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Die Erfindung betrifft ein Mobilteil und Verfahren zum Betreiben eines Mobilteils.
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Mobilteile, wie Fahrzeuge, sind allgemein bekannt und weisen bevorzugt vier Räder auf. Beispielsweise sind bei Drehschemel-Lenkvorrichtungen die beiden vorderen Räder drehbar und die hinteren Räder weisen eine Drehachse auf, welche fest ausgerichtet ist zum Gestell des Fahrzeugs.
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Aus der
EP 1 875 888 A2 ist ein motorisiertes Fahrzeug nach dem Differentialsteuerungstyp bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Mobilteil mit möglichst guten Fahreigenschaften weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Mobilteil nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Mobilteil sind, dass das Mobilteil mit zwei omnidirektionalen Rädern, insbesondere Mecanum-Rädern, und zwei weiteren Rädern vorgesehen ist,
wobei die Drehachsen der beiden weiteren Räder koaxial zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet sind,
wobei das erste der beiden omnidirektionalen Räder von einem ersten Antrieb antreibbar ist und wobei das zweite der beiden omnidirektionalen Räder von einem zweiten Antrieb antreibbar ist, insbesondere also separat vom ersten omnidirektionalen Rad antreibbar ist,
insbesondere wobei der erste und der zweite Antrieb von einer Steuerung steuerbar sind.
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Von Vorteil ist dabei, dass nur zwei omnidirektionale Räder notwendig sind und somit eine einfache und kostengünstige Herstellung ausführbar ist. Darüber hinaus ist keine zusätzlichen und/oder separate Lenkvorrichtung, wie Drehschemel oder dergleichen, notwendig. Die Antriebe der omnidirektionalen Räder sind also direkt und fest am Gestell des Mobilteils befestigbar und treiben mit ihrer Abtriebswelle jeweils eines der Omnidirektionalen Räder an. Auf diese Weise ist außer den Rädern und den Wellen sowie Verzahnungsteilen der Antriebe kein weiteres drehbar gelagertes Teil notwendig.
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Die weiteren, also die beiden hinteren Räder bewirken eine verbesserte Spurführung, da ihre Drehachsen relativ zum Gestell fest ausgerichtet sind. Die Lenkbarkeit wird mittels der Drehzahlvorgaben für die beiden omnidirektionalen Räder erreicht.
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Darüber hinaus ist ein sehr flacher Aufbau erreichbar, also eine niedrige Bauhöhe des Mobilteils, weil die beiden vorderen und die beiden hinteren Räder jeweils voneinander beabstandet sind und somit ein Aggregat in diesem Beabstandungsbereich, insbesondere tief ins Mobilteil einsetzbar ist.
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Vorteilhafterweise ist auch eine hohe Beweglichkeit erreicht mittels der Verlegung des mechanischen, kinematischen Fahrzeugdrehpunkts in das Fahrzeug, insbesondere auf die Verbindungslinie der beiden hinteren Räder.
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Mittels der Separierung aller Räder voneinander ist ein freier Raumbereich zur Verfügung stellbar, in welchem ein Aggregat aufnehmbar ist, insbesondere ein Hubwerk oder einen Schwenkarmroboter. Der Raumbereich ist durchgehend ungestört, also frei. Keine Achse durchdringt diesen Raumbereich, da alle Räder voneinander beabstandet sind und insbesondere seitlich des Raumbereichs anordenbar sind.
