgestaltet sein, eine Tragplattform abzustützen, auf der zu transportierende Gegenstände abgesetzt werden. Die Lastaufnahmeschnittstelle kann eine genormte Lastaufnahmeschnittstelle sein. Insbesondere kann die Lastaufnahmeschnittstelle dazu ausgestaltet sein, ein schnelles Befestigen und Lösen einer mit ihr zu verbindenden Transportvorrichtung zu ermöglichen. Durch Verändern des Winkels zwischen dem ersten Arm und dem zweiten Arm des Lasttragmoduls kann die Lastaufnahmeschnittstelle in eine höhere oder tiefere Stellung gebracht werden.

[0007] Das erfindungsgemäße Fahrgestell ist ferner mit einem Treppensteigmodul ausgerüstet, das zwei Speichensterne aufweist, die so montiert sind, dass sie sich um die Antriebsachse drehen können. Mit anderen Worten, die zwei Antriebsräder und die zwei Speichensterne des erfindungsgemäßen Fahrgestells können sich um dieselbe Achse drehen. Jeweils ein Speichenstern ist seitlich neben einem der Antriebsräder angeordnet. Bezüglich der Antriebsachse kann der einem Antriebsrad zugeordnete Speichenstern seitlich außerhalb des Antriebsrades angeordnet sein, jedoch ist er bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrgestells seitlich innerhalb des zugeordneten Antriebsrades angeordnet.

[0008] Mit "Speichenstern" ist hier ein ein- oder mehrteiliges Bauteil mit einem Zentrum gemeint, das koaxial zur Antriebsachse angeordnet ist und von dem aus sich speichenartig mehrere als Tragspeichen bezeichnete Stützarme zumindest im Wesentlichen radial nach außen erstrecken. Am radial äußeren, freien Ende jeder Tragspeiche ist ein Bodenkontaktelement angebracht, mit welchem sich die Tragspeiche auf dem Untergrund abstützen kann, auf dem das Fahrgestell sich befindet. Das Bodenkontaktelement kann beispielsweise ein Fuß sein, der vorzugsweise aus einem rutschfesten Material besteht, etwa aus Gummi oder einem gummiartigen Elastomermaterial. Der Fuß kann an das freie Ende der Tragspeiche angesetzt sein oder kann das freie Ende der Tragspeiche umgeben. Beispielsweise kann jeder Fuß ein Formteil sein, das auf das freie Ende der zugehörigen Tragspeiche aufgeschoben wird. Jeder Fuß kann durch seine Gestalt ein Abrollen auf dem Untergrund ermöglichen oder unterstützen. Dazu ist es nicht erforderlich, dass der Fuß drehbar an der Tragspeiche angebracht ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrgestells sind zumindest einige der Bodenkontaktelemente Räder, die am oder in der Nähe des freien Endes der zugehörigen Tragspeiche drehbar gelagert sind.

[0009] Schließlich hat das erfindungsgemäße Fahrgestell eine Steuerung, die einen Neigungssensor und/oder einen Beschleunigungssensor enthält und dazu konfiguriert ist, durch gesteuertes Aufbringen eines Drehmoments auf die Antriebsräder und/oder die Speichensterne ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle bezüglich einer durch die Lastaufnahmeschnittstelle verlaufenden Vertikalen zu verhindern oder zu begrenzen. Hingewiesen sei in diesem Zusammenhang darauf, dass mit der durch die Lastaufnahmeschnittstelle verlaufenden Vertikalen immer diejenige Vertikale gemeint ist, die in einem Ausgangszustand durch die Lastaufnahmeschnittstelle verläuft, also vor einem beginnenden Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle. Je nach dem Untergrund, auf dem sich das Fahrgestell befindet, können die Drehmomente, die auf die Antriebsräder und/oder Speichensterne aufgebracht werden, für beide Antriebsräder oder Speichensterne gleich oder unterschiedlich sein. Je nach Situation kann ein Drehmoment auch auf nur ein Antriebsrad oder einen Speichenstern aufgebracht werden. Mit dem Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle bezüglich einer durch die Lastaufnahmeschnittstelle verlaufenden Vertikalen ist in erster Linie ein Kippen um die Antriebsachse gemeint, d.h. ein Kippen nach vorne oder nach hinten. Jedoch kann alternativ oder zusätzlich auch ein seitliches Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle gemeint sein, d.h. ein Kippen nach links oder rechts, das durch die Steuerung ebenfalls verhindert werden kann, beispielsweise indem durch Antreiben nur eines der zwei Antriebsräder oder durch gegensinniges Antreiben der zwei Antriebsräder das Fahrgestell zunächst so um seine Hochachse (z-Richtung, siehe auch Fig. 2) verdreht wird, dass durch anschließendes gesteuertes Aufbringen eines Drehmoments auf die Antriebsräder (oder Speichensterne) dem Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle entgegengewirkt werden kann.

[0010] Die zuvor beschriebene Selbstbalancierungs- oder Selbststabilisierungsfunktion ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt, z.B. aus der DE 10 2011 084 236 A1 oder der DE 600 21 419 T2. Es kann daher im Folgenden davon abgesehen werden, die erforderliche Steuerung und ihre Funktionsweise in allen Einzelheiten zu beschreiben.

[0011] Grundsätzlich basiert die Fähigkeit zur Selbstbalancierung auf einer Regelung für ein inverses Pendel, d.h., ein Pendel, dessen Gewicht sich oben und dessen Drehpunkt sich unterhalb des Gewichts befindet. Im Gleichgewichtszustand befinden sich Gewicht und Drehpunkt auf einer Vertikalen, welche durch den Drehpunkt und den Schwerpunkt des Gewichts verläuft. Verlässt das Gewicht seinen Gleichgewichtszustand auf der Vertikalen (dies entspricht dem Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle bei der vorliegenden Erfindung), versucht die Steuerung, dem entgegenzuwirken. Eine Steuerungsstrategie besteht darin, wieder einen Gleichgewichtszustand herzustellen. Dieses Ziel kann erreicht werden, indem das Gewicht durch eine gesteuerte Kraft- oder Drehmomenteinwirkung wieder in seine ursprüngliche Position zurückgeführt wird. Dieses Ziel kann aber auch erreicht werden, indem der Drehpunkt des Systems in eine neue Position unterhalb des Gewichts gebracht wird, genauer in eine Position, die sich auf einer Vertikalen befindet, die sich in der momentanen Position des Gewichts durch den Schwerpunkt des Gewichts erstreckt. Im Falle eines komplexeren Systems ist mit dem Begriff "Schwerpunkt" immer der resultierende Schwerpunkt des Gesamtsystems gemeint, im Fall der vorliegenden Erfindung also beispielsweise der resultierende Schwerpunkt des Fahrgestells oder, falls das Fahrgestell zur Lösung einer Transportaufgabe verwendet wird, der resultierende Schwerpunkt des Fahrgestells einschließlich der mit ihm transportierten Last.

[0012] Zumindest für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es aber keine notwendige Bedingung, den resultierenden Schwerpunkt des Gesamtsystems vertikal über dem Drehpunkt des Systems zu positionieren. Die Steuerung des erfindungsgemäßen Fahrgestells kann vielmehr Ungleichgewichtszustände des Gesamtsystems zulassen, solange die Kraft des Fahrgestellantriebs dazu ausreicht, ein das Ungleichgewicht kompensierendes Drehmoment auf die Antriebsräder und/oder die Speichensterne aufzubringen, um so ein Umkippen des Fahrgestells zu verhindern. Es versteht sich, dass in einem solchen Fall das zur Kompensation eines aktuell vorhandenen Ungleichgewichtszustands notwendige Drehmoment dauerhaft und nicht nur momentan auf die Antriebsräder und/oder Speichensterne aufgebracht werden muss. Es versteht sich somit auch, dass der im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Bezug genommene Ausgangszustand, aus dem heraus ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle stattfindet, ein Gleichgewichtszustand des Gesamtsystems oder ein Ungleichgewichtszustand des Gesamtsystems sein kann. Die im Ausgangszustand durch die Lastaufnahmeschnittstelle verlaufende Vertikale muss also im Ausgangszustand nicht notwendigerweise auch durch den Drehpunkt des Gesamtsystems verlaufen.

