DE202020103181U1

DE202020103181U1 - Ein autonomer Gabelstapler

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Publication number: DE202020103181U1
Application number: DE202020103181.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2030-06-04

Abstract

Ein autonomer Gabelstapler, wenigstens umfassend:
- eine Karosserie (10),
- eine Transportgabel (11),
- die am unteren Teil der Karosserie (10) angeordnet ist,
- Laufräder im unteren Teil der Karosserie (10) und
- einen Steuergriff (12), der an der Vorderseite der Karosserie (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gabelstapler ferner umfasst:
- einen Rahmen (20) mit zwei vertikalen Armen (21, 22),
- die durch einen oberen Querträger (23), einen mittleren Querträger (24) und einen vorderen unteren Balken (27) sowie durch zwei horizontale untere Arme (25, 26) miteinander verbunden sind;
- wobei der erste vertikale Arm (21) und der erste horizontale untere Arm (25) des Rahmens (20) an einer Seite der Karosserie (10) angeordnet sind und der zweite vertikale Arm (22) und der zweite horizontale untere Arm (26) an der anderen Seite der Karosserie (10) angeordnet sind;
- ein Navigations-Lidar-System (31) zur Kartierung und Lokalisierung des Gabelstaplers im Arbeitsraum, welches auf dem oberen Querträger (23) angeordnet ist;
- eine 3D-Kamera (32) zum Abtasten des Raums vor dem Gabelstapler, welche vor dem Gabelstapler auf dem oberen Querträger (23) angeordnet und auf die Vorderseite des Gabelstaplers gerichtet ist;
- ein vorderes Lidar-System (35) zum Scannen des Raums vor dem Gabelstapler, welches vor dem Gabelstapler auf dem vorderen unteren Balken (27) angeordnet ist;
- ein seitliches linkes Lidar-System (36) und ein seitliches rechtes Lidar-System (37) zum Abtasten des Raumes zur Seite des Gabelstaplers und hinter dem Gabelstapler, welche am unteren Teil der Karosserie (10) an der linken bzw. rechten Seite der Karosserie (10) angeordnet sind.

Description

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen autonomen Gabelstapler, wenigstens umfassend:

- eine Karosserie,
- eine Transportgabel,
- - die am unteren Teil der Karosserie angeordnet ist,
- Straßenräder im unteren Teil der Karosserie und
- einen Steuergriff, der an der Vorderseite der Karosserie angeordnet ist.

Ein Gabelstapler ist ein Radfahrzeug zum Transport verschiedener Gegenstände, die normalerweise auf Paletten angeordnet sind. Gabelstapler werden für den innerbetrieblichen Transport in Lager- und Produktionsstätten eingesetzt, in der Regel mit Transportpaletten, zum Aufstellen von Paletten auf Regalen, zum Sammeln von Paletten aus Regalen oder von Waren von einem Fließband, zum Ziehen von Wagen usw.
Die einfachste Art eines Gabelstaplers ist ein manueller Palettenhubwagen ohne Antrieb, der auf kurzen Strecken eingesetzt wird, um Lasten auf Paletten zu bewegen, einschließlich des Hebens auf kleine Höhen, in der Regel etwa 30 cm.
Eine andere Art von Gabelstapler ist ein Gabelstapler mit Antrieb durch einen Elektro- oder Verbrennungsmotor. Ein Gabelstapler mit Antrieb kann einen Sitz oder eine Kabine für den Fahrer haben, von dem aus die Steuerung des Gabelstaplers einschließlich der Steuerung seiner Transportgabel erfolgt. Es gibt auch geführte Plattformgabelstapler mit Antrieb, bei denen die Steuerung mittels eines Steuergriffs erfolgt und der Fahrer sich zu Fuß vor oder hinter dem Gabelstapler bewegt oder auf einer Plattform steht.
Ein Nachteil der derzeit eingesetzten Gabelstapler ist, dass die Steuerung jedes Gabelstaplers einen Bediener erfordert, was mit hohen fixen Betriebskosten des Gabelstaplers verbunden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen im Vergleich zum Stand der Technik verbesserten Gabelstapler bereitzustellen, der in der Lage ist, definierte Aufgaben selbstständig auszuführen (z.B. eine Reihe von Aufgaben, die derzeit von einem einzelnen Bediener ausgeführt werden, wie z.B. eine Palette aus einem Regal zu heben, sie zu einem bestimmten Ort zu transportieren, die Palette z.B. auf einer Wickelstation abzusetzen).
Diese Aufgabe wird durch einen autonomen Gabelstapler mit den Merkmalen des unabhängigen Schutzanspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße autonome Gabelstapler zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik dadurch aus, dass der Gabelstapler ferner umfasst:

