DE102020131861A1

DE102020131861A1 - Intelligentes halterungssystem und -verfahren

Info

Publication number: DE102020131861A1
Application number: DE102020131861.8A
Authority: DE
Inventors: Xiang Zhao; Ningjian Huang; Jinglin Li; Jeffrey A. Abell
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2021-07-22
Also published as: CN113135242B; CN113135242A; US20210223782A1; US11194339B2

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zur Bestimmung und Korrektur von autonomen Transportungleichgewichten bereitgestellt. Ein Transportfahrzeug wird auf einer Strecke betrieben. Eine Halterungsplatte ist über eine Verbindung mit dem Transportfahrzeug gekoppelt, um eine Nutzlast zu tragen. Ein Sensor bestimmt die Position der Verbindung. Eine Steuerung modifiziert den Betrieb des Transportfahrzeugs als Reaktion auf eine Änderung der Position des Gelenks, um Ungleichgewichte zu korrigieren.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf den Transport von Nutzlasten, z.B. durch den Einsatz automatisierter Fahrzeuge, und bezieht sich insbesondere auf eine intelligente Halterung für die Bewegung von Gegenständen durch automatisierte Fahrzeuge bei gleichzeitiger Korrektur von Ungleichgewichten, die sonst auf die Nutzlast übertragen würden.
Bei einer Vielzahl von Vorgängen in Logistik, Fertigung und allgemeinem Materialtransport müssen Nutzlasten, die Materialien und Objekte umfassen können, von einem Ort zum anderen bewegt werden. Automatisch geführte Fahrzeuge (AGV) wurden eingesetzt, um Dinge mit begrenzter oder keiner direkten menschlichen Führung automatisch zu bewegen. AGV's können einer vordefinierten Strecke folgen, z.B. indem sie einem in den Boden eingelassenen Draht/Band folgen, oder sie können so vorprogrammiert sein, dass sie der Strecke folgen. In der Regel führt ein AGV die ihm zugewiesenen Aufgaben individuell aus. Um die Effektivität und/oder Effizienz zu erhöhen, wird eine größere Flexibilität und Fähigkeit zur Bewegung von Nutzlasten, z.B. durch AGV-artige Vorrichtungen, angestrebt.
Dementsprechend ist es wünschenswert, Systeme und Verfahren bereitzustellen, die eine effektivere und effizientere Material-/Objektbewegung durch Transportfahrzeuge, wie z.B. AGVs, ermöglichen. Darüber hinaus werden weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorstehenden technischen Gebiet und der Einleitung ersichtlich.
BESCHREIBUNG
Es werden Systeme und Verfahren zum Bestimmen und Korrigieren von autonomen Transportungleichgewichten bereitgestellt. Mindestens ein Transportfahrzeug wird auf einer Strecke betrieben. Um eine Nutzlast zu transportieren, ist eine Halterungsplatte über eine Verbindung mit dem Transportfahrzeug gekoppelt. Ein Sensor bestimmt eine Position der Verbindung. Mindestens eine Steuerung modifiziert den Betrieb des Transportfahrzeugs als Reaktion auf eine Änderung der Position der Verbindung, um Ungleichgewichte zu korrigieren.
In zusätzlichen Ausführungsformen enthält die Halterungsplatte ein Verbindungssystem, um die Halterungsplatte mit einer zweiten Halterungsplatte in einer von mehreren alternativen Orientierungen auszurichten.
In weiteren Ausführungsformen umfasst das Verknüpfungssystem Laschen und Schlitze.
In zusätzlichen Ausführungsformen enthält die Halterungsplatte einen Drucksensor. Die Steuerung verwendet ein Signal des Drucksensors, um zu bestimmen, ob die Nutzlast korrekt geladen ist.
In zusätzlichen Ausführungen enthält die Halterungsplatte einen Lokalisierer, um die Nutzlast auf der Halterungsplatte zu lokalisieren. Der Drucksensor wird am Lokalisierer positioniert.
In zusätzlichen Ausführungen enthält die Halterungsplatte eine Reihe von Abstandssensoren, um eine Nähe von Hindernissen um die Halterungsplatte herum zu erfassen.
In zusätzlichen Ausführungsformen enthält die Halterungsplatte einen elektrischen Verbinder zur Kopplung mit einer benachbarten Halterungsplatte.
In weiteren Ausführungsformen berechnet die Steuerung einen Stellungsfehler der Halterungsplatte.
In zusätzlichen Ausführungsformen erzeugt die Steuerung ein Bewegungssteuerungssignal des Transportfahrzeugs, um den Stellungsfehler zu minimieren.
In weiteren Ausführungsformen verändert die Steuerung die Geschwindigkeit des Transportfahrzeugs basierend auf dem Stellungsfehler.
In einer Reihe anderer Ausführungsformen umfasst ein Verfahren das Betreiben eines Transportfahrzeugs auf einer Strecke; das Ankoppeln einer Halterungsplatte an das Transportfahrzeug durch eine Verbindung; das Tragen einer Nutzlast auf der Halterungsplatte; das Bestimmen einer Position der Verbindung durch einen Sensor; und das Modifizieren des Betriebs des Transportfahrzeugs als Reaktion auf eine Änderung der Position der Verbindung.
In zusätzlichen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren das Ausrichten der Halterungsplatte mit einer zweiten Halterungsplatte in einer von mehreren alternativen Orientierungen unter Verwendung eines Verbindungssystems.
In zusätzlichen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren das Bilden des Verbindungssystems in Form von Laschen und Schlitzen.
In zusätzlichen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren das Verwenden eines Signals von einem Drucksensor, um zu bestimmen, ob die Nutzlast korrekt geladen ist.
