DE4110159C2 - Bewegungsrobotersystem mit einer Ladungssteueranordnung - Google Patents
Bewegungsrobotersystem mit einer LadungssteueranordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Bewegungsrobotersystem mit einer
Ladungssteueranordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bewegungsroboter, die in der Lage sind, sich automatisch zu bewegen, werden
häufig in Herstellungsautomationssystemen eingesetzt.
Die US 4 777 416 offenbart ein Bewegungsrobotersystem mit wenigstens einem
Roboter, der seine Energie aus aufladbaren Batterien erhält (Spalte 1, Zeilen 45-47)
und der zur Durchführung einer Operation bzw. eines Funktionsablaufes
entsprechend gespeicherten Programmen automatisch bewegt wird (Spalte 15,
Zeilen 18-25) und mit wenigstens einer Ladestation, zu der der Roboter bewegt
wird, um einen Ladevorgang durchzuführen, wenn die Energie der Batterie auf einen
bestimmten Pegel abgesunken ist (Spalte 1, Zeilen 61-67).
Eine Steuerstation zur Steuerung der Bewegung und Operationen automatisch
geführter Fahrzeuge durch Datenverbindung eines Host-Computers mit jedem
Fahrzeug ist aus der DE 39 23 011 A1 bekannt.
Derartige Systeme haben mehrere Bewegungsroboter und eine Steuerstation zu
deren Steuerung. Entsprechend den Befehlen der Steuerstation bewegt sich jeder
Bewegungsroboter automatisch zu einem speziellen Ort, an dem eine Operation
durchzuführen ist, oder zu einer Ladestation. Die Steuerstation ist so konstruiert, daß
sie eine Karteninformation verwaltet, die den Bewegungsbereich darstellt, und die
auch die aktuelle Position des Bewegungsroboters kontrolliert, und auch, ob der
Bewegungsroboter gerade eine Operation ausführt.
Der Bewegungsroboter wird von einem Elektromotor angetrieben, der von einer
aufladbaren Batterie angetrieben wird. Dabei mißt die Steuerstation die ablaufende
Zeit nach Ladung der Batterie. Danach steuert die Steuerstation nach jeder
vorbestimmten Ablaufzeit den Bewegungsroboter so, daß er die Ladeoperation
durchführt. Dabei informiert die Steuerstation den Bewegungsroboter über die
nächste Ladestation. Der Bewegungsroboter bewegt sich dann automatisch
selbsttätig zu der Ladestation. Danach bringt der Bewegungsroboter den
Spannungsaufnahmeverbinder automatisch mit dem Spannungsnetzverbinder in
Eingriff, der an der Ladestation vorgesehen ist, so daß seine Batterie beladen wird.
Wie zuvor beschrieben wurde, ist bei dem üblichen Ladesteuersystem die
Steuerstation so aufgebaut, daß sie die Ablaufzeit der Batterie jedes
Bewegungsroboters mißt. Spezielle Programme müssen für die Steuerstation
vorgesehen sein, um die Ablaufzeiten der Bewegungsroboter zu verwalten. Deshalb
besteht der Nachteil, daß die Arbeitsabläufe der Steuerstation kompliziert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladesteueranordnung zu schaffen,
mittels der die Ladungsvorgänge von Robotern effizient durchgeführt werden
können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des
Anspruchs 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 beispielsweise erläutert:
Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Gesamtaufbaus eines
Bewegungsrobotersystems mit einer Ladungssteueranordnung
entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild des elektrischen Aufbaus einer im System der Fig. 1
vorgesehenen Steuerstation,
Fig. 3 ein Blockschaltbild des elektrischen Aufbaus eines
Bewegungsroboters, und
Fig. 4 eine Karte, die ein Beispiel der Bewegungsbahnen darstellt, auf denen
sich ein Bewegungsroboter bewegt.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das den Gesamtaufbau eines
Bewegungsrobotersystems zeigt, das eine Ladesteueranordnung gemäß der
Erfindung verwendet.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Steuerstation, und 2-1 bis 2-10 bezeichnen
Bewegungsroboter. Die Steuerstation 1 ist mit jedem Bewegungsroboter 2 über Funk
verbunden. Jeder Roboter ist so konstruiert, daß er sich längs eines Magnetbandes
bewegt, das auf der Bodenfläche der vorbestimmten Bewegungsbahn befestigt ist,
wie Fig. 4 zeigt. Zusätzlich sind Knotenpunktsmarkierungen (siehe 1 bis 14) auf der
Bewegungsbahn in gleichen Abständen angeordnet.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das den elektrischen Aufbau der Steuerstation 1 zeigt.
