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Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung einer Transportanlage mit wenigstens einem Transportwagen, der über eine Laufkatze mit Rädern auf einer Tragschiene, welche die Laufkatze teilweise umgreift und gegenüber der Tragschiene um deren Längsachse verdrehbar ist, fährt, die wenigstens segmentweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist, auf dem die Räder abrollen, wobei die Räder, die in wenigstens zwei Gruppen im wesentlichen in zur Längserstreckung der Tragschiene normalen Ebenen angeordnet sind, über Lenkantriebe lenkbar sind, und wobei eine Steuerung mit den Lenkantrieben verbunden ist.
Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Steuern des Lenkwinkels von in wenigsten zwei Gruppen an einer Laufkatze gelagerten Rädern, die auf einer Tragschiene abrollen, die wenigstens segmentweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
Eine entsprechende Transportanlage ist aus der WO 02/04273 A1 bekannt. Sie besteht aus einem Transportwagen und einer Antriebseinheit bzw. Laufkatze, die die Tragschiene teilweise umgreift und die mit dem Transportwagen drehbar verbunden ist. Transportwagen dieser Trans- portsysteme sind mit einer Lageregelung ausgestattet, welche die Antriebseinheit des Transport- wagens entweder in einer zu den Tragschienen und Aufhängungen definierten Lage hält oder eine Drehbewegung in eine, im allgemeinen um 90 verschwenkte Lage ausführt, um die Überfahrt einer Weiche zu ermöglichen. Antriebseinheiten der oben genannten Transportsysteme besitzen Lauf- bzw. Antriebsräder mit konkav gekrümmten Laufflächen, die einen form- und kraftschlüssigen Kontakt des Rades mit der Tragschiene 1 gewährleisten.
Derart ausgestaltete Antriebsräder ermöglichen einerseits die Übertragung von Kräften in und entgegen der Fahrtrichtung, die das Beschleunigen und das Abbremsen des Transportwagens zur Folge haben, andererseits aber auch die Übertragung von Kräften quer zur Fahrtrichtung. Diese Querkräfte hängen vom Lenkwin- kel des Rades ab und bewirken, wenn sie von allen bzw. der überwiegenden Zahl der Räder in der gleichen Richtung ausgeübt werden, dass die Antriebseinheit eine schraubenförmige Drehbewe- gung um die Achse der Tragschiene ausführt und dadurch ihre Lage zur Horizontalen ändert.
Die form- und kraftschlüssige Ausgestaltung der Antriebs- und Laufräder bringt jedoch den Nachteil erhöhter Reibungsverluste durch Querkräfte mit sich, wenn die Räder nicht exakt in der optimalen Spur geführt werden, das heisst, nicht exakt zur gewünschten Laufrichtung ausgerichtet sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welche eine optimale Ausrichtung der Lauf- bzw.
Antriebsräder zur gewünschten Laufrichtung ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Steuereinrichtung, welche sich dadurch auszeichnet, dass ein Lagesensor, der einen dem momentanen Lagewinkel, das ist der Winkel zwischen einer Bezugsebene der Laufkatze und einer ortsfesten Ebene, insbesondere der Vertikalebene, der Laufkatze auf der Tragschiene entsprechenden Wert erfasst und diesen an die Steuerung weiter- gibt, durch eine Einrichtung zum Zuführen eines der Kurvenkrümmung der Tragschiene entspre- chenden Wertes zur Steuerung und durch ein Steuerelement in der Steuerung, das aus den Wer- ten des Lagesensors und der Kurvenkrümmung und unter Berücksichtigtung der Lage des Rades an der Laufkatze ein Steuersignal für die Lenkantriebe errechnet.
Diese Aufgabe wird weiters bei einem Verfahren zum Steuern des Lenkwinkels von an einer Laufkatze gelagerten Rädern, die in wenigstens zwei Gruppen im wesentlichen in zur Längs- erstreckung der Tragschiene normalen Ebenen angeordnet sind, und die auf einer Tragschiene, welche die Laufkatze teilweise umgreift und gegenüber der Tragschiene um deren Längsachse verdrehbar ist, abrollen, wobei die Tragschiene wenigstens segmentweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist, dadurch gelöst, dass ein dem momentanen Lagewinkel, das ist der Winkel zwischen einer Bezugsebene der Laufkatze und einer ortsfesten Ebene, insbesondere der Verti- kalebene, der Laufkatze auf der Tragschiene entsprechender Wert erfasst wird und dass aus diesem Wert und einem der Kurvenkrümmung der Tragschiene entsprechenden Wert ein Steuer- signal für Lenkantriebe der Räder errechnet wird.
Die erfindungsgemässe Steuereinrichtung besitzt zunächst einen Lagesensor, der den momen- tanen Lagewinkel der Laufkatze auf der Tragschiene, d. h. den Winkel, um den die Laufkatze um die Längsachse der Tragschiene verdreht ist, erfasst. Dieser Ist-Wert und ein Soll-Wert, der den einzunehmenden Lagewinkel der Laufkatze vorgibt, werden der Steuereinrichtung zugeführt. Des weiteren wird der Steuereinrichtung ein Wert zugeführt, der der Kurvenkrümmung der Tragschiene
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entspricht, beispielsweise der Krümmungsradius der Tragschiene. Diese beiden Werte werden dann in der Steuerung miteinander verknüpft und diese berechnet einen optimalen Lenkwinkel für die Laufräder, der an die Lenkantriebe der Laufräder bzw. Antriebsräder weitergegeben wird.
Der optimale Lenkwinkel setzt sich daher im wesentlichen aus einem Regelwinkel, der nur von den Lageverhältnissen der Antriebseinheit bzw. Laufkatze bestimmt wird und daher für alle Räder gleich ist, sowie einem Kurven-Korrekturwinkel, der die individuelle Korrektur für jedes Rad wäh- rend der Kurvenfahrt berücksichtigt, zusammen.
