DE102017220478A1 - SELF-DRIVING SERVICE ROBOT - Google Patents
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Abstract
Die Reichweite von Elektrofahrzeugen ist derzeit trotz fortschreitender technischer Entwicklung der elektrischen Energiespeicher noch deutlich geringer als die von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Auch die öffentliche Infrastruktur zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher von Elektrofahrzeugen ist derzeit nicht umfassend ausgebaut. So genannte Stromtankstellen sind nicht flächendeckend vorhanden und erfordern mitunter lange Ladezeiten, in denen das Elektrofahrzeug an der Stromtankstelle verbleiben muss. Die gegebenen Einschränkungen bei der Verfügbarkeit von Ladestellen kann dazu führen, dass ein Elektrofahrzeug im Straßenverkehr liegen bleibt, weil eine Stromtankstelle nicht rechtzeitig gefunden werden konnte, um den Energiespeicher aufzuladen. Die vorliegende Erfindung schlägt zur Lösung dieser Probleme einen selbstfahrenden Serviceroboter vor, der zum autonomen Fahren und zur Teilnahme am öffentlichen Straßenverkehr geeignet ausgebildet ist und eine Ladeschnittstelle zur Übertragung elektrischer Energie auf einen Energiespeicher eines Elektrofahrzeugs, die manuell und/oder automatisch mit einer Empfängerschnittstelle des Elektrofahrzeugs verbindbar ist, aufweist.The range of electric vehicles is still significantly lower than that of vehicles with internal combustion engine, despite the advancing technical development of electric energy storage. Also, the public infrastructure for charging the electrical energy storage of electric vehicles is currently not fully developed. So-called charging stations are not available everywhere and sometimes require long charging times, in which the electric vehicle must remain at the charging station. The given restrictions on the availability of charging points can lead to an electric vehicle remaining in traffic because a charging station could not be found in time to charge the energy storage. The present invention proposes to solve these problems, a self-propelled service robot, which is adapted for autonomous driving and participation in public roads and a charging interface for transmitting electrical energy to an energy storage of an electric vehicle, which manually and / or automatically with a receiver interface of the electric vehicle is connectable.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen selbstfahrenden Serviceroboter, der zum autonomen Fahren und zur Teilnahme am öffentlichen Straßenverkehr geeignet ausgebildet ist. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf einen selbstfahrenden Serviceroboter gerichtet, der, bevorzugt mittels eines Manipulators, verschiedene Fahrzeug- und Straßenassistenzdienste wie das Laden und das Abschleppen von Elektrofahrzeugen selbständig ausführen kann. In der Elektromobilität zählt es bekanntermaßen zu den größten Herausforderungen, einen effizienten Energiespeicher für Elektrofahrzeuge bereitzustellen. Am häufigsten finden derzeit Akkumulatoren, d.h. wieder aufladbare Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis, speziell Lithium-Ionen-Akkumulatoren Anwendung. Die heutigen Akkumulatoren sind den flüssigen Kraftstoffen für Verbrennungsmotoren die Energiedichte betreffend unterlegen. Die Reichweite von Elektrofahrzeugen ist daher trotz fortschreitender technischer Entwicklung der Energiespeicher noch deutlich geringer als die von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Auch die öffentliche Infrastruktur zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher von Elektrofahrzeugen ist derzeit nicht umfassend ausgebaut. So genannte Stromtankstellen sind nicht flächendeckend vorhanden und erfordern mitunter lange Ladezeiten, in denen das Elektrofahrzeug an der Stromtankstelle verbleiben muss.The present invention relates to a self-propelled service robot adapted for autonomous driving and public road traffic. In particular, the present invention is directed to a self-propelled service robot capable of independently executing various vehicle and road assistance services, such as loading and towing electric vehicles, preferably by means of a manipulator. Electromobility is known to be one of the biggest challenges in providing efficient energy storage for electric vehicles. Most commonly currently accumulators, i. rechargeable storage for electrical energy on an electrochemical basis, especially lithium-ion accumulators application. Today's accumulators are inferior to the energy density of liquid fuels for internal combustion engines. The range of electric vehicles is therefore still significantly lower than that of vehicles with internal combustion engine despite advancing technical development of energy storage. Also, the public infrastructure for charging the electrical energy storage of electric vehicles is currently not fully developed. So-called charging stations are not available everywhere and sometimes require long charging times, in which the electric vehicle must remain at the charging station.
Die gegebenen Einschränkungen bei der Verfügbarkeit von Ladestellen kann dazu führen, dass ein Elektrofahrzeug im Straßenverkehr liegen bleibt, weil eine Stromtankstelle nicht rechtzeitig gefunden werden konnte, um den Energiespeicher aufzuladen. Wie auch bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor kann es bei Elektrofahrzeugen außerdem dazu kommen, dass das Fahrzeug liegen bleibt, da der Fahrer den Restfüllstand des Energiespeichers und die verbleibende Restreichweite überschätzt.The given restrictions on the availability of charging points can lead to an electric vehicle remaining in traffic because a charging station could not be found in time to charge the energy storage. As with vehicles with internal combustion engines, electric vehicles can also cause the vehicle to remain idle because the driver overestimates the remaining energy storage level and the remaining remaining range.
Die verringerte Reichweite von Elektrofahrzeugen macht es bei längeren Strecken zudem erforderlich, dass unterwegs ein Zwischenstopp eingelegt werden muss, um den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges aufzuladen. In der Zeit des Ladevorgangs kann der Fahrer das Fahrzeug nicht nutzen, da der Ladevorgang je nach verfügbarer Infrastruktur nicht selten mehrere Stunden dauern kann. Unter Umständen muss der Fahrer eine alternative Beförderungsmöglichkeit ausfindig machen, um sein Fahrtziel noch rechtzeitig erreichen zu können.The reduced range of electric vehicles also makes it necessary for longer distances that a stopover must be placed on the way to charge the energy storage of the electric vehicle. During the charging process, the driver can not use the vehicle, as the charging process can often take several hours depending on the available infrastructure. Under certain circumstances, the driver must find an alternative means of transport in order to reach his destination in time.
Die vorliegende Erfindung will den vorstehend genannten Problemen Abhilfe schaffen.The present invention seeks to remedy the above problems.
Als Lösung schlägt die vorliegende Erfindung einen selbstfahrenden Serviceroboter mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor. Der selbstfahrende Serviceroboter ist zum autonomen Fahren und zur Teilnahme am öffentlichen Straßenverkehr geeignet ausgebildet und mit einer elektrischen Ladeschnittstelle (nachfolgend Ladeschnittstelle) zur Übertragung elektrischer Energie auf einen Energiespeicher eines Elektrofahrzeuges versehen. Die Ladeschnittstelle ist manuell und/oder automatisch mit einer Empfängerschnittstelle des Elektrofahrzeuges verbindbar. Bevorzugt ist die Ladeschnittstelle an einem Lade-Servicemodul vorgesehen, das austauschbar an dem selbstfahrenden Serviceroboter befestigt ist.As a solution, the present invention proposes a self-propelled service robot having the features of claim 1. The self-propelled service robot is adapted to autonomous driving and participation in public road traffic and provided with an electrical charging interface (hereinafter charging interface) for transmitting electrical energy to an energy storage of an electric vehicle. The charging interface can be connected manually and / or automatically to a receiver interface of the electric vehicle. The charging interface is preferably provided on a charging service module, which is exchangeably fastened to the self-propelled service robot.
Mit der vorliegenden Erfindung wird es möglich, Elektrofahrzeuge, die aufgrund eines leeren Energiespeichers liegen geblieben sind, an Ort und Stelle des Liegenbleibens vollständig oder in einer Gefahrenzone kurz initial zu betanken oder hilfsweise abzuschleppen und an einem zulässigen Ladeort aufzuladen, sodass diese ihre Fahrt fortsetzen können. Gegenwärtig muss in einem solchen Szenario das Fahrzeug abgeschleppt werden. Der selbstfahrende Serviceroboter erfordert vorzugsweise keinen Fahrer und keine Bedienperson für den Ladevorgang. Der selbstfahrende Serviceroboter ist dadurch zu jeder Zeit an jedem Ort einsetzbar und effizienter, da das Gewicht der Fahrerkabine eingespart wird. Des Weiteren werden Personalkosten insbesondere während der Warte- und Bereitschaftszeiten des Systems eingespart.With the present invention, it becomes possible to fuel electric vehicles that have remained lying down due to an empty energy storage, in place of lying completely or briefly in a danger zone or alternatively to tow and load at an acceptable loading location, so that they can continue their journey , At present, in such a scenario, the vehicle must be towed. The self-propelled service robot preferably requires no driver and no operator for the loading process. The self-propelled service robot can therefore be deployed at any time, anywhere and more efficiently, as the weight of the driver's cab is saved. Furthermore, personnel costs are saved, in particular during the waiting and standby times of the system.
