DE102016216210A1

DE102016216210A1 - Roboterfahrzeug, insbesondere für eine Automatisierungsanlage sowie eine Automatisierungsanlage mit dem Roboterfahrzeug

Info

Publication number: DE102016216210A1
Application number: DE102016216210.1A
Authority: DE
Inventors: Joachim Frangen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2018-03-01

Abstract

Die Schritte einer Automatisierung von Prozessen in einer Produktionsanlage sind meist starr festgelegt und durch beispielsweise mit Förderbändern festgelegte Transportwege gekennzeichnet. Es wird hier ein flexibles Roboterfahrzeug zum Einsatz in Produktionsanlagen vorgeschlagen. Das Roboterfahrzeug 1 umfasst ein Fahrmodul 4 zur freien Bewegung des Roboterfahrzeugs 1 in einem Anlagenbereich 2 sowie ein Handhabungsmodul 5 zur Durchführung von mindestens einer Handhabungsfunktion.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Roboterfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Automatisierungsanlage mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11.
Handhabungs- und Transportabläufe in einer Fertigungslinie sind das Rückgrat des Teileflusses und entscheiden maßgeblich über die Wirtschaftlichkeit, Verfügbarkeit und Wandlungsfähigkeit einer Fertigungslinie. Innerhalb einer Fertigungslinie und/oder einer Fertigungsanlage werden meist eine Vielzahl unterschiedlicher Handhabungs- und Transportsysteme eingesetzt.
Die Druckschrift DE 10 2013 215 409 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt eine Projektionseinheit für eine selbsttätig mobile Plattform, insbesondere für einen frei beweglichen Transportroboter und/oder für ein oder mehrere frei bewegliche Transporteinrichtungen eines Transportroboters. Die Projektionseinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinheit für eine Signalgebung zur Projektion des Bewegungspfades der mobilen Plattform eingerichtet ist, wobei die Projektion im räumlichen Umfeld der mobilen Plattform erfolgt.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wird ein Roboterfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Automatisierungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der nachfolgenden Beschreibung sowie in den beigefügten Figuren offenbart.
Im Rahmen der Erfindung wird ein Roboterfahrzeug vorgeschlagen, welches insbesondere geeignet ist, in einer Automatisierungsanlage eingesetzt zu werden.
Das Roboterfahrzeug umfasst ein Fahrmodul zur freien Bewegung des Roboterfahrzeugs in einem Anlagenbereich. Insbesondere wird als freie Bewegung eine nicht geführte und/oder nicht weggebundene Bewegung im Anlagenbereich verstanden. Der Anlagenbereich kann eine Ebene und/oder eine gekrümmte Fläche sein. Insbesondere wird der Anlagenbereich von einer Fabrikhalle, einer Montagezelle, einem Transportweg und/oder einem Tisch gebildet. Vorzugsweise ermöglicht das Fahrmodul eine Bewegung des Roboterfahrzeugs in zwei Dimensionen. Die zwei Dimensionen der Bewegung des Roboterfahrzeuges werden vorzugsweise durch linear unabhängige Koordinatenachsen X und Y beschrieben, wobei die Koordinatenachsen X und Y beispielsweise einer Orthonormalbasis des Tangentialvektorraums am jeweiligen Punkt im Anlagenbereich entsprechen. Für einen flachen, nicht gekrümmten Anlagenbereich, können die Koordinatenachsen X und Y beispielsweise in dem Anlagenbereich liegen und diesen Aufspannen.
Das Roboterfahrzeug umfasst ein Handhabungsmodul zur Durchführung von mindestens einer Handhabungsfunktion, wobei die Handhabungsfunktion beispielsweise eine Transportfunktion und/oder eine Positionierfunktion ist. Das Handhabungsmodul ermöglicht den Einsatz des Roboterfahrzeugs bei der Einbindung von anwendungsspezifischen Modulen zur Lösung verschiedener Aufgaben. Das Handhabungsmodul kann ausgebildet sein, einen Gegenstand im Anlagenbereich entweder direkt zu handhaben, indem es ein Werkstück im Kraft- und/oder Formschluss fixiert, oder es indirekt handhaben, indem es einen Werkstückträger, eine Palette oder ein Gebinde mit Einzelstücken oder größeren Mengen des Materials aufnimmt. Insbesondere kann das Handhabungsmodul zur Werkstückbearbeitung, Prüfung, Reinigung oder Markierung ausgebildet sein. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Handhabungsmodul ausgebildet, eine Kamera zur Anlagenbereichsinspektion zu handhaben und/oder eine Reinigungseinheit zur Anlagenbereichsreinigung zu handhaben. Insbesondere kann das Handhabungsmodul ausgebildet sein, Versorgungsdienste für andere dergleichen Roboterfahrzeuge zu übernehmen, wie zum Beispiel den Tausch von Energiespeicherelementen, das Wechseln von Werkzeugen und/oder Handhabungsmodulen oder das Abschleppen von defekten Roboterfahrzeugen.
Das Roboterfahrzeug umfasst eine Absolutpositionierungseinrichtung zur Positionsbestimmung des Roboterfahrzeuges im Anlagenbereich. Die Absolutpositionierungseinrichtung ist vorzugsweise als Mikrochip oder Embedded Computer ausgebildet. Insbesondere ist die Absolutpositionierungseinrichtung im Fahrmodul oder Handhabungsmodul integriert. Als Positionsbestimmung wird beispielsweise die Bestimmung der Lage des Roboterfahrzeugs im Anlagenbereich verstanden. Insbesondere entspricht die Positionsbestimmung des Roboterfahrzeugs der Bestimmung der Position und/oder Lage des Roboterfahrzeuges in zwei Dimensionen, vorzugsweise in drei Dimensionen und im Speziellen in sechs Dimensionen, wobei die sechs Dimensionen insbesondere drei translatorische Raumkoordinaten und drei Winkellagen umfassen. Die Positionsbestimmung kann als Bestimmung von Koordinaten des Roboterfahrzeuges im Anlagenbereich erfolgen, wobei die Koordinaten zum Beispiel in einem kartesischen Koordinatensystem bestimmt werden. Die Absolutpositionierungseinrichtung ist insbesondere ausgebildet, die Positionsbestimmung zyklischen in konstanten Zeitabständen durchzuführen, wie zum Beispiel alle Zehntelsekunde oder schneller.
Es ist eine Überlegung der Erfindung, die Wandlungsfähigkeit von Produktionslinien und/oder Produktionsanlagen zu erhöhen, indem es universell einsetzbare und flexibel konfigurierbare Systeme für die automatisierte Ausführung von typischen Handhabungs- und/oder Transportvorgängen in Produktionslinien und/oder Produktionsanlagen bereitstellt. Damit können viele Mängel heutiger Produktionslinien und/oder Produktionsanlagen behoben werden, wie zum Beispiel eine niedrige Verfügbarkeit der Fertigungslinie durch eine Vielzahl von ausfallkritischen Handhabungs- und Transportkomponenten, eine geringe Produkt- und Variantenflexibilität, Montagesysteme, geringe Stückzahlflexibilität und lange Planungsvorläufe bei heutigen Fertigungslinien.
