专利名称：自主车辆、附属挂车和自主运输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自主车辆、一种附属的挂车和一种具有这种自主车辆和挂车的自主运输系统。
背景技术：
在专利文献WO 2007047514A2中描述了用于从一个地点到另一个地点自动跟踪或输送货物的一种系统、一种方法和一种装置。在此所使用的是一种具有牵引车和悬挂车辆的机器人装置。在牵引车或车辆的计算机中存储有建筑和车道的平面图，系统可以根据该平面图从一个地点移动到另一个地点。同时输送车辆接收各种传感器和扫描仪的数据，以便能够准确地追随预定的车道。该系统有利地包括无线网络，用以使一个或多个牵引车能够与基站进行通讯。
发明内容
本发明的目的在于提出一种自主车辆、一种附属挂车和一种具有这种自主车辆和挂车的自主运输系统，它能够以经济的方式安全运行。本发明的目的通过一种自主车辆实现，该自主车辆包括:车辆主体；具有至少一个驱动轮的车盘；用以将挂车联接在自主车辆上的联接器；和至少一个进行非接触式检测的距离传感器，该距离传感器被设计用于沿至少一个发射方向发射信号并这样设置在自主车辆上:使其在低于车辆主体的最大突起部(Erhebung)的高度上发射信号，并且该信号发射方向具有这样的方向分量:该方向分量在自主车辆的俯视图中切割车辆主体的轮廓。非接触式检测的距离传感器用于发现位于自主车辆、挂车和/或自主运输系统的周围环境中的障碍物和/或人员。这种非接触式检测的距离传感器可以设置、特别是固定在车盘、车辆主体和/或自主车辆的壳体上。可以将非接触式检测的距离传感器设计为，例如沿发射方向发射离散的单波束(Einzelstrahl )，并在一个时间进程结束时改变发射方向。因此，例如可以对周围环境的一个扇形区域进行扫描。这种非接触式检测的距离传感器例如可以是激光扫描仪。替代地或附加地可以将非接触式检测的距离传感器设计为，均匀地或以波束的形式发射电波、声波和/或光波。这种非接触式检测的距离传感器例如可以是超声波传感器。各种类型的非接触式检测的距离传感器可以被构造或设计为，不仅用于发射信号，而且还可以相同的方式接收信号，特别是接收被反射的发射信号。车辆主体的最大突起部例如可以由自主车辆的壳体外皮上的最高点构成。替代地,车辆主体的最大突起部例如也可由车盘结构的最高点形成。在本发明的一种特别的扩展方案中，非接触式检测的距离传感器被设计为和/或这样设置在车辆主体上:使其不会突出超过车辆主体的最大突起部。因此，自主车辆可以实现非常紧凑、尤其是平整的结构形式。基于这种非常紧凑的、特别是平整的结构形式，自主车辆特别是可以完全地进入挂车下面。
非接触式检测的距离传感器的发射方向可以具有这样的方向分量:该方向分量在关于自主车辆的俯视图中切割车辆主体的轮廓，这样就可以就障碍物和/或人员或碰撞来监视位于自主车辆或挂车侧面和/或后面的环境。自主车辆可以具有圆形的基本形状并拥有扫描仪。扫描仪为非接触式检测的距离传感器的一种实施方式。非接触式检测的距离传感器例如可以是激光扫描仪或超声波传感器。因此，自主车辆可以被设计为具有驱动车轮或非驱动车轮，以便能够向前、向后以及曲线行进。自主车辆可以设计为，能够在某个位置上围绕中心转动点转动。在中心转动点上可以设置联接器，挂车可以联接在该联接器上。在根据本发明的自主车辆的一种实施方式中，车盘可以通过两个安装在中央的差速驱动的车轮驱动。此外，车盘还可以拥有支撑轮。本发明提出一种自主车辆、一种挂车和一种自主运输系统，其中，被驱动的自主车辆可以与承担负载的挂车分开地设置并根据要求实现联接和脱离。自主车辆可以具有光学扫描仪，以便能够在自由导航时安全地运行。在此，光学扫描仪或至少一个非接触式检测的距离传感器被设计用于:关于障碍物和/或人员而监视自主车辆和/或挂车的周围环境。如果非接触式检测的距离传感器在自主车辆和/或挂车的周围环境中检测到障碍物和/或人员，控制装置可以改变自主车辆或整个自主运输系统的行进运动，或避开障碍物和/或人员，或在它们之前停住。非接触式检测的距离传感器可以设置在自主车辆行进方向上车辆主体的前侧面上，并且发射方向具有与行进方向相反的方向分量。在此，通过非接触式检测的距离传感器可以看到或监视的扇形区段不仅包括在行进方向上的前部区域，即向前的180度空间，而且还包括超出180°的扇形区域，该扇形区域至少部分地朝向后方。在自主车辆上例如可以安装激光扫描仪。当联接承担负载的挂车时，特别是在直线行进时，可以利用该扫描仪监视位于自主车辆前面的、即在行进方向上的整个区域以及在两个方向上向后45°的角度范围。用于检测的距离传感器可以沿位于扇形区段中的发射方向发射信号，该扇形区段从自主车辆的行进方向开始延伸经过从负135度到正135度的角度范围。通过这种从负135度到正135度的角度范围，不仅可以监视或看到指向前方的180度的扇形区域，还可以附加地在自主车辆的左侧和右侧分别监视或看到45度的扇形区域。在本发明的一种变形中，代替左侧和右侧的45度的附加扇形区域的是，可以设置例如只有30度或超过45度的附加区域。自主车辆可以被设计为，在其表面上具有留空，由此例如可以使非接触式检测的距离传感器的激光束不受阻碍地从侧面向后方穿过。自主车辆的向前行进一般可以通过扫描仪所指向的方向加以定义。换句话说，可以将扫描仪，即非接触式检测的距离传感器设置在自主车辆的正面。在所有根据本发明的实施方式中，车辆主体可以具有以下基本形状的壳体:位于非接触式检测的距离传感器的发射方向上的部分被空出。为此，壳体可以具有例如阶梯状和/或槽状的留空，这使得由非接触式检测的距离传感器发出的信号能够在自主车辆的壳体和/或车辆主体上被引导从旁边穿过该阶梯状和/或槽状的留空。自主车辆的壳体或车辆主体也可以具有相应成形的外表面，以代替留空。
