DE19913911A1

DE19913911A1 - Docking-System für das automatische Ankoppeln der Versorgungsleitung bei Sattelaufliegern

Info

Publication number: DE19913911A1
Application number: DE19913911A
Authority: DE
Inventors: Erwin Francke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 1999-10-21

Abstract

Vorrichtung zur automatischen Ankopplung der Versorgungsleitung zwischen Zugmaschine und Anhänger von Lastkraftwagen insbesondere Sattelauflieger durch einen Manipulator. Dieser besteht auf der Anhängerseite aus einem zweiachsigen Manipulator und auf der Zugmaschinenseite aus einem zweiachsigen Manipulator mit einem Linearantrieb. Die Servoantriebe werden von einem optischen Meßsystem, bestehend aus einem opt. Sender und einem opt. Empfänger, gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Verbinden der Versorgungsleitung von Zugfahrzeug (LKW) und Sattelauflieger. Anhand einer beispielhaften Ausführungsform soll die Funktion erläutert werden. Aufgrund der Geometrie und der geforderten Begegnungswinkel beim Ankuppeln zwischen LKW und Sattelauflieger ergibt sich eine bestimmte Fläche in welcher sich das Gegenstück zum LKW-Stecker befinden kann. Diese Zielfläche steht zudem meistens nicht parallel zur Rückseite des LKW, da LKW und Sattelauflieger nicht unbedingt auf einem ebenen Untergrund und auch selten exakt auf einer Linie stehen. Für das automatische Verbinden einer Steckerverbindung vom LKW zum Sattelauflieger ist deshalb ein Manipulator erforderlich, welcher die Aufgabe hat, die Lage und Ausrichtung der Buchse zu ermitteln, den Stecker nach entsprechender Ausrichtung zur Buchse zu bewegen, den Stecker kraftvoll in die Buchse zu drücken und in die Ausgangslage zurückzufahren. Die Trennung von Stecker und Buchse verläuft in umgekehrter Richtung wobei zum Abschluß beide Steckerteile in einer Schutzvorrichtung geparkt werden.

Zur Realisierung eines Manipulators mit den geforderten Eigenschaften unter den genannten Randbedingungen ist normalerweise ein Roboterarm mit mindestens 5-Achsen notwendig. Der mechanische Aufwand für solche Manipulatorarme ist für Hydraulik- wie auch Elektroantriebe erheblich, vor allen Dingen, wenn Kraft und Genauigkeit gefordert sind. Auch der große Rechneraufwand für Hard- und Software, der zur Steuerung dieses Manipulators notwendig ist, wirkt sich ungünstig auf die Kosten aus.

Im Gegensatz dazu wird bei diesem Verfahren vorgeschlagen, die Stecker- und Buchsenseite in jeweils zwei Achsen zu bewegen. In Fig. 1 sind dies die Azimutachse (1) und Elevationsachse (2) der LKW-Baugruppe (BG) und die Azimutachse (3) und Elevationsachse (4) der Anhänger-BG. Die Linearachse (5) dient zur Überbrückung des unterschiedlichen Abstandes zwischen Stecker und Buchse. Fig. 1 zeigt den Minimalabstand, Fig. 2 den Maximalabstand mit der Sendeoptik (14) und der Empfangsoptik (15). Fig. 1 zeigt außerdem die Achsen der Sendeoptik (6) und Empfangsoptik (7). Der Abstand Achse Sendeoptik (6) zur Mittelachse der Buchse (8) ist gleich dem Achsabstand Empfangsoptik (7) zur Mittelachse Stecker (9). Damit ist sichergestellt, daß bei Fluchtung der beiden opt. Achsen auch die Mittelachsen von Stecker und Buchse parallel sind bzw. fluchten. Vorteilhafterweise werden die 4 Drehbewegungen durch einen selbsthemmenden Schneckenantrieb mit Elektromotor realisiert. Die Linearbewegung (Teleskop) wird mittels eines integrierten Seilzugantriebes oder einem Mehrfach-Spindelantrieb realisiert. Als Alternative wäre auch ein Teleskopantrieb durch die bei LKWs immer vorhandene Preßluft denkbar. Die Vorteile der beschriebenen Auslegung sind:
die kurzen Hebelarme der Gelenke ermöglichen große Steckkräfte bei kleiner und leichter Bauweise, die Antriebe und zum Teil die Gehäuse sind baugleich, in Verbindung zum Sensorkonzept einfaches und kostengünstiges Regelmodell, Abdichtung gegen Feuchtigkeit und Schmutz ohne großen Aufwand.

