CZ36718U1 - Systém pro přepravu materiálu - Google Patents

Description

Systém pro přepravu materiálu

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká logistického systému pro přepravu materiálu ve výrobních závodech. Součástí systému jsou autonomní roboti s dopravníky a odebírací stolky s dopravníky.

Dosavadní stav techniky

V současném stavu techniky jsou známy systémy pro intralogistiku zahrnující autonomní vozidla - přepravní roboty, která zajišťují přepravu materiálu, například v přepravkách či na paletách, v rámci daného závodu, zejména mezi sklady a pracovními stanicemi. Příklad takového vozidla je popsán v dokumentu CN 113859831 A.

Nevýhodou stávajících systémů je zejména nedostačující efektivita. Čas strávený přivážením materiálu, odvážením prázdných obalů či přepravek a čekáním na naložení či vyložení s sebou nese náklady na provoz, a bylo by proto vhodné přijít s řešením, které by rozvoz materiálu a přepravek zefektivnilo.

Podstata technického řešení

Nedostatky řešení známých ze stavu techniky do jisté míry odstraňuje systém pro přepravu materiálu pro výrobu zahrnující alespoň jednoho přepravního autonomního robota a alespoň jeden stolek na materiál. Výhodně zahrnuje stolků a/nebo robotů vícero.

Každý robot zahrnuje pohonnou část a přepravní část umístěnou na pohonné části. Pohonná část může zahrnovat např. elektromotor, baterii, kola apod. Přepravní část každého robota zahrnuje dva paralelně uspořádané dopravníky se vzájemně rovnoběžným směrem dopravy. Tyto dopravníky mohou být neseny společným rámem, který může nést i další součásti jako jsou pletivo či senzory nebo ovládací prvky, jak bude popsáno níže. Stolek zahrnuje přepravní část rozdělenou do čtyř kvadrantů, přičemž každý kvadrant zahrnuje dopravník. Dopravníky z kvadrantů každého stolku jsou uspořádané do dvou dvojic, přičemž dopravníky v každé dvojici jsou uspořádány paralelně. Dopravníky ze všech kvadrantů každého stolku mají vzájemně rovnoběžný směr dopravy. Jedna dvojice dopravníků stolku vymezuje přední konec přepravní části stolku, určený pro výměnu materiálu s robotem. Druhá dvojice vymezuje zadní konec pro obsluhu - např. odebírání materiálu z jednoho dopravníku a odkládání prázdných obalů na druhý.

Dopravníky robota jsou výhodně vzájemně nezávislé, aby bylo možné na jeden nakládat a zároveň z druhého vykládat, tj. aby se mohly pohybovat do opačných směrů, ale aby bylo možné i z obou nakládat či vykládat nebo využívat pouze jeden, zatímco druhý stojí. Obdobně jsou výhodně nezávislé všechny dopravníky stolku. Výhodou těchto dopravníků na robotovi a stolku je úspora času při nakládání a vykládání mezi stolkem a robotem. Robot může standardně během provozu dorazit ke stolku, vyložit plné přepravky s materiálem pro obsluhu a zároveň naložit prázdné přepravky pro odvezení z pracoviště, a následně odjet pryč. Nakládání i vykládání je tedy realizováno současně, což může v ideálním případě snížit čas na tyto operace až na polovinu. V prvním zavážecím cyklu na začátku výroby může robot například přijet ke stolku s oběma dopravníky naloženými plnými přepravkami, a postupně je na dvakrát vyložit na odpovídající stranu stolku, tj. s přejetím mezi vykládáními. Po zbytek výroby pak může nakládání a vykládání probíhat současně.

V kombinaci s výše uvedeným zvýšením efektivity nakládání a vykládání je další zásadní výhodnou předkládaného systému vytvoření kvadrantů s dopravníky na stolcích, díky kterému je

- 1 CZ 36718 U1 umožněno na pracovišti s daným stolkem mít operační zásobu plných přepravek, aniž by obsluha musela tuto zásobu přendávat, a zároveň umožnit dovoz nových plných přepravek, aby nehrozily prostoje obsluhy v důsledku nedostatku materiálu. Dopravník na zadním konci jedné strany stolku může totiž stále nést plné přepravky s materiálem a na dopravník na předním konci stejné strany už může být vykládána další várka plných přepravek. Obdobně na druhé straně pro pohyb objektů od obsluhy k robotovi, ať už se jedná o prázdné přepravky, přepravky s obaly, přepravky s výrobky apod., je možné mít na předním konci přepravky připravené k naložení na robota a na zadním konci mít prostor pro odkládání prázdných přepravek, ukládání výrobků do prázdných přepravek apod. Tím je ještě více navýšena efektivita výroby, a to jak časová, tak prostorová, energetická a finanční.