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Nachteilig ist bei der Erfindung, dass die kinematische Umrechnung speziell angepasst werden muss, da die erfindungsgemäße Kombination zweier omnidirektionalen Rädern mit zwei weiteren Rädern nicht bekannt ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der jeweilige Antrieb ein von einem jeweiligen Wechselrichter gespeister jeweiliger Elektromotor oder Getriebemotor, dessen Rotorwelle oder Abtriebswelle das jeweilige omnidirektionale Rad antreibt. Von Vorteil ist dabei, dass ein hohes Drehmoment und somit Antriebsmoment erzeugbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der kinematische Drehpunkt des Fahrzeugs auf der Verbindungslinie der beiden Drehachsen der beiden weiteren Räder angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Beweglichkeit erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Mobilteil einen freien Raumbereich auf, in welchem ein Aggregat, insbesondere Hubwerk, aufnehmbar ist,
wobei das Aggregat an einem Gestell des Mobilteils befestigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Aggregat aufnehmbar ist, welches länger ist als der Abstand zwischen den vorderen und hinteren Rädern, also länger als der Abstand zwischen den omnidirektionalen Rädern und den weiteren Rädern, also unidirektionalen Rädern, insbesondere also nicht omnidirektionalen Rädern.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Lager am Gestell des Mobilteils befestigt, wobei ein jeweiliges der beiden weiteren Räder drehbar gelagert ist mittels einem jeweiligen der Lager. Von Vorteil ist dabei, dass zwei unidirektionale Räder vorhanden sind und somit gute Spurführungseigenschaften vorhanden sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung schneidet eine oder schneiden alle möglichen, insbesondere gedachten mathematischen geraden, Verbindungslinien zwischen den beiden omnidirektionalen Rädern den Raumbereich. Von Vorteil ist dabei, dass der Raumbereich länger als der Abstand zwischen den unidirektionalen und den omnidirektionalen Rädern ausführbar ist, obwohl er zwischen den omnidirektionalen Rädern und zwischen den unidirektionalen Rädern angeordnet ist und der von dem Raumbereich überdeckte Vertikalabstandsbereich zur Verfahrfläche mit dem von den Rädern überdeckten Vertikalabstandsbereich zur Verfahrfläche überlappt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung schneidet eine oder schneiden alle möglichen, insbesondere gedachten mathematischen geraden, Verbindungslinien zwischen den beiden weiteren Rädern den Raumbereich schneidet oder schneiden. Von Vorteil ist dabei, dass der Raumbereich länger als der Abstand zwischen den unidirektionalen und den omnidirektionalen Rädern ausführbar ist, obwohl er zwischen den omnidirektionalen Rädern und zwischen den unidirektionalen Rädern angeordnet ist und der von dem Raumbereich überdeckte Vertikalabstandsbereich zur Verfahrfläche mit dem von den Rädern überdeckten Vertikalabstandsbereich zur Verfahrfläche überlappt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Hubwerk ein Scherenhubtisch, insbesondere zum Anheben einer auf dem Mobilteil aufgenommenen Last. Von Vorteil ist dabei, dass die Last auf eine gewünschte Höhe anhebbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Drehachsen der omnidirektionalen und der weiteren Räder starr, insbesondere ist also ihre räumliche Ausrichtung relativ zum Gestell des Mobilteils stets unverändert. Von Vorteil ist dabei, dass trotzdem eine hohe Beweglichkeit und Lenkung ermöglicht ist, weil omnidirektionale Räder verwendbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Mobilteil ein Positionsbestimmungsmittel, insbesondere Laserscanner oder Kamera, auf,
insbesondere zur Bestimmung der absoluten Position des Mobilteils in der Anlage. Von Vorteil ist dabei, dass eine erhöhte Genauigkeit beim Abfahren des geplanten Fahrwegs erreichbar ist, insbesondere also möglichst geringfügige Abweichungen vom geplanten Fahrweg..
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Signal eines Gyrometers, insbesondere Kreiselinstruments, der Steuerung zugeführt zur Bestimmung der Ausrichtung des Mobilteils. Von Vorteil ist dabei, dass eine erhöhte Genauigkeit beim Abfahren des geplanten Fahrwegs erreichbar ist, insbesondere also möglichst geringfügige Abweichungen vom geplanten Fahrweg.
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Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben eines Mobilteils sind, dass ein Regler einen Stellwert derart bestimmt, dass eine Ist-Position des Mobilteils auf eine vorgegebene Soll-Position hingeregelt wird,
wobei der Stellwert, insbesondere Geschwindigkeitssollwert, einem weiteren Regler zugeführt wird, welcher Drehzahlwerte für Antriebe des Mobilteils derart bestimmt, dass ein aus den Drehzahlen der Antriebe mittels Kinematikberechnung bestimmter Istwert der Geschwindigkeit auf den Geschwindigkeitssollwert hin geregelt wird,
wobei die Drehzahlistwerte der Antriebe erfasst werden und mittels Kinematikberechnung der Istwert der Geschwindigkeit des Mobilteils bestimmt wird,
wobei aus dem Verlauf des Istwertes der Geschwindigkeit die Ist-Position bestimmt wird.
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Von Vorteil ist dabei, dass ein dreifach rückgekoppelter Regelkreis realisierbar ist und auf diese Weise mechanische Nachteile, insbesondere ein erhöhter Schlupf, der erfindungsgemäßen Kombination kompensierbar ist. Vorteiligerweise ist in jeden der rückgekoppelten Regelkreise ein Signal einer erfassten Größe einleitbar. Auf diese Weise ist eine Optimierung des Fahrverhaltens und/oder des Geschwindigkeitsverhaltens ermöglicht.
