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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flurförderzeug, eingerichtet für den fahrerlosen, autonom agierenden Betrieb (Automated Guided Vehicle, AGV) für eine zu transportierende Last. Insbesondere findet die Erfindung Anwendung bei einem Roboterfahrzeug für den Transport von Lasten. Umfasst sind auch hebende Flurförderzeuge und nicht stapelnde Hubwagen sowie entsprechende Kombinationen.
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Mit fortschreitender Automatisierungstechnik wird der Handhabung von Lasten zunehmend Bedeutung beigemessen.
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Wenn ein autonomes Flurförderzeug zum Aufladen der Last das Ladegut unterfahren soll, muss eine Unterscheidung zwischen einer im Weg befindlichen Person und der spezifizierten Last stattfinden. Bekannte Sensorik-Konzepte erlauben keine sichere Unterscheidung. Gegebenenfalls wird sogar ganz auf die Überwachung dieser Lastübergabebereiche verzichtet und der Personenschutz mittels Kontaktauslösung mit reduzierter Kraft (kleiner 400 Newton) realisiert.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flurförderzeug, eingerichtet für den fahrerlosen, autonom agierenden Betrieb zu schaffen, das die genannten Nachteile lindert oder sogar vermeidet. Insbesondere soll auf konstruktiv einfache Weise eine Unterscheidung zwischen Personen und Ladegut ermöglicht werden. Außerdem soll zur Verhinderung einer Kollision die Bewegung des Flurförderzeugs sicher gestoppt werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Flurförderzeug gemäß dem unabhängigen Patentanspruch. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weiterer Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ausführen, die mit den Merkmalen aus den Patentansprüchen kombinierbar sind.
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Hierzu trägt ein Flurförderzeug, eingerichtet für den fahrerlosen, autonom agierenden Betrieb und aufweisend eine Ladekante für eine zu transportierende Last, bei, umfassend zumindest:
- - ein Steuerungssystem, das das Flurförderzeug steuert und lenkt,
- - eine Auswerteeinheit, die ein Signal zum Anhalten des Flurförderzeugs erzeugt, wobei eine Detektoreinrichtung zur Überprüfung eines Bearbeitungsbereichs angrenzend zur Ladekante und zur Erfassung von Objekten im Bearbeitungsbereich eingerichtet ist, wobei die Auswerteeinheit zum Vergleich mit erwarteten Referenzpositionen der Objekte eingerichtet ist und die Auswerteeinheit das Signal zum Anhalten des Flurförderzeugs bei erfassten Abweichungen der erwarteten Referenzpositionen der Objekte erzeugt.
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Das hier vorgestellte Flurförderzeug hat den Vorteil einer erhöhten Sicherheit, weil der Personenschutz während der Annäherung an das Ladegut nicht durch begrenzte Kontaktkraft realisiert wird, sondern Personen im Fahrweg berührungslos erkannt werden.
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Ein besonderer Vorteil besteht in der Unterscheidung zwischen Personen und Ladegut anhand der definierten Geometrie des Ladeguts bzw. der Last. Vor dem Unterfahren der Last kann mittels Sensorik die Geometrie des erkannten Objekts verifiziert werden. Dies geschieht (je nach Geometrie) zum Beispiel mittels einer Kombination aus zwei (rückwärts gerichteten) seitlichen Warnfeldern und einem (rückwärts gerichteten) mittigen Schutzfeld eines Laserscanners. Wenn die beiden äußeren Warnfelder zeitgleich bzw. innerhalb eines kurzen Zeitfensters ausgelöst werden und das mittlere Schutzfeld ohne Objekterkennung bleibt, handelt es sich um das spezifizierte Ladegut. In allen anderen Fällen entscheidet die Steuereinheit auf „Person erkannt“ und stoppt die Bewegung. Bei komplexeren Geometrien kann die Erkennung zum Beispiel über die Rohdaten eines Laserscanners erfolgen.
