DE102016112811A1

DE102016112811A1 - Modular vehicle system for overcoming obstacles and method for operating the same

Info

Publication number: DE102016112811A1
Application number: DE102016112811.2A
Authority: DE
Inventors: Nicolai Schweizer; Jürgen Adamy
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2018-02-15

Abstract

Ein modulares Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen und ein Verfahren zum Betreiben des modularen Fahrzeugsystems wird bereitgestellt. Das erfindungsgemäße modulare Fahrzeugsystem umfasst, mindestens drei Teilmodule, mit mindestens vier Rad-Einheiten, die jeweils mindestens zwei Antriebsräder umfassen, mindestens eine Radantriebs-Einheit, um die Rad-Einheiten anzutreiben, mindestens zwei Vertikal-Gelenk-Einheiten mit jeweils einer Gelenkaktorik, die zwischen den Teilmodulen angeordnet sind, um jeweils zwei benachbarte Teilmodule kettenförmig zu Verbinden und um die Teilmodule vertikal zu kippen, mindestens eine Steuerungs-Einheit, welche die Rad-Einheiten und Gelenk-Einheiten steuert, wobei die Antriebsräder des in Fahrtrichtung vorderen Teilmoduls, so angeordnet sind, dass durch vertikales Bewegen des ersten Teilmoduls und Heranfahren des modularen Fahrzeugsystems, die Antriebsräder auf einer zu erreichenden Oberfläche auflegbar sind, und wobei die Steuerungs-Einheit ausgebildet, ist, um die Antriebsräder des in Fahrtrichtung vorderen Teilmoduls auf die zu erreichende Oberfläche aufzulegen und nach dem Auflegen, die Rad-Einheiten und die Vertikal-Gelenk-Einheiten so anzusteuern, dass die verbleibenden Teilmodule auf die zu erreichende Oberfläche geführt werden, und wobei eines oder mehrere der letzten Teilmodule erst dann angehoben werden, wenn sich der Schwerpunkt des modularen Fahrzeugsystems zwischen zwei Rad-Einheiten befindet, die sich auf der zu erreichenden Oberfläche befinden.A modular vehicle system for overcoming obstacles and a method of operating the modular vehicle system is provided. The modular vehicle system according to the invention comprises, at least three sub-modules, with at least four wheel units, each comprising at least two drive wheels, at least one wheel drive unit to drive the wheel units, at least two vertical joint units each having a Gelenkaktorik, the between the sub-modules are arranged to connect two adjacent sub-modules in a chain and to tilt the sub-modules vertically, at least one control unit which controls the wheel units and joint units, wherein the drive wheels of the front in the direction of travel sub-module arranged so are that by vertically moving the first sub-module and approaching the modular vehicle system, the drive wheels are placed on a surface to be reached, and wherein the control unit is adapted to hang the drive wheels of the front in the direction of travel sub-module on the surface to be reached and after the Aufle To control the wheel units and the vertical joint units so that the remaining sub-modules are guided on the surface to be reached, and one or more of the last sub-modules are raised only when the center of gravity of the modular vehicle system between two Wheel units located on the surface to be reached.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein modulares Fahrzeugsystem und ein Verfahren zum Betreiben desselben und insbesondere ein modulares Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen und ein Verfahren zum Betreiben des modularen Fahrzeugsystems, um Hindernisse zu überwinden.The invention relates to a modular vehicle system and a method of operating the same, and more particularly to a modular vehicle system for overcoming obstacles and a method of operating the modular vehicle system to overcome obstacles.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Heutzutage spielt das schnelle und präzise Durchführen von Wartungs- und Inspektionsarbeiten in hochsensiblen Rohrstrukturen, die zum Beispiel in Teilchenbeschleunigern wie dem SIS-100 der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) an der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) vorliegen, eine wichtige Rolle. Bisher werden die genannten Arbeiten meist manuell durchgeführt. Dazu müssen größere Teile der Rohrstruktur geöffnet werden, was einen enormen Zeit- und Kostenaufwand mit sich bringt und zu einer Beschädigung der Rohrstruktur führen kann. Eine effiziente Möglichkeit solche Arbeiten ohne ein direktes Eingreifen durchzuführen, ließe sich durch einen passenden Wartungs- und Inspektionsroboter verwirklichen.Today, fast and accurate maintenance and inspection work in highly sensitive tubular structures, such as those found in particle accelerators such as the Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) SIS-100 at the Society for Heavy Ion Research (GSI), plays an important role. So far, the mentioned work is usually done manually. For this purpose, larger parts of the pipe structure must be opened, which entails an enormous time and cost and can lead to damage to the pipe structure. An efficient way to carry out such work without direct intervention could be achieved through an appropriate maintenance and inspection robot.

Momentan werden Inspektions- und Wartungsroboter insbesondere im Bereich der Wartung von Gas- und Öl-Pipelines eingesetzt. Aus dem Stand der Technik sind hier die sogenannten Molch-Roboter bekannt, die zur Wartung in die Pipeline eingeführt werden und dann meist semi-autonom Wartungen vornehmen. Die genannten Molch-Roboter sind hierbei meist modular aufgebaut und mit verschiedenen Werkzeugen versehen. Aufgrund des Anwendungsbereiches sind sie jedoch meist annähernd formschlüssig mit dem zu inspizierenden Rohr und sind daher nur für eine Pipelineart einsetzbar, wobei zudem die Rohre der Pipeline nahezu leer (bis auf zu entfernende Verunreinigungen) sind. Außerdem sind die genannten Molch-Roboter enorm schwer.Currently, inspection and maintenance robots are used in particular in the maintenance of gas and oil pipelines. From the prior art, the so-called pig robots are known here, which are introduced for maintenance in the pipeline and then make semi-autonomous maintenance mostly. The mentioned pig robots are usually modular and provided with different tools. Due to the field of application, however, they are usually approximately positive fit with the pipe to be inspected and are therefore only suitable for one type of pipeline, with the pipes of the pipeline being virtually empty (except for impurities to be removed). In addition, the mentioned pig robots are enormously heavy.

Zur Wartung und Inspektion von Rohren, die nicht komplett leer sind, bieten sich kleinere, gesteuerte Fahrroboter, wie der in der europäischen Patentanmeldung EP 2 093 026 A1 offenbarte Kanalinspektionsroboter an, der jedoch keine Hindernisse überwinden kann. For maintenance and inspection of pipes that are not completely empty, there are smaller, controlled driving robots, as in the European patent application EP 2 093 026 A1 disclosed sewer inspection robots, which, however, can not overcome obstacles.

Liegen jedoch zusätzlich Hindernisse, insbesondere Stufen, in dem zu inspizierenden Rohr vor, so muss ein Roboter eingesetzt werden, der Hindernisse überwinden kann, wie der aus der amerikanischen Anmeldung US 2007/0235238A1 bekannte Wand-Kletter-Roboter, der Saugnäpfe zum Erklimmen einer Stufe verwendet. Der genannte Roboter kann jedoch durch seine relativ schwere Bauweise Verschmutzungen herbeiführen, und ist nicht erweiterbar und teuer in der Herstellung.However, if there are additional obstacles, in particular steps, in the pipe to be inspected, then a robot must be used that can overcome obstacles, such as those from the American application US 2007 / 0235238A1 known wall climbing robot, which uses suction cups for climbing a step. The said robot, however, can cause soiling by its relatively heavy construction, and is not expandable and expensive to manufacture.

Im Wartungsbereich der zuvor genannten hochsensiblen Rohrstrukturen werden jedoch zusätzliche Anforderungen an einen Wartungsroboter gestellt: Der Roboter sollte möglichst wenig Verschmutzungs-Rückstände in der Rohr-Struktur hinterlassen; in der Lage sein, Hindernisumgehungsmanöver raumeffizient durchzuführen; und gleichzeitig in der Lage sein, eine variable Vielzahl von Instrumenten mit sich zu führen.In the maintenance area of the aforementioned highly sensitive pipe structures, however, additional requirements are placed on a maintenance robot: the robot should leave as little as possible residues of contamination in the pipe structure; be able to perform obstacle avoidance maneuvers in a space efficient way; and at the same time be able to carry a variable variety of instruments.

