DE102021211854B4

DE102021211854B4 - Fahrerloses Transportfahrzeug

Info

Publication number: DE102021211854B4
Application number: DE102021211854.2A
Authority: DE
Inventors: Marc Sommer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2023-11-02
Anticipated expiration: 2041-10-22
Also published as: DE102021211854A1

Abstract

Fahrerloses Transportfahrzeug (1), das einen Antriebsstrang (2) zum Antrieb des fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) umfasst, wobei der Antriebsstrang (2) wenigstens einen Drehmomentsensor (8) aufweist, der dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment zu messen, welches der Antriebsstrang (2) zum Antrieb des fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) bereitstellt, wobei- der Antriebsstrang (2) eine Abtriebswelle (5) umfasst, die ein Rad (3) des fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) antreibt,- der Drehmomentsensor (8) auf der Abtriebswelle (5) angeordnet ist, und- der Drehmomentsensor (8) dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment zu messen, welches die Abtriebswelle (5) zum Antrieb des Rades (3) bereitstellt, wobei der Antriebsstrang (2) einen elektrischen Motor (4) aufweist, der die Abtriebswelle (5) umfasst, auf welcher der Drehmomentsensor (8) angeordnet ist und wobei der Antriebsstrang (2) ein Wellgetriebe (7) aufweist, wobei die Abtriebswelle (5) des elektrischen Motors (4) das Rad (3) über das Wellgetriebe (7) antreibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein fahrerloses Transportfahrzeug. Weiterer Ansprüche sind auf ein Verfahren, eine Prozessoreinheit sowie ein Computerprogrammprodukt zur Antriebsregelung des fahrerlosen Transportfahrzeugs gerichtet.
Unter einem fahrerlosen Transportfahrzeug (FTF; englischsprachiger Fachausdruck: Automated Guided Vehicle AGV) kann ein flurgebundenes Fördermittel mit eigenem Fahrantrieb verstanden werden, das automatisch gesteuert und berührungslos geführt wird. Das fahrerlose Transportfahrzeug dient insbesondere dem Materialtransport, und zwar zum Ziehen oder Tragen von Fördergut mit aktiven oder passiven Lastaufnahmemitteln. Insbesondere ist zur Steuerung eines fahrerlosen Transportfahrzeugs kein Fahrer erforderlich. Aus der DE 10 2012 009 380 A1 ist ein fahrerloses Transportfahrzeug mit einer Steuerungseinrichtung zum Steuern des Transportfahrzeugs bekannt. Es ist weiterhin bekannt, das Antriebsmoment eines Elektromotors eines fahrerlosen Transportfahrzeugs über den Motorstrom des elektrischen Motors zu messen und zu regeln. Weiteren Hintergrund zur vorliegenden Erfindung bilden die DE 10 2019 214 352 A1 , DE 10 2019 209 947 A1 , DE 10 2021 121 914 A1 , WO 2009/140 976 A1 , DE 10 2012 200 608 B4 und die DE 10 2013 002 860 A1 .
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, ein alternatives fahrerloses Transportfahrzeug bereitzustellen, dessen Drehmoment besonders feinfühlig gemessen werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, einen oder mehrere Drehmomentsensoren im Antrieb eines fahrerlosen Transportfahrzeugs vorzusehen, und zwar insbesondere auf rotierenden Elementen, die direkt oder indirekt wenigstens ein Rad des fahrerlosen Transportfahrzeugs antreiben. Dies erlaubt im Vergleich zu der Ermittlung des Drehmoments über den Motorstrom des elektrischen Motors eine feinfühligere Messung, wobei gleichzeitig ein geringerer Bauraumbedarf erzielt werden kann.