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Ein fahrerloses Flurförderzeug kann ein kraftgetriebenes Fahrzeug ggf. einschließlich jeglicher Anhänger sein, das dazu bestimmt ist, selbständig zu fahren. Dafür kann das Flurförderzeug mit einem Leitsystem im Boden oder der Umgebung zusammenwirken, welches die Fahrrouten vorgibt.
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„Last“ bedeutet ein zu handhabendes Objekt, einschließlich dessen Masse, Abmessungen, Zustand und/oder Anordnung. Die Last kann (nur) aus einem Ladegut bestehen. Die Last kann auch das Ladegut und eine Transporteinrichtung für das Ladegut, z. B. einen Transportwagen, eine Palette, einen Bodenroller, etc. umfassen. Unter einer „Lasthandhabung“, die von dem Flurförderzeug ausgeführt werden kann, werden insbesondere Heben, Senken, Lastübergabe und/oder Lastbehandlung verstanden.
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Das Steuerungssystem hat eine automatische Einrichtung zum Inhalt, die das Flurförderzeug und seine zugehörigen Einrichtungen steuert (z.B. aktiviert/deaktiviert) und (ggf. sensorisch überwacht) lenkt. Das System des fahrerlosen Flurförderzeugs umfasst das Steuerungssystem, das Teil des Flurförderzeugs und/oder davon getrennt sein kann. Das Steuerungssystem kann eine Recheneinheit umfassen, die im oder am Flurförderzeug vorgesehen ist.
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Die Auswerteeinheit kann mit einem Sensorsystem (z.B. der Detektoreinrichtung) bevorzugt elektrisch und datenleitend verbunden und eingerichtet, dessen Signale zu verarbeiten. Die Auswerteeinheit ist insbesondere eingerichtet, eine Analyse der Daten der Detektoreinrichtung vorzunehmen, sodass Personen, Gegenstände, Objekte (im Bereich hinter dem Flurförderzeug) eindeutig bezüglich ihrer Lage/Position im Bearbeitungsbereich erfasst bzw. bestimmt werden können. Die in der Auswerteeinheit bestimmte Lage kann mit vorgegebenen (zum Beispiel gespeicherten und/oder eingestellten) Parametern abgeglichen oder beeinflusst werden, wobei dann auch ein Regelungssignal an die Steuerung übermittelt wird und dabei der Betrieb des Flurförderzeugs durch die Auswerteeinheit beeinflusst werden kann. Die Auswerteeinheit kann ein separates (elektronisches) Aggregat sein, es ist aber auch möglich, dass die Auswerteeinheit Teil des Steuerungssystems zur Ansteuerung des Flurförderzeugs selbst ist. Die (mindestens) eine datenleitende Verbindung zwischen Auswerteeinheit und Steuergerät sowie dem Sensorsystem kann kabelgebunden oder kabellos realisiert sein.
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Die Detektoreinrichtung ist eingerichtet, ein Signal zu erzeugen, das repräsentativ für den Bearbeitungsbereich, insbesondere einen (rückwärtigen) Umgebungsbereich angrenzend der einer (hinteren) Ladekante, des Flurförderzeugs ist. Dieses kann von der Auswerteeinheit interpretiert werden und eine Anweisung an das Steuerungssystem veranlassen, durch das das Flurförderzeug mittels eines Bremssystems unter den vorgegebenen Betriebsbedingungen angehalten werden kann, insbesondere bevor ein vorgebbarer Sicherheitsabstand auf ein (erkanntes, vordefiniertes) Objekt unterschritten wird. Die Detektoreinrichtung zur Erkennung von im (rückwärtigen) Fahrweg befindlichen Personen und/oder Objekten, ist an die Auswerteeinheit und/oder Steuerungseinrichtung angeschlossen.