Überblick über die ErfindungOverview of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein leichtes modulares Fahrzeugsystem zur Durchführung von Inspektions- und Wartungsarbeiten im Inneren einer Rohrstruktur, z.B. in einem Teilchenbeschleuniger, sowie ein dazugehöriges Verfahren zum Betrieb desselben zur Verfügung zu stellen, wobei das modulare Fahrzeugsystem Hindernisse (raum) effizient überwinden kann und gleichzeitig wenig Verschmutzungs-Rückstände in der Struktur zurücklässt.It is the object of the invention to provide a lightweight modular vehicle system for performing inspection and maintenance work inside a tubular structure, e.g. in a particle accelerator, as well as an associated method of operating the same, wherein the modular vehicle system can efficiently overcome obstacles (space) while leaving little fouling residue in the structure.

Die Aufgabe wird durch das modulare Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen und das entsprechende Verfahren nach den Ansprüchen gelöst.The object is solved by the modular vehicle system for overcoming obstacles and the corresponding method according to the claims.

In einer möglichen Ausführungsform umfasst das modulare Fahrzeugsystem einen minimalen Aufbau bestehend aus mindestens drei Teilmodulen, die jeweils durch eine Vertikal-Gelenk-Einheit verbunden sind, wobei jedes der Module hierbei mindestens eine Rad-Einheit umfasst, und wobei insgesamt vier Rad-Einheiten vorliegen. Vorzugsweise weist die mittlere der drei Teilmodule zwei Rad-Einheiten auf. Jede Rad-Einheit weist wiederum zwei Antriebsräder auf, wobei die Antriebsräder der Teilmodule, die in Fahrtrichtung an vorderster und letzter Stelle liegen, am äußersten vorderen bzw. äußersten hinteren Rand bzw. Ende des jeweiligen Teilmoduls angeordnet sind. Die Vertikal-Gelenk-Einheiten sind jeweils mit einer Gelenkaktorik verbunden, die die jeweiligen Vertikal-Gelenk-Einheiten nach oben oder unten kippen kann, wobei auf einem der Teilmodule des modularen Fahrzeugsystems eine Radantriebs-Einheit angeordnet ist, welche die Rad-Einheiten antreibt. Die Gelenkeaktorik kann auch in einer möglichen Ausführungsform nach rechts und links schwenken, wobei vorzugsweise Servos oder Schrittmotoren verwendet werden. Auf einem der Teilmodule des modularen Fahrzeugsystems ist eine Steuerungs-Einheit vorgesehen, welche zumindest den Betrieb der Radeinheiten und der Vertikal-Gelenk-Einheiten steuert. Dies kann per Fernsteuerung kabellos und mit Kabel oder autonom erfolgen. Die Antriebsräder des in Fahrtrichtung vordersten Teilmoduls sind so angeordnet, dass durch vertikales Bewegen des ersten Teilmoduls und Heranfahren des modularen Fahrzeugsystems, die Antriebsräder auf einer zu erreichenden Oberfläche des Hindernisses aufgelegt werden. Hierdurch wird ein Antrieb auf der Oberfläche ermöglicht. Das Auflegen kann durch Sensoren erkannt werden oder anhand der Leistungsaufnahme der Rad-Einheiten, wobei die Steuerungs-Einheit ausgebildet ist, um die Antriebsräder des in Fahrtrichtung vorderen Teilmoduls auf die zu erreichende Oberfläche aufzulegen und nach dem Auflegen, die Rad-Einheiten und die Vertikal-Gelenk-Einheiten so anzusteuern, dass die verbleibenden Teilmodule auf die zu erreichende Oberfläche geführt werden. Hierbei wird ein Teilmodul nach dem anderen auf die Oberfläche geführt, und wobei eines oder mehrere der letzten Teilmodule erst dann angehoben werden, wenn sich der Schwerpunkt des modularen Fahrzeugsystems zwischen zwei Rad-Einheiten befindet, die sich bereits auf der zu erreichenden Oberfläche befinden.In one possible embodiment, the modular vehicle system comprises a minimum structure consisting of at least three sub-modules, each connected by a vertical joint unit, each of the modules in this case comprises at least one wheel unit, and wherein a total of four wheel units are present. Preferably, the middle of the three sub-modules has two wheel units. Each wheel unit in turn has two drive wheels, wherein the drive wheels of the sub-modules, which lie in the direction of travel at the foremost and last place, are arranged at the extreme front or outermost rear edge or end of the respective sub-module. The vertical joint units are each connected to a joint actuator that can tilt the respective vertical joint units up or down, wherein on one of the submodules of the modular vehicle system, a Radantriebs unit is arranged, which drives the wheel units. The joint actuator may also pivot right and left in one possible embodiment, preferably using servos or stepper motors. On one of the submodules of the modular vehicle system is provided a control unit which controls at least the operation of the wheel units and the vertical joint units. This can be done remotely wirelessly and with cable or autonomous. The drive wheels of the frontmost submodule in the direction of travel are arranged so that in that, by moving the first submodule vertically and approaching the modular vehicle system, the drive wheels are placed on a surface of the obstacle to be reached. This allows a drive on the surface. The laying can be detected by sensors or by the power consumption of the wheel units, wherein the control unit is adapted to hang the drive wheels of the front in the direction of travel sub-module on the surface to be reached and after hanging, the wheel units and the vertical To steer steering units so that the remaining sub-modules are guided to the surface to be reached. Here, one sub-module after another is guided on the surface, and wherein one or more of the last sub-modules are raised only when the center of gravity of the modular vehicle system is between two wheel units that are already on the surface to be reached.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zum Überwinden eines Hindernisses mit dem modularen Fahrzeugsystem die folgenden Schritte:

a.) Erkennen des zu überwindenden Hindernisses durch die Steuerungs-Einheit; Die Erkennung kann durch optische, haptische oder auch Antriebssensoren der Antriebseinheiten erfasst werden. Insbesondere kann auch ein Lastsensor genutzt werden, der die Belastung der Räder erfasst.
b.) Entscheiden des Überwindungsweges, anhand des vorherigen Erkennens, durch die Steuerungs-Einheit; nach dem Erkennen eines Hindernisses wird eine Entscheidung getroffen, ob ein Hindernis vorliegt, das überwunden werden soll. Wenn dies bejaht wurde, wird der nächste Schritt eingeleitet;
c.) Steuern der Vertikal-Gelenk-Einheit des in Fahrtrichtung vorderen Teilmoduls und der Rad-Einheiten, um das in Fahrtrichtung vordere Teilmodul mit der Rad-Einheit auf der oberen Oberfläche des Hindernisses aufzulegen; hierdurch soll ermöglicht werden, dass die Rad-Einheit auf der Oberfläche halt hat, und auf der Oberfläche fahren kann, um das Teilmodul auf die Oberfläche zu ziehen.
d.) Steuern der Gelenk-Einheiten und der Rad-Einheiten, der nachfolgenden Teilmodule, um die nachfolgenden Teilmodule auf die Oberfläche des Hindernisses zu befördern. Dabei wird das letzte bzw. die letzten Teilmodule erst dann angehoben, wenn der Schwerpunkt zwischen zwei Rad-Einheiten liegt, die bereits auf der Oberfläche des Hindernisses sind.

According to the present invention, the method for overcoming an obstacle with the modular vehicle system comprises the following steps:

a.) detection of the obstacle to be overcome by the control unit; The detection can be detected by optical, haptic or drive sensors of the drive units. In particular, a load sensor can be used, which detects the load on the wheels.
b.) deciding the overcoming path, based on the previous recognition, by the control unit; After recognizing an obstacle, a decision is made as to whether there is an obstacle to be overcome. If yes, the next step is initiated;
c.) controlling the vertical joint unit of the front in the direction of travel sub-module and the wheel units to hang up the front in the direction of travel sub-module with the wheel unit on the upper surface of the obstacle; This is to allow the wheel unit to stop on the surface and ride on the surface to pull the submodule onto the surface.
d.) controlling the joint units and the wheel units, the subsequent sub-modules, to convey the subsequent sub-modules to the surface of the obstacle. In this case, the last or the last sub-modules is raised only when the focus is between two wheel units that are already on the surface of the obstacle.

Es ist zu beachten, dass das Fahrzeugsystem und das Verfahren nicht auf Anwendungen in Teilchenbeschleunigerrohren beschränkt sind. Sowohl allgemeine Anwendungen im Bereich der Inspektion von Kanälen und Rohren, als auch Anwendungen im Bereich der Sicherheitstechnik und Anwendungen im Bereich von Rettungsoperationen sind denkbar.It should be noted that the vehicle system and method are not limited to applications in particle accelerator tubes. Both general applications in the field of inspection of ducts and pipes, as well as applications in the field of safety technology and applications in the field of rescue operations are conceivable.

