CN117242023A - 用于装载无人驾驶的单件货物运输车辆的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种用于给单件货物无人驾驶运输车辆装载单件货物的方法和装置，其中，将所述单件货物从递送站移交给所述无人驾驶运输车辆，并且在接管时所述无人驾驶运输车辆处于运动中，其中，所述单件货物加速从所述递送站移交，并以这种速度离开所述递送站，并且所述无人驾驶运输车辆相距所述递送站的距离大小使得所述单件货物在离开所述递送站和撞上以正常运输速度运动的所述无人驾驶运输车辆之间经历飞行阶段。

Description

用于装载无人驾驶的单件货物运输车辆的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1所述的方法以及根据权利要求10所述的装置，用于装载无人驾驶的单件货物运输车辆，其中，单件货物从递送站转移到无人驾驶运输车辆，并且无人驾驶运输车辆在接管时处于运动中。

背景技术

运输车辆，特别是用作货物载体的自动的或无人驾驶的运输车辆是已知的。US2013/054005A1公开了使得移动货架移动的所谓自主“机器人”。

用于单件货物或装载货物的相应的运输车辆例如也从CN 208018986U已知，其中，货物搁置在运输车辆顶侧的装载区上。

DE 10 2019 122 055A1也描述了一种用于单件货物的小型自主运输车辆，其通过在装载区的一侧存在升高的壁来稳定在车辆上在移动期间在装载区上拾取的货物。在运输货物时，车辆总是以这样的方式转向，即启动、转弯和减速时的加速度将货物压在这个升高的壁上。由此防止掉落。

为了移交单件货物，车辆的运动矢量在到达卸货站之前或之时立即改变，并且车辆通过车辆控制装置和/或通过布置在卸货站区域中的至少一个引导装置在到达卸货站之前被定向，使得移动路径由于离开装载区的货物的速度矢量的变化而终止于卸货站的接收区域。换句话说，货物继续以变化前的原始矢量运动，从而由于重力或运动的惯性而滑出运输车辆的装载区。

相反，类似地已知给相应的车辆装载单件货物，为此，单件货物通常使用传送器装载到车辆上，或者通过剥离的方式被车辆接管(参见https://www.youtube.com/watch？v＝hIAbmQ9kZOs)。然而，车辆为此要么必须停下来，要么至少要大幅减速。

发明内容

在这种背景下，本发明的目的在于，提供一种改进的用于装载车辆的方案，其不具有上述缺点，并且最重要的是更快。

该目的通过权利要求1中阐述的方法来实现。有利的改进由从属权利要求和说明书得出。

根据本发明已经认识到，如果单件货物加速从递送站移交并以这样的速度离开，并且无人驾驶运输车相距递送站的距离很大，使得单件货物在离开递送站和撞上以正常运输速度移动的无人驾驶运输车之间历经飞行阶段，则单件货物可以在不减速的情况下进行移交。因此，无人驾驶运输车辆既不必停止，也不必减速。

单件货物例如用输送带或辊式输送机送至移交点。在此，单件货物以当今通常的4m/s的速度流动。向无人驾驶运输车移交时，单件货物不得延迟，否则会造成交通堵塞。相反，有利的是，以更高的速度将单件货物移交给无人驾驶运输车辆，使得相比于在供应的输送机技术部上的单件货物，无人驾驶运输车辆彼此之间具有更大的距离。

换句话说，单件货物被抛出并移交给移动的无人驾驶运输车辆，因为它被加速到如此高的速度，以至于它在离开递送站时或在输送路线的末端时不是简单地掉落下来，而是继续自由移动。单件货物于是在没有任何支撑或接触的情况下在空中飞行，无人驾驶运输车辆在计算出的飞行轨迹的末端捕获它们。