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Die Detektoreinrichtung ist insbesondere eingerichtet, Schutz- und/oder Warnfelder zu überwachen, also dort während der (rückwärtigen) Fahr des Flurförderzeugs eintretende Personen, Objekte, etc. zu erfassen. Abhängig von Fahrtrichtung, der Geschwindigkeit und/oder dem Lenkeinschlag können unterschiedlich vordefinierte Bereiche überwacht werden. Jeder vordefinierte Bereich kann aus einem Warnfeld und einem Schutzfeld bestehen, wobei ggf. auch mehrere Warnfelder und/oder Schutzfelder vorgebbar sind. Wenn ein Warnfeld unterbrochen wird, dann kann die Auswerteeinheit das Flurförderzeug veranlassen, die Geschwindigkeit (nur) zu verringern (ohne direkt zu stoppen). Wenn ein Schutzfeld unterbrochen wird, dann löst die Auswerteeinheit (automatisch, also insbesondere ohne aktives Einwirken einer Person und/oder unmittelbar aufgrund einer Anweisung der Auswerteinheit) eine Bremsfunktion aus, wobei beispielsweise der Antrieb von der Spannungsversorgung getrennt wird (sicher abgeschaltetes Drehmoment (STO)). Wenn das Schutzfeld nicht mehr unterbrochen wird, dann kann der Antrieb des Flurförderzeugs wieder aktiviert werden und so die Fahrt nach z. B. 2 Sekunden automatisch fortsetzen.
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Die Detektoreinrichtung ist zur Überprüfung des Bearbeitungsbereichs und zur Erfassung von Objekten im Bearbeitungsbereich eingerichtet. Dazu kann die Auswerteeinheit die von der Detektoreinrichtung erhaltenen Daten mit erwarteten Referenzpositionen von Objekten vergleichen und ein Signal zum Anhalten des Flurförderzeugs erzeugen, wenn sich aus den Daten Abweichungen zu den erwarteten Referenzpositionen der Objekte ergeben sollte.
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Die Referenzpositionen eines Objektes können vordefiniert und in der Auswerteeinheit und/oder dem Steuerungssystem gespeichert sein. Beispielhaft seien hier der übliche Radabstand und/oder die üblichen Breiten von Lasten, Ladegut, Transportfahrzeug, Lagergestelle etc. angeführt. Decken sich die von der Detektoreinrichtung ermittelten Daten mit solchen Referenzpositionen eines Objektes, setzt das Flurförderzeug seine Fahrt gemäß einer vorgegebenen Fahrroutine fort. Sollte jedoch beispielsweise ein Datensatz ausgewertet werden, der keinen vorbekannten und/oder erwarteten Referenzpositionen eines Objektes zuordenbar ist (z. B. weil die Umgebung verändert wurde und/oder dort zusätzlich ein Hindernis bzw. eine Person steht), veranlasst die Auswerteeinheit (unverzüglich und/oder automatisch) ein Signal zum Anhalten des Flurförderzeugs.
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Bevorzugt umfasst das Steuerungssystem eine Steuereinheit für die gewünschte Fahrtrichtung und die Geschwindigkeit, eine Steuereinheit für die Bewegung und eine Steuereinheit für die Sicherheit des Flurförderzeugs. Die erste Steuereinheit (Robot Control Unit, RCU), die zweite Steuereinheit (Motion Control Unit, MCU) und die dritte Steuereinheit (Safety Control Unit, SCU) sind Bestandteil des Steuerungssystems.
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Mit Vorteil umfasst die Detektoreinrichtung einen Laserscanner. Laserscanner tasten einen vorgegebenen Umgebungsbereich mit Laserlicht ab. Dabei wird von dem Scanner ein Laserstrahl ausgesandt, welcher dann von der Umgebung, einem Objekt oder Hindernis wieder reflektiert und von einer Empfangsoptik wieder aufgenommen wird. Dabei kann der Laser über einen Umlenkspiegel, welcher verschwenkt wird, abgelenkt werden. Die Laufzeit des Lasers vom Scanner bis zum erneuten Empfang wird bestimmt und ausgewertet, wobei damit auf einen Abstand hin bis zu einem Hindernis (Person, Objekt, etc.) im Abtastbereich geschlossen werden kann. Auch kann eine Art „Abbild“ generiert werden, welche Relativlage mehrere erfasste Objekte zueinander haben. Damit ist auch eine komplexere Analyse der Umgebung möglich.