Dabei wird in den ersten Regelkreis das Signal eines Winkelgebers eingeleitet, in den zweiten Regelkreis das Signal eines Gyrometers und in den dritten Regelkreis das Signal eines Sensors, wie Positionserfassungssensors, insbesondere Laserscanner oder Kamera.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zeitlich wiederkehrend mittels eines Sensors die Position des Mobilteils in der Anlage bestimmt und dann als jeweils aktuelle Ist-Position verwendet,
wobei ausgehend von dieser Ist-Position aus dem Verlauf des Istwertes der Geschwindigkeit, insbesondere durch Integration, die Ist-Position bestimmt wird. Von Vorteil ist dabei, dass durch die Einkoppelung des Positionssensorsignals ein weggedriftetes Ist-Positionssignal wieder berichtigbar ist. Denn die Position wird durch zeitliche Integration aus der Ist-Geschwindigkeit bestimmt. Dabei führt die digital ausgeführte Integration zu einer Drift, da eine kleine Anfangsabweichung zeitlich mitaufintegriert wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor ein Laserscanner oder eine Kamera,
- - so dass auf einem in der Anlage angeordneter Code, insbesondere Barcode oder QR-Code, codierte Positionsinformation erkennbar ist und daraus die Position des Mobilteils bestimmbar ist
- - oder so, dass Kanten unbeweglicher Objekte, welche in der Anlage angeordnet sind, erkennbar und anhand einer Karte daraus die Position des Mobilteils bestimmbar ist.
insbesondere wobei die Karte im Speicher des Mobilteils gespeichert ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Ausführung des Sensors ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zeitlich wiederkehrend mittels eines Gyrometers, insbesondere Kreiselinstruments, die Ausrichtung des Mobilteils in der Anlage bestimmt und
ausgehend von dieser jeweils bestimmten Ausrichtung aus dem Verlauf der erfassten Istwerte der Drehzahlen der Antriebe, insbesondere mittels Kinematik-Berechnung, die Richtung der Ist-Geschwindigkeit (v_ist) bestimmt wird, insbesondere bis zur nächsten Bestimmung der Ausrichtung durch das Gyrometer. Von Vorteil ist dabei, dass wiederum ein bei der Integration weggedriftetes Signal berichtigbar ist und danach wieder neu die Bestimmung der Geschwindigkeit erfolgt, insbesondere des Geschwindigkeitssensors.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Mobilteil in Draufsicht schematisch skizziert.
- In der 2 ist ein zum Betreiben des Mobilteils verwendetes Reglersystem einer Steuerung 3 schematisch dargestellt.
- In der 3 ist das Mobilteil in Draufsicht schematisch skizziert.
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Wie in den Figuren dargestellt, weist das Mobilteil eine Steuerung 3 auf, welche Wechselrichter (21, 22) von Antrieben (1) derart ansteuert, dass die von den Antrieben (1, 2) angetriebenen omnidirektionalen Räder 9 das Mobilteil einer vorgegebenen Bahnkurve entlang steuern.
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Hierzu ist ein erstes omnidirektionales Rad 9 drehbar gelagert am Mobilteil angeordnet, wobei das erste Rad 9 von einem ersten Antrieb 1 angetrieben wird, der vorzugsweise als von einem Wechselrichter 21 gespeister Getriebemotor ausgeführt ist.
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Außerdem ist ein zweites omnidirektionales Rad 9 drehbar gelagert am Mobilteil angeordnet, wobei das zweite Rad 9 von einem zweiten Antrieb 2 angetrieben wird, der vorzugsweise ebenfalls als von einem Wechselrichter 22 gespeister Getriebemotor ausgeführt ist.
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Jeder der beiden Umrichter (21, 22) erhält ein Drehzahlsollwertsignal von einer Steuerung 3 des Mobilteils.
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Der Steuerung 3 wird das Signal eines Kreisels 4 und eine geplante, also vom Mobilteil zu fahrende Bahnkurve, vorgegeben.
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Bei gleicher Drehzahl der beiden Motoren M der beiden Antriebe (1, 2) bewegt sich das Mobilteil geradeaus. Ein Lenkwinkel wird durch unterschiedliche Drehzahlen der beiden Motoren M der beiden antriebe (1, 2) erreichbar.