In diesem Sinne wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein fahrerloses Transportfahrzeug bereitgestellt, das einen Antriebsstrang zum Antrieb des fahrerlosen Transportfahrzeugs umfasst. Der Antriebsstrang weist dabei wenigstens einen Drehmomentsensor auf, der dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment zu messen, welches der Antriebsstrang zum Antrieb des fahrerlosen Transportfahrzeugs bereitstellt.
Insbesondere kann der Drehmomentsensor auf einer Abtriebswelle des elektrischen Motors angeordnet sein, wobei die Abtriebswelle ein Rad des fahrerlosen Transportfahrzeugs antreibt. In diesem Sinne umfasst der Antriebsstrang eine Abtriebswelle, die ein Rad des fahrerlosen Transportfahrzeugs antreibt, wobei der Drehmomentsensor auf der Abtriebswelle angeordnet ist, und wobei der Drehmomentsensor dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment zu messen, welches die Abtriebswelle zum Antrieb des Rades bereitstellt.
Beispielsweise kann der Drehmomentsensor auf einer Abtriebswelle eines elektrischen Motors angeordnet bzw. befestigt sein. In diesem Sinne weist der Antriebsstrang einen elektrischen Motor auf, der die Abtriebswelle umfasst, auf welcher der Drehmomentsensor angeordnet ist.
Der Antriebsstrang kann weiterhin vorteilhaft ein Wellgetriebe umfassen. In diesem Sinne weist der Antriebsstrang zusätzlich ein Wellgetriebe auf, wobei die Abtriebswelle des elektrischen Motors das Rad über das Wellgetriebe antreibt. Das Wellgetriebe kann dabei insbesondere im Wesentlichen aus drei Bauteilen bestehen. Das erste Bauteil ist ein elliptisches Antriebsbauteil, das als Wellengenerator bezeichnet wird. Das zweite Bauteil ist ein elastisch verformbares, außenverzahntes Übertragungsbauteil, auch Flexspline genannt. Das dritte Bauteil ist ein steifes Getriebebauteil, das auch Circularspline genannt wird und eine kreisringförmige Innenverzahnung aufweist. Der Wellengenerator verformt die Flexspline so in eine elliptische Form, dass sich deren Außenverzahnung in gegenüberliegenden Bereichen mit der Innenverzahnung des Getriebebauteils im Eingriff befindet. Die Flexspline und das Getriebebauteil sind zueinander verdrehbar. Durch das Drehen des Wellengenerators verlagern sich die große Ellipsenachse und der Eingriffsbereich zwischen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung. Die Innenverzahnung des Getriebebauteils weist weniger Zähne auf als die Außenverzahnung der Flexspline. Dadurch ergibt sich beim Antrieb des Wellengenerators eine Relativbewegung mit einem hohen Übersetzungsverhältnis zwischen dem Wellengenerator und der Flexspline. Die Flexspline kann beispielsweise als Abtrieb dienen und mit einer Abtriebswelle verdrehfest verbunden sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Antriebsregelung eines fahrerlosen Transportfahrzeugs bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte:

