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Title:
DETERMINATION OF MOVEMENTS OF OMNIDIRECTIONAL PLATFORMS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/052863
Kind Code:
A1
Abstract:
A method according to the invention for determining a movement of an omnidirectional platform (1), in particular an omnidirectionally mobile robot, comprises the steps of: capturing (S10) a movement of a first and a second wheel (11, 14) of a first pair of wheels ((11, 14)) and of a first and a second wheel (12, 13) of a second pair of wheels ((12, 13)) of the platform; and determining (S41, S42, S51, S52) a movement of the platform at least in a slip operating mode on the basis of the captured movement of at least the second wheel (14) of the first pair of wheels and of the first and second wheels (12, 13) of the second pair of wheels if a slip of the first wheel (11) of the first pair of wheels is greater than a slip of the second wheel (14) of the first pair of wheels and of the first and second wheels (12, 13) of the second pair of wheels; of at least the first wheel (11) of the first pair of wheels and of the first and second wheels (12, 13) of the second pair of wheels if a slip of the second wheel (14) of the first pair of wheels is greater than a slip of the first wheel (11) of the first pair of wheels and of the first and second wheels (12, 13) of the second pair of wheels; of at least the second wheel (13) of the second pair of wheels and of the first and second wheels (11, 14) of the first pair of wheels if a slip of the first wheel (12) of the second pair of wheels is greater than a slip of the second wheel (13) of the second pair of wheels and of the first and second wheels (11, 14) of the first pair of wheels; and of at least the first wheel (12) of the second pair of wheels and of the first and second wheels (11, 14) of the first pair of wheels if a slip of the second wheel (13) of the second pair of wheels is greater than a slip of the first wheel (12) of the second pair of wheels and of the first and second wheels (11, 14) of the first pair of wheels.

Inventors:
ALLMENDINGER, Felix (Stadtjägerstr. 16a, Augsburg, 86152, DE)
MUNOZ OSORIO, Juan, David (Pilgerhausstr. 34, Augsburg, 86152, DE)
Application Number:
EP2018/073814
Publication Date:
March 21, 2019
Filing Date:
September 05, 2018
Export Citation:
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Assignee:
KUKA DEUTSCHLAND GMBH (Zugspitzstraße 140, Augsburg, 86165, DE)
International Classes:
G01C21/12; G01C22/00; G01C22/02
Foreign References:
JP2017005814A2017-01-05
DE102014211168A12015-12-17
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
TILLMANN, Axel (Zugspitzstr. 140, Augsburg, 86165, DE)
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Claims:
Patentansprüche 1 . Verfahren zum Ermitteln einer Bewegung einer omnidirektionalen Plattform (1 ), insbesondere eines omnidirektional mobilen Roboters, mit den Schritten:

- Erfassen (S10) einer Bewegung eines ersten und eines zweiten Rades (1 1 , 14) eines ersten Radpaares ((1 1 , 14)) und eines ersten und eines zweiten Rades (12, 13) eines zweiten Radpaares ((12, 13)) der Plattform; und

Ermitteln (S41 , S42, S51 , S52) einer Bewegung der Plattform wenigstens in einem Schlupfbetriebsmodus auf Basis der erfassten Bewegung

- wenigstens des zweiten Rades (14) des ersten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (12, 13) des zweiten Radpaares, falls ein Schlupf des ersten Rades (1 1 ) des ersten Radpaares größer als ein Schlupf des zweiten Rades (14) des ersten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (12, 13) des zweiten Radpaares ist;

- wenigstens des ersten Rades (1 1 ) des ersten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (12, 13) des zweiten Radpaares, falls ein Schlupf des zweiten Rades (14) des ersten Radpaares größer als ein Schlupf des ersten Rades (1 1 ) des ersten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (12, 13) des zweiten Radpaares ist;

- wenigstens des zweiten Rades (13) des zweiten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (1 1 , 14) des ersten Radpaares, falls ein Schlupf des ersten Rades (12) des zweiten Radpaares größer als ein Schlupf des zweiten Rades (13) des zweiten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (1 1 , 14) des ersten Radpaares ist; und

- wenigstens des ersten Rades (12) des zweiten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (1 1 , 14) des ersten Radpaares, falls ein Schlupf des zweiten Rades (13) des zweiten Radpaares größer als ein Schlupf des ersten Rades (12) des zweiten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (1 1 , 14) des ersten Radpaares ist. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupf eines Rades eines Radpaares größer als der Schlupf des anderen Rades diesen Radpaares ist, falls eine Norm einer Geschwindigkeit der Plattform bei NichtBerücksichtigung der erfassten Bewegung dieses einen Rades kleiner ist als bei alternativer Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung dieses anderen Rades, und au ßerdem größer als der Schlupf der Räder des anderen Radpaares ist, falls zusätzlich auch eine Differenz der Norm bei Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung dieses einen Rades und alternativer Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung dieses anderen Rades diesen einen Radpaares betragsmäßig größer ist als eine Differenz der Norm bei Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung des einen Rades und alternativer Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung des anderen Rades des anderen Radpaares. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schlupfbetriebsmodus umgeschaltet wird, falls bzw. solange eine Schlupfbedingung erfüllt ist. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt:

Ermitteln (S60) wenigstens einer Pose der Plattform auf Basis der ermittelten Bewegung der Plattform. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt:

