WO2022069181A1 - Modular robot system for transporting an object and method for transporting an object - Google Patents

Modular robot system for transporting an object and method for transporting an object Download PDF

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WO2022069181A1
WO2022069181A1 PCT/EP2021/074881 EP2021074881W WO2022069181A1 WO 2022069181 A1 WO2022069181 A1 WO 2022069181A1 EP 2021074881 W EP2021074881 W EP 2021074881W WO 2022069181 A1 WO2022069181 A1 WO 2022069181A1
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robot
units
unit
autonomous
control
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PCT/EP2021/074881
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German (de)
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Inventor
Juan Mauricio Toro Ramos
Dr. Daniel SCHÜTZ
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G05B19/4189—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the transport system
    • G05B19/41895—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the transport system using automatic guided vehicles [AGV]
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    • B60P3/00—Vehicles adapted to transport, to carry or to comprise special loads or objects
    • B60P3/40—Vehicles adapted to transport, to carry or to comprise special loads or objects for carrying long loads, e.g. with separate wheeled load supporting elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G05D1/0291—Fleet control
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/60—Electric or hybrid propulsion means for production processes

Definitions

  • Modular robot system for transporting an object and method for transporting an object
  • the invention relates to a modular robot system for transporting an object and a method for transporting an object.
  • robot systems which can transport objects, in particular products and semi-finished products, from one location to another.
  • Semi-autonomous or autonomous robot systems are increasingly being used here.
  • a transport robot is known from WO 2020/022479 A1, which is configured for transporting an object to be transported in such a way that it transports the object to be transported while fixing it in a sandwich-like manner with another transport robot.
  • a coordinated transport robot system is known from US 2015/0142249 A1. This comprises a first and a second robot, each containing a mobile unit and a motion control unit; first and second position error absorbing mechanisms provided on the first and second robots; an impedance model that estimates an external force from the displacement amount detected by the passive element unit; an external force estimating unit that estimates respective external forces acting on the first and second robots based on external forces estimated with a dynamics model and estimated by the impedance model; a compliance model that calculates the respective position correction amounts of the first and second robots to zero an external force; and a movement command calculation unit that calculates movement commands to the first and second robots based on the position correction amounts.
  • Each of the movement control units controls the respective mobile units based on the respective movement commands.
  • the object of the invention is to improve a modular robot system for transporting an object and a method for transporting an object.
  • a modular robot system for transporting an object comprising at least two autonomous robot units, wherein the at least two autonomous robot units each have a drive and at least one connecting means for connecting to the object, wherein control devices of the at least two autonomous robot units are set up to connecting the at least two autonomous robot units with the object to the controlling and/or regulating the formed robot-object unit, and for this a control and/or regulating strategy taking into account kinematic properties of the drives of the at least two autonomous robot units and one Arrangement of the robot units and their connecting means-related degrees of freedom to switch relative to the connected object on the trained robot-object unit.
  • a method for transporting an object with at least two autonomous robot units of a modular robot system being driven to the object automatically by drives of the at least two mobile robot units, with the at least two mobile robot units each being connected to the object by means of at least one connecting means are switched over to controlling and/or regulating the trained robot-object unit after the at least two autonomous robotic units have been connected to the object, and with a control and/or regulating strategy for this purpose taking into account kinematic properties of the drives of the at least two autonomous robotic units and an arrangement of the robotic units and their connecting means-related degrees of freedom relative to the connected object on the trained robotic object t unit is converted.
  • the modular robot system and the method make it possible to design a robot-object unit in which the robot and the object are no longer considered to be mechanically separate, but in particular as a mechanically integral, ie cohesive, unit. Accordingly, this trained robot-object unit is also like such controlled or regulated.
  • the properties and/or capabilities of the trained robot-object unit can change compared to the individual autonomous robot units.
  • a control and/or regulation strategy is implemented, taking into account kinematic properties of the drives of the at least two autonomous robot units and an arrangement of the robot units and their connection means, i.e. reduced by one or more connection means or extended, degrees of freedom relative to the connected object switched to the trained robot-object unit.
  • a larger, connected autonomous robot is formed, which is also controlled and/or regulated as a unit.
  • One advantage of the modular robot system and the method is that an object to be transported can form an integral part of the robot-object unit that is formed and can act in particular as a type of mechanical support structure. As a result, the flexibility of the modular robot system can be increased since individual solutions for transporting an object can be tailored taking into account the object properties.
  • the modular robot system is designed in particular as a heterogeneous robot system.
  • a heterogeneous robot system is characterized in particular by the fact that at least one of the autonomous robot units used differs from the rest of the autonomous robot units used in at least one property.
  • a different property is in particular a kinematic property and/or a property of the at least one connecting means.
  • the possibility of designing the modular robot system in a heterogeneous manner has the advantage that flexibility when designing the robot-object unit can be increased. In particular, improved customized solutions for complex transport problems can be provided in this way.
  • the robot units can each have a sensor system for detecting the surroundings and/or a navigation device for autonomous navigation and/or trajectory planning. Furthermore, the robot units have in particular an energy store for providing energy.
  • a connecting means can in particular have gripping, clamping and/or latching means with which a mechanically detachable connection to the object can be formed.
  • a connecting means has a coupling interface which can be mechanically detachably connected to a complementary coupling interface on the object.
  • the connecting means can in particular have an actuator which can be actuated in a controlled manner to form and/or release the connection to the object.
  • the connection between an autonomous robot unit and the object is in particular mechanically fixed, i.e.
  • connection or a connection means can enable relative movements between the object and a robot unit at least in a predetermined area or extent, with the connection being able to have sufficient rigidity, in particular adapted to a respective transport task.
  • a connection or a connecting means can have at least one swivel joint, for example.
  • a connecting means can also have at least one compensating device with which relative movements between a robot unit and an object connected to it can be compensated, for example via at least one damping element set up for this purpose.
  • the control devices of the at least two autonomous robot units are or are coupled to one another in terms of signals.
  • the robot units have, in particular, (wireless) communication interfaces with which the control devices can establish such a coupling. Provision can be made here for the robot-object unit to be controlled and/or regulated by one of the control devices alone. However, provision can also be made for the control devices to be coordinated so that the robot units can be jointly controlled and/or regulated in conjunction with the object.
  • the object should be a rigid object in particular, at least with respect to a relationship of points of attack of the at least two autonomous robot units to one another, so that the object is mechanically stable and during transport with regard to its Dimensions and mechanical properties can form an invariable part of the robot-object unit.
  • control devices can be designed individually or combined as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor.
  • control devices are also set up to generate and/or adapt an underlying kinematic model of the robot-object unit that is formed in order to change over the control and/or regulation strategy.
  • the kinematic properties of the robot-object unit must be taken into account when controlling and/or regulating. Since the at least two autonomous robot units in the robot-object unit are mechanically connected to the object via the respective at least one connection means, their kinematic properties can also change. In particular, a type and a number of degrees of freedom can be changed by connecting to the object.
  • a kinematic model for the robot-object unit must therefore be generated and/or adapted in order to be able to reliably control and/or regulate a movement of the robot-object unit as an integral unit.
  • a kinematic model of the formed robot-object unit is generated by means of a central server and transmitted to the control devices.
  • the control devices take into account the transmitted kinematic model when controlling and/or regulating the robot-object unit.
  • control devices are also set up to change at least one kinematic property of a drive of at least one of the at least two autonomous robot units in order to change over the control and/or regulation strategy.
  • This allows the kinematic properties of the robot-object unit to be changed to desired properties.
  • drives operated as Ackermann drives before connecting Robotic units are switched to common differential operation with another autonomous robotic unit.
  • Driven and/or steerable wheels or drive units can also be activated or deactivated, for example switched to passive.
  • the at least one kinematic property is changed here in particular for changing the control and/or regulation strategy, so that the robot-object unit has desired kinematic properties.
  • kinematic properties are: Ackermann kinematics, differential kinematics or Mecanum kinematics. It is also possible, for example, to form a holonomic robot-object unit based on actively driven Castor wheels.
  • the modular robot system has at least one transport aid unit, wherein the at least one transport aid unit can be connected or is connected to the object to be transported and at least one of the at least two autonomous robot units, wherein the control device is set up to, when changing over the Control and / or control strategy to consider the at least one transport aid unit.
  • transport objects that are not mechanically dimensionally stable, such as containers with bulk goods or liquids that are not mechanically dimensionally stable.
  • a transport aid unit can be a platform or a pallet on which the object to be transported is placed.
  • differently configured transport aid units in particular more complex ones, are also possible.
  • the at least two autonomous robot units differ in at least one kinematic property and/or at least one property of the respective at least one connecting means.
  • the kinematic property is in particular kinematics of a drive of the robot units, for example in the form of Ackermann kinematics, differential kinematics or Mecanum kinematics.
  • the respective kinematic property is taken into account when forming the robot-object unit and when changing the control and/or regulation strategy.
  • the at least one connecting means can also be different.
  • individual transport solutions can be provided for objects that are different with regard to their external properties, in particular with regard to an external shape and a mass distribution within the object. By suitably selecting the robot units and their connecting means, different robot-object units can be designed and used for transporting different objects.
  • the at least one connecting means of at least one robot unit can be exchanged.
  • a suitable connection means can be selected and used depending on the object. Provision can be made here for various connecting means to be kept in a magazine and, if required, to be selected and used automatically, in particular by means of an actuator system set up for this purpose. As a result, flexibility can be further increased.
  • a robot unit for a modular robot system comprising a drive, at least one connection means, set up for connection to an object to be transported, and a control device, wherein the control device is set up for training a robot-object unit with an object and at least one other autonomous robot unit to control and/or regulate the trained robot-object unit, and for this purpose a control and/or regulation strategy taking into account kinematic properties of the drive and a drive the at least one other robot unit and to switch from an arrangement of the robot units and their degrees of freedom caused by the connecting means relative to the connected object to the formed robot-object unit.
  • One embodiment of the method provides that the at least two autonomous robot units for transporting the object are selected and/or arranged depending on properties of the object and/or properties of a transport route.
  • object-specific and/or transport route-specific transport solutions can be provided.
  • Properties of the object are in particular an external shape and/or a mass of the object and/or other physical properties.
  • the object properties include, in particular, requirements for the at least one connecting means.
  • Characteristics of the transport route can include a route (e.g.
  • the autonomous robot units are selected and/or arranged, for example, by means of a central server which is connected to the autonomous robot units in terms of signals, for example via communication interfaces set up for this purpose, and can transmit corresponding control instructions to them.
  • a central server which is connected to the autonomous robot units in terms of signals, for example via communication interfaces set up for this purpose, and can transmit corresponding control instructions to them.
  • provision can be made to have a fleet of autonomous robot units with different properties available, from which the central server selects suitable autonomous robot units for a transport task and/or arranges them on the object or initiates such a selection and/or arrangement.