Der selbstfahrende Serviceroboter ist vorzugsweise funktionsmodular aufgebaut. Bevorzugt weist der selbstfahrende Serviceroboter einen durchgehenden Funktionsladeboden auf, auf und unter den verschiedene Steuerungs- und Servicemodule austauschbar aufgesetzt bzw. befestigt werden können. Damit kann eine schnelle Wartung des Serviceroboters gewährleistet werden, da beschädigte oder zu überprüfende Service- und Steuerungsmodule gegen neue Module ausgetauscht werden können. Der funktionsmodulare Aufbau ermöglicht überdies eine zweckoptimierte Ausrüstung des Serviceroboters, da nur die Module aufgesetzt werden können, die für den jeweiligen Einsatzzweck erforderlich sind.The self-propelled service robot is preferably functionally modular. Preferably, the self-propelled service robot has a continuous functional loading floor, on and under the various control and service modules can be exchanged mounted or secured. This ensures fast servicing of the service robot, since damaged or verifiable service and control modules can be exchanged for new modules. The functional modular design also allows a purpose-optimized equipment of the service robot, since only the modules can be placed, which are required for the particular application.
Der Funktionsladeboden ist so ausgebildet, dass Steuerungs- und Servicemodule jeweils sowohl an einen elektrischen Stromverteilerkreise als auch an einen elektronischen Fahrzeugdaten- und -steuerungsbus angeschlossen werden können, so dass Funktionen der Servicemodule bzw. der Steuerungsmodule einerseits elektrisch und andererseits, insbesondere die jeweiligen sensorischen und aktorischen Funktionen, in die Datenkommunikation des Gesamtsystems des selbstfahrenden Serviceroboters elektronisch integriert werden können. In der Regel sind zumindest ein Steuerungsmodul und zumindest ein Servicemodul auf den Funktionsboden aufsetzbar.The functional loading floor is designed such that control and service modules can each be connected both to an electrical power distribution circuits and to an electronic vehicle data and control bus, so that functions of the service modules or the control modules on the one hand electrically and on the other hand, in particular the respective sensory and Actuator functions in the data communication of the entire system of the self-propelled service robot can be electronically integrated. As a rule, at least one control module and at least one service module can be placed on the functional base.
Vorzugsweise weist der Serviceroboter ein Steuerungsmodul für die autonome Steuerung des selbstfahrenden Serviceroboters auf, welches austauschbar an dem selbstfahrenden Serviceroboter befestigt ist. Als Steuerungsmodule sind insbesondere vorgesehen:
- • Fahrerkabine mit Funktionen zur manuellen Steuerung und Überwachung des Serviceroboters (SAE J3016 bis Level 4)
- • Steuerkabine mit Funktionen zur autonomen Steuerung und manuellen Femsteuerung und -überwachung des Serviceroboters (SAE J3016 Level 5)
- • Cab with manual control and monitoring functions of the service robot (SAE J3016 to Level 4)
- • Control cabin with autonomous control and manual remote control and monitoring functions of the service robot (SAE J3016 Level 5)
Servicemodule dienen der Ausführung von Assistenzfunktionen des selbstfahrenden Serviceroboters als Strombetankungs- und Straßenserviceroboter. Als Servicemodule sind insbesondere vorgesehen:
- • Lade-Servicemodul
- • Brennstoffzelle-Servicemodul
- • Brennstofftank für Brennstoffzelle
- • Werkzeug-A/orrichtungsmagazin
- • Charging service module
- • Fuel cell service module
- • Fuel tank for fuel cell
- • Tool alignment magazine
Zudem kann der Funktionsladeboden ein bevorzugt vollautonomes Manipulatorsystem an einem umlaufenden Schienenführungssystem aufnehmen. Ein Manipulator dieses Manipulationssystems kann so mittels Schienenführung in eine beliebige Richtung ausgerichtet werden.In addition, the functional loading floor can receive a preferably fully autonomous manipulator system on a revolving rail guidance system. A manipulator of this manipulation system can be aligned by rail guide in any direction.
Bevorzugt ist der selbstfahrende Serviceroboter selbst elektrisch angetrieben und weist eine Batterie (on-board) für seinen Elektroantrieb auf.Preferably, the self-propelled service robot itself is electrically driven and has a battery (on-board) for its electric drive.
Vorzugsweise ist diese Batterie insbesondere während der Fahrt des selbstfahrenden Serviceroboters über das mitgeführte Lade-Servicemodul aufladbar. Das Lade-Servicemodul wird bevorzugt von dem Brennstoffzelle-Servicemodul mit elektrischer Energie gespeist. In der Regel hat der selbstfahrende Serviceroboter eine elektrische Leitung, bevorzugt ausgelegt als elektrischer Stromverteilerkreis im Funktionsladeboden, welche das Lade-Servicemodul mit der on-board Batterie verbindet, wobei diese Verbindung von einer Umschalteinrichtung ein- und ausgeschaltet werden kann. Dadurch erhöht sich die Reichweite des selbstfahrenden Serviceroboters, da dieser keine Stromtankstelle ansteuern muss, wenn die Batterie für seinen Elektroantrieb leer ist, während der Speicher im Brennstofftank-Servicemodul noch Primärenergieträger beinhaltet.Preferably, this battery is rechargeable in particular during the journey of the self-propelled service robot via the entrained charging service module. The charging service module is preferably powered by the fuel cell service module with electrical energy. As a rule, the self-propelled service robot has an electrical line, preferably designed as an electrical power distribution circuit in the functional loading floor, which connects the charging service module to the on-board battery, wherein this connection can be switched on and off by a switching device. This increases the range of the self-propelled service robot, since it does not have to control an electricity charging station when the battery for its electric drive is empty, while the storage tank in the fuel tank service module still contains primary energy sources.
In Europa und den USA wird das autonome Fahren anhand der SAE J3016 Norm in sechs Level klassifiziert. Dabei wird als Level 0 der Fall festgelegt, dass das Fahrzeug nicht ohne eine fahrzeugführende Person fahren kann und dass die fahrzeugführende Person während der gesamten Fahrt selbst fährt, lenkt, Gas gibt, bremst etc. Die Notwendigkeit des Eingreifens der fahrzeugführenden Person beim Fahren des Fahrzeugs verringert sich in Abstufungen von Level
Bevorzugt ist der selbstfahrende Serviceroboter nach der vorliegenden Erfindung zum autonomen Fahren nach Level
Der selbstfahrende Serviceroboter ist zur Teilnahme am öffentlichen Straßenverkehr geeignet ausgebildet, kann aber genauso gut auf Betriebs- oder Privatgeländen verkehren. Insbesondere ist der selbstfahrende Serviceroboter ein selbstfahrendes Kraftfahrzeug. Je nach Level des autonomen Fahrens kann der Sitz für die fahrzeugführende Person des Kraftfahrzeuges leer bleiben oder ganz auf einen solchen Sitz verzichtet werden.The self-propelled service robot is designed to be suitable for use on public roads, but can also operate on company or private grounds. In particular, the self-propelled service robot is a self-propelled motor vehicle. Depending on the level of autonomous driving, the seat for the vehicle-carrying person of the motor vehicle can remain empty or completely dispensed with such a seat.
Bei zuverlässiger Bewährung des autonomen Steuerungssystems kann in zukünftigen Ausbaustufen des Steuerungsmoduls auf Lenkrad, Brems- und Gaspedal für eine fahrzeugführende Person verzichtet werden. So kann in Level
Üblicherweise ist der selbstfahrende Serviceroboter mit einer Steuerungseinrichtung versehen, welche mit Hilfe von Sensoren die Umgebung des selbstfahrenden Serviceroboters, insbesondere Gegenstände, Hindernisse, Personen oder Tiere und andere Fahrzeuge auf oder neben der Strecke wahrnimmt und mit den gewonnenen Informationen den selbstfahrenden Serviceroboter derart steuert, dass eine Kollision oder ein Unfall vermieden wird. Meist ist die Steuerungseinrichtung mit einem Navigationsgerät des Fahrzeugs verbunden oder beinhaltet eine Navigationssoftware, sodass die Steuerungseinrichtung den selbstfahrenden Serviceroboter, bevorzugt vollautonom (Level
In der Regel weist die Steuerungseinrichtung zumindest jeweils einen Mikroprozessor, einen Sensor und einen Aktor auf. Dabei setzt der Sensor mechanische Bewegungen (z.B. anderer Fahrzeuge) oder andere physikalische Größen (z.B. Druck oder Temperatur) in elektrische Signale um und sendet diese an den Mikroprozessor. Der Mikroprozessor verarbeitet diese eingehenden elektrischen Signale und gibt seinerseits Steuerungsbefehle als elektrische Signale an den Aktoren aus. Der Aktor setzt die Steuerungsbefehle wiederum in mechanische Bewegung (z.B. der Lenkvorrichtung) oder andere physikalische Größen wie Druck oder Temperatur um.As a rule, the control device has at least one respective microprocessor, a sensor and an actuator. In doing so, the sensor converts mechanical motions (e.g., other vehicles) or other physical quantities (e.g., pressure or temperature) into electrical signals and sends them to the microprocessor. The microprocessor processes these incoming electrical signals and in turn issues control commands as electrical signals to the actuators. The actuator in turn translates the control commands into mechanical motion (e.g., the steering device) or other physical quantities such as pressure or temperature.