Navigieren (S60) der Plattform auf Basis der ermittelten Bewegung, insbesondere wenigstens einen Pose, der Plattform. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Rad (1 1 , 14; 12, 13) wenigstens eines der Radpaare ((1 1 , 14), (12, 13)) diagonal zueinander angeordnet sind. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Räder (1 1 -14) ein omnidirektionales Rad, insbesondere ein Allseitenrad oder ein Mecanum-Rad mit einem Trägerrad und Rollen, deren Drehachsen gegen eine Drehachse des Trägerrades geneigt sind, ist. 8. Rechenmittel (2), insbesondere zum Steuern einer omnidirektionalen Plattform (1 ), insbesondere eines omnidirektional mobilen Roboters, das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist: - Mittel zum Erfassen einer Bewegung eines ersten und eines zweiten Rades (1 1 , 14) eines ersten Radpaares ((1 1 , 14)) und eines ersten und eines zweiten Rades (12, 13) eines zweiten Radpaares ((12, 13)) der Plattform; und

- Mittel zum Ermitteln einer Bewegung der Plattform wenigstens in einem

Schlupfbetriebsmodus auf Basis der erfassten Bewegung

- wenigstens des zweiten Rades (14) des ersten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (12, 13) des zweiten Radpaares, falls ein Schlupf des ersten Rades (1 1 ) des ersten Radpaares größer als ein Schlupf des zweiten Rades (14) des ersten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (12, 13) des zweiten Radpaares ist;

- wenigstens des ersten Rades (1 1 ) des ersten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (12, 13) des zweiten Radpaares, falls ein Schlupf des zweiten Rades (14) des ersten Radpaares größer als ein Schlupf des ersten Rades (1 1 ) des ersten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (12, 13) des zweiten Radpaares ist;

- wenigstens des zweiten Rades (13) des zweiten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (1 1 , 14) des ersten Radpaares, falls ein Schlupf des ersten Rades (12) des zweiten Radpaares größer als ein Schlupf des zweiten Rades (13) des zweiten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (1 1 , 14) des ersten Radpaares ist; und

- wenigstens des ersten Rades (12) des zweiten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (1 1 , 14) des ersten Radpaares, falls ein Schlupf des zweiten Rades (13) des zweiten Radpaares größer als ein Schlupf des ersten Rades (12) des zweiten Radpaares und des ersten und zweiten Rades (1 1 , 14) des ersten Radpaares ist. 9. Omnidirektionale Plattform (1 ), insbesondere omnidirektional mobiler Roboter, mit wenigstens vier Räder (1 1 -14) und einem Rechenmittel (2) zum Steuern der Plattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

10. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:
Beschreibung

Ermittlung von Bewegungen omnidirektionaler Plattformen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Rechenmittel zum Ermitteln einer Bewegung einer omnidirektionalen Plattform, insbesondere eines

omnidirektional mobilen Roboters, sowie eine omnidirektionale Plattform mit dem Rechenmittel und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.

Aus betriebsinterner Praxis ist es bekannt, Posen von omnidirektional( mobil)en Plattformen odometrisch zu ermitteln, indem Umdrehungen der Räder erfasst werden, eine Geschwindigkeit der Plattform auf Basis dieser erfassten Umdrehungen ermittelt wird und die Pose der Plattform auf Basis dieser Geschwindigkeit mithilfe von

Koppelnavigation ermittelt wird.

Dabei kann insbesondere Schlupf der Räder bzw. eine relativ zur Geschwindigkeit der Plattform überhöhte Geschwindigkeit einer Aufstandsfläche des jeweiligen Rades die ermittelte(n) Geschwindigkeit(en) bzw. Posen verfälschen und so insbesondere die Positioniergenauigkeit mobiler Roboter beeinträchtigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb von omnidirektional( mobil)en Plattformen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 8-10 stellen ein Rechen-, insbesondere Steuermittel bzw.

Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens sowie eine omnidirektional( mobil)e Plattform mit einem hier beschriebenen Rechenbzw. Steuermittel unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte

Weiterbildungen.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine omnidirektional( mobil)e Plattform, insbesondere ein omnidirektional mobiler Roboter, wenigstens, in einer Ausführung genau, vier Räder auf. In einer Ausführung ist bzw. wird die Plattform durch (Bewegen) ihre(r) Räder in wenigstens, in einer Ausführung genau, zwei translatorischen Freiheitsgraden und wenigstens, in einer Ausführung genau, einem rotatorischen Freiheitsgrad bewegbar bzw. bewegt bzw. hierzu eingerichtet, insbesondere um eine (Hoch- bzw. Gier)Achse drehbar bzw. rotiert und in zwei kartesische Richtungen senkrecht zur (Hoch- bzw. Gier)Achse verfahrbar bzw. verfahren.

