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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein System zum Handhaben von Objekten, insbesondere Behältern, in einem Frachtraum eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein Flugzeug mit einem Frachtraum sowie einem darin installierten System zum Handhaben von Behältern.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zur Maximierung der Anzahl von Passagierplätzen in einem Transportmittel, insbesondere in einem Verkehrsflugzeug, sind einige Maßnahmen verbreitet. Zum Einen wird beispielsweise der Sitzabstand zwischen aufeinanderfolgenden Sitzen optimiert. Eine geringe Tiefenerstreckung von Sitzpolstern kann dies unterstützen. Durch eine geschickte Ausstattung von Kabinenmonumenten können zum Anderen kompakte, multifunktionale Kabinenmonumente geschaffen werden, welche insgesamt ein geringeres Bauvolumen benötigen als Kabinenmonumente mit getrennten Funktionen. Dies führt zu der Möglichkeit, zusätzliche Passagiersitze in dem dann frei gewordenen Bauraum zu installieren.
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Eine weitere Möglichkeit liegt darin, Stauraum insbesondere für Bordküchen oder andere allgemeine Funktionen in der Kabine zu reduzieren. Um hierbei den Komfort nicht einzuschränken, ist das Unterbringen von Behältern, die üblicherweise in einer Bordküche gelagert werden, in einem Frachtraum außerhalb der Kabine bekannt. Das Befördern von Behältern von einer Kabine des Fahrzeugs in den Frachtraum und umgekehrt kann durch unterschiedliche Vorrichtungen gewährleistet werden, die insgesamt einem Bordpersonal erlauben, bedarfsweise Behälter anzufordern, das heißt in die Kabine zu befördern, oder zu verstauen, das heißt aus der Kabine in den Frachtraum zu befördern.
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DE 10 2010 013 219 A1 zeigt etwa ein Beispiel für ein derartiges Handhabungssystem. Hier ist eine außerhalb einer Fahrzeugkabine positionierbare Lagervorrichtung gezeigt, die eine sehr geringe Höhenerstreckung mit mehreren umlaufenden Beförderungswegen von Behältern besitzt. Eine Antriebseinrichtung kann gezielt eine Beförderung der einzelnen Bewegungsbahnen durchführen, so dass ein gewünschtes Objekt zu einer Transportvorrichtung gelangt oder von dort wegtransportiert wird.
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DE 43 02 706 C2 zeigt eine Anordnung zum Handhaben von einzelnen, in Menüschachteln verpackten Speisen und Getränke, die in einem Frachtcontainer gelagert und zu einer Kabine gefördert werden.
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US 2013 / 0 186 999 A1 beschreibt ein Flugzeug mit einem Frachtraum mit einem Roboter mit mindestens einem Roboterarm. Der Roboterarm weist ein Aufnahmewerkzeug zur Aufnahme von Frachtstücken auf und ist verschiebbar an einer Deckenkonstruktion des Frachtraums angeordnet.
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DE 10 2012 100 131 A1 beschreibt einen Lift für ein Flugzeug, der dafür eingesetzt wird, Frachtstücke aufzubewahren und/oder diese zwischen einem Frachtraum und einem Passagierraum hin und her zu transportieren. Der Lift umfasst mindestens ein Aufnahmeabteil, insbesondere eine Liftkabine, zur Aufnahme eines Frachtstücks, insbesondere eines Koffers und/oder einer Tasche, mindestens eine erste Öffnung und mindestens eine zweite Öffnung zum Be- und/oder Entladen des Liftes, wobei die erste Öffnung in einen Passagierraum und die zweite Öffnung in einen Frachtraum mündet. Der Lift ist gekennzeichnet durch mindestens einen Führungsring, demgegenüber das Aufnahmeabteil derart beweglich angeordnet ist, dass das Aufnahmeabteil entlang des Führungsringes in einer Rotationsbewegung um eine Rotationsachse verschiebbar ist.
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EP 2 815 977 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einem Fahrgastraum und einem Laderaum, die durch eine Bodenstruktur getrennt sind, und einer Ladeeinheit, die eine Lagerregalanordnung und eine Transportanordnung umfasst, die zum selektiven Transport von Gegenständen zwischen der Lagerregalanordnung und einer vorbestimmten Übergabeposition in einem Hohlraum der Ladeeinheit betreibbar ist. Eine Hebevorrichtung, die eine Greifvorrichtung umfasst, die betreibbar ist, um Gegenstände von der Übergabeposition durch die Zugangsöffnung und das Durchgangsloch zwischen dem Laderaum und dem Fahrgastraum zu befördern. Die Greifvorrichtung kann selektiv zwischen einem Greifzustand, in dem sie in Bezug auf ein die Greifvorrichtung tragendes Greifvorrichtungsbefestigungsmittel drehbeweglich ist, und einem Hebezustand, in dem sie in einer vorbestimmten Hebeposition gegen eine Bewegung in Bezug auf das Greifvorrichtungsbefestigungsmittel verriegelt ist, umgeschaltet werden.
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US 5 496 000 A beschreibt ein System zur Lagerung und zum Transport von Lebensmitteln und Getränken an Bord eines Flugzeugs, das ausgestattet ist mit einem zentral angeordneten Container in der Konfiguration eines Frachtcontainers zur Aufnahme von Menüboxen und Getränkeboxen mit mindestens einer Verteilerstation oder Speisekammer und mit einem Transportkanal, der mit dem Container und der Speisekammer in Verbindung steht. Der Transportkanal umfasst mindestens einen Senkrechtförderer, so dass der Container auf einem unteren Frachtdeck platziert werden kann, während sich die Speisekammer auf dem Passagierdeck befindet.