- einen Rahmen mit zwei vertikalen Armen,
- - die durch einen oberen Querträger, einen mittleren Querträger und einen vorderen unteren Balken sowie durch zwei horizontale untere Arme miteinander verbunden sind;
- - wobei der erste vertikale Arm und der erste horizontale untere Arm des Rahmens an einer Seite der Karosserie angeordnet sind und der zweite vertikale Arm und der zweite horizontale untere Arm an der anderen Seite der Karosserie angeordnet sind;
- - ein Navigations-Lidar-System zur Kartierung und Lokalisierung des Gabelstaplers im Arbeitsraum, welches auf dem oberen Querträger angeordnet ist;
- - eine 3D-Kamera zum Abtasten des Raums vor dem Gabelstapler, welche vor dem Gabelstapler auf dem oberen Querträger angeordnet und auf die Vorderseite des Gabelstaplers gerichtet ist;
- - ein vorderes Lidar-System zum Scannen des Raums vor dem Gabelstapler, welches vor dem Gabelstapler auf dem vorderen unteren Balken angeordnet ist;
- - ein seitliches linkes Lidar-System und ein seitliches rechtes Lidar-System zum Abtasten des Raumes zur Seite des Gabelstaplers und hinter dem Gabelstapler, welche am unteren Teil der Karosserie an der linken bzw. rechten Seite der Karosserie angeordnet sind.

Lidar (light detection and ranging) ist eine dem Radar verwandte Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung sowie zur Fernmessung atmosphärischer Parameter, die statt Radiowellen Laserstrahlen verwendet.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand des abhängigen Schutzanspruchs.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat es sich bewährt, wenn der Gabelstapler zwei Antennen zur drahtlosen Kommunikation umfasst, die auf dem ersten vertikalen Arm und auf dem zweiten vertikalen Arm des Rahmens angeordnet sind.
Darüber hinaus hat es sich bewährt, wenn der Gabelstapler auch umfasst:

- ein zwischen den Zinken der Transportgabel angeordnetes Paletten-Lidar-System zur Erfassung der Position der Paletten;
- einen Sensor in Form einer Druckplatten-Baugruppe zum Erfassen des vollständigen Aufschiebens der Palette auf die Transportgabel oder der darauf abgestellten Last, welcher an der Rückseite der Karosserie angeordnet ist;
- ein lineares Potentiometer zur Bestimmung der aktuellen Position der Transportgabel, welches an einem hebenden Teil der Karosserie und einem stationären Teil des Rahmens angeordnet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, kann der Gabelstapler einen berührungsempfindlichen Bildschirm mit einer Benutzerschnittstelle umfassen, welcher auf dem mittleren Querträger zwischen den vertikalen Armen angeordnet ist.
Zudem hat sich eine Ausgestaltung bewährt, bei der der Gabelstapler wenigstens zwei Sicherheitsknöpfe zum Anhalten des Betriebs des Gabelstaplers umfasst, welche an den vertikalen Armen angeordnet sind.
Schließlich kann der Gabelstapler in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung an den vertikalen Armen angeordnete Lichtsignale mit einer akustischen Sirene zur Information über den Zustand des Gabelstaplers aufweisen.
Der Gegenstand der Erfindung und seine Vorteile werden im Folgenden anhand von in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Darin zeigen schematisch:

1 eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gabelstaplers in einer isometrischen Ansicht der rechten hinteren Seite;
2 die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gabelstaplers aus 1 in einer isometrischen Ansicht der linken hinteren Seite;
3 die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gabelstaplers aus 1 in einer isometrischen Ansicht der linken vorderen Seite; und
4 die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gabelstaplers aus 1 in einer isometrischen Ansicht der rechten vorderen Seite.

Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Bauteile.
Die 1-4 zeigen die isometrischen Front- und Heckansichten des autonomen Gabelstaplers in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Zu den Standardelementen eines Gabelstaplers gehören eine Karosserie 10, eine am unteren Teil der Karosserie 10 angeordnete Transportgabel 11, Laufräder im unteren Teil der Karosserie 10 (nicht gezeigt) und ein an der Vorderwand der Karosserie 10 angeordneter Steuergriff 12. Eine Batterie und geeignete Antriebsmotoren sind in der Karosserie 10 verbaut (nicht gezeigt), um die mobilen Fähigkeiten des Gabelstaplers auszuführen und die Höhe der Transportgabel 11 einzustellen.
Ein erfindungsgemäßer Gabelstapler umfasst zusätzliche Elemente, um eine autonome Funktionalität zu gewährleisten, nämlich ein an der Karosserie 10 befestigter Rahmen 20. Der Rahmen 20 hat zwei vertikale Arme 21, 22, die durch einen oberen Querträger 23, einen mittleren Querträger 24 und einen vorderen unteren Balken 27 miteinander verbunden sind, sowie zwei horizontale untere Arme 25, 26, wobei der erste vertikale Arm 21 und der erste horizontale untere Arm 25 des Rahmens 20 an einer Seite der Karosserie 10 und der zweite vertikale Arm 22 und der zweite horizontale untere Arm 26 an der anderen Seite der Karosserie 10 angeordnet sind. Der Rahmen 20 kann Elemente des Navigationssystems des Gabelstaplers, wie unten besprochen: Lidar-Systeme 31; 35; 36; 37; 38, Kameras 32, Signale 43; 44, Sicherheitsknöpfe 41; 42, tragen.
Auf dem oberen Querträger 23 ist erfindungsgemäß ein Navigations-Lidar-System 31 zur Kartierung und Lokalisierung des Gabelstaplers im Arbeitsraum angeordnet. Darüber hinaus ist vor dem Gabelstapler auf dem oberen Querträger 23 eine 3D-Kamera 32 zum Scannen des Raums vor dem Gabelstapler angeordnet. Ein vorderes Lidar-System 35 zum Scannen des Raums vor dem Gabelstapler ist vor dem Gabelstapler auf dem vorderen unteren Balken 27 angeordnet. Darüber hinaus ist ein seitliches linkes Lidar-System 36 auf dem unteren horizontalen Arm 25 und ein seitliches rechtes Lidar-System 37 auf dem unteren horizontalen Arm 26 angeordnet.
Durch die Abtastung bzw. das Scannen des Raumes in einer 2D-Ebene erfüllt das Navigations-Lidar-System 31 auch eine Sicherheitsfunktion, indem es Objekte erkennt, die sich in der Nähe des Gabelstaplers befinden. Durch das Scannen des Raumes vor dem Gabelstapler erfüllen das vordere Lidar-System 35 sowie durch das Scannen des Raumes hinten und an den Seiten des Gabelstaplers das seitliche linke Lidar-System 36 und das seitliche rechte Lidar-System 37 zusammen mit dem Paletten-Lidar-System 38 ebenfalls eine Sicherheitsfunktion, indem sie Objekte, also Hindernisse auf dem Fahrweg des Gabelstaplers, erkennen. Darüber hinaus führt die 3D-Kamera 32 Sicherheitsfunktionen aus, indem sie den dreidimensionalen Raum vor dem Gabelstapler abtastet. Der Einsatz der Kamera 32 ermöglicht die Identifizierung von Objekten, die sich oberhalb des Abtastfelds der Lidar-Systeme 31; 35; 36; 37; 38 befinden, was zu einer Erhöhung des „Bewusstseins“ des Gabelstaplers über den ihn umgebenden Raum beiträgt.
