DE2258764A1 - Automatisches fahrzeugsystem - Google Patents

Description

Priorität: 30. November 1971, Japan, Nr. 96 875

Automatisches Fahrzeuffsystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug, vor allem zur Beförderung von Lasten, und betrifft insbesondere ein automatisches Fahrzeug, das ohne Fahrer arbeitet.

Fahrzeuge der obigen Art werden oft zum Transport von Waren benützt, können jedoch auch zur Beförderung von Personen, Tieren' usw. eingesetzt werden. Das Anwendungsgebiet eines solchen Fahrzeugs beschränkt sich nicht auf die'im folgen- den beschriebene Ausführung, sondern ist für die verschiedensten Transportzwecke geeignet. Als Beispiel soll jedoch ein Fahrzeug zum Transport von Gütern besch.rieb.en werden.

Ein solches Fahrzeug wird etwa als Lasttransporteinrichtung an einer Fertigungsstraße einer Fabrik für Massenproduktion oder eines Montagewerkes verwendet. Es' wird ferner als Transporteinrichtung zur Verbindung zwischen den jeweiligen Fertigungsstraßen, zwischen Anfangs- oder Endpunkt einer Fertigungsstraße und einem Warenhaus oder Auslieferungsplatz, zwischen diesen Plätzen und einem Lager usw. eingesetzt. Gegenwärtig wird dieser Transport mit Hilfe von Förderwerken, Fahrkränen, Gabelstaplern, Handkarren usw. besorgt.

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Unter den obigen Einrichtungen werden in Massenfabrikat-icnsbetrieben und Montagewerken insbesondere Förderwerke, Fahrkrane und dergleichen ausgiebig verwendet. Gelegentlich ist jedoch eine Änderung in der Anordnung der Hontageplätze oder ein komplizierter Transport infolge einer Modelländerung des Produktes erforderlich, was dazu führt, daß die Anordnung der Fahrschienen für die Fahrkrane, Förderwerke usw. gemäß der neuen Einrichtung geändert werden muß. Dies ist mit außerordentlich hohen Kosten und hohem Arbeitsaufwand verbunden. Umgekehrt betrachtet, läßt sich eine Änderung des "Layouts" nur schwer vornehmen, da die Transporteinrichtungen nur schwierig verändert werden können. In einigen Fällen mag es daher vom zeit-, liehen Standpunkt her sogar vorteilhafter sein, eine getrennte Fabrik zu bauen.

Es ist seit langem ein Erfordernis, Lasten oder Güter automatisch, d.h. unbeaufsichtigt oder ohne Bedienungsperson, zwischen zwei bestimmten Plätzen zu transportieren. Dazu ist eine Technik angewendet worden, bei der leitende elektrische Wellen einer bestimmten Frequenz von einem elektrischen Leitdraht abgestrahlt werden und ein fahrerloses Fahrzeug diese leitenden elektrischen Wellen empfängt und dadurch fährt. Voraussetzung für diese Technik ist jedoch"der elektrische Leitdraht. Da der Leitdraht unter dem Boden verlegt sein muß, ist die Installation eines solchen Systems aufwendig.

Ferner gibt es ein System, bei dem der Verkehr drahtlos geleitet wird. Bei diesem System ist es jedoch sehr schwierig, wo nicht unmöglich, komplizierte Bewegungen auf einem kleinen Platz, etwa in einem automatischen Waren- oder Lagerhaus durchzuführen. Deshalb wird eine solche Einrichtung zum unbeaufsichtigten Transport von Lasten und dergleichen gewöhnlich durch Verwendung von Fahrschienen oder dergleichen auf räumliche Genauigkeit gebracht. Zu solchen unbeaufsichtigten Lade- und Entladeeinrichtungen, die mit Fahrschienen arbeiten, gehört das sogenannte automatische Förderwerk. Diese Anlage ist

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insofern nachteilig, als ihre Einrichtungen aufwendig sind und eine Layout-Änderung, wie oben erwähnt,-- unmöglich ist.