Vzdálenost mezi dopravníky každého robota je výhodně rovna vzdálenosti mezi dopravníky v každé dvojici dopravníků každého stolku. Dále je výhodně výška dopravníku robota stejná jako výška dopravníků stolku, aby bylo umožněné snadné překládání mezi těmito dopravníky.

Přepravní část každého robota může mít obdélníkový půdorys a může být ze tří stran opatřena ochranným pletivem. Každý dopravník robota pak může mít jeden svůj konec umístěný podél čtvrté strany přepravní části. Oba dopravníky jsou tedy přístupné z jedné strany robota, a na ostatních stranách je robot zabezpečen proti pádu nákladu či zavadění o náklad. Možné je i pletivo využít pouze na bočních stranách, takže nakládat či vykládat je umožněno zepředu i zezadu robota. Díky tomu je možné usnadnit pohyb robota při nakládání, protože se nemusí otáčet např. pro přijetí ke skladu či ke stolku. V případě potřeby pak může být umožněno ze dvou robotů za sebou vytvořit provizorní stolek se čtyřmi kvadranty pro vytvoření dočasného pracoviště. Pletivo může být upevněno k robotovi odnímatelně, aby bylo například možné některou stranu přepravní části odkrýt pro převoz objemnějšího materiálu.

Výhodně každý robot dále zahrnuje snímače. Snímače mohou například sloužit pro detekci překročení maximální výšky nákladu, přičemž řídicí jednotka robota může při zaznamenání takového překročení zablokovat pohyb robota a/nebo vydat zvukové či světelné upozornění, odeslat upozornění do počítače obsluhy apod. Další nebo jiné snímače mohou sloužit k detekci nákladu na dopravníku. Obdobně může senzory zahrnovat stolek, například pro detekci překročení výšky nákladu či detekci přítomnosti nákladu. Řídicí jednotka může pak například zajistit posun nákladu z předního dopravníku na zadní či naopak, na základě detekce nákladu na jednom dopravníku a detekce prázdného druhého dopravníku. Obdobně může být například spuštěn dopravník na stolku, když je senzorem zaznamenána přítomnost nového nákladu na kraji dopravníku, která indikuje, že dorazil robot, který svým dopravníkem začal vykládat náklad na stolek.

Robot a/nebo stolek mohou dále zahrnovat například nouzové vypínače, snadno přístupné výhodně ze všech stran daného robota/stolku. Dále mohou zahrnovat například výstražná světla, zejména pro robot může být výhodné indikační světlo pro vizuální informování okolí o pohybu robota.

Objasnění výkresů

Podstata technického řešení je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde na:

obr. 1 je znázorněn perspektivní pohled na přepravního autonomního robota v příkladném provedení systému pro přepravu materiálu dle předkládaného technického řešení, přičemž je patrné uspořádání dopravníků, snímačů a ochranného pletiva na přepravní ploše robota, obr. 2 je pohled zpředu na robota z obr. 1, obr. 3 je pohled zboku na robota z obr. 1,

- 2 CZ 36718 U1 obr. 4 je znázorněn perspektivní pohled na stolek na materiál ze systému dle technického řešení, přičemž je patrné uspořádání čtyř dopravníků a snímačů umístěných na přepravní ploše dopravníku, obr. 5 je pohled zpředu na stolek z obr. 4, obr. 6 je perspektivní pohled na systém dle předkládaného řešení, přičemž robot se nachází u stolku v poloze pro nakládání/vykládání materiálu, kdy jsou jejich odpovídající dopravníky vzájemně zarovnané, obr. 7 je pohled shora na stav z obr. 6, obr. 8 je pohled zboku na stav systému z obr. 6, obr. 9 je schematicky naznačeno rozdělení přepravní části stolku na kvadranty, každý obsahující dopravník, a zarovnání dopravníků robota s dopravníky stolku, a je naznačena vzájemná návaznost obou řad dopravníků stolku, kde jedna řada slouží pro výměnu materiálu s robotem a druhá slouží pro odebírání materiálu a odkládání prázdných přepravek z prostoru pro obsluhu.

Příklady uskutečnění technického řešení

Technické řešení bude dále objasněno na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy. Příkladné provedení systému pro přepravu materiálu pro výrobu je znázorněno na obr. 6 až 8, s detailnějším pohledem na robota na obr. 1 až 3 a na stolek na obr. 4 až 5. Obr. 9 pak znázorňuje schéma možného provozu systému, v okamžiku, kdy robot může předávat plné přepravky 11 na stolek a zároveň z něj odebírat prázdné přepravky 10.