Das Steuerungsmodul bzw. die Steuerungseinrichtung des selbstfahrenden Serviceroboters zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es am Zielort die geeignete Annäherung und Positionierung, insbesondere die Tankposition, des Serviceroboters zum anfordernden Elektrofahrzeug ausführt. Bevorzugt ist das Steuerungsmodul bzw. die Steuerungseinrichtung dahingehend ausgeprägt, mit anderen Servicerobotern vernetzt zu kommunizieren und koordinierte Fahr- und Bewegungsmuster auszuführen.The control module or the control device of the self-propelled service robot is characterized in particular in that it executes the appropriate approach and positioning, in particular the tank position, of the service robot to the requesting electric vehicle at the destination. Preferably, the control module or the control device is designed to communicate with other service robots networked and execute coordinated driving and movement patterns.
Der selbstfahrende Serviceroboter kann sich bevorzugt zum möglichst schnellen Ablauf des Ladevorgangs derart neben, vor oder hinter das zu betankende Elektrofahrzeug parken, dass sich die Ladeschnittstelle und die Empfängerschnittstelle gegenüberliegen.The self-propelled service robot can preferably park for the fastest possible expiry of the charging process next to, in front of or behind the electric vehicle to be refueled so that the charging interface and the receiver interface are opposite each other.
Für gewöhnlich kann der selbstfahrende Serviceroboter mittels einer Datenübertragung im Fernbereich (Mobilfunk) und Mittelbereich (Direktfunkstrecke), sobald er sich in der jeweiligen Empfangsreichweite zu dem Elektrofahrzeug befindet, bereits während der Annäherung an das Elektrofahrzeug über einen Austausch von Standort-, Positions- und Fahrzeugdaten den Annäherungs- bzw. Andockungsprozess vorbereiten. In der Regel weist der Serviceroboter für die Datenübertragung eine Datenschnittstelle mit mindestens einem in der Informationsübertragung üblichen Empfänger nach vorgegebenem Standard auf, der zum Empfang auf allen gängigen Frequenzbändern geeignet ist.Usually, the self-propelled service robot by means of a data transmission in the remote area (mobile) and midrange (direct radio link), as soon as it is in the respective reception range to the electric vehicle, already during the approach to the electric vehicle via an exchange of location, position and vehicle data prepare the approach or docking process. In general, the service robot for data transmission on a data interface with at least one usual in the information transmission receiver according to a predetermined standard, which is suitable for receiving on all popular frequency bands.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der selbstfahrende Serviceroboter zum Aufladen des Energiespeichers des Elektrofahrzeugs während der Fahrt des Elektrofahrzeugs angepasst ausgebildet.According to a preferred embodiment of the present invention, the self-propelled service robot adapted to charge the energy storage of the electric vehicle while driving the electric vehicle is adapted.
Dabei synchronisiert sich die Fahrweise des selbstfahrenden Serviceroboters üblicherweise mit der des Elektrofahrzeugs. So kann der selbstfahrende Serviceroboter beispielsweise in gleichbleibendem Abstand vor dem Elektrofahrzeug herfahren oder auf einer parallelen Spur, beispielsweise auch auf dem Standstreifen der Autobahn, auf gleicher Höhe neben dem Elektrofahrzeug herfahren. Genauso gut ist es denkbar, dass sich der selbstfahrende Serviceroboter hinter dem Elektrofahrzeug einreiht.The driving style of the self-propelled service robot usually synchronizes with that of the electric vehicle. Thus, for example, the self-propelled service robot can travel at a constant distance in front of the electric vehicle or drive on a parallel track, for example also on the hard shoulder of the motorway, at the same height next to the electric vehicle. It is just as conceivable that the self-propelled service robot joins behind the electric vehicle.
Die Anpassung der Fahrweise mit dem Elektrofahrzeug erfolgt bevorzugt durch eine direkte Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kopplung mittels einer Datenschnittstelle der Steuerungseinrichtung. Alternativ wird die Fahrweise des Elektrofahrzeugs durch die Sensoren der Steuerungseinrichtung des Serviceroboters erkannt und zur Anpassung der Fahrweise des selbstfahrenden Serviceroboters an die des Elektrofahrzeuges ausgewertet. In der Regel ist für die Anpassung der Fahrweisen keine mechanische Kopplung mit dem Elektrofahrzeug erforderlich. Hat eine Anpassung des selbstfahrenden Serviceroboters und des Elektrofahrzeugs stattgefunden, verbindet sich die Ladeschnittstelle bevorzugt automatisch mit Hilfe des Manipulators mit der Empfängerschnittstelle. Diese Verbindung löst sich, sobald das Elektrofahrzeug sein Fahrtziel erreicht oder der Speicher des Elektrofahrzeugs den gewünschten Ladezustand erreicht hat.The adjustment of the driving style with the electric vehicle is preferably carried out by a direct vehicle-to-vehicle coupling by means of a data interface of the control device. Alternatively, the driving style of the electric vehicle is detected by the sensors of the control device of the service robot and evaluated to adapt the driving style of the self-propelled service robot to that of the electric vehicle. In general, no mechanical coupling with the electric vehicle is required for the adaptation of the driving style. If an adaptation of the self-propelled service robot and the electric vehicle has taken place, the charging interface preferably connects automatically to the receiver interface with the aid of the manipulator. This connection dissolves when the electric vehicle reaches its destination or the memory of the electric vehicle has reached the desired state of charge.
Bemerkt die fahrzeugführende Person des Elektrofahrzeugs während der Fahrt, dass der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs nicht ausreichend geladen ist, um das Fahrtziel zu erreichen, kann mit dieser Weiterbildung ein Zeitverlust vermieden werden, da die fahrzeugführende Person des Elektrofahrzeugs keine Stromtankstelle ansteuern muss und auch das Fahrzeug dort nicht für die Dauer des Ladevorgangs stehen lassen muss. Mitunter kann auch das Liegenbleiben eines Elektrofahrzeugs dadurch vermieden werden, falls die fahrzeugführende Person des Elektrofahrzeugs erst verspätet bemerkt, dass der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs nicht ausreichend aufgeladen ist, um das Fahrtziel oder eine Stromtankstelle zu erreichen.Noticed the vehicle-carrying person of the electric vehicle while driving that the energy storage of the electric vehicle is not sufficiently charged to reach the destination, with this development, a loss of time can be avoided because the vehicle-carrying person of the electric vehicle must not control a charging station and the vehicle there does not have to stand for the duration of the charging process. Occasionally, even the loss of an electric vehicle can be avoided if the vehicle-carrying person of the electric vehicle noticed late, that the energy storage of the electric vehicle is not is sufficiently charged to reach the destination or a charging station.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Steuerungseinrichtung über die Datenschnittstelle zum drahtlosen Austausch von Daten und/oder Steuerungsbefehlen zwischen dem selbstfahrenden Serviceroboter und anderen am Straßenverkehr teilnehmenden Fahrzeugen und/oder anderen selbstfahrenden Servicerobotern angepasst ausgebildet. Üblicherweise weist die Datenschnittstelle neben dem Empfänger auch einen Sender auf. In der Regel ist der Sender ein aus der Informationstechnik bekannter Sender, der auf allen gängigen Frequenzbändern senden kann. Die Reichweite des Senders und des Empfängers der Datenschnittstelle beträgt bevorzugt mindestens 50m.According to a further preferred development of the present invention, the control device is adapted via the data interface for the wireless exchange of data and / or control commands between the self-propelled service robot and other vehicles participating in road traffic and / or other self-propelled service robots. Usually, the data interface also has a transmitter in addition to the receiver. As a rule, the transmitter is a transmitter known from information technology, which can transmit on all common frequency bands. The range of the transmitter and the receiver of the data interface is preferably at least 50m.