  • the at least two robot units and/or connecting means of the robot units are selected and/or arranged taking into account desired kinematic properties of the robot-object unit to be formed. In this way, necessary and/or desired degrees of freedom of the robot-object unit formed can be taken into account. For example, it can be desired and provided that the robot-object unit to be formed or formed can be moved holonomically and/or omnidirectionally.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the modular robot system for transporting an object
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further embodiment of the modular robot system for transporting an object
  • FIG. 3a shows a schematic representation of an embodiment of the connecting means
  • Fig. 3b shows a schematic representation of a further embodiment of the
  • 3c shows a schematic representation of a further embodiment of the connecting means
  • FIG. 4a shows a schematic representation of a further embodiment of the connecting means (not connected to an object);
  • FIG. 4b shows a schematic representation of the further embodiment of the connecting means from FIG. 4a (connected to an object);
  • FIG. 5a shows a schematic representation of a further embodiment of the connecting means (side view);
  • FIG. 5b shows a schematic representation of the further embodiment of the connecting means from FIG. 5a (top view); FIG.
  • FIGS. 5a and 5b shows a schematic representation of the robot-object unit formed with the further embodiment of the connecting means from FIGS. 5a and 5b;
  • FIG. 6 shows a schematic flowchart of an embodiment of the method for transporting an object.
  • the modular robot system 1 shows a schematic representation of an embodiment of the modular robot system 1 for transporting an object 10 .
  • the modular robot system 1 comprises two autonomous robot units 2.
  • the autonomous robot units 2 each comprise a drive 3 and a connecting means 4 for connecting to the object 10.
  • the drive 3 is designed as a differential drive with two separately controllable rear wheels 3-1 and a steerable front wheel 3-2.
  • the connecting means 4 comprises, for example, a gripping means with which the object 10 can be gripped and fixed mechanically in such a way that the object 10 can no longer move relative to the autonomous robot units 2 .
  • a robot-object unit 20 is formed.
  • the autonomous robot units 2 also each have a control device 5 with which the autonomous robot units 2, in particular the drives 3, are controlled and/or regulated.
  • the autonomous robot units 2 can also have a sensor system 6 for detecting the surroundings and a communication interface 7 with which the control devices 5 can communicate with one another and with a central server (not shown).
  • the control devices 5 of the autonomous robot units 2 are set up to switch to controlling and/or regulating the robot-object unit 20 that is formed after the two autonomous robot units 2 have been connected to the object 10 .
  • a control and/or regulation strategy is converted to the trained robot-object unit 20, taking into account the kinematic properties of the drives 3 of the two autonomous robot units 2 and an arrangement of the robot units 2 and their connection means-related degrees of freedom relative to the connected object 10.
  • one of the control devices 5 also controls and/or regulates the other of the two robot units 2 .
  • a kinematic model which is the basis for controlling and/or regulating and is used to provide and generate control signals for the drives 3, is adapted so that it maps the kinematic properties of the robot-object unit 20 that is formed.
  • the formed robot-object unit 20 is treated like a single moving robot and the drives 3 are controlled and/or regulated accordingly.
  • the modular robot system 1 can be embodied or embodied heterogeneously, so that flexibility when transporting the object 10 can be increased.
  • wheels 3-1, 3-2 can be switched to passive so that they only rotate, but are no longer actively driven.
  • steerable wheels 3 - 2 can also be switched to be passively steerable or non-steerable even in autonomous operation of a robot unit 2 .
  • the inner driven wheels 3-1 for example, after connecting the Robot units 2 are switched passively with the object 10, so that only the outer wheels are driven 3-1.
  • the steerable wheels 3-2 are controlled in the adapted kinematic model or using signals in such a way that the robot-object unit 20 that is formed can be operated as an Ackermann drive.
  • the control and/or regulation strategy has thus been changed from differential drives of the individual autonomous robot units 2 to a (common) Ackermann drive of the robot-object unit 20 that is formed.
  • the wheels 3 - 1 , 3 - 2 of the drives 3 are controlled accordingly by at least one of the control devices 5 in order to follow a trajectory provided for transporting the object 10 .
  • a magazine with a plurality of connecting means 4 can be provided, which can be exchanged as required and adapted to an object 10 to be transported.
  • the at least one connecting means 4 can be brought from a stowed position (not shown) into an operating position (not shown) and back. This can be done, for example, by means of actuators (not shown) set up for this purpose.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further embodiment of the modular robot system 1 for transporting an object 10 .
  • the autonomous robot units 2 include drives 3 each with two wheels 3-1, 3-2, which are operated, for example, as a differential drive. If the autonomous robot units 2 are not connected to the object 10 to form the robot-object unit 20, provision can be made for further auxiliary wheels (not shown) to be used, in particular folded out.
  • Each autonomous robot unit 2 comprises a receiving area 8 in the form of a small platform as the connecting means 4 . The object 10 can be picked up with this pick-up area 8 in that the autonomous robot unit 2 moves under the object 10 and loads it onto the pick-up area 8 from below.
  • auxiliary supports 9 are used, on which the object 10 is stored before connecting and which are removed and/or retracted after connecting, so that the object 10 only rests on the receiving areas 8 of the autonomous robot units 2 and thereby the robot Object unit 20 is formed.
  • the embodiment is designed like the embodiment shown in FIG.
  • the modular robot system 1 can have a transport aid unit 30 which can be connected or is connected to the object 10 to be transported and at least one of the at least two autonomous robot units 2 .
  • the control devices 5 are set up to take into account the at least one transport aid unit 30 when changing over the control and/or regulation strategy.
  • the connecting means 4 according to the embodiment shown in FIG. 3a has a gripping mechanism 11 with which an object to be transported can be gripped. Provision can be made here to use gripping, latching, screwing and/or clamping means in order to mechanically fix the object firmly to the connecting means.
  • a controllable actuator system can also be provided here, which controls the connecting means or the gripping, latching, screwing and/or clamping means as required in order to form a connection with the object or to release an existing connection.
  • the connecting means 4 according to the embodiment shown in FIG. 3b has a receiving area 8 on which an object to be transported can be stored.
  • This embodiment has already been used in the embodiment shown in FIG.
  • the receiving area 8 can have anti-slip elements (not shown) with which a connection to the object can be improved and a relative movement to one another can be prevented.
  • the connecting means 4 according to the embodiment shown in FIG. 3c also has a receiving area 8 on which an object to be transported can be stored.
  • the receiving area 8 is mounted such that it can rotate about a vertical axis. In this way, actively or passively steerable wheels can be provided for the robot-object unit that is formed.
  • FIGS. 4a and 4b show schematic illustrations of a further embodiment of the connecting means 4, such as an autonomous robot unit 2 can have.
  • the connecting means 4 comprises a coupling interface 12 which interacts with a coupling interface 13 designed to complement this and which is arranged on an object 10 to be transported and forms a mechanically detachable connection between the object 10 and the autonomous robot unit.
  • latching, clamping and/or screwing means can be used. These can be controlled in particular by means of actuators (not shown) set up for this purpose, so that a mechanical connection can be formed and released again in a targeted manner.
  • the object 10 to be transported can itself have passive rollers 14 .
  • the connecting means 4 has a pin 16 of a hinge joint 15 .
  • the pin 16 is pushed into a hollow cylinder 17, which is firmly connected to the object 10 via a horizontally running support element 18.
  • FIG. 5c shows a schematic representation of a robot-object unit 20 with four autonomous robot units 2, which each have the hinge joints 15 shown in FIGS. 5a and 5b as connecting means 4.
  • a movement on a circular path around an instantaneous center M and the respective arrangement of the hinge joints 15 is shown schematically.
  • the carrier elements 18 are connected to the object 10 via a further hinge joint 19, so that additional degrees of freedom exist and must be taken into account when controlling and/or regulating.
  • FIG. 6 shows a schematic flow chart of an embodiment of the method for transporting an object.
  • At least two autonomous robot units of a modular robot system are driven to the object by means of a drive of the at least two mobile robot units.
  • the robot units move autonomously or automatically to the object and arrange themselves at the object in the positions provided for this purpose.
  • the at least two mobile robot units are each connected to the object by means of at least one connection means, for example by means of this furnished actuators.
  • the at least two autonomous robot units and the object form a robot-object unit.
  • control devices of the at least two autonomous robot units are switched to controlling and/or regulating the formed robot-object unit.
  • a control and/or regulation strategy is converted to the trained robot-object unit, taking into account kinematic properties of the drives of the at least two autonomous robot units and an arrangement of the robot units and their connection means-related degrees of freedom relative to the connected object.
  • an underlying kinematic model of the formed robot-object unit is generated and/or adapted.
  • the robot-object unit is driven autonomously or automatically to a destination.
  • the robot-object unit is controlled and/or regulated in particular in such a way that the individual robot units interact like a single larger (combined) autonomous robot.
  • the controlling and/or regulating can be carried out either by one of the control devices of the autonomous robot units or by a number of robot units, in which case these then coordinate controlling and/or regulating among themselves.
  • the controlling and/or regulating takes place on the basis of an underlying kinematic model for the robot-object unit.
  • control signals for the respective drives of the at least two robot units are generated and provided on the basis of the kinematic model of the robot-object unit for following a planned trajectory.
  • the connections between the connecting means of the robot units and the object at the destination are released again, for example by actuating actuators set up for this purpose using the control devices.
  • the autonomous robot units are driven away from the object and can then be used for further transport tasks.
  • the at least two autonomous robot units for transporting the object are selected and/or arranged depending on properties of the object and/or properties of a transport route.
  • the at least two robot units and/or connecting means of the robot units are selected and/or arranged taking into account desired kinematic properties of the robot-object unit to be formed.
  • robot units suitable for a specific task can be selected and assembled from a large number of different robot units which have different kinematics and/or have different connecting means. This can be done, for example, using a central server (eg with central fleet management software).

Abstract

The invention relates to a modular robot system (1) for transporting an object (10), comprising at least two autonomous robot units (2); wherein the at least two autonomous robot units (2) each have a drive (3) and at least one connecting element (4) for connecting to the object (10); wherein control devices (5) of the at least two autonomous robot units (2) are configured to switch, after the at least two autonomous robot units (2) have been connected to the object, to the open-loop and/or closed-loop control of the robot-object unit (20) which has been formed, and for this purpose to switch an open-loop and/or closed-loop control strategy to the robot-object unit (20) which has been formed, in accordance with kinematic properties of the drives (3) of the at least two autonomous robot units (2), with the arrangement of the robot units (2) and with the degrees of freedom of the robot units as determined by their connecting elements. The invention also relates to a method for transporting an object (10).

Description

Beschreibung description
Modulares Robotersystem zum Transportieren eines Objektes und Verfahren zum Transportieren eines Objektes Modular robot system for transporting an object and method for transporting an object
Die Erfindung betrifft ein modulares Robotersystem zum Transportieren eines Objektes und ein Verfahren zum Transportieren eines Objektes. The invention relates to a modular robot system for transporting an object and a method for transporting an object.
Mit fortschreitender Automatisierung in der Fertigung und in der Logistik kommen auch Robotersysteme zum Einsatz, die Objekte, insbesondere Erzeugnisse und Halberzeugnisse, von einem Ort zu einem anderen Ort transportieren können. Hierbei kommen vermehrt halbautonome oder autonome Robotersysteme zum Einsatz. With increasing automation in production and in logistics, robot systems are also used, which can transport objects, in particular products and semi-finished products, from one location to another. Semi-autonomous or autonomous robot systems are increasingly being used here.