在所有根据本发明的实施方式中，车盘可以被设计为，使自主车辆围绕联接器的垂直对称轴转动。由此可以使自主车辆在所联接的挂车下面转动，而挂车本身不会从所在地移动。车盘可以被设计为，或者说可以将车轮设置为，使自主车辆围绕联接器的垂直对称轴转动。本发明的目的还通过一种挂车实现，该挂车具有:配对联接器，用于与特别如上述一个或多个实施方式中所述的自主车辆的联接器联接；支承底座；四个无驱动轮，其中每一个都围绕转动轴可转动地安装在车轮轴承结构上；和使车轮轴承结构与支承底座相连接的挂车车盘，在此将挂车车盘设计为，在车轮和支承底座之间形成透光性的间隙空间，用于自主车辆的非接触式检测的距离传感器的信号。支承底座可以由例如具有矩形轮廓的简单的板构成。但是支承底座也可具有任意其它的形状，并特别是被构造为浴盆状的和/或具有连接装置，通过该连接装置可以将上部构件，例如部分搁架、抽屉、小室和/或用于挂挡系统(、I IaiIgeregistersysieine 固定在
支承底座上。间隙空间可以由位于车轮上边缘和挂车底面之间的空隙形成。如果车轮设置在挂车的平面轮廓之外，则间隙空间可以由位于挂车底面和挂车的行车道之间的空隙形成。挂车车盘可以被设计为具有透光性的间隙空间，用于由联接在配对联接器上的自主车辆的非接触式检测的距离传感器沿位于扇形区段中的发射方向发出的信号，该扇形区段从自主车辆的行进方向开始延伸经过从负135度到正135度的角度范围。在所有的根据本发明的挂车的实施方式中，车轮和/或车轮轴承结构的转动轴可以被定向为，平行于支承底座的直的前边缘和/或直的后边缘，支承底座特别是具有矩形的外周轮廓，前边缘和/或后边缘相对于挂车车盘的行进方向垂直延伸，并将转动轴直接设置在该前边缘和/或后边缘的下方或设置在支承底座的外周轮廓之外。挂车可以被设计为，使其在一侧仅具有两个可自由转动的非转向轮，并在另一侧具有两个刚性支脚。在这种实施方式中，可以将挂车设计为，其仅在一侧具有两个自由的非转向轮，并在另一侧具有两个支脚。支脚可以在底面上成圆锥形地会聚。由此可以使车辆在相应构成的接收位置中居中。在这种实施方式中，可以将挂车设计为，使车轮或者替代地使挂车的刚性支脚在自主车辆对接的一侧回折。回折运动可以通过使自主车辆的联接器或柱塞(Stempel)进入挂车的配对联接器或配对组件或容纳器中而引发。在一种实施方式中，可以将挂车设计为，其具有接触式检测的传感器，例如触碰传感器，用于检测挂车在不能利用激光扫描仪查看的位置上的碰撞。触碰传感器可以围绕挂车环绕地设置。触碰传感器的信号可以通过安全技术进行检测和/或分析。挂车可以配备制动器，当自主车辆通过联接器或柱塞使挂车升高时，该制动器被打开。在此可以通过不同的方式建立对制动器的操作。例如可以将制动器的操作设置在挂车的车轮和自主车辆之间。替代地可以将制动器的操作设置在挂车的底部和自主车辆之间。本发明的目的还通过一种自主运输系统实现，该自主运输系统具有如上述一个或多个实施方式中所述的自主车辆以及具有如上述一个或多个实施方式中所述的挂车。挂车例如具有四个可自由转动的非转向轮。为了能够曲线行进，挂车的车轮在自主车辆通过其联接器与配对联接器对接的一侧始终被自主车辆抬高。自主运输系统可以具有测量装置，其被设计用于:通过测量联接器和配对联接器的位置，确定通过自主车辆的第一定向和挂车的第二定向调整的转向角度。自主运输系统可以被设计为,通过附加的传感器确定自主车辆和挂车之间的转向角度。借助于至少一个用于确定自主车辆和挂车之间的转向角度的附加传感器，可以确定、特别是测量挂车关于自主车辆的姿势或位置。在一种实施方式中，该传感器可以设置在挂车的配对联接器的定位销(Aufnahmebolzen)的区域中。了解挂车姿势的重要性在于，能够避免挂车在自主车辆的行驶移动中与障碍物发生碰撞。特别是在自主车辆的里程表不是很准确和/或具有较低的分辨率时会存在危险。在这种情况下，在自主车辆和挂车之间可能会出现未知的状态。通过使用上述传感器可以消除这种不准确性。在所有根据本发明的自主运输系统的实施方式中，自主运输系统可以具有控制装置，该控制装置被设计为:借助于自主车辆的非接触式检测的距离传感器或其他的传感器、特别是其他的非接触式检测的距离传感器，检测挂车的组件，特别是支承底座、挂车车盘、车轮和/或至少一个安装在挂车上的反射标记关于自主车辆的位置，从而确定通过自主车辆的第一定向和挂车的第二定向调整的转向角度。挂车可以具有两个接收位置，即用于接收自主车辆的联接器或柱塞的配对联接器。其中一个联接器可以中心地位于挂车一侧的车轮之间，而另一个联接器可以中心地位于挂车另一侧的车轮之间。由此使得自主车辆可以在挂车的两个侧面上对接，即在挂车的正面和背面上对接，从而使挂车能够沿两个方向运动。在自主车辆拉动挂车的运动过程中，自主车辆总是执行向前行进。自主车辆可以在挂车下面从前面的一个对接位置向后面的另一个对接位置运动。自主车辆在挂车下面的运动不可能存在与自主运输系统周围环境中的相关障碍物或人员发生碰撞的危险，因为自主车辆在此没有突出超过挂车的轮廓。在此，自主车辆也可以围绕其自身转动，并从挂车的一侧到挂车的另一侧重新定位。