Mithilfe der Antriebs-Einheit kann das modulare Fahrzeugsystem im normalen Betrieb fortbewegt werden. Die Steuerung erfolgt hierbei entweder autonom oder semi-autonom über eine Steuerungs-Einheit oder über eine manuelle Steuerungs-Einheit, wobei in diesem Fall eine Sende- und Empfangs-Einheit auf einem Teilmodul des modularen Fahrzeugsystems angeordnet sein muss. Stößt das modulare Fahrzeugsystem beim Fortbewegen auf ein Hindernis (z.B. eine Stufe), so wird dieses Hindernis von einem Sensor erkannt und die Steuerungs-Einheit entscheidet, wie das Hindernis umgangen werden kann. Genauer gesagt, legt die Steuerungs-Einheit zunächst den Überwindungsweg fest, wobei sich dieser nach oben, nach unten oder auf gleicher Ebene erstrecken kann, und steuert danach dementsprechend die Gelenk-Einheiten und Rad-Einheiten des modularen Fahrzeugsystems.The drive unit allows the modular vehicle system to be moved in normal operation. The control here takes place either autonomously or semi-autonomously via a control unit or via a manual control unit, in which case a transmitting and receiving unit must be arranged on a submodule of the modular vehicle system. If the modular vehicle system encounters an obstacle (e.g., a step) in travel, that obstacle is detected by a sensor and the control unit decides how to bypass the obstacle. More specifically, the control unit first determines the overcoming path, which may extend up, down, or in the same plane, and thereafter correspondingly controls the articulated units and wheel units of the modular vehicle system.

Die jeweiligen Teilmodule weisen vorzugsweise eine rechteckige Form auf, sodass die Teilmodule eine möglichst geringe Höhe aufweisen. Jedes Teilmodul umfasst zumindest einen steifen Rahmen, der aus einem passenden Material, wie beispielsweise Kunststoff, Aluminium, Titan oder Eisen gefertigt sein kann und optional auch abschließende Randflächen, um das Innere des jeweiligen Teilmoduls zu schützen. Die Teilmodule sind dabei so angefertigt, dass die essenziellen Bestandteile des modularen Fahrzeugsystems, wie zum Beispiel die Rad-Einheiten und die Vertikal-Gelenk-Einheiten, in oder an dem Rahmen des Teilmoduls befestigt werden können, und dass zusätzliche Bestandteile in den Teilmodulen angeordnet werden können. Obwohl eine rechteckige Form in den meisten Fällen bevorzugt ist, wird dennoch auf die Möglichkeit verwiesen, dass die Teilmodule auch in einer anderen Form, insbesondere einer zylindrischen Form, vorliegen können.The respective sub-modules preferably have a rectangular shape, so that the sub-modules have the lowest possible height. Each sub-module comprises at least one rigid frame, which may be made of a suitable material, such as plastic, aluminum, titanium or iron and optionally also final edge surfaces to protect the interior of the respective sub-module. The sub-modules are designed so that the essential components of the modular vehicle system, such as the wheel units and the vertical joint units can be mounted in or on the frame of the sub-module, and that additional components are arranged in the sub-modules can. Although a rectangular shape is preferred in most cases, reference is nevertheless made to the possibility that the sub-modules may also be in another form, in particular a cylindrical shape.

Die zuvor beschriebene Antriebseinheit ist vorzugsweise ein gewöhnlicher Schritt-Motor oder ein Servo-Motor, der mit der Steuerungs-Einheit verbunden ist und von dieser gesteuert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist an jeder Rad-Einheit eine jeweilige Antriebseinheit angeordnet, welche diese antreibt. Jedoch sind auch kompliziertere Motorentypen denkbar.The above-described drive unit is preferably a usual stepping motor or a servo motor connected to and controlled by the control unit. In a preferred embodiment, a respective drive unit is arranged on each wheel unit, which drives these. However, even more complicated engine types are conceivable.

Die zuvor beschriebene Vertikal-Gelenk-Einheit besteht vorzugsweise aus einem minimalen Aufbau, der aus einem kurzen, graden Gelenk-Wellenstück, besteht, wobei an dessen Vorder- und/oder Hinterseite jeweils ein vertikal bewegliches Gelenk angeordnet ist, und wobei dieses Gelenk eine Gelenkbuchse aufweist, um die Vertikal-Gelenk-Einheit vorne und hinten mit einem jeweiligen Teilmodul drehbar zu verbinden und an dem anderen Teilmodul feststehend befestigt ist.The above-described vertical joint unit preferably consists of a minimal construction, which consists of a short, straight joint-shaft piece, wherein at its front and / or rear side in each case a vertically movable joint is arranged, and wherein this joint is a joint bushing has to the vertical joint unit front and rear to be rotatably connected to a respective sub-module and fixedly attached to the other sub-module.

Die zuvor beschriebene Gelenk Aktorik besteht vorzugsweise aus einem Servo-Motor. Der Servo-Motor wird insbesondere aufgrund der flachen und kompakten Bauweise gewählt und weil er kräftig genug ist, um ein Teilmodul vollständig anzuheben. Vorzugsweise besitzt der Servo-Motor eine integrierte Positionsregelung, wodurch eine externe Regelung und ein Encoder nicht notwendig sind. Der Abtrieb des verwendeten Servos ist einseitig oder beidseitig angeordnet. Des Weiteren können auch andere Aktoren verwendet werden, sofern die zulässigen Abmessungen eingehalten werden. Ausführungsformen mit beidseitigem Abtrieb sind ebenfalls möglich.The joint actuator system described above preferably consists of a servo motor. The servo motor is particularly chosen because of its flat and compact design and because it is powerful enough to fully lift a sub-module. Preferably, the servo motor has an integrated position control, whereby an external control and an encoder are not necessary. The output of the servo used is arranged on one side or on both sides. Furthermore, other actuators can be used, provided the permissible dimensions are complied with. Embodiments with bilateral output are also possible.

Durch die Unteransprüche ergeben sich zusätzliche Vorteile der Erfindung.The subclaims provide additional advantages of the invention.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das modulare Fahrzeugsystem einen Aufbau bestehend aus vier Teilmodulen, vier Rad-Einheiten mit jeweils zwei Antriebsrädern, einer Antriebs-Einheit, drei Vertikal-Gelenk-Einheiten sowie drei dazugehörigen Gelenkaktoriken, einer Steuerungs-Einheit, einem Sensor zum Erkennen von Hindernissen und einer mobilen Stromeinheit. In a particularly preferred embodiment, the modular vehicle system comprises a structure consisting of four sub-modules, four wheel units each having two drive wheels, a drive unit, three vertical joint units and three associated Gelenkaktoriken, a control unit, a sensor for detecting of obstacles and a mobile power unit.