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Vorzugsweise ist der Laserscanner am Heckteil des Flurförderzeugs angeordnet.
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Zweckmäßig umfasst das Steuerungssystem eine Auswerteeinheit. Mit Vorteil ist die Auswerteeinheit in das Steuerungssystem integriert.
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Bevorzugt ist der Laserscanner an die dritte Steuereinheit (SCU) angeschlossen.
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Mit Vorteil sind die zweite Steuereinheit (MCU) und die dritte Steuereinheit (SCU) eingerichtet, anhand von vorgegebenen Schutz- und Warnfeldern eines Laserscanners die Umgebung auf Hindernisse zu prüfen.
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Vorzugsweise sind mehrere Schutz- und/oder Warnfelder im Laserscanner bzw. der Auswerteeinheit vordefiniert.
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Zweckmäßig ist die dritte Steuereinheit (SCU) eingerichtet, die Schutzfelder zu aktivieren und/oder zu deaktivieren.
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Bevorzugt umfasst das Lasersichtfeld des Laserscanners als Schutzfeld ein schmales Lasersichtfeld und als Warnfeld ein breites Lasersichtfeld.
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Mit dem hier vorgestellten Flurförderzeug gelingt auf vorteilhafte Weise eine Unterscheidung zwischen Transportwagen (Dolly) und Person mit Hilfe der Schutzfelder und Warnfelder des Laserscanners. Hierbei erfolgt eine Umsetzung der Fahrsituation „Last anfahren“.
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Das Flurförderzeug kann demnach auch mit einem System zur Datenverarbeitung ausgeführt sein, umfassend Mittel zur Ausführung der vorstehend genannten Schritte des Verfahrens mit der Detektoreinrichtung. Insbesondere ist das System eingerichtet, mittels der Detektoreinrichtung im Fahrweg befindlichen Personen und/oder Objekten festzustellen, insbesondere unter Einsatz der Auswerteeinheit, wobei
- - die Auswerteeinheit zum Vergleich mit erwarteten Referenzpositionen der Objekte eingerichtet ist, und
- - bei Feststellen einer (vorgebbar) unzulässigen Veränderung (bei erfassten Abweichungen der erwarteten Referenzpositionen der Objekte) das (unverzügliche) Stoppen der Fahrt des Flurförderzeugs veranlasst wird.
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Vorsorglich sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung von Elementen mit Zahlwörtern („erste“, „zweite“, ...) regelmäßig nur zur Unterscheidung erfolgt und keine Abhängigkeit oder Reihenfolge der Elemente vorgeben muss. Mit Blick auf die Sensoren bedeutet dies beispielsweise, dass deren Anbringung (stationär, mitfahren) und/oder Ort (an einem Träger, Greifer, etc.) unabhängig von der Bezeichnung frei bzw. entsprechend den technischen Gegebenheiten wählbar ist.
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Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend 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 explizit untersagt wird. Es zeigen schematisch:
- 1: eine Draufsicht auf ein fahrerloses, autonom agierendes Flurförderzeug mit einem Steuerungssystem und einer Detektoreinrichtung;
- 2: ein Blockschaltbild mit dem Steuerungssystem, an das ein Laserscanner und Antriebsmotoren angeschlossen sind;
- 3: eine Seitenansicht auf das Flurförderzeug gemäß 1 mit beladener Last und einem Laserscanner; und
- 4: eine Draufsicht auf das Flurförderzeug gemäß 3 mit dem Laserscanner sowie mit einem Warnfeld und einem Schutzfeld.
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1 zeigt eine Draufsicht auf ein fahrerloses, autonom agierendes Flurförderzeug 1 mit einem Steuerungssystem 3, einem Lastsensor 6 (Lagesensor) und einem Laserscanner 8.