Aus diesem Grund wird gemäß der Erfindung ein autonomes Roboterfahrzeug vorgeschlagen, welches einzeln und/oder im Schwarm in einer Fertigungslinie und/oder einer Fertigungsstation typische Aufgaben wie Handhabungs- und Transportdienste ausführen kann. Dadurch ersetzt es Funktionen, die heute von stationär installierten Handhabungs- und/oder Transporteinrichtungen ausgeführt werden. Die Wirtschaftlichkeit kann so erheblich gesteigert werden, was zu einer Investitionsreduzierung führt. Das Roboterfahrzeug kann in vielen Fällen stationäre Industrieroboter und klassische Transfereinrichtungen ersetzen. Durch die Absolutpositionierungseinrichtung zur Positionsbestimmung ist das Roboterfahrzeug so präzise positionierbar, wie es für Industrieroboter typisch ist. Insbesondere werden Genauigkeitsanforderungen abgedeckt, wie sie im Bereich der Montage benötigt werden.
Ferner ermöglicht der Einsatz der Roboterfahrzeuge eine Skalierbarkeit des Produktionsvolumens und der Taktzeit. Die Verfügbarkeit einer Produktionsanlage wird gesteigert, da defekte Roboterfahrzeuge eines Schwarms sofort aus dem Betrieb genommen werden können und durch Reservefahrzeuge ersetzt werden, dadurch hat der Schwarm aus Roboterfahrzeugen eine höhere Verfügbarkeit als ein einzelnes Mitglied des Schwarms.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung umfasst das Roboterfahrzeug einen Inertialsensor zur Verbesserung einer zeitlichen und/oder örtlichen Auflösung der Absolutpositionierungseinrichtung. Alternativ und/oder ergänzend ist die Absolutpositionierungseinrichtung zur Ersatzpositionsbestimmung ausgebildet. Vorzugsweise ist der Inertialsensor im Fahrmodul des Roboterfahrzeuges integriert. Insbesondere ist der Inertialsensor zur Erfassung der Beschleunigung in mindestens zwei translatorischen Freiheitsgraden und/oder mindestens zwei rotatorischen Freiheitsgraden ausgebildet. Beispielsweise umfasst der Inertialsensor drei Beschleunigungssensoren für die translatorische Beschleunigungsbestimmung in drei Dimensionen sowie drei Drehratensensoren zur Bestimmung der rotatorischen Freiheitsgrade. Der Inertialsensor kann in einer möglichen Ausgestaltung auch nur einen Teil der translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade bestimmen, wie zum Beispiel zwei translatorische Freiheitsgrade in X/Y Richtung sowie einen rotatorischen Freiheitsgrad nämlich der Drehung in X/Y.
Vorzugsweise ist der Inertialsensor ausgebildet, die von ihm bestimmten Daten als Beschleunigungsdaten einer im Roboterfahrzeug integrierten Auswerteeinheit bereitzustellen. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, auf Basis der Beschleunigungsdaten die Relativposition und/oder Relativverschiebung zu ermitteln, dies erfolgt beispielsweise durch mathematische Integration der Beschleunigungsdaten. Die Relativposition und/oder Relativverschiebung kann beispielsweise zur Interpolation, der durch die Absolutpositionierungseinrichtung bestimmten Positionsinformationen, genutzt werden. Alternativ und/oder ergänzend ist der Inertialsensor und/oder die Auswerteeinheit ausgebildet, auf Basis der Beschleunigungsdaten die Positionsbestimmung als Ersatzpositionsbestimmung durchzuführen, wenn die Absolutpositionierungseinrichtung beispielsweise eine Störung aufweist und/oder keine valide Positionsbestimmung durchführt. Insbesondere kann so die Frequenz der Positionsbestimmung der Absolutpositionierungseinrichtung auf mehr als 500 Hertz erhöht werden, indem der Inertialsensor und/oder die Auswerteeinheit einen Integrator mit entsprechend hoher Frequenz umfasst.
In einer möglichen Ausgestaltungsform der Erfindung umfasst das Roboterfahrzeug ein Wegplanungsmodul zur Planung eines Weges des Roboterfahrzeuges im Anlagenbereich. Das Wegplanungsmodul kann als Mikrochip oder als Embedded Computer im Roboterfahrzeug integriert sein. Vorzugsweise ist das Wegplanungsmodul als Softwaremodul ausgebildet. Insbesondere ist das Wegplanungsmodul ausgebildet, auf Basis einer Ist-Position des Roboterfahrzeuges ein Fahrmanöver zu einer vorgegebenen Soll-Position zu planen. Vorzugsweise ist das Wegplanungsmodul software- und/oder hardwaretechnisch im Fahrmodul integriert. Das Wegplanungsmodul ist ausgebildet, beispielsweise durch Algorithmen, schnelle Fahrmanöver mit gleichzeitig hoher Genauigkeit im Erreichen der Soll-Position durchzuführen. Insbesondere ist die Genauigkeit beim Erreichen einer Soll-Position besser als zwei Millimeter, insbesondere besser als 0,2 Millimeter und im Speziellen besser als zwei Mikrometer.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Roboterfahrzeug ein Energiespeichermodul. Beispielsweise ist das Energiespeichermodul als ein Akkumulator oder als ein Kondensator mit hoher Kapazität ausgebildet. Insbesondere kann das Roboterfahrzeug ausgebildet sein, bei zuneige gehender Energie für ein selbständiges Nachladen des Energiespeichermoduls zu sorgen. Vorzugsweise umfasst das Roboterfahrzeug eine Ladeschnittstelle, wobei die Ladeschnittstelle elektrisch mit dem Energiespeichermodul verbunden ist. Beispielsweise kann die Ladeschnittstelle als eine galvanische Kontaktierung ausgebildet sein. Alternativ und/oder ergänzend ist das Energiespeichermodul ausgebildet, über eine Induktionsspule berührungsfrei aufgeladen zu werden. Das Energiespeichermodul kann insbesondere durch häufiges kurzzeitiges Nachladen, mit Ladezeiten zwischen einer und 20 Sekunden mit hohen Nachladungsfrequenzen aufgeladen werden, solches kurzzeitiges Nachladen wird vorzugsweise für Energiespeichermodule angewandt die als Kondensatoren mit hoher Kapazität ausgebildet sind. Alternativ und/oder ergänzend ist das Energiespeichermodul für ein Aufladen mit niedriger Nachladungsfrequenz, wie es bei typischen Akkumulatoren angewandt wird, ausgebildet.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Handhabungsmodul ausgebildet, ein fahr- und/oder bewegungsuntüchtiges weiteres Roboterfahrzeug eines Roboterschwarms mechanisch anzukoppeln, wobei ein Roboterschwarm beispielsweise mindestens zwei Roboterfahrzeuge umfasst, wobei die Roboterfahrzeuge eines Schwarms gleiche und/oder unterschiedliche Handhabungsmodule umfassen können. Das Roboterfahrzeug ist insbesondere ausgebildet, das mechanisch angekoppelte fahr- und/oder bewegungsuntüchtige weitere Roboterfahrzeug in einen reservierten Abstellbereich des Anlagenbereiches zu schleppen. Vorzugsweise umfasst der Roboterschwarm ein Reserveroboterfahrzeug, wobei das Reserveroboterfahrzeug ein erfindungsgemäßes Roboterfahrzeug mit einem gleichen Handhabungsmodul wie das fahruntüchtige Roboterfahrzeugs ist. Das Reserveroboterfahrzeug ist ausgebildet, das ausgefallene, fahr- und/oder bewegungsuntüchtige Roboterfahrzeug des Schwarms im Anlagenbereich zu ersetzen.
