DE202020000762U1 - Vorrichtung zur selbsttätigen Bestimmung des Bewegungsraums und selbstständige Optimierung des Fahrverhaltens eines in Aktion befindlichen fahrerlosen Transportfahrzeugs mit Beladung in dynamischen Produktions - und Logistikumgebungen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur selbsttätigen Bestimmung des Bewegungsraums eines In Aktion befindlichen fahrerlosen Transportfahrzeugs und selbstständige Optimierung des Fahrverhaltens mit Beladung in dynamischen Produktions- und Logistikumgebungen, mit den folgenden Merkmalen:
a) das fahrerlose Transportfahrzeug, im Folgenenden FTF genannt, trägt Transportgut (11) mittels einer Hub - Trägerplatte (10),wobei Überwachungsräume 35 in Abhängigkeit von der eigenen Geschwindigkeit berechnet werden,
b) zwischen mindestens einem Warenträger (1) und der Hub - Trägerplatte (10) befindet sich eine druckempfindliche Sensorplatte (2) wobei die Lage des Warenträgers 1 und des Schwerpunkts der Warenladung 11 auf dem FTF erfasst werden.
c) das FTF trägt umlaufend mindestens ein oder mehrere 3D-Bildsensoren. Wobei die Überwachungsräume 35 um das FTF erfasst werden.
d) dass die in die Sensorplatte 2 integrierten Aktivatoren (19) die bei einer fahrtechnischen Schwerpunkts-Verlagerung der Ladung11 den Fahrzustand des gesamten FTFs selbsttätig stabilisieren.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen Bestimmung des Bewegungsraums und selbstständige Optimierung des Fahrverhaltens eines in Aktion befindlichen fahrerlosen Transportfahrzeugs mit Beladung in dynamischen Produktions- und Logistikumgebungen.
• Die verwendete Vorrichtung unterscheidet sich in folgenden Punkten von bekannten Verfahren und Vorrichtrungen
  Wir scannen nicht den Boden.
  Hierbei werden nicht nur die jeweiligen Fahrzeugausmaße sondern auch die Warenträgerausmaße betrachtet,
  Es werden keine Objekte klassifiziert, wie z.B. Menschen oder Gabelstapler.
  Die ermittelten Daten dienen nicht der Lokalisierung und die Daten werden nicht in eine Karte aufgenommen.
  Es wird keine Annäherungsgeschwindigkeit zu bestimmten Objekten berechnet, es werden lediglich Detektionsräume und Überwachungsfelder in Abhängigkeit von der eigenen Geschwindigkeit, der Fahrtrichtung und des Transportguts berechnet und optimiert .
  Es findet kein Tracking von Hindernissen statt.
• Unsere Detektionsräume und Überwachungsfelder sind nicht Umgebungsabhängig, Sie sind lediglich vom jeweiligen Beladungszustand sowie der aktuellen Geschwindigkeit und Fahrtrichtung des Fahrzeugs abhängig.
  Wir haben keine Roboter - Roboter - Kommunikation.
• Zum Stand der Technik wird an dieser Stelle auf die Druckschrift DE 10 2018 104 648 A1 verwiesen.
  Hierbei handelt es sich um ein Verfahren und eine Vorrichtung zwischen einem Flurförderzeug und mindestens einem Kollisionspartner
  Flurförderzeuge,, insbesondere Gabelstapler, stellen eine nicht zu unterschätzende Gefahr für andere Fahrzeuge und Personen in deren Nähe dar. Dies liegt insbesondere an der großen Bewegungsfreiheit und Dynamik sowie den relativ hohen Geschwindigkeiten von Gabelstaplern. Zur Gefahr trägt ferner die teilweise automatische Führung von Flurförderfahrzeugen bei. Kollisionen mit Personen sind unter den Unfällen mit Gabelstaplern überwiegend und gehen mit erheblichen Verletzungen der betreffenden Personen einher.