Systém zahrnuje alespoň jednoho přepravního autonomního robota, tedy zařízení, které dle nastavených pokynů dokáže samostatně přepravovat materiál, například umístěný v přepravkách, po výrobní hale nebo jiné průmyslové oblasti. Výhodně je těchto robotů v provozu vícero pro zaj ištění efektivní přepravy materiálu mezi vícero místy, j ako jsou sklady, regály a pracovní stanice se stolky na materiál. Každý robot zahrnuje pohonnou část 1 a přepravní část 2. Pohonná část 1 zahrnuje například elektromotor, akumulátor, řídicí a komunikační elektroniku, kola, převodové ústrojí, kryt a ovládací prvky, např. uspořádané na ovládacím panelu 8. Rychlost robota může být omezena pro zajištění bezpečnosti na pracovišti, např. na 1 m/s. Přepravní část 2 zahrnuje dvojici paralelně uspořádaných dopravníků 3, tedy dopravníků 3 uspořádaných pro přepravu materiálu v rovnoběžných, zejména opačných, směrech, ale umístěných vedle sebe. Nemusí být tedy umožněno automatické přepravení materiálu z jednoho dopravníku 3 robota na druhý. Dopravníky 3 mohou mít každý vlastní pohon či společný pohon, energie pro ně může být zajištěna ze stejného zdroje jako pro pohon pro pohyb robota. Dále přepravní část 2 zahrnuje ochranné pletivo 5 pro zajištění bezpečnosti provozu, tj. zejména zabránění vypadnutí materiálu při převozu či zavadění materiálem o okolní objekty. Pletivo 5 je příkladně umístěno na třech ze čtyř stran přepravní části 2, přičemž čtvrtá strana pak umožňuje přístup k oběma dopravníkům 3. V některých provedeních však může pletivo 5 být například jen na protilehlých bočních stranách, s dopravníky 3 přístupnými z obou konců. Možné je pletivo 5 umístit i mezi dopravníky 3 či ho nahradit jiným druhem zábrany, například prutovou konstrukcí či plnou stěnou.

Výhodně robot dále zahrnuje indikační světlo 6, pro zajištění lepší viditelnosti robota, informování o tom, zda je v pohybu či stojí, případně o změně jeho směru, eventuální poruše apod. V zobrazeném provedení je indikační světlo 6 umístěno na sloupu, takže výškově přesahuje pletivo 5 i ostatní součásti robota, takže je dobře viditelné ze všech stran. Dále může robot zahrnovat snímače 7, například pro detekci přítomnosti materiálu na dopravníku 3, pro detekci

- 3 CZ 36718 U1 překročení maximální výšky nákladu apod. V zobrazeném provedení se jedná o laserové snímače 7 s naznačeným směrem paprsků, obecně lze však využít například i kamery s řídicí jednotkou pro zpracování obrazu, infračervené či indukční snímače apod. Robot může zahrnovat například další ovládací či indikační prvky, například snadno přístupné bezpečnostní vypínače, a může zahrnovat další standardní prvky autonomních robotů, jako jsou např. snímače překážek a vzdáleností, nárazníky, polohovací systémy apod.

Další součástí systému je stolek na materiál. Stolek rovněž zahrnuje přepravní část 2. Tato část je rozdělena do čtyř kvadrantů 4, každý opatřený aspoň jedním dopravníkem 3, přičemž všechny tyto dopravníky 3 mají stejný směr dopravy. Pohyb dopravníků 3 může být realizován společným pohonem, ale výhodně je jejich pohyb vzájemně nezávislý, což může být zajištěno samostatnými pohony či zpřevodováním, resp. volitelným přenášením, pohybu z pohonu společného. Stolek má výhodně přední konec určený pro kontakt s robotem, kde kontaktem nemusí být fyzický dotek, tento konec je např. pouze přístupný pro příjezd robota a výměnu materiálu nebo přepravek mezi robotem a stolkem. Protilehlý zadní konec je určen pro přístup obsluhy z prostoru 9 pro obsluhu. Směr dopravy dopravníků 3 je zepředu-dozadu či naopak, tedy pro dopravu mezi předním a zadním koncem dopravníku 3, resp. přední a zadní polovinou dopravníku 3. Jedna strana, spojující přední a zadní konec, je určena např. pro přepravu prázdných přepravek 10, a druhá je určena pro přepravu plných přepravek 11. Tato funkce je schematicky naznačena na obr. 9. Namísto prázdných přepravek 10 může robot samozřejmě i odvážet přepravky naplněné obaly, smontovanými součástmi, odřezky apod. Jak je naznačeno na obr. 9, dopravníky 3 stolku i robota mohou převážet kromě individuálních přepravek i stohy přepravek, což je výhodnější z hlediska přepravní kapacity. Maximální počet přepravek, který je dostatečně stabilní pro přepravu, pak může být hlídán snímači 7, jak je popsáno výše. Pro zajištění snadného předávání materiálu mezi dopravníky 3 stolku a robota je výhodně šířka a vzdálenost dopravníků 3 robota shodná nebo alespoň přibližně shodná (např. ± 25 %) s šířkou a vzdáleností dopravníků 3 na předním konci stolku (viz obr. 7). Zároveň je výhodně shodná výška stolku a robota, zejména tedy horních ploch jejich dopravníků 3 (viz obr. 8), alespoň v místě, kde dochází k překládání, tj. na předním konci. V některých provedeních může stolek zahrnovat i nakloněný dopravník 3, například aby kvadranty 4 na zadním konci, z nichž obsluha odebírá objekty, byly v ergonomicky příjemnější výšce a zároveň nemuseli roboti být příliš vysocí kvůli stabilitě. Některý kvadrant 4 pak může zahrnovat i více dopravníků 3.