Da die Steckverbindung auch eine Preßluftleitung beinhaltet, sind für das Einstecken erhebliche Kräfte erforderlich. Man könnte zwar auf beiden Seiten der Verbindung elektromagnetisch betätigte Ventile vorsehen, um kleine Steckkräfte durch einen druckfreien Obergang zu haben. Dies bedeutet aber zusätzlichen Aufwand. Das Teleskop trägt an seinem vorderen Ende eine rastbare Aufnahme (10) zur Halterung des Steckers. Beispielsweise funktioniert diese wie ein Kugelschreiber: beim ersten Einrasten halten, beim zweiten Einrasten lösen. Damit erspart man sich separate Auslösemittel. In Fig. 1 sind noch die Anfänge des Steckerkabels (11) und des Buchsenkabels (12) zu sehen. Zur Reduzierung der geforderten Zielgenauigkeit des Winkelmeßsystems bzw. zur Erhöhung der Toleranzen sind zwei Maßnahmen vorgesehen: trichterartige Führung (13) am Eingang der Buchse und in den Zeichnungen nicht sichtbar axial angeordnete Zapfenführungen mit konischen Nuten. Der Stecker ist deshalb in der Rastaufnahme in einem Bereich drehbar, der an die vordere Breite dieser Führungsnut angepaßt ist. Mit diesen Maßnahmen werden auch leichte Verdrehungen zwischen Stecker und Buchse ausgeglichen, die bei extremen Winkel lagen des Anhängers zum LKW vorkommen.

Das Meßsystem hat die Aufgabe, die Winkellage beider Baugruppen zueinander zu messen und entsprechende Fehlersignale an die Stellantriebe abzugeben. Damit nicht zwei solcher optischen Systeme notwendig sind, wird das Optiksystem so ausgeführt, daß es die Fehlersignale für beide Baugruppen in Elevation und Azimut liefert. Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau: In der LKW-BG ist ein 4-Quadrantensensor (19) so hinter einer Kollimationsoptik (20) angeordnet, daß sich aufgrund der gegebenen Abstände zur Anhänger-BG eine scharfe Abbildung der LED's ergibt. LED1 (21) ist mit einem möglichst großen Abstrahlwinkel ausgestattet und auch so angeordnet, daß sie in jedem Fall vom Empfänger erfaßt werden kann. Die LED2 (22), LED3 (23), LED4 (24) und LED5 (25) sind mit optischen - oder wie zum besseren Verständnis gezeichnet - mit geometrischen Mitteln so angeordnet, daß sie nur unter bestimmten Winkelbereichen vom Empfänger erfaßbar sind. In der Anfangsphase erfaßt der Empfänger durch einen Azimutschwenk die LED1 (21). Wie in Fig. 4 sichtbar, erscheint irgendwo im Empfängerbildfeld (26) LED1 (21). (27) ist die Empfängerachse. (28) zeigt die Fehlerlage "rechts". (29) zeigt die Fehlerlage "tief". (30) zeigt die Fehlerlage rechts und tief. Das Sensor-Prozessorsystem generiert aus diesen Ablagen Fehlersignale welche die Achsen so ausregelt, daß sich schließlich das Bild (31) ergibt, in welchem Elevation und Azimut ausgeregelt sind. Da die Achse der Anhänger-BG noch nicht ausgerichtet ist, werden von den LED2-LED5 nicht alle sichtbar sein wie in den Beispielen (32), (33) und (34) in Fig. 5 dargestellt. Damit die LED's vom Empfänger unterschieden werden können, werden sie nacheinander kurz eingeschaltet. Dies übernimmt ein Multiplexer (36), welcher wiederum vom Slave- Prozessor (37) in Fig 6 gesteuert wird. Da die Gesamtsteuerung vom Master-Prozessor (38) aus erfolgt, ist somit auf der LKW-Seite bekannt, welche LED in jedem Moment leuchtet. Somit können eindeutige Signale zur Nachregelung der Antriebe für die Anhänger-BG gewonnen werden. In Fig. 5 sind verschiedene Fehlerlagen und der Fall "Elevation/Azimut eingestellt" (35) dargestellt. Änderungen der Winkellage der Anhänger- BG müssen durch eine Korrektur der LKW-BG nachgeregelt werden. Mehrmaliges Durchlaufen dieses Multiplexzyklusses führt schließlich zu einem exakten Fluchten der beiden Achsen. Wenn die Multiplexfrequenz hoch genug ist (ca. 100H Hz), ist dieser Vorgang für die Mechanik quasi eine kontinuierliche Regelung. Als opt. Empfänger (39) kommt ein 4-Quadrantensensor oder ein PSD (Position Sensitiv Device) in Frage. Der PSD hat den Vorteil, daß er ein dem Winkelfehler proportionales Fehlersignal liefert. Er ist aber teurer, so daß man versuchen sollte mit einem 4-Quadrantensensor auszukommen.