Um die obigen Nachteile zu beseitigen, sind schon einige optische Leitsysteme für Fahrzeuge entwickelt worden. Bei solchen optischen Leitsystemen sind am Boden Linien oder Streifenstücke angebracht worden, deren Reflexionsfaktor von dem des Bodens verschieden ist, wobei das Fahrzeug durch Erkennen des Reflexionsfaktor-Unterschieds gelenkt wird und fährt. Bei diesem System brauchen nur Streifenstücke auf den Boden geklebt oder Linien aufgetragen zu werden. Werden sie unnötig, so brauchen nur die Linien entfernt bzw. die Streifenstücke abgerissen zu werden... Diese Arbeit ist sehr einfach, weshalb eine sofortige Layout-Änderung möglich ist.

■ Wird jedoch bei dem konventioneilen optischen Leitsystem der Detektor für die Aufnahme des reflektierten Lichtes, der etwa von einer Fotodiode, einem Fototransistor oder einer CdS-Zelle ,gebildet wird, unfähig, das reflektierte Licht von dem sogenannten Reflexionsband der Linie, des Streifens oder der sonstigen Einrichtung zu erkennen, so wird es für das unbe-. aufsichtigt fahrende Fahrzeug unmöglich, festzustellen, ob es sich in dem betreffenden Moment rechts oder links des Reflexionsbandes befindet. Infolgedessen bev/egt sich das Fahrzeug in diejenige Richtung, in der der Abstand von dem Reflexionsband zunimmt .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transporteinrichtung mit einem optischen Leitsystem zu schaffen, bei dem sichergestellt ist, daß das Fahrzeug einer bestimmten Bahn folgt. Dabei soll das Fahrzeug in der Lage sein, in verschiedenen Betriebsweisen zu arbeiten.

In einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Transporteinrichtung ein optisches Leitsystem auf, das in der Lage ist, eine Auslenkung der Bahn des Fahrzeugs festzustellen und

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den Lenke inscIilag entsprechend der Größe der Auslenkung zu steuern. Dabeisind an der Unterseite des Fahrzeugs eine Lichtquelle und ein Lichtdetektor angebracht, wobei der Detektor das Licht empfängt, das von einem auf einer Fahrbahn angeordneten Leitstreifen reflektiert wird. Der Detektor ist quer zum Fahrzeug breit genug und ermittelt die Größe der relativen Auslenkung des Fahrzeugs gegenüber dem Leitstreifen. Dabei wird die Fahrtrichtung des Fahrzeugs korrigiert, und gleichzeitig wird es möglich, dem Fahrzeug verschiedene Steuersignale zu erteilen, indem der Leitstreifen in unterschiedlichen Konfigurationen verlegt wird.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert; in den Zeichnungen zeigen

Fig. 1a und 1b eine Seitenansicht und eine Unteransicht

eines erfin^ungsgemäßen automatischen Fahrzeugs;

Fig. 2 einen Detektor, wie er in der Ausführungsform nach Fig. 1a und 1b verwendet wird;

Fig. 3 und 4 eine Steuerschaltung zum Lenken des Fahrzeugs;

Fig. 5 ein Diagramm der Arbeitskennlinie der Steuerschaltung nach Fig. 3 und 4; und

Fig. 6 bis 9 schematische Darstellungen zur Erläuterung der verschiedenen Betriebsarten des Fahrzeugs gemäß der Erfindung.

In Fig. 1a und 1b ist mit 1 ein Lastfahrzeug bezeichnet, das auf zwei Vorderrädern 3» 3' und zwei Hinterrädern 5, 5' läuft. Zur vereinfachten Darstellung ist die Aufhängung der Räder am Fahrzeug weggelassen. Die Vorderräder 3» 3' sind lenkbar, während die Hinterräder 5, 5' Antriebsräder sind.