Vorzugsweise erfolgt eine Kopplung zweier Fahrzeuge automatisch, sobald sich der Empfänger eines Fahrzeuges in Reichweite des Senders eines anderen Fahrzeugs befindet. Nach dieser Weiterbildung wird eine Vernetzung von Servicerobotern einerseits oder von Servicerobotern mit anderen, vorzugsweise zumindest einen Empfänger oder Sender aufweisenden Fahrzeugen ermöglicht.Preferably, a coupling of two vehicles takes place automatically as soon as the receiver of one vehicle is within range of the transmitter of another vehicle. According to this development, a network of service robots on the one hand or service robots with other, preferably at least one receiver or transmitter having vehicles is possible.
Durch eine solche Vernetzung lassen sich selbstfahrende Serviceroboter verbessert koordinieren. Auch dem Verkehrsfluss ist eine Vernetzung zuträglich. Beispielsweise lassen sich darüber Serviceroboter derart koordinieren, dass ein Serviceroboter mit Sicherheitsabstand die Funktion der Verkehrswegewarnung und -sicherung übernimmt, während ein dazu koordinierter Serviceroboter den Ladevorgang übernimmt.By means of such networking, self-propelled service robots can be better coordinated. The traffic flow is also beneficial for networking. For example, service robots can be coordinated in such a way that a service robot with a safe distance assumes the function of traffic route warning and security, while a coordinated service robot takes over the charging process.
Die Datenschnittstelle der Steuerungseinrichtung ist bevorzugt zum drahtgebundenen und/oder drahtlosen Empfang von ladespezifischen Daten des Elektrofahrzeugs ausgebildet.The data interface of the control device is preferably designed for wired and / or wireless reception of charging-specific data of the electric vehicle.
Bevorzugt kommen im Fernbereich Datenübertragungsverfahren aus dem Radiofrequenzbereich wie auch zusätzlich optische Datenübertragungsverfahren im Nahbereich zum Einsatz (z.B. Transponder oder Barcode zum Auslesen fahrzeugspezifischer Daten). Ergänzend können zur Bewegungssteuerung des Manipulators mindestens optische Sensoren zur Lageerkennung der Empfängerschnittstellen Verwendung finden.Preferably, data transmission methods from the radio frequency range as well as additional optical data transmission methods at close range are used in the remote area (for example transponder or barcode for reading out vehicle-specific data). In addition, at least optical sensors for detecting the position of the receiver interfaces can be used to control the movement of the manipulator.
Weiter bevorzugt beinhalten die ladespezifischen Daten sowohl eine Information zu der Ladeleistung, mit welcher der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs aufladbar ist und/oder eine Kennzeichnung des Energiespeichers des Elektrofahrzeuges als auch eine Information darüber, welche Ladeschnittstelle bzw. welche Ladeschnittstellen mit der Empfängerschnittstelle verbindbar sind, und/oder eine Kennzeichnung der Empfängerschnittstelle. Nach dieser bevorzugten Weiterbildung ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, für den Ladevorgang des Energiespeichers des Elektrofahrzeugs eine passende Ladeleistung und eine passende Ladeschnittstelle über das Lade-Servicemodul bereitzustellen.Further preferably, the charging-specific data contain both information about the charging power with which the energy storage device of the electric vehicle can be charged and / or an identification of the energy storage device of the electric vehicle as well as information about which charging interface or charging interfaces can be connected to the receiver interface, and / or an identification of the receiver interface. According to this preferred development, the control device is designed to provide a suitable charging power and a suitable charging interface via the charging service module for the charging process of the energy storage device of the electric vehicle.
In der Regel verfügt das Lade-Servicemodul über mehrere Varianten an Ladeschnittstellen inklusive einem bei Bedarf zuschaltbaren Wechselrichter, da die auf dem Markt befindlichen Elektrofahrzeuge unterschiedliche Empfängerschnittstellen und Stromarten (Gleich- und Wechselstrom) verwenden und der selbstfahrende Serviceroboter mit möglichst vielen dieser Elektrofahrzeuge kompatibel sein sollte. Auch die Ladeleistung der Elektrofahrzeuge ist nicht einheitlich und variiert. Somit kann die Kompatibilität des Lade-Servicemoduls mit auf dem Markt befindlichen Elektrofahrzeugen und die Effizienz des Ladevorgangs erhöht werden.As a rule, the charging service module has several variants of charging interfaces, including a switchable on demand inverter, since the electric vehicles on the market different receiver interfaces and types of electricity (DC and AC) use and the self-propelled service robot should be compatible with as many of these electric vehicles , The charging power of electric vehicles is not uniform and varies. Thus, the compatibility of the charging service module with on-market electric vehicles and the efficiency of charging can be increased.
Mittels einer Datenübertragung im Fernbereich (Mobilfunk) und/oder Mittelbereich (Direktfunkstrecke) kann der selbstfahrende Serviceroboter, sobald er sich in der jeweiligen Empfangsreichweite zu dem Elektrofahrzeug befindet, bereits während der Annäherung an das Elektrofahrzeug über einen Austausch von Standort-, Positions- und Fahrzeugdaten den Annäherungs- bzw. Andockungsprozess wie auch den Ladeprozess vorbereiten und die einsetzbare, zu der Empfängerschnittstelle kompatible Ladevorrichtung und die entsprechende Ladeleistung auswählen.By means of a data transmission in the remote area (mobile radio) and / or middle area (direct radio link), the self-propelled service robot, as soon as it is in the respective reception range to the electric vehicle, already during the approach to the electric vehicle via an exchange of location, position and vehicle data Prepare the docking process as well as the loading process and select the deployable charging device compatible with the receiver interface and the corresponding charging power.
Soweit die ladespezifischen Daten von dem Elektrofahrzeug mittels kabelloser Übertragungsverfahren ausgetauscht werden, werden diese bevorzugt nach den technischen Spezifikationen und Standards der Vehicle-to-Vehicle Communication (V2V) und Vehicle-to-Infrastructure Communication (V2I) ausgelegt wie sie vom CAR 2 CAR Communication Consortium (C2C-CC) ausgearbeitet werden.Insofar as the charging-specific data are exchanged by the electric vehicle by means of wireless transmission methods, they are preferably designed according to the technical specifications and standards of vehicle-to-vehicle communication (V2V) and vehicle-to-infrastructure communication (V2I) as described by
In der Regel kann die Datenschnittstelle zur Übertragung der ladespezifischen Daten auch drahtgebunden mit dem Elektrofahrzeug verbunden werden. Dabei werden für gewöhnlich Kommunikationsschnittstellen gemäß der in IEC 61851 definierten Lademodus (1-4) unterstützt.As a rule, the data interface for the transmission of the loading-specific data can also be connected by wire to the electric vehicle. Usually, communication interfaces are supported according to the charging mode (1-4) defined in IEC 61851.
Bei einer kabellosen Datenübertragung können die ladespezifischen Daten von dem Elektrofahrzeug selbst, mit passiven oder aktiven Übertragungsverfahren, beispielsweise mit Hilfe eines Transponders gesendet werden oder aber an dem Elektrofahrzeug optisch abgelesen werden, beispielsweise mit Hilfe eines an dem Elektrofahrzeug vorgesehenen 2D-Strichcodes.In the case of a wireless data transmission, the charging-specific data can be sent by the electric vehicle itself, with passive or active transmission methods, for example by means of a transponder, or optically read on the electric vehicle, for example with the aid of a 2D barcode provided on the electric vehicle.
Der Empfänger kann beispielsweise mit einem optischen Sensor zum Auslesen eines an dem Elektrofahrzeug befestigten Barcodes oder dergleichen kommunizieren. In der Regel leitet die Datenschnittstelle die empfangenen Daten an die Steuerungseinrichtung weiter, welche diese verarbeitet. For example, the receiver may communicate with an optical sensor for reading a bar code attached to the electric vehicle or the like. As a rule, the data interface forwards the received data to the control device which processes it.