Vorzugsweise kann der Gabelstapler zwei Antennen 33, 34 für die drahtlose Kommunikation umfassen, die auf dem ersten vertikalen Arm 21 und auf dem zweiten vertikalen Arm 22, d.h. auf beiden Seiten des Gabelstaplerrahmens, angeordnet sind.
Vorzugsweise kann der Gabelstapler einen Bordcomputer umfassen, der auf der Grundlage der von den Lidar-Systemen 31, 35, 36, 37, 38, von der Kamera 32 sowie der über die Antennen 33, 34 empfangenen Informationen die Funktionen zur Steuerung des Gabelstaplers ausführt. Der Bordcomputer kann dabei vorzugsweise einen Algorithmus zur gleichzeitigen Kartierung und Ortung verwenden. Der Gabelstapler kann auf diese Weise zum Beispiel vorteilhaft seine Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Entfernung des auf dem Fahrweg erkannten Hindernisses verringern und wenn das Hindernis zu nahe ist, anhalten. Nach Entfernen des Hindernisses aus dem Raum um den Gabelstapler herum kann die Bewegung des Gabelstaplers dann wieder aufgenommen werden.
Der Gabelstapler kann auch vorzugsweise ein Paletten-Lidar-System 38 zur Erfassung der Positionen von Paletten, der zwischen den Zinken der Transportgabel 11 angeordnet ist, einen Sensor in Form einer Druckplatten-Baugruppe 39 zur Erfassung des vollständigen Aufschiebens der Palette auf die Transportgabel 11 oder der darauf abgestellten Last, der an der Rückseite der Karosserie 10 angeordnet ist, sowie ein lineares Potentiometer 45 zur Bestimmung der aktuellen Position der Transportgabel 11, das an einem hebenden Teil der Karosserie 10 und einem stationären Teil des Rahmens 20 angeordnet ist, umfassen.
Vorzugsweise kann der Gabelstapler einen berührungsempfindlichen Bildschirm (Touchscreen) mit einer Benutzerschnittstelle 40 umfassen, die sich auf dem mittlerem Querträger 24 zwischen den vertikalen Armen 21, 22 befindet und es ermöglicht, den aktuellen Status des Gabelstaplers und/oder der ausgeführten Aufgabe zu überprüfen. Darüber hinaus ermöglicht der berührungsempfindliche Bildschirm (Touchscreen) die Eingabe von Änderungen an den auszuführenden Aufgaben.
Der Gabelstapler kann zudem vorzugsweise über mindestens zwei Sicherheitsknöpfe 41, 42 verfügen, die an den vertikalen Armen 21, 22 angeordnet sind, um vorteilhaft den Betrieb des Gabelstaplers im Gefahrenfall, z.B. bei Kollisionsgefahr mit einem anderen Gegenstand, zu stoppen oder um den Gabelstapler anzuhalten und dadurch seine versehentliche Aktivierung zu verhindern. Vorzugsweise kann der Gabelstapler dazu eine Sicherheitssteuerung aufweisen, die die Funktion eines vom Bordcomputer unabhängigen Sicherheitssystems erfüllt.