[0013] In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrgestells ist die Steuerung in wenigstens zwei Betriebsmodi betreibbar, einem sogenannten Stillstandsmodus und einem Bewegungsmodus. Der Stillstandsmodus dient dazu, das Fahrgestell im Stillstand selbsttätig zu stabilisieren, d.h. ein Umkippen des Fahrgestells zu verhindern. Im Stillstandsmodus wird daher vorzugsweise ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle bezüglich der im Ausgangszustand durch die Lastaufnahmeschnittstelle verlaufenden Vertikalen nicht zugelassen bzw. nur soweit zugelassen, wie es zur Erfassung eines beginnenden Kippens notwendig ist. Eine Fortbewegung des Fahrgestells wird im Stillstandsmodus nicht unterstützt. Allerdings kann das Fahrgestell im Stillstandsmodus diejenigen Bewegungen ausführen, die zum Verhindern eines Kippens der Lastaufnahmeschnittstelle bezüglich der durch die Lastaufnahmeschnittstelle verlaufenden Vertikalen notwendig sind, beispielsweise ein Drehen des Fahrgestells um seine Hochachse durch einseitiges Antreiben eines Antriebsrades oder gegensinniges Antreiben beider Antriebsräder (und/oder Speichensterne).

[0014] Im Bewegungsmodus ist die Steuerung vorzugsweise dazu konfiguriert, ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle bezüglich der im Ausgangszustand durch die Lastaufnahmeschnittstelle verlaufenden Vertikalen lediglich zu begrenzen. Mit anderen Worten, ein gewisses Maß eines Kippens der Lastaufnahmeschnittstelle bezüglich der durch sie verlaufenden Vertikalen, insbesondere nach vorne und nach hinten, kann zugelassen werden und dient insbesondere zur Erfassung des Wunsches eines Benutzers, dass das Fahrgestell sich nach vorne oder nach hinten fortbewegen soll. Nach Erfassen eines solchen Benutzerwunsches begrenzt die Steuerung ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle bezüglich der durch sie verlaufenden Vertikalen vorzugsweise durch Drehen der Antriebsräder in die Kipprichtung. Dadurch wird zum einen einem weiteren Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle entgegengewirkt und zum anderen bewegt sich das Fahrgestell selbsttätig in der vom Benutzer gewünschten Richtung. Während der Fortbewegung des Fahrgestells kann der Kippwinkel wieder auf null zurückgeführt werden, d.h. die Lastaufnahmeschnittstelle befindet sich dann wieder auf der vor dem Beginn des Kippens durch sie verlaufenden Vertikalen. Im Bewegungsmodus kann das gesteuerte Aufbringen eines Drehmoments auf die Antriebsräder (und/oder Speichensterne) solchermaßen erfolgen, dass das Fahrgestell sich nach Erfassen eines entsprechenden Benutzerwunsches selbsttätig in der gewünschten Richtung fortbewegt. Dabei kann die Geschwindigkeit der Fortbewegung vorgegeben werden. Der Benutzer braucht dann für diese Fortbewegung des Fahrgestells keine zusätzliche Kraft auszuüben. Das gesteuerte Aufbringen eines Drehmoments auf die Antriebsräder kann im Bewegungsmodus auch so erfolgen, dass der Antrieb des Fahrgestells lediglich unterstützend tätig ist, d.h. der Benutzer muss für die Fortbewegung des Fahrgestells noch eine gewisse Kraft, die vorzugsweise einstellbar ist, selbst aufbringen.

[0015] In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrgestells ist die Steuerung zusätzlich dazu konfiguriert, durch dynamisches Verändern eines Winkels zwischen dem ersten Arm und dem zweiten Arm des Lasttragmoduls einem Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle bezüglich einer durch sie verlaufenden Vertikalen entgegenzuwirken. Durch Verstellen des Winkels zwischen dem ersten Arm und dem zweiten Arm des Lasttragmoduls kann der sich für die gesamte Anordnung (Fahrgestell plus gegebenenfalls an der Lastaufnahmeschnittstelle angebrachte Last) ergebende, resultierende Schwerpunkt in eine Position gebracht werden, in der ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle bezüglich der durch sie verlaufenden Vertikalen minimiert oder verhindert wird. Durch das dynamische Verändern der Position des resultierenden Schwerpunktes können die Drehmomente kleiner gehalten werden, die zum Verhindern oder Begrenzen des Kippens der Lastaufnahmeschnittstelle auf die Antriebsräder (und/oder Speichensterne) aufgebracht werden müssen. Eine Überlastung des Antriebs kann auf diese Weise besser verhindert werden.

[0016] Das Treppensteigmodul eines erfindungsgemäßen Fahrgestells ist solchermaßen ausgebildet, dass beim in Kontakt kommen mit einer Treppe oder einem ähnlichen Hindernis zumindest ein Teil der Bodenkontaktelemente jedes Speichensterns mit den Treppenstufen in Eingriff gerät. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die Antriebsräder des Fahrgestells bei einem Kontakt mit der Kante einer Treppenstufe sich soweit zusammendrücken lassen, dass mindestens ein Bodenkontaktelement jedes Speichensterns des Treppensteigmoduls in einen lasttragenden Kontakt mit der Treppenstufe gerät, sodass das Fahrgestell mittels der an den Speichensternen montierten Bodenkontaktelemente auf der Treppe "abrollen" kann. In einer Ausführungsform sind die Antriebsräder des Fahrgestells luftbereift und stehen mit einem Reifendrucksteuersystem in Verbindung, welches es erlaubt, Luft den Antriebsrädern zuzuführen und aus ihnen abzulassen. Bei einer solchen Ausführungsform kann dann, wenn das Fahrgestell eine Treppe hinauf- oder hinabfahren soll, Luft aus den Antriebsrädern solange abgelassen werden, bis Bodenkontaktelemente der Speichensterne des Treppensteigmoduls in lasttragenden Kontakt mit einer Treppenstufe kommen. Nach Überwinden der Treppe kann das Reifendrucksteuersystem wieder Luft in die Antriebsräder einleiten, um deren Funktionstüchtigkeit herzustellen. Das Reifendrucksteuersystem kann dazu einen am Fahrgestell angebrachten Druckluftspeicher aufweisen, aus dem die Luft den Antriebsrädern zugeführt wird. Das erwähnte Reifendrucksteuersystem kann auf diese Weise die Funktion des Treppensteigmoduls ermöglichen, es kann aber auch lediglich dafür vorgesehen sein, immer für einen korrekten Druck luftbereifter Antriebsräder zu sorgen.

[0017] Das Treppensteigmodul kann so ausgeführt sein, dass sich jeder in einer Richtung leicht drehen lässt und in der entgegengesetzten Drehrichtung der Drehung ein Widerstand entgegengesetzt wird. Auf diese Weise kann ein solches Fahrgestell von einem Benutzer eine Treppe hinaufgezogen werden, ohne dass das Treppensteigmodul dieser Bewegung einen Widerstand entgegensetzt, wohingegen das Fahrgestell beim Herunterfahren über eine Treppe durch den dann wirkenden Drehwiderstand abgebremst wird, wodurch die von einem Benutzer aufzubringende Haltekraft verringert wird.

[0018] In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrgestells ist jeder Speichenstern mit dem Antrieb des Fahrgestells koppelbar. Auf diese Weise kann ein selbsttätiges oder zumindest kraftunterstütztes Hinauf- und Hinabfahren des Fahrgestells über eine Treppe oder ein Überwinden eines Hindernisses realisiert werden. Vorzugsweise ist die Steuerung dann, wenn die Speichensterne mit dem Antrieb gekoppelt sind, dazu konfiguriert, durch gesteuertes Aufbringen eines Drehmoments auch auf die Speichensterne oder ausschließlich auf die Speichensterne anstelle der Antriebsräder ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle bezüglich einer durch die Lastaufnahmeschnittstelle verlaufenden Vertikalen zu verhindern oder zu begrenzen. Da die Speichensterne dann mit dem Antrieb gekoppelt werden, wenn jedenfalls ein Teil ihrer Bodenkontaktelemente in lasttragender Verbindung mit einer Treppenstufe steht, und da die Speichensterne mit ihren Bodenkontaktelementen dann häufig den überwiegenden Teil des Lasttransfers vom Fahrgestell auf den Boden übernehmen, ist das gesteuerte Aufbringen eines Drehmoments auf die Speichensterne zur Vermeidung eines Kippens der Lastaufnahmeschnittstelle effektiver als das Aufbringen eines Drehmoments auf die Antriebsräder. Gegebenenfalls kann das gesteuerte Aufbringen eines Drehmoments aber sowohl auf die Speichensterne als auch auf die Antriebsräder erfolgen, wenn die Antriebsräder noch Kontakt zum Untergrund haben. Eine entsprechende Sensorik ähnlich einer Radschlupfregelung bei Kraftfahrzeugen kann das zur Vermeidung eines Kippens der Lastaufnahmeschnittstelle erforderliche Drehmoment im Zusammenwirken mit der Steuerung geeignet zwischen den Speichensternen und den Antriebsrädern aufteilen.