Das Fahrmodul umfasst vorzugsweise eine Radkinematik mit mindestens zwei parallelen Rädern und mindestens einem dritten Rad. Insbesondere sind die zwei, parallel zueinander angeordneten Räder, angetriebene Räder. Das dritte und gegebenenfalls vierte Rad sind vorzugsweise als passiv gelenkte Stützräder ausgebildet. Die Räder der Radkinematik können beispielsweise in Vorder- und Hinterräder aufgeteilt werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Radkinematik so ausgebildet, dass die Hinterräder als antreibende Räder agieren und die Vorderräder als Lenkräder ausgebildet sind. Insbesondere können aus der Radkinematik zusätzliche Positionsinformationen gezogen werden, wie beispielsweise durch Anwendung von Odometrie. In einer möglichen Ausgestaltung umfasst die Radkinematik angetriebene Allseitenräder, die beispielsweise als omnidirektionaler Antrieb wirken.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Handhabungsmodul als Greif- und/oder Spannvorrichtung ausgebildet. Insbesondere kann die Greif- und/oder Spannvorrichtung Sensoren umfassen, wobei die Sensoren die Erkennung der Anwesenheit von Teilen im Greifbereich oder die Beobachtung des Greifprozesses wie zum Beispiel Greiferöffnungswinkel, Abstand der Greifer zum Werkstück, Greifkraft, Teileschlupf im Greifer und so weiter, ermöglichen. Insbesondere ist das als Greifer- oder Spannvorrichtung ausgebildete Handhabungsmodul zur Übernahme und/oder zur Übergabe eines Gegenstandes/Werkstückes ausgebildet.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist das Handhabungsmodul eine Achsenkinematik mit mindestens zwei Freiheitsgraden auf. Alternativ weist die Achsenkinematik des Handhabungsmoduls nur einen Freiheitsgrad auf, wie zum Beispiel einen Z-Freiheitsgrad, der einer Auf- und Abwärtsrichtung entlang einer parallelen zur Hochachse des Roboterfahrzeuges entspricht. Die Kinematik in zwei Freiheitsgraden umfasst vorzugseise den Z-Freiheitsgrad (Auf/Ab) und einen φ-Freiheitsgrad, wobei der φ -Freiheitsgrad die Drehung des Fahrzeuges um eine Parallele Achse zur Fahrzeughochachse des Roboterfahrzeuges ist. Insbesondere kann diese Achsenkinematik durch eine Linearachse in Z-Richtung in Kombination mit einer Drehachse für φ realisiert sein, wobei die Drehachse beispielsweise durch die Linearachse in Z-Richtung definiert ist. Alternativ und/oder ergänzend kann die Achsenkinematik des Handhabungsmoduls mehr als zwei Freiheitsgrade aufweisen, sodass beliebig orientierte Teile und/oder Werkstücke gegriffen und/oder gehandhabt werden können.
Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung, dass ein erstes Handhabungsmodul auswechselbar gegen ein weiteres Handhabungsmodul ist. Insbesondere ist ein erstes Handhabungsmodul gegen ein zweites Handhabungsmodul werkzeuglos austauschbar. Vorzugsweise umfasst das Fahrmodul dazu eine Handhabungsmodulschnittstelle zum Anbringen des Handhabungsmoduls an das Fahrmodul. Die Handhabungsmodulschnittstelle kann als eine Datenschnittstelle und/oder als eine Hardwareschnittstelle ausgebildet sein. Beispielsweise ist ein als Greif- und/oder Spannvorrichtung ausgebildetes Handhabungsmodul gegen ein Handhabungsmodul austauschbar, welches als Bohr und/oder Prüfvorrichtung ausgebildet ist. Dies ermöglicht einen Betrieb und/oder eine Nutzung des Roboterfahrzeuges mit unterschiedlichen Handhabungsmodulen, sodass ein Roboterfahrzeug jederzeit an einen anderen und/oder neuen Prozessschritt angepasst werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Roboterfahrzeug in mindestens drei Freiheitsgraden positionierbar. Mindestens zwei Freiheitsgrade der mindestens drei Freiheitsgrade werden von der Position des Roboterfahrzeuges in einer Bewegungsebene definiert, wobei die Bewegungsebene vorzugsweise der Anlagenbereich ist. Mindestens ein Freiheitsgrad der mindestens drei Freiheitsgrade wird vom Winkel des Roboterfahrzeugs um seine Hochachse definiert.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Roboterfahrzeug eine optische Sensoreinheit, wobei die optische Sensoreinheit ausgebildet ist, mindestens eine im Anlagenbereich angebrachte, künstliche optische Markierung zu detektieren. Die optische Sensoreinheit ist vorzugsweise ausgebildet, der Absolutpositionierungseinrichtung die detektierten künstlichen optischen Markierungen als Markierungsdaten bereitzustellen.
Die optische Sensoreinheit ist insbesondere als eine Kamera ausgebildet, wobei die Kamera beispielsweise im sichtbaren, im infraroten und/oder im ultravioletten Bereich Bilder aufnimmt. Insbesondere ist die optische Sensoreinheit mit Blickrichtung auf den Boden des Anlagenbereiches angeordnet, wobei die künstlichen optischen Markierungen am Boden des Anlagenbereiches angeordnet sind. Alternativ und/oder ergänzend ist die optische Sensoreinheit mit beliebiger Blickrichtung angeordnet sein, wie beispielsweise mit Blickrichtung an die Wände des Anlagenbereiches, wobei die künstlichen optischen Markierungen an den Wänden des Anlagenbereiches angeordnet sind.
Die Absolutpositionierungseinrichtung ist ausgebildet, auf Basis der Markierungsdaten die Positionsbestimmung des Roboterfahrzeuges durchzuführen. Die künstlichen optischen Markierungen sind vorzugsweise als zweidimensionale optische Codes ausgebildet. Beispielsweise ist die künstliche optische Markierung ein QR-Code oder ein DMC. Die künstlichen optischen Markierungen sind insbesondere in regelmäßigen Abständen im Anlagenbereich angeordnet. Alternativ sind die künstlichen optischen Markierungen abschnittsweise im Anlagenbereich angeordnet. Die künstlichen optischen Markierungen codieren vorzugsweise ihre Position im Anlagenbereich, wobei die von der optischen Sensoreinheit bereitgestellten Markierungsdaten die codierte Positionsinformation umfasst. Beispielsweise ist die Absolutpositionierungseinrichtung ausgebildet, die in den optischen Markierungen codierte Positionsinformation zu decodieren und als Positionsinformationen zu werten.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung umfasst das Roboterfahrzeug ein Planungsmodul zur Steuerung des Roboterfahrzeuges gemäß einem zur Durchführung eines Prozesses nötigen Prozessplan. Der durchzuführende Prozess kann beispielsweise der Herstellungsprozess oder Bearbeitungsprozess in einer Produktionsanlage oder Produktionslinie sein. Insbesondere ist das Planungsmodul zur produktionsschrittweisen Ansteuerung des Roboterfahrzeugs gemäß einem mehrstufigen Produktionsprozess ausgebildet. Die zur Durchführung des Prozesses benötigten Daten können beispielsweise durch eine Dateneingabeeinrichtung wie zum Beispiel einem im Roboterfahrzeug integrierten Touch-Screen und/oder im Roboterfahrzeug integrierte Tastatur eingegeben werden. Alternativ und/oder ergänzend können die zur Steuerung und zur Durchführung der Prozesse benötigten Daten von einer Ausleseeinheit aus CAD-Plänen extrahiert werden. Insbesondere ist das Planungsmodul datentechnisch mit der Absolutpositionierungseinrichtung verbunden, sodass das Planungsmodul die aktuelle Position des Roboterfahrzeugs im Anlagenbereich kennt.