In zusätzlichen Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren das Lokalisieren der Nutzlast auf der Halterungsplatte mit Hilfe des Lokalisierers, wobei der Drucksensor am Lokalisierer positioniert wird.
In zusätzlichen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren das Verwenden von Abstandssensoren zur Bestimmung einer Nähe von Hindernissen um die Halterungsplatte herum.
In weiteren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren das Koppeln der Halterungsplatte mit einer benachbarten Halterungsplatte durch einen elektrischen Verbinder.
In weiteren Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren das Berechnen eines Stellungsfehlers der Halterungsplatte.
In zusätzlichen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren das Erzeugen eines Bewegungssteuerungssignals des Transportfahrzeugs, um den Stellungsfehler zu minimieren; und das Ändern einer Geschwindigkeit des Transportfahrzeugs auf der Grundlage des Stellungsfehlers.
In einer Reihe weiterer Ausführungsformen umfasst ein Befestigungssystem zwei oder mehrere autonome Transportfahrzeuge, wobei jedes über eine Verbindung verfügt, die eine Halterungsplatte mit dem autonomen Transportfahrzeug koppelt. Jede Halterungsplatte enthält eine Reihe von Sensoren zur Erfassung der beobachtbaren Bedingungen in Bezug auf die Halterungsplatte. Ein Verbindungssystem richtet die Halterungsplatten in einer von mehreren alternativen Orientierungen aus. Eine Steuerung modifiziert den Betrieb der autonomen Transportfahrzeuge als Reaktion auf eine Änderung der Position mindestens einer der ersten und zweiten Verbindung, um Ungleichgewichte zu korrigieren.
Figurenliste
Die beispielhaften Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleichartige Ziffern gleichartige Elemente bezeichnen, und wobei:

1 in der Draufsicht schematisch einen Schwarm von autonomen Transportfahrzeugen mit Halterungssystemen einschließlich Halterungsplatten zeigt, die eine Nutzlast tragen, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 eine schematische Draufsicht auf die autonomen Transportfahrzeuge von 1 ist, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Halterungsplatten und die Nutzlast weggelassen wurden;
3 eine schematische Draufsicht auf die Halterungsplatten von 1 ohne eine Nutzlast ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 ein schematischer Schnitt durch die in 3 angedeutete Linie 4-4 ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5 ein schematischer Schnitt durch die in 3 angedeutete Linie 5-5 ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
6 eine schematische Draufsicht auf eine Gruppe rekonfigurierbarer Halterungsplatten ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
7 schematisch in der Draufsicht ein autonomes Transportfahrzeug mit Halterungsplatte und zwischenpositionierter, neupositionierbarer Verknüpfungsverbindung zeigt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
8 eine schematische Unteransicht einer Halterungsplatte ist, die Details einer Sensoreinheit zeigt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
9 eine schematische Draufsicht auf eine Halterungsplatte ist, die Details einer Sensoreinheit zeigt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
10 eine schematische Seitenansicht einer Halterungsplatte ist, die Details einer Sensoreinheit zeigt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
11 eine schematische Endansicht einer Halterungsplatte ist, die Details einer Sensoreinheit zeigt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
12 ein Steuerungssystem-Diagramm für das Halterungssystem von 1 ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
13 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung von Verknüpfungsverbindungen für einen AMR ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden beispielhafte Ausführungsformen offenbart, die die Anwendung und ihre Verwendungen nicht einschränken sollen. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, an eine ausdrückliche oder implizierte Theorie gebunden zu sein, die im vorhergehenden technischen Gebiet, im Hintergrund, in einer kurzen Beschreibung oder in der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird. In der hier verwendeten Form bezieht sich der Begriff Modul auf jede Hardware, Software, Firmware, elektronische Steuerkomponente, Verarbeitungslogik und/oder Prozessorvorrichtung, einzeln oder in beliebiger Kombination, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können hierin in Form von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Es ist zu beachten, dass solche Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten realisiert werden können, die so konfiguriert sind, dass sie die angegebenen Funktionen erfüllen. Zum Beispiel kann eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verschiedene integrierte Schaltungskomponenten verwenden, z.B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder ähnliches, die eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuervorrichtungen ausführen können. Darüber hinaus werden Fachleute erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Steuerungssystemen praktiziert werden können und dass das hier beschriebene Fahrzeugsystem nur eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
Der Kürze halber werden konventionelle Techniken in Bezug auf Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalisierung, Steuerung und andere funktionelle Aspekte der Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hier nicht im Detail beschrieben. Darüber hinaus sollen die in den verschiedenen Figuren gezeigten Verbindungslinien beispielhafte Funktionsbeziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es ist zu beachten, dass viele alternative oder zusätzliche funktionelle Beziehungen oder physische Verbindungen in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorhanden sein können.