In einer Ausführung weist die Plattform, insbesondere hierzu, einen oder mehrere Antriebe, insbesondere Elektromotoren, zum Aktuieren der Räder, insbesondere unabhängig voneinander, auf. In einer Weiterbildung ist/sind eines oder mehrere, insbesondere jedes, dieser Räder (jeweils) ein omnidirektionales Rad, insbesondere ein Allseitenrad oder ein Mecanum- Rad mit einem Trägerrad und daran gelagerten Rollen, deren Drehachsen gegen eine Drehachse des Trägerrades geneigt sind, in einer Ausführung um wenigstens 80 ° und höchstens 100 ° oder um wenigstens 30 ° und höchstens 60°. Solche omnidirektionalen Plattformen weisen eine besonders vorteilhafte

Beweglichkeit auf. Ein entsprechender omnidirektional mobiler Roboter kann mit besonderem Vorteil zur Automatisierung, insbesondere zum Transport von Lasten und/oder temporären Arbeiten an verschiedenen Arbeitsstationen, verwendet werden.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Ermitteln einer Bewegung der omnidirektionalen Plattform die Schritte auf:

Erfassen einer Bewegung eines ersten Rades und eines zweiten Rades eines ersten Radpaares und eines ersten Rades und eines zweiten Rades eines zweiten

Radpaares der Plattform; und

Ermitteln einer Bewegung der Plattform wenigstens in einem Schlupfbetriebsmodus auf Basis der erfassten Bewegung wenigstens des

zweiten Rades des ersten Radpaares und

des ersten Rades und des zweiten Rades des zweiten Radpaares, insbesondere ohne Beitrag des ersten Rades des ersten Radpaares, falls ein Schlupf des ersten Rades des ersten Radpaares größer als

ein Schlupf des zweiten Rades des ersten Radpaares, größer als ein Schlupf des ersten Rades des zweiten Radpaares und größer als ein Schlupf des zweiten Rades des zweiten Radpaares ist;

auf Basis der erfassten Bewegung wenigstens des

ersten Rades des ersten Radpaares und

des ersten Rades und des zweiten Rades des zweiten Radpaares, insbesondere ohne Beitrag des zweiten Rades des ersten Radpaares, falls ein bzw. der Schlupf des zweiten Rades des ersten Radpaares größer als ein bzw. der Schlupf des ersten Rades des ersten Radpaares, größer als

ein bzw. der Schlupf des ersten Rades des zweiten Radpaares und größer als

ein bzw. der Schlupf des zweiten Rades des zweiten Radpaares ist; auf Basis der erfassten Bewegung wenigstens des

zweiten Rades des zweiten Radpaares und

des ersten Rades und des zweiten Rades des ersten Radpaares, insbesondere ohne Beitrag des ersten Rades des zweiten Radpaares, falls ein bzw. der Schlupf des ersten Rades des zweiten Radpaares größer als ein bzw. der Schlupf des zweiten Rades des zweiten Radpaares, größer als

ein bzw. der Schlupf des ersten Rades des ersten Radpaares und größer als

ein bzw. der Schlupf des zweiten Rades des ersten Radpaares ist; und auf Basis der erfassten Bewegung wenigstens des

ersten Rades des zweiten Radpaares und

des ersten Rades und des zweiten Rades des ersten Radpaares, insbesondere ohne Beitrag des zweiten Rades des zweiten Radpaares, falls ein bzw. der Schlupf des zweiten Rades des zweiten Radpaares größer als

ein bzw. der Schlupf des ersten Rades des zweiten Radpaares, größer als

ein bzw. der Schlupf des ersten Rades des ersten Radpaares und größer als

ein bzw. der Schlupf des zweiten Rades des ersten Radpaares ist. Eine Bewegung der Plattform in einem rotatorischen Freiheitsgrad, insbesondere um eine (Hoch- bzw. Gier)Achse, und zwei translatorischen Freiheitsgraden,

insbesondere senkrecht zur (Hoch- bzw. Gier)Achse, der Plattform, kann auf Basis der erfassten Bewegungen von drei Rädern der Plattform (theoretisch bereits) eindeutig ermittelt werden, so dass eine solche Bewegung der Plattform durch die erfassten Bewegungen von wenigstens vier Rädern bzw. von zwei Rädern von wenigstens zwei Radpaaren überbestimmt ist.

In einer Ausführung wird eine solche Redundanz ausgenutzt, indem jeweils

(wenigstens) diejenigen drei Rädern von solchen vier redundanten Rädern zur Ermittlung der Bewegung der Plattform genutzt bzw. berücksichtigt werden, die im Verhältnis der vier redundanten Räder untereinander am wenigsten, zweitwenigsten bzw. drittwenigsten schlupfen bzw. dasjenige Rad von solchen vier redundanten Rädern, das im Verhältnis zu den anderen drei Rädern am stärksten schlupft, bei der Ermittlung der Bewegung der Plattform im Verhältnis zu diesen geringer gewichtet oder ignoriert bzw. ausgeblendet bzw. nicht genutzt bzw. berücksichtigt wird.

Die erfasste Bewegung eines Rades eines Radpaares kann (jeweils) eine, insbesondere jeweils aktuelle, Umdrehungszahl, insbesondere eine

Drehgeschwindigkeit, dieses Rades umfassen, insbesondere sein. Sie wird in einer Ausführung mittels eines, insbesondere absoluten und/oder inkrementalen,

Dreh(wert)gebers bzw. Encodes erfasst. In einer Weiterbildung erfasst der

Dreh(wert)geber eine Bewegung eines das Rad antreibenden Antriebs bzw. ist hierzu eingerichtet, wobei gegebenenfalls eine Übersetzung zwischen Antrieb und Rad entsprechend berücksichtigt wird.

Die ermittelte Bewegung der Plattform kann eine, insbesondere jeweils aktuelle, rotatorische bzw. Drehgeschwindigkeit, insbesondere um eine (Hoch- bzw.