Besonders bevorzugt ist, dass das Roboterfahrzeug eine Kommunikationsschnittstelle zur datentechnischen Kommunikation mit einer übergeordneten Prozesseinheit und/oder anderen dergleichen Roboterfahrzeugen umfasst. Eine übergeordnete Prozesseinheit ermöglicht beispielsweise eine Durchführung von komplexeren Aufgaben durch das Roboterfahrzeug. Beispielsweise übernimmt die übergeordnete Prozesseinheit eine Auftrags und/oder Prozessplanung des Roboterfahrzeuges, eine Einsatzplanung für das Roboterfahrzeug und/oder Handhabungsmodule, eine zeitoptimale und kollisionsfreie Bewegungssteuerung der Roboterfahrzeuge und/oder eine Steuerung zentraler Dienste zum Aufrechterhalten eines effizienten Betriebes von Roboterfahrzeugen, wie beispielsweise die Behandlung von Störungen und Fehlerfällen. Die datentechnische Kommunikation von Roboterfahrzeugen untereinander kann für eine reibungsfreie Interaktion von Roboterfahrzeugen untereinander genutzt werden, wie beispielsweise die Übergabe eines Werkstückes eines ersten Roboterfahrzeuges an ein zweites Roboterfahrzeug. Beispielsweise ist es auch möglich, dass das Roboterfahrzeug über die Kommunikationsschnittstelle mit Fertigungsstationen in einer Produktionsanlage und/oder Produktionslinie kommuniziert. Das ermöglicht eine reibungsfreie Interaktion eines Roboterfahrzeuge mit Fertigungsstationen, wie beispielsweise eine Übergabe eines Werkstückes an die Fertigungsstation.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Roboterfahrzeug dadurch gekennzeichnet, dass es im Anlagenbereich auf eine Genauigkeit von mehr als 0,2 Millimeter, insbesondere mehr als 10 Mikrometer und im Speziellen mehr als 1 Mikrometer positionierbar ist. Insbesondere ist das Roboterfahrzeug im Anlagenbereich auf eine Winkelstellung von besser als 0,5 Grad, insbesondere besser als 0,1 Grad und im Speziellen besser als 0,05 Grad ausgebildet.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Automatisierungsanlage, wobei die Automatisierungsanlage mindestens ein Roboterfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche und/oder der vorherigen Beschreibung sowie den Anlagenbereich umfasst. Insbesondere kann als Automatisierungsanlage eine durch Roboterfahrzeuge automatisierte Produktionsanlage angesehen werden. Insbesondere ist die Automatisierungsanlage dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagenbereich größer ist als 0,1 Quadratmeter und kleiner ist als 4 Quadratmeter. Vorzugsweise ist der Anlagenbereich als eine Montagezelle ausgebildet. Diese Größe des Anlagenbereiches erfordert, dass die Roboterfahrzeuge eine entsprechende Größe aufweisen. Beispielsweise ist jeder Querschnitt des Roboterfahrzeugs, der parallel zum Anlagenboden ist, kleiner als 800 Quadratzentimeter. Ferner erfordert die Größe des Anlagenbereiches von kleiner als 4 Quadratmeter, dass das Roboterfahrzeug vorzugsweise einen Wenderadius von weniger als 1 Meter aufweist. Anlagenbereiche der Größe von 0,1 Quadratmeter bis 100 Quadratmeter sind beispielsweise typische Produktionsbereiche von maximal handtellergroßen Werkstücken, elektronischen Bauteilen und/oder technischen Bauteilen. Dazu ist insbesondere der Anlagenbereich ein Produktionsbereich für solche technischen Bauteile wie zum Beispiel Elektronikbauteile oder elektromechanische Bauteile wie zum Beispiel hydraulische oder pneumatische Ventile. Ferner kann der Anlagenbereich als ein staubfreier Anlagenbereich ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind die Roboterfahrzeuge in der Automatisierungsanlage ausgebildet untereinander hardwaretechnisch agieren zu können, um so einen Prozess zu automatisieren. Die hardwaretechnische Interaktion kann ausgebildet sein, ein Werkstück und/oder einen Gegenstand von einem ersten Roboterfahrzeug an ein zweites Roboterfahrzeug zu übergeben. Die hardwaretechnische Interaktion kann auch als ein Prüfen eines Gegenstandes ausgebildet sein, wozu beispielsweise ein erstes Roboterfahrzeug ein Prüf und/oder Werkstück hält und ein zweites Roboterfahrzeug mit einer Prüfkamera um das erste Roboterfahrzeug mit Prüfstück fährt und so das Werkstück optisch prüft. Insbesondere sind die Roboterfahrzeuge ausgebildet, miteinander sowohl hardwaretechnisch als auch datentechnisch zu kommunizieren, sodass die Automatisierung des Prozesses ausgeführt und/oder optimiert werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist im Anlagenbereich mindestens ein Prozessmodul zur Durchführung eines Prozessschrittes und/oder Produktionsschrittes angeordnet. Das Prozessmodul kann beispielsweise eine Presse, ein Bohrer oder ein Prüfmodul sein. Insbesondere ist das Roboterfahrzeug ausgebildet, mit dem Prozessmodul zu interagieren. Die Interaktion des Roboterfahrzeuges mit dem Prozessmodul kann beispielsweise eine Übergabe eines Werkstückes und/oder Gegenstandes an das Prozessmodul sein.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1 ein Roboterfahrzeug in einem Anlagenbereich;
2 Roboterfahrzeug in einem Anlagenbereich mit Prozessmodul;
3 Blockschaltbild des Roboterfahrzeugs;
4a, 4b, 4c, 4d und 4e mögliche Ausgestaltungen der Radkinematik;
5a und 5b Handhabungsmodule mit zwei Freiheitsgraden.
1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung ein Roboterfahrzeug 1 in einem Anlagenbereich 2. Das Roboterfahrzeug 1 ist in dem Anlagenbereich 2 bewegbar, wobei sich in diesem Beispiel das Roboterfahrzeug 1 in Fahrtrichtung 3 fortbewegt. Insbesondere ist das Roboterfahrzeug 1 im Anlagenbereich 2 in zwei Dimensionen bewegbar, wobei die zwei Dimensionen die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung sowie die Rechts-/Linksrichtung umfassen und die Rechts-/Linksrichtung senkrecht auf der Vor-/Zurückrichtung steht.
