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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Spurführungssystems, das mindestens ein Bodenelement umfasst, auf dem ein Objekt entlang einer vorgebbaren Spur bewegt werden kann. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Betriebsverfahren für Doppelbodenelemente eines Doppelbodens und ein Betriebsverfahren für Objekte (Fahrzeuge und insbesondere fahrerlose Transportsysteme = FTS) auf dem Doppelboden. Das Doppelbodenelement ist insbesondere mit integrierten Zusatzfunktionen ausgestattet. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Anordnung mehrerer Doppelbodenelemente. Ganz besonders betrifft die Erfindung ein dynamisches Spurführungssystem für fahrerlose Transportsysteme.
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In Industriebauten finden allgemein als „Doppelböden“ bezeichnete Bodenkonstruktionen Verwendung. Bei einem Doppelboden sind oberhalb eines vorhandenen Fußbodens oder oberhalb einer massiven Rohdecke, die beispielsweise aus Beton ausgeführt sein kann, Platten angeordnet, die auf Stützen aufgelegt sind. Beispielhaft sei auf die
DE 20 2007 017 236 U1 zur weiteren Erläuterung des allgemeinen Aufbaus eines solchen Doppelbodens verwiesen. Die Stützen weisen überwiegend eine Fußplatte auf, die auf dem unteren Fußboden bzw. der Rohdecke aufgestellt sind. Die Doppelboden-Platten sind herausnehmbar. Mithilfe der Doppelböden ist eine bedarfsgerechte Aus- und Nachrüstung der Gebäude mit Leitungen für die Kommunikationstechnik und elektrischem Strom einfach möglich, weil die Leitungen in dem zwischen den Bodenplatten und dem Gebäudeboden bestehenden Zwischenraum verlegt werden können. Durch an den Bodenplatten angeordnete Kabeldurchführungen werden die Leitungen aus dem Zwischenraum herausgeführt.
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Moderne industrielle Produktionssysteme müssen wandlungsfähig sein. Dies bedeutet, dass zur ökonomischen und marktgerechten Herstellung von Produkten die Produktionssysteme oftmals in ihrer Konfiguration zueinander, aber auch in ihrer räumlichen Lage, verändert werden müssen. Dieses Problem tritt dabei nicht nur in einem bereits jahrelang genutzten Produktionsumfeld („Brownfield“), sondern bereits auch in Neuanlagen („Greenfield“) auf. Das hat zur Folge, dass die gesamte das Produktionssystem versorgende Infrastruktur der neuen Konfiguration angepasst werden muss. Typischerweise werden heute dazu die vorhandenen Versorgungseinrichtungen bis zu einem bestimmten Punkt zurückgebaut, die Produktionsanlage umgezogen und anschließend eine neue Medienversorgung aufgebaut. Das Problem des Rück- und Wiederaufbaus ist insbesondere für Produktionssysteme definierter Größe (Leistung, Gewicht, Abmaße) und Funktion nachteilig.
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Ein solches Doppelbodenelement kann mit integrierten Zusatzfunktionen ausgestattet sein, insbesondere zum Einsatz in industriellen Umgebungen. Das hat den Vorteil, dass neben der eigentlichen Funktion (Bereitstellung eines an jeder Stelle zugänglichen Raumes unterhalb des Doppelbodens) weitere Zusatzfunktionen integriert sind. Vorteilhaft ist insbesondere, dass auf konstruktiv elegante Weise das Doppelbodenelement bei einer Produktionsumstellung nicht verlegt zu werden braucht, sondern an seinem Ort verbleiben kann und nur die Funktionen der Funktionselemente in oder an dem Doppelbodenelement geändert zu werden brauchen. Dadurch ist eine flexible Umstellung der Produktionseinrichtungen ermöglicht. Ein weiterer besonderer Vorteil besteht darin, dass der zeitliche und arbeitsmäßige Aufwand zur Reorganisation der Produktion signifikant minimiert ist.
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Hierbei kann eine obere Bodenplatte einen ebenen Abschluss des Doppelbodenelements bilden, die insbesondere geeignet und eingerichtet ist, als Gehweg für Personen, Fahrweg für Fahrzeuge und/oder Stellfläche für Maschinen zu dienen. Die Bodenplatte kann zumindest teilweise transparent sein.
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Insbesondere kann hier ein Spurführungssystem für FTS bereitgestellt werden.
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Ein Spurführungssystem kann mit optischen Sensoren und Aktoren versehen und für Anwendungen im industriellen Umfeld eingerichtet sein.
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Je nach Platzsituation und/oder der Anzahl bzw. Dichte von Fahrbewegungen auf einem solchen Boden können Kollisionen auftreten, die eine Gefahr für die Fahrzeuge, deren Fördergut und/oder das Personal auslösen können.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile zu lindern oder sogar zu vermeiden. Insbesondere soll ein verbessertes Spurführungssystem angegeben werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren zum Betrieb eines Spurführungssystems, einem Doppelbodenelement und mit einem Doppelboden gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anführen, die mit den Merkmalen aus den Patentansprüchen kombinierbar sind.
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Ein FTS kann an einer auf einem „intelligenten“ Boden aufgebrachten Linie verfahren und so seinen Weg durch den Raum finden. Das FTS orientiert sich nur an einem LED-Segment als Teil seiner Fahrroute. Die Fahrroute wird in der übergeordneten Steuerungseinheit ermittelt und abschnittsweise auf dem intelligenten Boden zur Anzeige gebracht. Bildlich kann man sich diese Art der FTS-Führung als „elektronische Hundeleine“ vorstellen, in der die Bewegungsgeschwindigkeit und/oder -richtung des LED-Streifens mit der des FTS übereinstimmt.