自主车辆可以在两个挂车车盘半部(Anhangerfahrwerksh a I fte η )之间向挂车的两侧运动。自主车辆因此可以不再与位于挂车旁边的物体或人员发生碰撞。当自主车辆向其中一个对接位置运动时，自主车辆有可能在运动的最后部分中在挂车的任意一个前侧面上从挂车的下面向前伸出。该用于对接的最后一段运动可以通过自主车辆的非接触式检测的距离传感器或扫描仪加以保护。在所有根据本发明的自主运输系统的实施方式中，控制装置可以被设计为:在借助于非接触式检测的距离传感器关于障碍物监视周围环境的导航运行期间，利用非接触式检测的距离传感器识别挂车的组件，特别是支承底座、挂车车盘、车轮和/或车轮轴承结构，并在监测障碍物的过程中将它们滤除。为了能够使挂车更加稳定，可以在间隙空间的开口端部上安装加固支撑件，特别是较薄的支撑件。但是这些支撑件会被激光扫描仪识别为障碍物并损害到保护区域，从而使自主车辆的驱动被关闭。如果例如通过上述传感器已经得到挂车的位置，并因此也得到支撑件关于自主车辆的位置，则由非接触式检测的距离传感器的信号可以识别出支撑件并将其滤除。由此使支撑件在对保护区域的监视过程中不再被视为障碍物。在此，尽管保护区域不是连续的，但是当支撑件足够薄时，在相关的距离上阴影是很小的，使得人员仍然能够由其他的激光束来进行识别。因此总体而言可以确认的是:传感器能够以安全技术实现。这样，对保护区域的监视也应该以安全技术实现。在一种实施方式中，自主车辆可以被设计为，感应地实现从外部向自主车辆的电流传输。在一种替代的或附加的实施方式中，自主车辆可以被设计为，借助于感应的或光学的路径控制(Spurfiihrung)实现自动导航。根据本发明的挂车可用于实现不同的功能。这种挂车可用于材料运输。在这种挂车上可以设置至少一种工件载体。这种挂车可以用作静止机器的工作面。这种挂车可以具有工作台，该工作台特别是具有自身的功能。可以将机器人设置在这种挂车上。在这种挂车上可以设置处理系统(Handhabungssystem),特别是具有多个轴的处理系统。可以将挂车设计为，能够用于运输例如食品或药物。这种食品车或药物车例如可以在医院中由自主运输系统使用。自主运输系统或自主车辆和/或挂车可以与各种蓄能器相连接。蓄能器例如可以是电池、蓄电池和/或双层电容器。还可以通过感应触点或滑动触点向自主车辆和/或挂车供应能源。挂车可以在其工作位置上例如通过侧向引导和/或居中，特别是从外面被机械地定位。在一种实施方式中，可以将挂车设计为，其在角上、特别是在位于自主车辆实现对接的一侧的角上具有反射标记，这种反射标记例如可以具有细长的形状并特别可以是较薄的。在本发明的这种实施方式中，这种反射标记包含在激光扫描仪的视野中，并因此可以确定挂车相对于车辆的角位置。挂车还可以被设计为，其具有附加的主动转向后轮，这些后轮通过自主车辆和挂车之间的转向角加以控制。在一种实施方式中，可以将自主运输系统设计为，挂车是一种例如在医院中使用的病床。因此，该自主运输系统可以用于运送病床。一种可能的应用是将病人运送到手术室中。在侧面超出自主车辆的挂车的转动点在曲线行进中总是位于后轮的转动轴上。这样做的结果是使挂车在曲线行进中不会在曲线外侧向外摆动，从而在转弯时对位于该区域中的人员或物体不会造成危险。其结果是:利用这种自主运输系统，能够使在侧面位于壁上的挂车随着曲线行进从壁上被拉开，而不会在此引起碰撞。还有一种最小可能的情况就是受自主车辆驱动的挂车的转动运动，在此，转动点位于两个后轮的中间。在一种实施方式中，挂车可以被设计为，在进行放射性检测或治疗时利用其运送病人。通过使用自主运输系统，医务人员将不再需要进入到辐射源附近以将病人送往那里或者将病人从那里带出。在根据本发明的一种实施方式中，自主运输系统可以具有挂车，该挂车优选在俯视图中为矩形或正方形的挂车的四个角区域中具有至少一个、特别是四个被设计为标记体的反射标记，在此，将至少一个标记体设计为，可以通过自主车辆的非接触式检测的距离传感器加以识别并通过控制装置进行分析，由此可以防止在挂车和自主车辆之间的碰撞。因此，例如可以在挂车的角上安装标记体，其可以通过自主车辆的非接触式检测的距离传感器、特别是激光扫描仪加以识别。标记体例如可以涂有反光材料。标记体可以通过自主车辆加以识别，而与自主车辆相对应的控制装置可以在该实施方式中防止自主车辆与挂车发生碰撞。在一种扩展方案中，优选至少一个标记体可以从非接触式检测的距离传感器的视界中自动向外移动、特别是向外摆动地安装在挂车上。在一种实施方式中，当自主车辆对接在挂车上时，自主车辆的联接器可以从下面缩回到挂车的容纳器中。然后，该可缩回的联接器将挂车的对应于联接地点的一侧轻微向上升起。就此而言，该联接地点位于自主车辆所在一侧的范围内。在这样的联接过程中，可以在挂车中启动一种装置，尤其是机械装置，该装置可以使标记体在自主车辆实现对接的一侧运动，特别是折拢、向内摆动或回缩。出于这个原因，标记体在运行中不会被看作是自主车辆的非接触式检测传感器、特别是激光扫描仪的可视范围内的障碍物。标记体可以被可驶出地保留在背面，也就是在挂车的背对自主车辆的一侧上或与已联接的自主车辆相对的一侧上。此外它们还表示安全性，由此没有其他的自主车辆与挂车相撞。在一种替代的或附加的实施方式中，自主运输系统的自主车辆可以具有控制装置，用于根据挂车和自主车辆之间的角位置预先设定不同的保护区域，可以通过非接触式检测的距离传感器监视该保护区域是否有物体侵入。