Aus der WO 2020/022479 A1 ist ein Transportroboter bekannt, der zum Transportieren eines Transportgegenstandes so konfiguriert ist, dass er den Transportgegenstand transportiert, während er ihn mit einem anderen Transportroboter sandwichartig fixiert. A transport robot is known from WO 2020/022479 A1, which is configured for transporting an object to be transported in such a way that it transports the object to be transported while fixing it in a sandwich-like manner with another transport robot.
Aus der US 2015/0142249 A1 ist ein koordiniertes Transportrobotersystem bekannt. Dieses umfasst einen ersten und einen zweiten Roboter, die jeweils eine mobile Einheit und eine Bewegungssteuereinheit enthalten; Fehlerabsorptionsmechanismen für die erste und zweite Position, die am ersten und zweiten Roboter vorgesehen sind; ein Impedanzmodell, das eine externe Kraft aus dem von der passiven Elementeinheit erfassten Verschiebungsbetrag schätzt; eine externe Kraftschätzeinheit, die die jeweiligen externen Kräfte schätzt, die auf den ersten und den zweiten Roboter wirken, basierend auf externen Kräften, die mit einem Dynamikmodell geschätzt und durch das Impedanzmodell geschätzt werden; ein Compliance-Modell, das die jeweiligen Positionskorrekturbeträge des ersten und des zweiten Roboters berechnet, um eine externe Kraft auf Null zu setzen; und eine Bewegungsbefehlsberechnungseinheit, die Bewegungsbefehle an den ersten und zweiten Roboter basierend auf den Positionskorrekturbeträgen berechnet. Jede der Bewegungssteuereinheiten steuert die jeweiligen mobilen Einheiten basierend auf den jeweiligen Bewegungsbefehlen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein modulares Robotersystem zum Transportieren eines Objektes und ein Verfahren zum Transportieren eines Objektes zu verbessern. A coordinated transport robot system is known from US 2015/0142249 A1. This comprises a first and a second robot, each containing a mobile unit and a motion control unit; first and second position error absorbing mechanisms provided on the first and second robots; an impedance model that estimates an external force from the displacement amount detected by the passive element unit; an external force estimating unit that estimates respective external forces acting on the first and second robots based on external forces estimated with a dynamics model and estimated by the impedance model; a compliance model that calculates the respective position correction amounts of the first and second robots to zero an external force; and a movement command calculation unit that calculates movement commands to the first and second robots based on the position correction amounts. Each of the movement control units controls the respective mobile units based on the respective movement commands. The object of the invention is to improve a modular robot system for transporting an object and a method for transporting an object.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein modulares Robotersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object is achieved according to the invention by a modular robot system having the features of patent claim 1 and a method having the features of patent claim 8 . Advantageous configurations of the invention result from the dependent claims.
Insbesondere wird ein modulares Robotersystem zum Transportieren eines Objektes geschaffen, umfassend mindestens zwei autonome Robotereinheiten, wobei die mindestens zwei autonomen Robotereinheiten jeweils einen Antrieb und mindestens ein Verbindungsmittel zum Verbinden mit dem Objekt aufweisen, wobei Steuereinrichtungen der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten dazu eingerichtet sind, sich nach einem Verbinden der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten mit dem Objekt auf das Steuern und/oder Regeln der ausgebildeten Roboter-Objekt-Einheit umzustellen, und hierzu eine Steuer- und/oder Regelstrategie unter Berücksichtigung von kinematischen Eigenschaften der Antriebe der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten und von einer Anordnung der Robotereinheiten und deren verbindungsmittelbedingten Freiheitsgraden relativ zum verbundenen Objekt auf die ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit umzustellen. In particular, a modular robot system for transporting an object is created, comprising at least two autonomous robot units, wherein the at least two autonomous robot units each have a drive and at least one connecting means for connecting to the object, wherein control devices of the at least two autonomous robot units are set up to connecting the at least two autonomous robot units with the object to the controlling and/or regulating the formed robot-object unit, and for this a control and/or regulating strategy taking into account kinematic properties of the drives of the at least two autonomous robot units and one Arrangement of the robot units and their connecting means-related degrees of freedom to switch relative to the connected object on the trained robot-object unit.
Ferner wird insbesondere ein Verfahren zum Transportieren eines Objektes zur Verfügung gestellt, wobei mindestens zwei autonome Robotereinheiten eines modularen Robotersystems mittels Antrieben der mindestens zwei mobilen Robotereinheiten automatisiert zu dem Objekt gefahren werden, wobei die mindestens zwei mobilen Robotereinheiten jeweils mittels mindestens eines Verbindungsmittels mit dem Objekt verbunden werden, wobei Steuereinrichtungen der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten nach einem Verbinden der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten mit dem Objekt auf das Steuern und/oder Regeln der ausgebildeten Roboter-Objekt-Einheit umgestellt werden, und wobei hierzu eine Steuer- und/oder Regelstrategie unter Berücksichtigung von kinematischen Eigenschaften der Antriebe der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten und von einer Anordnung der Robotereinheiten und deren verbindungsmittelbedingten Freiheitsgraden relativ zum verbundenen Objekt auf die ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit umgestellt wird. Furthermore, in particular a method for transporting an object is provided, with at least two autonomous robot units of a modular robot system being driven to the object automatically by drives of the at least two mobile robot units, with the at least two mobile robot units each being connected to the object by means of at least one connecting means are switched over to controlling and/or regulating the trained robot-object unit after the at least two autonomous robotic units have been connected to the object, and with a control and/or regulating strategy for this purpose taking into account kinematic properties of the drives of the at least two autonomous robotic units and an arrangement of the robotic units and their connecting means-related degrees of freedom relative to the connected object on the trained robotic object t unit is converted.
Das modulare Robotersystem und das Verfahren erlauben es, eine Roboter-Objekt-Einheit auszubilden, bei der die Roboter und das Objekt nicht mehr als mechanisch getrennt betrachtet werden, sondern insbesondere als eine mechanisch integral, das heißt zusammenhängend, ausgebildete Einheit. Entsprechend wird diese ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit auch wie eine solche gesteuert bzw. geregelt. Insbesondere können sich die Eigenschaften und/oder Fähigkeiten der ausgebildeten Roboter-Objekt-Einheit gegenüber den einzelnen autonomen Robotereinheiten ändern. Um diesen Eigenschaften und/oder Fähigkeiten Rechnung zu tragen, wird eine Steuer- und/oder Regelstrategie unter Berücksichtigung von kinematischen Eigenschaften der Antriebe der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten und von einer Anordnung der Robotereinheiten und deren verbindungsmittelbedingten, das heißt durch ein bzw. mehrere Verbindungsmittel verminderten oder erweiterten, Freiheitsgraden relativ zum verbundenen Objekt auf die ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit umgestellt. Anders ausgedrückt wird durch das Verbinden der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten mit dem Objekt ein größerer, zusammenhängender autonomer Roboter ausgebildet, der auch als Einheit gesteuert und/oder geregelt wird. The modular robot system and the method make it possible to design a robot-object unit in which the robot and the object are no longer considered to be mechanically separate, but in particular as a mechanically integral, ie cohesive, unit. Accordingly, this trained robot-object unit is also like such controlled or regulated. In particular, the properties and/or capabilities of the trained robot-object unit can change compared to the individual autonomous robot units. In order to take these properties and/or capabilities into account, a control and/or regulation strategy is implemented, taking into account kinematic properties of the drives of the at least two autonomous robot units and an arrangement of the robot units and their connection means, i.e. reduced by one or more connection means or extended, degrees of freedom relative to the connected object switched to the trained robot-object unit. In other words, by connecting the at least two autonomous robot units to the object, a larger, connected autonomous robot is formed, which is also controlled and/or regulated as a unit.
Ein Vorteil des modularen Robotersystems und des Verfahrens ist, dass ein zu transportierendes Objekt einen integralen Bestandteil der ausgebildeten Roboter-Objekt-Einheit ausbilden kann und hierbei insbesondere als eine Art mechanische Trägerstruktur wirken kann. Hierdurch kann eine Flexibilität des modularen Robotersystems erhöht werden, da sich individuelle Lösungen zum Transportieren eines Objektes unter Berücksichtigung der Objekteigenschaften maßschneidern lassen. One advantage of the modular robot system and the method is that an object to be transported can form an integral part of the robot-object unit that is formed and can act in particular as a type of mechanical support structure. As a result, the flexibility of the modular robot system can be increased since individual solutions for transporting an object can be tailored taking into account the object properties.
Das modulare Robotersystem ist insbesondere als heterogenes Robotersystem ausgebildet. Ein solches heterogenes Robotersystem zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass mindestens eine der verwendeten autonomen Robotereinheiten sich im Vergleich zu den restlichen verwendeten autonomen Robotereinheiten in mindestens einer Eigenschaft von diesen unterscheidet. Eine solche unterschiedliche Eigenschaft ist insbesondere eine kinematische Eigenschaft und/oder eine Eigenschaft des mindestens einen Verbindungsmittels. Die Möglichkeit, das modulare Robotersystem in heterogener Weise auszubilden, hat den Vorteil, dass eine Flexibilität beim Ausbilden der Roboter-Objekt-Einheit erhöht werden kann. Insbesondere können auf diese Weise verbesserte maßgeschneiderte Lösungen für komplexe Transportprobleme bereitgestellt werden. The modular robot system is designed in particular as a heterogeneous robot system. Such a heterogeneous robot system is characterized in particular by the fact that at least one of the autonomous robot units used differs from the rest of the autonomous robot units used in at least one property. Such a different property is in particular a kinematic property and/or a property of the at least one connecting means. The possibility of designing the modular robot system in a heterogeneous manner has the advantage that flexibility when designing the robot-object unit can be increased. In particular, improved customized solutions for complex transport problems can be provided in this way.
Die Robotereinheiten können jeweils eine Sensorik zur Umfelderfassung und/oder eine Navigationseinrichtung zur autonomen Navigation und/oder Trajektorienplanung aufweisen. Ferner weisen die Robotereinheiten insbesondere einen Energiespeicher zum Bereitstellen von Energie auf. Ein Verbindungsmittel kann insbesondere Greif-, Klemm- und/oder Rastmittel aufweisen, mit denen eine mechanisch lösbare Verbindung zum Objekt ausgebildet werden kann. Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass ein Verbindungsmittel eine Kopplungsschnittstelle aufweist, welche mit einer komplementär ausgebildeten Kopplungsschnittstelle an dem Objekt mechanisch lösbar verbunden werden kann. Das Verbindungsmittel kann insbesondere eine Aktorik aufweisen, welche zum Ausbilden und/oder Lösen der Verbindung mit dem Objekt gesteuert betätigt werden kann. Die Verbindung zwischen einer autonomen Robotereinheit und dem Objekt ist insbesondere mechanisch fest ausgebildet, das heißt das Objekt hat zu der betrachteten autonomen Robotereinheit keine Bewegungsfreiheit und kann sich relativ zu diesem nach dem Verbinden nicht bewegen, sondern ist insbesondere starr mit diesem verbunden. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, dass die Verbindung bzw. ein Verbindungsmittel zumindest in einem vorgegebenen Bereich bzw. Umfang relative Bewegungen zwischen dem Objekt und einer Robotereinheit ermöglicht, wobei die Verbindung eine ausreichende, insbesondere auf eine jeweilige Transportaufgabe angepasste, Steifigkeit aufweisen kann. Eine Verbindung bzw. ein Verbindungsmittel kann beispielsweise mindestens ein Drehgelenk aufweisen. The robot units can each have a sensor system for detecting the surroundings and/or a navigation device for autonomous navigation and/or trajectory planning. Furthermore, the robot units have in particular an energy store for providing energy. A connecting means can in particular have gripping, clamping and/or latching means with which a mechanically detachable connection to the object can be formed. Alternatively or additionally, it can be provided that a connecting means has a coupling interface which can be mechanically detachably connected to a complementary coupling interface on the object. The connecting means can in particular have an actuator which can be actuated in a controlled manner to form and/or release the connection to the object. The connection between an autonomous robot unit and the object is in particular mechanically fixed, i.e. the object has no freedom of movement relative to the autonomous robot unit under consideration and cannot move relative to it after connection, but is in particular rigidly connected to it. In principle, however, it is also possible for the connection or a connection means to enable relative movements between the object and a robot unit at least in a predetermined area or extent, with the connection being able to have sufficient rigidity, in particular adapted to a respective transport task. A connection or a connecting means can have at least one swivel joint, for example.