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Da Spurführungssysteme statischer Natur sind, können weitere Probleme auftreten. Die Führung eines FTS, in Form einer auf den Boden aufgebrachten Linie, ist in seiner Position fixiert. Soll nun ein FTS auf unterschiedlichen Wegen durch ein Produktionsumfeld gesteuert werden, so sind Abzweigungen auf dem Boden aufzubringen. Zusätzlich muss dem FTS eine Information durch die übergeordnete Steuereinheit übermittelt werden, welcher Abzweigung zu folgen ist. Um den Ansprüchen einer wandelbaren Fertigung, in der sich Logistikwege kontinuierlich ändern können, zu genügen, müssen daher viele Linien auf den Boden aufgebracht werden.
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Dieses Problem tritt dabei nicht nur in einem bereits jahrelang genutzten Produktionsumfeld, sondern bereits auch in Neuanlagen auf. Daher wird intensiv am Themenfeld „Lokalisierung und Orientierung“ gearbeitet. Es wird versucht, die gegebene Problematik dadurch zu lösen, dass das FTS ertüchtigt wird, sich mittels Laserscanner und weiteren Lokalisierungssystemen eine eigene Umgebungskarte zu erstellen. Diese bordeigene Karte dient dann zur Orientierung und Fahrwegeplanung. Jedoch ist die dazu notwendige Technik aufwendig und teuer, so dass ein großflächiger Einsatz von FTS-Technologie zu einem investitionsintensiven Vorhaben wird.
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Zur Lösung trägt daher eine Steuerung und Lokalisierung der FTS bei, wobei die gewonnenen Daten und Anweisungen in das zentrale DSFS (Dynamisches Spurführungssystem) übertragen werden. Dadurch, dass z. B. ein Leuchtdiodenband mit einzeln ansteuerbaren LEDs auf dem Boden aufgebracht und an die Steuer- und Kommunikationseinheit angeschlossen wird, kann eine jederzeit veränderbare Anzeigekonfiguration auf dem LED-Band dargestellt werden. Die LEDs sind zudem in ihrer Leuchtfarbe und Helligkeit einstellbar. Gleichwohl kann hierfür ein beliebiges anderes optisch wirkendes Anzeigemittel zum Einsatz kommen.
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Wird nun zur Spurführung eines FTS nicht nur ein LED-Band auf den Boden aufgebracht, sondern mehrere, beispielsweise im rechten Winkel zueinander liegend, so lassen sich auf dem so entstandenen schachbrettartigen Aufbau verschiedenste Fahrspuren erzeugen. Überträgt man diesen Aufbau auf die gesamte Fläche einer Fertigung, ist die dynamische Umschaltung von Logistikwegen möglich.
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Zur Lösung trägt folglich ein Verfahren zum Betrieb eines Spurführungssystems bei, umfassend mindestens ein Bodenelement, insbesondere mindestens ein Doppelbodenelement, zumindest aufweisend die folgenden Schritte:
- a) Planung mindestens einer Bewegung mindestens eines Objektes auf dem mindestens einen Bodenelement,
- b) Übermittelung mindestens eines Steuerungssignals zur Durchführung der geplanten Bewegung an das Objekt mit Hilfe einer aktivierbaren Markierung auf dem mindestens einen Bodenelement.
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Die Planung einer Bewegung oder einer Route des mindestens einen Objektes kann zentral bzw. in einer übergeordneten Steuereinheit erfolgen. Es ist weiter möglich, dass die Routenplanung zumindest teilweise in einer Recheneinheit in dem Objekt und/oder dem Bodenelement durchgeführt wird. Es ist zudem möglich, dass die Planung zumindest teilweise über ein Terminal am Objekt und/oder Bodenelement vorgebbar ist. Das Ergebnis einer solchen Planung ist ggf. eine konkrete Route/Bewegungsvorgabe, entlang der das Objekt das anzufahrende Ziel eigenständig verfahren soll. Die Route bzw. Bewegungsvorgabe kann teilweise oder vollständig gespeichert werden.
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Das mindestens eine Bodenelement umfasst eine aktivierbare und deaktivierbare Markierung, insbesondere in oder auf dem ausgebildeten Boden, über den das Objekt geleitet wird. Die Aktivierung und Deaktivierung kann elektronisch vorgegeben werden. Die Markierung kann folglich für das Objekt im aktivierten Zustand (sensorisch) erkennbar sein und im deaktivierten Zustand unbeachtet bleiben.
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Basierend auf der geplanten Bewegung bzw. der Route/Bewegungsvorgabe kann ein Steuersignal von dem Bodenelement mittels der Markierung ausgesendet werden, auf das das Objekt responsiv ist und/oder welches als Führungssignal für die Bewegung des Objekts ausgestaltet ist.
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Das Objekt, wie insbesondere ein flurgebundenes FTS, kann den aktivierten Markierungen folgen und derart die geplante Bewegung bzw. Route abfahren. Selbstverständlich können hier auch andere fahrerlose Transportsysteme als Objekt in diesem Sinne eingesetzt werden. Soweit die Erfindung nachfolgend in Bezug auf ein FTS erläutert wird, soll dies aber nicht beschränkend für die Anwendung bei anderen Objekten verstanden werden.
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Ein FTS kann an einer auf dem Boden aufgebrachten Linie/Liniensegment verfahren und so seinen Weg durch den Raum finden.