Jak je příkladně znázorněno na obr. 4, stolek může zahrnovat sloupy opatřené snímači 7 pro snímání maximální výšky nákladu. V blízkosti dopravníků 3 mohou být umístěny snímače 7 pro snímání přítomnosti nákladu na dopravníku 3. Díky těmto snímačům 7 může být například zajištěno, že náklad z jednoho konce stolku je automaticky přepraven na druhý po vyprázdnění druhého konce. Přepravní část 2 je v zobrazeném provedení nesena kovovým rámem a zahrnuje nouzové vypínače. V některých provedeních může například dále zahrnovat ochranné pletivo 5, ovládací panel 8 apod. Dopravníky 3 robota i stolku jsou v zobrazeném provedení pásové, obecně lze však využít i jiné dopravníky 3, například válečkové.

Díky využití stolků se čtyřmi kvadranty 4 je umožněno na odpovídajících dopravnících 3 stolku udržovat trvale např. zásobu (částečně) plných přepravek 11 na první straně druhého konce, aby měla obsluha trvale k dispozici materiál, a zároveň byl na stolku prostor pro přivezení nových plných přepravek 11 na první straně prvního konce, aby mohl robot dovézt nové přepravky už před úplným vyprázdněním starých přepravek, což omezuje prostoje robota či obsluhy. Na druhé straně druhého konce je přitom prostor např. pro odkládání prázdných přepravek 10 a zároveň mohou na prvním konci být připraveny prázdné přepravky 10 pro odvoz. Díky využití dvou paralelních dopravníků 3 přitom robot může přivézt plné přepravky 11, paralelně je předat na stolek a zároveň z něj odebrat prázdné přepravky 10, a ty následně odvézt pryč. Kromě odstranění prostojů, jak je popsáno výše, je tedy zkrácen i čas na předávání materiálu mezi robotem a stolkem, protože robot může materiál odebírat ze stolku a dávat na stolek zároveň. Řídicí elektronika robota, stolku, nebo celého systému přitom výhodně sleduje, zda má robot při daném úkonu přivést materiál, odvézt materiál/přepravky nebo oboje a podle toho ovládá dopravníky 3 robota i stolku. Zároveň řídicí elektronika systému, například centrální řídicí počítač, může plánovat, kdy a kam který robot bude

- 4 CZ 36718 U1 vyslán, pro zajištění co nejefektivnějšího rozvozu materiálu po daném podniku. Zejména v provozech s vícero stolky, kde některými z nich mohou být i stolky bez čtyřkvadrantového uspořádání dopravníků 3, a/nebo vícero robotů, kde některými z nich mohou být i roboty bez dvojice dopravníků 3, může tato centrální optimalizace být výhodná. Pomocí ovládacího panelu 8 na robotovi nebo jinak realizovaného ovládacího zařízení, například tabletu komunikačně spojeného se systémem, může zároveň či alternativně obsluha mít možnost objednat si dovoz nového materiálu či odvoz přepravek, takže plánování rozvozu může a nemusí být automatické. Díky takovému rozvozu může být dosaženo lepšího využití robotů, protože každý robot může být odeslán na pracoviště, kde je ho zrovna potřeba, bez ohledu např. na pravidelnost činnosti na jednotlivých pracovištích. Je tak například možné předejít situacím, kdy by robot bez využití čekal na příkazy kvůli zpomalení či přerušení činnosti jemu přiřazeného pracoviště, pokud tento robot může zareagovat na přivolání nebo potřebu převozu z jiného pracoviště. Zároveň může zefektivnění přepravy umožnit zmenšení nutných operačních zásob na jednotlivých pracovištích, takže je vylepšen poměr využití výrobní plochy výrobními prostředky a materiálem. Předkládané řešení tak umožňuje tzv. Kanban přístup k výrobě.