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Die Räder 3, 3¹ werden von einem Lenkmotor 7 über einen Lenkmeehanismus gesteuert, der .ein Lenkgetriebe 9 umfaßt. Die Räder 5* 3* werden von einem Antriebsmotor 11 über ein Differentialgetriebe 13 angetrieben. Der Lenkmotor 7* der Antriebsmotor 11 sowie die'im folgenden beschriebenen verschiedenen Steuerschaltungen, werden von einer Batterie 15 mit elektrischer Energie gespeist. An der Unterseite des Fahrzeugs 1 ist eine Lichtquelle 1? montiert,, die Licht strahlenförmig aussendet. In ähnlicher Vfeise ist an der Fahrzeugunterseite ein Liehtempfanger oder -detektor 19 an einer Stelle montiert» an der die von äer Lichtquelle 1? ausgehenden Lichtstrahlen nach Reflexion durch eine Fläche einer Fahrbahn auftreffen.

In Fig. 2 ist die Anordnung der einzelnen Elemente D1 bis Wf (von links nach rechts numeriert) gezeigt. Für diese Elemente können 0dS-2ellen» Fototransistoren, Fotodioden und dergleichen verwendet werden. Qemal Fig. 1a ist Jedes Element mit einer Haube 21 versehen, die lang genug ist» um zu verhindern, d'aß die Elemente einander stören oder beeinflussen» und um dadurch zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Mit 22 ist ein Steuergerät bezeichnet» dessen innerer Aufbau im folgenden beschrieben werden soll·; die Funktion des Steuergeräts 22 besteht darin, die Richtung des Fahrzeugs zu bestimmen, sowie den Lenkmotor 7 und äen Antriebsmotor 11 zn steuern.

Mit 23 ist ein Leitstreifen bezeichnet» der aus einer mit weißer Farbe oder dergleichen aufgemalten Linie» einem weißen Klebstreifen» einem Aluminium-Klebstreifen oder dergleichen besteht. Verschiedene von äen Erfindern durchgeführte Versuche haben gezeigt» daß die besten Ergebnisse mit Aluminiumstreifen erzielt werden. Bei dieser Anordnung erzeugen nur diejenigen der Elemente D1 bis D7 Signale i^» I₂*.*. i-» die das von dem Leitstreifen 23 reflektierte Lieht empfangen.

Im folgenden sollen Einzelheiten des Steuergeräts 22 erläutert werden. ÖemäS Fig. 3 erzeugt der Detektor 19 die oben

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genannten Signale I₁, i₂, ... i^. Diese Signale gelangen an einen Signal-Diskrirainator 25, der gemäß der jeweils gegebenen Kombination der Signale i.....i^ unterschiedliche Steuersignale P₁, P₂, P₅, P₅, P₆, Ργ» Pp₍ P₃, bzw. P₁ erzeugt. Die Signale P^ bis T-* und Pc bis P^ sind Signale, die verschiedenen Lenkeinschlag-Winkeln entsprechen. Das Signal Pp veranlaßt das Fahrzeug 1, einen nachfolgenden Abschnitt» etwa einen Arbeitsplatz oder dergleichen, zu passieren. Die beiden Signale Pg und P^ sind Haltesignale, wobei das erstexe für Nothalt und das letztere für vorübergehenden Halt benutzt werden. Ein Signal ijj aus einer Polgesteuerung 27 stellt Richtung-Wählsignale i_R und i^ dar. Die Folgesteuerung 27 liefert im voraus ein Programm für den Fafirzeugbe trieb.

In dem Diskriminator 25 wird folgende logische Entscheidung durchgeführt:

Pj = ( I₁-I₂ ^3-1·¹J*

¹I* ^ 3+1 * * · · n* ¹R' *

n-2

5=1 ■^T ⁼ ν i| · i"2*

In den obigen Boole'sehen Gleichungen ist das Subskript η für den in Fig. 3 gezeigten Pail gleich 7. Bekanntlich lassen sich diese Boole'sehen Gleichungen leicht in einer wirklichen Schaltung verkörpern. Jedes der Signale P., das sich aus den

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Boole'schen Gleichungen ergibt, wird dem entsprechenden Relais 31 bis 37 zugeführt. Diese Relais 31 bis 37 arbeiten auf die Kontakte Cj bis C^ nach Pig. 4.