  Auf dem Markt sind Systeme vorhanden, die ein Schutzfeld um ein Flurförderfahrzeug definieren, wobei beim Eindringen einer Person in das Schutzfeld eine Warnung ausgegeben wird.
  Im Rahmen dieser Systeme sind die Schutzfelder allerdings starr fest definiert. Die Systeme können verschiedene Kollisionspartner, die sich gleich nah am Flurförderzeug befinden, nicht unterscheiden.
  Dabei stellen Koalitionspartner die sich beispielsweise in Fahrtrichtung direkt vor dem Flurförderfahrzeug befinden und sich sehr schnell bewegen , eine sehr viel höhere Kollisionsgefahr dar, als Kollisionspartner , an denen das Flurförderzeug voraussichtlich vorbeifährt, da sie sich seitlich zum Flurförderzeug befinden.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben zum Betreiben eines Fahrerlosen Transport - Fahrzeugs mit optimiertem Fahrverhalten durch dynamische Bereichsüberwachung des Fahrbereichs wobei das dynamische Verhalten eventueller Beladung berücksichtigt wird,
• Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und dem Verfahren gemäß Patentanspruch 4
• Es zeigen im Einzelnen:
• 1 Eine Seitenansicht des fahrerlosen Transportfahrzeugs
• 2 zeigt eine schematische Darstellung und 2 schematische Draufsichten des fahrerlosen Transportfahrzeugs in verschiedenen Beladungszuständen.
• 3 zeigt eine schematische Darstellung in Draufsicht der Überwachungsräume
• 4 zeigt die Darstellung der erfindungsgemäßen Aktivitoren
• 5 zeigt ein Blockschema aller relevanten Komponenten fahrerlosen Transportsystems
• Die 1 zeigt beispielhaft eine Seitenansicht eines beladenen fahrerlosen Transportfahrzeugs, im folgenden FTF genannt. Seine Antriebsräder 6 und die Stützräder 15 berühren den Boden und der Warenträger 1 mit dem Transportgut 11 liegt auf der Hub - Trägerplatte 10 des FTF auf. Zwischen dem Warenträger 1 und der Hub - Transportplatte befindet sich eine taktile Drucksensorplatte 2 die den Beladungszustand des FTF erfasst Die in der Sensorplatte 2 zusätzlich integrierten Aktivatoren ( später beschrieben ) dienen zur Schwerpunktverlagerung der Ladung in den Fahrzuständen des FTF. Zum Beispiel bei Kurvenfahrten und/ oder Beschleunigungsmanövern. Das FTF kann auch wie ein Gabelstapler gestaltet sein dann sind die taktilen Sensorplatten 2 auf der Oberseite der Hubgabeln befestigt. Die seitlichen Bildsensoren 5 und die vorderen und die hinteren Bild - Sensoren 4 und 8 detektieren den Fahrbereich des FTF. Die Detektion dient zur Berechnung des Bewegungsprofils des FTFs. Am Bildsensor 4 ist der horizontale Erfassungsbereichs - Winkel des FTF des Überwachungsfeldes dargestellt. Durch die an allen Seiten des FTF angebrachten Bildsensoren 4,5,8,13 werden die unteren Außenkanten des Warenträgers 1 erfasst und liefern zusätzliche Information über Lage und Größe des Warenträgers auf dem FTF.
  Die vorderen und hinteren Laserscanner 9 sind als zusätzlich vorgeschriebene Sicherheitseinrichtung für den Personenschutz installiert.