Ein Verbindungsmittel kann jedoch auch mindestens eine Ausgleichseinrichtung aufweisen, mit der Relativbewegungen zwischen einer Robotereinheit und einem hiermit verbundenen Objekt ausgeglichen werden können, beispielsweise über mindestens ein hierfür eingerichtetes Dämpfungselement. However, a connecting means can also have at least one compensating device with which relative movements between a robot unit and an object connected to it can be compensated, for example via at least one damping element set up for this purpose.
Nach dem Ausbilden der Roboter-Objekt-Einheit ist insbesondere vorgesehen, dass die Steuereinrichtungen der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten signaltechnisch miteinander gekoppelt werden bzw. gekoppelt sind. Hierzu weisen die Robotereinheiten insbesondere (drahtlose) Kommunikationsschnittstellen auf, mit denen die Steuereinrichtungen eine solche Kopplung herstellen können. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass eine Steuerung und/oder Regelung der Roboter-Objekt-Einheit von einer der Steuereinrichtungen alleine durchgeführt wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Koordination der Steuereinrichtungen erfolgt, sodass ein gemeinsames Steuern und/oder Regeln der Robotereinheiten im Verbund mit dem Objekt erfolgen kann. After the robot-object unit has been formed, provision is made in particular for the control devices of the at least two autonomous robot units to be or are coupled to one another in terms of signals. For this purpose, the robot units have, in particular, (wireless) communication interfaces with which the control devices can establish such a coupling. Provision can be made here for the robot-object unit to be controlled and/or regulated by one of the control devices alone. However, provision can also be made for the control devices to be coordinated so that the robot units can be jointly controlled and/or regulated in conjunction with the object.
Das Objekt soll insbesondere zumindest in Bezug auf eine Beziehung von Angriffspunkten der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten zueinander ein starres Objekt sein, sodass das Objekt einen mechanisch stabilen und während eines Transportes hinsichtlich seiner Abmessungen und mechanischen Eigenschaften unveränderlichen Teil der Roboter-Objekt- Einheit bilden kann. The object should be a rigid object in particular, at least with respect to a relationship of points of attack of the at least two autonomous robot units to one another, so that the object is mechanically stable and during transport with regard to its Dimensions and mechanical properties can form an invariable part of the robot-object unit.
Die Steuereinrichtungen können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. The control devices can be designed individually or combined as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtungen ferner dazu eingerichtet sind, zum Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie ein zugrundeliegendes kinematisches Modell der ausgebildeten Roboter-Objekt-Einheit zu erzeugen und/oder anzupassen. Durch das Ausbilden der Roboter-Objekt-Einheit müssen die kinematischen Eigenschaften der Roboter- Objekt-Einheit beim Steuern und/oder Regeln berücksichtigt werden. Da die mindestens zwei autonomen Robotereinheiten in der Roboter-Objekt-Einheit mit dem Objekt über das jeweilige mindestens eine Verbindungsmittel mechanisch verbunden sind, können sich bei diesen ebenfalls kinematische Eigenschaften ändern. Insbesondere kann eine Art und eine Anzahl von Freiheitsgraden durch das Verbinden mit dem Objekt geändert sein. Daher muss ein kinematisches Modell für die Roboter-Objekt-Einheit erzeugt und/oder angepasst werden, um eine Bewegung der Roboter-Objekt-Einheit zuverlässig als integrale Einheit steuern und/oder regeln zu können. In one embodiment, it is provided that the control devices are also set up to generate and/or adapt an underlying kinematic model of the robot-object unit that is formed in order to change over the control and/or regulation strategy. By forming the robot-object unit, the kinematic properties of the robot-object unit must be taken into account when controlling and/or regulating. Since the at least two autonomous robot units in the robot-object unit are mechanically connected to the object via the respective at least one connection means, their kinematic properties can also change. In particular, a type and a number of degrees of freedom can be changed by connecting to the object. A kinematic model for the robot-object unit must therefore be generated and/or adapted in order to be able to reliably control and/or regulate a movement of the robot-object unit as an integral unit.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein kinematisches Modell der ausgebildeten Roboter- Objekt-Einheit mittels eines zentralen Servers erzeugt und an die Steuereinrichtungen übermittelt wird. Die Steuereinrichtungen berücksichtigen das übermittelte kinematische Modell beim Steuern und/oder Regeln der Roboter-Objekte-Einheit. Alternatively, it can be provided that a kinematic model of the formed robot-object unit is generated by means of a central server and transmitted to the control devices. The control devices take into account the transmitted kinematic model when controlling and/or regulating the robot-object unit.
Es kann vorgesehen sein, dass zum Erzeugen des kinematischen Modells der Roboter-Objekt- Einheit eine mechanische Simulation durchgeführt wird, bei der kinematische Eigenschaften der Robotereinheiten, deren Anordnung am Objekt und Eigenschaften des Objektes berücksichtigt werden. Provision can be made for a mechanical simulation to be carried out in order to generate the kinematic model of the robot-object unit, in which the kinematic properties of the robot units, their arrangement on the object and properties of the object are taken into account.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtungen ferner dazu eingerichtet sind, zum Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie mindestens eine kinematische Eigenschaft eines Antriebs von mindestens einem der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten zu verändern. Hierdurch können die kinematischen Eigenschaften der Roboter-Objekt- Einheit auf gewünschte Eigenschaften geändert werden. So können beispielsweise vor einem Verbinden als Ackermann-Antriebe betriebene Antriebe der Robotereinheiten umgestellt werden auf einen gemeinsamen Differentialbetrieb mit einer anderen autonomen Robotereinheit. Auch können angetriebene und/oder lenkbare Räder oder Antriebseinheiten aktiviert oder deaktiviert, beispielsweise passiv geschaltet, werden. Das Ändern der mindestens einen kinematischen Eigenschaft erfolgt hierbei insbesondere zum Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie, sodass die Roboter-Objekt-Einheit gewünschte kinematische Eigenschaften aufweist. Beispiele für gewünschte kinematische Eigenschaften sind: Ackermann-Kinematik, Differential-Kinematik oder Mecanum-Kinematik. Möglich ist beispielsweise auch das Ausbilden einer holonomen Roboter-Objekt-Einheit basierend auf aktiv angetriebenen Castor-Rädern. One embodiment provides that the control devices are also set up to change at least one kinematic property of a drive of at least one of the at least two autonomous robot units in order to change over the control and/or regulation strategy. This allows the kinematic properties of the robot-object unit to be changed to desired properties. For example, drives operated as Ackermann drives before connecting Robotic units are switched to common differential operation with another autonomous robotic unit. Driven and/or steerable wheels or drive units can also be activated or deactivated, for example switched to passive. The at least one kinematic property is changed here in particular for changing the control and/or regulation strategy, so that the robot-object unit has desired kinematic properties. Examples of desired kinematic properties are: Ackermann kinematics, differential kinematics or Mecanum kinematics. It is also possible, for example, to form a holonomic robot-object unit based on actively driven Castor wheels.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das modulare Robotersystem mindestens eine Transporthilfeeinheit aufweist, wobei die mindestens eine Transporthilfeeinheit mit dem zu transportierenden Objekt und mindestens einer der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten verbunden werden kann oder verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, beim Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie die mindestens eine Transporthilfeeinheit zu berücksichtigen. Dies ermöglicht insbesondere auch das Transportieren von mechanisch nicht formstabilen Objekten, wie beispielsweise mechanisch nicht formstabile Behälter mit Schüttgut oder Flüssigkeiten. Diese können dann mit Hilfe der Transporthilfeeinheit durch das modulare Robotersystem transportiert werden. In einem einfachen Beispiel kann eine Transporthilfeeinheit eine Plattform oder eine Palette sein, auf der das zu transportierende Objekt angeordnet ist. Es sind jedoch auch anders, insbesondere komplexer, ausgebildete Transporthilfeeinheiten möglich. Durch das Verwenden mindestens einer Transporthilfeeinheit wird insbesondere eine Roboter-Objekt-Transporthilfe-Einheit ausgebildet. Dies wird beim Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie entsprechend berücksichtigt. In one embodiment, it is provided that the modular robot system has at least one transport aid unit, wherein the at least one transport aid unit can be connected or is connected to the object to be transported and at least one of the at least two autonomous robot units, wherein the control device is set up to, when changing over the Control and / or control strategy to consider the at least one transport aid unit. This also makes it possible, in particular, to transport objects that are not mechanically dimensionally stable, such as containers with bulk goods or liquids that are not mechanically dimensionally stable. These can then be transported through the modular robot system with the help of the transport aid unit. In a simple example, a transport aid unit can be a platform or a pallet on which the object to be transported is placed. However, differently configured transport aid units, in particular more complex ones, are also possible. By using at least one transport aid unit, in particular a robot-object-transport aid unit is formed. This is taken into account accordingly when changing the control and/or regulation strategy.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens zwei autonomen Robotereinheiten sich in mindestens einer kinematischen Eigenschaft und/oder mindestens einer Eigenschaft des jeweiligen mindestens einen Verbindungsmittels unterscheiden. In one embodiment it is provided that the at least two autonomous robot units differ in at least one kinematic property and/or at least one property of the respective at least one connecting means.