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Das Signal P^ (vorübergehender Halt) wird von einem Zähler 29 jeweils gezählt, wodurch die tatsächliche Lage des Fahrzeugs ermittelt wird. Das Signal P_m dient nämlich aui3er als Signal zum vorübergehenden Anhalten des Fahrzeugs auch als Stellungs-Erke'nnungssignal. Dieser Fall sei beispielsweise folgendermaßen betrachtet. Die Fahrbahn, d.h. der Leitstreifen, ist in eine "Vielzahl von gedachten Arbeitsabschnitten unterteilt, so daß man einzelne Abschnitte der Fahrbahn bzw. einzelne Arbeitspunkte erhält. Am Anfangspunkt jedes "Abschnitts ist an dem Leitstreifen eine Lichtreflektormarke .vorgesehen, die bei Erkennung durch den Detektor anzeigt, daß das Fahrzeug jeweils den nächsten Abschnitt erreicht hat. Durch Zählen der von diesen Marken reflektierten Signale ist es daher möglich, daß das Fahrzeug seine Stellung erkennt.

In Abhängigkeit vom Inhalt des Zählers 29 erzeugt die Folgesteuerung 27 das programmierte Signal i^, das den jeweiliger¹ Arbeitsvorgang in diesem Abschnitt steuert, etwa Anhalten zum Beladen/Entladen, Rechts- oder Linksfahrt an einer Verzweigung, Passieren- des Abschnitts oder dergleichen.

Falls das Signal Pm (vorübergehender Halt) die oben erwähnten beiden Funktionen des Haltes und gleichzeitig der v/eiteren Betriebsart hat, muß das Fahrzeug bei Erreichen jedes Abschnitts anhalten. Um einen solchen Betrieb zu vermeiden, muß ein Signal zur Ermittlung der Fahrzeugposition getrennt von dem Signal für vorübergehenden Halt erzeugt werden; im übrigen sind die einzelnen Vorgänge zur Erfüllung des obigen Zwecks für den Fachmann leicht ersichtlich.

In Fig. 4 ist nochmals der in Fig..1 gezeigte Lenkmotor 7 dargestellt, der einen Anker 71 und eine Feldwicklung 72 umfaßt. Der Anker 71 ist mit einer Stromquelle S^ verbunden, bei der es sich um einen Teil der in Fig. 1 gezeigten Batterie 15 handelt. Die Feldwicklung^72.wird^von der. Ausgangsspannung eines Magnetverstärkers 41 erregt. Der Verstärker 41

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hat zwei Primärwicklungen 43 und 45, denen zwei Eingangssignale unterschiedlicher Richtung (gemäß den gezeigten Pfeilen) zugeführt werden. Die beiden Wicklungen sind an einem Ende miteinander verbunden und geerdet. Das andere Ende der V/icklung 4 3 ist an einem gemeinsamen Verbindungspunkt mehrerer Widerstände R₁ bis R-z und der damit in Serie liegenden Kontakte C₁ bis Ca angeschlossen. In ähnlicher Weise ist das andere Ende der Wicklung 45 an einen gemeinsamen Verbindungspunkt der Serienschaltungen aus Widerständen Rc bis Ry und der Kontakte Cc₁ bis Cy angeschlossen. Die anderen Enden der jeweiligen Serienschaltungen sind zusammen an einen Pol einer Energiequelle Sp geführt, deren anderer Pol geerdet ist.

Die Werte der Widerstände R₁ und Ry, R2 und Rg sowie R? und Rk sind jeweils gleich, wobei R-j und Ry die kleinsten, R-z und Rc die größten V/iderstände sind und R2 und R^ mittlere Werte haben. Wird nun einer der Kontakte C₁ bis Cy geschlossen, so fließt der Primärstrom für den Magnetverstärker 41 durch die entsprechende Wicklung 43 oder 45 in der durch den jeweiligen Pfeil angegebenen Richtung, und seine Größe entspricht dem V/ert des betreffenden Widerstands R₁ bis Ry. Von diesem Primärstrom hängt der Sekundärstrom des Hagnetverstärkers 41 ab, der die Feldwicklung 72 erregt. Entsprechend den Signalen P₁ bis Py nach Fig. 5 wird daher die Drehzahl des Lenkmotors 7 verändert.