Da die Laufkatze wenigstens zwei Gruppen von Rädern aufweist und jede Gruppe von Rädern vorzugsweise drei Räder aufweist, die etwa im Winkel von 120 um den Umfang der Tragschiene verteilt sind, weist jedes Rad in der Regel einen anderen optimalen Lenkwinkel auf. Es ist daher in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass jedem Lenkantrieb ein eige- nes Steuerelement zugeordnet ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteran- sprüche.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher dargestellt und erläutert.
Es zeigt : 1 ein Ausführungsbeispiel für einen Transportwagen, die Fig. 2a und 2b einen schematischen Schnitt durch eine Tragschiene mit einer Laufkatze in unterschiedlichen Stellungen, Fig. 3 eine schematisierte Draufsicht auf eine Laufkatze, Fig. 4a eine schematische Darstellung der Räder auf einem geraden Tragschienenstück im Geradeauslauf, Fig. 4b eine schematische Dar- stellung der Räder auf einem geraden Tragschienenstück mit schräggestellten Rädern, damit sich die Laufkatze um die Längsachse der Tragschiene dreht, Fig. 5a eine schematische Darstellung der Räder auf einem gebogenen Tragschienenstück im Geradeauslauf, Fig. 5b eine schematische Darstellung der Räder auf einem gebogenen Tragschienenstück mit im optimierten Lagewinkel schräggestellten Rädern, damit sich die Laufkatze um die Längsachse der Tragschiene dreht, die Fig.
6 und 7 zwei Ausführungsformen von Schaltungen für eine erfindungsgemässe Steuereinrich- tung, Fig. 8 eine Form der Ausgangssignale eines Lagesensors der Laufkatze und Fig. 9 einen Antrieb für ein Antriebsrad.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine praktische Ausführungsform einer erfindungsgemässen Transport- anlage mit einem Transportwagen 23 auf einer Tragschiene 1 und einer um die Längsachse der Tragschiene 1 drehbar gelagerten Laufkatze 2. Die Laufkatze 2 besitzt in dieser Ausführungsform eine erste Gruppe von drei Antriebsrädern 4, von denen beispielsweise zwei durch den Antrieb 55 (Fig. 9) angetrieben sind. Vor und hinter den Rädern 4 sind in der Laufkatze 2 zwei Gruppen von jeweils drei weiteren, frei laufenden und federnd aufgehängten Hilfsrädern 30 gelagert. Diese Hilfsrädern 30 erlauben ein ruhiges Überfahren von Verzweigungen oder Weichen. Des weiteren sind die Hilfsräder 30 für das Stabilisieren des Transportwagens 23 in Fahrtrichtung vorteilhaft.
Die Verbindung des Transportwagens 23 mit der Laufkatze 2 wird durch zwei Aufhängungen 22 bewirkt, die in gekrümmten Schlitzen 24 in der Laufkatze 2 geführt werden. So ist durch Schrägstellen der Räder (Fig. 4b, 5b) ein aktives Verdrehen der Laufkatze 2 gegenüber dem Transportwagen 23 und um die Achse der Schiene 1 möglich.
In Fig. 1 ist gezeigt, dass die Laufkatze 2, an der der Transportwagen 23 abgehängt ist, einen Schlitz 3 aufweist, so dass sich die Laufkatze 2 nicht in einen Sperrbereich erstreckt, in dem an der Schiene 1 in den Zeichnungen nicht dargestellte Aufhängungen befestigt sein können.
Die Fig. 9 zeigt die Verstellmöglichkeit der Räder 4 über einen eigenen Stellantrieb 50. Durch Schrägstellen der Räder 4 um den Stellwinkel I gegenüber der Achse 15 der Schiene 1 bewegen sich die Räder 4 entlang von Schraubenlinien K, sodass die Laufkatze 2 bei der Bewegung entlang der Schiene 1 eine Drehbewegung ausführt (siehe auch Fig. 4b und 5b).
Durch entsprechendes Betätigen des Stellantriebes 50 lässt sich die Laufkatze 2 gezielt und aktiv in die gewünschten Drehstellungen bewegen, so dass Aufhängungen ausgewichen oder Verzweigungen mit einem linken oder rechten Schienenast befahren werden können.
Die Möglichkeit die Räder 4, z. B. durch einen Stellantrieb 50 schräg zu stellen, erlaubt eine sehr präzise Führung und Lageregelung der Laufkatze 2 auf der Schiene 1. Damit ergibt sich die Möglichkeit, die Räder 4 sowohl beim Überfahren von Verzweigungen der Schiene 1, als auch bei Kurvenfahrten durch Einstellen eines Anstellwinkels I exakt auf den durch die torusförmige Ausfüh- rung der Schiene 1 definierten, gekrümmten Laufbahnen zu führen.
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Die Räder 4 können damit nicht nur für das Verdrehen der Laufkatze 2 in die gewünschte Drehlage, z. B. der Sollposition H des Rades 4 (Fig. 4c), schräg gestellt werden, sondern auch bei Kurvenfahrten, um beispielsweise Reibungsverluste klein zu halten. Dies ist insbesondere bei einer Ausführungsform einer Laufkatze 2 von Vorteil, bei der hintereinander zwei oder mehr Gruppen von je drei Rädern vorgesehen sind.
Fig. 2a zeigt die Stellung der Laufkatze 2 beim normalen Befahren einer Schiene 1, wenn nicht dargestellte Aufhängungen von der Schiene 1 beispielsweise lotrecht nach oben ragen. Es ist gezeigt, dass die Räder 4 in der Laufkatze 2 so angeordnet sind, dass sie bezogen auf die Achse der Schiene 1 voneinander einen Winkelabstand von etwa 120 aufweisen, wobei zwei Räder 4 im Bereich des Schlitzes 3 in der Laufkatze 2 knapp ausserhalb des Sperrbereiches, angeordnet sind.