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US 5 074 496 A beschreibt ein System zur Versorgung einer Umhüllung mit Trolleys oder dergleichen, das insbesondere in der Passagierkabine eines Flugzeugs vorgesehen ist und Folgendes umfasst: mindestens einen Lagerbehälter, in dem die Trolleys angeordnet sind und der sich im Gepäckraum des Flugzeugs befindet; eine steuerbare automatische Vorrichtung, die im Gepäckraum des Flugzeugs vorgesehen ist und sich bewegen kann, um jeden der Trolleys in dem Behälter durch Greifmittel zu ergreifen und ihn dann durch einen zwischen dem Gepäckraum und dem Raum gebildeten Durchgang zu dem Raum zu bringen; und eine programmierbare Steuereinheit, die mit der automatischen Vorrichtung verbunden ist und die Informationen bezüglich der Position der Trolleys in dem Container und der Arten von Produkten, die in jedem von ihnen enthalten sind, enthält, so dass sich die automatische Vorrichtung in Abhängigkeit von den durch die Einheit übertragenen Informationen bewegt, um den entsprechenden Trolley zu ergreifen und ihn von dem Gepäckraum zu der Umhüllung zu bringen.
Insgesamt ist der Aufwand zum Integrieren eines Handhabungssystems nach Art eines Logistiklagers recht aufwendig und erfordert mehrere Modifikationen an dem Fahrzeug.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist als eine Aufgabe der Erfindung anzusehen, ein Handhabungssystem vorzuschlagen, welches möglichst einfach in das Fahrzeug integrierbar ist, möglichst wenige Modifikationen an der Struktur des Fahrzeugs erfordert und möglichst kostengünstig zu realisieren ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Handhabungssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Es wird ein System zum Handhaben von Behältern in einem Frachtraum eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Das System weist eine Staueinrichtung mit einem Rahmen auf, in dem mehrere Einrichtungen zum Aufnehmen von Behältern ausgebildet sind, mindestens einen Roboterarm mit mindestens vier Freiheitsgraden, einer Basis und einem Handhabungswerkzeug, eine an dem Rahmen lagerbare und die Basis des mindestens einen Roboterarm tragende Führungseinrichtung mit mindestens einer Führungsachse, und eine Steuereinheit, die mit dem mindestens einen Roboterarm und der Führungseinrichtung verbunden ist. Der mindestens eine Roboterarm ist dazu ausgebildet, mit dem Handhabungswerkzeug ein in dem Rahmen angeordnetes Objekt aufzunehmen und aus der betreffenden Einrichtung zu entfernen oder ein aufgenommenes Objekt in eine Einrichtung einzusetzen. Die Führungseinrichtung ist dazu ausgebildet, den mindestens einen Roboterarm entlang der mindestens einen Bewegungsachse zu bewegen. Die Steuereinheit ist weiter dazu ausgebildet, auf Anforderung den mindestens einen Roboterarm und die Führungseinrichtung derart anzusteuern, dass ein Objekt aus der betreffenden Einrichtung durch das Handhabungswerkzeug aufgenommen und an einer vorbestimmten Übergabeposition außerhalb des Rahmens bereitgestellt wird oder dass ein Objekt an der Übergabeposition durch das Handhabungswerkzeug aufgenommen und in eine Einrichtung eingebracht wird.
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Die Staueinrichtung ist folglich ein räumliches Gebilde, das mit Einrichtungen ausgestattet ist, die Behälter aufnehmen können. In einem einfachen Fall können die Einrichtungen Staufächer sein, in denen die betreffenden Behälter lösbar gehaltert werden können. Die Einrichtungen zum Aufnehmen von Behältern können auch Küchengeräte sein, die bedarfsweise mit Behältern bestückbar sind, um eine Erwärmung, Befüllung, Leerung bzw. Entsorgung, Erwärmung oder dergleichen durchzuführen.
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Es versteht sich, dass die Staueinrichtung derart ausgestaltet sein sollte, dass sie ohne Weiteres in dem zur Verfügung stehenden Frachtraum des betreffenden Fahrzeugs unterbringbar ist. Um der vorangehenden Beschreibung des Hintergrundes der Erfindung gerecht zu werden, sollten zum Unterbringen der Staueinrichtung in dem Frachtraum keine oder möglichst nur minimale Modifikationen erforderlich sein. Es ist etwa denkbar, dass die Staueinrichtung der äußeren Form eines für das betreffende Fahrzeug üblichen Frachtcontainers folgt. Die Staueinrichtung kann bedarfsweise oder permanent installiert sein.
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In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass der Begriff des Frachtraums nicht zwangsläufig als ein Raum zum Unterbringen von Frachtcontainern zu verstehen ist. Vielmehr ist ein Frachtraum im Sinne der Erfindung als ein Raum zu verstehen, der nicht zur Unterbringung von Passagieren, sondern zur kurzzeitigen Lagerung von Gegenständen verwendet wird. Dieser kann insbesondere außerhalb einer Passagierkabine angeordnet sein. In Verkehrsflugzeugen kann dieser Frachtraum unterhalb einer Passagierkabine angeordnet sein. Alternativ dazu auch oberhalb einer Passagierkabine, wobei ein solcher Frachtraum ein relativ geringes Stauvolumen bzw. eine relativ geringe Bauhöhe aufweist. Außerdem ist denkbar, einen Frachtraum seitlich einer Passagierkabine zu verwenden, insbesondere bei Nurflügelflugzeugen bzw. Blended-Wing-Body-Konfigurationen.