飞行阶段在当前是指，在该移动阶段中，单件货物与递送站或运输车辆之间没有接触。单件货物也不以任何其他方式被支撑、携带或放置。发生在空中的被动飞行。

本发明优选地用在仓库、配送中心或包裹处理中心中，其中，所有单件货物或包裹及其属性和特征，特别是尺寸、质量或重量以及重心都是已知的。相应地，递送站将连接到相应整体系统的供货输送机技术部，并且还被提供相应的单件货物，然后将单件货物在递送站中“重新装载”到相应的无人驾驶运输车辆上。

因此，单件货物的属性和特征可用于计算必要的加速度或速度，并据此又计算出飞行路径或轨迹。

以正常运输速度运动的无人驾驶运输车辆于是可以与单件货物的飞行轨迹同步运动，以便有针对性地捕获其装载区内飞行的单件货物。换句话说，由于已知的特性和由此可预测的飞行轨迹，运输车辆可以有针对性地移动到单件货物的着陆点，以便与飞行轨迹和飞行速度同步地在正确的时间从其装载区捕获单件货物。

递送站于是可以在入口处具有传感机构，以便确定相应的单件货物的身份。

根据本发明已经发现，当离开递送站时，单件货物的特别合适的速度在5m/s和15m/s之间的范围内。为此，可以借助单件货物的已知数据来控制旨在相应地加速的输送机技术部。原则上，能够提供这样的速度的任何类型的输送机技术部都适合作为输送机技术部，特别是对于重量在1kg到100kg之间、尤其是高达30kg并且具有通常尺寸的单件货物。具有通常尺寸的单件货物或包裹小于或等于L＝675mm、B＝450mm、H＝240mm，优选小于或等于L＝480mm、B＝360mm、H＝150mm。

输送机技术部可以是相应设计的通常的辊式输送机或带式输送机。附加地或替代地，可以设想其他设计作为替代的解决方案。除了重力之外，还可以通过单件货物上方的附加辊式输送机来增大压力，该辊式输送机以限定的力作用在单件货物上(例如通过弹簧预载、液压加载、电动加载)。替代地，可以通过侧压辊来加速单件货物。在这种情况下，对于单件货物下方的辊子，可以放弃自身的驱动器。

另一种解决方案可以是，使用推动机构推动单件货物。当单件货物到达移交辊式输送机时，该机构被升起，使得单件货物可以潜入下方。单件货物通过后，推动机构下降，然后沿递送方向线性加速。为了线性驱动，可考虑机电的主轴驱动、液压缸或气压缸。除了推动之外，还可以想到使用来自侧面或前面的负压将线性驱动器与单件货物耦合，并且在加速阶段之后在抛出之前不久又取消该耦合。

递送站中的输送机技术部通常设计为使其基本上水平伸展，并且在递送端输送机路线终止。然而也可以想到，输送机路线在递送端不是水平伸展的，而是像坡道一样向上倾斜，使得单件货物以偏离水平线的正角度离开递送站。这样做的好处是，单件货物以较小的俯仰角(Nickwinkel)撞击无人驾驶运输车辆：离开递送站时发生的俯仰运动，即穿过其重心围绕横轴的旋转，由正攻角预先补偿。

还可以想象，攻角可以根据单件货物的特性而变化。

由此可以抑制单件货物的过度俯仰，使得单件货物的俯仰尽可能不超过20°。单件货物或包裹的俯仰是由于一旦包裹的重心超出“抛掷边缘”但包裹的其余部分仍然在其后面搁置时发生在包裹上的运动造成的。在此期间，随同地导致包裹的旋转运动；然后它在飞行中继续旋转。这意味着，撞击无人驾驶运输车辆时的俯仰角取决于包裹长度、速度以及飞行阶段或飞行路线。通过比较各种参数组合，发明人惊奇地发现，高达20°的俯仰角特别适合软着陆。在明显更高的值下，在无人驾驶运输车辆上的着陆变得太硬。