Fig. 2b zeigt die Stellung der Laufkatze 2, wenn diese gerade gegen den Uhrzeigersinn ver- dreht wird, um z. B. an einer Verzweigung am rechten Ast abzuzweigen.
Die Laufkatze 2 gemäss Fig. 3 besitzt beispielsweise eine Antriebseinheit, die aus einer vorde- ren und einer hinteren Gruppe von je drei Lauf- bzw. Antriebsrädern 5 besteht, die jeweils in einem Winkel von etwa 120 zueinander ausgerichtet sind. Die vordere und hintere Radgruppe sind in einem fixen Abstand LR montiert. Sind die Achsen aller Räder 5 im Winkel von z.B. 90 zur Längs- achse einer geraden Tragschiene 1 ausgerichtet, so wird die Laufkatze 2 ohne Änderung ihrer Lage mit dem geringsten möglichen Reibungswiderstand fahren (Fig. 4a). Werden die Achsen aller Räder 5 von dieser Position im gleichen Drehsinn und um den gleichen Winkel ausgelenkt, wird die Laufkatze 2 eine Schraubenbewegung ausführen (Fig. 4b).
Durchfährt der Transportwagen eine Kurve, müssen die Räder 5 bei Geradeausfahrt gegensinnig in Richtung der Kurvenkrümmung, jedoch mit verschieden grossen von ihrer Neigung zur Kurvenebene KE abhängigen Winkeln aus- gelenkt werden (Fig. 5a). Bei einer Schraubenbewegung der Laufkatze 2 um die Schiene 1 muss diesen Winkeln noch der für die Schraubenbewegung erforderliche Winkel überlagert werden (Fig. 5b). Zu beachten ist weiters, dass der Neigungswinkel der Räder 5 zur Kurvenebene KE nicht konstant ist, sondern von der momentanen Lage der Laufkatze 2 abhängt, die um die Längsachse der Tragschiene 1 eine Schraubenbewegung ausführt.
Der Lenkwinkel A, der für eine Drehbewegung gemäss Fig. 4b benötigt wird, muss also bei einer Kurvenfahrt gemäss Fig. 5b von Korrekturwinkeln überlagert werden. Die Laufkatze 2 wird dann eine Drehbewegung in der in Fig. 5b gezeigten Richtung F entgegen dem Uhrzeigersinn ausfüh- ren, wobei die Räder 5 trotzdem so gut wie möglich der Kurvenform angepasst bleiben.
Der erforderliche Lenkwinkel für ein bestimmtes Rad 5, um es in allen Situationen, insbesonde- re beim Fahren über Gerade und Kurven und gleichzeitigem Drehen der Antriebseinheit, in seiner optimalen Spur zu halten, hängt damit von folgenden Faktoren ab: - dem Kurvenradius R, - dem Radabstand LR, - dem Einbauwinkel des Rades R, - der Lage des Transportwagens A und - dem Lagewinkel cpc (Regelgrösse des Lagereglers).
Aus den genannten Betriebsfällen ist ersichtlich, dass sich für jedes Rad ein eigener, "optima- ler" Lenkwinkel A zur Vermeidung unnötiger Reibungsverluste ergeben wird. Dieser setzt sich aus zwei Winkeln zusammen : Dem Regelwinkel Ac, der nur von den Lageverhältnissen der Antriebs- einheit und dem Lagewinkel C bestimmt wird und daher für alle Räder gleich ist, sowie einem Kurven-Korrekturwinkel AK, der die individuelle Korrektur für jedes Rad während der Kurvenfahrt berücksichtigt :
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ler gebildet wird. Die Proportionalitätskonstante K wird durch die Verstärkung des Stellantriebs bestimmt. Diese Proportionalitätskonstante ist wie in Formel (1 ) angegeben vorzugsweise für beide Winkel Ac und AK gleich gross, kann aber auch unterschiedlich gross sein.
Der Kurven-Korrekturwinkel AK berechnet sich aus dem Radabstand LR, dem Kurvenradius R
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eingeschlossen wird, mit
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Die Näherungsformel kann für die in Frage kommenden Lenkwinkel bis ca. 15 als gültig angenommen werden. Weiters wird die Lenkwinkel-Differenz ¯A zwischen dem inneren und dem äusse- ren Rad (Fig. 3) vernachlässigt. Der Winkel R ist der zeitabhängige, momentane Winkel zwischen Radebene RE und der Normalebene NE zur Kurvenebene KE, der sich aus dem Einbauwinkel des Rades R und dem Lagewinkel A des Transportwagens zusammensetzt (Fig. 2b). Das Kurven- Korrektursignal ist mit
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daher :
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Zur Berechnung des Korrektursignals ist daher die Ermittlung des Sinus- und Cosinussignals des Lagewinkels A der Antriebseinheit erforderlich.
Dies erfordert in Mikrocontroller-Systemen zeitaufwendige Funktionen, wie z.B. Tabellenaufrufe und Interpolationen, die in echtzeitkritischen Systemen Probleme bereiten oder sehr leistungsstarke Prozessoren erfordern. Gelöst werden kann dieses Problem, wenn der Lagesensor den Lagewinkel der Antriebeinheit bereits als Sinus- und Cosinussignal liefert:
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Damit vereinfacht sich Formel (4) zu:
EMI4.5
oder zu:
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mit :
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Das Korrektursignal kann nun bei konstantem Kurvenradius durch drei Multiplikationen und eine Addition berechnet werden. Bei einer Änderung des Kurvenradius ist eine zusätzliche Division erforderlich. Diese Rechenschritte sind mit jedem Mikrocontroller sehr schnell ausführbar, die erfindungsgemässe Lageregelung ist daher in echtzeitkritischen Systemen anwendbar.