Vorzugsweise kann der Gabelstapler auch dreistufige Lichtsignale 43, 44 mit einer akustischen Sirene zur Information über den aktuellen Status des Gabelstaplers aufweisen, die an den vertikalen Armen 21, 22 angeordnet sind. Die Signale können z.B. über einen niedrigen Batteriestand, den Status der drahtlosen Kommunikation, ein Hindernis auf dem Fahrweg oder andere Vorfälle und den technischen Zustand des Gabelstaplers informieren.
Der Rahmen 20, das Navigations-Lidar-System 31, die 3D-Kamera 32, das vordere Lidar-System 35, das seitliche linke Lidar-System 36, das seitliche rechte Lidar-System 37, gegebenenfalls die Antennen 33, 34 und eine geeignete Steuerungssoftware können insbesondere ein Modernisierungsset zur Modernisierung bestehender nicht-autonomer Gabelstapler bilden, denen die Funktion des autonomen Fahrens fehlt. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, einen nicht-autonomen Standard-Gabelstapler auf einfache Weise um die Funktion des autonomen Fahrens zu erweitern, ohne dass ein teurer neuer Gabelstapler angeschafft werden muss.
Durch Hinzufügen weiterer Komponenten zum Modernisierungssatz des Gabelstaplers, wie z.B. des Paletten-Lidar-Systems 38, des Sensors in Form einer Druckplatten-Baugruppe 39 und/oder eines linearen Potentiometers 45, ist es außerdem vorteilhaft möglich, einen Gabelstapler zu erhalten, der mit den Funktionen des autonomen Fahrens und des automatischen Sammelns, Transportierens und Absetzens von Paletten ausgestattet ist.
Darüber hinaus kann das obige Navigationsset je nach Bedarf zur Modernisierung von Gabelstaplern eingesetzt werden, um logistische Aufgaben wie Horizontaltransport, das Heben von Lasten, das Ziehen von Lasten auf Anhängern oder die Lagerung von Lasten durchzuführen. Die Ausstattung der Gabelstapler mit dieser Funktion ermöglicht es in hohem Maße, das Bedienungspersonal vorteilhaft von zahlreichen Operationen zu entlasten, die mit Hilfe von autonomen Funktionen durchgeführt werden können, und es dem Bedienungspersonal (dessen Verfügbarkeit im Logistiksektor begrenzt ist) zu ermöglichen, komplexere Aufgaben auszuführen, da das System der Navigation und des autonomen Fahrens die vollständige Kontrolle über den Gabelstapler übernimmt.
Der Einsatz eines autonomen Gabelstaplers nach der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel wie folgt aussehen. Der Gabelstapler beginnt seine Aufgabe von einem Parkplatz aus, wo das Bedienungspersonal den Gabelstapler aktiviert und in einen Betriebsmodus versetzt. Der Gabelstapler holt die Paletten von einem Förderband ab. Die Bereitschaft zur Abholung einer Palette wird durch einen Sensor für die Abholbereitschaft der Paletten signalisiert, der diese Information an ein System sendet, das den Betrieb des Gabelstaplers mittels drahtloser Kommunikation überwacht. Nach Erhalt dieser Information nähert sich der Gabelstapler dem Palettensammelplatz auf einem vorgegebenen Weg. Nach der Abholung der Palette transportiert der Gabelstapler diese zu einem Lagerplatz. Nach Erledigung seiner Aufgabe oder dem Ablesen eines niedrigen Batteriestatus fährt der Gabelstapler zum Parkplatz.
Bezugszeichenliste