[0019] Konstruktiv kann jeder Speichenstern so ausgestaltet sein, dass er eine der Anzahl seiner Bodenkontaktelemente entsprechende Anzahl radial zur Antriebsachse verlaufender Tragspeichen umfasst, deren radial inneres Ende auf der Antriebsachse drehbar gelagert ist, wobei am radial äußeren Ende der Tragspeichen jeweils das Bodenkontaktelement angebracht ist. In Umfangsrichtung ist der Winkelversatz der Tragspeichen eines Speichensterns vorzugsweise konstant, d.h. bei einem Speichenstern mit drei Tragspeichen sind die Tragspeichen und damit die Bodenkontaktelemente in einem Winkelabstand von 120° angeordnet.

[0020] Die Tragspeichen eines Speichensterns können eine Länge haben, die kleiner ist als der Radius des zugeordneten Antriebsrades. Die an einem Speichenstern angebrachten Bodenkontaktelemente stehen dann im normalen Betrieb des Fahrgestells, d.h., wenn keine Treppenstufen überwunden werden müssen, nicht in lasttragendem Kontakt mit dem Untergrund, auf dem sich das Fahrgestell befindet. Sie können jedoch in der weiter oben bereits beschriebenen Weise in lasttragenden Kontakt mit einer Treppenstufe gelangen, wenn die Funktion des Treppensteigmoduls genutzt werden soll.

[0021] Alternativ können die Tragspeichen jedes Speichensterns längenverstellbar ausgeführt sein, wobei ihre kürzeste Länge kleiner ist als der Radius des zugeordneten Antriebsrades, und wobei ihre größte Länge größer ist als der Radius des zugeordneten Antriebsrades. Die Längenverstellbarkeit der Tragspeichen lässt sich beispielsweise auf hydraulische Art realisieren, indem ein Teil jeder Tragspeiche hydraulisch gegenüber einem anderen Teil der Tragspeiche verfahren wird. Die Längenverstellbarkeit kann aber auch elektromechanisch realisiert werden, beispielsweise mittels einer von einem Elektromotor angetriebenen Spindel/Mutter-Anordnung. In der eingefahrenen Stellung (kürzeste Länge der Tragspeichen) stehen die Bodenkontaktelemente jedes Speichensterns in keinem lasttragenden Kontakt mit dem Untergrund, auf dem sich das Fahrgestell befindet, und behindern somit ein Abrollen der Antriebsräder nicht. In der ausgefahrenen Stellung der Tragspeichen (größte Länge der Tragspeichen) ragen die am radial äußeren Ende der Tragspeichen angebrachten Bodenkontaktelemente radial über das zugeordnete Antriebsrad hinaus, sodass eine Treppensteigfunktion realisiert werden kann, bei der die Antriebsräder des Fahrgestells in keinem oder allenfalls unterstützendem Kontakt mit dem Untergrund stehen. Dies ermöglicht die Ausführung der Treppensteigfunktion.

[0022] Auch bei Ausführungsformen des Fahrgestells, bei denen die Tragspeichen längenverstellbar sind, können die Tragspeichen Teil eines Speichensterns sein, der drehbar auf der Antriebsachse gelagert ist und der, falls gewünscht, mit dem Antrieb des Fahrgestells koppelbar ist. Unabhängig davon, ob die Tragspeichen längenverstellbar sind oder nicht, soll der Begriff "Tragspeiche" das entsprechende Element nicht auf einen schmalen, länglichen Körper einschränken, entscheidend ist vielmehr die zugrundeliegende Funktion. Eine Tragspeiche im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise auch ein flächiger Körper sein, der die Verbindung zwischen dem Bodenkontaktelement und der Antriebsachse herstellt. Ein solcher flächiger Körper kann sich auch von seiner der Antriebsachse benachbarten Basis zu seinem freien Ende hin verjüngen.

[0023] Wie bereits erwähnt, sind in einer bevorzugten Ausgestaltung die Bodenkontaktelemente als drehbare Räder ausgebildet. Die an einem Speichenstern angebrachten Räder bilden dabei eine Radgruppe, wobei jedes Rad einer Radgruppe in radialem Abstand von der Antriebsachse angeordnet und drehbar gelagert ist.

[0024] In bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrgestells ist der erste Arm des Lasttragmoduls starr mit einem Gehäuse des Fahrgestells verbunden. In dem Gehäuse des Fahrgestells kann der Antrieb des Fahrgestells angeordnet sein. Insgesamt ergibt sich dadurch eine vereinfachte konstruktive Ausgestaltung des Fahrgestells. Der Antrieb des Fahrgestells kann so ausgeführt sein, dass er auch den Winkel zwischen dem ersten Arm und dem zweiten Arm des Lasttragmoduls verstellen kann. Alternativ kann vorzugsweise im Gelenk zwischen dem ersten Arm und dem zweiten Arm des Lasttragmoduls ein separater Antrieb zur Verstellung des Winkels zwischen dem ersten Arm und dem zweiten Arm vorhanden sein, der mit der Steuerung zusammenwirken kann.

[0025] Bei allen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Fahrgestells können an einer Gelenkachse, an der der erste Arm und der zweite Arm des Lasttragmoduls gelenkig miteinander verbunden sind, Noträder drehbar angebracht sein. Diese Noträder dienen dazu, einen weiteren Abstützpunkt für das Fahrgestell zu schaffen, wenn aus irgendeinem Grund die Steuerung ein Umkippen des Fahrgestells nicht mehr verhindern kann oder wenn der Antrieb des Fahrgestells versagt, beispielsweise bei einem Ausfall der Stromzufuhr, sodass die selbststabilisierende Funktion des erfindungsgemäßen Fahrgestells nicht mehr gegeben ist. In einem solchen Notfall kann ein erfindungsgemäßes Fahrgestell dann auf seinen Antriebsrädern und den sich in diesem Notfallzustand ebenfalls am Boden abstützenden Noträdern abrollen.

[0026] Der Antrieb des erfindungsgemäßen Fahrgestells kann sich wie bereits erwähnt in einem Gehäuse des Fahrgestells befinden. Ein solches Gehäuse ist vorzugsweise um die Antriebsachse herum angeordnet. Alternativ und/oder zusätzlich kann der Antrieb sich aber auch in den Antriebsrädern selbst befinden. Beispielsweise kann jedes Antriebsrad einen Radnabenmotor aufweisen. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei dem Antrieb vorzugsweise um einen elektrischen Antrieb, z.B. in Form eines oder mehrerer Elektromotoren. Falls notwendig ist dem Antrieb auch ein Differential zugeordnet. Der Antrieb kann ein Getriebe zur Über- oder Untersetzung der Antriebskraft des (Elektro-)Motors aufweisen. Das Getriebe kann ein Harmonic Drive Getriebe sein, welches sich zusammen mit einem oder mehreren Elektromotoren hervorragend um die Antriebsachse herum integrieren lässt. Ein solches mit einem Elektromotor gekoppeltes Harmonic Drive Getriebe eignet sich auch als weiterer Antrieb zur Verstellung des Winkels zwischen dem ersten Arm und dem zweiten Arm des Tragmoduls.

[0027] Zur Stromversorgung des Antriebs und der Steuerung dient vorzugsweise ein Stromspeicher in Gestalt einer wiederaufladbaren Batterie, die an einer geeigneten Stelle des Fahrgestells befestigt ist. Lithiumakkus sind aufgrund ihrer hohen Stromdichte bei geringem Gewicht derzeit bevorzugt.