Das Roboterfahrzeug 1 umfasst ein Fahrmodul 4 und ein Handhabungsmodul 5, wobei in diesem Beispiel das Handhabungsmodul 5 auf dem Fahrmodul 4 angeordnet ist. Das Fahrmodul 4 umfasst eine Karosserie 6. Die Karosserie 6 kann einstückig oder mehrstückig aufgebaut sein und aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein. In der Karosserie 6 beziehungsweise im Fahrmodul 4 ist ein Wegplanungsmodul 7, ein Planungsmodul 8, ein Energiespeichermodul 9, eine Antriebseinheit 10 sowie ein Inertialsensor 11 angeordnet.
Auf der Unterseite des Roboterfahrzeuges ist eine Radkinematik angeordnet, wobei die Radkinematik mindestens ein Hinterrad 12 sowie mindestens ein Vorderrad 13 umfasst. Die Radkinematik wird von der Antriebseinheit 10 angetrieben, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Antriebseinheit 10 nur das mindestens eine Hinterrad 12 antreibt. Das Vorderrad 13 ist als ein passives nicht angetriebenes Lenk- beziehungsweise Unterstützungsrad ausgebildet. Die Antriebseinheit 10 ist so ausgebildet, dass durch das Antreiben des Hinterrades 12 das Roboterfahrzeug 1 im Anlagenbereich 2 auf eine Genauigkeit von besser als einem Millimeter positionierbar ist. Insbesondere ist das Roboterfahrzeug 1 durch die Antriebseinheit 10 auf eine Genauigkeit von besser als 200 Mikrometer genau positionierbar.
Ferner ist auf der Unterseite des Roboterfahrzeuges 1 eine Ladeschnittstelle 14 angeordnet. Die Ladeschnittstelle 14 ist als ein galvanischer Kontakt ausgebildet. Alternativ kann die Ladeschnittstelle 14 als eine Induktionsspule ausgebildet sein. Die Ladeschnittstelle 14 ist mit dem Energiespeichermodul 9 elektrisch verbunden, sodass das Energiespeichermodul 9 über die Ladeschnittstelle 14 mit elektrischer Energie aufgeladen werden kann. Das Energiespeichermodul 9 ist dabei zum Beispiel als ein Akkumulator ausgebildet, insbesondere als ein Lithiumionenakku. Alternativ kann das Energiespeichermodul 9 als ein hochkapazitiver Kondensator ausgebildet sein, wie beispielsweise ein Superkondensator. Das Energiespeichermodul 9 ist ausgebildet, das Roboterfahrzeug 1 mit elektrischer Energie zu versorgen, sodass das Energiespeichermodul 9 die zentrale Energieversorgung des Roboterfahrzeuges 1 übernimmt.
Im Fahrmodul 4 des Roboterfahrzeuges 1 ist eine Absolutpositionierungseinheit 15 angeordnet. Die Absolutpositionierungseinheit 15 ist datentechnisch mit einer an der Unterseite des Roboterfahrzeuges 1 angeordnete optische Sensoreinheit 16 verbunden, wobei die optische Sensoreinheit 16 beispielsweise als eine Videokamera ausgebildet ist. Die optische Sensoreinheit 16 nimmt Bilder des Bodens des Anlagenbereiches 2 auf, wobei die Bilder vorzugsweise im sichtbaren Spektralbereich des Lichtes aufgenommen werden. Alternativ kann die optische Sensoreinheit 16 als ein Laserscanner, als eine Ultraviolett- oder Infrarotkamera ausgebildet sein. Die optische Sensoreinheit 16 blickt bevorzugt in annähernd senkrechter Blickrichtung auf die Oberfläche beziehungsweise den Boden des Anlagenbereiches 2. Im Anlagenbereich 2, insbesondere am Boden, sind künstliche optische Markierungen 17 angebracht. Die künstlichen optischen Markierungen 17 umfassen Informationen zu ihrer Position im Anlagenbereich 2. Die optische Sensoreinheit 16 nimmt Bilder der künstlichen optischen Markierungen 17 auf und stellt diese der Absolutpositionierungseinheit 15 zur Verfügung. Die Absolutpositionierungseinheit 15 ist ausgebildet, durch Decodieren und Vermessen der optischen Markierungen 17 die Informationen zu deren Position im Anlagenbereich 2 zu gewinnen und so die Position des Roboterfahrzeuges 1 im Anlagenbereich 2 zu bestimmen. Die optischen Markierungen 17 können im gesamten Anlagenbereich 2 angebracht sein oder nur abschnittsweise in Bereichen des Anlagenbereiches 2, in dem das Roboterfahrzeug 1 mit erhöhter Genauigkeit positioniert werden muss. In Abschnitten ohne künstliche optische Markierungen 17 kann das Roboterfahrzeug 1 mit Hilfe des Inertialsensors 11 oder mit Hilfe von Rad- und Lenkwinkelsensorik positioniert werden.
Das Wegplanungsmodul 7 ist ausgebildet, das Roboterfahrzeug 1 im Anlagenbereich 2 von einem ersten Punkt zu einem zweiten Punkt zu navigieren. Dazu kann das Wegplanungsmodul 7 beispielsweise auf die Positionsdaten zurückgreifen, welche durch die Absolutpositionierungseinheit 15 gewonnen werden. Insbesondere ist das Wegplanungsmodul 7 ausgebildet, die kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten als Weg zu planen. Ferner kann das Wegplanungsmodul auf Beschleunigungsdaten des Inertialsensors 11 zurückgreifen. Der Inertialsensor 11 ist als ein Sensor zu Detektion von Beschleunigungen in sechs Freiheitsgraden ausgebildet. Die sechs Freiheitsgrade des Inertialsensors 11 umfassen insbesondere drei translatorische Freiheitsgrade sowie drei rotatorische Freiheitsgrade. Durch Integration der vom Inertialsensor 11 als Beschleunigungsdaten bereitgestellten gemessenen Beschleunigungen kann eine Auswerteeinheit die relative Verschiebung des Roboterfahrzeugs 1 bestimmen. So kann der Inertialsensor 11 Positionsinformationen des Roboterfahrzeugs 1 bestimmen, sofern die Position des Roboterfahrzeugs 1 zu einem vorherigen Zeitpunkt bekannt ist. Dies wird beispielsweise genutzt, wenn die optische Sensoreinheit 16 keine validen Positionsinformationen aus den optischen Markierungen 17 gewinnen kann oder diese keine künstlichen optischen Markierungen detektieren kann. Alternativ und/oder ergänzend kann der Inertialsensor 11 genutzt werden, wenn die optischen Markierungen 17 nur abschnittsweise im Anlagenbereiches 2 angebracht werden, wobei zwischen den angebrachten optischen Markierungen 17 Bereiche sind, in denen keine optischen Markierungen 17 angeordnet sind. So kann der Inertialsensor 11 genutzt werden, das Roboterfahrzeug 1 im Bereich ohne optische Markierungen 17 zu navigieren.