Wie hier beschrieben, bieten die offenbarten System- und Verfahrensausführungsformen mehr Flexibilität für den Einsatz kostengünstiger und/oder generischer autonomer Transportfahrzeuge wie AGVs und autonomer mobiler Roboter (AMRs) in einem breiten Spektrum von Anwendungen einzeln und in Schwärmen. Die eingesetzten AGVs/AMRs können eine begrenzte Rechenleistung haben, während die Fähigkeiten der offenbarten Halterungssysteme Ungleichgewichte korrigieren können, um Nutzlasten verschiedener Konfigurationen sicher zu bewegen. Beispielsweise sind eine oder mehrere Halterungsplatten rekonfigurierbar, um verschiedene Arten von Nutzlasten zu stützen. Sensoren/Kodierer liefern Informationen über die relativen Positionen/Winkel zwischen den autonomen Transportfahrzeugen und den zugehörigen Halterungsplatten, die dazu dienen, den Betrieb der autonomen Transportfahrzeuge dynamisch anzupassen, um Schwankungen während eines Einsatzes auszugleichen und Schäden an der Nutzlast zu vermeiden. In einigen Ausführungsformen können die einzelnen relativen Positionen/Winkel der Halterungsplatten modifiziert werden, um Ungleichgewichte weiter zu korrigieren oder Schwankungen auszugleichen. In einer Vielzahl von Ausführungsformen können die Halterungsplatten Abstands- /Näherungssensoren enthalten, um das Vorhandensein von Hindernissen und/oder Entfernungen zu Lade- oder Verarbeitungsorten zu bestimmen. Die Halterungsplatten können auch eine Art von Ladesensoren aufweisen, um die korrekte Belastung der Nutzlast zu überprüfen und/oder um Lasten für einen stabilen Transport auszubalancieren. Die Halterungsplatten können modular aufgebaut sein und können mit anderen Halterungsplatten in einer beliebigen Anzahl von Konfigurationen verbunden werden, um eine flexible und skalierbare Plattform zur Aufnahme verschiedener Nutzlasten zu ermöglichen.
Eine Ausführungsform, wie sie in 1 dargestellt ist, kann eine Anzahl von autonomen Transportfahrzeugen 20, 22, 24 umfassen, die zusammenarbeiten. Beispieltransportfahrzeuge können im Allgemeinen in ihrer Mission autonom sein, z.B. um eine Route zwischen verschiedenen Orten zu befahren und dabei die Nutzlast zu transportieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein autonomes Transportfahrzeug 20, 22, 24 allein operieren, um eine Mission zu erfüllen, oder mit einer Anzahl anderer autonomer Transportfahrzeuge 20, 22, 24 in einem Schwarm gruppiert sein, der je nach den Erfordernissen einer bestimmten Mission in Echtzeit gebildet werden kann. In einer Reihe von Ausführungsformen können Parameter wie Größe, Form, Gewicht der Nutzlast und/oder Ortungsposition(en) verwendet werden, um einen Fußabdruck des Schwarms, die Anzahl der für die Mission benötigten autonomen Transportfahrzeuge und/oder die Positionierung der autonomen Transportfahrzeuge relativ zueinander zu bestimmen. Die autonomen Transportfahrzeuge 20, 22, 24 usw. können autonom durch die Mission navigieren und miteinander und mit anderen Geräten kommunizieren. Die hier beschriebenen Halterungsplattensysteme und - verfahren können mit verschiedenen autonomen Transportfahrzeugen verwendet werden, einschließlich derer, die beschreiben sind in der am 9. September 2018 eingereichten anhängigen US-Patentanmeldung 16/124,329 mit dem Titel „Real-Time Formed Robotic Swarm for Material Handling“, die dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung zugeordnet ist und die hierin ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Unter Bezugnahme auf 2 zusammen mit 1 enthält jedes autonome Transportfahrzeug 20, 22, 24 eine Anzahl von Rädern 26, um auf einer Oberfläche, wie z.B. einem Boden 28, zu fahren. In der vorliegenden Ausführungsform bilden die autonomen Transportfahrzeuge 20, 22, 24 einen Schwarm 36 von drei. Es sollte verstanden werden, dass ein Schwarm in verschiedenen Ausführungsformen eine beliebige Anzahl von autonomen Transportfahrzeugen 20, 22, 24 enthalten kann, die für die Beförderung der Nutzlast einer bestimmten Mission geeignet sind. Während sich der Schwarm 36 über den Boden 28 oder eine andere Oberfläche bewegt, die er durchquert, können Positions- oder Formationsabweichungen zwischen den einzelnen autonomen Transportfahrzeugen 20, 22, 24 auftreten, z.B. durch unvollkommene Bedienung, unebene Stellen auf dem Boden 28, Kurvenfahrten oder andere Faktoren. Wie hier beschrieben, tragen die autonomen Transportfahrzeuge 20, 22, 24 jeweils ein Halterungssystem 30, 32 bzw. 34, das eine Reihe von Vorteilen bietet, u.a. hilft, die Schwankungen auszugleichen, um ein konsistentes Stützsystem für die Nutzlast aufrechtzuerhalten. Wie hierin beschrieben, können sich Vorteile ergeben, so dass die Nutzlast geschützt und sicher transportiert wird. Jedes der Halterungssysteme 30, 32, 34 ist flexibel, z.B. durch den Einbau einer Halterungsplatte 40, 42 bzw. 44, die auf die zu transportierende Nutzlast zugeschnitten werden kann, und jedes kann Aspekte aufweisen, die zwischen den verschiedenen autonomen Transportfahrzeugen 20, 22, 24, mit denen es verbunden ist, variieren. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Schwarm 36 so konfiguriert, dass er als Beispiel eine Achsenbaugruppe 48 für ein Fahrzeug (nicht abgebildet) trägt, wobei das Halterungssystem 32 anders als die Halterungssysteme 30, 34 aufgebaut ist, um sich der Form der Achsenbaugruppe 48 anzupassen. Zum Beispiel enthält das Halterungssystem 32 eine Halterung 52, die anders als die Halterungen 50, 54 aufgebaut ist. Jede Einheit enthält auch eine Verbindung 60, 62, 64 zwischen einem jeweiligen autonomen Transportfahrzeug 20, 22, 24 und seiner jeweiligen Halterungsplatte 40, 42, 44, die, wie weiter unten beschrieben, dynamisch ist.