除了速度以及挂车和自主车辆之间的角度之外，自主车辆的保护区域还取决于是否联接了挂车。在没有挂车的情况下，保护区域可以与自主车辆一样宽，也就是说，自主车辆可以以直线运动从下面通过停放的挂车，而下翻的挂车标记体不会伸入到保护区域中，即侵犯保护区域。而在联接挂车之后，保护区域例如可以至少根据挂车的宽度而加宽。自主运输系统可以具有设置在挂车中的装置，特别是机械装置，用于在联接过程中启动标记体在自主车辆对接一侧的运动，特别是折拢、向内摆动或回缩。在另一种实施方式中，自主运输系统具有与自主车辆相连接的、特别是以安全技术实现的传感器装置，其与和挂车相连接的标记物一起构成一种确定装置，用于将自主车辆所拥有的关于挂车的行进方向角度与多个预先设定的行进方向角度范围中的一个相对应。在此，传感器装置可以具有三个接近开关，它们彼此等间距地设置在关于自主车辆的转动点相同的半径上，并且挂车具有沿接近开关的方向伸出的圆弧段、尤其是圆弧段形状的板状突起(Blechvorsprung)作为标记物,该圆弧段的弧长与接近开关一起定义了行进方向角度范围。因此，例如可以将第一行进方向角度范围定义为负5度到正5度，其基本上对应于自主运输系统的直线行进。例如可以将第二行进方向角度范围定义为正6度到正50度，其基本上对应于自主运输系统的较大程度的曲线行进。第三行进方向角度范围例如可以被定义为正51度到正95度，其基本上对应于自主运输系统的较小程度的曲线行进。附加地，例如可以将第四行进方向角度范围定义为正95度到正180度，其基本上对应于自主运输系统的向后移动。根据这些预先设定的行进方向角度范围，例如可以在自主车辆上安装三个接近开关，它们关于自主车辆的转动点以45度角的间隔彼此分开地设置在同一圆弧段上，即设置在相同的半径上。标记物，特别是圆弧段形状的板状突起，在此可以在挂车上围绕转动点延伸经过约90度。因此，在第一行进方向角度范围中，所有三个接近开关可以都位于标记物的弧形段的内部，在此，所有的三个接近开关都提供信号。在第二行进方向角度范围中，三个接近开关中有一个从标记物的弧形部分离开，从而只有剩下的两个接近开关提供信号，而一个接近开关不提供一个信号。在第三行进方向角度范围中，三个接近开关中有两个从标记物的弧形部分离开，因此只有剩余的一个接近开关提供信号，而另外两个接近开关不提供信号。在第四行进方向角度范围中，所有三个接近开关都从标记物的弧形部分离开，因此三个接近开关都不提供信号。这种关系用于描述例如右侧的180度角度范围。这同样也适用于左侧的从O度到负180度的角度范围，因此在所描述的实施例中总共(即以360度考虑)给出了七个行进方向角度范围。各个行进方向角度范围可以对应根据本发明所述的不同的保护区域。传感器装置、特别是接近开关可以是初始器(Initiatoren)。传感器装置、特别是接近开关可以无接触地响应。例如，接近开关可以是电容传感器、电感传感器、磁性传感器、包括霍尔效应传感器，和/或光学传感器。传感器装置、特别是接近开关可以安全技术构成，即，接近开关例如可以冗余地和/或多样化地实现。如上所述，自主运输系统可以具有标记物和传感器装置，其中，传感器装置与控制装置相连接，控制装置被设计为:根据基于所拥有的挂车和自主车辆之间的行进方向角度所确定的瞬时行进方向角度范围，从不同的保护区域中选择出与该瞬时行进方向角度范围对应的保护区域，通过非接触式检测的距离传感器监视该保护区域是否有物体侵入。
在附图中示出了本发明的各种实施例，这些附图示出了根据本发明的自主车辆、附属的挂车和具有这种自主车辆和挂车的自主运输系统。其中:图1示意性示出了从上方观察的根据本发明的自主车辆的一种实施方式的透视图；图2示意性示出了从下方观察的如图1所示的自主车辆的透视图；图3示出了根据本发明的自主运输系统的俯视图，其中包括如图1所示的自主车辆和根据本发明的挂车的部分视图；图4示意性示出了从下方观察到的根据本发明的挂车的透视图；图5示出了如图3所示自主运输系统的侧视图；图6示出了如图3所示自主运输系统的底视图；图7a示出了从前面观察到的如图3所示自主运输系统的透视图，其具有根据本发明的反射标记；图7b示出了从前面观察到的在一种具有可上翻车轮的变形中的自主运输系统的透视图；图8示出了如图3所示的自主运输系统的局部底视图，其具有通过挂车车盘的腹板(Steg)的较大的底纹；图9示出了如图3所示的自主运输系统的局部底视图，具有通过挂车车盘的腹板的较小的底纹；图1Oa到图1Oc示意性示出了不连接挂车的自主车辆的俯视图，其根据行驶速度具有不同的保护区域；图1la到图1lb示意性示出了连接了挂车的自主车辆的俯视图，其根据行驶速度具有不同的保护区域；图12a到图12d示意性示出了连接了挂车的自主车辆的俯视图，其中示出了在挂车和自主车辆从O度到45度的不同的角位置上的保护区域；图13a到图13d示意性示出了连接了挂车的自主车辆的俯视图，其具有在挂车和自主车辆超过45度的不同的角位置上的保护区域；图14a到图14d示意性示出了另一种连接了挂车的自主车辆的俯视图，其具有在不同的行进方向角度上的传感器装置和标记物。