Gier)Achse der Plattform, und/oder eine, insbesondere jeweils aktuelle,

translatorische bzw. Fahrgeschwindigkeit in zwei (translatorischen) Freiheitsgraden, insbesondere senkrecht zur (Hoch- bzw. Gier)Achse und/oder in zwei plattformfesten Richtungen, umfassen, insbesondere sein. Sie wird in einer Ausführung

plattformdrehratensensor-, insbesondere gyroskoplos ermittelt. In einer Ausführung ist bzw. wird der Schlupf eines Rades eines Radpaares jeweils (derart definiert, insbesondere ermittelt, dass er) größer als der Schlupf des anderen Rades diesen Radpaares (ist), falls (ein Wert) eine(r) Norm einer Geschwindigkeit der Plattform bei Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung dieses einen Rades kleiner ist als bei alternativer, insbesondere gleichartiger, Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung dieses anderen Rades, und au ßerdem (auch) größer als der Schlupf der Räder des anderen Radpaares ist, falls zusätzlich auch eine Differenz der (Werte der) Norm bei Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung dieses einen Rades und alternativer, insbesondere gleichartiger, Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung dieses anderen Rades diesen Radpaares betragsmäßig größer ist als eine Differenz der (Werte der) Norm bei Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung des einen Rades des anderen Radpaares und alternativer, insbesondere gleichartiger, Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung des anderen Rades des anderen Radpaares. Dem liegt zum Einen die Erkenntnis zugrunde, dass eine ermittelte (Norm einer) Geschwindigkeit größer wird, wenn von zwei Rädern eines Radpaares das stärker schlupfende anstelle des weniger, gegebenenfalls nicht, schlupfenden Rades berücksichtigt wird. Somit kann auf diese Weise innerhalb der zwei Räder eines Radpaares jeweils das stärker schlupfende vorteilhaft, insbesondere schnell, präzise und/oder robust, identifiziert werden.

Zum Anderen liegt dem die Annahme zugrunde, dass die Differenz dieser Norm bzw. zwischen ihren Werte, die sich bei Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung des einen Rades und alternativer, insbesondere gleichartiger, Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung des anderen Rades eines Radpaares ergibt bzw. ergeben, größer ist, falls das stärker schlupfende dieser Räder dieses einen Radpaares (auch) verglichen mit den Rädern des anderen Radpaares stärker bzw. innerhalb der vier Räder der beiden Radpaare am stärksten schlupft. Somit kann auf diese Weise innerhalb der zwei Radpaare dasjenige mit dem am stärksten schlupfenden Rad vorteilhaft, insbesondere schnell, präzise und/oder robust, identifiziert werden. Die Geschwindigkeit der Plattform, auf deren Basis der Schlupf der verschiedenen Räder jeweils definiert ist bzw. ermittelt wird, ist in einer Ausführung die Bewegung der Plattform, die auf Basis der erfassten Bewegungen wenigstens der anderen drei Räder ermittelt wird und/oder kann eine bzw. die, insbesondere aktuelle, rotatorische bzw. Drehgeschwindigkeit, insbesondere um eine bzw. die (Hoch- bzw. Gier)Achse der Plattform, und/oder eine bzw. die, insbesondere aktuelle, translatorische bzw. Fahrgeschwindigkeit in (den) zwei (translatorischen) Freiheitsgraden, insbesondere senkrecht zur (Hoch- bzw. Gier)Achse und/oder in zwei plattformfesten Richtungen, umfassen, insbesondere sein.

In einer Ausführung hängt eine Komponente der rotatorischen bzw.

Drehgeschwindigkeit, insbesondere linear, von einer Drehzahl eines Rades und einem Verhältnis bzw. Quotienten eines Durchmessers dieses Rades zur Summe der Abstände dieses Rades zu den beiden diesem benachbarten der vier Räder ab, insbesondere von einem Produkt der Drehzahl und des Verhältnisses bzw.

Quotienten. Zusätzlich oder alternativ hängt in einer Ausführung eine Komponente einer translatorischen bzw. (Ver)Fahrgeschwindigkeit(skomponente), insbesondere linear, von einer Drehzahl und einem Durchmesser eines Rades ab. Die Norm der Geschwindigkeit kann eine, insbesondere euklidische, Betragsnorm der Geschwindigkeit umfassen, insbesondere sein.

In einer Ausführung ist bzw. wird die Geschwindigkeit [v x , v y , Ω] τ der Plattform gemäß:

und die Betragsnorm dieser Geschwindigkeit gemäß:

definiert bzw. ermittelt, wobei: v x , v y die (Ver) Fahrgeschwindigkeit der Plattform in zwei plattformfesten Richtungen senkrecht zur Hoch- bzw. Gierachse der Plattform bzw. zwei translatorischen Freiheitsgraden,

Ω die rotatorische bzw. Drehgeschwindigkeit um die (Hoch- bzw. Gier)Achse der Plattform,

R der Radius der Räder, der Kehrwert der Summe (l x +l y ) der halben Abstände der

Aufstands(flächenmittel)punkte in den zwei translatorischen Freiheitsgraden senkrecht zur Hoch- bzw. Gierachse der Plattform,

die erfasste Bewegung/Drehgeschwindigkeit des Rades i e {1 , 2, 3, 4} die Geschwindigkeit der Plattform bei Nicht-Berücksichtigung der erfassten

Bewegung des Rades i e {1 , 2, 3, 4}, und

die Betragsnorm dieser Geschwindigkeit bei Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung des Rades i e {1 , 2, 3, 4} ist.