Am Fahrmodul 4 des Roboterfahrzeuges 1 sind Umfeldsensoren 18 angebracht, insbesondere sind die Umfeldsensoren in Fahrtrichtung und gegen die Fahrtrichtung angebracht. Die Umfeldsensoren 18 sind in diesem Ausführungsbeispiel als sogenannte Bumper ausgebildet. Alternativ sind die Umfeldsensoren 18 auch als weitere Kameras ausgebildet, welche zum Beispiel das Umfeld des Roboterfahrzeuges 1 auf optischer Basis analysieren. Die Umfeldsensoren 18 sind zur Annäherungs- und/oder zur Aufprallerkennung ausgebildet, wobei die Umfeldsensoren 18 ausgebildet sind das Roboterfahrzeug 1 zu stoppen, wenn das Roboterfahrzeug 1 sich unzulässig nahe an ein Objekt nähert. So sind die Umfeldsensoren 18 zum Verhindern von Kollisionen mit anderen Gegenständen beziehungsweise mit anderen Roboterfahrzeugen ausgebildet. Die Verwendung von Bumpern als Umfeldsensoren 18 hat gleichzeitig den Vorteil, dass die Bumper zum Ankoppeln von Abschleppdiensten zum Beispiel durch elektromagnetische Abschleppkupplungen am Bumper verwendet werden können.
Das Handhabungsmodul 5 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Greifvorrichtung 19. Die Greifvorrichtung 19 ist ausgebildet, Werkstücke und/oder andere Gegenstände greifen und halten zu können sowie bei Bedarf ablegen zu können. Die Greifvorrichtung 19 ist insbesondere so am Roboterfahrzeug 1 angeordnet, dass es in Hoch- und Abwärtsrichtung Z bewegt werden kann. Die Bewegung in Z-Richtung erfolgt entlang einer Linearführung 20. Ferner ist die Greifvorrichtung 19 um die Linearführung 20 rotierbar, wobei die Rotation um die Linearführung 20 eine Phi-Rotation darstellt. Durch die Phi-Rotation zusammen mit der Verschiebung in Z-Richtung der Greifvorrichtung 19 weist das Handhabungsmodul 5 eine zweidimensionale Achsenkinematik auf.
Das Handhabungsmodul 5 ist über eine Handhabungsmodulschnittstelle 21 mit dem Fahrmodul 4 verbunden. Die Handhabungsmodulschnittstelle 21 ist als eine elektrische, mechanische und kommunikationstechnische Schnittstelle ausgebildet, die es ermöglicht, ein Handhabungsmodul 5 gegen ein weiteres Handhabungsmodul 5 auszutauschen. So ist es beispielsweise möglich, dass ein Roboterfahrzeug 1 von einem Roboterfahrzeug 1 mit Greifvorrichtung 19 zu einem Roboterfahrzeug 1 mit beispielsweise Prüfvorrichtung umgebaut werden kann.
Das Roboterfahrzeug 1 umfasst eine Kommunikationsschnittstelle 22. Die Kommunikationsschnittstelle 22 ist insbesondere als eine Funkverbindung ausgebildet. Alternativ kann die Kommunikationsschnittstelle 22 auch als eine kabelgebundene Schnittstelle ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle 22 ist ausgebildet, mit anderen Roboterfahrzeugen 1 über die Kommunikationsschnittstelle 22 zu kommunizieren. Alternativ und/oder ergänzend kann die Kommunikationsschnittstelle 22 genutzt werden, um mit einer übergeordneten Prozesseinheit 23 kommunizieren zu können. Dazu ist die übergeordnete Prozesseinheit 23 ebenso mit einer Kommunikationsschnittstelle ausgebildet. Die übergeordnete Prozesseinheit 23 ist beispielsweise als eine zentrale Rechnereinheit ausgebildet, welche das Roboterfahrzeug 1 im Anlagenbereich 2 ansteuert.
An der Karosserie 6 des Roboterfahrzeuges 1 ist ein lokales Bedienfeld 24 angeordnet. Über das lokale Bedienfeld 24 können beispielsweise Planungsdaten für das Planungsmodul 8 eingegeben werden. Das Planungsmodul 8 ist ausgebildet, das Roboterfahrzeug 1 so anzusteuern, dass das Roboterfahrzeug 1 Prozesse im Anlagenbereich 2 durchführen kann. Die Prozesse können beispielsweise der Transport eines Werkstücks und/oder eines Gegenstandes im Anlagenbereich 2 sein. Insbesondere umfasst das Transportieren des Gegenstandes ein Aufnehmen des Gegenstandes, ein Transportieren des Gegenstandes sowie ein Ablegen des Gegenstandes im Anlagenbereich 2. Dazu ist beispielsweise am Handhabungsmodul 5 und/oder wie in diesem Beispiel an der Greifvorrichtung 19, ein Sensor angebracht, welcher die Anwesenheit eines Werkstückes und/oder eines Gegenstandes im Greifer der Greifvorrichtung 19 detektiert. Die von dem Sensor in der Greifvorrichtung 19 aufgenommenen Daten beinhalten zum Beispiel den Greiferöffnungswinkel sowie den Abstand der Greiferbacken zu einem Werkstück.
2 zeigt ebenfalls in einer stark schematisierten Darstellung ein Roboterfahrzeug 1 im Anlagenbereich 2. Das Roboterfahrzeug 1 ist insbesondere baugleich mit dem Roboterfahrzeug aus 1. Im Anlagenbereich 2 ist in 2 zusätzlich ein Prozessmodul 25 angeordnet. Bei dem Prozessmodul 25 kann es sich um einen Teil der Produktionsanlage und/oder eine Produktionslinie handeln. Beispielsweise ist das Prozessmodul 25 eine Montageanlage, ein Teilelager oder ein Handmontageplatz. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Prozessmodul 25 ein Prozessnest 26. Das Prozessnest 26 ist ausgebildet, ein Werkstück aufzunehmen und dem Prozess zu übergeben. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Werkstück als ein Technisches Bauteil 27 ausgebildet. Das Roboterfahrzeug 1 ist beispielsweise ausgebildet, ein Werkstück beziehungsweise das technische Bauteil 27 von einem Prozessmodul 25 zu einem weiteren Prozessmodul 25 weiterzuleiten. Somit übernimmt das Roboterfahrzeug 1 eine zentrale Aufgabe des Materialflusses.
Beispielsweise ist das Roboterfahrzeug 1 ausgebildet, die Werkstücke beziehungsweise die technischen Bauteile 27 aus einem Werkstückträger und/oder einer Zwischenablage, wie zum Beispiel einer Palette oder einem Schüttgutbehälter, zu dem jeweiligen Prozessmodul als Montageort zu bringen. Ferner sind technische Bauteile 27 durch das Roboterfahrzeug 1 umorientierbar, wobei das Umorientieren beispielsweise durch Drehen und/oder Wenden des Werkstückes beziehungsweise des technischen Bauteiles 27 geschieht. Zusätzlich ist beispielsweise das Roboterfahrzeug 1 ausgebildet, das im Prozessmodul 25 bearbeitete technisches Bauteil 27 nach der Bearbeitung wieder aufzunehmen und einem weiteren Prozessmodul 25 zuzuführen oder in einem Gebinde ablegen.
Das Prozessmodul 25 umfasst eine Prozessmodulkommunikationsschnittstelle 28. Die Prozessmodulkommunikationsschnittstelle 28 ist ausgebildet, mit dem Roboterfahrzeug 1 über die Kommunikationsschnittstelle 22 zu kommunizieren. Insbesondere ist die Kommunikation zwischen Prozessmodul 25 und Roboterfahrzeug 1 eine datentechnische Kommunikation, wobei die datentechnische Kommunikation über Funk erfolgt. Insbesondere kann das Prozessmodul 25 über die Prozessmodulkommunikationsschnittstelle 28 mit der zentralen übergeordneten Prozesseinheit 23 kommunizieren. Die Kommunikation des Prozessmoduls 25 ermöglicht ein reibungsloses Übergeben der Werkstücke beziehungsweise der technischen Bauteile 27 von Prozessmodul 25 und Roboterfahrzeug 1.