(100) Bereitstellen eines fahrerlosen Transportfahrzeugs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung,
(200) Messen eines Drehmoments, welches der Antriebsstrang des fahrerlosen Transportfahrzeugs zu dessen Antrieb bereitstellt, und
(300) Regeln des Antriebsmoments des Antriebsstrangs basierend auf dem gemessenen Drehmoment.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem Schritt (100) ein fahrerloses Transportfahrzeug bereitgestellt, dessen Antriebsstrang eine Abtriebswelle umfasst, die ein Rad des fahrerlosen Transportfahrzeugs antreibt, wobei der Drehmomentsensor auf der Abtriebswelle angeordnet ist, und wobei der Drehmomentsensor dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment zu messen, welches die Abtriebswelle zum Antrieb des Rades bereitstellt. Weiterhin weist der Antriebsstrang einen elektrischen Motor auf, der die Abtriebswelle umfasst, auf welcher der Drehmomentsensor angeordnet ist. Ferner weist der Antriebsstrang ein Wellgetriebe auf, wobei die Abtriebswelle des elektrischen Motors das Rad über das Wellgetriebe antreibt. In dem Schritt (200) kann dabei mittels des Drehmomentsensors, der auf der Abtriebswelle angeordnet ist, dasjenige Drehmoment gemessen werden, welches die Abtriebswelle zum Antrieb des Rades bereitstellt, wobei in dem Schritt (300) dasjenige Drehmoment geregelt wird, welches die Abtriebswelle zum Antrieb des Rades bereitstellt.
Eine weitere Variante der Erfindung ist auf die Regelung des Motormoments des elektrischen Motors bei Überlast gerichtet, z.B. wenn das fahrerlose Transportfahrzeug auf ein Hindernis läuft. Dabei kann ein Überlastfalls mittels eines Regelsystems des fahrerlosen Transportfahrzeugs Fahrzeug erkannt werden, basierend insbesondere auf vorhandenen Daten wie Fahrzeuggewicht, Antriebsleitung, Fahrzustand, Neigung und Beschleunigung. Im Überlastfall kann die Antriebsleistung bis auf den Wert Null abgesenkt werden und gegebenenfalls eine Bremse des fahrerlosen Transportfahrzeugs betätigt werden. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass in dem Schritt (300) basierend auf dem gemessenen Drehmoment entschieden wird, ob ein Überlastfall vorliegt und das Antriebsmoment bei einem erkannten Überlastfall herabgesetzt wird.
Weiterhin kann eine Gewichtsbestimmung erfolgen. Insbesondere kann die Gewichtsbestimmung des fahrerlosen Transportfahrzeugs mittels der Faktoren Beschleunigung und Drehmoment bzw. Leistungsaufnahme erfolgen. In diesem Sinne umfasst das Verfahren in einer weiteren Ausführungsform einen weiteren Schritt (400), in dem basierend auf dem gemessenen Drehmoment ein Gewicht des fahrerlosen Transportfahrzeugs berechnet wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Prozessoreinheit zur Antriebsregelung eines fahrerlosen Transportfahrzeugs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt, wobei die Prozessoreinheit dazu eingerichtet ist,