Hierdurch kann in einer Ausführung dasjenige Rad, das die ermittelte Geschwindigkeit der Plattform am stärksten verfälschen würde, jeweils besonders vorteilhaft

identifiziert werden.

In einer Ausführung wird in den Schlupfbetriebsmodus umgeschaltet, falls bzw.

solange eine Schlupfbedingung erfüllt ist, die in einer Ausführung von den erfassten Bewegungen des ersten und/oder zweiten Rades des ersten und/oder zweiten

Radpaares, insbesondere einer gewichteten Summe hiervon, abhängt. In einer

Ausführung ist bzw. wird die Schlupfbedingung (derart definiert bzw. ermittelt, dass sie) erfüllt (ist), falls bzw. solange eine Gesamtsumme (aus)

einer ersten Summe der erfassten Bewegungen der beiden Räder des ersten

Radpaares, in der gegensinnige Drehungen der beiden Räder des ersten Radpaares vorzeichengleich addiert werden, insbesondere Drehgeschwindigkeiten der beiden Räder des ersten Radpaares dasselbe Vorzeichen aufweisen, wenn sie eine(r) Drehung der Plattform um die Hoch- bzw. Gierachse in derselben Richtung bewirken bzw. entsprechen, und

einer zweiten Summe der erfassten Bewegungen der beiden Räder des zweiten Radpaares, in der gegensinnige Drehungen der beiden Räder des zweiten Radpaares vorzeichengleich addiert werden, insbesondere Drehgeschwindigkeiten der beiden Räder des zweiten Radpaares dasselbe Vorzeichen aufweisen, wenn sie eine(r) Drehung der Plattform um die Hoch- bzw. Gierachse in derselben Richtung bewirken bzw. entsprechen,

betragsmäßig einen vorgegebenen, in einer Ausführung vom Raddurchmesser abhängigen, Grenzwert überschreitet, wobei in der Gesamtsumme eine Drehung eines Rades des einen Radpaares und eine Drehung eines Rades des anderen Radpaares vorzeichenverschieden addiert bzw. ihre Beträge voneinander subtrahiert werden, insbesondere Drehgeschwindigkeiten dieser beiden Räder unterschiedliche Vorzeichen aufweisen, wenn sie eine(r) Drehung der Plattform um die Hoch- bzw. Gierachse der Plattform in derselben Richtung bewirken bzw. entsprechen. Hierdurch können in einer Ausführung bei ausreichend kleinem, insbesondere verschwindendem, Schlupf an den wenigstens vier Rädern all diese Räder zur redundanten Ermittlung der Bewegung der Plattform genutzt bzw. ein (am stärksten) schlupfendes Rad nur erforderlichenfalls bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts geringer gewichtet bzw. ignoriert werden. Die erfindungsgemäß ermittelte (aktuelle) Bewegung der Plattform kann

beispielsweise zur Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsüberwachung und/oder -regelung verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführung wird sie zur odometrischen Ermittlung einer, insbesondere aktuellen, Pose der Plattform genutzt. Entsprechend weist das Verfahren in einer Ausführung den Schritt auf: Ermitteln einer oder mehrerer, insbesondere aufeinanderfolgender bzw. jeweils aktueller, Pose(n) der Plattform auf Basis der ermittelten Bewegung(en) der Plattform, in einer Weiterbildung durch, insbesondere numerische, (Zeit)lntegration der ermittelten Geschwindigkeit der Plattform.

Insbesondere solche ermittelten Geschwindigkeiten bzw. Posen können vorteilhaft zum Navigieren, insbesondere einer Bahnplanung und/oder -Steuerung,

insbesondere -regelung, der Plattform bzw. des Roboters genutzt werden.

Entsprechend weist das Verfahren in einer Ausführung den Schritt auf: Navigieren der Plattform auf Basis der ermittelten Bewegung(en), insbesondere Pose(n), der

Plattform, insbesondere Planen einer Bahn und/oder Steuern, insbesondere Regeln, der Plattform bzw. des Roboters.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein Rechenmittel, insbesondere ein Steuermittel zum Steuern der omnidirektionalen Plattform, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet, insbesondere hard- und/oder Software-, insbesondere programmtechnisch, und/oder weist auf: Mittel zum Erfassen einer Bewegung eines ersten und eines zweiten Rades eines ersten Radpaares und eines ersten und eines zweiten Rades eines zweiten

Radpaares der Plattform; und

Mittel zum Ermitteln einer Bewegung der Plattform wenigstens in einem

Schlupfbetriebsmodus auf Basis der erfassten Bewegung

wenigstens des zweiten Rades des ersten Radpaares und des ersten und zweiten Rades des zweiten Radpaares, falls ein Schlupf des ersten Rades des ersten Radpaares größer als ein Schlupf des zweiten Rades des ersten Radpaares und des ersten und zweiten Rades des zweiten Radpaares ist;

- wenigstens des ersten Rades des ersten Radpaares und des ersten und zweiten Rades des zweiten Radpaares, falls ein Schlupf des zweiten Rades des ersten Radpaares größer als ein Schlupf des ersten Rades des ersten Radpaares und des ersten und zweiten Rades des zweiten Radpaares ist;

wenigstens des zweiten Rades des zweiten Radpaares und des ersten und zweiten Rades des ersten Radpaares, falls ein Schlupf des ersten Rades des zweiten Radpaares größer als ein Schlupf des zweiten Rades des zweiten Radpaares und des ersten und zweiten Rades des ersten Radpaares ist; und

wenigstens des ersten Rades des zweiten Radpaares und des ersten und zweiten Rades des ersten Radpaares, falls ein Schlupf des zweiten Rades des zweiten Radpaares größer als ein Schlupf des ersten Rades des zweiten Radpaares und des ersten und zweiten Rades des ersten Radpaares ist.