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Die Einrichtungen, d.h. beispielsweise die Staufächer, in dem Rahmen sind an die zu lagernden Behälter angepasst. Insbesondere in einem Flugzeug könnte es sich anbieten, sogenannte Standard Units als Behälter vorzusehen. Es ist denkbar, Staufächer auch zum bedarfsweisen Unterbringen von Gepäckstücken, beispielsweise Handgepäck, zu konzipieren. Die Staueinrichtung muss folglich nicht unbedingt Staufächer oder andere Einrichtungen mit nur einer einzigen Größe bereitstellen. Vielmehr ist denkbar und vorteilhaft, Staufächer und andere Einrichtungen mit unterschiedlichen Größen zum Aufnehmen unterschiedlich großer Behälter vorzusehen. Weiter ist denkbar, dass die Staufächer und andere Einrichtungen auch durch modulare Bauteile bedarfsweise modifiziert werden können, um beispielsweise ihre Größen oder Funktionen anzupassen.
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Der Rahmen kann in Form eines offenen, skelettartig ausgeführten Rahmens realisiert sein und kann auch mindestens eine geschlossene Wandung besitzen. Es kann vorteilhaft sein, dass der Rahmen zumindest eine offene Begrenzungsfläche besitzt, durch die eine Handhabung von in dem Rahmen gelagerten Behältern ermöglicht wird. Diese Begrenzungsfläche, welche weiter nachfolgend auch erste Begrenzungsfläche genannt wird, kann in jeglicher Raumrichtung bestehen, das heißt an einer seitlichen, vorderen/hinteren oder oberen/unteren Begrenzung des Rahmens angeordnet sein. Die Richtungsangaben können sich insbesondere auf ein fahrzeugfestes Koordinatensystem beziehen.
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Der mindestens eine Roboterarm kann vier oder mehr Freiheitsgrade aufweisen und besteht folglich aus mindestens zwei Gliedern, die durch Dreh- oder Schubgelenke miteinander verbunden sind. Die Gelenke sind hierbei durch jeweils mindestens einen Antrieb bewegbar, so dass der Roboterarm gezielt eine räumliche Bewegung durchführen kann. Der Roboterarm weist eine Basis auf, die an einem dem Handhabungswerkzeug entgegengesetzten Ende des Roboterarms positioniert ist. Die Basis dient zur Halterung des Roboterarms, so dass dieser eine vorbestimmte Bewegung relativ zu der Basis ausführen kann.
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Ein besonderes Merkmal liegt in der Führungseinrichtung, die die Basis trägt und gleichzeitig dazu eingerichtet ist, die Basis entlang mindestens einer Führungsachse zu bewegen. Dies hat den besonderen Vorteil, dass der Roboterarm eine räumliche Bewegung durchführen kann, die nicht ausschließlich von seinen Abmessungen abhängt. Vielmehr ist die Führungseinrichtung dazu ausgebildet, eine zur Handhabung des gewünschten Behälters in dem Rahmen geeignete Position vorzugeben, so dass anschließend von dieser gewünschten Position die Handhabung des Behälters erfolgt.
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Das System führt folglich eine Sequenz von Bewegungen aus, bis die Handhabung des betreffenden Behälters abgeschlossen ist. Nach der Einnahme einer gewünschten Position der Basis durch die Führungseinrichtung erfolgt die Bewegung des Roboterarms, wonach sich anschließend mindestens eine weitere Bewegung der Führungseinrichtung und des Roboterarms anschließt. Es ist denkbar, dass die Führungseinrichtung und der Roboterarm vor und nach der Handhabung zur Minimierung der Einwirkung von Trägheitskräften durch die Bewegung des Fahrzeugs eine Parkposition einnehmen.
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Die Steuereinheit enthält eine geeignete Programmierung zur Ansteuerung sämtlicher Aktuatoren bzw. Antriebseinrichtungen in der Führungseinrichtung und dem Roboterarm. Die Steuereinheit bildet demzufolge eine Schnittstelle zwischen einer Eingabeeinheit oder einer anderen Signal- oder Datenquelle in dem Fahrzeug und der tatsächlichen Ansteuerung der Bewegungsabläufe mit den genannten Komponenten. Es ist in diesem Zusammenhang denkbar, dass auf Anforderung, einen bestimmten Behälter auszugeben, die Steuereinheit in der Lage ist, die Führungseinrichtung und den Roboterarm von einer Parkposition zu dem betreffenden Behälter zu bewegen, den Behälter anschließend aufzunehmen, zu einer Übergabeposition zu bewegen, um anschließend Roboterarm und Führungseinrichtung wieder in die Parkposition zu überführen.
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Es ist weiterhin denkbar, dass die Steuereinheit auch Informationen über die einzelnen Behälter, deren Lagerposition und Befüllungszustände, Funktion und Ort von Staufächern und anderen Einrichtungen, aufweist, so dass eine vereinfachte Anforderung zur Abgabe oder Aufnahme eines Behälters zu dem System übertragen wird. Dies könnte sich etwa darauf beschränken, dass lediglich die Anfrage an das System geleitet wird, einen Behälter mit einem bestimmten Inhalt bereitzustellen, aufzunehmen bzw. zu handhaben. Die Steuereinheit wäre dann in der Lage, einen geeigneten Behälter zu identifizieren, beispielsweise anhand eines gespeicherten Lagerstatus oder anhand von Kennungen auf den Behältern, oder ein freies Staufach oder andere Einrichtung mit einer bestimmten Funktion zu identifizieren, an dem ein Behälter platzierbar ist. Die konkrete Ausführung der Steuereinheit kann von den Anforderungen des Fahrzeugbetreibers, der Größe des Rahmens und weiteren Faktoren abhängen.