10: Karosserie
11: Transportgabel
12: Steuergriff
20: Rahmen
21: erster vertikaler Arm
22: zweiter vertikaler Arm
23: obere Querträger
24: mittlerer Querträger
25: unterer horizontaler Arm
26: unterer horizontaler Arm
27: vordere untere Balken
31: Navigations-Lidar-System
32: 3D-Kamera
33: Antenne
34: Antenne
35: vorderes Lidar-System
36: seitliches linkes Lidar-System
37: seitliches rechtes Lidar-System
38: Paletten-Lidar-System
39: Druckplatten-Baugruppe
40: Benutzerschnittstelle
41: Sicherheitsknopf
42: Sicherheitsknopf
43: Lichtsignal
44: Lichtsignal
45: Potentiometer

Claims

Ein autonomer Gabelstapler, wenigstens umfassend: - eine Karosserie (10), - eine Transportgabel (11), - die am unteren Teil der Karosserie (10) angeordnet ist, - Laufräder im unteren Teil der Karosserie (10) und - einen Steuergriff (12), der an der Vorderseite der Karosserie (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gabelstapler ferner umfasst: - einen Rahmen (20) mit zwei vertikalen Armen (21, 22), - die durch einen oberen Querträger (23), einen mittleren Querträger (24) und einen vorderen unteren Balken (27) sowie durch zwei horizontale untere Arme (25, 26) miteinander verbunden sind; - wobei der erste vertikale Arm (21) und der erste horizontale untere Arm (25) des Rahmens (20) an einer Seite der Karosserie (10) angeordnet sind und der zweite vertikale Arm (22) und der zweite horizontale untere Arm (26) an der anderen Seite der Karosserie (10) angeordnet sind; - ein Navigations-Lidar-System (31) zur Kartierung und Lokalisierung des Gabelstaplers im Arbeitsraum, welches auf dem oberen Querträger (23) angeordnet ist; - eine 3D-Kamera (32) zum Abtasten des Raums vor dem Gabelstapler, welche vor dem Gabelstapler auf dem oberen Querträger (23) angeordnet und auf die Vorderseite des Gabelstaplers gerichtet ist; - ein vorderes Lidar-System (35) zum Scannen des Raums vor dem Gabelstapler, welches vor dem Gabelstapler auf dem vorderen unteren Balken (27) angeordnet ist; - ein seitliches linkes Lidar-System (36) und ein seitliches rechtes Lidar-System (37) zum Abtasten des Raumes zur Seite des Gabelstaplers und hinter dem Gabelstapler, welche am unteren Teil der Karosserie (10) an der linken bzw. rechten Seite der Karosserie (10) angeordnet sind.
Gabelstapler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Antennen (33, 34) zur drahtlosen Kommunikation umfasst, die auf dem ersten vertikalen Arm (21) und auf dem zweiten vertikalen Arm (22) des Rahmens (20) angeordnet sind.
Gabelstapler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er auch umfasst: - ein zwischen den Zinken der Transportgabel (11) angeordnetes Paletten-Lidar-System (38) zur Erfassung der Position der Paletten; - einen Sensor in Form einer Druckplatten-Baugruppe (39) zum Erfassen des vollständigen Aufschiebens der Palette auf die Transportgabel (11) oder der darauf abgestellten Last, welcher an der Rückseite der Karosserie (10) angeordnet ist; - ein lineares Potentiometer (45) zur Bestimmung der aktuellen Position der Transportgabel (11), welches an einem hebenden Teil der Karosserie (10) und einem stationären Teil des Rahmens (20) angeordnet ist.
Gabelstapler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen berührungsempfindlichen Bildschirm mit einer Benutzerschnittstelle (40) umfasst, welcher auf dem mittleren Querträger (24) zwischen den vertikalen Armen (21, 22) angeordnet ist.
Gabelstapler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens zwei Sicherheitsknöpfe (41, 42) zum Anhalten des Betriebs des Gabelstaplers umfasst, welche an den vertikalen Armen (21, 22) angeordnet sind.
Gabelstapler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er an den vertikalen Armen (21, 22) angeordnete Lichtsignale (43, 44) mit einer akustischen Sirene zur Information über den Zustand des Gabelstaplers aufweist.
Modernisierungsset zur Modernisierung bestehender nicht-autonomer Gabelstapler in einen autonomen Gabelstapler nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wenigstens umfassend: - einen Rahmen (20) mit folgenden darauf angeordneten Komponenten: - ein Navigations-Lidar-System (31), - eine 3D-Kamera (32), - ein vorderes Lidar-System (35), - ein seitliches linkes Lidar-System (36), und - ein seitliches rechtes Lidar-System (37), - sowie einer geeigneten Steuerungssoftware für die auf dem Rahmen (20) angeordneten Komponenten.
Modernisierungsset nach Anspruch 7, weiterhin umfassend: - zwei Antennen (33, 34).