In Fig. 2 bezeichnet 1a eine Zentraleinheit (CPU), 1b einen Programmspeicher, der
in der CPU auszuführende Programme speichert, und 1c eine Kollisionstabelle. Die
Kollisionstabelle 1c speichert Daten, durch die eine Kollision zwischen den Robotern
vermieden werden kann.
Weiterhin bezeichnet 1d einen Kartenspeicher, der X-Y-Koordinaten jedes Knoten
(siehe 1 bis 14 in Fig. 4), Daten, die für die Art jedes Knotens (der z. B. eine
Arbeitsstation, oder eine Ladestation bezeichnet) charakteristisch sind, die Anzahl
der Knoten, die mit jedem Knoten verbunden sind, Daten, die für den Abstand
zwischen den Knoten charakteristisch sind, speichert. Außerdem speichert der
Kartenspeicher 1d die Koordinaten jeder Ladestation S1, S2, die auf der
Bodenfläche vorgesehen sind.
Zusätzlich bezeichnet 1e einen Datenspeicher zum Speichern von Daten, und 1f
einen Operationsteil, der eine Tastatur enthält. 1 g bezeichnet eine Übertragungseinheit
zur Verbindung mit einem Roboter 2, deren Aufbau und Arbeitsweise später erläutert
wird. Die Übertragungseinheit 1 g überträgt die Daten, die von der CPU 1a
zugeführt werden, mittels einer Trägerwelle mit einer Frequenz von 200-300 Mhz.
Andererseits empfängt die Übertragungseinheit 1 g die Daten, die von den
Bewegungsrobotern 2-1 bis 2-10 ausgesendet werden, mittels der Trägerwelle.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das den elektrischen Aufbau eines Bewegungsroboters
2 zeigt.
In Fig. 3 bezeichnet 2a eine CPU, 2b einen Programmspeicher zum Speichern von
in der CPU auszuführenden Programmen, 2c einen Datenspeicher zum Speichern
von Daten, und 2e eine Übertragungseinheit, die die Verbindung zur Steuerstation 1
herstellt. Außerdem bezeichnet 2f einen Kartenspeicher, der denselben Aufbau wie
der vorherige Kartenspeicher 1d hat, mit dem die Steuerstation 1 ausgestattet ist, um
Bewegungsbahndaten zu speichern.
2g bezeichnet eine Bewegungssteuereinheit. Wenn die Bewegungssteuereinheit 2g
Bestimmungsdaten von der CPU 2a empfängt, tastet sie das Magnetband und die
Knotenpunktsmarkierungen auf der Bodenfläche mittels eines Magnetsensors ab
und steuert dadurch den Antriebsmotor des Roboters, so daß der Bewegungsroboter
zu dem durch die Bestimmungsdaten angegebenen Zielknotenpunkt bewegt wird.
2h bezeichnet eine Armsteuereinheit, die, wenn sie von der CPU 2a die
Operationsprogrammzahl empfängt, das Operationsprogramm entsprechend der
Operationsprogrammzahl aus einem internen Speicher liest, wenn der
Bewegungsroboter den Operationsknotenpunkt erreicht. In Übereinstimmung mit
dem gelesenen Programm steuert die Armsteuereinheit 2h somit einen Roboterarm,
um mehrere Arten von Operationen durchzuführen.
Außerdem enthält der Bewegungsroboter 2 eine Ladungsanforderungs-
Bewertungseinheit 2j, die beurteilt, ob der Ladungsvorgang für die aufladbare
Batterie angefordert wird. Die Ladungsanforderungs-Bewertungseinheit 2j enthält
eine Batteriespannungs-Detektor- und Zeitsteuereinheit (nicht gezeigt). Die
Batteriespannungs-Detektoreinheit überwacht ständig die Batteriespannung, so daß
sie, wenn die Spannung der Batterie auf den vorbestimmten Pegel absinkt, ein
elektrisches Signal zur CPU 2a überträgt. Die Zeitsteuereinheit mißt die Zeit, die
abläuft, nachdem die Batterie geladen wurde. Wenn die abgelaufene Zeit, die zu
messen ist, die vorbestimmte Zeit erreicht (z. B. sechzig Minuten), sendet die
Zeitsteuereinheit ein elektrisches Signal zur CPU 2a.