Alternativ oder zusätzlich kann die Datenschnittstelle die ladespezifischen Daten von einem Smartphone des Fahrers des Elektrofahrzeuges auch mit lokalen Funkübertragungsverfahren wie Wifi oder Bluetooth empfangen.Alternatively or additionally, the data interface can receive the charging-specific data from a smartphone of the driver of the electric vehicle also with local radio transmission methods such as Wifi or Bluetooth.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der selbstfahrende Serviceroboter dazu geeignet ausgebildet, ein oder mehrere Befehle und/oder Serviceaufträge über eine externe Leitstelle entgegenzunehmen. Bevorzugt kann der Serviceroboter auf der Grundlage einer erlernbaren Logik die verschiedenen Aufträge bzw. Befehle mit einer Priorität versehen und/oder aus den verschiedenen Aufträgen bzw. Befehlen einen auszuwählen. Als erlernbare Logik ist dabei eine Logik zu verstehen, die sich mit jedem erledigten Auftrag und den daraus gewonnen Erfahrungen selbst überschreiben bzw. abändern kann. Für gewöhnlich wird eine erlernbare Logik zur Optimierung des Vorgehens zum Erreichen eines bestimmten Ziels eingesetzt. Im vorliegenden Fall ist dieses Ziel die sichere, schnelle und effiziente Abwicklung von Aufträgen zum Aufladen und/oder Abschleppen von Elektrofahrzeugen. Die erlernbare Logik wird vorzugsweise auf der Steuereinrichtung des selbstfahrenden Serviceroboters ausgeführt. Die externe Leitstelle kann dabei von einem mobilen Endgerät geleitet und/oder eine ortsfeste Einrichtung sein, die bevorzugt über die Datenschnittstelle mit der Steuerungseinrichtung des selbstfahrenden Serviceroboters kommuniziert und Aufträge bzw. Befehle an die Steuerungseinrichtung des selbstfahrenden Serviceroboters übermittelt.According to a further preferred development of the present invention, the self-propelled service robot is designed to receive one or more commands and / or service orders via an external control center. The service robot may preferably prioritize the various orders or commands based on a learnable logic and / or select one of the various orders or commands. Logic that can be learned is a logic that can overwrite or change itself with each completed task and the experience gained from it. Usually, learnable logic is used to optimize the approach to achieving a particular goal. In the present case, this objective is the safe, fast and efficient processing of orders for charging and / or towing electric vehicles. The learnable logic is preferably executed on the control device of the self-propelled service robot. The external control center can be guided by a mobile terminal and / or be a fixed device which communicates preferably via the data interface with the control device of the self-propelled service robot and transmits orders or commands to the control device of the self-propelled service robot.
Vorzugsweise überwacht ein Telemetriesystem sensorisch den Systemzustand des selbstfahrenden Serviceroboters bei seiner Auftragsausführung. Weiter bevorzugt ist das Telemetriesystem dazu ausgebildet, mittels Steuerbefehlen die Serviceroboter über die verfügbaren Aktoren fernzusteuern. Zur Fernsteuerung der Serviceroboter kann das Telemetriesystem als eine wie obig beschriebene externe Leitstelle ausgebildet sein. In der Regel erfolgt das Übermitteln von Daten zur telemetrischen Überwachung über die Datenschnittstelle der Steuerungseinrichtung.Preferably, a telemetry system sensibly monitors the system state of the self-propelled service robot during its order execution. More preferably, the telemetry system is designed to remotely control the service robot via the available actuators by means of control commands. For remote control of the service robot, the telemetry system can be designed as an external control center as described above. As a rule, the transmission of data for telemetric monitoring takes place via the data interface of the control device.
Das Telemetriesystem stellt außerdem eine Kontrollfunktion für die Serviceroboter dar und kann bei einer Fehlfunktion, einem Diebstahl oder dergleichen die Steuerung der Serviceroboter übernehmen.The telemetry system also provides a control function for the service robots and can take over in a malfunction, theft or the like, the control of the service robot.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Steuerungseinrichtung für eine Fernsteuerung des selbstfahrenden Serviceroboters angepasst ausgebildet.According to a preferred embodiment of the present invention, the control device is designed adapted for remote control of the self-propelled service robot.
Dabei nimmt die Steuerungseinrichtung die Steuerungsbefehle einer externen Leitstelle entgegen. Bevorzugt lassen sich die Steuerungsbefehle der Steuerungseinrichtung so durch die externe Leitstelle überschreiben.In this case, the control device receives the control commands to an external control center. Preferably, the control commands of the control device can be overwritten by the external control center.
Es ist jedoch weiter zu bevorzugen, dass sicherheitsrelevante Steuerungsbefehle, die unmittelbar oder mittelbar der Vermeidung einer Kollision dienen, nicht überschrieben werden können. Üblicherweise kann die externe Leitstelle eine drahtlose Datenverbindung mit der Steuerungseinrichtung des selbstfahrenden Serviceroboters über die Datenschnittstelle aufbauen. Wird diese drahtlose Datenverbindung beabsichtigt oder unbeabsichtigt getrennt, folgt der selbstfahrende Serviceroboter automatisch wieder den Steuerungsbefehlen der Steuernngseinrichtung.However, it is further preferable that safety-related control commands, which directly or indirectly serve to avoid a collision, can not be overwritten. Usually, the external control center can establish a wireless data connection with the control device of the self-propelled service robot via the data interface. If this wireless data connection is intentionally or unintentionally disconnected, the self-propelled service robot will automatically follow the control commands of the control equipment again.
Die Ladeschnittstelle des Lade-Servicemoduls hat üblicherweise zumindest einen kontaktbasierten Ladestecker und/oder eine mittels einer Primärspule induktiv koppelbare Ladevorrichtung. Entsprechend hat die Empfängerschnittstelle des Elektrofahrzeuges zumindest einen Gegenstecker und/oder eine induktiv koppelbare Sekundärspule.The charging interface of the charging service module usually has at least one contact-based charging plug and / or a charging device inductively coupleable by means of a primary coil. Accordingly, the receiver interface of the electric vehicle has at least one mating connector and / or an inductively coupled secondary coil.
Als Ladesteckersysteme sind gegenwärtig mehrere Systeme bekannt, darunter beispielsweise das Typ-2-System, das Combined Charging System (CCS), Schukostecker, Campingstecker, Drehstromstecker, das CHAdeMO-Schnellladesystem und das modifizierte Typ-2-Anschlusssystem. Die Ladeschnittstelle des selbstfahrenden Serviceroboters und die Empfängerschnittstelle des Elektrofahrzeuges weist bevorzugt zumindest eines dieser Ladesteckersysteme auf. Aber auch andere Ladesteckersysteme sind denkbar. Weiter bevorzugt hat die Ladeschnittstelle mehrere unterschiedliche Ladestecker, die modular als Steckeradapter aufsetzbar sind.There are currently several systems known as charging plug systems, including, for example, the
Als Induktionsladesysteme sind gegenwärtig mehrere Systeme bekannt. Qualcomm präsentierte das Halo System, Bombardier-Transportation präsentierte ein PRIMOVE System für 3,6 kW, Audi das Audi Wireless Charging (AWC). BMW und Daimler wiederum entwickeln eine eigene Lösung. Schon das Ladesystem Magne Charge, genormt in der amerikanischen Norm SAE J1773, nutzte in den 1990er-Jahren diese Technologie. Dort wurde die Primärspule als eine Art Stecker in einen Ladeschlitz am Auto geschoben. Aktuell angebotene Lösungen sind somit proprietär geprägt, ein allgemeiner Formfaktorstandard existiert noch nicht.As induction charging systems, several systems are currently known. Qualcomm presented the Halo system, Bombardier-Transportation presented a PRIMOVE system for 3.6 kW, Audi the Audi Wireless Charging (AWC). BMW and Daimler in turn are developing their own solution. Already the charging system Magne Charge, standardized in the American standard SAE J1773, used this technology in the 1990s. There, the primary coil was pushed as a kind of plug into a loading slot on the car. Currently offered solutions are characterized proprietary, a general form factor standard does not yet exist.
Die induktive Ladeschnittstelle des Lade-Servicemoduls und die induktive Empfängerschnittstelle des Elektrofahrzeuges sind bevorzugt als zumindest eines der aktuell verwendeten Induktionsladesysteme ausgebildet. Aber auch andere induktive Ladesysteme sind denkbar. The inductive charging interface of the charging service module and the inductive receiver interface of the electric vehicle are preferably designed as at least one of the currently used induction charging systems. But other inductive charging systems are conceivable.
Weiter bevorzugt ist die induktive Ladeschnittstelle variabel ausgeführt, so dass sie für verschiedene proprietäre Ausführungen, zumindest durch Wechsel der Ladevorrichtung bzw. des Ladesteckers, eingesetzt werden kann.More preferably, the inductive charging interface is designed to be variable, so that it can be used for various proprietary designs, at least by changing the charging device or the charging plug.
Die Ladeschnittstelle ist manuell und/oder automatisch mit der Empfängerschnittstelle verbindbar. Dabei sind der Ladestecker und der Gegenstecker in der Regel mit einem elektrisch leitenden Kabel mit dem Lade-Servicemodul bzw. dem Elektrofahrzeug verbunden.The charging interface can be connected manually and / or automatically to the receiver interface. In this case, the charging plug and the mating connector are usually connected with an electrically conductive cable to the charging service module or the electric vehicle.