Es ist mindestens eine Steuerung 68 enthalten, die als Schnittstelle und zur Steuerung verschiedener Aspekte und Funktionen einschließlich der der Halterungssysteme 30, 32, 34 dient. Die Steuerung(en) 68 kann/können auch verschiedene Aspekte eines oder mehrerer der autonomen Transportfahrzeuge 20, 22, 24 steuern. In einer Reihe von Ausführungsformen kann jedes autonome Transportfahrzeug 20, 22, 24 eine separate Steuerung haben (nicht abgebildet). Beim Betrieb im Schwarm 36 kann ein autonomes Transportfahrzeug 20, 22, 24 als Führungsfahrzeug zur Koordinierung der Steuerung fungieren. In einer Reihe von Ausführungsformen kann (können) die Steuerung(en) 68 eine Reihe von Steuerungen sein, von denen jeweils eine von jeder der Halterungsplatten 40, 42, 44 getragen wird. In einer Reihe von zusätzlichen Ausführungsformen kann (können) (die) Steuerung(en) 68 eine Einsteck-Einschalt-Einheit (Plug-n-Play-Einheit) sein, die während des Einrichtens mit einer der Halterungsplatten 40, 42, 44 gekoppelt wird. In einer Reihe von zusätzlichen Ausführungsformen kann/können die Steuerung(en) 68 ferngesteuert sein und mit dem Schwarm 36 drahtlos oder durch andere Verfahren gekoppelt werden. Aspekte der Steuerung(en) werden weiter unten beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 3 zeigt eine Ausführungsform der Halterungsplatten 40, 42, 44, dass jede ein Verbindungssystem 70, 72, 74 aufweist, durch das die Halterungsplatten 40, 42, 44 in verschiedenen Konfigurationen ineinander greifen können. Die Verbindungssysteme 70, 72, 74 ermöglichen es den Halterungsplatten 40, 42, 44, in verschiedenen Konfigurationen ineinander zu greifen und sich nach Abschluss eines Einsatzes leicht voneinander zu trennen. Zum Beispiel können zu Beginn eines Einsatzes die autonomen Transportfahrzeuge 20, 22, 24, die mit den Halterungsplatten 40, 42, 44 verbunden sind, aufeinander zu fahren und in einer für die Nutzlast geeigneten Konfiguration ineinander greifen. Als Teil der Verbindungssysteme 70, 72, 74 greifen die Laschen 80 der Halterungsplatte 40 in die Schlitze 92 der Halterungsplatte 42 ein. Außerdem greifen die Laschen 82 der Halterungsplatte 42 in die Schlitze 90 der Halterungsplatte 40 und in die Schlitze 94 der Halterungsplatte 44 ein. Zusätzlich greifen die Laschen 84 der Halterungsplatte 44 in die Schlitze 92 der Halterungsplatte 42 ein. Die Verbindungssysteme 70, 72, 74 helfen beim Ausrichten der Halterungsplatten 40, 42, 44, aber in dieser Ausführungsform verriegeln sie die Halterungsplatten 40, 42, 44 nicht miteinander. Dementsprechend können sich die Halterungsplatten 40, 42, 44 nach Abschluss der Mission leicht trennen und die zugehörigen autonomen Transportfahrzeuge 20, 22, 24 können sich trennen und unabhängig voneinander arbeiten, um zu ihrer nächsten Mission zu gelangen.
Die Halterungsplatten 40, 42, 44 enthalten eine Reihe von Lokalisierern 100, 102, 104 zum Aufstellen von Halterungen, die auf verschiedene Nutzlasten zugeschnitten sind. Die Lokalisierer 100, 102, 104 können verschiedene Formen wie Zapfen, Löcher, Schlitze usw. haben und je nach Bedarf über die Oberseite oder andere Flächen der Halterungsplatten 40, 42, 44 verteilt werden. Die Halterungsplatten 40, 42, 44 können elektrische Verbinder 106, 108 zur automatischen Kopplung elektrischer Merkmale enthalten, wenn die Halterungsplatten 40, 42, 44 zu Beginn eines Einsatzes zusammengeführt werden.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 4 sind die Drucksensoren 110, 112 mit den Lokalisierern 104 als Beispiel assoziiert, um die Belastung der Nutzlast wie weiter unten beschrieben zu bestimmen. Darüber hinaus werden, wie in 5 gezeigt, die Sensoren, wie z.B. Kodierer 114, 116, 118, jeweils neben einer entsprechenden Verbindung 60, 62, 64 positioniert, um die Position und Neigung der Halterungsplatten 40, 42, 44 relativ zu ihrem jeweiligen autonomen Transportfahrzeug 20, 22, 24 zu messen, wie weiter unten näher beschrieben. Die Kodierer 114, 116, 118 können in ihre jeweilige Halterungsplatte 40, 42, 44 eingebettet oder auf andere Weise montiert werden, um die relative Position und Neigung zu bestimmen. In einer Reihe von Ausführungsformen können die Kodierer 114, 116, 118 jeder beliebige Sensor sein, der Positions- und/oder Winkeländerungen in Echtzeit in elektronische Signale umwandelt.
Wie in 6 dargestellt, sind die Halterungsplatten 110, 112, 114 mit den Verbindungssystemen 116, 118, 120 konfiguriert, die eine weitere Flexibilität bei der relativen Positionierung ermöglichen. In diesem Beispiel hat jede Halterungsplatte Laschen und Schlitze an jeder Seite und an jedem Ende. Zum Beispiel hat die Halterungsplatte 110 Laschen und/oder Schlitze an der Seite 122 und an der Seite 124. Darüber hinaus hat die Halterungsplatte 110 Laschen und/oder Schlitze an Seite 126 und an Seite 128. Die Halterungsplatten 112, 114 sind ähnlich konfiguriert. Folglich können die Halterungsplatten 110, 112, 114 an einer oder beiden Seiten und/oder Enden ineinandergreifen. Es ist zu beachten, dass, während das aktuelle Beispiel Halterungsplatten mit allgemein rechteckiger Form umfasst, andere Ausführungsformen Halterungsplatten in jeder anderen Form umfassen können, wie z.B. polygonal, abgerundet, gebogen usw., je nach den Nutzlasten, die transportiert werden sollen. Zusätzlich, während Laschen und Schlitze in diesem Beispiel enthalten sind, können andere Formen für die Verbindungssysteme verwendet werden, wie gerade Kanten oder Merkmale, die abgerundet, gebogen, abgewinkelt usw. sind, wie es für die lösbare Ausrichtung der Halterungsplatten 110, 112, 114 zur Aufnahme der vorgesehenen Nutzlasten geeignet ist.