• Die 2 a zeigt eine perspektivische Darstellung des FTF mit dem Warenträger 1 und der Ladung 11 auf dem FTF, Zu sehen sind auch die Bildsensoren 4,5, das Antriebsrad 6 und das Fahrgestell 7. Der hier dargestellte Schwerpunkt 12 wurde durch die Antriebsdaten der Beschleunigung und Verzögerung des FTF mit den Daten der Drucksensorplatte 2 berechnet. Die Schwerpunkts Angaben werden als Zusatzinformation im Datensatz des Transportguts für den Weitertransport abgelegt. Durch die Vielzahl der flächendeckend verteilten Druck-Sensoren 17 in der Sensormatte 2 wird von jedem neu aufgenommenen Warenträger 1 auf dem FTF ein Abdruckmuster (Fußabdruck ) erzeugt. Durch dieses Abdruckmuster wird der Typ der Warenträger1 durch Vergleich hinterlegter Reverenz-Muster-Daten ermittelt. Dabei ist es unwesentlich ob der Warenträger 1 von seiner Grundfläche größer oder kleiner als die Fläche der Sensormatte 2 ist, wichtig ist dass sich der Abdruck des Warenträgers 1 auf der Sensormatte 2 eindeutig abbildet. Von jedem Warenträgertyp sind Parameter über Transporteigenschaften im FTF-Rechner 33 und dem Rechner der Gesamtsteuerung 34 gespeichert und werden bei den Fahrberechnungen des FTF berücksichtigt.
  Durch das Ist -Abdruckmuster mit dem Referenz-Muster können auch Beschädigungen am Warenträger 1 detektiert werden.
• Die 2b zeigt das Transportgut 11 in einer Draufsicht mit dem darunter befindlichen FTF in einer geradlinigen Fahrtrichtung. Bei einer Geradeausfahrt sind die Bildsensoren 4, 5, 13 aktiv zur Fahrbereichsdetektion um das Bewegungsprofil mit den Fahranweisungen des FTF zu berechnen. Die taktile Sensorplatte 2 mit den Aktivatoren ist auf Grund der Übersichtlichkeit im Ausschnitt dargestellt, Der Scherpunkt 12 der Ladung 11 liegt in diesem Fall im vorderen Bereich der FTF - Trägerplatte 10. Dadurch kann das FTF in Fahrtrichtung stärker beschleunigen,
• Um den Bremsvorgang zu optimieren werden die vorderen Aktivtoren in der taktilen Sensormatte aktiv. Dadurch wird die Last im vorderen Bereich der Trägerpollatte 10 leicht angehoben und der Schwerpunkt 12 verlagert sich nach hinten. Das verhindert eine Positionsverlagerung des Warenträgers 1 mit der Ladung 11 auf dem FTF .
• Die 2c zeigt ein verschobenes Transortgut 11 in einer Draufsicht mit dem darunter befindlichen FTF. Das verschobene Transportgut 11 wird durch das Drucksensoren 17 und Aktoren 19 -System bei allen Fahrmanövern stabilisiert und verhindert eine Positionsverlagerung des Warenträgers 1 mit der Warenladung 11 auf dem FTF . Zum Beispiel bei einer Linkskurvenfahrt sind die Bildsensoren 4, 13 aktiv zur Fahrbereichs - Detektion. Durch das verschobene Transportgut 11 werden auch die Überwachungsräume 35 dynamisch angepasst.
  Bei einer Verschiebung der Trägerplatte 10 liegt in diesem Fall der Schwerpunkt 12 der Ladung 11 im vorderen Bereich der Trägerplatte 10. Dadurch kann die Linkskurve mit höherer Geschwindigkeit gefahren werden als die Rechtskurve
  Um die Rechtskurvenfahrt zu optimieren werden die linksseitigen Aktivatoren in der taktilen Sensormatte aktiv. Dadurch wird die Last im linken Bereich der Trägerplatte 10 leicht angehoben und der Schwerpunkt 12 verlagert sich nach rechts, Dadurch kann das FTF mit optimierter Geschwindigkeit die Rechtskurve fahren.
• Die 3a zeigt in einer schematischen Darstellung in einer Draufsicht die Aufzeichnung der kompletten Überwachungsräume 35 der 3D-Bildsensoren 4 und 14.
• Die 3b zeigt eine omnidirektionale Auswertung der Überwachungsräume35 abhängig von der Bewegungsrichtung in unserem Beispiel eine Querfahrt nach links, der Geschwindigkeit der Warenträgergröße und der Warenträgerlage auf dem FTF.Die eingezeichneten Pfeile sind die zu diesem Zeitpunkt aktiven Bewegungsvektoren des FTF.