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Durch die Verwendung eines Roboterarms, der technisch ausgereift kommerziell verfügbar ist, kann die Handhabung von Behältern in einem Frachtraum eines Fahrzeugs deutlich erleichtert werden. Die schlanke Gestalt eines Roboterarms ermöglicht auch bei angepassten geometrischen Formen des Rahmens komplexe Bewegungsabläufe zur Handhabung von Behältern durchzuführen, ohne dass Modifikationen an dem Frachtraum durchgeführt werden müssen. Eine vorherige Positionierung der Basis über eine Führungseinrichtung kann an einer einzelnen, offenen Begrenzungsfläche des Rahmens erfolgen und erleichtert die Positionierung des Handhabungswerkzeugs des Roboterarms deutlich. Zudem ist nicht erforderlich, die Roboterarme so steif auszulegen, dass sie eine besonders hohe Anfahrgenauigkeit bei allen denkbaren Einflüssen aufgrund der Fahrzeugbewegung aufweisen. Vielmehr können durch Einsatz einer intelligenten Steuerung auch bei vergleichsweise flexiblen Roboterarmen Positionsabweichungen aufgrund von Trägheitsbewegungen durch Nachführen der Glieder und des Handhabungswerkzeugs leicht ausgeglichen werden. Im Vergleich mit einem herkömmlichen automatisierten Lagersystem kann eine deutliche Gewichtseinsparung bei gleichzeitig deutlich höherer Flexibilität der Lagerung bzw. Handhabung von Behältern erzielt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Rahmen eine erste Begrenzungsfläche auf, an der die Führungseinrichtung angeordnet ist. Die mindestens eine Führungsachse ist parallel zu der ersten Begrenzungsfläche ausgerichtet. Die erste Begrenzungsfläche könnte sich beispielsweise über eine gesamte Seite eines Rahmens erstrecken und die Führungseinrichtung könnte dabei die Basis an einer bestimmten gewünschten Stelle entlang der Erstreckung dieser Seite positionieren. Der Roboterarm kann folglich an einer beliebigen Stelle positioniert werden, um von dort aus einen gewünschten Behälter handzuhaben. Ist lediglich eine einzige Bewegungsachse gewünscht, könnte diese mittig auf der betreffenden Begrenzungsfläche angeordnet sein, das heißt auf halber Höhe oder halber Tiefe der betreffenden Fläche, je nach Orientierung der Bewegungsachse.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Führungseinrichtung mindestens zwei Bewegungsachsen auf. Die Basis kann demzufolge an einer beliebigen Position an der offenen Begrenzungsfläche positioniert werden, um von dort aus den gewünschten Behälter handzuhaben. Die Führungseinrichtung könnte dabei aus zwei senkrecht zueinander stehenden einzelnen Führungsvorrichtungen bestehen.
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Gemäß der Erfindung weist die Führungseinrichtung drei Bewegungsachsen auf und ist zwischen zwei Gruppen von Einrichtungen angeordnet. Die Führungseinrichtung ist dabei folglich in einer Lücke zwischen den beiden Gruppen angeordnet. Der mindestens eine Roboterarm kann durch Bewegung der Basis zu einer der beiden Gruppen verfahren werden, um dort eine Handhabung auszuführen. Damit kann ein besonders großes Volumen eines Frachtraums genutzt werden, ohne weitere, separate Roboterarme einsetzen zu müssen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das System zwei Gruppen von Einrichtungen auf, denen jeweils eine separate Führungseinrichtung zugeordnet ist. Behälter in beiden Gruppen können separat voneinander gehandhabt werden. Außerdem kann dadurch eine gewisse Redundanz hergestellt werden, so dass die Roboterarme der Führungseinrichtung einer Gruppe auch Behälter der anderen Gruppe handhaben kann. Sollte in einem Fehlerfall ein Roboterarm einer Gruppe einen Defekt aufweisen, könnte auch eine Wartung dieses Roboterarms insbesondere durch einen Roboterarm der anderen Gruppe ausgeführt werden. Dazu kann etwa eine kamerabasierte Steuerung verwendet werden.
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Der Rahmen kann bevorzugt eine dreidimensionale Matrix aus Staufächern aufweisen. Sämtliche Staufächer bilden folglich eine Abfolge mehrerer, übereinander und/oder hintereinander angeordneter Reihen von Staufächern. Damit kann die geometrische Erstreckung der Staueinrichtung ausgenutzt werden, denn eine größtmögliche Lagerung von Behältern wird ermöglicht. Dabei ist zu beachten, dass ausreichende Bewegungsfreiräume für den Roboterarm bereitgestellt werden, so dass dieser auch dazu in der Lage ist, von der Führungseinrichtung weiter beabstandete Behälter aus betreffenden Staufächern zu entnehmen oder dort unterzubringen. Folglich ist denkbar, die Staufächer nach Art von Regalen auszugestalten, welche insbesondere senkrecht zu der ersten Begrenzungsfläche ausgerichtet sind, zwischen denen ein ausreichender Bewegungsraum für den Roboterarm bereitgestellt wird. Die entsprechenden Freiräume sind hierbei bevorzugt senkrecht zu der mindestens einen Bewegungsachse der Führungseinrichtung angeordnet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das System zwei oder mehr Roboterarme auf, wobei die Basis jedes Roboterarms unabhängig mithilfe der Führungseinrichtung positionierbar ist. Folglich können zwei oder mehr Roboterarme unabhängig von anderen Roboterarmen positioniert werden und für sich oder gemeinschaftlich einen bestimmten Behälter handhaben. Die Flexibilität bei der Positionierung der einzelnen Behälter und bei der Auswahl des Handhabungswerkzeugs wird verbessert.