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Das Bodenelement ist insbesondere Teil eines intelligenten Doppelbodens, auf welchem FTS bewegt werden können, wobei diese Bewegung durch die übergeordnete Steuerung mit Hilfe des Doppelbodens gesteuert wird. Im Folgenden werden FTS auch als Objekte bezeichnet, die auf dem Doppelboden bewegt werden.
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Bevorzugt wird vor Schritt a) eine Position des Objektes auf dem mindestens einen Bodenelement erfasst, wobei die Planung der Bewegung unter Berücksichtigung der erfassten Position erfolgt. Es ist beispielsweise möglich, mittels eines Ortungssystems die aktuelle Position des Objekts im Raum bzw. auf dem Boden zu ermitteln. Hierzu kann ein Funksignal genutzt werden. Damit ließen sich die Koordinaten bzw. die Position des Objektes genau bestimmen und dann Schritt a) zur Verfügung gestellt werden. Die ermittelte Position könnte als „Startposition“ für die Bewegungsplanung dienen. Damit könnte auch das zugehörige Bodenelement ermittelt werden, von dem ausgehend die Route vorgegeben wird.
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Die Erfassung einer Position des Objektes kann mit Hilfe mindestens einer Positionserfassungseinrichtung des mindestens einen Bodenelements erfolgen. Zu diesem Zweck kann das Bodenelement mit einer Sensorik ausgestattet sein, die die Anwesenheit eines Objektes im Umfeld des Bodenelements erfasst. Hierfür können berührende und/oder kontaktfreie Sensoren Teil der Positionserfassungseinrichtung sein. Insbesondere nutzt diese Positionserfassungseinrichtung eine licht-responsive Sensorik (einschließlich UV, Infrarot und dergleichen). Die Positionserfassungseinrichtung ist bevorzugt in das Bodenelement verbaut.
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Kumulativ oder alternativ kann die Erfassung einer Position des Objektes mit Hilfe mindestens einer Positionserfassungseinrichtung erfolgen, die extern zum Bodenelement bzw. Doppelboden ausgeführt ist. Hierfür könnten z. B. externe Funkantennen oder dergleichen genutzt werden, die in der Umgebung der Bodenelemente und/oder nur (unabhängig betrieben) auf einzelnen Bodenelementen angebracht sind.
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Vorstehende Positionserfassungseinrichtungen können Teil des Ortungssystems für Objekte sein. Damit können Signale der Positionserfassungseinrichtung auch mit einer übergeordneten Leitstelle/Steuerzentrale kommuniziert werden, die daraus ggf. die Planung der Bewegung in Auftrag gibt und/oder durchführt.
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Zweckmäßig umfasst die aktivierbare Markierung eine Matrix und/oder einen Linearcode aus aktivierbaren Markierungselementen, mit welcher ein Steuerungssignal übermittelt wird. Eine Matrix betrifft in diesem Falle insbesondere eine flächenhafte Ausbildung eines Signalmusters. Ein Linearcode betrifft in diesem Falle insbesondere eine linienförmige Ausbildung eines Signalmusters. Das Signalmuster kann z. B. dadurch erreicht werden, dass in der vorgegebenen Markierungsfläche bzw. -linie mehrere Markierungselemente, z. B. LED, miteinander kombiniert sind, die zielgerichtet und in Abhängigkeit zueinander (verschieden) aktiviert und/oder deaktiviert sind.
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Bevorzugt wird das Steuerungssignal mit den Markierungselementen kodiert. Mittels (verschiedenfarbiger) LED lassen sich folglich über eine vorgegebene Fläche und/oder Linie eine Mehrzahl von Mustern erstellen, die für das Objekt lesbar sind. Dem jeweiligen Muster können dann Steuersignale (z. B. „vorwärts“, „rechts“, „langsamer“, „Stopp“, „Vorfahrt gewähren“, „Ziel erreicht“, etc.) und damit dann auch Bewegungsvorgaben für das Objekt zugeordnet sein. Dies erhöht die Flexibilität und Redundanz der Steuersignale.
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Vorzugsweise wird zumindest einer der folgenden Parameter zur Kodierung verwendet:
- - Farbe eines optischen Markierungselementes,
- - Blinkfrequenz/-folge eines optischen Markierungselementes und
- - Helligkeit eines optischen Markierungselementes.
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Wenigstens eines der für die aktivierbare (optische) Markierung vorgesehenen Markierungselemente kann für eine Farbänderung der Markierung beitragen. So können beispielsweise verschiedenfarbige LED oder eine farbveränderliche Lichtquelle vorgesehen sein. In ähnlicher Weise kann auch eine Helligkeitsveränderung der aktivierbaren (optischen) Markierung durch Dimmen und/oder Ein-/Ausschalten von Leuchtmitteln erreicht werden.
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Die Änderung kann zu vorgebbaren Zeitpunkten, mit einem Intensitätsübergang und/oder blinkend (also z. B. mit einer Frequenz größer 1/s) vorgenommen werden.
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Es ist möglich, dass Farbe, Helligkeit und/oder Blinkfrequenz über ein (einzelnes) Muster bzw. einen (einzelnen) Code variieren. Damit ist möglich einen Verlauf, eine Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsanweisung und/oder eine Richtungsinformation (automatisiert erfassbar) zu übermitteln.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Doppelbodenelement für einen Doppelboden vorgeschlagen, zumindest umfassend eine obere Bodenplatte, mindestens ein Funktionselement, welches durch ein Steuergerät betätigbar ist, sowie mindestens ein Verbindungselement zum Anschluss an mindestens ein weiteres Doppelbodenelement, wobei das Funktionselement eine Reihe oder eine Matrix von aktivierbaren Markierungen ist, mit welchen auf dem Doppelbodenelement ein Bereich (z. B. nach Art einer Spur, einer Matrix und/oder eines Linearcodes) anzeigbar ist.