[0028] Erfindungsgemäße Fahrgestelle sind bevorzugt mit einer Benutzerschnittstelle versehen, beispielsweise in Gestalt eines Bedienpanels, welches als Touchscreen ausgestaltet sein kann. Über diese Benutzerschnittstelle können die verschiedenen Betriebsmodi ausgewählt und wichtige Betriebsparameter eingegeben werden.

[0029] Insgesamt ist mit dem erfindungsgemäßen Fahrgestell eine kompakte und äußerst vielseitig einsetzbare Vorrichtung realisiert, die in vielen Bereichen zu einer bedeutenden Erleichterung einer zu lösenden Transportaufgabe führt und dazu beiträgt, körperliche Überlastungen oder Schäden eines Benutzers zu vermeiden.

[0030] Derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Fahrgestells werden im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1

ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrgestells in räumlicher Darstellung gesehen von schräg oben,

Fig. 2

das Fahrgestell aus Fig. 1 in einer Seitenansicht,

Fig. 3

eine Vorderansicht des Fahrgestells aus Fig. 1,

Fig. 4

eine Draufsicht des Fahrgestells aus Fig. 1,

Fig. 5

ein Fahrgestell gemäß den Figuren 1 bis 4 beim Überwinden einer Treppe, wobei ein dem Betrachter zugewandtes Antriebsrad des Fahrgestells nicht dargestellt ist, um die Funktion eines Treppensteigmoduls besser erkennen zu können,

Fig. 6a

eine alternative Ausgestaltung eines Treppensteigmoduls eines erfindungsgemäßen Fahrgestells, wobei Räder des Treppensteigmoduls sich in einer Stellung befinden, in der eine Treppensteigfunktion ermöglicht ist,

Fig. 6b

die alternative Ausgestaltung des Treppensteigmoduls aus Fig. 6a in einem Zustand, in dem die Räder des Treppensteigmoduls sich in einer Stellung befinden, in der eine normale Fortbewegung des Fahrgestells ermöglicht ist, und

Fig. 7

eine leicht abgewandelte Ausführungsform des Fahrgestells aus Fig. 1 mit einer auf ihm montierten Krankentrage.

[0031] In den Figuren 1 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines selbstbalancierenden, einachsigen Fahrgestells 10 in verschiedenen Ansichten gezeigt. Das Fahrgestell 10 weist ein sogenanntes Bewegungsmodul 12 auf, welches eine Antriebsachse 14 hat, an der zwei Antriebsräder 16 und 18 mit Abstand voneinander drehbar montiert sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Antriebsräder 16, 18 luftbereifte Räder, die an den beiden Enden der Antriebsachse 14 drehbar montiert sind. Jedes Antriebsrad 16, 18 umfasst demzufolge einen Luftreifen 20, 22, der auf einer Radfelge 24, 26 montiert ist.

[0032] Zum Bewegungsmodul 12 gehört ferner ein mit den zwei Antriebsrädern 16, 18 koppelbarer Antrieb 28, der im gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Gehäuse 30 aufgenommen ist, durch das sich die Antriebsachse 14 erstreckt bzw. in das die Antriebsachse 14 von beiden Seiten hineinragt. Die Antriebsachse 14 kann demzufolge aus mehreren koaxial zueinander angeordneten Teilen bestehen. Der Antrieb 28 besteht hier aus zwei im Gehäuse 30 aufgenommenen, nicht gezeigten Elektromotoren, von denen einer mit dem Antriebsrad 16 und der andere mit dem Antriebsrad 18 koppelbar ist. Jeder Elektromotor kann mit einem Getriebe verblockt sein, beispielsweise einem Harmonic Drive Getriebe, welches gut zur Unterbringung in dem näherungsweise röhrenförmigen Gehäuse 30 geeignet ist. Das Getriebe dient insbesondere dazu, das vom Elektromotor bereitgestellte Ausgangsdrehmoment durch eine geeignete Untersetzung entsprechend zu erhöhen, um auf die Antriebsräder 16 und 18 auch bei Verwendung eines relativ kleinen Elektromotors ein hohes Drehmoment aufbringen zu können.

[0033] Das Fahrgestell 10 weist ferner ein allgemein mit 32 bezeichnetes Lasttragmodul auf, welches einen ersten Arm 34 hat, der sich von dem Bewegungsmodul 12 erstreckt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Arm 34 einstückig mit dem Gehäuse 30 des Bewegungsmoduls 12 ausgeführt oder auf andere Weise starr mit dem Gehäuse 30 verbunden, beispielsweise verschraubt. Das Lasttragmodul 32 hat ferner einen zweiten Arm 36 mit einem ersten Ende 38, das gelenkig mit dem ersten Arm 34 verbunden ist, und einem zweiten Ende 40, an dem eine Lastaufnahmeschnittstelle 42 gelenkig angebracht ist. Ein Winkel β zwischen dem ersten Arm 34 und dem zweiten Arm 36 kann verstellt werden, um die Lastaufnahmeschnittstelle 42 anzuheben oder abzusenken. Zur Verstellung des Winkels β kann ein vom Antrieb 28 durch den ersten Arm 34 hindurchgeführter Abtrieb dienen, beispielsweise in Form eines Schneckenwellenantriebs. Alternativ kann in dem zwischen dem ersten Arm 34 und dem zweiten Arm 36 vorhandenen Gelenk auch ein separater Antriebsmotor angeordnet sein, mit dem die Relativstellung der beiden Arme 34 und 36 und damit der Winkel β verändert werden kann.

[0034] Die hier nur schematisch dargestellte Lastaufnahmeschnittstelle 42 dient dazu, eine lösbare Verbindung mit einer mittels des Fahrgestells 10 zu transportierenden Last herzustellen. In Figur 7 ist eine Krankentrage 44 an der Lastaufnahmeschnittstelle 42 befestigt. Anstelle der Krankentrage 44 kann an der Lastaufnahmeschnittstelle 42 aber beispielsweise auch ein Korb oder ein anderer Behälter befestigt werden, der zur Aufnahme zu transportierender Gegenstände dient. Ebenso ist es möglich, an der Lastaufnahmeschnittstelle 42 lediglich eine Tragplatte (nicht gezeigt) zu befestigen, auf der zu transportierende Gegenstände abgesetzt werden können. Die Lastaufnahmeschnittstelle 42 ist vorzugsweise als Schnellbefestigungsschnittstelle ausgebildet, um ein einfaches und zeitsparendes Anbringen und Lösen einer zu transportierenden Last bzw. eines dazu dienenden Behälters zu ermöglichen.

[0035] Das Fahrgestell 10 ist ferner mit einem sogenannten Treppensteigmodul 46 versehen, das zwei Radgruppen 48, 50 aufweist, an denen sich im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils drei in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandete Räder 52 befinden. Jede Radgruppe 48, 50 ist einem der Antriebsräder 16, 18 zugeordnet und im gezeigten Ausführungsbeispiel seitlich neben dem zugehörigen Antriebsrad 16 bzw. 18 so angeordnet, dass sie um die Antriebsachse 14 drehbar ist. Genauer umfasst jede Radgruppe 48, 50 einen Speichenstern 54 mit jeweils drei Tragspeichen 56, an deren radial äußeren Ende jeweils ein Rad 52 drehbar gelagert ist. Die radial inneren Enden der Tragspeichen 56 bilden das Zentrum des Speichensterns 54, das drehbar auf der Antriebsachse 14 gelagert ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Speichenstern 54 einstückig ausgeführt, er kann jedoch auch mehrteilig sein.

[0036] Jede Radgruppe 48, 50 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel bezogen auf das zugeordnete Antriebsrad 16 oder 18 axial nach innen versetzt angeordnet. Jedes Rad 52 hat einen deutlich kleineren Durchmesser als die Antriebsräder 16 und 18. Auch ein die drei Räder 52 einer Radgruppe außen virtuell umhüllender Kreis hat einen kleineren Durchmesser als die Antriebsräder 16 und 18, sodass in einem normalen Betrieb, d.h. ohne Nutzung einer Treppensteigfunktion, nur die Antriebsräder 16 und 18 in Berührung mit dem Untergrund sind, auf dem sich das Fahrgestell 10 befindet.