Wie in 7 schematisch dargestellt, ist ein Verknüpfungsverbindungssystem 130 dargestellt, das für die Verbindungen 60, 62, 64 verwendet werden kann. Das Verknüpfungsverbindungssystem 130 in diesem Beispiel bietet Flexibilität und erweiterte Möglichkeiten für die Verbindung zwischen dem autonomen Transportfahrzeug 132 und der Halterungsplatte 134. Das Verknüpfungsverbindungssystem 130 umfasst eine Verbindung 136, das eine Reihe von Freiheitsgraden zwischen der Halterungsplatte 134 und dem autonomen Transportfahrzeug 132 bietet. Die Verbindung 136 kann als Scharnier, Kugelgelenk, Kardangelenk oder als anderer Mechanismus konfiguriert werden, um ein Schwenken und/oder Drehen der Aufspannplatte 134 relativ zum autonomen Transportfahrzeug 132 zu ermöglichen. In einer Reihe von Ausführungsformen kann die Verbindung 136 passiv sein, sich als Reaktion auf aufgebrachte Kräfte bewegen und, z.B. unter Federwirkung, zur Rückkehr in eine Ausgangsstellung vorgespannt sein. In einer Reihe anderer Ausführungsformen kann ein Aktuator 138 verwendet werden, um die Verbindung 136 automatisch und dynamisch zu positionieren und kann Zahnräder, Bänder, Schrauben, Gestänge, Elektromagnetismus oder andere Mechanismen verwenden, um die Bewegung zu bewirken. Ein Kodierer 140 liefert ein Signal zur Bestimmung der relativen Position und/oder des Winkels. In dieser Ausführungsform ist ein zweiter Aktuator 142 enthalten, um die Höhe der Halterungsplatte 134 relativ zum autonomen Transportfahrzeug 132 zu variieren. Der Kodierer 140 kann Daten über die relative Höhe liefern, oder es kann ein separater Sensor verwendet werden. Das Verknüpfungsverbindungssystem 130 ermöglicht die Echtzeitkompensation von Variablen, die aufgrund von Faktoren wie Betriebsflächenschwankungen und Formationsabweichungen im Schwarm 36 entstehen können. Die Kompensation kann durch Variation des Betriebs des autonomen Transportfahrzeugs 132 zur Korrektur und/oder durch Betätigung der Verbindung 136 erfolgen. In einer Reihe von Ausführungsformen ermöglicht die aktive Kompensation den Einsatz von kostengünstigeren autonomen Transportfahrzeugen, die nach milderen Spezifikationen mit weniger präzisen Betriebstoleranzen gebaut werden können.
Unter Bezugnahme auf 8-11 wird für die Halterungsplatte 152 eine Sensoreinheit 150 gezeigt, deren Aspekte auf andere Halterungsplatten, wie die Halterungsplatten 40, 42, 44, anwendbar sind. In 8 ist die obere 154 der Halterungsplatte 152 dargestellt, die der Fläche entspricht, auf der die Nutzlast getragen wird. Jeder Lokalsierer 156 ist von einem Drucksensor 158 umgeben, der den Druck der Nutzlast auf die Halterungsplatte 152 abbildet. Jeder Lokalisierer 156 definiert eine Ladezone, durch die das Gewicht der Nutzlast auf die Halterungsplatte 152 übertragen wird. Eine beliebige Anzahl von Ladezonen kann enthalten sein, so dass in einigen Ausführungsformen die Oberseite 154 der Halterungsplatte im Wesentlichen mit einem druckempfindlichen Film oder einer Schicht zur Abbildung der Last auf die Halterungsplatte 152 bedeckt sein kann. Das erwartete Druckprofil einer gegebenen Nutzlast kann für jede Halterungsplatte im Schwarm auf der Grundlage von Faktoren wie Gewicht, Größe/Fußabdruck und Lokalisierungsschema für eine ausbalancierte Beladung der autonomen Transportfahrzeuge vorbestimmt werden. In dieser Ausführungsform werden die Druckmesssignale der Drucksensoren 158 verwendet, um die beladene Position der Nutzlast zu verifizieren, indem das vorgegebene Druckprofil mit dem aktuellen Druckprofil verglichen wird, das von den Drucksensoren 158 ermittelt wurde. Wenn Abweichungen zwischen den aktuell beladenen Nutzlastpositionen, wie sie durch die Drücke und das vorbestimmte Profil widergespiegelt werden, auftreten und wenn die Abweichungen eine vorgegebene Spezifikation/Toleranz überschreiten, wird die Beladung als nicht ausbalanciert betrachtet. Wenn eine nicht ausbalancierte Beladung auftritt, kann ein Alarm oder ein anderer Indikator ausgegeben werden, um anzuzeigen, dass eine erneute Beladung erforderlich ist, und/oder der beladene Schwarm kann so programmiert werden, dass er sich nicht bewegt.