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Gemäß der Erfindung ist mindestens eine Einrichtung eine Einrichtung zum Verarbeiten und Bereitstellen von Lebensmitteln. Der mindestens eine Roboterarm ist folglich dazu in der Lage, bedarfsweise aus derartigen Einrichtungen Lebensmittel zu entnehmen und an der Übergabeposition bereitzustellen. Die Einrichtungen können hierbei unterschiedlichster Art sein. Beispielsweise ist denkbar, Öfen oder andere Wärme erzeugende Einrichtungen vorzusehen, in denen vorverpackte Mahlzeiten bedarfsweise erwärmt werden, um dann durch das Handhabungssystem außerhalb des Frachtraums bereitgestellt zu werden. Die Einrichtungen könnten auch Kaffeemaschinen oder ähnliche Geräte beinhalten. Der besondere Vorteil liegt in der noch weiter verbesserten Auslagerung von Komponenten außerhalb einer Kabine des Fahrzeugs zur noch weiter verbesserten Bereitstellung von Bauraum in einer Kabine des Fahrzeugs. Der mindestens eine Roboterarm ist folglich dazu vorgesehen, diese Einrichtungen mit Lebensmitteln zu befüllen, die dann verarbeitet werden oder zumindest verarbeitete Lebensmittel zu entnehmen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, einen ersten Roboterarm zum Entnehmen und Zwischenlagern eines ersten Behälters aus einem ersten Staufach anzusteuern, und einen zweiten Roboterarm zum Handhaben eines zweiten Behälters eines zweiten Staufachs anzusteuern, das von der Führungseinrichtung aus hinter dem ersten Staufach angeordnet ist. Zum Erreichen hinterer Staufächer ist folglich keine entsprechende Lücke zwischen einzelnen Regalen einer Staueinrichtung zum Durchfahren mit einem Roboterarm erforderlich und der Rahmen kann lückenlos mit Staufächern versehen werden. Die Zwischenlagerung kann durch einfaches Halten des ersten Behälters erfolgen, alternativ dazu kann auch eine Ablage des ersten Behälters in einem freien und von der Führungseinrichtung aus zugänglichen Position erfolgen. Sind beispielsweise eins, zwei, drei oder eventuell mehr Staufächer zum Zwischenlagern verfügbar, die regelmäßig unbestückt bleiben, können zwei, drei, vier oder mehr Staufächer stets hintereinander angeordnet werden und sind stets nach Zwischenlagerung erreichbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Handhabungswerkzeug aus einer Gruppe von Handhabungswerkzeugen ausgewählt, die Gruppe aufweisend ein Aufnahmeelement mit einer Auflagefläche, mindestens ein fingerartiges Glied und mindestens einen Haken. Die Auflagefläche kann etwa auf einem flachen Aufnahmeelement angeordnet sein, welches unter einen Behälter schiebbar ist. Nach dem Unterschieben der Auflagefläche kann das Handhabungswerkzeug folglich entgegen der Schwerkraft angehoben werden, so dass der Behälter mit seinem gesamten Gewicht auf der Auflagefläche aufliegt. Dann kann der Behälter durch Bewegen der Auflagefläche bewegt werden. Zum Unterstützen des Haltens des Behälters auf der Auflagefläche kann es sich anbieten, Verriegelungselemente vorzusehen, die sich in entsprechende Einrichtungen des Behälters einklinken. Alternativ oder zusätzlich dazu ist auch denkbar, einen Elektromagnet in dem Aufnahmeelement vorzusehen, der eine temporäre Verbindung zwischen der Auflagefläche und dem Behälter durchführen kann. Hierzu ist selbstverständlich erforderlich, dass der Behälter eine entsprechende magnetische Unterseite aufweist.
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Das Handhabungswerkzeug kann außerdem als mehrgliedriges Greifwerkzeug ausgeführt sein, welches etwa einer menschlichen Hand ähnelt. Das Greifwerkzeug kann folglich mehrere fingerartige Greifelemente aufweisen, die unabhängig voneinander bewegbar sind. Ein solches Greifwerkzeug kann eine vorangehend genannte Auflagefläche ausbilden. Besonders bevorzugt kann jedoch das Greifwerkzeug eine Greifbewegung eines menschlichen Benutzers nachahmen, der einen Behälter greift und an einen anderen Ort bewegt. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn Standardbehälter in dem Fahrzeug verwendet werden, etwa „Standard Units“, die zur Handhabung eines menschlichen Benutzers ausgeführt sind. Eine Modifikation der Behälter ist folglich auch bei Einsatz des erfindungsgemäßen Systems nicht notwendig.