In dieser Ausführungsform umfasst das vordere und das hintere Teilmodul jeweils eine Rad-Einheit, die an dem jeweiligen äußeren Ende angeordnet ist, und die mittleren Teilmodule umfassen zwei Rad-Einheiten.In this embodiment, the front and rear sub-modules each include a wheel unit disposed at the respective outer end, and the middle sub-modules include two wheel units.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das modulare Fahrzeugsystem des Weiteren mindestens eine mobile Stromversorgung, die insbesondere als Batterie oder Akku ausgebildet ist. Die genannte mobile Stromversorgung ist dabei auf einem der Teilmodule angeordnet. Bei lang andauernden Arbeiten oder bei der Benutzung von vielen Werkzeugen werden mehrere mobile Stromversorgungen auf den Teilmodulen angeordnet.In a preferred embodiment, the modular vehicle system further comprises at least one mobile power supply, which is designed in particular as a battery or rechargeable battery. Said mobile power supply is arranged on one of the sub-modules. During long-term work or when using many tools, several mobile power supplies are placed on the sub-modules.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das modulare Fahrzeugsystem des Weiteren mindestens eine Sende-Empfangs-Einheit, um Steuersignale von einem Benutzerterminal zu empfangen und Signale an das Nutzerterminal zu senden. Die Sende-Empfangs-Einheit ist insbesondere für Arbeiten notwendig, bei denen nur ein semi-autonomer Betrieb oder gar ein vollständig manueller Betrieb erwünscht ist (z.B. bei Inspektionsarbeiten). Der Benutzer kann in diesem Fall direkt in bestimmte Operationsabläufe des modularen Fahrzeugsystems eingreifen. Jedoch ist neben dieser Funktionsweise auch ein vollständig autonomer Betrieb möglich, wobei in diesem Fall die Sende-Empfangs-Einheit nicht notwendig ist.In another preferred embodiment, the modular vehicle system further comprises at least one transceiver unit for receiving control signals from a user terminal and transmitting signals to the user terminal. The transceiver unit is particularly necessary for work in which only semi-autonomous operation or even fully manual operation is desired (e.g., during inspection work). The user can intervene directly in certain operations of the modular vehicle system in this case. However, in addition to this mode of operation, a completely autonomous operation is possible, in which case the transceiver unit is not necessary.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das modulare Fahrzeugsystem des Weiteren zusätzliche Wartungswerkzeuge und/oder Analysewerkzeuge und/oder Reinigungsvorrichtungen, die auf zusätzlichen Teilmodulen befestigt sein können, welche modular in der zuvor beschriebenen Weise mit dem modularen Fahrzeugsytem verbunden sind. Als Wartungswerkzeuge kommen insbesondere Kameras, Sensoren, Greifarme oder Schraubarme in Frage, um Schrauben in der Beschleunigerstruktur fest zu ziehen, zu lockern oder zu ersetzen bzw. defekte Teilstrukturen aus der Beschleunigerstruktur zu entfernen. Analysewerkzeuge können insbesondere Werkzeuge sein, mit denen Löcher und Risse in der Beschleunigerstruktur detektiert werden können.In another embodiment, the modular vehicle system further includes additional maintenance tools and / or analysis tools and / or cleaning devices that may be mounted on additional sub-modules that are modularly connected to the modular vehicle system in the manner previously described. In particular, cameras, sensors, gripping arms or screw arms can be used as maintenance tools in order to tighten, loosen or replace screws in the accelerator structure or to remove defective partial structures from the accelerator structure. In particular, analysis tools can be tools with which holes and cracks in the accelerator structure can be detected.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das modulare Fahrzeugsystem des Weiteren mindestens einen Sensor, der als optischer Sensor und/oder akustischer Sensor und/oder haptischer Sensor ausgeprägt ist. Es kann auch ein Belastungssensor sein, der erkennt, ob eine Belastung einer Radeinheit vorliegt. In diesem Zusammenhang kann das Fahrzeugsystem insbesondere auch autonom und semi-autonom betrieben werden, sodass die Arbeiten automatisiert durchgeführt werden.In a further preferred embodiment, the modular vehicle system further comprises at least one sensor, which is pronounced as an optical sensor and / or acoustic sensor and / or haptic sensor. It can also be a load sensor that detects whether there is a load on a wheel unit. In this context, the vehicle system can in particular also be operated autonomously and semi-autonomously, so that the work is carried out automatically.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das modulare Fahrzeugsystem des Weiteren mindestens eine Kamera. Diese Ausführungsform ist insbesondere erwünscht, wenn Aufzeichnungen vorgenommen werden und/oder wenn das modulare Fahrzeugsystem, zumindest zeitweise, manuell gesteuert werden soll. Zu denken ist hier z.B. an eine Anwendung, in der das modulare Fahrzeugsystem eine beschädigte Stelle aufsucht und ein Benutzer danach die entsprechenden Wartungsarbeiten durchführt.In a further preferred embodiment, the modular vehicle system further comprises at least one camera. This embodiment is particularly desirable when recording is made and / or when the modular vehicle system, at least temporarily, to be controlled manually. To think here is e.g. to an application in which the modular vehicle system visits a damaged area and a user thereafter performs the appropriate maintenance.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das modulare Fahrzeugsystem einen Radbelag, der aus einem abriebarmen Material besteht, auf. Als abriebarmes Material wird bevorzugt Titan oder eine Titanlegierung verwendet. Zusätzlich sind verschiedene Profile des Radbelags möglich, die der jeweiligen Umgebung angepasst werden, und verschiedene Rad- bzw. Radbelagsdurchmesser. Falls die Reinhaltung des zu durchfahrenden Systems eine untergeordnete Rolle spielt, sind auch Gummibeläge oder gar Kettenantriebe möglich und denkbar.In a further preferred embodiment, the modular vehicle system has a wheel pad, which consists of a low abrasion material on. Titanium or a titanium alloy is preferably used as the abrasion-resistant material. In addition, different profiles of the wheel cover are possible, which are adapted to the particular environment, and different wheel or Radbelagsdurchmesser. If the cleanliness of the system to be driven plays a minor role, rubber or even chain drives are possible and conceivable.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das modulare Fahrzeugsystem des Weiteren mindestens eine zusätzliche Horizontal–Vertikal-Gelenk-Einheit und eine dazugehörige Gelenkaktorik, um das Fahrzeugsystem zusätzlich auch in horizontaler Richtung zu steuern. Diese Ausführungsform ist insbesondere erforderlich, wenn komplizierte Hindernisse, wie z.B. Kryokollimatoren vorliegenIn a further preferred embodiment, the modular vehicle system further comprises at least one additional horizontal-vertical joint unit and an associated Gelenkaktorik to additionally control the vehicle system in the horizontal direction. These Embodiment is particularly required when complicated obstacles such as cryocollimators are present

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst mindestens ein Teilmodul des modularen Fahrzeugsystems eine Verlängerungseinheit, um die Länge des Teilmoduls zu variieren.In a further preferred embodiment, at least one submodule of the modular vehicle system comprises an extension unit in order to vary the length of the submodule.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren das iterative Ausführen der folgenden Teilschritte: d1.) Steuern der mindestens zwei Gelenk-Einheiten der jeweils anzuhebenden bzw. abzusenkenden Teilmodule, durch die Steuerungs-Einheit, um diese Teilmodule anzuheben bzw. abzusenken; und d2.) Steuern der Radeinheiten, durch die Steuerungs-Einheit, um das modulare Fahrzeugsystem nach vorne zu bewegen.In a further particularly preferred embodiment, the method comprises iteratively carrying out the following substeps: d1.) Controlling the at least two joint units of the respective sub-modules to be lifted or lowered, by the control unit, to raise or lower these sub-modules; and d2.) controlling the wheel units, by the control unit, to move the modular vehicle system forward.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befinden sich bei dem Verfahren, wenn es sich um ein kurzes System handelt, niemals mehr als zwei Teilmodule des modularen Fahrzeugsystems in der Luft, sodass sichergestellt wird, dass das Fahrzeugsystem immer stabil auf einer Oberfläche liegt.In a further preferred embodiment, in the case of a short system, there are never more than two submodules of the modular vehicle system in the air, thus ensuring that the vehicle system is always stable on a surface.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens können sich auch mehrere Teilmodule in der Luft befinden, solange sich das modulare Fahrzeugsystem stabil auf mindestens einer Oberfläche befindet.In a further embodiment of the method, a plurality of sub-modules may be in the air, as long as the modular vehicle system is stable on at least one surface.