Es wird nun die Arbeitsweise des Bewegungsrobotersystems beschrieben:
Bei Empfang des Befehls von der Steuerstation 1 nimmt der Bewegungsroboter 2
Bezug auf den Inhalt des Kartenspeichers 2f, so daß er sich durch Ansteuerung der
Bewegungssteuereinheit 2g zu seinem Bestimmungsort bewegt und auch die
vorbestimmte Operation durch Ansteuerung der Armsteuereinheit 2h durchführt. Da
die oben erwähnte Bewegung und Operation mittels der Energie durchgeführt
werden, die in der aufladbaren Batterie gespeichert ist, die in den Bewegungsroboter
2 eingebaut ist, wird die Energie allmählich verbraucht, so daß die Spannung der
Batterie etwas absinkt. Die Ladungsanforderungs-Bewertungseinheit 2j stellt dann
fest, daß der Ladevorgang erforderlich ist. Die CPU 2a empfängt eines von zwei
elektrischen Signalen, das zuerst zugeführt wird, d. h. eines der elektrischen Signale,
die von der Batteriespannungs-Detektoreinheit ausgegeben werden, wenn die
Batteriespannung auf den vorbestimmten Pegel absinkt, sowie ein weiteres
elektrisches Signal, das von der Zeitsteuereinheit ausgegeben wird, wenn die
abgelaufene Zeit die vorbestimmte Zeit erreicht. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die CPU
2a Zugriff auf den Programmspeicher 2b, so daß die Übertragungseinheit 2e ein
Ladungsanforderungssignal zur Steuerstation 1 überträgt.
Das oben erwähnte Ladungsanforderungssignal wird von der Übertragungseinheit
zur CPU 1a übertragen, und die CPU 1a nimmt Zugriff zu einer Ladungsstations-
Registrierungstabelle (nicht gezeigt), die im Datenspeicher 1e vorgesehen ist. Die
Registrierungstabelle enthält Identifizierungscodes für die Ladestationen. Wenn die
Steuerstation 1 eine bestimmte Ladestation für den Bewegungsroboter 2 bezeichnet,
wird ein Erkennungssymbol entsprechend dem Identifizierungscode für die
bezeichnete Ladestation gespeichert. Wenn die Steuerstation 1 ein
Ladungsendsignal vom Bewegungsroboter 2 empfängt, das anzeigt, daß der
Ladevorgang beendet ist, löscht die Steuerstation das Erkennungssymbol. Somit ist
es möglich, das gespeicherte Erkennungssymbol entsprechend dem
Identifizierungscode für die Ladestation zu ermitteln, an der der Ladungsvorgang an
dem Bewegungsroboter 2 durchgeführt wird oder zu der der Bewegungsroboter 2
bewegt wird, um den Ladungsvorgang durchzuführen.
Wenn das Ladungsanforderungssignal von der Übertragungseinheit 1 g empfangen
und zur CPU 1a in der Steuerstation 1 übertragen wird, greift die CPU 1a zum
Programmspeicher 1b und nimmt Bezug zum Kartenspeicher 1d, um dadurch die
nächste Ladestation zu suchen. Bezüglich der gesuchten Ladestation sucht die CPU
1a die vorherige Ladestations-Registrierungstabelle, um dadurch zu ermitteln, ob
das Erkennungssymbol im Speicherbereich entsprechend der gesuchten Ladestation
gespeichert ist oder nicht.
Wenn das Erkennungssymbol im Speicherbereich nicht gespeichert ist, wird das
Erkennungssymbol in diesem Speicherbereich gespeichert. Danach wird der
Identifizierungscode für die Ladestation zum Bewegungsroboter 2 übertragen.
Wenn der Identifizierungscode bereits im Speicherbereich gespeichert wurde, sucht
die CPU 1a die nächste Station von den Ladestationen, die von der Ladestation
entsprechend dem Erkennungssymbol verschieden ist, unter Bezugnahme auf den
Kartenspeicher 1d aus, wie zuvor beschrieben wurde. Danach wird der Suchvorgang
an der Ladestations-Registrierungstabelle und der Ladestation wiederholt, so daß
die CPU 1a den Identifizierungscode für die Ladestation entsprechend dem
Speicherbereich aussucht, der das Erkennungssymbol nicht speichert. Dieser
Erkennungscode für die Ladestation wird dann zum Bewegungsroboter 2
übertragen.
Wenn der Identifizierungscode für die Ladestation zu dem Bewegungsroboter 2
übertragen wird, bezieht sich der Bewegungsroboter 2 auf den Kartenspeicher 2f,
der darin vorgesehen ist, um dadurch die Bewegungssteuereinheit 2g anzusteuern,
so daß er sich automatisch zur bezeichneten Ladestation bewegt.