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Das Doppelbodenelement ist insbesondere eingerichtet für den Einsatz als „Bodenelement“ im Sinne des hier vorgeschlagenen Verfahrens zum Betrieb eines Spurführungssystems für ein Objekt. Vorstehende Ausführungen zum Bodenelement können insoweit zur ergänzenden Beschreibung herangezogen werden und umgekehrt.
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Das Objekt kann mit einem Spurführungssensor, wie beispielweise mindestens einer Kamera, ausgeführt sein, die insbesondere sowohl die Helligkeitsunterschiede bei der aktivierbaren Markierung als auch deren Leuchtfarbe erkennen und dem Steuerungssystem des Objekts mitteilen kann.
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Bevorzugt umfassen die aktivierbaren Markierungen Leuchtmittel. Bevorzugt ist eine Vielzahl von Leuchtmitteln vorgesehen, die zusammen verschiedene Spuren, Muster und/oder Codes aufzeigen können. Die Leuchtmittel können bevorzugt Licht im sichtbaren Bereich, im Infrarotbereich und/oder im Ultraviolett-Bereich abgeben.
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Vorzugsweise weist das Doppelbodenelement mindestens einen Sensor als Funktionselement auf, welcher insbesondere zur Erfassung von Objekten und besonders bevorzugt zur Erfassung von Bewegungen von Objekten eingerichtet ist. Der Sensor kann nach Art einer Wägezelle ausgeführt sein und z. B. Objekte durch ihre Masse detektieren/erkennen. Bevorzugt ist der Sensor unterhalb des Doppelbodenelements vorgesehen, so dass insbesondere eine Positionserfassung durch den Boden hindurch ermöglicht ist.
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Mit Vorteil weist das Doppelbodenelement mindestens ein Energieversorgungsmodul zur Energieversorgung der mindestens einen aktivierbaren Markierung sowie gegebenenfalls weiterer Funktionselemente des Doppelbodenelements auf. Das mindestens eine Energieversorgungsmodul ist insbesondere eingerichtet, der aktivierbaren Markierung auf Vorgabe des Steuergeräts zielgerecht Energie bereitzustellen, so dass diese entsprechend den Erläuterungen hier veränderlich ist. Das Energieversorgungsmodul ist selbst bevorzugt mit einem zentralen Energiedepot verbunden, aus dem mehrere Doppelbodenelemente versorgt werden.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt wird ein Doppelboden vorgeschlagen, umfassend mindestens zwei Doppelbodenelemente, insbesondere eingerichtet zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Spurführungssystem. Dies meint insbesondere, dass eine Mehrzahl oder sogar Vielzahl solcher Doppelbodenelemente (modulartig) miteinander verbunden sind und miteinander abgestimmt interagieren können. Damit ist dann ein „intelligenter“ Boden gebildet, auf dem FTS in einem Raum verfahren können.
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Zweckmäßig weist der Doppelboden eine übergeordnete Steuereinheit (auch ggf. als Leitstelle und/oder Steuerzentrale) zur Durchführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens auf. Die Steuereinrichtung kann insbesondere so eingerichtet sein, dass diese den Betrieb der Markierungen mehrerer Bodenelemente abgestimmt einstellen und/oder eine Positionserfassung mindestens eines Objektes (in Bezug auf die Bodenelemente) durchführen kann.
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Die Erfindung umfasst insbesondere ein System, bei dem ein Objekt einer auf dem Boden angezeigten Spur folgt. Die angezeigte Spur kommt dabei von einem Bahn-Planungssystem. Der einzelnen Bodenkachel (Bodenelement) wird von dem Bahn-Planungssystem mitgeteilt, welche Spur anzuzeigen ist. Das Bahnplanungssystem kann zentral vorhanden sein und die Bahnen mehrerer Fahrzeuge steuern. Das Bahnplanungssystem könnte auch im Fahrzeug selbst implementiert sein und die Bahn eines Fahrzeugs auf Basis des Kachelrasters vorgeben. Die genaue Führung wird durch die Anzeige der Spur auf der Kachel und den Detektions- und Folgealgorithmus des Fahrzeuges gewährleistet.
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Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend auch anhand von Figuren näher erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Darstellungen sind schematisch und nicht zur Veranschaulichung von Größenverhältnissen vorgesehen. Die mit Bezug auf einzelne Details einer Figur angeführten Erläuterungen sind extrahierbar und mit Sachverhalten aus anderen Figuren oder der vorstehenden Beschreibung frei kombinierbar, es sei denn, dass sich für einen Fachmann zwingend etwas anderes ergibt bzw. eine solche Kombination hier explizit untersagt wird. Es zeigen schematisch:
- 1: Funktionsmuster eines intelligenten Bodens mit einem dynamischen Spurführungssystem am Beispiel eines Doppelbodens aus mehreren Doppelbodenelementen;
- 2: Aufbau einer FTS-Strecke in einer Produktionsumgebung;
- 3: Ein FTS auf dem dynamischen Spurführungssystem;
- 4: Bestandteile des dynamischen Spurführungssystems; und
- 5: Automatisierungsstruktur des dynamischen Spurführungssystems am Beispiel des intelligenten Bodens.
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1 zeigt ein Funktionsmuster eines intelligenten Bodens mit einem dynamischen Spurführungssystem am Beispiel eines Doppelbodens aus mehreren Doppelbodenelementen.