In einer Ausführung sind das erste und zweite Rad des ersten Radpaares diagonal zueinander, insbesondere in einander diagonal gegenüberliegenden Quadranten der Plattform, angeordnet, die einander in einer Ausführung in den plattformfesten Richtungen der translatorischen bzw. (Ver)Fahrgeschwindigkeitskomponenten gegenüberliegen. Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung das erste und zweite Rad des zweiten Radpaares diagonal zueinander, insbesondere in einander diagonal gegenüberliegenden Quadranten der Plattform, angeordnet, die einander in einer Ausführung in den plattformfesten Richtungen der translatorischen bzw.

(Ver)Fahrgeschwindigkeitskomponenten gegenüberliegen.

Dies ist insbesondere für omnidirektionale Plattformen vorteilhaft, bei denen die Plattform durch bzw. bei eine(r) gleiche(n) Drehung aller vier Räder nur in einer plattformfesten (Längs) Richtung translatorisch verfährt, durch bzw. bei gegensinnig gleiche(r) Drehung der beiden Räder je eines Radpaares und gegensinnig gleiche(r) Drehung der einander benachbarten Räder der beiden Radpaare nur in einer plattformfesten (Quer) Richtung translatorisch verfährt, und durch bzw. bei gleiche(r) Drehung der beiden Räder je eines Radpaares und gegensinnig gleiche(r) Drehung der einander benachbarten Räder der beiden Radpaare nur um die plattformfeste Hoch- bzw. Gierachse dreht.

In einer Ausführung weist das Rechen- bzw. Steuermittel bzw. sein(e) Mittel auf: Mittel zum Ermitteln des Schlupfes eines Rades eines Radpaares derart, dass er größer als der Schlupf des anderen Rades diesen Radpaares ist, falls eine Norm einer Geschwindigkeit der Plattform bei Nicht-Berücksichtigung der erfassten

Bewegung dieses einen Rades kleiner ist als bei alternativer Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung dieses anderen Rades, und au ßerdem (auch) größer als der Schlupf der Räder des anderen Radpaares ist, falls zusätzlich auch eine Differenz der Norm bei Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung dieses einen Rades und alternativer Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung dieses anderen Rades diesen Radpaares betragsmäßig größer ist als eine Differenz der Norm bei NichtBerücksichtigung der erfassten Bewegung des einen Rades und alternativer NichtBerücksichtigung der erfassten Bewegung des anderen Rades des anderen

Radpaares; und/oder

Mittel zum Umschalten in den Schlupfbetriebsmodus, falls bzw. solange eine

Schlupfbedingung erfüllt ist; und/oder

Mittel zum Ermitteln wenigstens einer Pose der Plattform auf Basis der ermittelten Bewegung der Plattform; und/oder

Mittel zum Navigieren der Plattform auf Basis der ermittelten Bewegung,

insbesondere wenigstens einen Pose, der Plattform.

Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder

Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Bewegung der

omnidirektionalen Plattform, insbesondere des omnidirektional mobilen Roboters, ermitteln bzw. diese(n) steuern kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm aufweisen, insbesondere sein, wobei ein Ausführen dieses Programms ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer, dazu veranlasst, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen.

In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das Rechen- bzw. Steuermittel bzw. sein(e) Mittel.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:

Fig. 1 : eine omnidirektionale Plattform mit einem Steuermittel zum Steuern der Plattform nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und Fig. 2: ein Verfahren zum Ermitteln einer Bewegung der Plattform nach einer

Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine omnidirektionale Plattform 1 in einer Draufsicht von unten.

Die Plattform 1 weist ein erstes Radpaar mit einem ersten Mecanum-Rad 1 1 und einem diesem diagonal gegenüberliegenden zweiten Mecanum-Rad 14 sowie ein zweites Radpaar mit einem (weiteren) ersten Mecanum-Rad 12 und einem diesem diagonal gegenüberliegenden (weiteren) zweiten Mecanum-Rad 13 auf, die jeweils über Motoren 21 -24 unabhängig voneinander aktuiert werden, welche ihrerseits von einem Steuermittel 2 angesteuert werden. Encoder in den Motoren 21 -24 erfassen jeweils Bewegungen der entsprechenden Räder 1 1 -14 in Form von Dreh- bzw. Winkelgeschwindigkeiten ω - ω 4 ,

gegebenenfalls unter Berücksichtigung entsprechender Getriebeübersetzungen zu den Motordrehzahlen. In Fig. 1 ist strichpunktiert ein plattformfestes Koordinatensystem angedeutet, dessen x-Achse (vertikal in Fig. 1 ) eine Längs- bzw. Vorwärts-Rückwärts-Richtung definiert, dessen y-Achse (horizontal in Fig. 1 ) eine Seit- bzw. Links-Rechts-Richtung definiert, und dessen z-Achse (senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 ) eine Hoch- bzw.