Wenn der Bewegungsroboter 2 die Ladestation erreicht, schließt er danach seinen
Spannungsaufnahmeverbinder an den Spannungsquellenverbinder der Ladestation
an, so daß seine Batterie automatisch geladen wird. Wenn der Ladevorgang
beendet ist, überträgt der Bewegungsroboter 2 das vorherige Ladungsendesignal
zur Steuerstation 1. Danach bewegt sich der Bewegungsroboter 2 oder führt
verschiedene Operationen entsprechend den Befehlen der Steuerstation 1 durch.
Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform ist der Bewegungsroboter 2 so
konstruiert, daß er selbstständig das Ladungsanforderungssignal zur Steuerstation
sendet, wenn die Batteriespannung den vorbestimmten Pegel unterschreitet oder
wenn die abgelaufene Zeit nach Durchführung des Ladevorgangs länger als die
vorbestimmte Ablaufzeit ist, d. h., wenn es notwendig ist, die Batterie zu laden.
Damit kann die vorliegende Ausführungsform im Unterschied zum Stand der Technik
der Steuerstation 1 einen einfachen Vorgang anbieten, der kein Programm zur
Kontrolle der Ladezeit erfordert, um den Bewegungsroboter 2 zu bewegen.
Durch Suchen der Ladestations-Registrierungstabelle in der Steuerstation 1 ist es
möglich, belegte Ladestationen zu erkennen, zu denen sich gerade die
Bewegungsroboter 2 bewegen, um den Ladevorgang durchzuführen. Die
Steuerstation 1 kann daher die nächste Ladestation bezeichnen, die nicht zu denen
gehört, die belegt sind, so daß sich der Bewegungsroboter automatisch zu der
bezeichneten Ladestation bewegen kann. Es ist somit möglich, eine Konzentration
von mehreren sich zu derselben belegten Ladestation bewegenden
Bewegungsrobotern 2 zu vermeiden. D. h., es ist möglich, die Bewegungsroboter 2
so an den jeweiligen Ladestationen zu positionieren, daß die Bewegungsroboter 2
zu einer effizienten Bewegung gesteuert werden können.
Claims (4)
1. Bewegungsrobotersystem mit einer Ladungssteueranordnung, bestehend aus
mehreren Bewegungsrobotern, von denen jeder eine aufladbare Batterie hat, mittels
deren Energie jeder Bewegungsroboter bewegt wird, wobei jeder Bewegungsroboter
zur Durchführung einer Operation entsprechend gespeicherten Programmen
automatisch bewegt wird, wenigstens einer Ladestation, zu der jeder
Bewegungsroboter bewegt wird, um einen Ladevorgang durchzuführen, wenn die
Energie der Batterie auf einen bestimmten Pegel abgesunken ist, und einer
Steuerstation zur Steuerung der Bewegung und einer Operation jedes
Bewegungsroboters durch Datenverbindung mit jedem Bewegungsroboter,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuerstation die Bewegungsroboter so steuert, daß mehrere Bewegungsroboter
nicht gleichzeitig zu einer Ladestation bewegt werden, um den Ladevorgang
durchzuführen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Bewegungsroboter eine Bewertungseinrichtung aufweist, um zu beurteilen, ob
die Batterie geladen werden muß oder nicht, indem die geladene Energie ermittelt
wird, die verbraucht wird, während sich jeder Bewegungsroboter bewegt.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuerstation eine Sucheinrichtung aufweist, um die nächste Ladestation für
jeden Bewegungsroboter auszusuchen und zu bezeichnen, die von derjenigen
verschieden ist, die für einen anderen Bewegungsroboter benutzt wird, so daß jeder
Bewegungsroboter zu der bezeichneten Ladestation bewegt wird, um einen
Ladevorgang durchzuführen.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch
eine Sucheinrichtung in der Steuerstation, um die nächste Ladestation für einen
Bewegungsroboter unter allen Ladestationen zu suchen, zu denen diejenigen nicht
gehören, die für einen anderen Bewegungsroboter bestimmt sind, und eine
Bestimmungseinrichtung, um die nächste Ladestation zu bestimmen, die von der
Sucheinrichtung für einen Bewegungsroboter ausgesucht wird, so daß sich dieser
Bewegungsroboter automatisch zu der bestimmten Ladestation bewegt, an der er
einen Ladevorgang durchführt.
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