- den Drehmomentsensor des fahrerlosen Transportfahrzeugs anzuweisen, ein Drehmoment zu messen, welches der Antriebsstrang des fahrerlosen Transportfahrzeugs zu dessen Antrieb bereitstellt, und
- das Antriebsmoment des Antriebsstrangs basierend auf dem gemessenen Drehmoment zu regeln.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt zur Antriebsregelung eines fahrerlosen Transportfahrzeugs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt, wobei das Computerprogrammprodukt, wenn es auf einer Prozessoreinheit ausgeführt wird, die Prozessoreinheit anleitet,

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird eine Speichereinheit bereitgestellt, auf welcher das Computerprogrammprodukt gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung gespeichert ist.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Teils eines fahrerlosen Transportfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
2 einen beispielhaften Ablauf eines Verfahrens zur Steuerung des fahrerlosen Transportfahrzeugs gemäß 1.

1 zeigt ein fahrerloses Transportfahrzeug 1 und dessen Antriebsstrang 2 im Bereich eines Rades 3. Das fahrerlose Transportfahrzeug 1 kann darüber hinaus weitere nicht dargestellte Räder aufweisen, die ebenfalls wie gezeigt angetrieben oder lediglich mitlaufen können. Der Antriebsstrang 2 umfasst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel neben dem Rad 3 einen elektrischen Motor 4 mit einer Abtriebswelle 5, eine Steuerungseinheit 6 zur Steuerung des elektrischen Motors 4 und ein Wellgetriebe 7. Auf der Abtriebswelle 5 des elektrischen Motors 4 ist ein Drehmomentsensor 8 befestigt.
Die Steuerungseinheit 6 umfasst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Prozessoreinheit 9, eine Kommunikationsschnittstelle 10 und eine Speichereinheit 11 sowie Software in Form eines Computerprogrammprodukts 12. Das Computerprogrammprodukt 12 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf der Speichereinheit 11 gespeichert. Die Prozessoreinheit 9 kann mittels der Kommunikationsschnittstelle 10 auf die Speichereinheit 11 und auf das darauf gespeicherte Computerprogrammprodukt 12 zugreifen, sodass das Computerprogrammprodukt 12 auf der Prozessoreinheit 9 ausgeführt werden kann, um die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen bzw. um die im Folgenden beschriebenen Funktionalitäten zu gewährleisten.
Der Drehmomentsensor 8 ist dazu eingerichtet, ein oder mehrere Drehmomente zu messen, welches die Abtriebswelle 5 des elektrischen Motors 4 des Antriebsstrangs 2 zum Antrieb des Rades 3 des fahrerlosen Transportfahrzeugs 1 bereitstellt. Die Prozessoreinheit 9 der Steuerungseinheit 6 kann mittels der Kommunikationsschnittstelle 10 auf das wenigstens eine mittels des Drehmomentsensors 8 gemessene Drehmoment zugreifen und den elektrischen Motor 4 basierend auf dem wenigstens einen mittels des Drehmomentsensors 8 gemessenen Drehmoment zu regeln oder zumindest zu steuern.
Die Steuerungseinheit 6 regelt den elektrischen Motor 4 durch Ausführen des Computerprogrammprodukts 12 mittels der Prozessoreinheit 9 dabei insbesondere derart, dass sich das fahrerlose Transportfahrzeug 1 mit einer beabsichtigten Geschwindigkeit und/oder einer beabsichtigten Beschleunigung bzw. Verzögerung fortbewegt. Dazu kann die Steuerungseinheit 6 insbesondere ein Drehmoment regeln, welches die Abtriebswelle 5 zum Antrieb des Rades 3 zur Verfügung stellt. Die Übertragung des Drehmoments von der Abtriebswelle 5 auf das Rad 3 erfolgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über das Wellgetriebe 7. Alternativ oder zusätzlich zu der Abtriebswelle 5 kann ein Drehmomentsensor auch auf einer rotierenden und das Drehmoment des elektrischen Motors 4 übertragenden Komponente des Wellgetriebes 7 angeordnet bzw. befestigt sein.
2 veranschaulicht den Ablauf eines beispielhaften Verfahrens zur Antriebsregelung des durch 1 gezeigten fahrerlosen Transportfahrzeugs 1, welches in einem ersten Verfahrensschritt 100 bereitgestellt wird. In einem zweiten Schritt 200 wird mittels des Drehmomentsensors 8 ein Drehmoment gemessen, welches die Abtriebswelle 5 zum Antrieb des Rades 3 bereitstellt. In einem dritten Schritt 300 wird dasjenige Drehmoment geregelt, welches die Abtriebswelle 5 zum Antrieb des Rades 3 bereitstellt.
Die Prozessoreinheit 9 kann dabei das gemessene Drehmoment dahingehend auswerten, ob ein Überlastfall vorliegt oder nicht. Wenn beispielsweise ein massiver Anstieg des Drehmoments gemessen wird, ohne dass sich das fahrerlose Transportfahrzeug 1 fortbewegt (Stillstand; v=0), dann kann die Prozessoreinheit 9 zu dem Schluss gelangen, dass ein Überlastfall vorliegt. Um den elektrischen Motor 4 zu entlasten und keine Energie zu verschwenden, kann die Prozessoreinheit 9 den elektrischen Motor 4 in diesem Fall derart regeln, dass das Drehmoment herabgesetzt wird, z.B. auf den Wert null. Weiterhin kann in einem vierten Schritt (400) basierend auf dem gemessenen Drehmoment ein Gewicht des fahrerlosen Transportfahrzeugs 1 berechnet werden.
Bezugszeichen