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Das hier vorgestellte Flurförderzeug 1, aufweisend einen Ladebereich 1.1 für eine zu transportierende Last 2 (siehe 3), umfasst zumindest das Steuerungssystem 3, das das Flurförderzeug 1 steuert und lenkt und eine Auswerteeinheit 4 (siehe 2), die ein Signal zum Anhalten des Flurförderzeugs 1 erzeugt. Die Detektoreinrichtung 5 (siehe 2) zur Erkennung der Anordnung der Last 2 ist an das Steuerungssystem 3 angeschlossen, wobei die Detektoreinrichtung 5 als Lastsensor 6 einen induktiven Sensor sowie einen Laserscanner 8 umfasst. Das Steuerungssystem 3 umfasst eine erste Steuereinheit 9 für die gewünschte Fahrtrichtung und die Geschwindigkeit, eine zweite Steuereinheit 10 für die Bewegung und eine dritte Steuereinheit 11 für die Sicherheit des Flurförderzeugs 1. Mit 12 ist ein erster Motor für die Fahrbewegung des Flurförderzeugs 1 und mit 13 ein zweiter Motor für die Höhenverstellung einer Hub- und Absenkeinrichtung 14 (siehe 2) bezeichnet. Mit 15 ist ein erster Drehgeber (Soll-Drehzahl) und mit 16 ist ein zweiter Drehgeber, zum Beispiel SIL-2-Drehgeber bezeichnet. Mit A, B sind Bewegungsrichtungen bezeichnet. Das Flurförderzeug 1 kann ein Activ Shuttle (AS) sein. Mit 27 ist ein an einer Ladekante 1.2 angrenzender Bearbeitungsbereich bezeichnet.
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2 veranschaulicht ein Blockschaltbild mit dem Steuerungssystem 3 für das hier vorgestellte Flurförderzeug 1. Der Lastsensor 6 und der Laserscanner 8 sind über die Auswerteeinheit 4 an das elektronische Steuerungssystem 3 durch eine datenleitende Verbindung 17 angeschlossen. Die zweite Steuereinheit 10 steht über den ersten Drehzahlgeber 15 (Soll-Drehzahl) mit dem ersten Motor 12 in Verbindung. Der zweite Drehzahlgeber 16 steht mit der dritten Steuereinheit 11 in Verbindung. Ein Bremssystem 18 ist an das Steuerungssystem 3 angeschlossen, das ein Signal an den ersten Motor 12 zum Anhalten des Flurförderzeugs 1 erzeugen kann. Das Bremssystem 18 kann auch allein oder in Kombination mit dem ersten Motor 12 auf das Flurförderzeug 1 einwirken. Weiterhin ist der zweite Motor 13 für den Antrieb der Hub- und Absenkeinrichtung 14 an das Steuerungssystem 3 angeschlossen. Die Detektoreinrichtung 5 kann ebenso zur Erkennung zur Positionierung der Hub- und Absenkeinheit 14 herangezogen werden. Mit 19 ist ein Speicherelement bezeichnet.
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3 zeigt eine Seitenansicht auf das Flurförderzeug 1 gemäß 1 mit einer beladenen Last 2 und als Lastsensor 6 einen induktiven Sensor, zum Beispiel einen induktiven Näherungssensor. Der Lastsensor 6 ist an der Rückseite der Ladefläche 1.1 des Flurförderzeugs 1 angebracht und in Richtung der Last 2 ausgerichtet. Die Last 2 besteht hierbei aus einem Ladegut 21 und einem Transportwagen 22, mit dem das Ladegut 21 transportiert werden kann. Mit 20.1, 20.2 und 20.3 sind Räder des Flurförderzeugs 1 bezeichnet. Mit 23.1 und 23.2 sind Räder des Transportwagens 22 bezeichnet. Der Laserscanner 8 ist am Heck des Flurförderzeugs 1 angebracht. Das Lasersichtfeld 8.1 ist in Richtung weg von dem Flurförderzeug 1 ausgerichtet. Mit 6 ist der Lastsensor (Lagesensor) bezeichnet.