Bei dem Anwendungsfall der manuellen Steckerzuführung wird üblicherweise der Ladestecker auf den Gegenstecker oder der Gegenstecker auf den Ladestecker händisch gesteckt.In the application of the manual plug supply usually the charging plug is plugged manually on the mating connector or the mating connector on the charging plug.
Vorzugsweise lässt sich der Ladestecker zusammen mit dem stromführenden Kabel zum Verbinden mit dem Gegenstecker des Elektrofahrzeugs aus dem Lade-Servicemodul mittels einer selbstaufwickelnden Kabelrolle herausziehen und nach Beendigung des Ladevorgangs wieder in das Lade-Servicemodul einführen, wie dies beispielsweise von Stromkabeln eines Staubsaugers bekannt ist.Preferably, the charging plug can be pulled out together with the current-carrying cable for connecting to the mating connector of the electric vehicle from the charging service module by means of a self-winding cable reel and reinsert after completion of the charging process in the charging service module, as is known for example from power cables of a vacuum cleaner.
Bei dem Anwendungsfall der Verwendung eines Induktionsladesystems lässt sich die Primärspule ebenso mit dem stromführenden Kabel zum Verbinden mit der Sekundärspule aus dem Lade-Servicemodul herausziehen und nach Beendigung des Ladevorgangs wieder einführen bzw. aufrollen.In the case of using an induction charging system, the primary coil can also be pulled out of the charging service module with the current-carrying cable for connection to the secondary coil and reinserted or rolled up after completion of the charging operation.
Bei dem Anwendungsfall der automatischen Steckerzuführung weist der selbstfahrende Serviceroboter üblicherweise einen Manipulator auf, welcher den Ladestecker auf den Gegenstecker steckt. Dabei kann der Manipulator auf die Umgebungserkennung der Steuerungseinrichtung zurückgreifen, um den Zustand und/oder die Position des Gegensteckers am Elektrofahrzeug zu erkennen.In the case of the automatic plug-in supply, the self-propelled service robot usually has a manipulator which puts the charging plug on the mating plug. In this case, the manipulator can fall back on the environmental detection of the control device to detect the state and / or the position of the mating connector on the electric vehicle.
Der Manipulator kann aber auch selbst mit Messsensoren zu diesem Zweck ausgestattet sein. Bevorzugt ist der Manipulator derart ausgebildet, dass er eine Abdeckung an dem Elektrofahrzeug, unter dem sich die Empfängerschnittstelle befindet, öffnen kann. Eine solche Abdeckung kann auch an der Empfängerschnittstelle selbst, beispielsweise in Art eines Deckels ausgebildet sein. Weiter bevorzugt und aus denselben Gründen weist auch die Ladeschnittstelle des Lade-Servicemoduls eine solche Abdeckung auf oder ist unter einer solchen Abdeckung vorgesehen, welche sich manuell und/oder automatisch öffnen lässt.The manipulator can also be equipped with measuring sensors for this purpose. Preferably, the manipulator is designed such that it can open a cover on the electric vehicle, under which the receiver interface is located. Such a cover may also be formed on the receiver interface itself, for example in the manner of a lid. More preferably and for the same reasons, the charging interface of the charging service module has such a cover or is provided under such a cover, which can be opened manually and / or automatically.
Für den Anwendungsfall einer induktiv gekoppelten Ladevorrichtung kann der Manipulator die Primärspule an die Sekundärspule, in der Regel unterhalb des Fahrzeugbodens, heranführen. Der Manipulator ist zu diesem Zweck zumindest mit Messsensoren ausgestattet, welche die Erfassung des freien Bewegungsraumes an und unter dem Fahrzeug und die Position der Primärspule erfassen. In der Regel kann die Primärspule auch händisch an die Sekundärspule geführt werden.For the application of an inductively coupled charging device, the manipulator can bring the primary coil to the secondary coil, usually below the vehicle floor. The manipulator is equipped for this purpose at least with measuring sensors which detect the detection of the free movement space at and under the vehicle and the position of the primary coil. As a rule, the primary coil can also be manually routed to the secondary coil.
Beide automatischen Anwendungsfälle (Ladesteckersystem und Induktionsladesystem) können, insbesondere durch nur einen Manipulator, bevorzugt seitlich zum Elektrofahrzeug oder in Reihe zum Elektrofahrzeug ausgeführt werden. Aber auch andere Anordnungen können ja nach Einsatzsituation ausgeführt werden. Insbesondere können auch mehrere Manipulatoren vorgesehen sein.Both automatic applications (charging connector system and induction charging system) can be carried out, in particular by only one manipulator, preferably laterally to the electric vehicle or in series with the electric vehicle. But other arrangements can indeed be carried out according to the situation. In particular, several manipulators can be provided.
Weiterhin ist der vollautomatische Manipulator bevorzugt mit mehreren Bewegungsachsen ausgeführt. Um die verschiedene Anwendungsfälle unterstützen zu können, kann der Manipulator beispielsweise als Manipulatorarm horizontal entlang einer den Fahrzeugrumpf bzw. die Ladefläche umlaufenden Führungsschiene automatisch bewegt und positioniert werden.Furthermore, the fully automatic manipulator is preferably designed with several axes of movement. In order to be able to support the various applications, the manipulator can be moved and positioned horizontally, for example as a manipulator arm, horizontally along a guide rail circulating the vehicle body or the loading area.
Der Serviceroboter ist vorzugsweise mit mindestens einem Werkzeug-/Vorrichtungsmagazin-Servicemodul ausgestattet, an dem sich der Manipulator die für den jeweiligen Anwendungsfall erforderlichen Werkzeuge bzw. Adapter, wie insbesondere Ladestecker, Induktionsladevorrichtungen, Abschleppvorrichtungen und weitere, auswählen und aufsetzen kann.The service robot is preferably equipped with at least one tool / device magazine service module on which the manipulator can select and set up the tools or adapters required for the particular application, such as in particular charging plugs, induction charging devices, towing devices and others.
Weiterhin kann sich der Manipulator im Fahrzeugrumpf automatisch zusammenfalten und für den Einsatz dort raumsparend vorgehalten und transportiert werden.Furthermore, the manipulator can automatically fold in the vehicle body and stored there to save space and be transported.
Weiterhin bevorzugt ist die Stromführung für die Ladeschnittstelle in den automatischen Manipulator integriert und weist am Greifwerkzeug einen Aufsteckadapter auf, wo verschiedene Ladestecker aufgesetzt werden können.Further preferably, the power supply for the charging interface is integrated into the automatic manipulator and has on the gripper on a Aufsteckadapter where various charging plugs can be placed.
Um Unfälle bei Einsätzen des Manipulators zu vermeiden, ist dieser bevorzugt mit taktiler Sensorik und Sensorik zur Arbeitsraumüberwachung ausgestattet.In order to avoid accidents during use of the manipulator, this is preferably equipped with tactile sensors and sensors for workspace monitoring.
Zusätzlich kann ein automatisches Barrieresystem vorgesehen sein, das ebenfalls entlang der umlaufenden Führungsschiene automatisch verfahren werden kann. Bevorzugt werden beidseitig zum Manipulatorarm zwei Barrieremodule mitbewegt. Diese besitzen Luftkissen, die für den Einsatz mit Gebläsen aufgeblasen werden und nach dem Einsatz durch Luftentzug zusammengeschrumpft und zusammengefaltet werden, so dass sie in die vertikalen Trägerschächte zurückgesaugt und transportiert werden können.In addition, an automatic barrier system may be provided which also runs along the circulating guide rail can be moved automatically. Preferably, two barrier modules are moved on both sides of the manipulator arm. These have air cushions that are inflated for use with blowers and shrunk and folded after use by deprivation of air, so that they can be sucked back into the vertical carrier shafts and transported.
Zudem können die seitlichen automatischen Türen zur Abschirmung der Arbeitsräume eingesetzt werden.In addition, the side automatic doors can be used to shield the workspaces.
Nach Verbinden der Ladeschnittstelle mit der Empfängerschnittstelle beginnt bevorzugt automatisch ein Ladevorgang des Energiespeichers des Elektrofahrzeugs, wobei elektrische Energie auf den Energiespeicher übertragen wird und dieser bevorzugt im Wesentlichen ganz aufgeladen wird.After connecting the charging interface to the receiver interface, a charging process of the energy storage device of the electric vehicle preferably begins automatically, with electrical energy being transferred to the energy storage device and this charging device preferably being charged substantially completely.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat der selbstfahrende Serviceroboter zum Erzeugen der zu übertragenden elektrischen Energie zumindest eine Brennstoffzelle, bevorzugt eingebunden in den Formfaktor eines Servicemoduls, sowie zumindest einen Speicher, insbesondere einen Tank, für einen Primärenergieträger, ebenfalls bevorzugt eingebunden in den Formfaktor eines Servicemoduls.According to a further preferred development of the present invention, the self-propelled service robot for generating the electrical energy to be transmitted at least one fuel cell, preferably integrated into the form factor of a service module, and at least one memory, in particular a tank, for a primary energy source, also preferably incorporated into the form factor a service module.