Die Lageregelung kann grossteils per Software implementiert sein, die auf dem Microcontroller läuft. Als Hardware sind lediglich der Lagesensor, etwaige Filterschaltungen sowie die Lenkantrie- be für die Räder ausgeführt.
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In Fig. 6 ist eine erste Ausführungsform einer Schaltung für eine Steuerung (9) gemäss vorlie- gender Erfindung dargestellt. Im ersten Teil dieser Schaltung der Lageregelung werden drei Signa- le bzw. Stellgrössen verarbeitet : der zeitabhängige Stell- bzw. Soll-Winkel (ps(t). der den Winkel angibt, den die Laufkatze einnehmen soll, der zeitabhängige Kurvenradius R (t) der Lagewinkel A der vom Lagesensor bereits als Sinus- bzw. Cosinus-Signal NSx und NSy gemäss Formel (5) ausgegeben wird.
Das Ausgangssignal (pc(t) des Lagereglers und der zeitabhängige Kurvenkorrekturwinkel (pK(t). der aus dem Lagewinkel A in Form der Signale NSx und NSy und dem momentanen Kurvenradius R (t) berechnet wird, werden einem Steuerelement (10) in Form einer Einzelrad-Kurvenkorrek- tureinheit zugeführt. Diese besitzt für jedes Rad eine Lenkwinkelkorrektureinheit LWK1, LWK2, ...
LWK", welche in Abhängigkeit vom jeweiligen Einbauwinkel des Rades R und den Eingangsgrö- #en cpc(t) und cpK(t) den Lenkwinkel A1, A2 ...An für das jeweilige Rad errechnen und an den jewei- ligen Stellantrieb als Steuergrösse weiterleiten.
Die Lenkung der einzelnen Räder kann sowohl mittels eines offenen (Fig. 7a und 7b) als auch eines geschlossenen (Fig. 6) Steuerkreises vorgenommen werden. Im Fall von Fig. 6 ist eine Rückführung FB des Lenkwinkel-Signals erforderlich.
Die Fig. 7a und 7b zeigen Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemässen Lageregelung, die für die Stabilisierung der Antriebseinheit auf den Lagewinkeln -90 , 0 und +90 geeignet sind. In diesen Fällen findet ein einfacher Proportionalregler mit Begrenzungsstufe PRZ Verwendung. Das Lagesignal 'A wird direkt aus den Ausgangssignalen des Lagesensors gewonnen, wobei ein Umschalter RSE je nach dem gewünschten Lagewinkel entweder das Cosinussignal, das Sinus- signal oder das invertierte (Inv) Sinussignal als Istwert dem Regler zuführt. Der Regler arbeitet daher immer im Null-Durchgang der Ausgangssignale des Lagesensors. Die Sollwerte müssen daher jeweils 0 bzw. zuvor ermittelte Kalibrierwerte für die einzelnen Lagewinkeln sein.
Die Lenk- winkel-Korrekturelemente addieren in diesem Fall den Drehwinkel C(t) und den individuellen Kurven-Korrekturwinkel cpK(t) und führen das Ergebnis in diesem Anwendungsfall ohne Rückfüh- rung den Stellantrieben der Laufräder zu.
Wie erwähnt, wird dem Proportionalregler PRZ ein Lagesignal 'A zugeführt. Beim Lagesensor gemäss Fig. 7a kann es sich beispielsweise um einen Lagesensor handeln, der den Lagewinkel als exakten Wert z. B. gegenüber der Horizontalen liefert, und der beispielsweise unter der Wirkung der Schwerkraft auf eine Masse, Flüssigkeit oder ein gasförmiges Volumen gemessen wird. Der Lage- winkel A der Laufkatze 2 wird daher mit Bezug zu einer absoluten Bezugslage erfasst. Derartige Lagesensoren mit sinus- und cosinus-förmigen oder daran angenäherten Ausgangssignalen sind am Markt erhältlich. Lageänderungen benötigen aber meist eine gewisse Zeitdauer, um am Aus- gang des Sensors sichtbar zu werden. Diese Zeitverzögerung wirkt sich negativ auf den Regelkreis aus und zwar dahingehend, dass dieser bei höheren Fahrgeschwindigkeiten instabil werden kann.
Diesem Nachteil steht der Vorteil dieser Sensoren gegenüber, dass sie mit der Schwerkraft als Referenz arbeiten, die überall und unveränderlich wirkt und dass sie die erwähnten Vorzüge mit den (co) sinusförmigen Ausgangssignalen aufweisen.
Sensoren, die Lageänderungen nahezu ohne Zeitverzögerung widergeben, sind ebenfalls am Markt erhältlich. Sie arbeiten nach dem Trägheitsprinzip (Kreiselkompass, Gyro-Sensoren), ihr Ausgangssignal entspricht der Drehrate (Winkelgeschwindigkeit) des Sensors um eine bestimmte Achse. Sie erfassen daher Änderungen des Lagewinkels A der Laufkatze 2 mit Bezug zu einer vorgegebenen Bezugs- oder Ausgangslage. Damit sind sie für die Lageregelung natürlich auch sehr gut verwendbar. Da sie aber keine unveränderliche Referenz besitzen, können sie daher eine Nullpunkts-Drift aufweisen, und die Kontrolle des Drehwinkels erfordert die Integration der Aus- gangssignale, ist daher von Verstärkungsfaktoren abhängig.
Um die Vorteile dieser beiten Sensortypen zu verbinden, kann eine Kombination von beiden Sensor-Typen eingesetzt werden, wie sie in Fig. 7b dargestellt ist. Die Ausgangssignale des Lage- oder Neigungssensor mit sinus- und cosinus-förmigen Ausgangssignalen werden dem Umschalter RSE zugeführt. Dieser stellt die Langzeitstabilität des gewünschten Lagewinkels sicher. Des weite- ren ist ein Trägheitssensor, z. B. in Form eine Gyro-Sensors, vorgesehen, der die Dynamik des Regelkreises erhöht.