[0037] Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede Radgruppe 48, 50 mit dem Antrieb 28 koppelbar, damit das Fahrgestell 10 selbsttätig eine später noch genauer beschriebene Treppensteigfunktion ausführen kann. Genauer gesagt sind die beiden auf der Antriebsachse 14 drehbar gelagerten Speichensterne 54 bedarfsweise mit dem Elektromotor koppelbar, der für einen Antrieb des der jeweiligen Radgruppe 48 oder 50 zugeordneten Antriebsrades 16 oder 18 zuständig ist.

[0038] Schließlich weist das Fahrgestell 10 eine Steuerung mit einer nicht dargestellten Benutzerschnittstelle auf. Die Benutzerschnittstelle kann beispielsweise ein Bedienpanel sein, etwa in Gestalt eines Touchscreens, das am ersten Arm 34 oder am zweiten Arm 36 befestigt sein kann. Diese Benutzerschnittstelle erlaubt beispielsweise die Auswahl verschiedener Betriebsmodi und eine Eingabe und Kontrolle diverser Betriebsparameter. Die Benutzerschnittstelle braucht jedoch nicht am Fahrgestell 10 befestigt zu sein, sondern kann auch drahtlos mit der Steuerung des Fahrgestells 10 kommunizieren. Beispielsweise kann die Benutzerschnittstelle als App ausgeführt sein, welche auf ein Smartphone geladen werden kann, um es einem Benutzer des Fahrgestells 10 zu ermöglichen, das Fahrgestell 10 über sein Smartphone zu steuern.

[0039] Die Steuerung des Fahrgestells 10 enthält einen Neigungssensor (nicht dargestellt) und einen Beschleunigungssensor (nicht dargestellt), die an geeigneten Stellen des Fahrgestells 10 montiert sind. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, mittels des Antriebs 28 durch gesteuertes Aufbringen eines Drehmoments auf die Antriebsräder 16, 18 ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle 42 bezüglich einer in einem Ausgangszustand durch die Lastaufnahmeschnittstelle 42 verlaufenden Vertikalen V zu verhindern oder jedenfalls zu begrenzen. Der Ausgangszustand ist dabei derjenige Zustand, der vor einem Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle 42 vorliegt. Der Ausgangszustand ist in jedem Fall ein stabiler Zustand, braucht aber kein Gleichgewichtszustand zu sein, sondern kann ein durch Aufbringen eines kompensierenden Drehmoments auf die Antriebsräder 16, 18 und/oder die Radgruppen 48, 50 künstlich stabilisierter Zustand sein. Mit anderen Worten besteht die Aufgabe der Steuerung darin, den aufgrund der einachsigen Bauweise des Fahrgestells 10 latent instabilen Zustand zu stabilisieren und insbesondere ein Umkippen des Fahrgestells 10 nach vorne oder hinten, falls gewünscht aber auch nach links oder rechts zu verhindern, und zwar sowohl bei einem Stillstand des Fahrgestells 10 als auch dann, wenn sich das Fahrgestell 10 in einer Fortbewegung befindet.

[0040] In einem über die Benutzerschnittstelle anwählbaren Stillstandsmodus führt das Fahrgestell 10 selbsttätig keine zu seiner Fortbewegung dienende Bewegung aus. Vielmehr hat die Steuerung in diesem Stillstandsmodus lediglich die Aufgabe, das Fahrgestell 10 einschließlich einer gegebenenfalls an der Lastaufnahmeschnittstelle 42 befestigten Last auszubalancieren bzw. zu stabilisieren, d.h. am Umkippen zu hindern. Hierzu bringt die Steuerung basierend auf den von dem Neigungssensor und dem Beschleunigungssensor gelieferten Daten dann, wenn diese Daten ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle 42 bezüglich der durch die Lastaufnahmeschnittstelle 42 verlaufenden Vertikalen anzeigen, ein das Kippen kompensierendes Drehmoment auf die Antriebsräder 16 und/oder 18 auf. In einem später noch genauer beschriebenen Treppensteigmodus kann das ein Kippen kompensierende Drehmoment zusätzlich oder sogar ausschließlich auf die Radgruppen 48, 50 aufgebracht werden.

[0041] Das Maß des Kippens kann ausgedrückt werden durch einen Kippwinkel ϕ, der sich in einem gekippten Zustand zwischen der durch die Lastaufnahmeschnittstelle 42 verlaufenden Vertikalen V und der Position der Lastaufnahmeschnittstelle 42 einstellt. Im unverkippten Zustand ist dieser Kippwinkel ϕ null, da die Lastaufnahmeschnittstelle 42 sich im unverkippten Zustand auf der Vertikalen V befindet. Bei einem Kippvorgang nach vorne oder hinten dreht sich das Fahrgestell 10 um eine Drehachse D, die sich aus einer Verbindung der beiden bodenberührenden Auflagepunkte der Antriebsräder 16 und 18 des Fahrgestells 10 ergibt (siehe Fig. 2). Die im Ausgangszustand durch die Lastaufnahmeschnittstelle 42 verlaufende Vertikale V kann die Drehachse D schneiden, wenn sich die Lastaufnahmeschnittstelle 42 im Ausgangszustand genau vertikal über der Drehachse D befindet. In aller Regel wird diese Vertikale V die Drehachse D jedoch nicht schneiden.

[0042] Die Steuerung des Fahrgestells 10 ist bestrebt, nach Erfassen eines beginnenden Kippens des Fahrgestells 10 den Kippwinkel ϕ wieder auf null zu bringen, indem sie ein dem Kippmoment entsprechendes Gegendrehmoment auf die Antriebsräder 16, 18 und/oder die Radgruppen 48, 50 aufbringt. Zur Rückführung des Kippwinkels ϕ auf null kann es erforderlich sein, dass das aufgebrachte Gegendrehmoment zumindest zeitweise größer als das Kippmoment ist. Grundsätzlich kann durch das Aufbringen des Gegendrehmoments auf die Antriebsräder 16, 18 und/oder die Radgruppen 48, 50 auch ein gegenüber dem Ausgangszustand verkippter Zustand des Fahrgestells 10 stabilisiert werden und dann als neuer Ausgangszustand dienen.

[0043] Im stabilisierten Zustand des Fahrgestells 10 braucht nur noch das dem aktuell wirkenden Kippmoment entsprechende Gegendrehmoment auf die Antriebsräder 16, 18 und/oder die Radgruppen 48, 50 aufgebracht zu werden. Durch Verstellen des Winkels β zwischen dem ersten Arm 34 und dem zweiten Arm 36 kann dafür gesorgt werden, dass ein im stabilisierten Zustand wirkendes Kippmoment minimiert oder sogar eliminiert ist. Je kleiner das im stabilisierten Zustand wirkende Kippmoment ist, desto kleiner kann auch das den stabilisierten Zustand sichernde Gegendrehmoment sein, welches auf die Antriebsräder 16, 18 und/oder die Radgruppen 48, 50 aufgebracht werden muss. Eine Steuerungsstrategie des Fahrgestells 10 kann deshalb darin bestehen, durch geeignetes Verstellen des Winkels β ein noch vorhandenes Kippmoment zu minimieren, um auf diese Weise den Stromverbrauch des Antriebs 28 zu verringern und einer Überlastung des Antriebs 28 entgegenzuwirken. Ferner kann durch dynamisches Verstellen des Winkels β während eines Betriebs des Fahrgestells 10 verhindert werden, dass ein Zustand eintritt, in dem der Antrieb 28 aufgrund seiner inhärent begrenzten Leistung nicht mehr dazu in der Lage ist, ein einem Kippmoment entsprechendes, ausreichend großes Gegendrehmoment zur Kippmomentkompensation aufzubringen.

[0044] Das Fahrgestell 10 kann so ausgeführt sein, dass es eine Fortbewegung nicht unterstützt, d.h. dass ein Benutzer das Fahrgestell 10 und eine gegebenenfalls auf ihm befindliche Last mit eigener Kraft schieben muss, um einen zu transportierenden Gegenstand an einen anderen Ort zu bringen. Die zuvor beschriebene, selbststabilisierende Funktion des Fahrgestells 10 bleibt auch während eines solchen Verschiebens des Fahrgestells 10 erhalten.