Das Verfahren, mit dem das modulare Fahrzeugsystem über verschiedene Hindernisse gesteuert werden kann, umfasst eine Vielzahl von sukzessiven Schritten, die davon abhängen, ob sich das Hindernis nach oben oder nach unten erstreckt: im ersten Schritt wird das Hindernis entweder autonom durch einen Lageplan, semi-autonom durch mindestens einen Sensor (z.B. einen optischen Sensor oder einen akustischen Sensor) oder manuell durch eine Kamera erkannt; im zweiten Schritt wird ein entsprechender Überwindungsweg durch die Steuerungs-Einheit festgelegt; die Auswahl der darauf folgenden Schritte hängt davon ab, welcher Überwindungsweg durch die Steuerungs-Einheit gewählt wurde, wobei, falls es sich dabei um einen sich nach oben erstreckenden Überwindungsweg (z.B. zum Erklimmen einer Stufe) handelt, führt die Steuerungs-Einheit die folgenden weiteren Schritte durch: Das Steuern der Vertikal-Gelenk-Einheit des sich in Fahrtrichtung vorne befindenden Teilmoduls, um das sich in Fahrtrichtung vorne befindenden Teilmodul nach oben zu kippen, bis sich die vorderen Antriebsräder der vorderen Rad-Einheit auf der Höhe der Stufenoberseite befinden; das Steuern der verbleibenden Rad-Einheiten, um das Fahrzeug an die Stufe heran zu fahren, bis das vordere Antriebsrad auf der Oberseite der Stufe aufliegt; das sukzessive Steuern der verbleibenden Vertikal-Gelenk-Einheiten und Rad-Einheiten, um das modulare Fahrzeugsystem komplett auf die Stufe zu befördern; und wobei, falls es sich dabei um einen nach unten erstreckenden Überwindungsweg (z.B. zum Herabsteigen einer Stufe) handelt, führt die Steuerungs-Einheit die folgenden weiteren Schritte durch: Das Steuern der Rad-Einheiten, bis sich das in Fahrtrichtung vorne befindende Teilmodul über das Hindernis hinweg bewegt hat, wobei insbesondere die vordere Vertikal-Gelenk-Einheit frei kippbar über den Rand des Hindernisses hinweg angeordnet ist; das Steuern der Vertikal-Gelenk-Einheit des in Fahrtrichtung vorderen Teilmoduls, um das in Fahrtrichtung vordere Teilmodul nach unten zu kippen, sodass die vorderen Antriebsräder auf der Höhe der Unterseite der Stufe sind; das sukzessive Steuern der verbleibenden Vertikal-Gelenk-Einheiten und Rad-Einheiten, um das modulare Fahrzeugsystem komplett von der Stufe herunter zu befördern.The method by which the modular vehicle system can be controlled over various obstacles comprises a plurality of successive steps depending on whether the obstacle extends up or down: in the first step, the obstacle either autonomously through a site plan, semi autonomously detected by at least one sensor (eg an optical sensor or an acoustic sensor) or manually by a camera; in the second step, a corresponding overcoming path is determined by the control unit; the selection of the subsequent steps depends on which overcoming path has been chosen by the control unit, and if this is an upwardly extending overcoming path (eg for climbing a step) the control unit will carry out the following further ones Steps through: Controlling the vertical articulating unit of the forward-facing sub-module to tilt the sub-module located forward in the direction of travel until the front drive wheels of the front wheel unit are at the level of the step top; controlling the remaining wheel units to drive the vehicle up to the step until the front drive wheel rests on top of the step; successively controlling the remaining vertical articulating units and wheel units to completely advance the modular vehicle system to the step; and wherein, if it is a downwardly extending override path (eg, to descend a step), the control unit performs the following further steps: controlling the wheel units until the forward submodule is in the forward direction Has moved obstacle away, in particular, the front vertical joint unit is arranged freely tiltable over the edge of the obstacle away; controlling the vertical joint unit of the forward directional sub-module to tilt the forward sub-module downwards so that the front drive wheels are at the level of the underside of the step; successively controlling the remaining vertical articulating units and wheel units to completely lower the modular vehicle system from the step down.

Die Vorteile des genannten modularen Fahrzeugsystems im Vergleich zu den Systemen aus dem Stand der Technik sind die folgenden:

1.) Ein geringes Gewicht, da das modulare Fahrzeugsystem aus wenigen Komponenten besteht.
2.) Ein geringer Platzbedarf, da die Komponenten des modularen Fahrzeugsystems platzeffizient angeordnet sind.
3.) Die Möglichkeit, verschiedene Arten von Hindernissen zu überwinden, wobei die Fahrmanöver durch die Bauweise des modularen Fahrzeugsystems raumeffizient durchgeführt werden können.
4.) Eine modulare Bauweise, die das Mitführen zusätzlicher Instrumente ermöglicht.

The advantages of said modular vehicle system compared to the prior art systems are as follows:

1.) A low weight, since the modular vehicle system consists of few components.
2.) A small space requirement, since the components of the modular vehicle system are arranged space efficient.
3) The ability to overcome various types of obstacles, the driving maneuvers can be carried out by the design of the modular vehicle system space efficient.
4.) A modular design that allows you to carry additional instruments.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Folgenden werden die Figuren kurz beschrieben.The figures are briefly described below.

1 stellt die Seitenansicht einer Ausführungsform des modularen Fahrzeugsystems gemäß der vorliegenden Erfindung dar. 1 FIG. 3 illustrates the side view of one embodiment of the modular vehicle system according to the present invention. FIG.

2 stellt die Seitenansicht einer besonders bevorzugten Ausführungsform des modularen Fahrzeugsystems gemäß der vorliegenden Erfindung dar. 2 FIG. 3 illustrates the side view of a particularly preferred embodiment of the modular vehicle system according to the present invention. FIG.

3 stellt schematisch die einzelnen Konstellationen des modularen Fahrzeugsystems in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beim Erklimmen einer Stufe dar. 3 schematically illustrates the individual constellations of the modular vehicle system in a particularly preferred embodiment of the present invention when climbing a stage.

4 stellt schematisch die einzelnen Konstellationen des modularen Fahrzeugsystems in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beim Herabsteigen einer Stufe dar. 4 schematically illustrates the individual constellations of the modular vehicle system in a particularly preferred embodiment of the present invention when descending a step.

Ausführliche Beschreibung der Figuren Detailed description of the figures

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von möglichen Ausführungsformen, unter Zuhilfenahme der vorliegenden Figuren, beschrieben. Die Ausführungsformen dienen dabei lediglich zur Darstellung der vorliegenden Erfindung und stellen keine Einschränkung derselben dar. Insbesondere lassen sich die Merkmale aus verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombinieren.In the following, the present invention will be described with reference to possible embodiments, with the aid of the present figures. The embodiments serve merely to illustrate the present invention and are not a limitation thereof. In particular, the features of various embodiments can be combined.

1 stellt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei es sich hierbei um ein minimales System handelt. Diese Ausführungsform umfasst ein modulares Fahrzeugsystem 1 zum Überwinden von Hindernissen, wobei das Fahrzeugsystem 1 aus drei Teilmodulen 11, 12, 13 besteht. Ferner sind vier Rad-Einheiten 30 vorhanden, die jeweils zwei Antriebsräder 31 umfassen, und eine Radantriebs-Einheit 35, um die Rad-Einheiten 30 anzutreiben. Zwei Vertikal-Gelenk-Einheiten 20 sind mit jeweils einer Gelenkaktorik 25 verbunden, die zwischen den Teilmodulen 11, 12 und 12, 13 angeordnet sind, um jeweils zwei benachbarte Teilmodule 11, 12 und 12, 13 kettenförmig zu verbinden und um die Teilmodule 11, 12, 13 vertikal zu kippen. Des Weiteren umfasst die Erfindung mindestens eine Steuerungs-Einheit 40, welche die Rad-Einheiten 30 und Gelenk-Einheiten 20 steuert. Die Antriebsräder 31 des in Fahrtrichtung vorderen Teilmoduls sind so angeordnet, dass durch vertikales Bewegen des ersten Teilmoduls und Heranfahren des modularen Fahrzeugsystems 1, die Antriebsräder 31 auf einer zu erreichenden Oberfläche aufgelegt werden können und somit auf der Oberfläche für einen gesteuerten Vortrieb sorgen können. Die Steuerungs-Einheit ist ausgebildet, um die Antriebsräder 31 des in Fahrtrichtung vorderen Teilmoduls auf die zu erreichende Oberfläche aufzulegen, und nach dem Auflegen, die Rad-Einheiten 30 und die Vertikal-Gelenk-Einheiten 20 so anzusteuern, dass die verbleibenden Teilmodule auf die zu erreichende Oberfläche geführt werden. Dabei wird eines oder mehrere der letzten Teilmodule erst dann angehoben werden, wenn sich der Schwerpunkt des modularen Fahrzeugsystems 1 zwischen zwei Rad-Einheiten 30 befindet, die sich auf der zu erreichenden Oberfläche befinden. 1 Figure 1 illustrates a first embodiment of the present invention, which is a minimal system. This embodiment comprises a modular vehicle system 1 to overcome obstacles, the vehicle system 1 from three submodules 11 . 12 . 13 consists. There are also four wheel units 30 present, each two drive wheels 31 include, and a wheel drive unit 35 to the wheel units 30 drive. Two vertical joint units 20 are each with a Gelenkaktorik 25 connected between the submodules 11 . 12 and 12 . 13 are arranged to each two adjacent sub-modules 11 . 12 and 12 . 13 connect in chains and around the sub-modules 11 . 12 . 13 tilt vertically. Furthermore, the invention comprises at least one control unit 40 which are the wheel units 30 and joint units 20 controls. The drive wheels 31 of the front part module in the direction of travel are arranged so that by moving the first partial module vertically and approaching the modular vehicle system 1 , the drive wheels 31 can be placed on a surface to be reached and thus can provide on the surface for a controlled propulsion. The control unit is formed around the drive wheels 31 of the front part module in the direction of travel to the surface to be reached, and after hanging up, the wheel units 30 and the vertical joint units 20 to control so that the remaining sub-modules are guided to the surface to be reached. In this case, one or more of the last sub-modules will be raised only when the focus of the modular vehicle system 1 between two wheel units 30 located on the surface to be reached.