Die Kombination der Ausgangssignale erfolgt per Software SW durch das Steuerprogramm des Microcontrollers. Auf diese Weise kann insgesamt eine sehr rasche und absolut genaue Regelung
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ermöglicht werden.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 7a und 7b ist noch ein weiteres Eingangssignal 's(t) vor- gesehen, das dem Proportionalregler PRZ zugeführt wird. Dieses Eingangssignal < p's(t) kann vorgesehen sein um eine weitere Kalibriermöglichkeit für Lageabweichungen zu haben.
Fig. 8 Zeigt die grundsätzliche Form der Ausgangssignale des Lagesensors. Sie können in der jeweiligen Ausführungsform sowohl in der Amplitude als auch im Offset beliebige andere Werte aufweisen. Wichtig ist lediglich die sinus- bzw. cosinus-ähnliche Abhängigkeit der Ausgangssignale vom Neigungswinkel A Da die Antriebseinheit meist nur in aufrechter (A = 0 ) oder gedrehter (A ¯ 90 ) Lage gehalten werden muss, bietet hierfür im ersteren Fall das Sinussignal, im letzteren Fall das Cosinussignal (bzw. das invertierte Cosinussignal) sehr gut brauchbare Regelsignale, da sie im betreffenden Lagewinkel ihren Nulldurchgang, die grösste Steigung sowie einen näherungs- weise linearen Verlauf besitzen. Sie können daher direkt oder invertiert, wie in Fig. 7a und 7b gezeigt, dem Lageregler zugeführt werden.
Bei den in Fig. 8 dargestellten, kreisförmig begrenzten Bereichen im Null-Durchgang der Sinus- und Cosinuslinien handelt es sich um jene Bereiche, innerhalb der die Korrektur des Eingangssignals (p's(t) in den Fig. 7a und 7b möglich ist.
Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben werden:
Eine Transportanlage weist wenigstens einen Transportwagen (23) auf, der über eine Laufkat- ze (2) mit wenigstens zwei Gruppen von Rädern (4,5, 30) auf einer Tragschiene (1) fährt. Die Tragschiene (1 ) weist wenigstens segmentweise einen kreisrunden Querschnitt auf, auf dem die Räder (4,5, 30) abrollen. Die Räder (4,5, 30) sind über Lenkantriebe (50) lenkbar, wobei eine Steuerung (9) mit den Lenkantrieben (50) verbunden ist.
Um bei einer form- und kraftschlüssige Ausgestaltung der Antriebs- und Laufräder den Nachteil erhöhter Reibungsverluste durch Quer- kräfte zu vermeiden, wenn die Räder nicht exakt in der optimalen Spur geführt werden, das heisst, nicht exakt zur gewünschten Laufrichtung ausgerichtet sind, ist ein Lagesensor vorgesehen, der einen dem momentanen Lagewinkel (cpA) der Laufkatze (2) auf der Tragschiene (1) entsprechen- den Wert erfasst und diesen an die Steuerung (9) weitergibt.
Weiters sind eine Einrichtung zum Zuführen eines der Kurvenkrümmung der Tragschiene (1) entsprechenden Wertes zur Steuerung (9) und ein Steuerelement (10) in der Steuerung (9) vorgesehen, das aus den Werten des Lage- sensors und der Kurvenkrümmung und unter Berücksichtigtung der Lage des Rades (4,5, 30) an der Laufkatze (2) ein Steuersignal für die Lenkantriebe (50) errechnet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Steuereinrichtung einer Transportanlage mit wenigstens einem Transportwagen (23), der über eine Laufkatze (2) mit Rädern (4,5, 30) auf einer Tragschiene (1), welche die Lauf- katze (2) teilweise umgreift und gegenüber der Tragschiene (1) um deren Längsachse verdrehbar ist, fährt, die wenigstens segmentweise einen kreisrunden Querschnitt auf- weist, auf dem die Räder (4, 5, 30) abrollen, wobei die Räder (4, 5, 30), die in wenigstens zwei Gruppen im wesentlichen in zur Längserstreckung der Tragschiene (1) normalen
Ebenen angeordnet sind, über Lenkantriebe (50) lenkbar sind, und wobei eine Steuerung (9) mit den Lenkantrieben (50) verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Lagesensor, der einen dem momentanen Lagewinkel (A), das ist der Winkel zwischen einer Bezugs- ebene der Laufkatze (2) und einer ortsfesten Ebene, insbesondere der Vertikalebene,
der
Laufkatze (2) auf der Tragschiene (1) entsprechenden Wert erfasst und diesen an die
Steuerung (9) weitergibt, durch eine Einrichtung zum Zuführen eines der Kurvenkrümmung der Tragschiene (1) entsprechenden Wertes zur Steuerung (9) und durch ein Steuerele- ment (10) in der Steuerung (9), das aus den Werten des Lagesensors und der Kurven- krümmung und unter Berücksichtigtung der Lage des Rades (4, 5, 30) an der Laufkatze (2) ein Steuersignal für die Lenkantriebe (50) errechnet.
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The invention relates to a control device of a transport system with at least one transport carriage, which runs over a trolley with wheels on a mounting rail, which partially encompasses the trolley and can be rotated relative to the mounting rail about its longitudinal axis, and which has a circular cross section, at least in segments, on which the Roll wheels, the wheels, which are arranged in at least two groups essentially in normal to the longitudinal extent of the mounting rail levels, are steerable via steering drives, and wherein a controller is connected to the steering drives.
The invention further relates to a method for controlling the steering angle of wheels mounted in at least two groups on a trolley, which roll on a mounting rail which has a circular cross section at least in segments.