[0045] Vorteilhaft kann der Antrieb 28 des Fahrgestells 10 allerdings dazu verwendet werden, eine Fortbewegung des Fahrgestells zu unterstützen oder sogar selbsttätig zu ermöglichen. Hierzu lässt sich über die Benutzerschnittstelle ein Bewegungsmodus auswählen, in dem die Steuerung des Fahrgestells 10 den Wunsch eines Benutzers erkennt, das Fahrgestell fortzubewegen, und diese Fortbewegung dann unterstützt oder sogar selbsttätig ausführt. Zum Erkennen eines solchen Benutzerwunsches kann im Bewegungsmodus beispielsweise ein geringfügiges Verkippen der Lastaufnahmeschnittstelle 42 gegenüber ihrem Ausgangszustand dienen, zu dem es beispielsweise dann kommt, wenn ein Benutzer beginnt, das Fahrgestell 10 an einem Handgriff (nicht gezeigt) in die gewünschte Richtung zu schieben. Die Steuerung des Fahrgestells 10 kann dann zusätzlich zu dem für eine Stabilisierung notwendigen Gegendrehmoment ein Drehmoment auf die Antriebsräder 16, 18 und/oder die Radgruppen 48, 50 aufbringen, welches die Fortbewegung des Fahrgestells 10 in die gewünschte Richtung unterstützt oder selbsttätig ausführt. Über die Benutzerschnittstelle kann beispielsweise eine maximale Geschwindigkeit vorgegeben werden, mit der sich das Fahrgestell 10 fortbewegen soll. Auch im Bewegungsmodus findet zu jeder Zeit eine Selbstbalancierung bzw. Selbststabilisierung des Fahrgestells 10 statt, um ein Umkippen des Fahrgestells 10 zu verhindern.

[0046] In den Figuren 1 bis 4 ist eine Oberseite 58 der Lastaufnahmeschnittstelle 42 immer in waagerechter Lage gezeigt. Jedoch kann sich diese Oberseite 58 abhängig davon, welche Last mit der Lastaufnahmeschnittstelle 42 verbunden ist, auch in einer von der Waagerechten abweichenden Lage befinden. Ist die Lastaufnahmeschnittstelle 42 beispielsweise mit einem Sitz (nicht gezeigt) verbunden, der zum Transportieren einer Person dient, so ist es in der Regel bequemer und auch sicherer, wenn dieser Sitz sich in einer etwas nach hinten geneigten Stellung befindet. Ein stabilisierter Zustand des Fahrgestells 10 erfordert deshalb keine waagerechte Lage der Lastaufnahmeschnittstelle 42 und insbesondere ihrer Oberseite 58.

[0047] Je nach zu lösender Transportaufgabe kann es allerdings wünschenswert sein, die Lastaufnahmeschnittstelle 42 und insbesondere ihre Oberseite 58 immer in einer waagerechten Lage zu halten, um zusätzliche auf das Fahrgestell 10 wirkende Kippmomente zu minimieren und/oder um zu verhindern, dass zu transportierende Gegenstände aus einem mit der Lastaufnahmeschnittstelle 42 verbundenen Transportbehälter herausfallen oder herausfließen. Das Fahrgestell 10 kann daher an der gelenkigen Verbindung zwischen dem zweiten Ende 40 des zweiten Arms 36 und der Lastaufnahmeschnittstelle 42 einen Zusatzantrieb (nicht gezeigt) aufweisen, beispielsweise in Gestalt eines weiteren Elektromotors mit oder ohne Getriebe, der mit der Steuerung des Fahrgestells 10 zusammenwirkt und basierend auf den gelieferten Sensordaten dynamisch dafür sorgt, dass die Lastaufnahmeschnittstelle 42 sich immer in einer waagerechten Position befindet.

[0048] Das Fahrgestell 10 kann ferner in einem Treppensteigmodus betrieben werden, der ein Untermodus des Bewegungsmodus sein kann. Dieser Treppensteigmodus wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 näher erläutert.

[0049] Im Treppensteigmodus sind die Räder 52 der Radgruppen 48 und 50 die überwiegend oder sogar ausschließlich lasttragenden Räder des Fahrgestells 10. Ein in Kontakt kommen der Räder 52 mit einer Treppenstufe oder einem anderen zu überwindenden Hindernis kann bei der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten ersten Ausführungsform des Fahrgestells 10 dadurch ermöglicht werden, dass die Luftreifen 20, 22 der Antriebsräder 16, 18 so ausgestaltet sind, dass sie sich bei einem Kontakt mit einer Kante einer Treppenstufe soweit zusammendrücken lassen, dass eines oder mehrere Räder 52 einer Radgruppe 48, 50 in lasttragenden Kontakt mit der Treppe gelangen. Beispielsweise können die Luftreifen 20, 22 sogenannte Ballonreifen sein, die nur einen niedrigen Luftdruck benötigen und daher ausreichend leicht zusammengedrückt werden können. Alternativ können die Luftreifen 20, 22 mit einem Reifendrucksteuersystem in Verbindung stehen, welches ermöglicht, Luft aus den Luftreifen 20, 22 abzulassen und nach Überwindung einer Treppe oder eines anderen Hindernisses wieder zuzuführen.

[0050] In Figur 5 ist schematisch gezeigt, wie die Räder 52 einer Radgruppe 48, 50 in Kontakt mit Treppenstufen stehen. Durch Antreiben des zugehörigen Speichensterns 54, an dem die Räder 52 drehbar gelagert sind, kann sich das Fahrgestell 10 die Treppe hinaufbewegen oder die Hinaufbewegung zumindest unterstützen. Ebenso kann dann, wenn sich das Fahrgestell 10 eine Treppe herunterbewegen soll, ein geeignetes Gegenmoment vom Antrieb 28 in die Speichensterne 54 eingeleitet werden, welches die Abwärtsbewegung des Fahrgestells 10 bremst und dadurch einen Benutzer des Fahrgestells 10, der das Fahrgestell hält, entlastet. Die Steuerung des Fahrgestells 10 kann auch dazu ausgelegt sein, ein völlig selbsttätiges Hinauf- und Hinabfahren des Fahrgestells 10 über eine Treppe zu erlauben. Nachdem die Treppe (oder ein anderes Hindernis) überwunden ist, findet eine weitere Fortbewegung des Fahrgestells 10 wieder mithilfe der Antriebsräder 16, 18 statt, wie weiter oben bereits beschrieben.

[0051] In den Figuren 6a und 6b ist schematisch eine alternative Ausgestaltung des Treppensteigmoduls 46 gezeigt. Im Unterschied zum zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind hier die Tragspeichen 56 längenverstellbar ausgebildet und können aus einer in Figur 6b gezeigten, eingefahrenen Position in eine in Figur 6a gezeigte, ausgefahrene Position und zurück verstellt werden. Dabei entspricht der in Figur 6a gezeigte Zustand dem Treppensteigmodus, in dem durch Antreiben der Speichensterne 54 treppenförmige oder auch andere Hindernisse überwunden werden können, weil die sich an den Tragspeichen 56 befindlichen Räder 52 durch das Ausfahren der Tragspeichen 56 in eine Position bewegt haben, in der sie sich jenseits des Außenumfangs der Antriebsräder 16, 18 befinden und somit in Kontakt mit beispielsweise einer Treppe kommen können. Der in Figur 6b gezeigte Zustand entspricht dem normalen Stillstands- oder Bewegungsmodus ohne Treppensteigfunktion. In diesem Zustand sind die Räder 52 durch das Einfahren der Tragspeichen 56 in eine Position innerhalb des Außenumfangs der Antriebsräder 16, 18 verlagert.