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Nach 1 besteht ein Doppelbodenelement 1 eines Doppelbodens 6 aus einer Bodenplatte 2, die an den Ecken auf einem Rahmenelement 3 in Gestalt von Stützen 3a, 3b, z. B. Metallstützen, aufliegen, durch die die Bodenplatte 2 über einem Rohboden 4, z. B. aus Beton, abgestützt ist. Die Bodenplatte 2 ist mit Hilfe der Stützen 3a, 3b beabstandet vom Rohboden 4 angeordnet, so dass zwischen dem Rohboden 4 und der Bodenplatte 2 ein Freiraum 5 (Zwischenraum) gebildet ist.
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Der „intelligente“ Boden kann ein Doppelboden 6 aus einzelnen Kacheln bzw. Elementen sein (Doppelbodenelementen 1; 1a bis 1n), die integrierte Zusatzfunktionen aufweisen, wie zum Beispiel eingelassene LEDs als Visualisierungsfunktion bzw. als aktivierbare Markierungen 7 mit Markierungselementen 7a bis 7n. Der Begriff „LED“ wird im Folgenden synonym für jede beliebige Art von aktivierbarer optischer Markierung 7 verwendet. Je nach gewählter Ausbaustufe können die LEDs dabei als LED-Streifen und/oder als LED-Matrix organisiert sein (siehe 1). Primärfunktion der LEDs ist in diesem Beispiel zum einen die Markierung von Laufwegen für menschliche Werker (vgl. 1, wo ein solcher Doppelboden 6 gezeigt ist). Zudem oder alternativ können die LEDs als dynamisches Spurführungssystem für spurgeführte FTS (siehe 11; 11a bis 11n) dienen. Solche FTS können als auf und/oder über dem Doppelboden 6 bewegte Objekte 10; 10a bis 10n bezeichnet und betrachtet werden.
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Bevorzugt werden LED-Leuchten (aktivierbare Markierungen 7 mit aktivierbaren Markierungselementen 7a bis 7n) unterhalb des FTS in einer definierten Farbsequenz so aktiviert werden bzw. bevorzugt leuchten diese dort so auf, dass das FTS sowohl eine Richtungs- als auch eine Beschleunigungsregelung erfährt. Die aktivierbaren Markierungen 7 werden also dazu genutzt, Steuerungsinformationen an das FTS zu übermitteln.
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Eine exemplarische Umsetzung ist in der nachfolgenden 1 dargestellt. Es zeigt ein Funktionsmuster eines „intelligenten Bodens“, in dem ein DSFS implementiert ist. In den 6 × 1m2 großen Doppelbodenelementen 1a bis 1f sind jeweils als aktivierbare Markierungen 7 vier LED-Bänder (8a, 8b, 8c, 8d) in Kreuzform eingelassen. Dabei stehen die einzelnen Platten so zueinander, dass die LED-Bänder 8a, 8b, 8c, 8d ein Schachbrettmuster ergeben.
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Werden jetzt die einzelnen LEDs in den Bändern 8a bis 8d in geeigneter Art und Weise eingeschaltet, so bildet sich auf dem Boden, z. B. Doppelboden 6, ein Liniensystem aus. In 1 sind exemplarisch zwei Linien 9a, 9b in heller Farbe aufgezeigt. Diese Linien 9a, 9b können nun konventionellen, liniengeführten FTS 11a bis 11n (s. 2), als Spur dienen.
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Es ist nicht erforderlich, dass die dynamisch generierten Linien 9a, 9b als vollständig und in sich geschlossene Spur auf dem Boden dargestellt werden. Es reicht insbesondere aus, wenn lediglich der Teil auf dem Boden dargestellt wird, der aktuell vom jeweiligen FTS überfahren wird. Dieses Vorgehen minimiert die Energiekosten zur Anzeige der Fahrspur und erhöht die Standzeit der im Eingriff befindlichen LED.
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Darüber hinaus kann die zum Einsatz kommende Technik im FTS deutlich reduziert werden, indem auf Laserscanner, Mapping, Bordrechner und ähnliches verzichtet bzw. deren Funktionalität signifikant reduziert wird. Es ist ausreichend, das FTS mit einem einfachen (insbesondere optischen) Spurführungssystem auszurüsten.
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Ein Spurführungssensor 12 (s. 3), beispielsweise eine Kamera, kann der Führung des FTS entlang der eingeblendeten Linie 9a, 9b auf dem Boden dienen. Eine integrierte Recheneinheit 13 (z. B. Teil des Bodenelement-eigenen Steuergeräts 23) wertet die Lage der erkannten Linie 9a, 9b im Kamerabild aus und liefert deren Position relativ zur Bildmitte. Abweichungen zur Linienmitte werden an die FTS-interne Steuerung 14 (z. B. per Funk oder mittels der Markierung selbst) übermittelt und führen zu Kurskorrektur.
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Abzweigungen und Kreuzungen im Spurverlauf des FTS sind ebenfalls unproblematisch und können auf verschiedene Art und Weise in das FTS-Steuerungsverhalten implementiert werden. So ist es eine Lösungsmöglichkeit, das FTS an einer Abzweigung links oder rechts abbiegen zu lassen, indem ein abzweigendes Licht- bzw. LED-Band aktiviert wird.
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Es kann, z. B. im Falle einer Verlegung der Licht- oder LED-Bänder 8a bis 8d in einem Schachbrettmuster, vorgesehen sein, dass zwei senkrecht aufeinandertreffende LED-Bänder 8a bis 8d an ihrem Schnittpunkt aktivieren werden. Dazu werden eine gewisse Anzahl LEDs vor und/oder nach der Abzweigstelle (anders)farbig aufleuchten, um so dem FTS einen Richtungswechsel zu signalisieren.