  Es werden nur die Bereiche des Überwachungsspektrums ausgewertete die bei der Fahrt des FTF benötigt werden. Die eingezeichneten 3D-Bildsensoren 4 ,13, sind nur beispielhaft an diesen Positionen gezeigt. Es können auch mehr oder weniger 3D-Bildsensoren an anderen Positionen oder bewegliche, automatisch schwenkbare 3D-Bildsensoren zum Einsatz kommen. Dadurch wird die Menge der Daten reduziert zur schnelleren Bewertung des Bewegungsraums vom FTF. Durch die dynamische Anpassung können die Überwachungsräume 35 kleiner und flexibler gestaltet werden , wodurch sich das FTF in engen Fahrgassen bewegen kann. Bei den normalen 3D-Bildsensoren (CCD charge-coupled device ,CMOS /APS Active Pixel Sensor Stereosensoren) werden nur schematische dreidimensionale Bilder mit Tiefeninformation der Umgebung gespeichert und ausgewertet, dadurch kommt es zu einer einfachen Unterscheidung der Objekte die für die Ursachenanalyse und Diagnose ausreichend ist. Um die Qualität der Analyse zu verbessern , können statt der normalen 3D-Stereobildsensoren(CCD , CMOS ), Graphen-Lichtsensoren verwendet werden. Diese ermöglichen 3D-Aufnahmen mit hoher Qualität zur verbesserten Analyse der Überwachungsfelder des Fahrbereichs. Graphen-Lichtsensoren besitzen eine 1000fach höhere Lichtempfindlichkeit als übliche Lichtsensoren und ermöglichen durch ihren Schichtaufbau , dreidimensionale hochaufgelöste Aufnahmen des erfassten Raumes in Echtzeit.
• Die 4a zeigt die taktile Sensormatte 2 mit einer beispielhaften Anordnung der Sensoren 17 und den Aktivatoren 19. Aus Gründen der Übersicht wurde ein Quadrant der Sensormatte dargestellt. Zu sehen ist eine beispielhafte Anordnung der Steuerleitungen 18 zu den Aktivatoren19 und das Aggregat 27 zum Betrieb der Aktivatoren mit der Steuereinheit 28. Die mit der Steuerleitung 18 verbundenen Aktivatoren 19 bilden jeweils einen Schaltkreis . In einer anderen Ausgestaltung der Sensormatte 2 können die Aktivatoren 19 auch einzeln angesteuert werden.
• Die 4b zeigt einen Schnitt durch die Sensormatte 2 im Bereich eines Aktivators und eines Sensors im inaktiven Zustand des Aktivators. Auf der rechten Seite des Aktivators befindet sich der Drucksensor 17. Das Aktivator - Hubelement ist zusammengepresst durch den auf der Oberseite des Hubelements 21 befindlichen Warenträger 1, der auf den Drucksensor 17 in vertikaler Richtung wirkt.
  Der Drucksensor 17 ist beispielhaft als Piezodrucksensor ausgewählt. Es können auch andere Drucksensoren ausgewählt und /oder andere taktile Matten mit anderen Verfahren verwendet werden Zwischen der Oberseite 21 und der Unterseite 20 befindet sich die Fluidkammer 23 die mit der Steuerleitung 18 verbunden ist Die Unterseite 20 des Aktivators 19 ist mit der Hubträgerplatte 10 des FTF verbunden. Die 4c zeigt die durch die Steuerleitung 18 mit Fluid 22 gefüllte Kammer 23 des Aktivators 19 in ihrer Ausdehnung in vertikaler Richtung nach oben, Dadurch wird der darüber befindliche Warenträger 1 angehoben und kann so, wie in 2 beschrieben, die Lage des Schwerpunkts 12 der Ladung 11 auf dem FTF verlagern.
• Die Sensormatte besteht im Bereich der Aktivatoren 19, besonders die Oberseite des Hubelements 21, aus einem stabilen elastischem Material mit rutschhemmender Wirkung, beispielhaft aus einer Kautschuk - oder Silikon - Mischung , oder aus anderen Materialien, die diese Eigenschaften aufweisen.