Gierachse der Plattform definiert. Mit v x , v y und Ω sind in Fig. 1 entsprechende Komponenten einer translatorischen Geschwindigkeit in den zwei Freiheitsgraden Vorwärts-Rückwärts und Links-Rechts bzw. eine Rotationsgeschwindigkeit um die Hoch- bzw. Gierachse angedeutet.

Schlupf gilt für die Geschwindigkeit [v x , v y , Ω] τ der Plattform 1

mit dem Radius R der Räder 1 1 -14 und dem Kehrwert k der Summe (l x +l y ) der halben Abstände der Aufstands(flächenmittel)punkte in x- und y-Richtung k = 1/(l x +l y ), wie in Fig. 1 angedeutet.

Mit der Bedingung ω ι + ω 4 = ω 2 + ω 3 (2) kann aus (1 ) jeweils die Geschwindigkeit der Plattform unter Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung eines der Räder auf Basis der erfassten Bewegungen der anderen drei Räder ermittelt werden, beispielsweise eine Geschwindigkeit ef^ der Plattform unter Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung des ersten Rades 1 1 des ersten Radpaares (1 1 , 14) auf Basis der erfassten Bewegungen der Räder 12-14:

In analoger Weise können auch die Geschwindigkeit der Plattform unter Nicht-

Berücksichtigung der erfassten Bewegung des zweiten Rades 14 des ersten

Radpaares (1 1 , 14), die Geschwindigkeit der Plattform unter Nicht

Berücksichtigung der erfassten Bewegung des ersten Rades 12 des zweiten

Radpaares (12, 13) und die Geschwindigkeit der Plattform unter Nicht

Berücksichtigung der erfassten Bewegung des zweiten Rades 13 des zweiten

Radpaares (12, 13) ermittelt werden:

Die Betragsnorm dieser Geschwindigkeiten ergibt sich somit zu:

Das Steuermittel 2 führt ein in Fig. 2 gezeigtes Verfahren zum Ermitteln einer

Bewegung der Plattform 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung durch:

In einem ersten Schritt S10 erfasst das Steuermittel 1 mithilfe der Encoder in den Motoren 21 -24 die aktuellen Dreh- bzw. Winkelgeschwindigkeiten der Räder

1 1 -14. Deren Vorzeichen ergeben sich aus den in Fig. 1 angedeuteten

Richtungspfeilen und sind so definiert, dass gegensinnige Drehgeschwindigkeiten der beiden Räder 1 1 , 14 des ersten Radpaares, die eine(r) Drehung der Plattform 1 um die Hoch- bzw. Gierachse in derselben Richtung bewirken bzw. entsprechen, dasselbe Vorzeichen aufweisen. Gleiches gilt analog für die beiden Räder 12, 13 des zweiten Radpaares. Die Dreh- bzw. Winkelgeschwindigkeiten ω 1 ; ω 2 des ersten Rades 1 1 des ersten Radpaares und des ersten Rades 12 des zweiten Radpaares sind so definiert, dass gegensinnige Drehgeschwindigkeiten dieser beiden Räder 1 1 , 12, die eine(r) Drehung der Plattform 1 um die Hoch- bzw. Gierachse in derselben Richtung bewirken bzw. entsprechen, dasselbe Vorzeichen aufweisen.

In einem Schritt S1 1 prüft das Steuermittel, ob eine Schlupfbedingung erfüllt ist.

Hierzu prüft es, ob eine Gesamtsumme einer ersten Summe

der erfassten Bewegungen der beiden Räder 1 1 , 14 des ersten Radpaares

und einer zweiten Summe ( (ω 2 + ω 3 )) der erfassten Bewegungen der beiden Räder 12, 13 des zweiten Radpaares, betragsmäßig einen vorgegebenen Grenzwert ε/R überschreitet,

wobei in der Gesamtsumme eine Drehgeschwindigkeit eines Rades des einen

Radpaares und eine Drehgeschwindigkeit eines Rades des anderen Radpaares vorzeichenverschieden addiert werden, wenn sie eine(r) Drehung der Plattform um die Hoch- bzw. Gierachse in derselben Richtung bewirken bzw. entsprechen.

Beispielsweise bewirken bzw. entsprechen eine in Fig. 1 positive

Winkelgeschwindigkeit und eine in Fig. 1 positive Winkelgeschwindigkeit bzw.

eine(r) Drehung der Plattform um die Hoch- bzw. Gierachse in derselben Richtung,

so dass in Gleichung (5) vorzeichenverschieden addiert bzw. ihre Beträge voneinander subtrahiert werden. Falls bzw. solange die Schlupfbedingung bzw. Gleichung (5) erfüllt ist (S1 1 :„Y"), schaltet das Steuermittel bzw. Verfahren in einen Schlupfbetriebsmodus um, in dem es mit Schritt S20 fortfährt, andernfalls bzw. solange Gleichung (5) nicht erfüllt ist (S1 1 : „N") fährt es mit Schritt S21 fort.