另一设计是，在达到最终速度之后或在加速过程结束时整体降低输送机技术部，使得单件货物继续平行于输送机技术部飞行而没有俯仰运动。在之前的变型中，在单件货物“翻过边缘”时，单件货物在移动经过边缘(输送机技术部的末端)时会随同进行俯仰运动。如果输送机技术部平行地在单件货物下方通过降低而“拉离”，它会继续在“抛物线”的路径上飞行，并且可以平行降落在无人驾驶运输车辆上，而无需进行俯仰运动。因此，如果递送站具有可以改变角度和/或高度的递送端，则这是有意义的。

无人驾驶运输车辆是一种符合行业标准的无人驾驶车辆，配备有底盘，要么具有至少一个转向轮，要么具有能够实现全向驾驶行为的车轮总成。它还在至少一个车轮上配备了驱动器，该驱动器可以将车辆加速到所需的5m/s的速度。10m/s或15m/s的更高行进速度也是可能的并且是有利的，以便在运输过程中尤其是在较长的运输路线上增加吞吐量。此外，无人驾驶车辆还具有与传感器和通信设备结合的控制系统。利用传感器，它能够确定其在仓库中的位置。在此，这可以例如是是激光扫描仪，利用激光扫描仪，可以通过使用三角测量法来测量相距标明的和已知的点(例如反射器)的距离来确定位置。此外，它还可以确定其相对于移交站的位置，以提高负载转运期间的定位精度。基于已知的位置，无人驾驶运输车辆可以通过控制系统在单件货物的移交时间点规划通到移交点的轨迹，通过通信单元与移交站进行双向交互来由移交站或由中央控制实体将该轨迹告知给车辆，该中央控制实体既控制移交站，又控制车辆。在驶近过程中，控制系统将无人驾驶运输车辆按时导航至负载移交点，并确认到移交站或中央控制系统的按照规定的驶近。

根据本发明，如上所述，无人驾驶运输车辆在必要的时间点处于飞行轨迹末端的正确位置，以便在移动期间用其装载区捕获单件货物。理想情况下，在此它具有与单件货物相对应的速度，使得单件货物的着陆应该没有任何问题。

为了防止单件货物在着陆时滑倒或掉落，如果无人驾驶运输车辆具有可能有衬垫的捕获壁，则仍然是有意义的。于是，这样的捕获壁沿运输车辆的行进方向布置在前部，并且因此必要时有效地阻止滑动。

本发明的一方面在于，飞行阶段中单件货物的运动或其飞行轨迹与无人驾驶运输车辆的相应运动彼此同步，使得任意的运输车辆能够在飞行阶段结束时或者在飞行轨迹末端拾取单件货物。

为此，可以通过中央控制器进行同步，除了相应的计算之外，中央控制器还接管各个参与者之间的通信。替代地也可行的是，在递送站和无人驾驶运输车辆之间进行双向通信，以实现单件货物移交的时间和/或空间同步。

为了在控制系统或递送站与无人驾驶运输车之间的通信，可以使用通用的通信方式：例如WLAN或4G、5G，其协议基于例如MQTT或OPC-UA或DDS。

本发明不仅涉及上述方法，而且还涵盖由无人驾驶运输车辆、递送站和控制系统以及当然还有至少一个单件货物构成的相应装置。在此，递送站具有受控的输送机技术部，其递送端用于将单件货物递送到无人驾驶运输车辆的装载区，其中，该输送机技术部在控制系统的控制下将相应的单件货物加速到这样的速度：单件货物在经过输送机技术部的递送端离开递送站时，在离开递送站和撞到以正常运输速度运动的无人驾驶运输车辆之间会经历飞行阶段，从而通过控制系统使得无人驾驶运输车辆的运动与单件货物的飞行轨迹同步。