Hierdurch wird ein heterogenes modulares Robotersystem ausgebildet. Dies ermöglicht es, für spezifische Transportprobleme verbesserte maßgeschneiderte Transportlösungen bereitzustellen. Die kinematische Eigenschaft ist insbesondere eine Kinematik eines Antriebs der Robotereinheiten, beispielsweise in Form einer Ackermann-Kinematik, einer Differential- Kinematik oder einer Mecanum-Kinematik. Die jeweilige kinematische Eigenschaft wird beim Ausbilden der Roboter-Objekt-Einheit und beim Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie berücksichtigt. Auch das mindestens eine Verbindungsmittel kann unterschiedlich sein. Hierdurch können individuelle Transportlösungen für Objekte bereitgestellt werden, die hinsichtlich ihrer äußeren Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf eine äußere Form und eine Masseverteilung innerhalb des Objektes, unterschiedlich sind. Durch geeignete Auswahl der Robotereinheiten und deren Verbindungsmittel können für unterschiedliche Objekte unterschiedliche Roboter-Objekt-Einheiten ausgebildet und zum Transportieren verwendet werden. As a result, a heterogeneous modular robot system is formed. This makes it possible to provide improved, tailor-made transport solutions for specific transport problems. The kinematic property is in particular kinematics of a drive of the robot units, for example in the form of Ackermann kinematics, differential kinematics or Mecanum kinematics. The respective kinematic property is taken into account when forming the robot-object unit and when changing the control and/or regulation strategy. The at least one connecting means can also be different. As a result, individual transport solutions can be provided for objects that are different with regard to their external properties, in particular with regard to an external shape and a mass distribution within the object. By suitably selecting the robot units and their connecting means, different robot-object units can be designed and used for transporting different objects.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungsmittel mindestens einer Robotereinheit austauschbar ist. Hierdurch kann objektabhängig ein geeignetes Verbindungsmittel ausgewählt und verwendet werden. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass verschiedene Verbindungsmittel in einem Magazin vorgehalten werden und bei Bedarf, insbesondere mittels einer hierfür eingerichteten Aktorik, automatisiert ausgewählt und verwendet werden. Hierdurch kann eine Flexibilität weiter erhöht werden. In one embodiment it is provided that the at least one connecting means of at least one robot unit can be exchanged. In this way, a suitable connection means can be selected and used depending on the object. Provision can be made here for various connecting means to be kept in a magazine and, if required, to be selected and used automatically, in particular by means of an actuator system set up for this purpose. As a result, flexibility can be further increased.
Es wird ferner auch eine Robotereinheit für ein modulares Robotersystem nach einer oder mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen geschaffen, umfassend einen Antrieb, mindestens ein Verbindungsmittel, eingerichtet zum Verbinden mit einem zu transportierenden Objekt, und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, sich zum Ausbilden einer Roboter-Objekt-Einheit mit einem Objekt und mindestens einer anderen autonomen Robotereinheit auf das Steuern und/oder Regeln der ausgebildeten Roboter-Objekt- Einheit umzustellen, und hierzu eine Steuer- und/oder Regelstrategie unter Berücksichtigung von kinematischen Eigenschaften des Antriebs und eines Antriebs der mindestens einen anderen Robotereinheit und von einer Anordnung der Robotereinheiten und deren verbindungsmittelbedingten Freiheitsgraden relativ zum verbundenen Objekt auf die ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit umzustellen. Furthermore, a robot unit for a modular robot system according to one or more of the described embodiments is created, comprising a drive, at least one connection means, set up for connection to an object to be transported, and a control device, wherein the control device is set up for training a robot-object unit with an object and at least one other autonomous robot unit to control and/or regulate the trained robot-object unit, and for this purpose a control and/or regulation strategy taking into account kinematic properties of the drive and a drive the at least one other robot unit and to switch from an arrangement of the robot units and their degrees of freedom caused by the connecting means relative to the connected object to the formed robot-object unit.
Weitere Merkmale zur Ausgestaltung der Robotereinheit ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des modularen Robotersystems. Die Vorteile der Robotereinheit sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des modularen Robotersystems. Further features relating to the configuration of the robot unit result from the description of configurations of the modular robot system. The advantages of the robot unit are the same as in the case of the configurations of the modular robot system.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens zwei autonomen Robotereinheiten zum Transportieren des Objektes in Abhängigkeit von Eigenschaften des Objektes und/oder von Eigenschaften eines Transportwegs ausgewählt und/oder angeordnet werden. Hierdurch können objektindividuelle und/oder transportwegindividuelle Transportlösungen bereitgestellt werden. Eigenschaften des Objektes sind insbesondere eine äußere Form und/oder eine Masse des Objektes und/oder sonstige physikalische Eigenschaften. Die Objekteigenschaften umfassen insbesondere Anforderungen an das mindestens eine Verbindungsmittel. Hierbei ist bzw. wird beispielsweise festgelegt, ob das Objekt gegriffen werden muss oder ob auf andere Weise eine Verbindung ausgebildet werden muss oder kann (z.B. über komplementär ausgebildete Kopplungsschnittstellen oder durch ein einfaches Aufladen und/oder Tragen des Objektes). Eigenschaften des Transportweges können eine Wegstrecke (z.B. Länge, Rampe, Stockwerkwechsel mittels Fahrstuhl, Treppensteigen etc.), eine Untergrundbeschaffenheit und/oder ein Transportumfeld (Regen, Schnee, Innenraum etc.) umfassen. Das Auswählen und/oder Anordnen der autonomen Robotereinheiten erfolgt beispielsweise mittels eines zentralen Servers, der signaltechnisch, beispielsweise über hierfür eingerichtete Kommunikationsschnittstellen, mit den autonomen Robotereinheiten verbunden ist und entsprechende Steueranweisungen an diese übertragen kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, einen Fuhrpark aus autonomen Robotereinheiten mit verschiedenen Eigenschaften bereitzuhalten, aus dem der zentrale Server für eine Transportaufgabe entsprechend geeignete autonome Robotereinheiten auswählt und/oder an dem Objekt anordnet bzw. eine solche Auswahl und/oder Anordnung veranlasst. One embodiment of the method provides that the at least two autonomous robot units for transporting the object are selected and/or arranged depending on properties of the object and/or properties of a transport route. As a result, object-specific and/or transport route-specific transport solutions can be provided. Properties of the object are in particular an external shape and/or a mass of the object and/or other physical properties. The object properties include, in particular, requirements for the at least one connecting means. Here it is or is determined, for example, whether the object must be gripped or whether a connection must or can be established in some other way (eg via complementary coupling interfaces or by simply charging and/or carrying the object). Characteristics of the transport route can include a route (e.g. length, ramp, changing floors by elevator, climbing stairs, etc.), a subsurface condition and/or a transport environment (rain, snow, interior space, etc.). The autonomous robot units are selected and/or arranged, for example, by means of a central server which is connected to the autonomous robot units in terms of signals, for example via communication interfaces set up for this purpose, and can transmit corresponding control instructions to them. For example, provision can be made to have a fleet of autonomous robot units with different properties available, from which the central server selects suitable autonomous robot units for a transport task and/or arranges them on the object or initiates such a selection and/or arrangement.
In einer weiterbildenden Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Robotereinheiten und/oder Verbindungsmittel der Robotereinheiten unter Berücksichtigung von gewünschten kinematischen Eigenschaften der auszubildenden Roboter-Objekt-Einheit ausgewählt und/oder angeordnet werden. Hierdurch können notwendige und/oder gewünschte Freiheitsgrade der ausgebildeten Roboter-Objekt-Einheit berücksichtigt werden. Beispielsweise kann gewünscht und vorgesehen sein, dass die auszubildende oder ausgebildete Roboter- Objekt-Einheit holonom und/oder omnidirektional bewegbar ist. In a further embodiment of the method, it is provided that the at least two robot units and/or connecting means of the robot units are selected and/or arranged taking into account desired kinematic properties of the robot-object unit to be formed. In this way, necessary and/or desired degrees of freedom of the robot-object unit formed can be taken into account. For example, it can be desired and provided that the robot-object unit to be formed or formed can be moved holonomically and/or omnidirectionally.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen: The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments with reference to the figures. Here show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des modularen Robotersystems zum Transportieren eines Objektes; 1 shows a schematic representation of an embodiment of the modular robot system for transporting an object;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des modularen Robotersystems zum Transportieren eines Objektes; 2 shows a schematic representation of a further embodiment of the modular robot system for transporting an object;
Fig. 3a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verbindungsmittels; 3a shows a schematic representation of an embodiment of the connecting means;
Fig. 3b eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Fig. 3b shows a schematic representation of a further embodiment of the
Verbindungsmittels; Fig. 3c eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Verbindungsmittels; lanyard; 3c shows a schematic representation of a further embodiment of the connecting means;
Fig. 4a eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Verbindungsmittels (nicht verbunden mit einem Objekt); 4a shows a schematic representation of a further embodiment of the connecting means (not connected to an object);
Fig. 4b eine schematische Darstellung der weiteren Ausführungsform des Verbindungsmittels aus Fig. 4a (verbunden mit einem Objekt); FIG. 4b shows a schematic representation of the further embodiment of the connecting means from FIG. 4a (connected to an object);
Fig. 5a eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Verbindungsmittels (Seitenansicht); 5a shows a schematic representation of a further embodiment of the connecting means (side view);
Fig. 5b eine schematische Darstellung der weiteren Ausführungsform des Verbindungsmittels aus Fig. 5a (Draufsicht); FIG. 5b shows a schematic representation of the further embodiment of the connecting means from FIG. 5a (top view); FIG.
Fig. 5c eine schematische Darstellung der mit der weiteren Ausführungsform des Verbindungsmittels aus den Figuren 5a und 5b ausgebildeten Roboter-Objekt- Einheit; 5c shows a schematic representation of the robot-object unit formed with the further embodiment of the connecting means from FIGS. 5a and 5b;
Fig. 6 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Transportieren eines Objektes. 6 shows a schematic flowchart of an embodiment of the method for transporting an object.
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des modularen Robotersystems 1 zum Transportieren eines Objektes 10 gezeigt. In der gezeigten Ausführungsform umfasst das modulare Robotersystem 1 zwei autonome Robotereinheiten 2. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the modular robot system 1 for transporting an object 10 . In the embodiment shown, the modular robot system 1 comprises two autonomous robot units 2.
Die autonomen Robotereinheiten 2 umfassen jeweils einen Antrieb 3 und ein Verbindungsmittel 4 zum Verbinden mit dem Objekt 10. Der Antrieb 3 ist im gezeigten Beispiel als Differential-Antrieb mit zwei separat ansteuerbaren Hinterrädern 3-1 und einem lenkbaren Vorderrad 3-2 ausgebildet. Das Verbindungsmittel 4 umfasst beispielsweise ein Greifmittel, mit dem das Objekt 10 gegriffen und mechanisch fixiert derart werden kann, dass sich das Objekt 10 relativ zu den autonomen Robotereinheiten 2 nicht mehr bewegen kann. Durch das Verbinden der autonomen Robotereinheiten 2 mit dem Objekt 10 wird eine Roboter-Objekt- Einheit 20 ausgebildet. Die autonomen Robotereinheiten 2 weisen ferner jeweils eine Steuereinrichtung 5 auf, mit denen die autonomen Robotereinheiten 2, insbesondere die Antriebe 3, gesteuert und/oder geregelt werden. Hierzu können die autonomen Robotereinheiten 2 ferner eine Sensorik 6 zur Umfelderfassung und eine Kommunikationsschnittstelle 7 aufweisen, mit der die Steuereinrichtungen 5 untereinander und mit einem zentralen Server (nicht gezeigt) kommunizieren können. The autonomous robot units 2 each comprise a drive 3 and a connecting means 4 for connecting to the object 10. In the example shown, the drive 3 is designed as a differential drive with two separately controllable rear wheels 3-1 and a steerable front wheel 3-2. The connecting means 4 comprises, for example, a gripping means with which the object 10 can be gripped and fixed mechanically in such a way that the object 10 can no longer move relative to the autonomous robot units 2 . By connecting the autonomous robot units 2 to the object 10, a robot-object unit 20 is formed. The autonomous robot units 2 also each have a control device 5 with which the autonomous robot units 2, in particular the drives 3, are controlled and/or regulated. For this purpose, the autonomous robot units 2 can also have a sensor system 6 for detecting the surroundings and a communication interface 7 with which the control devices 5 can communicate with one another and with a central server (not shown).