In Schritt S20 ermittelt das Steuermittel gemäß Gleichungen 4(a-d) die

Betragsnormen der Geschwindigkeiten der Plattform unter

Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung jeweils eines der Räder 1 1 -14 sowie die Differenz der Normen der Geschwindigkeit

der Plattform unter alternativer Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung des einen und des anderen Rades 1 1 , 14 des ersten Radpaares (1 1 , 14) und die Differenz der Normen der Geschwindigkeit 3 der

Plattform unter alternativer Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung des einen und des anderen Rades 12, 13 des zweiten Radpaares (12, 13).

In Schritt S30 prüft das Steuermittel, ob die Differenz Si betragsmäßig größer ist als die Differenz S 2 :

Ist dies der Fall bzw. Gleichung (6) erfüllt (S30:„Y"), prüft das Steuermittel bzw.

Verfahren in Schritt S40, ob die Betragsnorm der Geschwindigkeit der

Plattform 1 unter Nicht-Berücksichtigung der erfassten Bewegung des ersten

Rades 1 1 des ersten Radpaares (1 1 , 14) gemäß Gleichung (4a) kleiner ist als die Betragsnorm der Geschwindigkeit der Plattform 1 unter alternativer Nicht

Berücksichtigung der erfassten Bewegung des zweiten Rades 14 des ersten

Radpaares (1 1 , 14) gemäß Gleichung (4d):

Ist dies der Fall bzw. Gleichung (7a) erfüllt (S40:„Y"), berechnet das Steuermittel in Schritt S41 die Geschwindigkeit [v x , v y , Ω] τ der Plattform 1 gemäß Gleichung (3a) und fährt anschließend mit Schritt S60 fort, andernfalls bzw. falls Gleichung (7a) nicht erfüllt ist (S40:„N"), berechnet das Steuermittel in Schritt S42 die Geschwindigkeit [v x , v y , Ω] τ der Plattform 1 gemäß Gleichung (3d) und fährt anschließend ebenfalls mit Schritt S60 fort.

Ist die Differenz Si betragsmäßig nicht größer als die Differenz S 2 bzw. Gleichung (6) nicht erfüllt (S30:„N"), prüft das Steuermittel bzw. Verfahren in Schritt S50, ob die Betragsnorm der Geschwindigkeit der Plattform 1 unter Nicht-

Berücksichtigung der erfassten Bewegung des ersten Rades 12 des zweiten

Radpaares (12, 13) gemäß Gleichung (4b) kleiner ist als die Betragsnorm der

Geschwindigkeit der Plattform 1 unter alternativer Nicht-Berücksichtigung der

erfassten Bewegung des zweiten Rades 13 des zweiten Radpaares (12, 13)

gemäß Gleichung (4c):

Ist dies der Fall bzw. Gleichung (7b) erfüllt (S50:„Y"), berechnet das Steuermittel in Schritt S51 die Geschwindigkeit [v x , v y , Ω] τ der Plattform 1 gemäß Gleichung (3b) und fährt anschließend mit Schritt S60 fort, andernfalls bzw. falls Gleichung (7b) nicht erfüllt ist (S450:„N"), berechnet das Steuermittel in Schritt S52 die Geschwindigkeit [v x , v y , Ω] τ der Plattform 1 gemäß Gleichung (3c) und fährt anschließend ebenfalls mit Schritt S60 fort. Gleichermaßen können auch die Differenzen

ermittelt

und dann die Geschwindigkeit [v x , v y , Ω] τ der Plattform 1 gemäß Gleichung (3a) ermittelt werden, wenn Sh > Sl 2 , Sl 3 , Sl , gemäß Gleichung (3b), wenn Sl 2 > Sh , Sl 3 , Sl 4 , gemäß Gleichung (3c), wenn Sl 3 > Sh , Sl 2 , Sl 4 , und gemäß Gleichung (3d), wenn

Falls die Gesamtsumme den vorgegebenen Grenzwert ε/R betragsmäßig nicht überschreitet bzw. Gleichung (5) nicht erfüllt ist (S1 1 :„N"), berechnet das Steuermittel in Schritt S21 die Geschwindigkeit [v x , v y , Q] T der Plattform 1 gemäß Gleichung (1 ) und fährt anschließend ebenfalls mit Schritt S60 fort.

In Schritt S60 ermittelt das Steuermittel 2 jeweils eine aktuelle Pose der Plattform 1 odometrisch aus einer zuletzt bzw. in einem vorhergehend durchgeführten Schritt S60 ermittelten Pose und der in Schritt S41 , S42, S51 , S52 bzw. S21 ermittelten aktuellen Geschwindigkeit [v x , v y , Ω] τ der Plattform 1 und navigiert die Plattform 1 auf Basis dieser Pose.

Anschließend wird das eben beschriebene Verfahren durch Rückkehr zu Schritt S10 wiederholt.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen

Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die

Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die

Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten

Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichenliste

1 omnidirektionale Plattform

2 Steuermittel

1 1 erstes Rad des ersten Radpaares

12 erstes Rad des zweiten Radpaares

13 zweites Rad des zweiten Radpaares

14 zweites Rad des ersten Radpaares

21 -24 Motoren

2- l x , 2- ly Aufstands(flächenmittel)punktabstand in x-/y-Richtung

2- R Raddurchmesser

v x , v y translatorische Geschwindigkeit(skomponente) in x-/y-Richtung

Ω Drehgeschwindigkeit der Plattform

ω 1 - ω 4 Dreh- bzw. Winkelgeschwindigkeiten der Räder 1 1 -14