Der Primärenergieträger ist meist Wasserstoff. Er kann jedoch ebenso aus organischen Verbindungen wie beispielsweise Methan oder Methanol bestehen. Dabei wandelt die Brennstoffzelle in an sich bekannter Weise den gespeicherten Primärenergieträger und aus der Luft verfügbaren Sauerstoff in elektrische Energie und Wasser um. Die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie kann dann über den elektrischen Stromverteilerkreis im Funktionsladeboden oder eine direkte elektrische Verbindung an das Lade-Servicemodul geleitet, dort mit einstellbarer Ladeleistung aufbereitet und über die Empfängerschnittstelle des Elektrofahrzeuges auf den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges übertragen werden. Das Fassungsvermögen des Speichers ist üblicherweise ausreichend, um Energiespeicher mehrerer Elektrofahrzeuge im Wesentlichen vollständig aufzuladen.The primary energy source is usually hydrogen. However, it can also consist of organic compounds such as methane or methanol. In this case, the fuel cell converts the stored primary energy carrier and oxygen available from the air into electrical energy and water in a manner known per se. The electrical energy generated by the fuel cell can then be routed via the electrical power distribution circuit in the functional loading floor or a direct electrical connection to the charging service module, processed there with adjustable charging power and transmitted via the receiver interface of the electric vehicle to the energy storage of the electric vehicle. The capacity of the memory is usually sufficient to substantially fully recharge energy storage of multiple electric vehicles.
Üblicherweise lässt sich der Speicher an Tankstellen, insbesondere für Wasserstoff, wieder befüllen. Der Speicher kann aber auch als eine austauschbare Tankeinheit eines Brennstoff-Servicemoduls oder als ein gesamt austauschbares Brennstoff-Servicemodul ausgebildet sein, was jeweils an einer Wechselstation ausgetauscht werden kann.Usually, the memory can be refilled at gas stations, especially for hydrogen. The memory can also be designed as a replaceable tank unit of a fuel service module or as a total interchangeable fuel service module, which can be exchanged at a change station.
Bevorzugt hat die Brennstoffzelle eine hohe Leistung, sodass der Energiespeicher des Elektrofahrzeuges in vorzugsweise unter einer Stunde, besonders bevorzugt in unter einer halben Stunde im Wesentlichen vollständig aufgeladen werden kann. Weiter bevorzugt weist der selbstfahrende Serviceroboter mehrere Brennstoffzellen auf. Die Brennstoffzellen können sich dabei in ihrer Leistung unterscheiden. Die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie wird vorzugsweise ohne Zwischenspeicherung über den elektrischen Stromverteilerkreis im Funktionsladeboden oder die direkte elektrische Verbindung an die Ladeschnittstelle des Lade-Servicemoduls geleitet. Die Brennstoffzelle ist dementsprechend bevorzugt nur während eines Ladevorgangs in Betrieb, es sei denn, es betankt die on-board Batterie des Serviceroboters.Preferably, the fuel cell has a high power, so that the energy storage of the electric vehicle can be substantially fully charged in preferably less than one hour, more preferably in less than half an hour. More preferably, the self-propelled service robot has a plurality of fuel cells. The fuel cells can differ in their performance. The electrical energy generated by the fuel cell is preferably passed without intermediate storage via the electrical power distribution circuit in the functional loading floor or the direct electrical connection to the charging interface of the charging service module. Accordingly, the fuel cell preferably operates only during a charge unless it is fueled by the on-board battery of the service robot.
Sollte der Wasserstoffvorrat des Brennstoff-Servicemoduls verbraucht sein und die on-board Batterie für den Elektroantrieb des selbstfahrenden Serviceroboters noch ausreichend geladen sein, ist es zu bevorzugen, dass auch die on-board-Batterie zur Übertragung elektrischer Energie über das Lade-Servicemodul auf den Energiespeicher des Elektrofahrzeugs angepasst ausgebildet ist. Die on-board-Batterie für den Elektroantrieb dient dabei als Puffer, solange bis der selbstfahrende Serviceroboter eine Wechselstation zum Austausch des Wasserstofftanks oder eine Tankstelle zum Wiederbefüllen des Wasserstofftanks erreicht. Dadurch kann der selbstfahrende Serviceroboter auch auf dem Weg zu einer solchen Wechselstation oder einer Tankstelle für Primärenergieträger einen Energiespeicher eines Elektrofahrzeugs aufladen.Should the hydrogen supply of the fuel service module be exhausted and the on-board battery for the electric drive of the self-propelled service robot still be sufficiently charged, it is preferable that the on-board battery for transmitting electrical energy via the charging service module on the Energy storage of the electric vehicle is designed adapted. The on-board battery for the electric drive serves as a buffer until the self-propelled service robot reaches a change station to replace the hydrogen tank or a gas station for refilling the hydrogen tank. As a result, the self-propelled service robot can also charge an energy store of an electric vehicle on the way to such a change station or a filling station for primary energy sources.
Weiterhin ist die on-board-Batterie des selbstfahrenden Serviceroboters derart ausgeprägt, dass sie über eine Schnellwechselvorrichtung ebenfalls an einer Batteriewechselstation getauscht werden kann.Furthermore, the on-board battery of the self-propelled service robot is so pronounced that it can also be exchanged via a quick-change device at a battery replacement station.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der selbstfahrende Serviceroboter ein Mittel zum Anspannen eines liegengebliebenen Elektrofahrzeuges auf, das von dem selbstfahrenden Serviceroboter, insbesondere der Steuerungseinrichtung autonom gesteuert mit dem Elektrofahrzeug verbindbar ist, um das Elektrofahrzeug abzuschleppen. Bevorzugt wird dazu der Manipulator unter Einsatz einer geeigneten Anspannvorrichtung verwendet, die im Werkzeug-/Vorrichtungsmagazin vorgehalten werden kann. Das Mittel zum Anspannen eines liegengebliebenen Elektrofahrzeugs besitzt vorzugsweise eine adaptive Dämpfungsregelung, um Schwingungen und Stöße zwischen den Fahrzeugen während des Abschleppvorgangs zu dämpfen.According to a preferred development of the present invention, the self-propelled service robot has a means for tensioning a stopped electric vehicle, which is autonomously controlled by the self-propelled service robot, in particular the control device connected to the electric vehicle to tow the electric vehicle. Preferably, for this purpose, the manipulator is used using a suitable clamping device that can be kept in the tool / device magazine. The means for powering a stagnant electric vehicle preferably has an adaptive damping control to dampen vibrations and shocks between the vehicles during the towing operation.
Sobald die Anspannvorrichtung als Adapter auf den Manipulator aufgesetzt ist, kann beispielsweise ein Haken als Teil einer solchen Anspannvorrichtung in an sich bekannter Weise manuell mit einer an dem Elektrofahrzeug befestigten Öse verbunden werden. Vorzugsweise verbindet sich der Haken aber automatisch mit der Öse, sobald sich der selbstfahrende Serviceroboter in Position für den Abschleppvorgang gebracht hat. Diese Position befindet sich meist direkt vor dem Elektrofahrzeug.Once the jig is placed as an adapter on the manipulator, for example, a hook as part of such Clamping device be connected in a conventional manner manually with an attached to the electric vehicle eyelet. Preferably, however, the hook automatically connects to the eyelet as soon as the self-propelled service robot has moved into position for the towing process. This position is usually directly in front of the electric vehicle.
Soweit eine Öse am Elektrofahrzeug verschraubt ist, kann mit einem alternativen Adapter ein Kraftschluss auch direkt über die Verschraubung erzeugt werden. Dazu wird statt des Hakens ein Adapter mit automatisch anziehbarem Schraubkopf aufgesetzt.As far as an eyelet is bolted to the electric vehicle, with an alternative adapter, a frictional connection can also be generated directly via the screw. For this purpose, instead of the hook, an adapter with automatically engageable screw head is attached.