Wie in 9 dargestellt, ist der Boden 160 der Halterungsplatte 152 dargestellt, der der Fläche entspricht, die dem zugehörigen autonomen Transportfahrzeug 20, 22, 24 zugewandt ist. In dieser Ausführungsform enthält jede der Verbindungen 162, 164 zur Kopplung mit dem autonomen Transportfahrzeug 20, 22, 24 einen Sensor, der in diesem Beispiel jeweils ein Kodierer 166, 168 ist. Die Kodierer 166, 168 messen Position/Winkel der Halterungsplatte 152 relativ zu ihrem jeweiligen autonomen Transportfahrzeug 20, 22, 24, um ein Steuern zu ermöglichen, die Ausrichtung zwischen den verschiedenen Halterungsplatten in dem gegebenen Schwarm aufrechtzuerhalten und die Beanspruchungen auf die Nutzlast zu begrenzen, wie weiter unten beschrieben.
In 10 ist eine Seite 170 der Halterungsplatte dargestellt, die entweder mit anderen Halterungsplatten im Schwarm zusammenpasst oder sich im Schwarm auf der Außenseite der Halterungsplatten befindet. Die Seite 170 enthält Abstandssensoren 172, 174, die je nach Bedarf eingebettet oder einsteckbar eingebaut werden können, um die Nähe von Objekten zu erfassen. Die Abstandssensoren 172, 174 können vom Ultraschalltyp, elektromagnetisch oder ein anderer Typ sein. In einer Reihe von Ausführungsformen werden die Abstandssensoren 172, 174 eingesetzt, um die Nähe anderer Objekte zu bestimmen, wie z.B. andere Halterungsplatten während der Schwarmbildung, Hindernisse auf dem Weg und/oder Strukturen an den Zielorten. 11 veranschaulicht das Ende 176 der Halterungsplatte 152, die in ähnlicher Weise auch die Abstandssensoren 178, 180 enthält. Darüber hinaus enthält das Ende 176 einen Navigationssensor 182 zur Verwendung durch das zugehörige autonome Transportfahrzeug 20, 22, 24 bei der Selbstnavigation mit LIDAR, RADAR, Kameras oder anderen visuellen Navigationsgeräten, die die dreidimensionale Sicht erleichtern. Das Ende 184 der Halterungsplatte 152 kann ähnlich wie das Ende 176 konfiguriert werden.
Allgemeine Aspekte eines Steuerungssystems 190 für das Halterungssystem 30, 32, 34 sind in 12 dargestellt. Das Steuerungssystem 190 umfasst im Allgemeinen die Steuerung 68, die Sensoren 158, 166, 172 und 178, die Aktuatoren 138, 142 und andere Schnittstellensteuerung(en) 192. Die Steuerung 68 kann verschiedene Signale von den Sensoren 158, 166, 172 und 178 empfangen, Steuersignale an die Aktuatoren 138, 142 senden und kann eine Schnittstelle mit dem/den anderen Steuerung(en) 192 bilden, z.B. mit den autonomen Transportfahrzeugen 20, 22, 24, anderen Halterungsplatten und/oder anderem. In einer Reihe von Ausführungsformen können andere Sensoren enthalten sein, die beobachtbare Bedingungen in Bezug auf die Halterungsplatten 40, 42, 44 und/oder die Halterungssysteme 30, 32, 34 erfassen. die Steuerung 68 ist kommunikativ gekoppelt, um Eingangssignale von den verschiedenen Sensoren zu empfangen, die so konfiguriert sind, dass sie die Signale im Verhältnis zu verschiedenen physikalischen Parametern erzeugen. Im Allgemeinen kann die Steuerung 68 die erfassten Werte verwenden, um Ausgangssignale zur Weiterleitung an verschiedene gesteuerte Geräte zu erzeugen. Die Steuerung 68 kann eine beliebige Anzahl von elektronischen Steuermodulen umfassen und ist so konfiguriert, dass sie Informationen aus verschiedenen Quellen empfängt, diese Informationen verarbeitet und darauf basierende Steuersignale/Befehle bereitstellt, um Ergebnisse wie den Betrieb der Aktuatoren 138, 142 zu bewirken. In der dargestellten Ausführungsform enthält die Steuerung 68 einen Prozessor 194 und eine Speichervorrichtung 196 und kann eine Speichervorrichtung 198 enthalten oder mit dieser gekoppelt sein. Der Prozessor 194 führt die Rechen- und Steuerfunktionen der Steuerung 68 aus und kann jede Art von Prozessor oder mehrere Prozessoren, einzelne integrierte Schaltungen, wie z.B. einen Mikroprozessor, oder eine geeignete Anzahl von integrierten Schaltungen und/oder Leiterplatten umfassen, die zusammenwirken, um die Funktionen einer Prozessoreinheit zu erfüllen. Während des Betriebs führt der Prozessor 194 ein oder mehrere Programme aus und kann Daten verwenden, die jeweils in der Speichervorrichtung 198 enthalten sein können, und als solche steuert der Prozessor 194 den allgemeinen Betrieb der Steuerung 68 bei der Ausführung der hier beschriebenen Prozesse, wie z.B. der hier beschriebenen Prozesse, einschließlich unten in Verbindung mit 13.