  Zusätzlich sind Feuchtigkeitssensoren 26 an der Oberseite der Sensormatte 2 angebracht. Diese Sensoren 26 detektieren den Verlust von Flüssigkeiten in der Ladung, zum Beispiel bei Beschädigungen von Flüssigkeitsbehältern im Transportgut.
• 5 zeigt ein Blockschema aller relevanten Komponenten vom Fahr und Transportprozess des FTF mit den Datenverbindungen und Steuerungsverbindungen 36 zu den Datenverarbeitungsmodulen im und außerhalb des FTF. Die im FTF installierten Komponenten sind mit dem in Strichlinie gezeichneten Rahmen umgeben.
  Die Daten der im FTF verbauten Bildsensoren 4 5 ,8 ,13, werden über die Datenleitungen 36 an das Bildverarbeitungs- und Steuermodul 32 gesendet.
  Das Bildverarbeitungs- und Steuermodul 32 extrahiert die Bildinformation als Tiefen-information in einem schematischen Bild und leitet es an den Rechner 33 zur Analyse und Diagnose weiter.
  Die Daten der Drucksensoren 17 der Taktilen-Sensormatte 2 werden zur Auswertung, mittels der Datenleitung 36, an eine aus Übersichtlichkeitsgründen nicht näher dargestellte Steuereinheit, an den Rechner 33 weitergeleitet. Sie geben Aufschluss über Art und Lage des Warenträgers 1 auf dem FTF und dienen zur Berechnung des Schwerpunkts der Ladung 11.
  Die Daten des Drehzahlmesser 24 an den Hauptantriebsrädern 6 wird zur Berechnung der Wegstrecke und Geschwindigkeit über den Rechner 33 an das Steuermodul 31 weitergeleitet.
  Der Feuchtigkeitssensor 26 dient als Sicherheitseinrichtung zur Überwachung der Ladung 11, wie in 4 beschrieben. Dessen Signale werden direkt an den Rechner 33 übermittelt.
  Die Batteriesensoreinheit 29 über wacht die Betriebstemperatur und den Ladezustand der Stromversorgungseinheit des FTF.
• Die Aktivatoren 19 werden über das Aggregat 27 und die Steuereinheit 28 betrieben.
  Sie sind ebenfalls Daten und Steuerungstechnisch mit dem Rechner 33 verbunden.
  Die Antriebseinheit 25 wird mit dem Steuermodul 31 durch den Rechner 33 gesteuert.
  Der Sensor 30 leitet die Daten der Betriebstemperatur der Antriebseinheit 25 an den Rechner 33 zur Auswertung weiter.
  Die Auswertung der Bilddaten vom Bildverarbeitungs- und Steuermodul 32 und die Auswertung der Daten der Drucksensoren 17 vom Rechner 33 ergeben die Bestimmung der Größe der Überwachungsfelder wie in 3 beschrieben.
  Das übergeordnete Leitsystem 34 koordiniert die Fahranweisungen der FTF mit den Produktionsabläufen und den dadurch entstehenden Transportanforderungen.
  Das Leitsystem 34 leitet kabellos über Funk die Fahranweisungen direkt an den Rechner 33 des FTF weiter. Die Fahranweisung wird nun im Rechner 33 mit den Parametern der Last und des Fahrbereichs verglichen , daraus ergibt sich die IST-Fahranweisung des FTFs bestehend aus Fahrtrichtung , Geschwindigkeit und Steuerung der Aktivatoren.
  Alle Daten des FTFs werden Im Speicher der Datenverarbeitung des Leitsystems 34 gesammelt, im Ansatz Big - Data und Smart Data genannt, und durch ein systematisches Datenanalyseprogramm gefolgt von einem Bewertungssystem als extrahierte Daten dem Produktions- und Logistik -Datensatz zugeführt und zum aktiven Steuern Regeln und zur interaktiven Selbstregelung durch spezielle Programme des gesamten Prozesses verwendet.
• Bezugszeichenliste