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Das Handhabungswerkzeug kann auch als Haken ausgeführt sein, der in bereits vorhandene Griffe eines Behälters einhakbar ist. Selbstverständlich können auch Kombinationen mehrerer Handhabungswerkzeuge vorhanden sein. Desweiteren ist auch die Verwendung von Roboterarmen mit unterschiedlichen Handhabungswerkzeugen an einer einzelnen Führungseinrichtung denkbar.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem Frachtraum und einem darin ausgebildeten Handhabungssystem. Besonders bevorzugt ist eine Passagierkabine unter oder über dem Frachtraum angeordnet und besitzt eine Übergabeeinrichtung, die zumindest teilweise an die Übergabeposition angrenzt. Die Übergabeeinrichtung kann im einfachsten Fall eine Öffnung in einer Begrenzungsfläche zu der Passagierkabine oder eine Art Fach sein, die die Übergabeposition enthält und in das der betreffende Roboterarm einen angeforderten Behälter einlegt. Dieses Übergabefach sollte dann von der Kabine aus erreichbar sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Frachtraum unterhalb der Passagierkabine angeordnet und zumindest durch einen Kabinenfußboden von der Kabine getrennt. In dem Kabinenfußboden ist eine Öffnung angeordnet, durch die von der Kabine aus auf die Übergabeposition zugegriffen werden kann. Die Übergabeposition kann, wie vorangehend erwähnt, in einem Übergabefach angeordnet sein, welches sich beispielsweise unterhalb der Öffnung in dem Kabinenfußboden befindet. Diese Öffnung ist bevorzugt durch eine Verschlusseinrichtung verschließbar oder sie ist an einem solchen Ort untergebracht, an dem ein versehentliches Eintreten zuverlässig verhindert wird. Eine solche Position kann beispielsweise innerhalb eines Fachs einer Bordküche sein, welches selbst durch eine Klappe oder eine Tür verschließbar ist.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist der Frachtraum oberhalb der Passagierkabine angeordnet, insbesondere in einem Bereich oberhalb einer Bordküche. Dieser Bereich wird in Verkehrsflugzeugen üblicherweise „Crown Area“ genannt und kann je nach Bauform des Flugzeugs einen entsprechenden Bauraum zum Unterbringen des Rahmens besitzen.
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Wird der Frachtraum unterhalb einer Passagierkabine mit dem erfindungsgemäßen Handhabungssystem ausgestattet, kann der Rahmen beispielhaft die äußere Form eines Standardcontainers bzw. eines halben Standardcontainers besitzen. Es ist vorstellbar, dass der Rahmen vollständig mit der Führungseinrichtung und dem mindestens einen Roboterarm ausgestattet und bedarfsweise in das Flugzeug einsetzbar ist und nach dem Einsetzen lediglich mit einem elektrischen System und einer Datenleitung zu verbinden ist. Folglich kann bedarfsweise ein Flugzeug derart umkonfiguriert werden, dass beispielsweise bei einer kompakteren Bestuhlung zusätzlicher Lagerraum für Lebensmittel und dergleichen bereitgestellt wird.
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Sowohl für das System als auch für das Fahrzeug ist besonders vorteilhaft, wenn der Inhalt einer Staueinrichtung über den Frachtraum befüllbar und entleerbar ist, ohne dazu die Staueinrichtung entnehmen zu müssen. Wenn etwa die Staueinrichtung bzw. das der Form eines Standardcontainers angepasste Handhabungssystem direkt an einer Frachttür des Fahrzeugs angeordnet ist, dann wäre das Entnehmen oder Einführen des Lagerinhalts über die Frachttür möglich. Dies könnte in Form von einschiebbaren Modulen durchgeführt werden.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
- 1 zeigt ein Handhabungssystem in einem Frachtraum in einer dreidimensionalen Darstellung.
- 2a und 2b zeigen die Handhabung eines Behälters in zwei aufeinanderfolgenden, dreidimensionalen Darstellungen.
- 3a und 3b zeigen das Übergeben oder Aufnehmen eines Behälters durch das Handhabungssystem.
- 4a, 4b, 5a und 5b zeigen ein Handhabungssystem mit zusätzlichen Einrichtungen zum Verarbeiten von Lebensmitteln.
- 6 zeigt ein Flugzeug mit einer Kabine, einem Frachtraum und einem darin installierten Handhabungssystem in einer dreidimensionalen Darstellung.
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DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt ein Handhabungssystem 2 in einer dreidimensionalen Darstellung. Das Handhabungssystem 2 wird beispielhaft in einem Frachtraum 4 eines Verkehrsflugzeugs gezeigt und folgt insgesamt der äußeren Form eines Standardcontainers. Zur Erläuterung des Handhabungssystems 2 wird auf eine Hälfte näher eingegangen, die in der Zeichnungsebene links dargestellt ist.
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Das System 2 weist eine Staueinrichtung 6 mit einem Rahmen 8 auf, in dem mehrere Staufächer 10 zum lösbaren Haltern von Behältern 12 ausgebildet sind. Der Rahmen 8 kann die äußere Form der Staueinrichtung 6 bestimmen. In der gezeigten Darstellung mit in zwei Hälften unterteilter Staueinrichtung 6 können zwei separate Rahmen 8 Verwendung finden. Hier werden eine erste Gruppe A von Staufächern 10 und eine zweite Gruppe B von Staufächern 10 gebildet. Beide Gruppen A, B können auf einer gemeinsamen Bodenfläche 14 angeordnet sein und/oder durch eine gemeinsame Containerhülle 16 umhüllt werden.
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Der Rahmen 8 weist beispielhaft eine innen liegende erste Begrenzungsfläche 18 auf, an der eine Führungseinrichtung 20 angeordnet ist. Die Führungseinrichtung 20 weist beispielhaft zwei horizontal ausgerichtete und parallel zueinander angeordnete Schienen 22 auf, die an einer Unterseite des Rahmens 8 und an einer Oberseite des Rahmens 8 befestigt sind. An den Schienen 22 ist ein senkrecht dazu verlaufender Träger 24 angeordnet, der mithilfe einer hier nicht dargestellten ersten Antriebseinrichtung entlang der Schienen 22 bewegbar ist.