具体实施例方式在图1中示出了自主车辆I的示例性的实施方式。自主车辆I包括车辆主体2、具有至少一个驱动轮3a的车盘3和用于在自主车辆I上联接挂车5 (图3)的联接器4。自主车辆I具有至少一个非接触式检测的距离传感器6，其被设计为，沿至少一个发射方向S发射信号7。该非接触式检测的距离传感器6这样设置在自主车辆I上:在高度h上发射信号7，该高度h低于车辆主体2的最大突起部H，并且该信号的发射方向S具有方向分量R，该方向分量在自主车辆I的俯视图中切割车辆主体2的轮廓G (图3)。如图1所示，在所示出的实施方式中，非接触式检测的距离传感器6设置在车辆主体I的在自主车辆I的行进方向F上的前侧面8上。在此，根据本发明的非接触式检测的距离传感器6具有发射方向S,该发射方向S具有与行进方向F相反的方向分量R。在所示出的实施例中，车辆主体2由壳体2a构成。壳体2a具有八角形的基本形状。在非接触式检测的距离传感器6的发射方向上的部分9a和部分9b从该八角形的基本形状中空出。在车辆主体2上，联接器4设置在壳体2a的顶面的正中间。自主车辆I可围绕联接器4转动。为此将车盘3设计为，使自主车辆I能够围绕联接器4的垂直对称轴转动。如图2所示，自主车辆I具有车盘3，在此在自主车辆I的后侧面11上安装第一支撑轮10。第一支撑轮10可以是非弹性的。当仅使用该第一支撑轮10时，其将与两个驱动轮3a—起形成三点支撑。该三点支撑的平面的取向可以平行于自主车辆I的顶面。如果自主车辆I联接在根据本发明的挂车5上并且使挂车5在其后并对其进行牵拉，则在自主车辆I上会产生力矩，该力矩确保使自主车辆I平行于地面取向。由此将确保:非接触式检测的距离传感器6或激光扫描仪6a在与挂车5 —起行进期间沿平行于地面延伸的方向发射其信号7。在一种实施方式中，可以将第二支撑轮12设置在前侧面8的区域中并特别是有弹性地悬挂。由此可以调节第二支撑轮12相对于地面的水平高度。在此可以将弹簧力设定为，使具有未加载的挂车的自主车辆I在行进中以所有四个车轮与地面接触。由此在挂车5的无负载运行中也将确保非接触式检测的距离传感器6或激光扫描仪6a平行于地面取向。此外，弹簧力不允许大到使自主车辆I的驱动轮失去与地面的接触。但是在该实施方式中也可以将弹力设计为，使前支撑轮12无弹性，而后支撑轮10有弹性。由此可以在不改变距离传感器6的位置的情况下承受制动力。自主车辆I可以配备制动器，当自主车辆I利用柱塞，也就是联接器4使挂车升高时，制动器被打开。在此，制动器可以不同的方式构成。制动器可以设置在车轮16a、16b、16c、16d和车盘3之间或地面和自主车辆I之间。图3示意性示出了如何将非接触式检测的距离传感器6或激光扫描仪6a设置和/或安装在自主车辆I上。非接触式检测的距离传感器6或激光扫描仪6a沿位于扇形区域K中的发射方向S发射信号7，扇形区域K由自主车辆I的行进方向F开始延伸经过从负135度到正135度的角度范围。如图3所示，在一种实施方式中可以将挂车构造为，使非接触式检测的距离传感器6或激光扫描仪6a能够直至设定的转向角度、也就是自主车辆I和挂车5之间的角度自由地观察。如果自主车辆I相对于挂车5进一步转动，非接触式检测的距离传感器6或激光扫描仪6a将探测到悬挂装置或挂车车盘13，它们可以被控制装置分析成视觉挡块(optische Anschlag)。这种视觉挡块特别是可以以安全技术进行检测并总是位于两个最大值之间。在图4中详细示出了挂车车盘13。挂车5具有配对联接器14，用于联接在自主车辆I的联接器4上。在如图4所示的实施方式中，挂车5包括支承底座15、四个无驱动轮16a、16b、16c、16d，这些无驱动轮分别围绕转动轴可转动地安装在相应的车轮轴承结构17a、17b、17c、17d 上。车轮轴承结构17a、17b、17c、17d通过挂车车盘13与支承底座15相连接。在所示出的实施方式中，挂车车盘13具有两个分别在挂车5的左侧和右侧平行伸展的横向支撑件19a和19b。每个横向支撑件19a、19b通过至少一个横杆、在该实施例中为通过两个横杆20a、20b和21a、21b与支承底座15相连接。挂车车盘13被设计为，在车轮16a、16b、16c、16d和支承底座15之间形成透光性间隙空间18，用于自主车辆I的非接触式检测的距离传感器6的信号7。挂车车盘13被构造为具有用于信号7的透光性间隙空间18，信号7由联接在配对联接器14上的自主车辆I的非接触式检测的距离传感器6沿发射方向S发射，发射方向S位于扇形区域K中，该扇形区域从自主车辆I的行进方向F开始延伸经过从负135度到正135度的角度范围。车轮16a、16b、16c、16d和车轮轴承结构17a、17b、17c、17d的转动轴的取向为，平
行于支承底座15的相对于挂车车盘3的行进方向F垂直延伸的直的前边缘V和直的后边缘HK，支承底座15特别是具有矩形的外周轮廓。如图5所示，在所示出的实施例中，车轮16a、16b、16c、16d和车轮轴承结构17a、17b、17c、17d的转动轴直接设置在前边缘V和后边缘HK的下面。在所示出的实施例中，挂车5被设计为由作为支承底座15的底板组成，在其四个角上设置可自由转动的非转向轮16a、16b、16c、16d。在此这样安装车轮16a、16b、16c、16d并选择其直径:使非接触式检测的距离传感器6或激光扫描仪6a可以如同通过信号方向S所表示的那样越过它们向远处看。此外，挂车车盘13，特别是横杆20a、20b和21a、21b这样安装在车轮16a、16b、16c、16d和车轮轴承结构17a、17b、17c、17d和支承底座15之间:使它们在自主运输系统22直线行进时不会成为非接触式检测的距离传感器6或激光扫描仪6a的障碍物。图5示出了具有自主车辆I和挂车5的自主运输系统22的一个举例。