不言而喻，从递送站到快速移动的运输车辆的飞行移交是在保护区域内进行的，其方式为，不允许人员进入，或者只有在获得相应的批准并停止后才允许进入。

通常，递送站的递送端与无人驾驶运输车辆的装载区表面相比大致具有介于0.1m和0.3m之间的竖直距离。

基于指定的飞行速度和竖直距离，单件货物的飞行时间介于0.07和0.2s之间。因此，单件货物在此历经0.3至1.5m的飞行距离，具体取决于质量和初始速度等。

通过本发明，单件货物的移交甚至可以比其的输送更快。由此实现了高吞吐量。

此外，用于加速单件货物的能量不一定由无人驾驶运输车辆施加，而是通过固定的驱动单元施加给单件货物，该驱动单元比在车辆电池中具有有限的能量含量的车辆应更容易被供应能量。由此增加了只是导致摩擦损失和驱动损失的车辆的行驶时间。如果在递送货物时车辆随货物一起减速，利用单件货物供应的部分动能仍然可以回收到车辆中。也可行的是，当着陆在车辆中时回收一部分能量。

附图说明

本发明的进一步细节由以下借助附图对实施例的描述得出，其中，

图1是单件物品从递送站“投放”到无人驾驶运输车辆的各个阶段的示意性侧视图；

图2是替代的递送站的示意性侧视图；

图3为另一种递送站的示意性俯视图。

图4为另一种递送站的示意性俯视图。

图5为另一种递送站的示意性俯视图。

图6为另一种递送站的示意性侧视图。

图7为另一种递送站的示意性侧视图。

具体实施方式

在图中，考虑在装置1的递送站3的辊式输送机2上的包裹P的加速度。

根据本发明，包裹P在递送站3中加速到5m/s的速度，以移交给作为无人驾驶运输车辆的AGV，并且动态地移交给或“投掷”到AGV4上，AGV4也以这样的速度移动。

图1示出了其上具有代表任何货物的包裹P的从动辊式输送机2。包裹P在辊式输送机上向右侧加速；辊子的转速(由辊子下方的箭头表示)随着时间的推移而增加。作为辊式输送机的替代方案，也可以使用带式输送机，它在左侧将包裹收容在皮带上，并在运输过程中向右加速皮带，从而也使包裹加速。

AGV4在辊式输送机下方移动，在速度和位置上与辊式输送机2上的包裹P同步，使得包裹P在递送端5处离开辊式输送机之后经历飞行阶段，速度为5m/s(步骤iii)，并且因此被扔到AGV4上或被其捕获(步骤iv)。为了防止包裹P从AGV4上滑落，AGV4具有放置在行进方向前部(部分围绕装载区)的带衬垫的U形收集壁6。

AGV4可以在辊式输送机2的正下方移动，与辊式输送机平行。然而还可以想到的是，AGV4在弯曲轨道上启动并且在移交负载的时刻才达到平行于辊式输送机的速度矢量。这样做的优点是，AGV4可以在辊式输送机旁边有一个支座，在行驶时可能需要该支座来稳定装载，并且辊子可以定位在AGV装载区上方非常短的距离处，以便降落高度或递送端与AGV的装载区之间的距离很小。这样可以避免包裹因撞击AGV时的加速度或冲击而受到应力。驶近轨迹尚未以图形方式示出。

另外，传感器8和控制器7设置在辊式输送机2上，并且传感器9和控制器10设置在AGV4中，其确定包裹P的位置和速度以及确定AGV的位置和速度。后者既可以在假设已知辊式输送机的绝对位置时绝对地发生，又可以相对于辊式输送机来发生，尤其是在辊式输送机的端部5处发生。

此外，通过控制器7、10提供车辆和递送站之间的通信，以便在时间和位置方面协调移交。替代地，可以通过上级控制器进行协调，当包裹到达移交辊式输送机时，该上级控制器将取货任务分配给AGV，并使得AGV的驶近和在辊式输送机上的包裹移动彼此同步。