[0052] Abschließend ist in Figur 7 ein Fahrgestell 10 ähnlich der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform dargestellt, auf dessen Lastaufnahmeschnittstelle 42 eine Krankentrage 44 befestigt ist. Die Krankentrage 44 ist an beiden Enden mit jeweils einem Handgriff 60 versehen, um einem Benutzer (Arzt, Krankenschwester, Pflegepersonal) ein einfaches Hin- und Herschieben des Fahrgestells 10 mit darauf montierter Krankentrage 44 zu gestatten. In einem solchen Fall braucht das Fahrgestell 10 selbst keinen Handgriff aufzuweisen. Mit 62 ist ein Druckluftspeicher bezeichnet, der am ersten Arm 34 des Fahrgestells 10 befestigt ist und zum Reifendrucksteuersystem gehört. Ist zur Ermöglichung der Treppensteigfunktion Luft aus den Reifen 20, 22 abgelassen worden, kann nach Überwindung der Treppe den Reifen 20, 22 wieder Luft aus dem Druckluftspeicher 62 zugeführt werden, um eine ordnungsgemäße Funktion der Antriebsräder 16, 18 wieder herzustellen. Alternativ ist es auch denkbar, die Reifen 20, 22 aus einem Material zu fertigen, welches im Normalbetrieb eine ausreichende Stabilität hat und es dennoch im Treppensteigmodus ermöglicht, dass sich die Reifen 20, 22 weit genug zusammendrücken lassen, um einen lasttragenden Eingriff der Räder 52 des Treppensteigmoduls 46 zu ermöglichen.

[0053] Bei den gezeigten Ausführungsformen des Fahrgestells 10 sind an einer Gelenkachse, an der der erste Arm 34 und der zweite Arm 36 des Lasttragmoduls 32 gelenkig miteinander verbunden sind, Noträder 64 drehbar angebracht. Diese Noträder 64 dienen dazu, einen weiteren Abstützpunkt für das Fahrgestell 10 zu schaffen, wenn aus irgendeinem Grund die Steuerung ein Umkippen des Fahrgestells 10 nicht mehr verhindern kann, beispielsweise wenn der Antrieb 28 des Fahrgestells 10 versagt, etwa bei einem Ausfall der Stromzufuhr, sodass die selbststabilisierende Funktion des Fahrgestells 10 nicht mehr gegeben ist. In einem solchen Notfall kann das Fahrgestell 10 auf seinen Antriebsrädern 16, 18 und den sich in diesem Notfallzustand ebenfalls am Boden abstützenden Noträdern 64 abrollen.

Ansprüche

1. Selbstbalancierendes, einachsiges Fahrgestell (10), mit

- einem Bewegungsmodul (12) mit einer Antriebsachse (14), an der zwei Antriebsräder (16, 18) drehbar montiert sind, und einem mit den zwei Antriebsrädern koppelbaren Antrieb (28),

- einem Lasttragmodul (32) mit einem ersten Arm (34), der sich von dem Bewegungsmodul (12) erstreckt, und einem zweiten Arm (36) mit einem ersten Ende (38), das gelenkig mit dem ersten Arm (34) verbunden ist, und einem zweiten Ende (40), an dem eine Lastaufnahmeschnittstelle (42) angebracht ist,

- einem Treppensteigmodul (46) mit zwei Speichensternen (54), die um die Antriebsachse (14) drehbar montiert sind, wobei jeder Speichenstern (54) mehrere, in Umfangsrichtung versetzt angeordnete und sich radial erstreckende Tragspeichen (56) mit einem radial äußeren, freien Ende aufweist, an dem ein Bodenkontaktelement angebracht ist, und wobei jeweils ein Speichenstern (54) seitlich neben einem der Antriebsräder (16, 18) angeordnet ist, und

- einer Steuerung, die einen Neigungssensor und/oder einen Beschleunigungssensor enthält und dazu konfiguriert ist, durch gesteuertes Aufbringen eines Drehmoments auf die Antriebsräder (16, 18) und/oder die Speichensterne (54) ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle (42) bezüglich einer in einem Ausgangszustand durch die Lastaufnahmeschnittstelle (42) verlaufenden Vertikalen (V) zu verhindern oder zu begrenzen.

2. Fahrgestell nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung dazu konfiguriert ist, in einem Stillstandsmodus ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle (42) bezüglich der durch die Lastaufnahmeschnittstelle (42) verlaufenden Vertikalen (V) zu verhindern.

3. Fahrgestell nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung dazu konfiguriert ist, in einem Bewegungsmodus ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle (42) bezüglich der durch die Lastaufnahmeschnittstelle (42) verlaufenden Vertikalen (V) zu begrenzen.

4. Fahrgestell nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung dazu konfiguriert ist, im Bewegungsmodus ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle (42) bezüglich der durch die Lastaufnahmeschnittstelle (42) verlaufenden Vertikalen (V) durch Drehen der Antriebsräder (16, 18) in die Kipprichtung zu begrenzen.

5. Fahrgestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Tragspeichen (56) jedes Speichensterns (54) eine Länge haben, die kleiner ist als der Radius des zugeordneten Antriebsrades (16, 18).

6. Fahrgestell nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Tragspeichen (56) jedes Speichensterns (54) längenverstellbar sind, mit einer kürzesten Länge, die kleiner ist als der Radius des zugeordneten Antriebsrades (16, 18), und einer größten Länge, die größer ist als der Radius des zugeordneten Antriebsrades (16, 18).

7. Fahrgestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Speichenstern (54) mit dem Antrieb (28) koppelbar ist, wobei dann, wenn die Speichensterne (54) mit dem Antrieb (28) gekoppelt sind, die Steuerung dazu konfiguriert ist, durch gesteuertes Aufbringen eines Drehmoments auch auf die Speichensterne oder ausschließlich auf die Speichensterne anstelle der Antriebsräder (16, 18) ein Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle (42) bezüglich einer durch die Lastaufnahmeschnittstelle (42) verlaufenden Vertikalen (V) zu verhindern oder zu begrenzen.

8. Fahrgestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Speichenstern (54) bezüglich der Antriebsachse (14) seitlich innerhalb des zugeordneten Antriebsrades (16, 18) angeordnet ist.

9. Fahrgestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bodenkontaktelement ein drehbar am freien Ende der zugehörigen Tragspeiche (56) angebrachtes Rad (52) ist.

10. Fahrgestell nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das Treppensteigmodul (46) Speichensterne (54) mit mindestens drei Tragspeichen (56) aufweist, wobei die Räder (52) jedes Speichensterns (54) jeweils eine Radgruppe (48, 50) bilden.

11. Fahrgestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsräder (16, 18) luftbereift sind und mit einem Reifendrucksteuersystem in Verbindung stehen, welches dazu ausgeführt ist, Luft den Antriebsrädern (16, 18) zuzuführen und aus ihnen abzulassen.

12. Fahrgestell nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass das Reifendrucksteuersystem einen am Fahrgestell angebrachten Druckluftspeicher (62) aufweist.

13. Fahrgestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung zusätzlich dazu konfiguriert ist, durch dynamisches Verändern eines Winkels (β) zwischen dem ersten Arm (34) und dem zweiten Arm (36) des Lasttragmoduls (32) einem Kippen der Lastaufnahmeschnittstelle (42) bezüglich einer durch die Lastaufnahmeschnittstelle (42) verlaufenden Vertikalen (V) entgegenzuwirken.

14. Fahrgestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arm (34) des Lasttragmoduls (32) starr mit einem Gehäuse (30) des Fahrgestells verbunden ist.

15. Fahrgestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass an einer Gelenkachse, an der der erste Arm (34) und der zweite Arm (36) des Lasttragmoduls (32) gelenkig miteinander verbunden sind, Noträder (64) angebracht sind.

16. Fahrgestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lastaufnahmeschnittstelle (42) zur Befestigung einer Krankentrage (44) ausgeführt ist.

Claims

1. Self-balancing, single-axle running-gear unit (10), comprising

- a movement module (12) having a drive axle (14) on which two drive wheels (16, 18) are mounted so as to be rotatable, and a drive (28) which can be coupled with the two drive wheels,

- a load-carrying module (32) having a first arm (34), which extends from the movement module (12), and a second arm (36) having a first end (38), which is articulated with the first arm (34), and a second end (40), to which a load-receiving interface (42) is fitted,

- a stair-climbing module (46) having two spoke stars (54) which are mounted so as to be rotatable about the drive axle (14), wherein each spoke star (54) has a plurality of radially extending carrying spokes (56) which are arranged offset in the circumferential direction and have a radially outer, free end to which a ground contact element is fitted, and wherein a spoke star (54) is arranged laterally next to each of the drive wheels (16, 18), and

- a controller which contains an inclination sensor and/or an acceleration sensor and is configured, by controlled application of a torque to the drive wheels (16, 18) and/or to the spoke stars (54), to prevent or to limit tilting of the load-receiving interface (42) relative to a vertical (V) running, in an initial state, through the load-receiving interface (42).