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4 stellt eine Draufsicht auf das Flurförderzeug 1 gemäß 3 mit dem Laserscanner 8 mit einem schmalen Schutzfeld 24 und einem breiten Warnfeld 25 dar. Das Schutzfeld 24 und das Warnfeld 25 befinden sich in dem Raum zwischen den stationären Transportwagen 22.1, 22.2 und 22.3 sowie dem Flurförderzeug 1. Außerdem ist noch ein Fußgängerweg 26 dargestellt.
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Die grundsätzliche Ablauflogik hierzu kann wie folgt zusammengefasst werden:
- 1. Die erste Steuereinheit 9 gibt die gewünschte Fahrtrichtung und die Geschwindigkeit an die zweite Steuereinheit 10.
- 2. Die zweite Steuereinheit 10 gibt die gewünschte Fahrtrichtung weiter an die dritte Steuereinheit 11, berechnet die Soll-Drehzahlen und gibt diese an die Motoren.
- 3. Die dritte Steuereinheit 11 erkennt, wenn das Schutzfeld 24 des hinteren Laserscanners 8 auslöst (Personenerkennung) und setzt über die zweite Steuereinheit 10 die Geschwindigkeit solange auf v = 0 mm/s, bis das Schutzfeld 24 wieder frei ist. (Die Soll-Geschwindigkeiten der dritten Steuereinheit 11 haben Vorrang vor den Wunschgeschwindigkeiten der ersten Steuereinheit 9).
- 4. Die dritte Steuereinheit 11 erkennt, wenn die beiden Warnfelder 25 des hinteren Laserscanners 8 auslösen (Dolly-Erkennung), schaltet diesen Laserscanner 8 auf ein schmaleres Schutzfeld 24 und der Ladevorgang wird fortgesetzt.
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Das hier vorgestellte fahrerlose, autonom agierende Flurförderzeug 1 (AGV) findet bevorzugt Anwendung zum Beispiel in Fabriken, Lagerhallen, Supermärkten oder Krankenhäusern. Aufgrund von Sensoren, zum Beispiel Laserscanner, induktive Näherungssensoren, Ultraschallsensoren und/oder 3D-Kameras, werden Kollisionen (insbesondere mit einer Person und/oder einem Gegenstand) und/oder Orientierungslosigkeit vermieden. Transportiert werden beispielsweise Paletten, Kisten, Regale, Einzelteile oder Kleinladungsträger (KLTs) mit oder ohne Transportwagen (Dolly).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flurförderzeug
- 1.1
- Ladebereich
- 1.2
- Ladekante
- 2
- Last
- 3
- Steuerungssystem
- 4
- Auswerteeinheit
- 5
- Detektoreinrichtung
- 6
- Lastsensor
- 7
- Sensorsystem
- 8
- Laserscanner
- 8.1
- Lasersichtfeld
- 9
- erste Steuereinheit
- 10
- zweite Steuereinheit
- 11
- dritte Steuereinheit
- 12
- erster Motor
- 13
- zweiter Motor
- 14
- Hub- und Absenkeinrichtung
- 15
- erster Drehgeber
- 16
- zweiter Drehgeber
- 17
- datenleitende Verbindung
- 18
- Bremssystem
- 19
- Speicherelement
- 20.1, 20.2, 20.3
- Räder des Flurförderzeugs
- 21
- Ladegut
- 22
- Transportwagen
- 22.1, 22.2, 22.3
- Stationäre Transportwagen
- 23.1, 23.2
- Räder des Transportwagens
- 24
- Schutzfeld
- 25
- Warnfeld
- 26
- Fußgängerweg
- 27
- Bearbeitungsbereich
- A, B
- Bewegungsrichtungen