3 zeigt ein Blockschaltbild des Roboterfahrzeuges 1. Als zentrales Element umfasst das Roboterfahrzeug 1 eine zentrale Rechnereinheit 29. Die zentrale Rechnereinheit 29 ist beispielsweise als ein Mikrocontroller ausgebildet und im Fahrmodul 4 implementiert. Die zentrale Rechnereinheit 29 ist mit allen peripheren Komponenten des Roboterfahrzeuges datentechnisch und/oder elektronisch verbunden. Vorzugsweise ist die zentrale Rechnereinheit 29 datentechnisch über eine Funkverbindung mit den peripheren Komponenten verbunden.
Die zentrale Rechnereinheit 29 ist mit einem lokalen Bedienfeld 24 datentechnisch verbunden. Über das lokale Bedienfeld 24, welches beispielsweise in der Karosserie 6 angeordnet ist, sind zur Durchführung eines Prozesses benötigte Parameter eingebbar. Insbesondere kann das Roboterfahrzeug 1 beispielsweise die zur Inertialisierung benötigten Parameter über das lokale Bedienfeld 24 erhalten.
Der Inertialsensor 11 ist über eine datentechnische Verbindung mit der zentralen Rechnereinheit 29 verbunden. Beispielsweise enthält die zentrale Rechnereinheit 29 eine Auswerteeinheit, wobei die Auswerteeinheit beispielsweise ausgebildet ist, durch mathematische Integration der vom Inertialsensor 11 bereitgestellten Beschleunigungsdaten die Position des Roboterfahrzeuges 1 zu bestimmen.
Ebenso ist die Absolutpositionierungseinheit 15 datentechnisch mit der zentralen Rechnereinheit 29 verbunden. Insbesondere bildet die Absolutpositionierungseinheit 15 einen Teil der zentralen Rechnereinheit 29. Alternativ und/oder ergänzend ist die Absolutpositionierungseinheit 15 als ein softwaretechnisches Modul in der zentralen Rechnereinheit 29 implementiert.
Die Umfeldsensoren 18 sind ebenfalls datentechnisch mit der zentralen Rechnereinheit 29 verbunden. Die Umfeldsensoren 18 stellen die von ihnen gewonnenen Daten der zentralen Rechnereinheit 29 zur Verfügung, wobei die zentrale Rechnereinheit 29 beispielsweise ausgebildet ist, aufgrund dieser Daten zu bestimmen, ob das Roboterfahrzeug 1 auf Kollisionskurs mit einem weiteren Roboterfahrzeug 1 und/oder Gegenstand ist.
Die zentrale Rechnereinheit 29 ist datentechnisch mit der Antriebseinheit 10 verbunden. Zwischen Antriebseinheit 10 und zentraler Rechnereinheit 29 ist zusätzlich ein Antriebsverstärker 30 angeordnet. Die zentrale Rechnereinheit 29 ist ausgebildet, die Antriebseinheit 10 anzusteuern und so das Roboterfahrzeug 1 in Bewegung zu setzen und/oder das Roboterfahrzeug zu einer gewünschten Position zu navigieren.
Das Energiespeichermodul 9, welches als Akku und/oder Superkondensator ausgebildet ist, ist elektronisch mit der zentralen Rechnereinheit 29 verbunden. Die zentrale Rechnereinheit 29 wird vom Energiespeichermodul 9 mit elektrischer Energie versorgt. Alternativ und/oder ergänzend ist die zentrale Rechnereinheit 29 datentechnisch mit dem Energiespeichermodul 9 verbunden, wobei die zentrale Rechnereinheit 29 ausgebildet ist, den Ladungszustand des Energiespeichermoduls 29 zu bestimmen und gegebenenfalls das Roboterfahrzeug 1 dazu zu veranlassen, eine im Anlagenbereich 2 angeordnete Ladestation anzufahren.
Die zentrale Rechnereinheit 29 ist zusätzlich datentechnisch mit einer Diagnoseschnittstelle 31 verbunden. Die Diagnoseschnittstelle 31 ist zur Eigendiagnose beziehungsweise zur Fehlerbehandlung von extern nutzbar. Insbesondere kann über die Diagnoseschnittstelle 31 ein Fehlerprotokoll des Roboterfahrzeuges 1 ausgelesen werden. Die Diagnoseschnittstelle 31 ist eine hardwaretechnische Schnittstelle oder wie besonders bevorzugt eine Funkschnittstelle.
Die zentrale Rechnereinheit 29 ist datentechnisch mit der Handhabungsmodulschnittstelle verbunden. Diese Schnittstelle ist als eine mechanische, elektronische und kommunikationstechnische Schnittstelle ausgebildet. Beispielsweise wird das Handhabungsmodul 5 über diese Schnittstelle mit elektrischer Energie versorgt. Ferner erhält die zentrale Rechnereinheit 29 über die Handhabungskommunikationsschnittstelle Informationen, ob und beispielsweise auch welches Handhabungsmodul 5 am Roboterfahrzeug 1 montiert ist. Zusätzlich wird das Handhabungsmodul 5 über diese Schnittstelle 21 angesteuert.
Die zentrale Rechnereinheit 29 ist mit der Kommunikationsschnittstelle 22 datentechnisch und energietechnisch verbunden. Die zentrale Rechnereinheit 29 beziehungsweise das Roboterfahrzeug 1 ist ausgebildet über diese Kommunikationsschnittstelle 22 mit anderen dergleichen Roboterfahrzeugen 1 zu kommunizieren sowie gegebenenfalls mit einer übergeordneten Prozesseinheit 23 zu kommunizieren.
Dieses Ausführungsbeispiel umfasst ein drahtlos angebundenes Bedienfeld 32. Über dieses Bedienfeld 32, welches beispielsweise Teil der übergeordneten Prozesseinheit 23 ist, kann dem Roboterfahrzeug 1 jegliche Information bereitgestellt werden, welche zur Durchführung eines Prozesses und/oder zur Navigation des Roboterfahrzeuges 1 im Anlagenbereich 2 benötigt wird. Das drahtlose Bedienfeld 32 umfasst eine kommunikationstechnische Schnittstelle, welche als eine Funkverbindung ausgebildet ist.
Die 4a–4d zeigen Beispiele für Radkinematiken des Roboterfahrzeugs 1 in einer Ansicht von unten.
4a zeigt eine Radkinematik mit drei Rädern. Die Radkinematik umfasst zwei Hinterräder 12. Die Hinterräder 12 weisen beispielsweise eine gemeinsame Rotationsachse auf. Bei den Hinterrädern 12 handelt es sich um angetriebene Räder. Die Räder werden insbesondere von der Antriebseinheit 10 angetrieben. Als Vorderrad 13 weist diese Radkinematik ein lenkbares Rad ohne Lenkantrieb auf. Insbesondere ist die Lenkachse des Vorderrades 13 zur Radachse versetzt.