Das Abschleppen eines liegengebliebenen Elektrofahrzeuges kann beispielsweise dann notwendig sein, wenn sich der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs aufgrund einer Beschädigung nicht aufladen lässt oder sich das Elektrofahrzeug mit leerem Energiespeicher beispielsweise in einer Halteverbotszone befindet, in der ein Ladevorgang nicht erlaubt ist und das Elektrofahrzeug daher entfernt werden muss.The towing a stalled electric vehicle, for example, be necessary if the energy storage of the electric vehicle can not charge due to damage or the electric vehicle is with empty energy storage, for example, in a no-stop zone in which a charging is not allowed and the electric vehicle must therefore be removed ,
Verfügt ein Elektrofahrzeug über keine eigene Batterieleistung mehr, so muss das Elektrofahrzeug meist mit einem Basisstrom versorgt werden, um das Elektrofahrzeug manövrieren zu können. Dieser nötige Basisstrom wird üblicherweise entweder von der Brennstoffzelle oder der Batterie für den Elektroantrieb des selbstfahrenden Serviceroboters bereitgestellt und über die Lade- und Empfängerschnittstelle auf das Elektrofahrzeug übertragen. Der Basisstrom wird in der Regel von dem Elektrofahrzeug direkt verbraucht und nicht gespeichert.If an electric vehicle no longer has its own battery power, the electric vehicle usually has to be supplied with a base current in order to be able to maneuver the electric vehicle. This required base current is usually provided either by the fuel cell or the battery for the electric drive of the self-propelled service robot and transmitted via the charging and receiver interface to the electric vehicle. The base current is usually consumed directly by the electric vehicle and not stored.
Zur Versorgung des Elektrofahrzeugs mit Basisstrom für den Abschleppvorgang kann der selbstfahrende Serviceroboter zusätzliche Ladeschnittstellen, bevorzugt an den Frontseiten des selbstfahrenden Serviceroboters, aufweisen. Diese können in die bzw. das frontseitige Steuerungsmodul integriert sein oder als Steckeradapter in das umlaufende Schienenführungssystem.To supply the electric vehicle with base current for the towing process, the self-propelled service robot can have additional charging interfaces, preferably on the front sides of the self-propelled service robot. These can be integrated in the or the front control module or as a plug adapter in the circumferential rail guide system.
In der Regel ist auf der Steuerungseinrichtung ein Abschleppprogramm installiert, nach dessen Logik der Abschleppvorgang abläuft, d.h. insbesondere das Mittel zum Anspannen mit dem Elektrofahrzeug verbunden wird und der Basisstrom für das Elektrofahrzeug während des Abschleppvorgangs zur Verfügung gestellt wird. Dabei kann der Abschleppvorgang des Elektrofahrzeugs nach dem Anspannen in an sich bekannter Weise ablaufen, nach der das Elektrofahrzeug mitgezogen oder auf eine Ladefläche eines Abschleppfahrzeugs gezogen, für den Transport gesichert und abtransportiert wird.In general, a towing program is installed on the control device, according to the logic of the towing process runs, i. in particular, the means for connecting to the electric vehicle is connected and the base current for the electric vehicle is provided during the towing process. In this case, the towing process of the electric vehicle after the tensioning can take place in a manner known per se, after which the electric vehicle is pulled along or pulled onto a loading area of a towing vehicle, secured for transport and transported away.
Weiter bevorzugt weist der selbstfahrende Serviceroboter mit seinem Manipulator die Fähigkeit zum Auflesen von Teilen und/oder Abfall auf oder neben der Fahrbahn auf. Teile und/oder Abfall werden vorzugsweise von der Steuerungseinrichtung erkannt. Der Manipulator ist hierzu üblicherweise in Form eines Greifarms ausgebildet. Er erhält meist die Befehle zum Auflesen der Teile und/oder des Abfalls von der Steuerungseinrichtung. Vorzugsweise sind die Informationsverarbeitung der Steuerungseinrichtung und die Bewegungen des Manipulators derart schnell, sodass der selbstfahrende Serviceroboter zum Auflesen der Teile und/oder des Abfalls nicht zum vollständigen Stillstand kommen muss. Besonders bevorzugt können Teile und/oder Abfall bei einer Geschwindigkeit von bis zu 30 km/h, sehr bevorzugt bis zu 50 km/h aufgelesen werden.More preferably, the self-propelled service robot with its manipulator on the ability to read parts and / or waste on or near the road. Parts and / or waste are preferably detected by the controller. For this purpose, the manipulator is usually designed in the form of a gripping arm. He usually receives the commands for reading the parts and / or the waste from the controller. Preferably, the information processing of the control device and the movements of the manipulator are so fast, so that the self-propelled service robot for reading the parts and / or waste does not have to come to a complete stop. Particularly preferably, parts and / or waste can be picked up at a speed of up to 30 km / h, very preferably up to 50 km / h.
Weiter bevorzugt weist der selbstfahrende Serviceroboter eine Löscheinrichtung auf, die zum automatisierten Löschen von brennenden Elektrofahrzeugen angepasst ausgebildet ist. In der Regel beinhaltet die Löscheinrichtung ein Löschgemisch, welches auf die chemische Zusammensetzung des Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges abgestimmt ist. So können gesundheitsgefährdende chemische Reaktionen beim Löschvorgang verhindert werden. Vorzugsweise erkennt die Steuereinrichtung ein brennendes Elektrofahrzeug und bringt den selbstfahrenden Serviceroboter in einer sicheren Distanz in Position. Üblicherweise gibt die Steuerungseinrichtung dann Steuerungsbefehle aus, die einen Löschrüssel ausfahren lassen, welcher das Löschgemisch auf das brennende Elektrofahrzeug aufträgt. Weiter bevorzugt umfasst die Löscheinrichtung mehrere unterschiedliche Löschgemische, von denen die Steuerungseinrichtung ein Löschgemisch für den Löschvorgang anhand der ladespezifischen Daten auswählen kann.More preferably, the self-propelled service robot on a deletion, which is designed adapted for the automated deletion of burning electric vehicles. In general, the extinguishing device includes a quenching mixture, which is tailored to the chemical composition of the energy storage of an electric vehicle. Thus, hazardous chemical reactions can be prevented during the extinguishing process. The control device preferably recognizes a burning electric vehicle and positions the self-propelled service robot at a safe distance. Usually, the control device then outputs control commands which allow a deletion bowl to extend, which applies the extinguishing mixture to the burning electric vehicle. More preferably, the extinguishing device comprises a plurality of different extinguishing mixtures, of which the control device can select an extinguishing mixture for the extinguishing process on the basis of the charging-specific data.
In einem nebengeordneten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Auftragsleitsystem für selbstfahrende Serviceroboter. Das Auftragsleitsystem hat einen Server und nimmt Aufträge über ein zu ladendes und/oder liegengebliebenes oder zu löschendes Elektrofahrzeug über eine mobile oder kabelgebundene Datenverbindung entgegen, bestätigt und verwaltet die Aufträge, und weist sie den Servicerobotern zu. Die Zuweisung erfolgt üblicherweise über eine kabellose Datenverbindung zu der Datenschnittstelle der Steuerungseinrichtung. Das Auftragsleitsystem ermöglicht eine effiziente Koordination unterschiedlicher Aufträge mit unterschiedlichen Servicerobotem.In a secondary aspect, the present invention relates to an order-tracking system for self-propelled service robots. The order-management system has a server and receives orders via an electrical vehicle to be loaded and / or left behind or to be deleted via a mobile or wired data connection, confirms and manages the orders, and assigns them to the service robots. The allocation usually takes place via a wireless data connection to the data interface of the control device. The order control system enables efficient coordination of different orders with different service robots.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
-
1 eine Frontalansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
2 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels bei der Vorberei- tung eines Abschleppvorgangs; und -
3 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels bei einem Ladevorgang in fahrendem Zustand.
-
1 a frontal view of an embodiment of the present invention; -
2 a side view of the embodiment in the preparation of a towing process; and -
3 a side view of the embodiment during a charging process in the running state.
Die
Die
Der Manipulator-Arm
Die
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Serviceroboterservice robots
- 44
- Elektrofahrzeugelectric vehicle
- 66
- FunktionsladebodenFunction load floor
- 88th
- Fahrgestellchassis
- 1010
- Steuerungsmodulcontrol module
- 1111
- SchienenführungssystemGuides System
- 12, 13, 1412, 13, 14
- Manipulator-ArmManipulator arm
- 1616
- Werkzeugmagazintool magazine
- 1818
- Ladestecker-AufsatzCharging plug attachment
- 2020
- Induktionsplatteinduction plate
- 2222
- automatische Türautomatic door
- 2424
- Manipulator-ArmManipulator arm
- 2525
- AnspannvorrichtungAnspannvorrichtung
- 2626
- LuftkissenmodulAirbag module
- 2828
- Lade-ServicemodulCharging service module
- 3030
- Brennstoffzellen-ServicemodulFuel cell service module
- 3232
- Brennstofftank-ServicemodulFuel Tank Service Module
- 3434
- Manipulator-ArmManipulator arm
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