Systém může dále zahrnovat například dobíjecí stanice, centrální snímače či řídicí jednotky společné pro vícero stolků či robotů, sklady opatřené dopravníky 3 pro nakládání materiálu na roboty či odebírání z robotů apod.

Ve srovnání se stavem techniky může zvýšení efektivity logistiky v provozu vypadat například následovně:

Případ č. 1: Pokud by mobilní robot i stolek měli pouze jeden dopravník 3, proběhla by logistická úloha následovně:

1) Robot by vyložil na stolek a prázdný by odjel

2) Materiál ze stolku musí být nejprve zcela odebrán, aby mohl stolek sloužit pro případné naložení robota prázdnými přepravkami 10

3) Při odložení poslední prázdné přepravky 10 na stolek operátor ve výrobě čeká, než robot odveze prázdné přepravky 10 a než následně přiveze nový náklad.

Případ č. 2: Čekání výrobní linky na zásobovacího mobilního robota není žádoucí. Lze to ošetřit dvěma stolky, kdy robot na první stolek složí a na druhém naloží prázdné přepravky 10. Logistická úloha by potom proběhla následovně:

1) Robot složí na stolek a prázdný popojíždí ke druhému stolku

2) Robot po zaparkování u druhého stolku nabere prázdné přepravky 10 a odjíždí.

Případ č. 2 je tedy efektivnější než případ č. 1, efektivitu však snižuje přejíždění (a druhé parkování) robota u druhého stolku.

Například pokud průměrná velikost přepravní trasy mobilního robota činí asi 100 metrů (v závislosti na velikosti haly a vzdálenosti skladu od výrobní linky), a robot z bezpečnostních důvodů jezdí rychlostí 1 m/s.

V prvním případě by doba obsloužení trvala:

1) Robot přiveze materiál: cesta 100 s + 20 s skládání = 120 s

2) Robot jede pro prázdné přepravky 10: cesta 100 s + 20 s nakládání = 120 s

3) Prodleva na lince způsobená tím, že není materiál = robot přiveze materiál = min. 120 s

Ve druhém případě by doba obsloužení trvala:

1) Robot přiveze materiál: cesta 100 s + 20s skládání = 120 s

- 5 CZ 36718 U1

2) Robot naloží u druhého stolku: cesta 5 s + 20 s nakládání = 25 s

Předkládaný vynález v této situaci přiveze materiál, vyloží plné přepravky 11 a naloží prázdné za 120 s.

- 6 CZ 36718 U1

Claims (3)

1. Systém pro přepravu materiálu pro výrobu zahrnující alespoň jednoho přepravního autonomního robota a alespoň jeden stolek na materiál, přičemž každý robot zahrnuje pohonnou část (1) a přepravní část (2) umístěnou na pohonné části (1), vyznačující se tím, že přepravní část (2) každého robota zahrnuje dva paralelně uspořádané dopravníky (3) se vzájemně rovnoběžným směrem dopravy a stolek zahrnuje přepravní část (2) rozdělenou do čtyř kvadrantů (4), přičemž každý kvadrant (4) zahrnuje dopravník (3), přičemž dopravníky (3) z kvadrantů (4) každého stolku jsou uspořádané do dvou dvojic, přičemž dopravníky (3) v každé dvojici jsou uspořádány paralelně, a přičemž dopravníky (3) ze všech kvadrantů (4) každého stolku mají rovnoběžný směr dopravy.

2. Systém pro přepravu materiálu podle nároku 1, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi dopravníky (3) každého robota je rovna vzdálenosti mezi dopravníky (3) v každé dvojici dopravníků (3) každého stolku.

3. Systém pro přepravu materiálu podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že přepravní část (2) každého robota má obdélníkový půdorys, přičemž je ze tří stran opatřena ochranným pletivem (5) a každý dopravník (3) robota má jeden svůj konec umístěn podél čtvrté strany přepravní části (2).

9 výkresů

Seznam vztahových značek:

1 Pohonná část

2 Přepravní část

3 Dopravník

4 Kvadrant

5 Pletivo

6 Indikační světlo

7 Snímač

8 Ovládací panel

9 Prostor pro obsluhu

10 Prázdná přepravka

11 Plná přepravka