Die Datenübertragung von der LKW-BG (Master-Prozessor) zur Anhänger-BG erfolgt über eine separate drahtlose Verbindung mit einem Datensender (40) und Datenempfänger (41). Wenn es die Sichtbedingungen trotz Einfluß von Schmutz erlauben, kann diese Verbindung durch kostengünstige Optronik (LED, Photodiode) realisiert werden. Wenn es sich aufgrund der Umweltbedingungen herausstellen sollte, daß beide Baugruppen voll- oder teilgekapselt werden müssen, kann es nötig werden, ohne "Sichtverbindung" den Anhänger zu Beginn initialisieren zu müssen. Dafür bietet sich eine Funkstrecke bei 5 GHz an, welche Kunststoffhauben durchdringen kann, die dann natürlich auch den weiteren Datenaustausch zur Anhänger-BG übernimmt. Die Datenübertragung von der Anhänger-BG zur LKW-BG erfolgt über LED1. und den 4-Quadrantsensor bzw den PSD. Fig. 6 zeigt eine Funktionsübersicht mit den Elevations- und Azimuthservokreisen der beiden Baugruppen.

Nach Abschluß des Steckvorganges wird das Teleskop eingefahren und das Teleskopende und die Optik zum Schutz vor Verschmutzung in eine Schutzvorrichtung gefahren. Da Stecker und Buchse verbunden sind, kann hier kein Schmutz eintreten. Die Anhänger-BG wird so gedreht, daß die Optik in einer Schutzvorrichtung untergebracht ist. Im ausgekuppelten Fall werden Stecker wie auch Buchse in eine Schutzvorrichtung gefahren.

Claims

1. Vorrichtung zur Ankopplung der Versorgungsleitung zwischen Zugmaschine und Anhänger von Lastkraftwagen insbesondere Sattelauflieger, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung und Trennung der Steckverbindung, in welcher die elektrischen Leitungen und alle anderen Leitungen, insbesondere die Preßluftleitungen zusammengefaßt sind, mit einer Vorrichtung durchgeführt wird, welche auf der Zugmaschinen- und Anhängerseite aus zweiachsigen Manipulatoren besteht, an welchen auf einer Seite der Stecker- und auf der anderen Seite die Buchse lösbar bzw. fest so adaptiert sind, daß nach motorischer Ausrichtung der Stecker- bzw. Buchsenachse mit Hilfe einer optischen Meßeinrichtung der eine Teil der Steckverbindung durch einen Linearantrieb, welcher sich an einem der beiden Manipulatoren befindet, zum Gegenstück der Steckverbindung am anderen Manipulator bewegt werden kann und rastbar eingeschoben werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsantriebe aus einem Elektromotor und einem selbsthemmenden Schneckengetriebe bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearantrieb mit Preßluft betrieben wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearantrieb aus einem Seilzugmechanismus besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearantrieb aus einem Mehrfach-Spindelantrieb besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steckerteil, am Ende des Linearantriebes lösbar mit dem Manipulator verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Steckerteil eine trichterförmige Führungshilfe angebracht ist, um axiale Fehlstellungen zwischen den beiden Steckerachsen auszugleichen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an diesem Steckerteil konisch zusammenlaufende Nuten angebracht sind, um radiale Fehlstellungen der beiden Steckerachsen auszugleichen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Manipulatoren optische Fenster angebracht sind, deren Achsabstand zum jeweiligen Steckerteil gleich groß ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Manipulator eine optische Senderanordnung und am anderen Manipulator eine optische Empfängeranordnung angebracht ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit der optischen Sender-Empfängeranordnung Fehlersignale bezüglich der Winkellage der Achsen beider Manipulatoren zueinander bestimmt werden können, um damit die vier Achsantriebe mittels Servoregelung so zu steuern, daß die Achsen sich mit der geforderten Genauigkeit decken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterscheidung der einzelnen Sender-Leuchtdioden ein Multiplex-Prinzip angewendet wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Manipulatoren nach erfolgtem Anschluß der Steckverbindung in eine Schutzvorrichtung schwenken, damit die Manipulatoren und insbesondere die Optikfenster und das Adaptionsteil am Ende des Linearantriebes vor Umwelteinflüssen geschützt sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Manipulatoren nach erfolgter Trennung der Steckverbindung in eine Schutzvorrichtung schwenken, damit die Manipulatoren und insbesondere die Optikfenster und die Steckerteile vor Umwelteinflüssen geschützt sind.