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Weiter können neben den Informationen zur Fahrtrichtungsangabe auch Start- und Stopp-Kommandos übermittelbar sein, um das FTS zu steuern. Hierfür können beispielsweise die LEDs entlang der Fahrspur in Fahrtrichtung zu definierten Zeitpunkten eingeschaltet werden und nach Überfahren wieder ausgeschaltet werden. Von außen betrachtet ergibt sich der Eindruck, das FTS würde an einer visuellen „Leine“ gezogen werden. Je schneller sich der LED-Ausschnitt auf dem Boden bewegt, desto schneller fährt das FTS. Verlangsamt sich der LED-Ausschnitt, so bremst auch das FTS ab. Ein Stillstand des LED-Ausschnitt wäre gleichbedeutend mit dem FTS-Stopp.
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Es kann über den Doppelboden 6 bzw. einen „intelligenten“ Boden die Fahrtrichtung und/oder die Fahrtgeschwindigkeit vorgegeben werden.
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Die 2 zeigt schematisch und beispielhaft einen Aufbau einer FTS-Strecke in einer Produktionsumgebung. Hierin sind die Streckenelemente 16 als gestrichelte Linie eingezeichnet. Sie umgeben die Produktionssysteme 17a bis 17n, die als schraffierte Rechtecke dargestellt sind. Ein Rechteck auf der gestrichelten Linie symbolisiert das Objekt 10 bzw. FTS 11, welches durch einen Richtungspfeil in seiner Fahrrichtung 18a bis 18n gekennzeichnet ist. Die, zentral in Fahrtrichtung etwas hinausragende Linie 19a bis 19n vor und unter dem FTS soll das momentan aktive DSFS-Leuchtsegment (bzw. Doppelbodenelement 1a bis 1n) anzeigen.
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Ein Funktionsprinzip der visuellen „Leine“, wird anhand des in 3 schematisch und vergrößert gezeigten FTS nachfolgend beschrieben.
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3 zeigt insbesondere ein FTS auf einem dynamischen Spurführungssystem, wobei links ein Ausschnitt aus 2 mit einer Draufsicht auf ein FTS 11 und rechts vergrößert eine Seitenansicht eines FTS 11 und des im Boden eingelassenen DSFS (7) veranschaulicht ist.
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Das im Boden eingelassene DSFS stellt einen LED-Abschnitt zur Spurführung des auf dem Boden fahrenden FTS zur Verfügung.
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In diesem Beispiel sind zur Spurführung acht farbige LEDs 20 aktiviert. Das Beispiel zeigt einen Spurführungssensor 12, der in FTS-Breite mittig fest verbaut ist. Dieser Spurführungssensor 12 kann in diesem Fall mindestens eine Kamera sein, die insbesondere sowohl die Helligkeitsunterschiede im LED-Band, als auch deren Leuchtfarbe erkennen und dem FTS-Steuerungssystem 14 mitteilen kann.
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Der Spurführungssensor 12 hält nun zum einen das FTS mittig auf der LED-Fahrspur 22 und zum anderen in Fahrtrichtung 18 des FTS die LEDs in seiner Bildmitte.
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Wird z. B. über den Spurführungssensor 12 eine Abweichung von der LED-Bandmitte nach links erkannt, so erfolgt eine Ausgleichsbewegung des FTS nach rechts, bis die aktiven LEDs wieder von Spurführungssensor 12 in der Bildmitte liegen.
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Ist das FTS in Relation zum sich bewegenden LED-Abschnitt zu langsam, so wird das FTS über seinen Antrieb beschleunigt, bis die LEDs wieder in der Bildmitte des Spurführungssensors 12 liegen.
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Zu beachten ist, dass die hier vorgeschlagene dynamische Spurführung nicht ausschließlich auf optisch sichtbare Signalquellen angewiesen ist, sondern ebenso andere Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums, zum Beispiel Infrarot, als Führungselement in Frage kommen.
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Der praktischen Umsetzung wegen und der Verbindung der LED-Anzeige mit weiteren Funktionen begünstigt den Einsatz von RGB(W)-LED-Bändern (= mehrfarbfähige LED-Bänder, deren LEDs über einen Datenbus einzeln in ihrer Farbe und Helligkeit gesteuert werden können).
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Das dynamische Spurführungssystem für FTS 11a bis 11n, insbesondere zum Einsatz in industriellen Umgebungen, ist bevorzugt mit einzeln ansteuerbaren Leuchtdioden 20, 21 ausgeführt, die zu einem Leuchtdiodenband 8a, 8b, 8c, 8d zusammengefasst sind, die eine Fahrspur 22 für optisch gesteuerte FTS 11a bis 11n (FTS) ausbilden.
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Die 4 zeigt beispielhaft die prinzipiellen Bestandteile des dynamischen Spurführungssystems.
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Energieversorgungs-, Steuer- und Kommunikationseinheit 33 (ESKE):
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Die ESKE kann zumindest eine Energieversorgungseinheit 24 (Energieversorgungsmodul), eine Steuereinheit 23 und/oder eine Kommunikationseinheit 25 umfassen, der die Anschaltung an ein industrielles Feldbussystem 29 wie beispielsweise SERCOS III, EtherCAT oder Profi-Safe erlaubt. Ebenso ist die Anschaltung an konventionelle Ethernet-Netzwerke, wie sie zur Vernetzung von Büronetzwerken verwendet werden, denkbar, wenn die Echtzeitfähigkeit und/oder sicherheitsrelevante Aspekte des Spurführungssystems eine untergeordnete Rolle spielen.