2 stellt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausführungsform umfasst ein modulares Fahrzeugsystem 1 bestehend aus vier Teilmodulen 11, 12, 13 und 14, welche jeweils eine Rad-Einheit 30 mit je einer Radantriebs-Einheit 35 und zwei Antriebsrädern 31 aufweist. Ferner sind drei Vertikal-Gelenk-Einheiten 20 mit dazugehörigen Gelenkaktoriken 25, eine Steuerungs-Einheit 40, zwei Sensoren 100, eine mobile Stromversorgung 50 und eine Sende-Einheit 200 vorhanden. Die Gelenk-Einheiten 20 sind dabei wie in dem vorherigen Ausführungsbeispiel zwischen den Teilmodulen angeordnet, um diese kippbar zu verbinden. 2 represents a particularly preferred embodiment of the present invention. This embodiment comprises a modular vehicle system 1 consisting of four submodules 11 . 12 . 13 and 14 , which each have a wheel unit 30 each with a wheel drive unit 35 and two drive wheels 31 having. There are also three vertical joint units 20 with associated joint actuators 25 , a control unit 40 , two sensors 100 , a mobile power supply 50 and a transmitting unit 200 available. The joint units 20 are arranged as in the previous embodiment between the sub-modules to connect them tiltably.

In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass das modulare Fahrzeugsystem 1 der vorliegenden Erfindung keinesfalls auf nur vier Teilmodule beschränkt ist. Auch Anordnungen mit deutlich mehr Teilmodulen sind möglich, wobei jedoch mindestens drei Teilmodule vorliegen sollten, um die, im folgenden beschriebenen Verfahrensschritte durchführen zu können. In diesem Zusammenhang wird auch darauf verwiesen, dass mehrere autonome modulare Fahrzeugsysteme wagonartig aneinandergekoppelt werden, um sich teilweise verbunden und teilweise getrennt mit-/voneinander zu bewegen.In this context, it should be noted that the modular vehicle system 1 the present invention is by no means limited to only four sub-modules. Arrangements with significantly more submodules are also possible, but at least three submodules should be present in order to be able to carry out the method steps described below. In this context, it is also referred to that several autonomous modular vehicle systems are coupled to each other in a wagon-like manner, in order to move partially and partially apart with each other.

3 stellt die Teilschritte des Verfahrens für das modulare Fahrzeugsystem dar, die notwendig sind, um eine Stufe zu erklimmen. Nachdem das Fahrzeugsystem 1 die Stufe in einem ersten Vorschritt V1 detektiert hat und die Steuerungs-Einheit 40 in einem zweiten Vorschritt V2 einen Überwindungsweg festgelegt hat, kippt die erste Vertikal-Gelenk-Einheit das vordere Teilmodul, in einem ersten Anfangs-Schritt HA1, nach oben, sodass das vorderste Rad auf der Höhe der zu erreichenden Oberfläche ist. Im zweiten Anfangs-Schritt HA2 fährt das Fahrzeugsystem an die Stufe heran, sodass die vorderen Räder auf der Oberfläche der Stufe aufliegen. Im ersten Zwischen-Schritt HZ1 werden die erste und die zweite Vertikal-Gelenk-Einheit so gesteuert, dass das zweite Teilmodul nach oben gekippt wird und das erste Teilmodul parallel auf der Höhe der Stufe steht. Im zweiten Zwischen-Schritt HZ2 fährt das Fahrzeugsystem wieder an die Stufe heran, sodass das gesamte erste Teilmodell auf der Stufe ist. Im dritten Zwischen-Schritt HZ3 werden die erste, die zweite und die dritte Vertikal-Gelenk-Einheit so gesteuert, dass das zweite Teilmodul nach oben gekippt wird und parallel auf der Höhe der Stufe steht. Im vierten Zwischen-Schritt HZ4 fährt das Fahrzeugsystem wieder an die Stufe heran, sodass das gesamte zweite Teilmodul auf der Stufe ist. Im fünften Zwischen-Schritt HZ5 werden die zweite und die dritte Vertikal-Gelenk-Einheit so gesteuert, dass das dritte Teilmodul nach oben gekippt wird und parallel auf der Höhe der Stufe steht. Im sechsten Zwischen-Schritt HZ6 fährt das Fahrzeugsystem wieder an die Stufe heran, sodass das gesamte dritte Teilmodul auf der Stufe ist. Im ersten End-Schritt HE1 wird die dritte Vertikal-Gelenk-Einheit so gesteuert, dass das vierte Teilmodul nach oben gekippt wird und parallel auf der Höhe der Stufe steht und im zweiten End-Schritt HE2 fährt das gesamte Fahrzeugsystem auf die Stufe herauf. 3 illustrates the substeps of the method for the modular vehicle system necessary to scale a stage. After the vehicle system 1 has detected the stage in a first preliminary step V1 and the control unit 40 in a second pre-step V2 has set a Überwindungsweg, the first vertical joint unit tilts the front sub-module, in a first initial step HA1, upwards, so that the foremost wheel is at the height of the surface to be reached. In the second initial step HA2, the vehicle system approaches the step so that the front wheels rest on the surface of the step. In the first intermediate step HZ1, the first and the second vertical joint unit are controlled so that the second sub-module is tilted upward and the first sub-module is parallel to the level of the step. In the second intermediate step HZ2, the vehicle system approaches the stage again so that the entire first submodel is on the stage. In the third intermediate step HZ3, the first, the second and the third vertical joint unit are controlled so that the second sub-module is tilted upward and parallel to the level of the step. In the fourth intermediate step HZ4, the vehicle system moves back to the stage, so that the entire second sub-module is on the stage. In the fifth intermediate step HZ5, the second and third vertical joint units are controlled so that the third sub-module is tilted upward and parallel to the level of the step. In the sixth intermediate step HZ6, the vehicle system moves back to the stage, so that the entire third sub-module is on the stage. In the first end step HE1, the third vertical joint unit is controlled so that the fourth sub-module is tilted upwards and parallel to the level of the step, and in the second end step HE2, the entire vehicle system goes up to the step.