Die Arbeitsweise des oben beschriebenen Steuergeräts wird im folgenden anhand von Fig. 4 bis 9 erläutert.

Es sei angenommen, daß das Fahrzeug 1 gegenüber dem Leitstreifen 23 nach rechts ausschert, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. In diesem Fall erzeugt das Element D2 des Detektors 19 das Signal ip, während die übrigen Elemente keine Signale erzeugen. Entsprechend dem Signal ip wird von dem Diskriminator 25 das Signal Pp erzeugt,das das Relais 32

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erregt. Infolgede&sen wird der Kontakt C₂ geschlossen. Durch die !Primärwicklung 45 fließt der von dem Widerstand Rp bestimmte Primärstrom, Der Verstärker 41 erzeugt daher eini Ausgangssignal, das den Lenkmotor 7 mit einer bestimmteil Geschwindigkeit nach links dreht. Infolgedessen bewegt sich das Fahrzeug 1 gemäß dem Pfeil in Fig. 6 nach links. Fährt nun das. Fahrzeug 1 nach links, so hört das Element D2 des Detektors 19 auf," das Signal i₂ zu erzeugen» und das Element D3 gibt das Ausgangesignal i* ab. In Abhängigkeit von dem Ausgangssignal W erzeugt der Diskriminator 25 das Signal P~, das das Relais 33 erregt*. Der Kontakt C^ des Relais 53.schließt, und der Magnetverstärker 41 gibt ein Ausgangssignal ab, das den Lenkmotor 7 mit kleinerer Drehzahl als vorher nach links dreht.

Viie oben erwähnt nimmt die Drehzahl des Lenkmotors 7 ab, wenn sieh die Mitte des Fahrzeugs 1 dem Leitstreifen 23 nähert. Da das Fahrzeug 1 sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, wird mit Annäherung der Fahrzeugmitte an den Leitstreifen 23 eine weiche Korrektur der Fahrzeugauslenkung erreicht. Dies ist für den Korrekturvorgang erwünscht. Fallt die Fahrzeugmitte mit dem Leitstreifen 23 in dem oben beschriebenen Korrekturvorgang zusammen, so erzeugt der Diskriminator 25 kein Ausgangssignal, Daher bewegt sich das Fahrzeug geradeaus.

Ein ähnlicher Korrekturvorgang erfolgt, wenn das Fahrzeug 1 gegenüber dem Leitstreifen 23 gemäß Fig. 7 nach links versetzt ist. Dann erzeugt das Element D7 des Detektors 19 das Ausgangssignal ij, und der Diskriminator 25 gibt das Signal Ργ zur Erregung des Relais 37 ab. Der Kontakt Ογ des Relais 37 schließt, und der Magnetverstärker 41 erzeugt ein Ausgangssignal, das den Lenkmotor 7 mit der Geschwindigkeit der Stufe Ργ nach Fig. 5 rechts dreht. Infolgedessen fährt das Fahrzeug 1 in der mit dem Pfeil in Fig. 7 angegebenen Richtung, so daß die Fahrtrichtung korrigiert wird.

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Anhand von Fig. 8 soll der Auswahlvorgang beschrieben werden, bei dem die Bahn des Fahrzeugs an, einer Verzweigung bestimmt wird. Erreicht das Fahrzeug 1 eine Verzweigung des Leitstreifens 23, so werden sämtliche Elemente D1 bis D7 des Detektors 19 durch einen Zusatzabschnitt 24 des Leitstreifens 23 beaufschlagt, dessen Breite mindestens gleich oder etwas gröi3er ist als die Breite des Detektors 19. Daher erzeugen sämtliche Elemente D1 bis D7 die Signale i-j bis i·?, und der Diskriminator 25 erzeugt das Signal Pm (vorübergehender Halt). Dieses Signal Pm wird in dem Zähler 29 gezählt und gleichzeitig einer (nicht gezeigten) Antriebs-Steuerschaltung zugeführt. Der Inhalt des Zählers 29 wird der Folgesteuerung 27 zugeführt. Dadurch erfährt die Folge-steuerung 27, an welchem Abschnitt sich das Fahrzeug 1 be·* findet. Entsprechend der ermittelten Position des Fahrzeugs erzeugt die Folgesteuerung 27 das Signal i^, das bewirkt, daß das Fahrzeug nach rechts oder links fährt. Dasjenige Signal i_d, auf Grund dessen das Fahrzeug nach rechts fährt, heißt L₁ während das Signal i^ für Linksfahrt mit It bezeichnet ist.