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Die Energieversorgungseinheit 24 kann die Aufgabe haben, die LED-Bänder 8a bis 8d komplett oder abschnittsweise über Energieleitungen 34 mit elektrischer Energie zu versorgen. Am Beispiel des Funktionsmusters des intelligenten Bodens (1) ist die Versorgung, nebst Steuerungseinheit 23 und Kommunikationseinheit 25, modular in einem Doppelbodenelement 1; 1a bis 1n integriert. Die DBE sind über einen Energiebus 30, beispielsweise eine durchgeschliffene Leitung oder eine Stromschiene, an das Versorgungsnetz angeschlossen.
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Das Steuergerät 23 ist ein zentraler Baustein des DSFS. Sie sorgt für die Bewegungen der eingesetzten FTS, in dem sie FTS-spezifisch die einzelnen LEDs 20, 21 auf den LED-Bändern 8a, 8b, 8c, 8d farblich und/oder zeitsynchron ein- und ausschaltet.
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Wie zuvor beschrieben, kann das LED-Band 8a, 8b, 8c, 8d nicht nur als reiner Aktor betrieben werden, sondern durch Einbindung geeigneter Sensorik auch als Kombination eines Sensor-/Aktor-Elements (siehe auch nachfolgender Abschnitt zur Positionserfassungseinrichtung).
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Insbesondere in diesem Fall arbeitet das Steuergerät 23 bidirektional.
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Zur Anbindung des Steuergeräts 23 an eine übergeordnete Steuereinheit 26 ist eine Kommunikationseinheit 25 vorgesehen. Diese hat die Aufgabe, Kommandos und Statusmeldungen des DSFS an verbundene Netzwerkpartner zu übermitteln. Ein solcher Netzwerkpartner könnte beispielsweise ein Logistiksystem sein, das über einen Handarbeitsplatz eine manuell generierte Transportanfrage erhält. Selbstverständlich kann auch die M2M (machine to machine, kommunikationsfähige Produktionsmaschinen) eine solche Transportanforderung automatisch generieren und an das Logistiksystem senden. In Abhängigkeit von den Anforderungen an den Fahrbetrieb der FTS empfiehlt sich eine echtzeitfähige und sichere Kommunikation über einen dazu geeigneten Feldbus.
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5 veranschaulicht eine Automatisierungsstruktur des dynamischen Spurführungssystems am Beispiel des intelligenten Bodens.
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Ein Beispiel zur Umsetzung einer ESKE für die modulare Anwendung im intelligenten Boden, z. B. Doppelboden 6, ist in 5 gezeigt.
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Pro Doppelbodenelement 1; 1a bis 1n gibt es eine ESKE 33a bis 33n (bzw. ein Steuergerät 23), die über ein Ethernet-Netzwerk mit einer übergeordneten Steuereinheit 26, dem sogenannten Grid-Controller, verbunden ist. An den Grid-Controller können nun durch den Menschen oder durch andere Maschinen definierte Anzeigeszenarien angefordert werden. Diese Anforderungen werden im Grid-Controller vorverarbeitet, als spezifisches Kommando an die DBE-ESKE gesendet und auf dem kreuzförmigen LED-Band 8a bis 8n zur Anzeige gebracht.
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Eine Energieversorgungs-, Steuer- und Kommunikationseinheit 33 (ESKE) ist insbesondere bevorzugt, bei der über das DSFS durch geeignete Anschaltung der LEDs 20, 21 über das Steuergerät 23 dem FTS Fahrbefehle übermittelt werden. Dabei arbeitet die ESKE bidirektional und kann auch vom FTS Statusmeldungen empfangen und diese beispielsweise mittels der Kommunikationseinheit 25 an eine übergeordnete Steuerungseinheit 26 weiterleiten. Zur Energieversorgung der LEDs 20, 21 ist eine Energieversorgungseinheit 24 vorgesehen.
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Positionserfassungseinrichtung (PPE):
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Die PEE dient zur Erfassung der FTS-Positionen auf den LED-Bändern 8a bis 8n.
Sollte ein FTS willentlich oder unwillentlich vom Spurführungssystem getrennt werden, so kann mittels der PEE dieser Vorgang erkannt und geeignete Maßnahmen, beispielsweise die Alarmierung eines Logistik-Mitarbeiters, eingeleitet werden. Ebenso dient die PEE zum Einsetzen des FTS in das Spurführungssystem. Der Einsetzpunkt kann hierbei ein oder mehrere definierte Punkte innerhalb der FTS-Strecke 15 sein, oder auch beliebige Punkte auf der Strecke.
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Die PEE umfasst bevorzugt eine geeignete Sensorik, die es erlaubt, das FTS auf dem LED-Band 8a bis 8n zu lokalisieren.
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So kann diese Aufgabe unter anderem mittels Infrarot-Dioden gelöst werden.
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Die Empfangsdiode 31 ist hierbei im bzw. am LED-Band 8a bis 8n positioniert und wird zyklisch von der ESKE (bzw. vom Steuergerät) auf das Vorhandensein eines FTS hin abgefragt. Das FTS wiederum ist mit einer Infrarot-Sendediode 32 ausgerüstet, die an geeigneter Stelle am FTS plaziert ist. Die ESKE erkennt ein FTS als vorhanden an, wenn die im Boden eingelassene Empfangsdiode 31 einen FTS-Code empfängt. Dieser kann dann neben der eindeutigen FTS-Kennung auch weitere Statusinformationen, wie beispielsweise die verbleibende Batteriekapazität oder Servicemeldungen, an das DSFS übermitteln.