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Der Träger 24 trägt eine Basis 26 eines Roboterarms 28 und kann diese entlang der Erstreckung des Trägers 24 verschieben. Insgesamt kann folglich der Roboterarm 28 an einer beliebigen Position der ersten Begrenzungsfläche 18 angeordnet werden.
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Der Roboterarm besteht beispielhaft aus zwei Gliedern 30 und 32, die gelenkig miteinander verbunden sind. An einer der Basis 26 entgegengesetzt angeordneten Seite des Roboterarms 28 ist ein Handhabungswerkzeug 34 angeordnet. Dieses ist dazu ausgebildet, einen Behälter 12 zu handhaben, das heißt aus einem betreffenden Staufach 10 zu entnehmen oder dort hineinzubefördern.
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Es wird weiterhin ein zweiter Roboterarm 28 gezeigt, der auf die gleiche Weise ausgeführt ist wie der erste Roboterarm 28 und an einem individuellen Träger 24 der Führungseinrichtung 20 angeordnet ist. Beide Träger 24 können separat und unabhängig voneinander den jeweils daran befestigten Roboterarm 28 im Raum positionieren, soweit sich die Bewegungen der beiden Träger 24 nicht gegenseitig behindern. Um dies zu verhindern könnten beide Träger 24 auf unterschiedlichen Seiten der Schienen 22 gelagert sein. Hierzu müssten die Schienen 22 dann etwas von der ersten Begrenzungsfläche 18 beabstandet werden, damit einer der beiden Roboterarme 28 zwischen die Führungseinrichtung 20 und die Staufächer 10 bewegt werden kann.
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In der Darstellung werden überwiegend zwei hintereinander angeordnete Staufächer 12 gezeigt, so dass durch Anordnen mehrerer Staufächer 10 übereinander eine räumliche Matrix von Staufächern 10 gebildet ist. Durch das Herausnehmen eines Behälters 12, der an der ersten Begrenzungsfläche 18 liegt, kann ein dahinter angeordnetes Staufach 10 erreicht werden. Es ist denkbar, dass einer der beiden Roboterarme 28 etwa einen an der Begrenzungsfläche 18 liegenden Behälter 12 aus dem betreffenden Staufach 10 entnimmt und der andere Roboterarm 28 anschließend den in dem dahinter angeordneten Staufach 10 gehalterten Behälter 12 aufnimmt.
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Danach kann der zwischengelagerte Behälter 12 wieder in ein Staufach 10 eingesetzt werden.
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Die Ausführung des Handhabungssystems 2 kann sich auf eine derartige Hälfte beschränken, in dem gezeigten Fall sind jedoch zwei identisch ausgeführte Hälften mit zwei Gruppen A und B von Staufächern 10 dargestellt. Es kann sich anbieten, eine einzige Führungseinrichtung 20 für beide Gruppen A und B einzusetzen. Hierzu wäre erforderlich, dass die Führungseinrichtung 20 eine Bewegung entlang einer dritten Bewegungsachse erlaubt, die in einer Verbindungslinie zwischen den beiden Hälften bzw. Gruppen A und B liegt. Hierzu könnten etwa die Schienen 22 an einer Bodenfläche und einer Deckenfläche verschiebbar gelagert werden, so dass die Roboterarme 28 bedarfsweise Behälter 12 der Gruppe A oder der Gruppe B handhaben können. In der gezeigten Darstellung sind jedoch zwei separate Führungseinrichtungen 20 gezeigt, die jeweils einer Gruppe A bzw. B zugeordnet sind.
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An der Gruppe B ist in der Zeichnungsebene in der linken unteren Ecke dargestellt, dass zwei Roboterarme 28 in einer Parkposition sind. Sollte bei den in Bewegung befindlichen Roboterarmen 28 der Gruppe A ein Defekt auftreten, während diese nicht in einer Parkposition sind, könnten die Roboterarme 28 der Gruppe B zur Wartung dieser verwendet werden. Es wäre denkbar, einen verklemmenden oder defekten Roboterarm 28 aus einer hinderlichen Position zu befreien oder zumindest in die Nähe einer Parkposition zu bewegen. Denkbar ist, zur Wartung eine kameragestützte, manuelle Steuerung durchzuführen, über einen Bildschirm oder eine Virtual-Reality-Brille. Die defekten Roboterarme 28 könnte dann passiviert werden, so dass er kraftlos in einer Parkposition verbleibt. Die Steuereinheit 36 kann etwa einen solchen Wartungsmodus vorsehen. Durch eine solche doppelte Anordnung von zwei Führungseinrichtungen 20 mit jeweils separaten Roboterarmen 28 kann ein gezeigtes System auch durch Übernahme der Funktion einer der beiden gezeigten Gruppen ein Notbetrieb ohne wesentliche Einschränkungen aufrecht erhalten werden. Dies ist bei einem herkömmlichen System nicht möglich.
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Zur Ansteuerung der Führungseinrichtung 20 und der Roboterarme 28 wird nur schematisch eine Steuereinheit 36 angedeutet, die mit der Führungseinrichtung 20 und den Roboterarmen 28 verbunden ist. Die Position der Steuereinheit 36 ist jedoch ausschließlich beispielhaft gewählt, sämtliche anderen geeigneten Einbauorte sind von einem Fachmann entsprechend den jeweiligen Anforderungen zu wählen. Die Integration der Steuereinheit 36 in eine geschlossene Wandung 16 könnte jedoch von Vorteil sein, denn das ganze Handhabungssystem 2 kann dann bedarfsweise in das Fahrzeug bzw. Flugzeug eingesetzt werden, ohne dass weitere Modifikationen außer der Befestigung, der Stromversorgung und einer Datenverbindung durchgeführt werden müssen.