Da in Fig. 8 die beiden Elemente D2 und D6 gleichzeitig die Signale ip bzw. ig erzeugen, und unter der Annahme, daß von der Folgesteuerung 27 das Signal i-r abgegeben wird, erzeugt der Diskriminator 25 das Signal P₂, da nur der dritte Ausdruck für j = 2 in der obigen Boole'sehen Gleichung für P. erfüllt ist. Ähnlich wie in der Beschreibung der Fig. 7 fährt daher das Fahrzeug 1 nach links, wie dies durch den Pfeil in Fig. 8 angedeutet ist. Auf diese Weise wird das Fahrzeug an der Verzweigung selektiv gesteuert. Der Zusatzabschnitt 24 des Leitstreifens 23 kann jedoch auch durch andere bekannte Methoden ersetzt v/erden.

Wird, wie in Fig. 9 gezeigt, der Leitstreifen 23 an einem Teil stück breiter als an seiner übrigen Länge, so daß er drei der Elemente, etwa die Elemente D4 bis D6,

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überdeckt, so erzeugen diese Elemente gleichzeitig Ausgangssignale. In diesem Fall ist die obige Boole'sehe Gleichung für Pp erfüllt, und der Diskriminator 25 erzeugt das Signal Pp, das bewirkt, daß das Fahrzeug den nächsten Abschnitt passiert. · .

Wie oben erläutert, wird bei einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung der Lenkeinschlag des Fahrzeugs durch die Größe der Verschiebung der Fahrzeugmitte gegenüber dem Leitstreifen gesteuert, so' daß sich die Lenksteuerung selbst bei großen seitlichen Verschiebungen mit Sicherheit durchführen läßt.

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Claims (3)

22587R4 Patentansprüche

1.jAutomatisches Fahrzeugsystem mit einem selbstgetriebenen Fahrzeug und einer auf der Fahrbahn angeordneten Leiteinrichtung zur Führung des Fahrzeugs, dadurch ge-, kennze ichnet, daß die Leiteinrichtung (23) einen von der Fahrbahn verschiedenen Rcflexionskoeffizient aufweist und daß das Fahrzeug an seiner Unterseite eine Lichtquelle (17) zur Beleuchtung der die Leiteinrichtung enthaltenden Fahrbahn sowie einen Detektor (19) umfaßt, dex· nieliiere im wesentlichen über die Breite des Fahrzeugs nebeneinander angeordnete Lichtdetektorelemente (D1...D7) umfaßt, die Signale zur Steuerung der Fahrzeuglenkung abgeben.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß die Leiteinrichtung (23) unterschiedliche Konfigurationen aufweist und daß das Fahrzeug eine Steuerschaltung (22) zur Durchführung logischer Entscheidungen anhand derjenigen Signale umfaßt, die auf Grund der jeweiligen Konfiguration der Leiteinrichtung von den Detektorelementen (D1...D7) erzeugt werden.

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3. System 31 ach Anspruch 2„, d actor e.h. .g e k g n a ζ■ .-e i c ih- η e t, daß €i.e Leiteimri&httaiBg 125) in eiüaaeine Ab schnitte unterteilt ist,, die jsw-eiLs· an ifea^eia Mi*- iCaiigspunkt einan. 'Zusataabsetoitt {24-)■ zm^ ■einer vorproigrainmiertea FolgiesteuBiCwiag |2⁽?)

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