A corresponding transport system is known from WO 02/04273 A1. It consists of a transport carriage and a drive unit or trolley, which partially surrounds the mounting rail and which is rotatably connected to the transport carriage. Transport trolleys of these transport systems are equipped with a position control which either holds the drive unit of the transport trolley in a position defined in relation to the mounting rails and suspensions or carries out a rotary movement in a position which is generally pivoted by 90 in order to enable a switch to be crossed , Drive units of the above-mentioned transport systems have running wheels or driving wheels with concave curved running surfaces, which ensure positive and non-positive contact of the wheel with the mounting rail 1.
Drive wheels designed in this way on the one hand enable the transmission of forces in and against the direction of travel, which result in the acceleration and braking of the transport vehicle, but on the other hand also the transmission of forces transversely to the direction of travel. These transverse forces depend on the steering angle of the wheel and, if they are exerted in the same direction by all or the majority of the wheels, cause the drive unit to perform a helical rotary movement about the axis of the mounting rail and thereby to position it Horizontal changes.
However, the positive and non-positive design of the drive and running wheels has the disadvantage of increased friction losses due to lateral forces if the wheels are not guided exactly in the optimum track, that is to say are not aligned exactly with the desired running direction.
The invention is therefore based on the object of providing a control device of the type mentioned at the outset which optimally aligns the running or
Drive wheels to the desired direction of rotation allows.
This task is solved with a control device, which is characterized in that a position sensor that detects a value corresponding to the current position angle, that is the angle between a reference plane of the trolley and a fixed plane, in particular the vertical plane, of the trolley on the mounting rail and passes this on to the control system, by means of a device for supplying a value corresponding to the curve curvature of the mounting rail, and by a control element in the control system, which consists of the values of the position sensor and the curve curve and taking into account the position of the wheel a control signal for the steering drives is calculated on the trolley.
This object is further achieved in a method for controlling the steering angle of wheels mounted on a trolley, which are arranged in at least two groups essentially in planes normal to the longitudinal extension of the support rail, and on a support rail which partially encompasses and opposite the trolley roll of the mounting rail can be rotated about its longitudinal axis, the mounting rail having a circular cross section at least in segments, solved in that the current position angle, that is the angle between a reference plane of the trolley and a stationary plane, in particular the vertical plane, of the Trolley on the mounting rail corresponding value is recorded and that a control signal for steering drives of the wheels is calculated from this value and a value corresponding to the curvature of the mounting rail.
The control device according to the invention initially has a position sensor which detects the current position angle of the trolley on the mounting rail, ie. H. the angle by which the trolley is rotated about the longitudinal axis of the mounting rail. This actual value and a target value, which specifies the position angle of the trolley to be assumed, are fed to the control device. Furthermore, the control device is supplied with a value which corresponds to the curvature of the mounting rail
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corresponds, for example, to the radius of curvature of the mounting rail. These two values are then linked to one another in the control and this calculates an optimal steering angle for the wheels, which is passed on to the steering drives of the wheels or drive wheels.
The optimal steering angle therefore essentially consists of a control angle, which is only determined by the position of the drive unit or trolley and is therefore the same for all wheels, and a curve correction angle, which is the individual correction for each wheel while cornering considered, together.
Since the trolley has at least two groups of wheels and each group of wheels preferably has three wheels, which are distributed approximately at an angle of 120 around the circumference of the mounting rail, each wheel generally has a different optimal steering angle. It is therefore provided in a preferred embodiment of the invention that each steering drive is assigned its own control element.
Further preferred embodiments of the invention are the subject of the remaining subclaims.
Preferred embodiments of the invention are illustrated and explained in more detail below with reference to the drawings.
1 shows an exemplary embodiment of a transport carriage, FIGS. 2a and 2b show a schematic section through a mounting rail with a trolley in different positions, FIG. 3 shows a schematic plan view of a trolley, FIG. 4a shows a schematic representation of the wheels on a straight line 4b is a schematic illustration of the wheels on a straight mounting rail piece with inclined wheels so that the trolley rotates about the longitudinal axis of the mounting rail, FIG. 5a shows a schematic illustration of the wheels on a curved mounting rail piece in a straight line, FIG. 5b shows a schematic representation of the wheels on a curved mounting rail piece with wheels inclined in the optimized position angle so that the trolley rotates about the longitudinal axis of the mounting rail,
6 and 7 two embodiments of circuits for a control device according to the invention, FIG. 8 a form of the output signals of a position sensor of the trolley and FIG. 9 a drive for a drive wheel.
1 shows an example of a practical embodiment of a transport system according to the invention with a transport carriage 23 on a mounting rail 1 and a trolley 2 rotatably mounted about the longitudinal axis of the mounting rail 1. In this embodiment, the trolley 2 has a first group of three drive wheels 4, which are driven, for example, by the drive 55 (FIG. 9). In front of and behind the wheels 4, two groups of three further, freely running and spring-mounted auxiliary wheels 30 are mounted in the trolley 2. These auxiliary wheels 30 allow branches or switches to be passed smoothly. Furthermore, the auxiliary wheels 30 are advantageous for stabilizing the transport carriage 23 in the direction of travel.
The connection of the trolley 23 to the trolley 2 is effected by two suspensions 22 which are guided in curved slots 24 in the trolley 2. Thus, by tilting the wheels (Fig. 4b, 5b), an active rotation of the trolley 2 relative to the transport carriage 23 and around the axis of the rail 1 is possible.
In Fig. 1 it is shown that the trolley 2, on which the trolley 23 is suspended, has a slot 3, so that the trolley 2 does not extend into a restricted area in which attachments not shown in the drawings are fastened to the rail 1 could be.
FIG. 9 shows the possibility of adjusting the wheels 4 via its own actuator 50. By tilting the wheels 4 by the setting angle I with respect to the axis 15 of the rail 1, the wheels 4 move along helical lines K, so that the trolley 2 moves along the rail 1 performs a rotary movement (see also FIGS. 4b and 5b).