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Beispielsweise können Systemanschlüsse, in Dreiecksbereichen 33 in einem seitlichen, unteren Bereich eines Frachtraums verwendet werden, die in Verkehrsflugzeugen üblicherweise vorhanden sind. Dies reduziert den Änderungsaufwand an dem Fahrzeug zur Integration des erfindungsgemäßen Systems beträchtlich. In den Dreiecksbereichen 33 können auch Kühlaggregate vorgesehen werden, um die Behälter 12 zu kühlen. Dabei entstehende Abwärme kann in den restlichen Frachtraum abgegeben werden, wo sie durch die Frachtraumventilation oder -klimatisierung abführbar ist.
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Zudem kann, da das System keine Kabine darstellt, ein bestehendes Halon-Feuerlöschsystem eingesetzt werden, so dass auch hierfür keine weiteren Modifikationen erforderlich sind.
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In den 2A und 2B wird der Vorgang des Handhabens eines Behälters 12 mithilfe von zwei Roboterarmen 28 gleichzeitig gezeigt. Hierzu werden beide Träger 24 möglichst nah an dem betreffenden Behälter 12 positioniert. In der gezeigten Darstellung in den 2A und 2B ist ein Träger 24 auf der einen Seite neben dem Behälter 12 angeordnet, während der andere Träger 24 auf der gegenüberliegenden Seite des Behälters 12 positioniert ist. Anschließend wird die jeweilige Basis 26 der beiden Roboterarme derart entlang des jeweiligen Trägers 24 verfahren, dass die Handhabungswerkzeuge 34 bequem an den jeweiligen Behälter 12 herangeführt werden können.
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In 3A wird ein Teil des Handhabungssystems 2 unterhalb eines Kabinenfußbodens 38 dargestellt. Das Handhabungssystem 2 ist folglich in einem Frachtraum 4 eines Flugzeugs unterhalb einer Passagierkabine angeordnet. Beispielhaft kann direkt oberhalb des Handhabungssystems 2 eine Bordküche (Galley) angeordnet sein, für die die einzelnen Behälter 12 bereitgestellt werden können oder von der die betreffenden Behälter 12 aufgenommen werden. Zum Zugreifen auf den zu handhabenden Behälter 12 ist eine Öffnung 40 im Kabinenfußboden 38 vorgesehen, an deren Unterseite sich eine Übergabeeinrichtung 42 anschließt. Diese kann als eine Art Fach mit zwei voneinander beabstandeten Ablagerahmen 44 ausgeführt werden, die einen Spalt 46 zueinander einschließen, der das Durchfahren mit einem Roboterarm 28 erlaubt. Ein auf die Ablagerahmen 44 gelegter Behälter 12 ist sowohl von der Kabine als auch von dem Frachtraum aus zugänglich.
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Dem Handhabungssystem 2 wird folglich ermöglicht, einen Behälter 12 aus einem Staufach 12 zu entnehmen und durch kombinierte Bewegung des Roboterarms 28 sowie der Führungseinrichtung 20 den betreffenden Behälter 12 in der Übergabevorrichtung 42 zu positionieren. Wie in 3B dargestellt, kann der Behälter 12 bedarfsweise sogar leicht über den Kabinenfußboden 38 angehoben werden. Gleichermaßen kann ein Benutzer jedoch auch einen Behälter 12 an der Übergabeeinrichtung 42 bereitstellen, der sodann von dem Handhabungssystem 2 der Übergabeeinrichtung 42 entnommen und in ein vorgesehenes oder freies Staufach 10 abgelegt wird.
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4A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Handhabungssystems 48, das mit einer Staueinrichtung 50 sowie einer Einrichtung 52 zum Verarbeiten und Bereitstellen von Lebensmitteln ausgestattet ist. Im Wesentlichen stellt die Einrichtung 52 eine vollautomatische Küche dar, die durch die Roboterarme 28 bedient wird. Diese sind, wie in den 4a bis 5b ersichtlich, beispielhaft als Öfen 54, Kaffeemaschinen 56, Kühl-/Gefriereinheiten 58, Geschirrspülmaschinen 60, einen Abfallkompaktierer 62, mehrere Schubladen 64 und eine Einrichtung 66 zum Abführen flüssiger Abfälle ausgeführt. Hier können die einzelnen Roboterarme 28 beispielsweise verpackte Mahlzeiten in einen Ofen 54 einführen, so dass diese erwärmt werden. Anschließend werden die erwärmten Speisen innerhalb der Kabine bereitgestellt. Dadurch kann ein beträchtlicher Bauraum innerhalb der Kabine eingespart werden, da die Einrichtung 52 ohne Weiteres automatisiert bestück- und bedienbar sind.
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In 4a, 4b und 5b ist weiterhin ein flacher Wassertank 68 oberhalb des Dreiecksbereichs 33 gezeigt, der insbesondere die Einrichtung 52 mit Frisch- bzw. Trinkwasser versorgen kann. In dem Dreiecksbereich 33 ist weiterhin ein Kühlaggregat 70 angeordnet, welches zur Kühlung der Behälter 12 der Staueinrichtung 50 dient.
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Schließlich zeigt 6 ein Flugzeug 72 mit einem Frachtraum 74, einer darüber befindlichen Kabine 76 sowie einem in dem Frachtraum 74 angeordneten Handhabungssystem 2 bzw. 48 gemäß der vorangehenden Beschreibung.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