Die Speichervorrichtung 196 kann jede Art von geeignetem Speicher sein. Die Speichervorrichtung 196 kann z.B. flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in Festwertspeicher (ROM), Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und Keep-Alive-Speicher (KAM) enthalten. KAM kann einen persistenten oder nichtflüchtigen Speicher umfassen, der zur Speicherung verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während der Prozessor 194 abgeschaltet ist. Die Speichervorrichtung 196 kann unter Verwendung eines beliebigen aus einer Reihe bekannter Speichervorrichtungen wie PROMs (programmierbarer Festwertspeicher), EPROMs (löschbarer PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), Flash-Speicher oder anderer elektrischer, magnetischer, optischer oder kombinierter Speichervorrichtungen implementiert werden, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Steuerung 68 verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann sich die Speichervorrichtung 196 auf demselben Computerchip befinden und/oder auf demselben Computerchip ko-lokalisiert sein wie der Prozessor 194. In der dargestellten Ausführungsform kann die Speichervorrichtung 196 die oben genannten Programme zusammen mit einem oder mehreren gespeicherten Werten der Daten, z.B. für den kurzfristigen Datenzugriff, speichern.
Die Speichervorrichtung 198 speichert Daten, z.B. für den langfristigen Datenzugriff zur Verwendung bei der automatischen Steuerung des Halterungssystems 30, 32, 34 und der damit verbundenen Systeme. Die Speichervorrichtung 198 kann jede geeignete Art von Speichergerät sein, einschließlich Speichervorrichtungen mit direktem Zugriff wie Festplattenlaufwerke, Flash-Systeme, Diskettenlaufwerke und optische Plattenlaufwerke. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Speichervorrichtung 198 eine Quelle, von der die Speichervorrichtung 196 die Programme empfängt, die eine oder mehrere Ausführungsformen eines oder mehrerer Prozesse der vorliegenden Offenbarung ausführen, wie z.B. die Schritte des Prozesses (und alle Unterprozesse davon), die hierin weiter unten beschrieben sind, einschließlich unten in Verbindung mit 13. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform können die Programme direkt in der Speichervorrichtung 196 gespeichert werden und/oder auf andere Weise von dieser zugegriffen werden. Die Programme stellen ausführbare Instruktionen dar, die von der elektronischen Steuerung 68 bei der Informationsverarbeitung und bei der Steuerung des Halterungssystems 30, 32, 34 und verwandter Systeme verwendet werden. Die Befehle können ein oder mehrere separate Programme enthalten, von denen jedes eine geordnete Liste ausführbarer Befehle zur Implementierung logischer Funktionen enthält. Wenn die Befehle vom Prozessor 194 ausgeführt werden, unterstützen sie den Empfang und die Verarbeitung von Signalen, z.B. von den verschiedenen Sensoren, und die Ausführung von Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen zur automatischen Steuerung der Komponenten und Systeme des Halterungssystems 30, 32, 34. Der Prozessor 194 kann auf der Grundlage der Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen Steuerungssignale für die automatische Steuerung erzeugen. Wie zu schätzen ist, kann die Datenspeichervorrichtung 198 Teil der Steuerung 68, von der Steuerung 68 getrennt, Teil eines oder mehrerer anderer Steuerungen oder Teil mehrerer Systeme sein. Die Speichervorrichtung 196 und die Datenspeichervorrichtung 198 arbeiten zusammen mit dem Prozessor 194, um auf die Programme und Daten zuzugreifen und sie zu benutzen. Während die Komponenten als Teil desselben Systems dargestellt werden, sei verstanden, dass diese Merkmale in bestimmten Ausführungsformen mehrere Systeme umfassen können.
In einer Reihe von Ausführungsformen können die Steuerung 68 und/oder die Steuerung(en) 192 Betriebsänderungen für die autonomen Transportfahrzeuge 20, 22, 24 bestimmen, um Ungleichgewichte in ihrem Betrieb im Schwarm 36 zu korrigieren. In einer Anzahl zusätzlicher Ausführungsformen kann die Steuerung 68 Anpassungen der Positionierung der Halterungsplatten 40, 42, 44 relativ zu ihren jeweiligen autonomen Transportfahrzeugen 20, 22, 24 bestimmen, z.B. durch Verwenden der Eingangssignale von den Kodierern 166, 168 und Einstellen der Aktuatoren 138, 142.
Unter Bezugnahme auf 13 ist zusätzlich in Form eines Flussdiagramms ein Prozess 200 dargestellt, wie er von der Steuerung 68 durchgeführt werden kann, um die Positionierung zwischen der Halterungsplatte 40, 42, 44 aufgrund von Instabilitäten aufrechtzuerhalten, die aufgrund von Schwankungen/unvollkommenem Betrieb der autonomen Transportfahrzeuge 20, 22, 24 entstehen. Der Prozess 200 beginnt 202, z.B. wenn der Schwarm 36 zu Beginn einer Mission gebildet wird. In dem Prozess 200 können die folgenden Parameter verwendet werden, wobei:

v die aktuelle Steuergeschwindigkeit des autonomen Transportfahrzeugs ist
θ die vorliegende Verknüpfungskodierer-Lesung ist
F Halterungsplatten-Koordinatenrahmen ist
p_f eine Stellung eines autonomes Transportfahrzeug in Bezug auf den Rahmen der Halterungsplatte ist
lp_f eine Stellung eines autonomen Führungstransportfahrzeugs in Bezug auf den Rahmen der Halterungsplatte ist
p_l eine vorliegende Stellung eines autonomen Transportfahrzeugs in Bezug auf den Rahmen des Führungsroboters ist
des_pl eine gewünschte Stellung des autonomen Transportfahrzeugs in Bezug auf den Rahmen des Führungsroboters ist; und
e_p ein Stellungsfehler eines autonomes Transportfahrzeugs zu seiner gewünschten Position ist.