该自主运输系统22具有测量装置23，用于通过测量联接器4和配对联接器14 (如图6以及图7所示)的位置来确定通过自主车辆I的第一定向和挂车5的第二定向调整的转向角。图6示出了从支承底座15的下面看到的配对联接器14，其构成了用于自主车辆I的联接器4的容纳器。为了实现对接，自主车辆I可以驶到挂车5的下面并通过联接器4的柱塞压入配对联接器14的容纳器中。自主车辆I的柱塞可以在挂车5的容纳器中转动。在如图6所示的实施例中，挂车5在底面上具有导向件24a、24b，在这些导向件中自主车辆I或其联接器4可以在其顶面上沿着相应的配对组件、即具有配对联接器14的导向件24a、24b运动。导向件24a、24b在设定的位置上具有留空25，由此使自主车辆I可以在对接位置上围绕自身转动，在此，自主车辆I利用联接器4的柱塞举起挂车5。导向件24a、24b被设置为，确保当在挂车5上对接时对自主车辆I的导入支持，并使自主车辆I能够从一个对接位置转向另一个对接位置。同样，图7a示出了自主车辆I如何能够借助于柱塞式联接器4与挂车5相连接。为此将联接器4中心地固定在车辆主体2、车盘3或壳体2a上。挂车5上的容纳器，即用于柱塞式联接器4的配对联接器14中心地位于挂车5的车轮16a、16b、16c、16d之间，如图6所示。在如图7a所示的实施例中，挂车5具有反射标记26a、26b。反射标记26a、26b在该实施例中构造为短而细的棒条。反射标记26a、26b设置在支承底座15的下面。借助于反射标记26a、26b,自主车辆I可以通过光学设备在挂车5下面巡航。但在另一种实施方式中，反射标记26a、26b也可以例如被安装在挂车车盘13的内侧面上，特别是被安装在挂车5的横杆20a,20b和21a,21b的内侧面上。如图7b所示，挂车5可以不同地构成，从而使车轮16a、16b、16c、16d可以回折离开非接触式检测的距离传感器6的信号7的光学区域。在这种实施方式中，可以将挂车5构造为，挂车5的车轮16a、16b、16c、16d或支脚16e、16f、16g、16h可以在自主车辆I对接的侧面上回折。回折运动可以通过使自主车辆I的联接器或柱塞进入配对组件，也就是挂车5的配对联接器14中而引发。如图8所示，自主车辆I可以在挂车5的下面转动，因为在该实施方式中，自主车辆I最宽的位置也窄于挂车5的车轮间距。当自主车辆I向着其中一个对接位置运动时，如图8所示，自主车辆I有可能在运动的最后部分中在挂车5的任意一个前侧面上从挂车5的下面向前伸出，如图8和图9所示。用于对接的最后一段运动可以通过自主车辆I的非接触式检测的距离传感器6或扫描仪6a来保障。在这段运动中，自主车辆I利用非接触式检测的距离传感器6或扫描仪6a沿行进方向F进行观察，该行进方向也就是接下来的运动方向。由此使自主车辆I在这种针对后续行进的运动中同时被正确地定向，如图9所示。在图1Oa至图13d中示意性地举例示出了根据自主车辆I的速度以及根据挂车5和自主车辆I之间的角位置而构成的不同的保护区域27。图1Oa示出了处于缓慢行进中且没有挂车5的自主车辆I。当缓慢行进时，例如速度可以低于每秒0.3米。保护区域27的宽度至少在很大程度上与自主车辆I的宽度相当。保护区域27沿自主车辆I的行进方向至少基本上延伸经过与自主车辆I的长度和/或宽度相当的路程。保护区域27的外角可以成倒角形或倒圆形。图1Ob示出了处于较快行进中且没有挂车5的自主车辆I。当快速行进时，速度例如可以大于或等于每秒0.3米。保护区域27的宽度至少与自主车辆I的宽度相当。保护区域27沿自主车辆I的行进方向至少延伸经过等于两倍于自主车辆I的长度和/或宽度的路程。如果自主车辆i围绕其自己的轴转动，如图1Oc所示，则保护区域27可以关闭或者是不活跃的。图1la示出了处于缓慢行进中且具有挂车5的自主车辆I。当缓慢行进时，速度例如可以低于每秒0.3米。保护区域27的宽度至少在很大程度上与挂车5的宽度相当或稍微更大。保护区域27沿自主车辆I的行进方向至少基本上延伸经过与自主车辆I的长度和/或宽度相当的路程。图1lb示出了处于较快行进中且具有挂车5的自主车辆I。当快速行进时，速度例如可以大于或等于每秒0.3米。保护区域27的宽度至少与挂车5的宽度相当。该保护区域沿自主车辆I的行进方向至少延伸经过与挂车5的长度一样大的路程。如图12a所示的保护区域27可以至少基本上与如图1la所示的保护区域27相当。图12b示出了在挂车5与自主车辆I之间的角位置为30度时的保护区域27。相对于如图12a所示的保护区域27，如图12b所示的保护区域27在横杆21a的区域中减小了一部分。同时，该保护区域27沿弯曲方向，也就是在所示出的弯曲方向的实施例中向右扩大一部分面积，由于挂车5因为挂车5和自主车辆I之间的角位置而向外摆动，该面积至少基本上与挂车5的宽度相对应。图12c示出了在挂车5与自主车辆I之间的角位置为40度时的保护区域27。相对于如图12a所示的保护区域27，如图12c所示的保护区域27在横杆21a的区域中减少了一部分。同时，该保护区域27沿弯曲方向，也就是在所示出的弯曲方向的实施例中向右扩大一部分面积，由于挂车5因为挂车5和自主车辆I之间的角位置而向外摆动，该面积至少基本上与挂车5的宽度相对应。图12d示出了在挂车5与自主车辆I之间的角位置为45度时的保护区域27。相对于如图12a所示的保护区域27，如图12d所示的保护区域27在横杆21a的区域中减少了一部分。同时，该保护区域27沿弯曲方向，也就是在所示出的弯曲方向的实施例中向右扩大一部分面积，由于挂车5因为挂车5和自主车辆I之间的角位置而向外摆动，该面积至少基本上与挂车5的宽度相对应。如图12b和图12d所示，挂车5的在对角线上彼此相对的角形成干扰轮廓区域，其由经调整后的保护区域27完全覆盖。