4 stellt die Teilschritte des Verfahrens für das modulare Fahrzeugsystem dar, die notwendig sind, um eine Stufe herunter zu fahren. Die Abfolge der Schritte ist dabei ähnlich zu dem Vorgehen des vorherigen Beispiels. Nachdem das Fahrzeugsystem 1 die Stufe in einem ersten Vorschritt V1 detektiert hat und die Steuerungs-Einheit 40 in einem zweiten Vorschritt V2 einen Überwindungsweg festgelegt hat, fährt das Fahrzeugsystem im ersten Anfangs-Schritt RA1 an die Stufe heran, und steuert die Rad-Einheiten, sodass das vordere Teilmodul und die vordere Vertikal-Gelenk-Einheit über die Stufe hinausragen, sodass das vordere Teilmodul kippbar ist. Im zweiten Anfangs-Schritt HA2 kippt die erste Vertikal-Gelenk-Einheit das vordere Teilmodul nach unten, sodass das vorderste Rad auf der zu erreichenden Oberfläche (d.h. der Unterseite der Stufe) aufliegt. Im ersten Zwischen-Schritt RZ1 fährt das Fahrzeugsystem das zweitvorderste Teilmodul und die zweite Vertikal-Gelenk-Einheit über die Stufe heraus, sodass das gesamte zweite Teilmodul kippbar ist. Im zweiten Zwischen-Schritt RZ2 werden die erste und die zweite Vertikal-Gelenk-Einheit so gesteuert, dass das zweite Teilmodul nach unten gekippt wird, sodass das gesamte erste Teilmodul parallel zu der zu erreichenden Oberfläche ist. Im dritten Zwischen-Schritt RZ3 fährt das Fahrzeugsystem das dritte Teilmodul und die dritte Vertikal-Gelenk-Einheit über die Stufe heraus, sodass das gesamte dritte Teilmodul kippbar ist. Im vierten Zwischen-Schritt RZ4 werden die erste, die zweite und die dritte Vertikal-Gelenk-Einheit so gesteuert, dass das dritte Teilmodul nach unten gekippt wird und dass das gesamte zweite Teilmodul parallel zu der zu erreichenden Oberfläche ist. Im fünften Zwischen-Schritt RZ5 fährt das Fahrzeugsystem das vierte Teilmodul und die dritte Vertikal-Gelenk-Einheit über die die Stufe heraus, sodass das gesamte vierte Teilmodul kippbar ist. Im sechsten Zwischen-Schritt RZ6 werden die zweite und die dritte Vertikal-Gelenk-Einheit so gesteuert, dass das vierte Teilmodul nach unten gekippt wird und dass das gesamte dritte Teilmodul parallel zu der zu erreichenden Oberfläche ist. Im ersten End-Schritt RE1 fährt das Fahrzeugsystem auf der zu erreichenden Oberfläche so lange in Fahrtrichtung nach vorne, bis das vierte Teilmodul auf der Oberfläche auflegbar ist, um die dritte Vertikal-Gelenk-Einheit im End-Schritt RE2 nach unten zu kippen, sodass sich das gesamte Fahrzeugsystem auf der Unterseite der Stufe befindet. 4 Figure 10 illustrates the substeps of the methodology for the modular vehicle system necessary to go down one level. The sequence of steps is similar to the procedure of the previous example. After the vehicle system 1 has detected the stage in a first preliminary step V1 and the control unit 40 in a second pre-step V2 has set an overcoming path, the vehicle system approaches the stage in the first initial step RA1, and controls the wheel units, so that the front sub-module and the front vertical joint unit protrude beyond the stage, so that front partial module is tiltable. In the second initial step HA2, the first vertical joint unit tilts the front sub-module down so that the foremost wheel rests on the surface to be reached (ie, the bottom of the step). In the first intermediate step RZ1, the vehicle system drives the second front-most sub-module and the second vertical-joint unit over the step, so that the entire second sub-module is tiltable. In the second intermediate step RZ2, the first and second vertical joint units are controlled so that the second sub-module is tilted down so that the entire first sub-module is parallel to the surface to be reached. In the third intermediate step RZ3, the vehicle system drives the third submodule and the third vertical articulated unit out of the step, so that the entire third submodule is tiltable. In the fourth intermediate step RZ4, the first, second and third vertical joint units are controlled so that the third sub-module is tilted down and that the entire second sub-module is parallel to the surface to be reached. In the fifth intermediate step RZ5, the vehicle system drives the fourth sub-module and the third vertical-joint unit beyond the step, so that the entire fourth sub-module is tiltable. In the sixth intermediate step RZ6, the second and third vertical joint units are controlled so that the fourth sub-module is tilted down and that the entire third sub-module is parallel to the surface to be reached. In the first end step RE1, the vehicle system travels forward in the direction of travel on the surface to be reached until the fourth submodule can be placed on the surface in order to tilt the third vertical articulated unit down in the end step RE2, the entire vehicle system is on the bottom of the step.

Die beiden Verfahrensabläufe wurden in der Beschreibung anhand der bevorzugten Ausführungsform, mit vier Teilmodulen beschrieben. Falls die Minimalausführung mit drei Teilmodulen vorliegt, fallen zwei der Zwischen-Schritte in 3 und 4 weg. Sollten Ausführungen mit mehr Teilmodulen vorliegen, werden pro Teilmodul zwei zusätzliche Zwischen-Schritte benötigt.The two procedures have been described in the description of the preferred embodiment with four sub-modules. If the minimum version has three sub-modules, two of the intermediate steps will be included 3 and 4 path. If versions with more submodules are available, two additional intermediate steps are required per submodule.

Mit den beschriebenen Schritten ist es auch möglich andere Hindernisse, insbesondere Löcher zu überwinden. Hierbei wird zunächst das erste Teilmodul gemäß Anfangs-Schritt HA1 nach oben gekippt, dann fahren die Radeinheiten an den Rand des Loches heran, sodass jedoch das zweite Rad noch sicher auf der Oberfläche aufliegt. Danach wird das vordere Teilmodul nach unten gekippt (ähnlich zu End-Schritt RE2) und das Fahrzeugsystem kann das Loch passieren.With the described steps it is also possible to overcome other obstacles, especially holes. In this case, first the first submodule is tilted upward in accordance with the initial step HA1, then the wheel units approach the edge of the hole so that the second wheel still rests securely on the surface. Thereafter, the front sub-module is tilted down (similar to end-step RE2) and the vehicle system can pass the hole.

Des Weiteren ist es auch möglich, dass insbesondere bei längeren Anordnungen, mehrere Teilmodule auf einmal bewegt werden, um höhere Stufen oder größere Löcher zu überwinden, wobei sich hierbei der Schwerpunkt des Systems immer klar zwischen den Teilmodulen auf einer Oberfläche befinden muss, sodass ein stabiles Gleichgewicht erreicht wird.Furthermore, it is also possible that, especially for longer arrangements, several sub-modules are moved at once to overcome higher levels or larger holes, in which case the center of gravity of the system must always be clearly located between the sub-modules on a surface, so that a stable Balance is achieved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Modulares Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen Modular vehicle system for overcoming obstacles
1111: Erstes Basismodul First basic module
1212: Zweites Basismodul Second base module
1313: Drittes Basismodul Third base module
1414: Viertes Basismodul Fourth base module
2020: Vertikal-Gelenk-Einheit Vertical hinge unit
2121: Erste Gelenkbuchse First joint socket
2222: Zweite Gelenkbuchse Second joint bush
2323: Gelenkachse joint axis
2525: Strombetriebene Gelenkaktorik Current-driven joint actuator
3030: Rad-Einheit Wheel assembly
3131: Antriebsrad drive wheel
3232: Radbelag wheel surface
3535: Radantriebs-Einheit Wheel drive unit
4040: Steuerungs-Einheit Control unit
5050: Mobile Stromversorgung Mobile power supply
100100: Sensor sensor
200200: Sende-Einheit Transmitting unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2093026 A1 [0004] EP 2093026 A1 [0004]
US 2007/0235238 A1 [0005] US 2007/0235238 A1 [0005]

Claims

Modulares Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen (1), umfassend: – mindestens drei Teilmodule (11, 12, 13), mit mindestens vier Rad-Einheiten (30), die jeweils mindestens zwei Antriebsräder (31) umfassen; – mindestens eine Radantriebs-Einheit (35), um die Rad-Einheiten (30) anzutreiben; – mindestens zwei Vertikal-Gelenk-Einheiten (20) mit jeweils einer Gelenkaktorik (25), die zwischen den Teilmodulen (11, 12; 12, 13) angeordnet sind, um jeweils zwei benachbarte Teilmodule (11, 12; 12, 13) kettenförmig zu Verbinden und um die Teilmodule (11, 12, 13) vertikal zu kippen; – mindestens eine Steuerungs-Einheit (40), welche die Rad-Einheiten (30) und Gelenk-Einheiten (20) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass – die Antriebsräder (31) des in Fahrtrichtung ersten Teilmoduls, so angeordnet sind, dass durch vertikales Bewegen des ersten Teilmoduls und Heranfahren des modularen Fahrzeugsystems (1), die Antriebsräder (31) des ersten Teilmoduls auf einer zu erreichenden Oberfläche auflegbar sind; – die Steuerungs-Einheit ausgebildet, um die Antriebsräder (31) des in Fahrtrichtung vorderen Teilmoduls auf die zu erreichende Oberfläche aufzulegen und nach dem Auflegen, die Rad-Einheiten (30) und die Vertikal-Gelenk-Einheiten (20) so anzusteuern, dass die verbleibenden Teilmodule auf die zu erreichende Oberfläche geführt werden, und wobei eines oder mehrere der letzten Teilmodule erst dann angehoben werden, wenn sich der Schwerpunkt des modularen Fahrzeugsystems (1) zwischen zwei Rad-Einheiten (30) befindet, die sich auf der zu erreichenden Oberfläche befinden, wodurch das letzte Teilmodule ohne Kippen des modularen Fahrzeuges anhebbar und nachführbar ist.Modular vehicle system for overcoming obstacles ( 1 ), comprising: - at least three sub-modules ( 11 . 12 . 13 ), with at least four wheel units ( 30 ), each having at least two drive wheels ( 31 ); At least one wheel drive unit ( 35 ) to the wheel units ( 30 ) to drive; - at least two vertical joint units ( 20 ), each with a joint ( 25 ) between the submodules ( 11 . 12 ; 12 . 13 ) are arranged to each two adjacent sub-modules ( 11 . 12 ; 12 . 13 ) to connect in a chain and around the sub-modules ( 11 . 12 . 13 ) to tilt vertically; At least one control unit ( 40 ), which the wheel units ( 30 ) and joint units ( 20 ), characterized in that - the drive wheels ( 31 ) of the first sub-module in the direction of travel, are arranged such that by moving the first sub-module vertically and approaching the modular vehicle system ( 1 ), the drive wheels ( 31 ) of the first sub-module can be placed on a surface to be reached; The control unit is designed to support the drive wheels ( 31 ) of the front part module in the direction of travel to the surface to be reached and after laying, the wheel units ( 30 ) and the vertical joint units ( 20 ) so that the remaining sub-modules are guided to the surface to be reached, and wherein one or more of the last sub-modules are lifted only when the center of gravity of the modular vehicle system ( 1 ) between two wheel units ( 30 ), which are located on the surface to be reached, whereby the last sub-modules can be raised and tracked without tilting the modular vehicle.