2. Running-gear unit according to claim 1,
characterised in that the controller is configured, in a standstill mode, to prevent tilting of the load-receiving interface (42) relative to the vertical (V) running through the load-receiving interface (42).

3. Running-gear unit according to claim 1 or 2,
characterised in that the controller is configured, in a movement mode, to limit tilting of the load-receiving interface (42) relative to the vertical (V) running through the load-receiving interface (42).

4. Running-gear unit according to claim 3,
characterised in that the controller is configured, in the movement mode, to limit tilting of the load-receiving interface (42) relative to the vertical (V) running through the load-receiving interface (42) by rotating the drive wheels (16, 18) in the direction of tilt.

5. Running-gear unit according to any one of the preceding claims,
characterised in that the carrying spokes (56) of each spoke star (54) have a length which is smaller than the radius of the associated drive wheel (16, 18).

6. Running-gear unit according to any one of claims 1 to 4,
characterised in that the carrying spokes (56) of each spoke star (54) are adjustable in terms of their length, with a shortest length which is smaller than the radius of the associated drive wheel (16, 18) and a longest length which is larger than the radius of the associated drive wheel (16, 18).

7. Running-gear unit according to any one of the preceding claims,
characterised in that each spoke star (54) can be coupled with the drive (28), wherein, when the spoke stars (54) are coupled with the drive (28), the controller is configured, by controlled application of a torque also to the spoke stars or solely to the spoke stars instead of to the drive wheels (16, 18), to prevent or to limit tilting of the load-receiving interface (42) relative to a vertical (V) running through the load-receiving interface (42).

8. Running-gear unit according to any one of the preceding claims,
characterised in that each spoke star (54) is arranged laterally inwardly of the associated drive wheel (15, 18) relative to the drive axle (14).

9. Running-gear unit according to any one of the preceding claims,
characterised in that each ground contact element is a wheel (52) which is fitted to the free end of the associated carrying spoke (56) so as to be rotatable.

10. Running-gear unit according to claim 9,
characterised in that the stair-climbing module (46) has spoke stars (54) with at least three carrying spokes (56), wherein the wheels (52) of each spoke star (54) in each case form a wheel group (48, 50).

11. Running-gear unit according to any one of the preceding claims,
characterised in that the drive wheels (16, 18) are pneumatic-tyred and are connected to a tyre pressure control system which is designed to supply air to the drive wheels (16, 18) and to release air therefrom.

12. Running-gear unit according to claim 11,
characterised in that the tyre pressure control system has a compressed-air reservoir (62) fitted to the running-gear unit.

13. Running-gear unit according to any one of the preceding claims,
characterised in that the controller is additionally configured, by dynamically changing an angle (β) between the first arm (34) and the second arm (36) of the load-carrying module (32), to counteract tilting of the load-receiving interface (42) relative to a vertical (V) running through the load-receiving interface (42).

14. Running-gear unit according to any one of the preceding claims,
characterised in that the first arm (34) of the load-carrying module (32) is rigidly connected to a housing (30) of the running-gear unit.

15. Running-gear unit according to any one of the preceding claims,
characterised in that emergency wheels (64) are fitted to an articulated axle at which the first arm (34) and the second arm (36) of the load-carrying module (32) are articulated with one another.

16. Running-gear unit according to any one of the preceding claims,
characterised in that the load-receiving interface (42) is designed for the fixing of a stretcher (44).

Revendications

1. Châssis uniaxe autoéquilibrant (10), comprenant

- un module de déplacement (12) comprenant un axe d'entraînement (14), sur lequel sont montées en rotation deux roues motrices (16, 18) et un entraînement (28) pouvant se coupler aux deux roues motrices,

- un module porte-charge (32) comprenant un premier bras (34), qui peut se déployer à partir du module de déplacement (12), et un second bras (36) doté d'une première extrémité (38), qui est reliée au premier bras (34) de manière articulée, et d'une seconde extrémité (40), sur laquelle est fixée une interface de réception de charge (42),

- un module monte-escalier (46) comprenant deux étoiles de roue (54) qui sont montées en rotation autour de l'axe d'entraînement (14), chaque étoile de roue (54) présentant plusieurs rayons de support (56) décalés dans la direction périphérique et s'étendant radialement, lesdits rayons comportant une extrémité libre extérieure radialement sur laquelle est monté un élément de contact avec le sol, et une étoile de roue (54) étant disposé respectivement latéralement à proximité d'une des roues d'entraînement (16, 18), et

- une commande, qui contient un capteur d'inclinaison et/ou un capteur d'accélération et est conçue pour empêcher ou limiter un basculement de l'interface de réception de charge (42) par rapport à une verticale (V) passant par l'interface de réception de charge (42) dans un état initial, en appliquant un couple sur les roues motrices (16, 18) et/ou sur les étoiles de roue (54).

2. Châssis selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande est conçue pour empêcher un basculement de l'interface de réception de charge (42) à l'arrêt, par rapport à la verticale (V) passant par l'interface de réception de charge (42).

3. Châssis selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la commande est conçue pour limiter dans un état de déplacement, un basculement de l'interface de réception de charge (42) par rapport à la verticale (V) passant par l'interface de réception de charge (42).

4. Châssis selon la revendication 3, caractérisé en ce que la commande est conçue pour limiter dans un mode de déplacement un basculement de l'interface de charge (42) par rapport à la verticale (V) passant par l'interface de réception de charge (42) par rotation des roues motrices (16, 18) dans la direction de basculement.

5. Châssis selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rayons de support (56) de chaque étoile de roue (54) présente une longueur qui est inférieure à celle du rayon de la roue motrice associée (16, 18).

6. Châssis selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les rayons de support (56) de chaque étoile de roue (54) peuvent se déplacer en longueur, la plus petite longueur qui est inférieure à celle du rayon de la roue motrice associée (16, 18), et la plus grande longueur qui est supérieure à celle du rayon de la roue motrice associée (16, 18).

7. Châssis selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque étoile de roue (54) peut se coupler à l'entraînement (28) alors, lorsque les étoiles de roue (54) sont couplées à l'entraînement (28), la commande étant conçue pour limiter ou empêcher un basculement de l'interface de réception de charge (42) par rapport à la verticale (V) passant par l'interface de réception de charge (42) en appliquant un couple également sur les étoiles à rayons ou seulement sur les étoiles à rayons à la place des roues motrices (16, 18).

8. Châssis selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque étoile de roue (54) est disposée par rapport à l'axe d'entraînement (14) latéralement à l'intérieur de la roue motrice (16, 18) associée.

9. Châssis selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément de contact avec le sol est une roue (52) montées en rotation sur l'extrémité libre des rayons de support (56) associés.

10. Châssis selon la revendication 9, caractérisé en ce que le module de monte escalier (46) présente des étoiles de roue (54) dotées d'au moins trois rayons de support (56), les roues (52) de chaque étoile de roue (54) formant respectivement un groupe de roues (48, 50).

11. Châssis selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les roues motrices (16, 18) sont des pneumatiques et sont en relation avec un système de réglage de pression de pneu, qui est conçu pour acheminer l'air aux roues motrices (16, 18) et pour le laisser s'y échapper.

12. Châssis selon la revendication 11, caractérisé en ce que le système de réglage de pression de pneu présente un réservoir d'air comprimé (62) monté sur le châssis.

13. Châssis selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la commande est en outre conçue pour, par modification dynamique d'un angle (β), entraver un basculement de l'interface de réception de charge (42) entre le premier bras (34) et le second bras (36) du module de support de charge (32), par rapport à la verticale (V) passant par l'interface de réception de charge (42).

14. Châssis selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier bras (34) du module de support de charge (32) est relié rigidement à un boîtier (30) du châssis.

15. Châssis selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur un axe articulé, sur lequel sont reliés entre eux de manière articulée le premier bras (34) et le second bras (36) du module de support de charge (32), sont fixées des roues de secours (64).

16. Châssis selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'interface de réception de charge (42) est conçue pour fixer une civière (44).

Zeichnung