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Vorzugsweise sind die beiden Räder 9 als Mecanum-Räder ausgeführt.
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Die beiden Räder 9 sind als Vorderräder verwendbar.
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Als Hinterräder verwendbar sind zwei Räder 7 über Lager 31 drehbar gelagert am Gestell 8 des Mobilteils. Dabei sind die beiden Räder 7 koaxial zueinander angeordnet.
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Somit ist das Mobilteil derart steuerbar, dass bei einer Drehung des Mobilteils parallel zur Verfahrfläche der Drehpunkt 6 dieser Drehung in der Mittel zwischen den beiden Rädern 7 angeordnet ist. Somit ist ein möglichst geringer Schlupf der Räder 7 an der Verfahrfläche erreichbar.
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Die beiden Räder 7 sind dabei nicht auf einer gemeinsamen Achse angeordnet, sondern jeweils auf voneinander beabstandeten Achsen.
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Wie aus 3 ersichtlich, ist somit ein freier Montageplatz 30 für ein Aggregat, wie beispielsweise Scherenhubtisch oder ein anderes Hubwerk, im Mobilteil tief anordenbar, insbesondere einlassbar. Somit ist das Mobilteil mit einer äußerst niedrigen Bauhöhe ausführbar. Denn in 3 ist der gestrichelt rechteckförmig gekennzeichnete Bereich, also ein quaderförmiger Raumbereich, parallel zur Verfahrfläche und senkrecht zu den Drehachsen der Räder 7 sehr lang ausführbar. Insbesondere schneidet jede Verbindungslinie der beiden Räder 7 diesen Raumbereich, in welchem ein Hubwerk als Aggregat anordenbar ist.
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Ebenso schneidet jede Verbindungslinie der beiden Räder 9 diesen Raumbereich, in welchem ein Hubwerk als Aggregat anordenbar ist.
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Durch diese Anordnung der Räder (7, 9) außerhalb des Raumbereichs ist der Raumbereich sehr lang ausführbar und daher ein sehr langes Aggregat, wie Hubwerk, insbesondere Scherenhubtisch, aufnehmbar.
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Außerdem muss zwar eine Querstrebe an der vorderen Seite des Gestells des Mobilteils und eine Querstrebe an der hinteren Seite des Gestells des Mobilteils vorhanden sein, um das Gestell zu stabilisieren.
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Somit weist das Mobilteil keinen Drehschemel zur Lenkung auf, sondern die zwei separat angetriebenen omnidirektionalen Räder 9. Die beiden anderen Räder sind separat voneinander über die Lager 31 gelagert, wobei die Räder koaxial zueinander angeordnet sind.
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Die Lenkung erfolgt also über die entsprechend vorgegebenen Drehzahlverläufe der Räder 9.
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Wie in 2 dargestellt, wird in der Steuerung 3 der geplante, also vorgesehene, Fahrweg 5 als Sollweg, also zeitabhängiger Sollpositionenverlauf X_Soll auf der Verfahrfläche, für das Mobilteil vorgegeben. Einem Positionsregler 26 wird die jeweilige Sollposition zugeführt und ebenso die erfasste oder bestimmte Istposition X_ist. Dabei erzeugt der Regler 26 als Stellwert eine derartige Geschwindigkeit V_Soll, dass die aktuell erfasste oder bestimmte Istposition X_ist auf die aktuelle Sollposition X_Soll hingeregelt wird.
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Dieser Stellwert v_Soll wird als Sollvorgabe einem weiteren Regler 25, insbesondere einem Geschwindigkeitsregler mit Kinematik-Umrechnung von Fahrgeschwindigkeit in Drehzahlen der Antriebe (1, 2), zugeführt, welchem auch die erfasste oder bestimmte Ist-Geschwindigkeit v_ist des Mobilteils auf der Verfahrfläche entlang des Fahrwegs zugeführt wird. Dabei erzeugt der weitere Regler 25 einen derartigen Stellwert, dass die Ist-Geschwindigkeit v_ist auf die Sollgeschwindigkeit v_Soll hin geregelt wird. Im weiteren Regler 26 ist zusätzlich ein Kinematik-Berechnungsmittel integriert, welches den Stellwert, also die Drehzahl n1_Soll als Sollvorgabe für den ersten Antrieb 1 bestimmt und auch die Drehzahlvorgaben n2_Soll als Sollvorgabe für den zweiten Antrieb 2.