By appropriately actuating the actuator 50, the trolley 2 can be specifically and actively moved into the desired rotational positions, so that suspensions can be avoided or branches with a left or right rail branch can be used.
The possibility of the wheels 4, z. B. to be inclined by an actuator 50, allows a very precise guidance and position control of the trolley 2 on the rail 1. This results in the possibility of the wheels 4 when crossing branches of the rail 1, as well as when cornering by adjusting a Angle of attack I to lead exactly on the curved raceways defined by the toroidal design of the rail 1.
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The wheels 4 can thus not only for rotating the trolley 2 in the desired rotational position, for. B. the target position H of the wheel 4 (Fig. 4c), be inclined, but also when cornering, for example to keep friction losses small. This is particularly advantageous in an embodiment of a trolley 2, in which two or more groups of three wheels are provided one behind the other.
Fig. 2a shows the position of the trolley 2 when driving normally on a rail 1, if suspensions, not shown, project vertically upwards from the rail 1, for example. It is shown that the wheels 4 are arranged in the trolley 2 such that they are at an angular distance of approximately 120 from one another with respect to the axis of the rail 1, with two wheels 4 in the area of the slot 3 in the trolley 2 just outside the restricted area are arranged.
Fig. 2b shows the position of the trolley 2 when it is just rotated counterclockwise to z. B. to branch off at a branch on the right branch.
3 has, for example, a drive unit which consists of a front and a rear group of three wheels or drive wheels 5, each of which is oriented at an angle of approximately 120 to one another. The front and rear wheel group are mounted at a fixed distance LR. Are the axes of all wheels 5 at an angle of e.g. 90 aligned with the longitudinal axis of a straight mounting rail 1, the trolley 2 will move with the lowest possible frictional resistance without changing its position (FIG. 4a). If the axes of all the wheels 5 are deflected from this position in the same direction of rotation and by the same angle, the trolley 2 will carry out a screw movement (FIG. 4b).
If the transport vehicle travels through a curve, the wheels 5 must be deflected in the opposite direction in the direction of the curve curvature when driving straight ahead, but at different angles depending on their inclination to the curve plane KE (FIG. 5a). In the event of a screw movement of the trolley 2 around the rail 1, the angles required for the screw movement must also be superimposed on these angles (FIG. 5b). It should also be noted that the angle of inclination of the wheels 5 to the curve level KE is not constant, but depends on the current position of the trolley 2, which carries out a screw movement about the longitudinal axis of the mounting rail 1.
The steering angle A, which is required for a rotary movement according to FIG. 4b, must therefore be superimposed by correction angles when cornering according to FIG. 5b. The trolley 2 will then carry out a rotary movement in the direction F shown in FIG. 5b counterclockwise, the wheels 5 nevertheless remaining as closely as possible adapted to the curve shape.
The required steering angle for a specific wheel 5 in order to keep it in its optimum track in all situations, especially when driving over straight lines and curves and at the same time turning the drive unit, depends on the following factors: - the curve radius R, the wheelbase LR, - the installation angle of the wheel R, - the position of the transport carriage A and - the position angle cpc (controlled variable of the position controller).
It can be seen from the above-mentioned operating cases that a separate, “optimal” steering angle A will result for each wheel in order to avoid unnecessary friction losses. This is composed of two angles: the control angle Ac, which is only determined by the position of the drive unit and the position angle C and is therefore the same for all wheels, and a curve correction angle AK, which allows the individual correction for each wheel during when cornering:
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ler is formed. The proportionality constant K is determined by the gain of the actuator. As stated in formula (1), this proportionality constant is preferably the same for both angles Ac and AK, but can also be of different sizes.
The curve correction angle AK is calculated from the wheelbase LR, the curve radius R.
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is included with
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The approximation formula can be assumed to be valid for the steering angle in question up to approx. 15. Furthermore, the steering angle difference ¯A between the inner and the outer wheel (FIG. 3) is neglected. The angle R is the time-dependent, instantaneous angle between the wheel plane RE and the normal plane NE to the curve plane KE, which is composed of the installation angle of the wheel R and the position angle A of the transport carriage (FIG. 2b). The curve correction signal is with
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therefore :
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To calculate the correction signal, it is therefore necessary to determine the sine and cosine signals of the position angle A of the drive unit.
This requires time-consuming functions in microcontroller systems, e.g. Table calls and interpolations that cause problems in real-time-critical systems or require very powerful processors. This problem can be solved if the position sensor already supplies the position angle of the drive unit as a sine and cosine signal:
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This simplifies formula (4) to:
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or to:
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With :
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The correction signal can now be calculated with a constant curve radius by three multiplications and one addition. If the curve radius is changed, an additional division is required. These calculation steps can be carried out very quickly with any microcontroller. The position control according to the invention can therefore be used in real-time-critical systems.
The position control can largely be implemented by software that runs on the microcontroller. Only the position sensor, any filter circuits and the steering drives for the wheels are implemented as hardware.
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6 shows a first embodiment of a circuit for a control (9) according to the present invention. In the first part of this position control circuit, three signals or manipulated variables are processed: the time-dependent actuating or target angle (ps (t). Which specifies the angle that the trolley should take, the time-dependent curve radius R (t) the position angle A which is already output by the position sensor as a sine or cosine signal NSx and NSy according to formula (5).
The output signal (pc (t) of the position controller and the time-dependent curve correction angle (pK (t)., Which is calculated from the position angle A in the form of the signals NSx and NSy and the current curve radius R (t), are a control element (10) a single wheel cam correction unit which has a steering angle correction unit LWK1, LWK2, ... for each wheel
LWK ", which, depending on the respective installation angle of the wheel R and the input sizes cpc (t) and cpK (t), calculate the steering angle A1, A2 ... An for the respective wheel and to the respective actuator as Forward tax variable.