4b zeigt eine Radkinematik mit zwei nicht angetriebenen Hinterrädern 12, wobei die Hinterräder 12 beispielsweise eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Vorderrad 13 als ein lenkbares Rad mit Lenkantrieb ausgebildet. Zusätzlich ist das Vorderrad 13 ein angetriebenes Rad.
4c zeigt eine Radkinematik eines Roboterfahrzeuges 1 mit vier Rädern. Die Radkinematik umfasst zwei Vorderräder 13 sowie zwei Hinterräder 12. Die Hinterräder 12 weisen beispielsweise eine gemeinsame Rotationsachse auf und sind als angetriebene Räder ausgebildet. Beispielsweise weisen die Vorderräder 13 eine gemeinsame Rotationsachse auf und sind als ein lenkbares Rad ohne Lenkantrieb ausgebildet. Die Lenkachse der Vorderräder 13 ist zur Radachse jeweils versetzt.
4d zeigt eine Radkinematik mit drei Rädern, wobei die Radkinematik zwei Hinterräder 12 und ein Vorderrad 13 umfasst. Die Hinterräder 12 sind als zwei Räder, mit beispielsweise gemeinsamer Rotationsachse, ausgebildet. Ferner sind die Hinterräder 12 als zwei Räder mit einem Antrieb über ein Differentialgetriebe ausgebildet. Das Vorderrad 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein lenkbares Rad mit Lenkantrieb ausgebildet.
Die 4d zeigt eine Radkinematik eines Roboterfahrzeuges 1 mit vier Rädern. Die Radkinematik umfasst zwei Hinterräder 12, beispielsweise mit gemeinsamer Rotationsachse, wobei die Hinterräder 12 über ein Differentialgetriebe angetrieben werden. Die zwei Vorderräder 13 sind als zwei lenkbare Räder mit einem gemeinsamen Lenkantrieb ausgebildet.
Die 5a und 5b zeigen schematisch zwei Handhabungsmodule 5 mit ihren Freiheitsgraden. Die Hardwaremodule sind jeweils in einer Seitenansicht gezeigt.
5a zeigt ein Handhabungsmodul 5 mit einer Hubdrehkinematik. Das Handhabungsmodul 5 umfasst in diesem Beispiel eine Greifvorrichtung 19 wie in 1. Die Greifvorrichtung 19 ist an einer Linearachse mit Teleskopführung 33 angebracht. Die Greifvorrichtung 19 kann entlang dieser Linearachse mit Teleskopführung 33 in Z-Richtung bewegt werden. Zur Orientierung im Raum ist ein kartesisches Koordinatensystem 34 mit den Achsen X, Y und Z gezeigt.
Die Greifvorrichtung 19 ist um eine Drehachse 34 drehbar. Dazu umfasst das Handhabungsmodul 5 beispielsweise einen Drehmotor 35, wobei der Drehmotor 35 als ein Schrittmotor ausgebildet ist.
Damit das Roboterfahrzeug 1 mit dem Fahrmodul 4 nicht unnötige kleine Wege zurücklegen muss, kann das Handhabungsmodul 5 beispielsweise wie hier gezeigt eine Verschiebung in Y-Richtung umfassen. Diese Y-Verschiebung erfolgt beispielsweise über eine Y-Verschiebungseinheit 36.
5b zeigt ein Handhabungsmodul 5 mit einer Dreh-Schwenk-Kinematik. Das Handhabungsmodul 5 umfasst eine Drehachse 34, um die ein an einem Schwenkarm 37 angebrachte Greifvorrichtung 19 rotiert werden kann. Die Rotation erfolgt insbesondere in einer Ebene, welche zur X-Y-Ebene des kartesischen Koordinatensystems 34 parallel ist. Der Schwenkarm 37, welcher zwischen Drehachse 34 und Greifvorrichtung 19 angeordnet ist, ist als eine Schwenkachse mit Parallelkinematik ausgebildet. Die Spannvorrichtung kann durch diese Schwenkachse mit Parallelkinematik um einen Winkel Theta geschwenkt werden. Durch diese Dreh- und Schwenk-Kinematik ist es möglich, Positionen in einer Kugelsphäre mit festem Radius zu erreichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013215409 A1 [0003]

Claims

Roboterfahrzeug (1), mit einem Fahrmodul (4) zur freien Bewegung des Roboterfahrzeugs (1) in einem Anlagenbereich (2), mit einem Handhabungsmodul (5) zur Durchführung von mindestens einer Handhabungsfunktion, gekennzeichnet durch eine Absolutpositionierungseinrichtung (15) zur Positionsbestimmung des Roboterfahrzeuges (1) im Anlagenbereich (2).
Roboterfahrzeug (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Inertialsensor (11) zur Verbesserung einer zeitlichen und/oder örtlichen Auflösung der Absolutpositioniereinrichtung (15) und/oder zur Ersatzpositionsbestimmung.
Roboterfahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Wegplanungsmodul (7) zur Planung eines Weges des Roboterfahrzeugs (1) im Anlagenbereich (2).
Roboterfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Energiespeichermodul (9).
Roboterfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Handhabungsmodul (5) ausgebildet ist, ein fahr- und/oder bewegungsuntüchtiges Roboterahrzeug (1) mechanisch anzukoppeln und in einen reservierten Bereich des Anlagenbereiches (2) zu schleppen.
Roboterfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Roboterfahrzeug (1) ein Eigengewicht von mehr als 0,1 Kilogramm und weniger als 10 Kilogramm aufweist.
Roboterfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Handhabungsmodul (5) eine Achsenkinematik mit mindestens einem Freiheitsgrade aufweist.
Roboterfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Handhabungsmodul (5) auswechselbar gegen ein weiteres Handhabungsmodul (5) ist.
Roboterfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Roboterfahrzeug (1) eine optische Sensoreinheit (16) umfasst, wobei die optische Sensoreinheit (16) ausgebildet ist, mindestens eine, im Anlagenbereich (2) angebrachte künstliche optischen (17) Markierung zu detektieren und der Absolutpositionierungseinrichtung (15) als Markierungsdaten bereitzustellen, wobei die Absolutpositionierungseinrichtung (15) ausgebildet ist, die Positionsbestimmung auf Basis der Markierungsdaten durchzuführen.
Roboterfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kommunikationsschnittstelle (22) zur datentechnischen Kommunikation mit einer übergeordneten Prozesseinheit (23) und/oder anderen dergleichen Roboterfahrzeugen (1).
Automatisierungsanlage mit mindestens einem Roboterfahrzeug (1) und einem Anlagenbereich (2).
Automatisierungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagenbereich (2) größer als 0,1 m² ist und kleiner als 100 m² ist.
Automatisierungsanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagenbereich (2) ein Produktionsbereich für technische Bauteile (27) und/oder maximal handtellergroße Produkte ist.
Automatisierungsanlage einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Roboterfahrzeug (1) ausgebildet ist, zur Automatisierung eines Prozesses hardwaretechnisch und/oder datentechnisch mit einem zweiten Roboterfahrzeug (1) interagieren zu können.
Automatisierungsanlage einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass im Anlagenbereich (2) mindestens ein Prozessmodul (25) zur Durchführung eines Prozessschrittes angeordnet ist und das Roboterfahrzeug (1) ausgebildet ist, hardwaretechnisch und/oder datentechnisch mit dem Prozessmodul (25) zu interagieren.