Die Steuereinrichtungen 5 der autonomen Robotereinheiten 2 sind dazu eingerichtet, sich nach einem Verbinden der beiden autonomen Robotereinheiten 2 mit dem Objekt 10 auf das Steuern und/oder Regeln der ausgebildeten Roboter-Objekt-Einheit 20 umzustellen. Hierzu wird eine Steuer- und/oder Regelstrategie unter Berücksichtigung von kinematischen Eigenschaften der Antriebe 3 der beiden autonomen Robotereinheiten 2 und von einer Anordnung der Robotereinheiten 2 und deren verbindungsmittelbedingten Freiheitsgraden relativ zum verbundenen Objekt 10 auf die ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit 20 umgestellt. The control devices 5 of the autonomous robot units 2 are set up to switch to controlling and/or regulating the robot-object unit 20 that is formed after the two autonomous robot units 2 have been connected to the object 10 . For this purpose, a control and/or regulation strategy is converted to the trained robot-object unit 20, taking into account the kinematic properties of the drives 3 of the two autonomous robot units 2 and an arrangement of the robot units 2 and their connection means-related degrees of freedom relative to the connected object 10.
Es kann hierbei vorgesehen sein, dass eine der Steuereinrichtungen 5 auch die andere der beiden Robotereinheiten 2 steuert und/oder regelt. Hierbei wird insbesondere ein kinematisches Modell, dass dem Steuern und/oder Regeln zugrunde liegt und zum Bereitstellen und Erzeugen von Steuersignalen für die Antriebe 3 dient, angepasst, sodass dieses die kinematischen Eigenschaften der ausgebildeten Roboter-Objekt-Einheit 20 abbildet. Anders ausgedrückt wird die ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit 20 wie ein einziger beweglicher Roboter behandelt und die Antriebe 3 entsprechend gesteuert und/oder geregelt. It can be provided here that one of the control devices 5 also controls and/or regulates the other of the two robot units 2 . Here, in particular, a kinematic model, which is the basis for controlling and/or regulating and is used to provide and generate control signals for the drives 3, is adapted so that it maps the kinematic properties of the robot-object unit 20 that is formed. In other words, the formed robot-object unit 20 is treated like a single moving robot and the drives 3 are controlled and/or regulated accordingly.
Es kann hierbei insbesondere vorgesehen sein, dass die mindestens zwei autonomen Robotereinheiten 2 sich in mindestens einer kinematischen Eigenschaft und/oder mindestens einer Eigenschaft des jeweiligen mindestens einen Verbindungsmittels 4 unterscheiden. Provision can be made here in particular for the at least two autonomous robot units 2 to differ in at least one kinematic property and/or at least one property of the respective at least one connecting means 4 .
Hierdurch kann das modulare Robotersystem 1 heterogen ausgebildet sein bzw. ausgebildet werden, sodass eine Flexibilität beim Transportieren des Objektes 10 erhöht werden kann. As a result, the modular robot system 1 can be embodied or embodied heterogeneously, so that flexibility when transporting the object 10 can be increased.
Es kann vorgesehen sein, dass zum Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie mindestens eine kinematische Eigenschaft eines Antriebs 3 von mindestens einem der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten 2 verändert wird. Beispielsweise können Räder 3-1, 3-2 passiv geschaltet werden, sodass diese nur noch mitrotieren, jedoch nicht mehr aktiv angetrieben werden. Ferner können auch im autonomen Betrieb einer Robotereinheit 2 lenkbare Räder 3-2 passiv lenkbar oder nicht-lenkbar geschaltet werden. Im gezeigten Beispiel können die innenliegenden angetriebenen Räder 3-1 beispielsweise nach dem Verbinden der Robotereinheiten 2 mit dem Objekt 10 passiv geschaltet werden, sodass nur noch die außenliegenden Räder 3-1 angetrieben werden. Die lenkbaren Räder 3-2 werden im angepassten kinematischen Modell bzw. signaltechnisch derart angesteuert, dass die ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit 20 als Ackermann-Antrieb betrieben werden kann. Es hat somit eine Umstellung der Steuer- und/oder Regelstrategie von Differential-Antrieben der einzelnen autonomen Robotereinheiten 2 zu einem (gemeinsamen) Ackermann-Antrieb der ausgebildeten Roboter-Objekt-Einheit 20 stattgefunden. Die Räder 3-1, 3-2 der Antriebe 3 werden zum Abfahren einer zum Transportieren des Objektes 10 vorgesehenen Trajektorie entsprechend von zumindest einer der Steuereinrichtungen 5 angesteuert. Provision can be made for at least one kinematic property of a drive 3 of at least one of the at least two autonomous robot units 2 to be changed in order to change over the control and/or regulation strategy. For example, wheels 3-1, 3-2 can be switched to passive so that they only rotate, but are no longer actively driven. Furthermore, steerable wheels 3 - 2 can also be switched to be passively steerable or non-steerable even in autonomous operation of a robot unit 2 . In the example shown, the inner driven wheels 3-1, for example, after connecting the Robot units 2 are switched passively with the object 10, so that only the outer wheels are driven 3-1. The steerable wheels 3-2 are controlled in the adapted kinematic model or using signals in such a way that the robot-object unit 20 that is formed can be operated as an Ackermann drive. The control and/or regulation strategy has thus been changed from differential drives of the individual autonomous robot units 2 to a (common) Ackermann drive of the robot-object unit 20 that is formed. The wheels 3 - 1 , 3 - 2 of the drives 3 are controlled accordingly by at least one of the control devices 5 in order to follow a trajectory provided for transporting the object 10 .
Es kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Verbindungsmittel 4 mindestens einer Robotereinheit 2 austauschbar ist. Beispielsweise kann ein Magazin mit mehreren Verbindungsmitteln 4 vorgesehen sein, die sich nach Bedarf austauschen und auf ein zu transportierendes Objekt 10 anpassen lassen. Provision can be made for the at least one connecting means 4 of at least one robot unit 2 to be exchangeable. For example, a magazine with a plurality of connecting means 4 can be provided, which can be exchanged as required and adapted to an object 10 to be transported.
Es kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Verbindungsmittel 4 einer Robotereinheit 2 einklappbar ist, sodass bei Nichtgebrauch Platz gespart werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Verbindungsmittel 4 von einer Verstauposition (nicht gezeigt) in eine Betriebsposition (nicht gezeigt) und zurück gebracht werden kann. Dies kann beispielsweise mittels einer hierfür eingerichteten Aktorik (nicht gezeigt) erfolgen. Provision can be made for the at least one connecting means 4 of a robot unit 2 to be foldable, so that space can be saved when not in use. In particular, it can be provided that the at least one connecting means 4 can be brought from a stowed position (not shown) into an operating position (not shown) and back. This can be done, for example, by means of actuators (not shown) set up for this purpose.
In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des modularen Robotersystems 1 zum Transportieren eines Objektes 10 gezeigt. Die autonomen Robotereinheiten 2 umfassen hierbei Antriebe 3 mit jeweils zwei Rädern 3-1, 3-2, die beispielsweise als Differentialantrieb betrieben werden. Wenn die autonomen Robotereinheiten 2 nicht mit dem Objekt 10 zur Roboter-Objekt-Einheit 20 verbunden sind, kann vorgesehen sein, dass weitere Hilfsräder (nicht gezeigt) verwendet, insbesondere ausgeklappt werden. Jede autonome Robotereinheit 2 umfasst als Verbindungsmittel 4 jeweils einen Aufnahmebereich 8 in Form einer kleinen Plattform. Mit diesem Aufnahmebereich 8 kann das Objekt 10 aufgenommen werden, indem die autonome Robotereinheit 2 unter das Objekt 10 fährt und dieses von unten auf den Aufnahmebereich 8 auflädt. Beim Verbinden mit dem Objekt 10 bzw. beim Aufladen des Objektes 10 kann vorgesehen sein, dass Hilfsstützen 9 verwendet werden, auf denen das Objekt 10 vor dem Verbinden gelagert ist und welche nach dem Verbinden entfernt und/oder eingefahren werden, sodass das Objekt 10 nur auf den Aufnahmebereichen 8 der autonomen Robotereinheiten 2 aufliegt und hierdurch die Roboter- Objekt-Einheit 20 ausgebildet wird. Ansonsten ist die Ausführungsform wie die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform ausgebildet. FIG. 2 shows a schematic representation of a further embodiment of the modular robot system 1 for transporting an object 10 . The autonomous robot units 2 include drives 3 each with two wheels 3-1, 3-2, which are operated, for example, as a differential drive. If the autonomous robot units 2 are not connected to the object 10 to form the robot-object unit 20, provision can be made for further auxiliary wheels (not shown) to be used, in particular folded out. Each autonomous robot unit 2 comprises a receiving area 8 in the form of a small platform as the connecting means 4 . The object 10 can be picked up with this pick-up area 8 in that the autonomous robot unit 2 moves under the object 10 and loads it onto the pick-up area 8 from below. When connecting to the object 10 or when charging the object 10 it can be provided that auxiliary supports 9 are used, on which the object 10 is stored before connecting and which are removed and/or retracted after connecting, so that the object 10 only rests on the receiving areas 8 of the autonomous robot units 2 and thereby the robot Object unit 20 is formed. Otherwise, the embodiment is designed like the embodiment shown in FIG.
Alternativ oder zusätzlich kann das modulare Robotersystem 1 eine Transporthilfeeinheit 30 aufweisen, welche mit dem zu transportierenden Objekt 10 und mindestens einer der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten 2 verbunden werden kann oder verbunden ist.Alternatively or additionally, the modular robot system 1 can have a transport aid unit 30 which can be connected or is connected to the object 10 to be transported and at least one of the at least two autonomous robot units 2 .
Die Steuereinrichtungen 5 sind dazu eingerichtet, beim Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie die mindestens eine Transporthilfeeinheit 30 zu berücksichtigen. The control devices 5 are set up to take into account the at least one transport aid unit 30 when changing over the control and/or regulation strategy.
In den Figuren 3a, 3b und 3c sind schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsformen des Verbindungsmittels 4 gezeigt, wie es eine autonome Robotereinheit 2 aufweisen kann. In the figures 3a, 3b and 3c schematic representations of different embodiments of the connecting means 4 are shown, as an autonomous robot unit 2 can have.