The individual wheels can be steered by means of both an open (FIGS. 7a and 7b) and a closed (FIG. 6) control circuit. In the case of Fig. 6, feedback FB of the steering angle signal is required.
7a and 7b show exemplary embodiments of a position control according to the invention which are suitable for stabilizing the drive unit on the position angles -90, 0 and +90. In these cases a simple proportional controller with limitation level PRZ is used. The position signal 'A is obtained directly from the output signals of the position sensor, with a changeover switch RSE supplying either the cosine signal, the sine signal or the inverted (Inv) sine signal as the actual value to the controller depending on the desired position angle. The controller therefore always works in the zero crossing of the output signals of the position sensor. The setpoints must therefore be 0 or previously determined calibration values for the individual position angles.
In this case, the steering angle correction elements add the angle of rotation C (t) and the individual curve correction angle cpK (t) and, in this application, feed the result to the actuators of the impellers without feedback.
As mentioned, a position signal 'A is fed to the proportional controller PRZ. The position sensor according to FIG. 7a can be, for example, a position sensor that measures the position angle as an exact value, e.g. B. supplies against the horizontal, and which is measured, for example, under the action of gravity on a mass, liquid or a gaseous volume. The position angle A of the trolley 2 is therefore recorded with reference to an absolute reference position. Such position sensors with sine and cosine-shaped or approximated output signals are available on the market. However, changes in position usually require a certain amount of time to be visible at the sensor output. This time delay has a negative effect on the control loop in that it can become unstable at higher driving speeds.
This disadvantage is offset by the advantage of these sensors that they work with gravity as a reference, which acts everywhere and unchangeably, and that they have the advantages mentioned with the (co) sinusoidal output signals.
Sensors that reflect changes in position with almost no time delay are also available on the market. They work according to the principle of inertia (gyro compass, gyro sensors), their output signal corresponds to the rate of rotation (angular velocity) of the sensor around a certain axis. They therefore record changes in the position angle A of the trolley 2 with reference to a predetermined reference or starting position. This means that they can of course also be used very well for position control. However, since they do not have an unchangeable reference, they can therefore exhibit a zero point drift, and the control of the angle of rotation requires the integration of the output signals and is therefore dependent on amplification factors.
In order to combine the advantages of these two sensor types, a combination of both sensor types can be used, as is shown in FIG. 7b. The output signals of the position or inclination sensor with sine and cosine output signals are fed to the changeover switch RSE. This ensures the long-term stability of the desired position angle. Furthermore, an inertia sensor, e.g. B. in the form of a gyro sensor, which increases the dynamics of the control loop.
The output signals are combined by software SW through the control program of the microcontroller. In this way, a very quick and absolutely precise regulation can be achieved
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be made possible.
In the embodiments of FIGS. 7a and 7b, a further input signal 's (t) is provided, which is fed to the proportional controller PRZ. This input signal <p's (t) can be provided in order to have a further calibration option for positional deviations.
Fig. 8 shows the basic form of the output signals of the position sensor. In the respective embodiment, they can have any other values both in amplitude and in offset. The only important thing is the sine or cosine-like dependency of the output signals on the angle of inclination A, since the drive unit usually only has to be held in an upright (A = 0) or rotated (A ¯ 90) position, the sine signal in the latter case the cosine signal (or the inverted cosine signal) control signals which can be used very well, since they have their zero crossing, the greatest slope and an approximately linear profile in the relevant position angle. They can therefore be fed to the position controller directly or inverted, as shown in FIGS. 7a and 7b.
The circularly delimited areas in the zero crossing of the sine and cosine lines shown in FIG. 8 are those areas within which the correction of the input signal (p's (t) in FIGS. 7a and 7b is possible.
In summary, an embodiment of the invention can be described as follows:
A transport system has at least one transport carriage (23) which runs on a support rail (1) via a trolley (2) with at least two groups of wheels (4, 5, 30). The support rail (1) has a circular cross section, at least in segments, on which the wheels (4, 5, 30) roll. The wheels (4, 5, 30) can be steered via steering drives (50), a control (9) being connected to the steering drives (50).
In order to avoid the disadvantage of increased friction losses due to transverse forces when the drive and running wheels are designed to be form-fitting and non-positive, if the wheels are not guided exactly in the optimum track, that is, are not exactly aligned with the desired running direction, there is a position sensor provided that detects a value corresponding to the current position angle (cpA) of the trolley (2) on the mounting rail (1) and passes this on to the control (9).
Furthermore, a device for supplying a value corresponding to the curve curvature of the mounting rail (1) for the control (9) and a control element (10) in the control (9) are provided, which consist of the values of the position sensor and the curve curvature and taking into account the Position of the wheel (4,5, 30) on the trolley (2) a control signal for the steering drives (50) is calculated.
PATENT CLAIMS:
1. Control device of a transport system with at least one transport carriage (23), which has a trolley (2) with wheels (4, 5, 30) on a mounting rail (1) which partially engages around the trolley (2) and opposite the mounting rail (1) can be rotated about its longitudinal axis, which, at least in segments, has a circular cross-section on which the wheels (4, 5, 30) roll, the wheels (4, 5, 30) being in at least two groups essentially normal to the longitudinal extent of the mounting rail (1)
Levels are arranged, can be steered via steering drives (50), and a controller (9) is connected to the steering drives (50), characterized by a position sensor which detects the current position angle (A), that is the angle between a reference plane of the trolley (2) and a stationary plane, in particular the vertical plane,
the
Trolley (2) on the mounting rail (1) corresponding value and this to the
Control (9) passes on by a device for supplying a value corresponding to the curvature of the mounting rail (1) to the control (9) and by a control element (10) in the control (9) which consists of the values of the position sensor and the Curve curvature and taking into account the position of the wheel (4, 5, 30) on the trolley (2), a control signal for the steering drives (50) is calculated.