从挂车5和自主车辆I之间的角位置大于45度开始，相对于如图12a到图12d所示的扩大的保护区域，保护区域27可以进一步减小。图13a示出了在挂车5与自主车辆I之间的角位置为60度时的保护区域27。相对于如图12d所示的保护区域27，该保护区域27沿弯曲方向，也就是在所示出的弯曲方向的实施例中向右至少部分地又减少了所述扩大的面积部分。同时，该保护区域还可以在自主车辆I的行进方向上再次扩大。图13b示出了在挂车5与自主车辆I之间的角位置为70度时的保护区域27。相对于如图12d所示的保护区域27，该保护区域27沿弯曲方向，也就是在所示出的弯曲方向的实施例中向右至少部分地又减少了所述扩大的面积部分。同时，该保护区域还可以在自主车辆I的行进方向上再次扩大。图13c示出了在挂车5与自主车辆I之间的角位置为80度时的保护区域27。相对于如图12d所示的保护区域27，该保护区域27沿弯曲方向，也就是在所示出的弯曲方向的实施例中向右至少部分地又减少了所述扩大的面积部分。同时，该保护区域还可以在自主车辆I的行进方向上再次扩大。图13d示出了在挂车5与自主车辆I之间的角位置为90度时的保护区域27。相对于如图12d所示的保护区域27，该保护区域27沿弯曲方向，也就是在所示出的弯曲方向的实施例中向右至少部分地又减少了所述扩大的面积部分。同时，该保护区域还可以在自主车辆I的行进方向上再次扩大。如图12a至图13d所示的弯曲方向向右的保护区域27的形状也可以通过相应地镜像反射应用在未示出的弯曲方向向左的行进中。在图14a至图14d中示出了传感器装置28的一种示例性的实施方式，在此，传感器装置28具有三个接近开关28a、28b、28c，它们彼此等间距地以相对于自主车辆I的转动点30相同的半径设置。挂车5具有沿接近开关28a、28b、28c的方向伸出的圆弧段、尤其是圆弧段形状的板状突起29a作为标记物29，该圆弧段的弧长与接近开关28a、28b、28c —起定义了行进方向角度范围。因此，例如可以将第一行进方向角度范围定义为负5度到正5度，其基本上对应于自主运输系统22的直线行进，如图14a所示。第二行进方向角度范围可以被定义为正6度到正50度，其基本上对应于自主运输系统22的较大程度的曲线行进，如图14b所示。第三行进方向角度范围可以被定义为正51度到正95度，其基本上对应于自主运输系统22的较小程度的曲线行进，如图14c所示。附加地可以将第四行进方向角度范围定义为正95度到正180度，其基本上对应于自主运输系统22的向后移动。在预先设定这些行进方向角度范围时，可以在自主车辆I上安装三个接近开关28a、28b、28c，它们可以关于自主车辆I的转动点30以45度角的间隔彼此分开地设置在同一圆弧段上，即相同的半径上。标记物29，特别是圆弧段形状的板状突起29a，在此可以在挂车5上围绕转动点30延伸经过约90度的角。因此，在第一行进方向角度范围中，所有三个接近开关28a、28b、28c可以位于标记物29的弧形段的内部，在此，所有的三个接近开关28a、28b、28c都提供信号。在第二行进方向角度范围中，三个接近开关28a、28b、28c中有一个从标记物29的弧形段离开，从而只有接近开关28a、28b、28c中两个剩下的提供信号，而有一个接近开关28a、28b、28c不提供信号。在第三行进方向角度范围中，三个接近开关28a、28b、28c中有两个从标记物29的弧形段离开，因此只有一个剩下的接近开关28a、28b、28c提供信号，而另外两个接近开关28a、28b、28c不提供信号。在第四行进方向角度范围中，所有三个接近开关28a、28b、28c都从标记物的弧形段离开，因此这三个接近开关28a、28b、28c都不提供信号。
权利要求
1.一种自主车辆，其包括:车辆主体(2);具有至少一个驱动轮(3a)的车盘(3);用以将挂车(5)联接在该自主车辆(I)上的联接器(4);和至少一个非接触式检测的距离传感器(6),其被设计用于沿至少一个发射方向(S)发射信号(7)并这样设置在该自主车辆(I)上:使所述信号(7)在低于所述车辆主体(2)的最大突起部(H)的高度(h)上被发射，并且所述信号的发射方向(S)具有方向分量(R)，该方向分量在所述自主车辆(I)的俯视图中切割所述车辆主体(2)的轮廓。
2.如权利要求1所述的自主车辆，其特征在于，所述非接触式检测的距离传感器(6)在所述自主车辆(I)的行进方向(F)上被设置在所述车辆主体(2)的前侧面(8)上，并且所述发射方向(S)具有与所述行进方向(F)相反的方向分量(R)。
3.如权利要求2所述的自主车辆，其特征在于，所述非接触式检测的距离传感器(6)被设计为，沿位于扇形区段(K)中的发射方向(S)发射信号(7)，所述扇形区段从所述自主车辆(I)的行进方向(F)开始延伸经过从`负135度到正135度的角度范围。
4.如权利要求1至3中任一项所述的自主车辆，其特征在于，所述车辆主体(2)包括具有基本形状的壳体(2a)，其中，位于所述非接触式检测的距离传感器(6)的发射方向(S)上的部分(9a，9b)被空出。