Das Verbindungsmittel 4 gemäß der in der Fig. 3a gezeigten Ausführungsform weist einen Greifmechanismus 11 auf, mit dem ein zu transportierendes Objekt gegriffen werden kann. Hierbei kann vorgesehen sein, Greif-, Rast-, Schraub- und/oder Klemmmittel zu verwenden, um das Objekt an dem Verbindungsmittel mechanisch fest zu fixieren. Hierbei kann auch eine steuerbare Aktorik vorgesehen sein, die das Verbindungsmittel bzw. die Greif-, Rast-, Schraub- und/oder Klemmmittel bedarfsgerecht steuert, um eine Verbindung mit dem Objekt auszubilden oder eine bestehende Verbindung zu lösen. The connecting means 4 according to the embodiment shown in FIG. 3a has a gripping mechanism 11 with which an object to be transported can be gripped. Provision can be made here to use gripping, latching, screwing and/or clamping means in order to mechanically fix the object firmly to the connecting means. A controllable actuator system can also be provided here, which controls the connecting means or the gripping, latching, screwing and/or clamping means as required in order to form a connection with the object or to release an existing connection.
Das Verbindungsmittel 4 gemäß der in der Fig. 3b gezeigten Ausführungsform weist einen Aufnahmebereich 8 auf, auf dem ein zu transportierendes Objekt gelagert werden kann. Diese Ausführungsform wurde bereits in der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform verwendet. Der Aufnahmebereich 8 kann rutschhemmende Elemente (nicht gezeigt) aufweisen, mit denen eine Verbindung zum Objekt verbessert und eine Relativbewegung unterbunden zueinander werden kann. The connecting means 4 according to the embodiment shown in FIG. 3b has a receiving area 8 on which an object to be transported can be stored. This embodiment has already been used in the embodiment shown in FIG. The receiving area 8 can have anti-slip elements (not shown) with which a connection to the object can be improved and a relative movement to one another can be prevented.
Das Verbindungsmittel 4 gemäß der in der Fig. 3c gezeigten Ausführungsform weist ebenfalls einen Aufnahmebereich 8 auf, auf dem ein zu transportierendes Objekt gelagert werden kann. Im Gegensatz zu der in der Fig. 3b gezeigten Ausführungsform ist der Aufnahmebereich 8 jedoch um eine vertikale Achse drehbar gelagert. Hierdurch können aktiv oder passiv lenkbare Räder für die ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit bereitgestellt werden. The connecting means 4 according to the embodiment shown in FIG. 3c also has a receiving area 8 on which an object to be transported can be stored. In contrast to the embodiment shown in FIG. 3b, however, the receiving area 8 is mounted such that it can rotate about a vertical axis. In this way, actively or passively steerable wheels can be provided for the robot-object unit that is formed.
In den Figuren 4a und 4b sind schematische Darstellungen von einer weiteren Ausführungsform des Verbindungsmittels 4 gezeigt, wie es eine autonome Robotereinheit 2 aufweisen kann. Hierbei umfasst das Verbindungsmittel 4 eine Kopplungsschnittstelle 12, die mit einer komplementär hierzu ausgebildeten Kopplungsschnittstelle 13, die an einem zu transportierenden Objekt 10 angeordnet ist, zusammenwirkt und eine mechanisch lösbare Verbindung zwischen Objekt 10 und autonomer Robotereinheit ausbildet. Hierbei können Rast-, Klemm- und/oder Schraubmittel zum Einsatz kommen. Diese können insbesondere mittels einer hierfür eingerichteten Aktorik (nicht gezeigt) steuerbar sein, sodass eine mechanische Verbindung gezielt ausgebildet und wieder gelöst werden kann. FIGS. 4a and 4b show schematic illustrations of a further embodiment of the connecting means 4, such as an autonomous robot unit 2 can have. In this case, the connecting means 4 comprises a coupling interface 12 which interacts with a coupling interface 13 designed to complement this and which is arranged on an object 10 to be transported and forms a mechanically detachable connection between the object 10 and the autonomous robot unit. In this case, latching, clamping and/or screwing means can be used. These can be controlled in particular by means of actuators (not shown) set up for this purpose, so that a mechanical connection can be formed and released again in a targeted manner.
Das zu transportierende Objekt 10 kann selbst passive Rollen 14 aufweisen. The object 10 to be transported can itself have passive rollers 14 .
In den Figuren 5a (Seitenansicht) und 5b (Draufsicht) sind schematische Darstellungen von einer weiteren Ausführungsform des Verbindungsmittels 4 gezeigt, wie es eine autonome Robotereinheit 2 aufweisen kann. Die autonome Robotereinheit 2 ist hierbei der Übersichtlichkeit halber stark vereinfacht dargestellt. Das Verbindungsmittel 4 weist hierbei einen Zapfen 16 eines Scharniergelenks 15 auf. Der Zapfen 16 wird zum Ausbilden des Scharniergelenks 15 in einen Hohlylinder 17 geschoben, der über ein horizontal verlaufendes Trägerelement 18 fest mit dem Objekt 10 verbunden ist. In the figures 5a (side view) and 5b (top view) schematic representations of a further embodiment of the connecting means 4 are shown, as an autonomous robot unit 2 may have. For the sake of clarity, the autonomous robot unit 2 is shown in a greatly simplified manner. In this case, the connecting means 4 has a pin 16 of a hinge joint 15 . To form the hinge joint 15, the pin 16 is pushed into a hollow cylinder 17, which is firmly connected to the object 10 via a horizontally running support element 18.
In Fig. 5c ist eine schematische Darstellung einer Roboter-Objekt-Einheit 20 mit vier autonomen Robotereinheiten 2 gezeigt, die als Verbindungsmittel 4 jeweils die in den Figuren 5a und 5b gezeigten Scharniergelenke 15 aufweisen. Hierbei ist schematisch eine Bewegung auf einer Kreisbahn um einen Momentanpol M und die jeweilige Anordnung der Scharniergelenke 15 gezeigt. Die Trägerelemente 18 sind in der gezeigten Ausführungsform über ein weiteres Scharniergelenk 19 mit dem Objekt 10 verbunden, sodass zusätzliche Freiheitsgrade bestehen und beim Steuern und/oder Regeln berücksichtigt werden müssen. FIG. 5c shows a schematic representation of a robot-object unit 20 with four autonomous robot units 2, which each have the hinge joints 15 shown in FIGS. 5a and 5b as connecting means 4. Here, a movement on a circular path around an instantaneous center M and the respective arrangement of the hinge joints 15 is shown schematically. In the embodiment shown, the carrier elements 18 are connected to the object 10 via a further hinge joint 19, so that additional degrees of freedom exist and must be taken into account when controlling and/or regulating.
In Fig. 6 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Transportieren eines Objektes gezeigt. FIG. 6 shows a schematic flow chart of an embodiment of the method for transporting an object.
In einer Maßnahme 100 werden mindestens zwei autonome Robotereinheiten eines modularen Robotersystems mittels eines Antriebs der mindestens zwei mobilen Robotereinheiten zu dem Objekt gefahren. Die Robotereinheiten fahren hierbei autonom bzw. automatisiert zum Objekt und ordnen sich an hierfür vorgesehenen Positionen am Objekt an. In a measure 100, at least two autonomous robot units of a modular robot system are driven to the object by means of a drive of the at least two mobile robot units. The robot units move autonomously or automatically to the object and arrange themselves at the object in the positions provided for this purpose.
In einer Maßnahme 101 werden die mindestens zwei mobilen Robotereinheiten jeweils mittels mindestens eines Verbindungsmittels mit dem Objekt verbunden, beispielsweise mittels hierfür eingerichteter Aktoriken. Hierbei bilden die mindestens zwei autonomen Robotereinheiten und das Objekt eine Roboter-Objekt-Einheit. In a measure 101, the at least two mobile robot units are each connected to the object by means of at least one connection means, for example by means of this furnished actuators. In this case, the at least two autonomous robot units and the object form a robot-object unit.
In einer Maßnahme 102 werden Steuereinrichtungen der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten nach einem Verbinden der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten mit dem Objekt auf das Steuern und/oder Regeln der ausgebildeten Roboter-Objekt-Einheit umgestellt. Hierzu wird eine Steuer- und/oder Regelstrategie unter Berücksichtigung von kinematischen Eigenschaften der Antriebe der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten und von einer Anordnung der Robotereinheiten und deren verbindungsmittelbedingten Freiheitsgraden relativ zum verbundenen Objekt auf die ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit umgestellt. In a measure 102, after the at least two autonomous robot units have been connected to the object, control devices of the at least two autonomous robot units are switched to controlling and/or regulating the formed robot-object unit. For this purpose, a control and/or regulation strategy is converted to the trained robot-object unit, taking into account kinematic properties of the drives of the at least two autonomous robot units and an arrangement of the robot units and their connection means-related degrees of freedom relative to the connected object.
Zum Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie wird ein zugrundeliegendes kinematisches Modell der ausgebildeten Roboter-Objekt-Einheit erzeugt und/oder angepasst. In order to change over the control and/or regulation strategy, an underlying kinematic model of the formed robot-object unit is generated and/or adapted.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass zum Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie mindestens eine kinematische Eigenschaft eines Antriebs von mindestens einem der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten verändert wird. Dies kann insbesondere unter Berücksichtigung von Vorgaben für gewünschte und/oder notwendige Freiheitsgrade der Roboter-Objekt-Einheit erfolgen. Es kann beispielsweise hierzu vorgesehen sein, dass einzelne Antriebe der mindestens zwei Robotereinheiten deaktiviert oder passiv geschaltet werden, andere hingegen aktiviert oder aktiv gehalten werden. Provision can also be made for at least one kinematic property of a drive of at least one of the at least two autonomous robot units to be changed in order to change over the control and/or regulation strategy. This can be done, in particular, taking into account specifications for desired and/or necessary degrees of freedom of the robot-object unit. Provision can be made for this purpose, for example, for individual drives of the at least two robot units to be deactivated or switched to passive, while others are activated or kept active.
In einer Maßnahme 103 wird die Roboter-Objekt-Einheit autonom bzw. automatisiert zu einem Zielort gefahren. Hierbei wird die Roboter-Objekt-Einheit insbesondere derart gesteuert und/oder geregelt, dass die einzelnen Robotereinheiten Zusammenwirken wie ein einziger größerer (kombinierter) autonomer Roboter. Das Steuern und/oder Regeln kann hierbei sowohl von einer der Steuereinrichtungen der autonomen Robotereinheiten als auch durch mehrere Robotereinheiten erfolgen, wobei diese dann ein Steuern und/oder Regeln untereinander koordinieren. Das Steuern und/oder Regeln erfolgt hierbei auf Grundlage eines zugrundeliegenden kinematischen Modells für die Roboter-Objekt-Einheit. Insbesondere werden auf Grundlage des kinematischen Modells der Roboter-Objekt-Einheit zum Abfahren einer geplanten Trajektorie Steuersignale für die jeweiligen Antriebe der mindestens zwei Robotereinheiten erzeugt und bereitgestellt. In einer Maßnahme 104 werden die Verbindungen zwischen den Verbindungsmitteln der Robotereinheiten und dem Objekt am Zielort wieder gelöst, beispielsweise indem hierfür eingerichtete Aktoriken mittels der Steuereinrichtungen angesteuert werden. In a measure 103, the robot-object unit is driven autonomously or automatically to a destination. In this case, the robot-object unit is controlled and/or regulated in particular in such a way that the individual robot units interact like a single larger (combined) autonomous robot. The controlling and/or regulating can be carried out either by one of the control devices of the autonomous robot units or by a number of robot units, in which case these then coordinate controlling and/or regulating among themselves. The controlling and/or regulating takes place on the basis of an underlying kinematic model for the robot-object unit. In particular, control signals for the respective drives of the at least two robot units are generated and provided on the basis of the kinematic model of the robot-object unit for following a planned trajectory. In a measure 104, the connections between the connecting means of the robot units and the object at the destination are released again, for example by actuating actuators set up for this purpose using the control devices.