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Somit wird als die Soll-Drehzahl n1_Soll dem Wechselrichter 21 zugeführt, welcher den Motor M des ersten Antriebs 1 speist, wobei die Winkelstellung oder Drehzahl der Rotorwelle des Motors M von einem Winkelsensor E des ersten Antriebs 1 erfasst wird.
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Somit wird als die Soll-Drehzahl n2_Soll dem Wechselrichter 22 zugeführt, welcher den Motor M des zweiten Antriebs 2 speist, wobei die Winkelstellung oder Drehzahl der Rotorwelle des Motors M von einem Winkelsensor E des zweiten Antriebs 2 erfasst wird.
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Die von den Winkelsensoren E der beiden Antriebe (1, 2) erfassten oder bestimmten Ist-Drehzahlwerte werden einer Kinematik-Umrechnung 24 zugeführt, welches aus den Ist-Drehzahlwerten die Ist-Fahrgeschwindigkeit V_ist des Mobilteils berechnet und diese nicht nur dem weiteren Regler 25, sondern auch einem Positionsbestimmungsmittel 28, welches die Istposition X_ist bestimmt und bereitstellt, insbesondere dem Regler 26.
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Zusätzlich wird von einem Sensor 29 die Position des Mobilteils in der Anlage wiederkehrend bestimmt und der jeweils bestimmte Positionswert dem Positionsbestimmungsmittel 28 zugeführt, so dass dieses Mittel 28 die aus dem Verlauf der Ist-Geschwindigkeit v_ist bestimmte Position auf die durch den Sensor bestimmte aktuelle Position des Mobilteils berichtigen kann.
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Der Sensor 29 ist beispielsweise als Laserscanner ausgeführt, welcher in der Anlage verteil angeordnete Barcodes erkennt und die am jeweiligen Barcode codierte Ortsinformation des Barcodes erkennt. Mittels der durch den Laserscannner bestimmten Relativlage des Mobilteils zum Barcode ist dann die absolute Istposition des Mobilteils bestimmbar Diese wird dann als Ausgangswert verwendet für die nachfolgende Relativbestimmung der Position mittels des odometrischen Positionsbestimmungsmittels 28.
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Darüber hinaus wird der Kinematik-Umrechnung 24 auch ein Signal eines Kreisels 4 zugeführt, so dass die Fahrtrichtung in der Anlage absolut gemessen wird. Dieser gemessene Wert wird zur Berichtigung der aus den erfassten Istdrehzahlen der Antriebe (1, 2) bestimmten Fahrgeschwindigkeit des Mobilteils verwendet.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird statt des Laserscanners eine Kamera verwendet, welche die Kanten und/oder Konturen unbeweglicher Gegenstände erkennt und anhand einer Karte der Anlage daraus die Position des Mobilteils bestimmt.
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Statt der Barcodes sind auch Geländemarken oder Geländekonturen verwendbar und von der Kamera mit ihrer Bildauswerteeinheit erkennbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Antrieb
- 2
- zweiter Antrieb
- 3
- Steuerung
- 4
- Kreisel
- 5
- Fahrwegvorgabe
- 6
- kinematischer Drehpunkt
- 7
- Rad
- 8
- Gestell des Mobilteils
- 9
- omnidirektionales Rad
- 21
- Wechselrichter des ersten Antriebs 1
- 22
- Wechselrichter des ersten Antriebs 2
- 23
- Gyrosignal
- 24
- Kinematik-Umrechnung von Drehzahl in Fahrgeschwindigkeit
- 25
- Geschwindigkeitsregler mit Kinematik-Umrechnung von Fahrgeschwindigkeit in Drehzahl
- 26
- Positionsregler
- 27
- Winkelsensorsignal
- 28
- Positionsbestimmungsmittel
- 29
- Sensor
- 30
- Freier Montageplatz für Aggregat, wie beispielsweise Scherenhubtisch
- 31
- Lager für Rad 7
- M
- Motor
- E
- Sensor, insbesondere Winkelsensor oder Drehzahlsensor
- X_Soll
- Sollposition entlang des Fahrwegs
- V_Soll
- Sollgeschwindigkeit
- N1_Soll
- Drehzahl-Sollwert für ersten Antrieb 1
- N2_Soll
- Drehzahl-Sollwert für zweiten Antrieb 2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005057635 A1 [0003]
- DE 102008023645 A1 [0004]
- EP 1875888 A2 [0005]