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Zur Verifizierung des FTS und zu dessen Positionsermittlung wird in einem beidseitigen „Hand-Shake“-Verfahren der vom DSFS empfangene Code (im Steuergerät 23) überprüft und der Empfangsort an den Grid-Controller (übergeordnete Steuereinheit 26) weitergemeldet. Nach Authentifizierung antwortet das DSFS beispielsweise mit einer definierten Blinksequenz am Empfangsort, was wiederum durch den Spurführungssensor 12 des FTS erkannt wird. Eine Bestätigungsmeldung des FTS über die Infrarot-Sendediode 32 setzt das FTS und das lokale DSFS in Betriebsbereitschaft.
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Selbstverständlich kann die PEE auch mit einer anderen Wellenlänge als der infraroten betrieben werden. Möglich sind beispielsweise auch die Wellenlängen des sichtbaren Bereichs oder auch elektromagnetische Funkstrahlung, wie beispielsweise RFID auf dem 13,56 MHz-Band. Ebenso kommen lokale, elektromagnetische Felder als Lösungsmöglichkeit zur PEE in Betracht. Die Umsetzung der Kommunikation zwischen FTS und DSFS mittels Infrarot-Dioden hat den Vorteil, dass entsprechende Dioden zum einen günstig in Anschaffung und Integration sind, als auch unbeeinflusst von den optisch sichtbaren Spurführungssignalen.
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Eine bevorzugte Positionserfassungseinrichtung 27 (PEE) ist so eingerichtet, dass das DSFS über geeignete Sensorik, beispielweise Infrarot-Empfangsdioden 31, verfügt, die ein Annähern und/oder Überfahren eines FTS erkennen und an die Steuer- und Kommunikationseinheit 33 weiterleiten. Die PEE ist dabei bevorzugt in das Leuchtdiodenband 8a bis 8d integriert.
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Bei dem hier beschriebenen System geht es insbesondere darum, dass ein Roboterfahrzeug bzw. FTS einer auf dem Boden angezeigten Spur möglichst exakt folgt. Die angezeigte Spur kommt dabei von einem Bahn-Planungssystem. Der einzelnen Bodenkachel (DBE) wird von dem Bahn-Planungssystem mitgeteilt, welche Spur anzuzeigen ist.
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Das Bahnplanungssystem kann zentral vorhanden sein und die Bahnen mehrerer Fahrzeuge, z. B. fahrerlose Transportsysteme 11a bis 11n, steuern.
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Das Bahnplanungssystem könnte auch im Fahrzeug selbst implementiert sein und die Bahn eines Fahrzeugs auf Basis des Kachelrasters vorgeben.
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Die „Zentimeter“-genaue Führung kann durch die Anzeige der Spur auf der Kachel und den Detektions- und Folgealgorithmus des Fahrzeuges gewährleistet werden.
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Die hier vorgeschlagenen (ggf. abstrahierten) Verfahrensschritte können als ein computerimplementiertes Verfahren realisiert sein. So kann auch ein System zur Datenverarbeitung realisiert sein, welches Mittel zur Ausführung der hier vorgeschlagenen (ggf. abstrahierten) Verfahrensschritte hat.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Doppelbodenelement
- 1a bis 1n
- Doppelbodenelemente
- 2
- Bodenplatte
- 2a bis 2n
- Bodenplatten
- 3
- Rahmenelement
- 3a, 3b
- Stützen
- 4
- Rohboden
- 5
- Freiraum
- 6
- Doppelboden
- 7
- aktivierbare Markierung
- 7a bis 7n
- aktivierbare Markierungselemente
- 8a
- erstes Licht- oder Leuchtdiodenband
- 8b
- zweites Licht- oder Leuchtdiodenband
- 8c
- drittes Licht- oder Leuchtdiodenband
- 8d
- viertes Licht- oder Leuchtdiodenband
- 8a bis 8n
- Licht- oder Leuchtdiodenbänder
- 9a, 9b
- dynamisch generierte Linien
- 10
- Objekt
- 10a bis 10n
- Objekte
- 11
- fahrerloses Transportsystem (FTS)
- 11a bis 11n
- fahrerlose Transportsysteme (FTS)
- 12
- Spurführungssensor
- 13
- integrierte Recheneinheit
- 14
- FTS-Steuerungssystem
- 15
- FTS-Strecke
- 16
- Streckenelemente
- 17a bis 17n
- Produktionssysteme
- 18
- Fahrtrichtung
- 18a bis 18n
- Fahrtrichtungen
- 19
- Leuchtmittel
- 19a bis 19n
- aktive Leuchtsegmente
- 20
- aktive Leuchtdiode (LED)
- 21
- inaktive Leuchtdiode (LED)
- 22
- LED-Fahrspur
- 23
- Steuergerät
- 24
- Energieversorgungseinheit
- 25
- Kommunikationseinheit
- 26
- Steuereinheit
- 27
- Positionserfassungseinrichtung
- 28
- Steuerleitung
- 29
- Feldbus
- 30
- elektrische Leiter
- 31
- Empfangsdiode
- 32
- Sendediode
- 33
- Energieversorgungs-, Steuer- und Kommunikationseinheit (ESKE)
- 33a bis 33n
- Energieversorgungs-, Steuer- und Kommunikationseinheiten (ESKE)
- 34
- Energieleitung
- 35
- Datenleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007017236 U1 [0002]