In einer Maßnahme 105 werden die autonomen Robotereinheiten von dem Objekt weggefahren und können im Anschluss für weitere Transportaufgaben eingesetzt werden. In a measure 105, the autonomous robot units are driven away from the object and can then be used for further transport tasks.
Es kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei autonomen Robotereinheiten zum Transportieren des Objektes in Abhängigkeit von Eigenschaften des Objektes und/oder von Eigenschaften eines Transportweges ausgewählt und/oder angeordnet werden. It can be provided that the at least two autonomous robot units for transporting the object are selected and/or arranged depending on properties of the object and/or properties of a transport route.
Es kann weiterbildend vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Robotereinheiten und/oder Verbindungsmittel der Robotereinheiten unter Berücksichtigung von gewünschten kinematischen Eigenschaften der auszubildenden Roboter-Objekt- Einheit ausgewählt und/oder angeordnet werden. Beispielsweise können aus einer Vielzahl von verschiedenen Robotereinheiten, welche unterschiedliche Kinematiken aufweisen und/oder unterschiedliche Verbindungsmittel aufweisen, jeweils für eine spezifische Aufgabe geeignete Robotereinheiten ausgewählt und zusammengestellt werden. Dies kann beispielsweise mittels eines zentralen Servers (z.B. mit einer zentralen Flottenmanagementsoftware) erfolgen. In a further development, it can be provided that the at least two robot units and/or connecting means of the robot units are selected and/or arranged taking into account desired kinematic properties of the robot-object unit to be formed. For example, robot units suitable for a specific task can be selected and assembled from a large number of different robot units which have different kinematics and/or have different connecting means. This can be done, for example, using a central server (eg with central fleet management software).
Bezugszeichenliste Reference List
1 modulares Robotersystem autonome Robotereinheit 1 modular robot system autonomous robot unit
3 Antrieb 3 drive
3-1 Rad 3-1 wheel
3-2 Rad 3-2 wheels
4 Verbindungsmittel 4 lanyards
5 Steuereinrichtung 5 controller
6 Sensorik 6 sensors
7 Kommunikationsschnittstelle 7 communication interface
8 Aufnahmebereich 8 recording area
8 Hilfsstütze 8 auxiliary support
10 Objekt 10 object
11 Greifmechanismus 11 gripping mechanism
12 Kopplungsschnittstelle 12 pairing interface
13 (komplementäre) Kopplungsschnittstelle 13 (complementary) coupling interface
14 (passive) Rolle 14 (passive) role
15 Scharniergelenk 15 hinge joint
16 Zapfen 16 cones
17 Zylinder 17 cylinders
18 Trägerelement 18 carrier element
19 weiteres Scharniergelenk 19 another hinge joint
20 Roboter-Objekt-Einheit 20 Robot Object Unit
30 T ransporthilfeeinheit M Momentanpol 100-105 Maßnahmen 30 Transport Aid Unit M Momentary Pole 100-105 Measures

Claims

Patentansprüche Modulares Robotersystem (1) zum Transportieren eines Objektes (10), umfassend: mindestens zwei autonome Robotereinheiten (2), wobei die mindestens zwei autonomen Robotereinheiten (2) jeweils einen Antrieb (3) und mindestens ein Verbindungsmittel (4) zum Verbinden mit dem Objekt (10) aufweisen, wobei Steuereinrichtungen (5) der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten (2) dazu eingerichtet sind, sich nach einem Verbinden der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten (2) mit dem Objekt (10) auf das Steuern und/oder Regeln der ausgebildeten Roboter-Objekt- Einheit (20) umzustellen, und hierzu eine Steuer- und/oder Regelstrategie unter Berücksichtigung von kinematischen Eigenschaften der Antriebe (3) der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten (2) und von einer Anordnung der Robotereinheiten (2) und deren verbindungsmittelbedingten Freiheitsgraden relativ zum verbundenen Objekt (10) auf die ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit (20) umzustellen. Modulares Robotersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen (5) ferner dazu eingerichtet sind, zum Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie ein zugrundeliegendes kinematisches Modell der ausgebildeten Roboter-Objekt-Einheit (20) zu erzeugen und/oder anzupassen. Modulares Robotersystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen (5) ferner dazu eingerichtet sind, zum Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie mindestens eine kinematische Eigenschaft eines Antriebs (3) von mindestens einem der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten (2) zu verändern. Modulares Robotersystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Transporthilfeeinheit (30), welche mit dem zu transportierenden Objekt (10) und mindestens einer der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten (2) verbunden werden kann oder verbunden ist, wobei die Steuereinrichtungen (5) dazu eingerichtet sind, beim Umstellen der Steuer- und/oder Regelstrategie die mindestens eine Transporthilfeeinheit (30) zu berücksichtigen. Modulares Robotersystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei autonomen Robotereinheiten (2) sich in mindestens einer kinematischen Eigenschaft und/oder mindestens einer Eigenschaft des jeweiligen mindestens einen Verbindungsmittels (4) unterscheiden. Modulares Robotersystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungsmittel (4) mindestens einer Robotereinheit (2) austauschbar ist. Robotereinheit (2) für ein modulares Robotersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: einen Antrieb (3), mindestens ein Verbindungsmittel (4), eingerichtet zum Verbinden mit einem zu transportierenden Objekt (10), und eine Steuereinrichtung (5), wobei die Steuereinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, sich zum Ausbilden einer Roboter- Objekt-Einheit (20) mit einem Objekt (10) und mindestens einer anderen autonomen Robotereinheit (2) auf das Steuern und/oder Regeln der ausgebildeten Roboter-Objekt- Einheit (20) umzustellen, und hierzu eine Steuer- und/oder Regelstrategie unter Berücksichtigung von kinematischen Eigenschaften des Antriebs (3) und eines Antriebs (3) der mindestens einen anderen Robotereinheit (2) und von einer Anordnung der Robotereinheiten (2) und deren verbindungsmittelbedingten Freiheitsgraden relativ zum verbundenen Objekt (10) auf die ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit (20) umzustellen. Verfahren zum Transportieren eines Objektes (10), wobei mindestens zwei autonome Robotereinheiten (2) eines modularen Robotersystems (1) mittels Antrieben (3) der mindestens zwei mobilen Robotereinheiten automatisiert zu dem Objekt (10) gefahren werden, wobei die mindestens zwei mobilen Robotereinheiten (2) jeweils mittels mindestens eines Verbindungsmittels (4) mit dem Objekt (10) verbunden werden, wobei Steuereinrichtungen (5) der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten (2) nach einem Verbinden der mindestens zwei autonomen Robotereinheiten (2) mit dem Objekt (10) auf das Steuern und/oder Regeln der ausgebildeten Roboter-Objekt- Einheit (20) umgestellt werden, und wobei hierzu eine Steuer- und/oder Regelstrategie unter Berücksichtigung von kinematischen Eigenschaften der Antriebe (3) der mindestens - 19 - zwei autonomen Robotereinheiten (2) und von einer Anordnung der Robotereinheiten (2) und deren verbindungsmittelbedingten Freiheitsgraden relativ zum verbundenen Objekt auf die ausgebildete Roboter-Objekt-Einheit (20) umgestellt wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei autonomen Robotereinheiten (2) zum Transportieren des Objektes (10) in Abhängigkeit von Eigenschaften des Objektes (10) und/oder von Eigenschaften eines Transportwegs ausgewählt und/oder angeordnet werden. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Robotereinheiten (2) und/oder Verbindungsmittel (4) der Robotereinheiten (2) unter Berücksichtigung von gewünschten kinematischen Eigenschaften der auszubildenden Roboter-Objekt-Einheit (20) ausgewählt und/oder angeordnet werden. Patent claims Modular robot system (1) for transporting an object (10), comprising: at least two autonomous robot units (2), wherein the at least two autonomous robot units (2) each have a drive (3) and at least one connecting means (4) for connecting to the Object (10), wherein control devices (5) of the at least two autonomous robot units (2) are set up to, after connecting the at least two autonomous robot units (2) to the object (10), control and/or regulate the trained To convert the robot-object unit (20), and for this purpose a control and/or regulation strategy, taking into account the kinematic properties of the drives (3) of the at least two autonomous robot units (2) and an arrangement of the robot units (2) and their degrees of freedom caused by the connection means relative to the connected object (10) to switch to the formed robot-object unit (20). Modular robot system (1) according to Claim 1, characterized in that the control devices (5) are also set up to generate an underlying kinematic model of the formed robot-object unit (20) for changing the control and/or regulation strategy and/or or adjust. Modular robot system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control devices (5) are also set up to change the control and / or regulation strategy at least one kinematic property of a drive (3) of at least one of the at least two autonomous To change robot units (2). Modular robot system (1) according to one of the preceding claims, characterized by at least one transport aid unit (30) which can be connected or is connected to the object to be transported (10) and at least one of the at least two autonomous robot units (2), the control devices (5) are set up to take into account the at least one transport aid unit (30) when changing the control and/or regulation strategy. Modular robot system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two autonomous robot units (2) differ in at least one kinematic property and/or at least one property of the respective at least one connecting means (4). Modular robot system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one connecting means (4) of at least one robot unit (2) is interchangeable. Robot unit (2) for a modular robot system (1) according to one of Claims 1 to 6, comprising: a drive (3), at least one connection means (4) set up for connection to an object (10) to be transported, and a control device ( 5), wherein the control device (5) is set up to form a robot-object unit (20) with an object (10) and at least one other autonomous robot unit (2) on controlling and/or regulating the trained robot -Object- unit (20), and for this purpose a control and/or regulation strategy taking into account kinematic properties of the drive (3) and a drive (3) of the at least one other robot unit (2) and of an arrangement of the robot units (2 ) and their connecting means-related degrees of freedom relative to the connected object (10) to switch to the trained robot-object unit (20). Method for transporting an object (10), wherein at least two autonomous robot units (2) of a modular robot system (1) are automatically driven to the object (10) by means of drives (3) of the at least two mobile robot units, wherein the at least two mobile robot units ( 2) are each connected to the object (10) by means of at least one connecting means (4), wherein control devices (5) of the at least two autonomous robot units (2) open after the at least two autonomous robot units (2) have been connected to the object (10). the control and / or regulation of the trained robot-object unit (20) are converted, and for this purpose a control and / or regulation strategy taking into account kinematic properties of the drives (3) of at least - 19 - two autonomous robot units (2) and from an arrangement of the robot units (2) and their degrees of freedom caused by the connecting means relative to the connected object to the formed robot-object unit (20). Method according to Claim 8, characterized in that the at least two autonomous robot units (2) for transporting the object (10) are selected and/or arranged depending on properties of the object (10) and/or properties of a transport route. Method according to Claim 9, characterized in that the at least two robot units (2) and/or connecting means (4) of the robot units (2) are selected and/or arranged taking into account desired kinematic properties of the robot-object unit (20) to be formed .
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