1.

Warenträger

2.

Taktile Sensormatte mit integrierten Aktivatoren

3.

Horizontaler Erfassungswinkel des Überwachungsfelds von Sensor 4

4.

Vorderer Stereo-Bildsensor

5.

Rechter seitlicher Stereo-Bildsensor

6.

Rechtes Hauptantriebsrad

7.

FTF unteres Cassis und Fahgestell

8.

Hinterer Stereo-Bildsensor

9.

Laserscanner

10.

FTF-Hubträgerplatte

11.

Transportgut ,Warenladung

12.

Lastschwerpunkt

13.

Linker seitlicher Stereo-Bildsensor

14.

Fahrtrichtung Darstellung

15.

Stützräder

16.

Vertikalen Erfassungswinkel

17.

Drucksensor

18.

Steuerleitung für Aktivator 19

19.

Aktivator, Hebeelement,

20.

Unterseite von Hubelement des Aktivators 19

21.

Oberseite von Hubelement des Aktivators 19

22.

Fluid

23.

Fluidkammer

24.

Drehzahl-Messsensor

25.

FTF-Antriebs und Bremseinheit

26.

Feuchtigkeitssensor

27.

Aggregat zum Betrieb der Aktivatoren

28.

Steuerungseinheit der Aktivatoren

29.

Batterie-Sensor

30.

Temperatur-Sensor der Antriebseinheit 25

31.

Steuerung der Antriebseinheit

32.

Bildverarbeitung und Steuerung der 3D-Bildsensoren, Stereo-Bildsensoren.

33.

Rechner für Datenverarbeitung, Analyse, Diagnose und Steuerung im FTF

34.

Rechner für Datenverarbeitung mit KI, Speicher, Fahrerloses Transport-Leitsystem und Gesamtsteuerung außerhalb des FTF

35.

Überwachungsraum, Überwachungsfelder, Detektionsraum,

36.

Schematische Darstellung von Daten und Steuerverbindungen.

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102018104648 A1 [0004]

Claims (3)

1. Vorrichtung zur selbsttätigen Bestimmung des Bewegungsraums eines In Aktion befindlichen fahrerlosen Transportfahrzeugs und selbstständige Optimierung des Fahrverhaltens mit Beladung in dynamischen Produktions- und Logistikumgebungen, mit den folgenden Merkmalen: a) das fahrerlose Transportfahrzeug, im Folgenenden FTF genannt, trägt Transportgut (11) mittels einer Hub - Trägerplatte (10),wobei Überwachungsräume 35 in Abhängigkeit von der eigenen Geschwindigkeit berechnet werden, b) zwischen mindestens einem Warenträger (1) und der Hub - Trägerplatte (10) befindet sich eine druckempfindliche Sensorplatte (2) wobei die Lage des Warenträgers 1 und des Schwerpunkts der Warenladung 11 auf dem FTF erfasst werden. c) das FTF trägt umlaufend mindestens ein oder mehrere 3D-Bildsensoren. Wobei die Überwachungsräume 35 um das FTF erfasst werden. d) dass die in die Sensorplatte 2 integrierten Aktivatoren (19) die bei einer fahrtechnischen Schwerpunkts-Verlagerung der Ladung11 den Fahrzustand des gesamten FTFs selbsttätig stabilisieren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhalten des Transportguts (11) mittels Drucksensoren (17) registriert wird und mittels eines oder mehrerer mit Fluid gefüllten Aktivators (19) das darüber liegende Transportgut (11) nach Bedarf angehoben oder abgesenkt wird.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivatoren (19) über das Aggregat (27) betrieben werden.

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