在图1中，包裹在重力作用下搁置在辊式输送机上，加速能量通过基于其自重的摩擦力传递。

在另外的设计中示出了替代解决方案，以便改进对包裹P的按压力或加速力到包裹上的传递。

如图2所示，除了重力之外，还可以通过包裹P上方的附加辊式输送机11来增大压力，该辊式输送机11以限定的力从上方作用于包裹P或者将包裹P夹在其自身和辊式输送机2之间(例如通过弹簧预载、液压加载、电动加载)。

替代地，如图3所示，包裹P可以通过侧压辊12A、B加速，侧压辊12A、B将包裹P夹在它们之间。在这种情况下，辊式输送机2可以设计成没有驱动器。

另一种解决方案可以是使用推动机构13、14来推动包裹P，如图4和图5所示。根据图4的推动机构13包括可竖直移动的横杆15，该横杆15可通过布置在辊式输送机2两侧的平行驱动器17沿递送方向线性加速。对于线性驱动，可考虑电动主轴驱动器、液压缸或气压缸(未示出)。

当包裹P到达移交辊式输送机16时，横杆15升起，使得包裹P可以潜入下方。当包裹P通过后，横杆15下降，然后沿递送方向线性加速。

根据图5，驱动器17可被设计为环绕的从动带18，带有随动件15作为横杆以加速包裹P。控制带驱动器18以使包裹有针对性地加速。

除了推动之外，还可以想到使用来自侧面或来自前面的负压将线性驱动器与包裹耦合，并且在加速阶段之后在抛出之前不久又取消该耦合。

根据图6，递送站3的递送端5可被调节，即设计成与水平线H相比具有角度19，以便影响包裹P的飞行轨迹，特别是俯仰。

在图7所示的变型中，递送站3在递送端5处具有可调节高度的支撑件20，使得输送机技术部可以在达到最终速度之后或在加速过程结束时整体从水平线H的高度X1降低到较小的高度X2，使得单件货物继续平行于输送机技术部飞行，而无俯仰运动。

Claims (10)

1.一种用于给单件货物无人驾驶运输车辆装载单件货物的方法，其中，将所述单件货物从递送站移交给所述无人驾驶运输车辆，并且在接管时所述无人驾驶运输车辆处于运动中，其特征在于，所述单件货物加速从所述递送站移交，并以这种速度离开所述递送站，并且所述无人驾驶运输车辆相距所述递送站的距离大小使得所述单件货物在离开所述递送站和撞上以正常运输速度运动的所述无人驾驶运输车辆之间经历飞行阶段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以正常运输速度运动的所述无人驾驶运输车辆与所述单件货物的飞行轨迹同步运动，以便在其装载区上捕获飞行的所述单件货物。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述单件货物的特性来控制所述单件货物的速度和所述无人驾驶运输车辆的运动的同步性。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述单件货物被加速到至少5m/s的速度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述单件货物以偏离水平线的正角度离开所述递送站。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述递送站在入口处具有传感器系统，以便确定相应的单件货物的身份。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述递送站具有角度和/或高度可变的递送端。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述无人驾驶运输车辆具有必要时有衬垫的捕获壁。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在递送站和无人驾驶运输车辆之间进行双向通信，以实现所述单件货物的移交的时间和/或空间同步。

10.一种用于给单件货物无人驾驶运输车辆装载单件货物的装置，特别是用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括用于单件货物的无人驾驶运输车辆、用于单件货物的递送站和至少一个单件货物以及控制系统，其中，所述递送站具有受控的输送机技术部，其递送端用于将所述单件货物递送到所述无人驾驶运输车辆的装载区，所述输送机技术部在所述控制系统的控制下将相应的单件货物加速到这样的速度，使得所述单件货物在通过所述输送机技术部的递送端离开所述递送站时，在离开所述递送站和撞击到以正常运输速度运动的所述无人驾驶运输车辆上之间历经飞行阶段，并且所述无人驾驶运输车辆通过所述控制系统与所述单件货物的飞行轨迹同步地进行运动。