Modulares Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens ein viertes Teilmodul (14), wobei das vierte Teilmodul (14) durch mindestens eine dritte Vertikal-Gelenk-Einheit (20) mit einer Gelenkaktorik (25) mit den mindestens drei anderen Teilmodulen (11, 12, 13) verbunden ist.Modular vehicle system for overcoming obstacles ( 1 ) according to claim 1, characterized by at least a fourth partial module ( 14 ), the fourth sub-module ( 14 ) by at least one third vertical joint unit ( 20 ) with a joint actuator ( 25 ) with the at least three other sub-modules ( 11 . 12 . 13 ) connected is.

Modulares Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine mobile Stromversorgung (50), die vorzugsweise als Batterie und/oder Akku ausgebildet ist, oder durch ein nachgeführtes Stromkabel eine Stromversorgung erfolgt.Modular vehicle system for overcoming obstacles ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by at least one mobile power supply ( 50 ), which is preferably designed as a battery and / or rechargeable battery, or by a tracked power cable is a power supply.

Modulares Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet, durch mindestens eine Sende-Empfangs-Einheit (200), die auf einem Teilmodul angeordnet ist, und die zur Fernsteuerung dient.Modular vehicle system for overcoming obstacles ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by at least one transceiver unit ( 200 ), which is arranged on a sub-module, and which serves for remote control.

Modulares Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass mindestens ein Teilmodul Wartungswerkzeuge, Analysewerkzeuge, Reinigungsvorrichtungen und/oder eine Kamera aufweist.Modular vehicle system for overcoming obstacles ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one sub-module has maintenance tools, analysis tools, cleaning devices and / or a camera.

Modulares Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor (100), der als optischer Sensor und/oder akustischer Sensor und/oder haptischer Sensor ausgeprägt ist, und angeordnet und ausgebildet ist, um das Hindernis zu erfassen.Modular vehicle system for overcoming obstacles ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by at least one sensor ( 100 ), which is pronounced as an optical sensor and / or acoustic sensor and / or haptic sensor, and arranged and adapted to detect the obstacle.

Modulares Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Radbelag (32), der aus einem abriebarmen Material besteht, insbesondere Titan oder einer Titanlegierung.Modular vehicle system for overcoming obstacles ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by a wheel pad ( 32 ), which consists of a low abrasion material, in particular titanium or a titanium alloy.

Modulares Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine zusätzliche Horizontal–Vertikal-Gelenk-Einheit und eine dazugehörige Gelenkaktorik, um das Fahrzeugsystem zusätzlich auch in horizontaler Richtung zu steuern.Modular vehicle system for overcoming obstacles ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by at least one additional horizontal-vertical joint unit and an associated Gelenkaktorik to additionally control the vehicle system in the horizontal direction.

Modulares Fahrzeugsystem zum Überwinden von Hindernissen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Teilmodul, das eine Verlängerungseinheit umfasst, um die Länge des Teilmoduls zu variieren.Modular vehicle system for overcoming obstacles ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by at least one sub-module, which comprises an extension unit in order to vary the length of the sub-module.

Verfahren zum Überwinden eines Hindernisses mit dem modularen Fahrzeugsystem nach einem der vorherigen Fahrzeugsystem-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Erkennen des zu überwindenden Hindernisses durch die Steuerungs-Einheit (Schritt V1); b. Entscheiden des Überwindungsweges, anhand des vorherigen Erkennens, durch die Steuerungs-Einheit (Schritt V2); c. Steuern der Vertikal-Gelenk-Einheit des in Fahrtrichtung vorderen Teilmoduls und der Rad-Einheiten, um das in Fahrtrichtung vordere Teilmodul auf einer Oberfläche des Hindernisses aufzulegen (Schritte HA1, HA2; RA1, RA2); d. schrittweise Steuern der Gelenk-Einheiten und der Rad-Einheiten, der nachfolgenden Teilmodule, um die nachfolgenden Teilmodule modulweise auf die Oberfläche des Hindernisses zu befördern, wobei das letzte Teilmodul erst angehoben wird, wenn der Schwerpunkt zwischen zwei Rad-Einheiten liegt, die sich auf der Oberfläche des Hindernisses befinden. Method for overcoming an obstacle with the modular vehicle system according to one of the preceding vehicle system claims, characterized in that the method comprises the following steps: a. Recognizing the obstacle to be overcome by the control unit (step V1); b. Deciding the overcoming path, based on the previous recognition, by the control unit (step V2); c. Controlling the vertical joint unit of the forward directional sub-module and the wheel units to launch the forward-facing sub-module on a surface of the obstacle (steps HA1, HA2; RA1, RA2); d. stepwise controlling the articulating units and the wheel units, the subsequent sub-modules to convey the subsequent sub-modules in modules on the surface of the obstacle, wherein the last sub-module is lifted only when the center of gravity is between two wheel units, based on the surface of the obstacle.

Verfahren zum Überwinden eines Hindernisses mit dem modularen Fahrzeugsystem nach Anspruch 10, wobei der letzte Schritt des Verfahrens das iterative Ausführen der folgenden Teilschritte umfasst: d1. Steuern der mindestens zwei Gelenk-Einheiten der jeweils anzuhebenden bzw. abzusenkenden Teilmodule, durch die Steuerungs-Einheit, um diese Teilmodule anzuheben bzw. abzusenken (Schritte HA1, HA3, HA5, HE1; RA2, RA4, RA6, RE2); und d2. Steuern der Radeinheiten, durch die Steuerungs-Einheit, um das modulare Fahrzeugsystem nach vorne zu bewegen (Schritte HA2, HA4, HA6, HE2; RA1, RA3, RA5, RE1).A method of overcoming an obstacle with the modular vehicle system of claim 10, wherein the last step of the method comprises iteratively performing the following substeps: d1. Controlling the at least two joint units of the sub-modules to be lifted and lowered, respectively, by the control unit to raise and lower those sub-modules (steps HA1, HA3, HA5, HE1, RA2, RA4, RA6, RE2); and d2. Controlling the wheel units by the control unit to move the modular vehicle system forward (steps HA2, HA4, HA6, HE2, RA1, RA3, RA5, RE1).

Verfahren zum Überwinden eines Hindernisses mit dem modularen Fahrzeugsystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei niemals mehr als zwei Teilmodule des modularen Fahrzeugsystems nicht auf einer Oberfläche aufliegen.A method of overcoming an obstacle with the modular vehicle system of claim 10 or 11, wherein never more than two sub-modules of the modular vehicle system do not rest on a surface.

Verfahren zum Überwinden eines Hindernisses mit dem modularen Fahrzeugsystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei sich mehrere Teilmodule des modularen Fahrzeugsystems in der Luft befinden können, solange sich das modulare Fahrzeugsystem stabil auf mindestens einer Oberfläche befindet.A method of overcoming an obstacle with the modular vehicle system of claim 10 or 11, wherein a plurality of submodules of the modular vehicle system may be in the air as long as the modular vehicle system is stably located on at least one surface.