1: fahrerloses Transportfahrzeug
2: Antriebsstrang
3: Rad
4: elektrischer Motor
5: Abtriebswelle
6: Steuerungseinheit
7: Wellgetriebe
8: Drehmomentsensor
9: Prozessoreinheit
10: Kommunikationsschnittstelle
11: Speichereinheit
12: Computerprogrammprodukt
100: erster Verfahrensschritt
200: zweiter Verfahrensschritt
300: dritter Verfahrensschritt
400: vierter Verfahrensschritt

Claims

Fahrerloses Transportfahrzeug (1), das einen Antriebsstrang (2) zum Antrieb des fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) umfasst, wobei der Antriebsstrang (2) wenigstens einen Drehmomentsensor (8) aufweist, der dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment zu messen, welches der Antriebsstrang (2) zum Antrieb des fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) bereitstellt, wobei - der Antriebsstrang (2) eine Abtriebswelle (5) umfasst, die ein Rad (3) des fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) antreibt, - der Drehmomentsensor (8) auf der Abtriebswelle (5) angeordnet ist, und - der Drehmomentsensor (8) dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment zu messen, welches die Abtriebswelle (5) zum Antrieb des Rades (3) bereitstellt, wobei der Antriebsstrang (2) einen elektrischen Motor (4) aufweist, der die Abtriebswelle (5) umfasst, auf welcher der Drehmomentsensor (8) angeordnet ist und wobei der Antriebsstrang (2) ein Wellgetriebe (7) aufweist, wobei die Abtriebswelle (5) des elektrischen Motors (4) das Rad (3) über das Wellgetriebe (7) antreibt.
Verfahren zur Antriebsregelung eines fahrerlosen Transportfahrzeugs (1), das Verfahren umfassend die Schritte: (100) Bereitstellen eines fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) nach Anspruch 1, (200) Messen eines Drehmoments, welches der Antriebsstrang (2) des fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) zu dessen Antrieb bereitstellt, und (300) Regeln des Antriebsmoments des Antriebsstrangs (2) basierend auf dem gemessenen Drehmoment.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei in Schritt (200) mittels des Drehmomentsensors (8), der auf der Abtriebswelle (5) angeordnet ist, dasjenige Drehmoment gemessen wird, welches die Abtriebswelle (5) zum Antrieb des Rades (3) bereitstellt, und (300) dasjenige Drehmoment geregelt wird, welches die Abtriebswelle (5) zum Antrieb des Rades (3) bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei in Schritt (300) basierend auf dem gemessenen Drehmoment entschieden wird, ob ein Überlastfall vorliegt und das Antriebsmoment bei einem erkannten Überlastfall herabgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei in einem weiteren Schritt (400) basierend auf dem gemessenen Drehmoment ein Gewicht des fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) berechnet wird.
Prozessoreinheit (9) zur Antriebsregelung eines fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) nach Anspruch 1, wobei die Prozessoreinheit (9) dazu eingerichtet ist, - den Drehmomentsensor (8) des fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) anzuweisen, ein Drehmoment zu messen, welches der Antriebsstrang (2) des fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) zu dessen Antrieb bereitstellt, und - das Antriebsmoment des Antriebsstrangs (2) basierend auf dem gemessenen Drehmoment zu regeln.
Computerprogramprodukt (12) zur Antriebsregelung eines fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) nach Anspruch 1, wobei das Computerprogrammprodukt (12), wenn es auf einer Prozessoreinheit (9) ausgeführt wird, die Prozessoreinheit (9) anleitet, - den Drehmomentsensor (8) des fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) anzuweisen, ein Drehmoment zu messen, welches der Antriebsstrang (2) des fahrerlosen Transportfahrzeugs (1) zu dessen Antrieb bereitstellt, und - das Antriebsmoment des Antriebsstrangs (2) basierend auf dem gemessenen Drehmoment zu regeln.