5.如权利要求1至4中任一项所述的自主车辆，其特征在于，所述车盘(3)被设计为，使所述自主车辆(I)围绕所述联接器(4)的垂直对称轴转动。
6.一种挂车，具有:配对联接器(14)，用于与如权利要求1到5中任一项所述的自主车辆(I)的联接器(4)相联接；支承底座(15);四个无驱动轮(16a、16b、16c、16d)，它们分别围绕转动轴可转动地支承在车轮轴承结构(17a、17b、17c、17d)上；和使所述车轮轴承结构(17a、17b、17c、17d)与所述支承底座(15)相连接的挂车车盘(13)，其特征在于，所述挂车车盘(13)设计为，在所述车轮(16a、16b、16c、16d)和所述支承底座(15)之间形成透光的间隙空间(18)，用于自主车辆(I)的非接触式检测的距离传感器(6)的信号(7)。
7.如权利要求6所述的挂车，其特征在于，所述挂车车盘(13)具有间隙空间(18)，该间隙空间是透光的，用于由联接在所述配对联接器(14)上的自主车辆(I)的非接触式检测的距离传感器(6)沿位于扇形区段(K)中的发射方向(S)发出的信号(7)，所述扇形区段从所述自主车辆(I)的行进方向(F)开始延伸经过从负135度到正135度的角度范围。
8.如权利要求6或7所述的挂车，其特征在于，所述车轮(16a、16b、16c、16d)和/或所述车轮轴承结构(17a、17b、17c、17d)的转动轴被定向为，平行于所述支承底座(15)的、特别是具有矩形外周轮廓的支承底座(15)的直的前边缘(V)和/或直的后边缘(HK)，所述前边缘和/或后边缘垂直于所述挂车车盘(13)的行进方向(F)延伸，以及所述转动轴直接设置在所述前边缘(V)和/或所述后边缘(HK)的下方或设置在所述支承底座(15)的外周轮廓之外。
9.一种自主运输系统,具有如权利要求1到5中任一项所述的自主车辆(I)和如权利要求6到8中任一项所述的挂车(5)。
10.如权利要求9所述的自主运输系统，具有测量装置(23)，用于通过测量联接器(4)和配对联接器(14)的位置来确定由所述自主车辆(I)的第一定向和所述挂车(5)的第二定向调整的转向角。
11.如权利要求9或10所述的自主运输系统，具有控制装置，该控制装置被设计为:借助于所述自主车辆(I)的非接触式检测的距离传感器(6)或借助其他传感器、特别是其他非接触式检测的距离传感器(6)，检测所述挂车(5)的组件，特别是支承底座(15)、挂车车盘(13)、车轮(16a、16b、16c、16d)和/或至少一个安装在所述挂车(5)上的反射标记(26a，26b)关于所述自主车辆(I)的位置，来确定由所述自主车辆(I)的第一定向和所述挂车(5)的第二定向调整的转向角。
12.如权利要求9到11中任一项所述的自主运输系统，具有控制装置，该控制装置被设计为:在借助于所述非接触式检测的距离传感器(6)关于障碍物来监视周围环境的导航运行期间，利用所述非接触式检测的距离传感器(6)识别所述挂车(5)的组件，特别是所述支承底座(15)、所述挂车车盘(13)、所述车轮(16a、16b、16c、16d)和/或所述车轮轴承结构(17a、17b、17c、17d)，并在障碍物监视过程中将它们滤除。
13.如权利要求9到12中任一项所述的自主运输系统，其特征在于，所述挂车(5)具有至少一个、特别是四个优选在俯视图中为矩形或正方形的挂车(5)的四个角的区域中被构造为标记体的反射标记(26a, 26b),其中，将该标记体设计为，通过所述自主车辆(I)的非接触式检测的距离传感器(6)来识别并通过所述控制装置进行分析，以防止所述挂车(5)和自主车辆(I)之间的碰撞。
14.如权利要求9到13中任一项所述的自主运输系统，其特征在于，所述至少一个标记体可从所述非接触式检测的距离传感器(6)的视界中优选可自动向外移动地、特别是可向外摆动地设置在所述挂车(5)上。
15.如权利要求9到14中任一项所述的自主运输系统，其特征在于，所述自主车辆(I)具有控制装置，该控制装置被设计为，根据所述挂车(5 )和所述自主车辆(I)之间的角位置来预先设定不同的保护区域，通过所述非接触式检测的距离传感器(6)来监视是否有物体侵入这些保护区域 。
16.如权利要求9到15中任一项所述的自主运输系统，其特征在于，具有设置在所述挂车(5)中的装置，特别是一种机械装置，该机械装置在联接过程中启动所述标记体在所述自主车辆发生对接的一侧的运动，特别是折拢、向内摆动或回缩。
全文摘要
本发明涉及一种自主车辆，其包括车辆主体(2)；具有至少一个驱动轮(3a)的车盘(3)；用以将挂车(5)联接在该自主车辆(1)上的联接器(4)；和至少一个进行非接触式检测的距离传感器(6)，该距离传感器设计用于沿至少一个发射方向(S)发射信号(7)，并这样设置在该自主车辆(1)上使信号(7)在低于车辆主体(2)的最大突起部(H)的高度(h)上发射，并且其发射方向(S)具有方向分量(R)，该方向分量在关于自主车辆(1)的俯视图中切割车辆主体(2)的轮廓。本发明还涉及一种附属的挂车(5)和一种对应的自主运输系统(22)。
文档编号G05D1/02GK103201695SQ201180049697
公开日2013年7月10日 申请日期2011年10月21日 优先权日2010年10月22日
发明者约翰内斯·库尔特, 帕特里克·普法夫, 斯文·布鲁德尼克, 约翰·迈施贝格尔, 温霍尔德·林霍夫, 斯文·哈芬贝格 申请人:库卡试验仪器有限公司