Der Prozess 200 fährt fort und verschiedene Sensorsignale werden gelesen 204, einschließlich der Kodierer 114, 116, 118 und andere Eingänge werden empfangen, wie z.B. von der/den anderen Steuerung(en) 192, wie z.B. die Geschwindigkeit des autonomen Transportfahrzeugs 20, 22, 24. Die Stellung des autonomen Transportfahrzeugs wird von der Steuerung 68 im Rahmen der Halterungsplatte 40, 42, 44 auf der Grundlage der Verknüpfungskinematik berechnet 206, wobei p_f = Link(θ). Jede Halterungsplatte 40, 42, 44 wird von der Steuerung 68 aus dem jeweiligen Halterungsplattenrahmen 208 in den Rahmen des autonomen Führungstransportfahrzeugs transformiert unter Verwendung von p_l = (lp_f) ^-1 * p_f. Der aktuelle Stellungsfehler des autonomen Transportfahrzeugs wird von der Steuerung 68 berechnet 210 unter Verwendung von e_p = des_pl - p_l. Der Stellungsfehler e_p wird an die Steuerung(en) 192 zur Bewegungssteuerung des autonomen Transportfahrzeugs 20, 22, 24 übermittelt 212. Die Steuerung(en) 192, die die Bewegung des autonomen Transportfahrzeugs 20, 22, 24 steuert/steuern, kann/können 214 einen neuen v_neu-Wert der Bewegungssteuerung erzeugen zur Minimierung des Stellungsfehlers e_p gegen Null.
Der Prozess 200 geht weiter und vergleicht v_neu mit akzeptablen Geschwindigkeiten, um zu bestimmen 216, ob es innerhalb der Grenzen liegt. Wenn die Bestimmung 216 positiv ist, fährt der Prozess 200 fort, um zu bestimmen 218, ob die Stellung des autonomen Transportfahrzeugs 20, 22, 24 den Zielort erreicht. Wenn die Bestimmung 218 positiv ist, endet 220 der Prozess 200, bis ein neuer Zyklus eingeleitet wird. Wenn die Bestimmung 218 negativ ist, kehrt der Prozess 200 zu Schritt 204 zurück und fährt von dort aus fort. Zurück zu Schritt 216, wenn die Bestimmung negativ ist, wird der Schwarm 36 für eine bestimmte Zeit gestoppt 222, damit die Schwarm 36-Formation stabil wird, und der Prozess kehrt zu Schritt 204 zurück und fährt von dort aus fort.
Durch die vorgenannten Ausführungsformen können Systeme und Verfahren Nutzlasten autonom transportieren und können Ungleichgewichte feststellen und Korrekturen vornehmen. Ungleichgewichte können korrigiert werden, wenn sie durch unvollkommenen Betrieb der autonomen Transportfahrzeuge oder durch andere Faktoren entstehen. Durch die vorgenommenen Ungleichgewichtskorrekturen werden Nutzlasten sicher transportiert, auch bei der Verwendung von üblichen AGVs/AMRs mit begrenzter Rechenleistung.
Obwohl in der vorstehenden detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt wurde, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es eine Vielzahl von Varianten gibt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken. Vielmehr wird die vorstehende detaillierte Beschreibung Fachleuten eine geeignete Anleitung für die Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen an die Hand geben. Es sollte verstanden werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Äquivalenten festgelegt ist, abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 16124329 [0029]

Claims

System umfassend: mindestens ein Transportfahrzeug, das für den Betrieb auf einer Strecke konfiguriert ist; eine Halterungsplatte, die zum Tragen einer Nutzlast konfiguriert ist; eine Verbindung, die die Halterungsplatte mit dem mindestens einen Transportfahrzeug verbindet; einen Sensor, der so konfiguriert ist, dass er eine Position der Verbindung bestimmt; und mindestens eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie den Betrieb des mindestens einen Transportfahrzeugs als Reaktion auf eine Änderung der Position der Verbindung modifiziert.
System nach Anspruch 1, wobei die Halterungsplatte ein Verbindungssystem enthält, das so konfiguriert ist, dass es die Halterungsplatte mit einer zweiten Halterungsplatte in einer von mehreren alternativen Orientierungen ausrichtet.
System nach Anspruch 2, wobei das Verbindungssystem Laschen und Schlitze umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Halterungsplatte einen Drucksensor enthält, und wobei die mindestens eine Steuerung so konfiguriert ist, dass sie unter Verwendung eines Signals von dem Drucksensor bestimmt, ob die Nutzlast korrekt geladen ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Halterungsplatte eine Anzahl von Abstandssensoren enthält, die so konfiguriert sind, dass sie eine Nähe von Hindernissen um die Halterungsplatte herum erfassen.
System nach Anspruch 1, wobei die Halterungsplatte einen elektrischen Verbinder enthält, der so konfiguriert ist, dass er mit einer benachbarten Halterungsplatte gekoppelt werden kann.
System nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Steuerung so konfiguriert ist, dass sie einen Stellungsfehler der Halterungsplatte berechnet.
Verfahren umfassend: Betreiben von mindestens einem Transportfahrzeug auf einer Strecke; Koppeln einer Halterungsplatte an das mindestens eine Transportfahrzeug durch eine Verbindung; Tragen einer Nutzlast auf der Halterungsplatte; Bestimmen einer Position der Verbindung durch einen Sensor; und Modifizieren des Betriebs des mindestens einen Transportfahrzeugs durch mindestens eine Steuerung als Reaktion auf eine Änderung der Position der Verbindung.
Verfahren nach Anspruch 8, umfassend das Berechnen eines Stellungsfehlers der Halterungsplatte durch die mindestens eine Steuerung.
Verfahren nach Anspruch 9, umfassend: Erzeugen eines Bewegungssteuerungssignals des mindestens einen Transportfahrzeugs durch die mindestens eine Steuerung, um den Stellungsfehler zu minimieren; und Ändern einer Geschwindigkeit des mindestens einen Transportfahrzeugs durch die mindestens eine Steuerung und basierend auf dem Stellungsfehler.