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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine mobile Transportvorrichtung zum Transportieren mindestens eines Transportgutes.
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Kleinstfahrzeuge, sogenannte Mikromobile, sind eine vielversprechende Möglichkeit, um zukünftige Transportaufgaben, insbesondere in urbanen Räumen, zu erfüllen. Es kann hierbei erforderlich sein, dass mit Hilfe einer solchen mobilen Transportvorrichtung transportierte Transportgüter während eines Transports eine möglichst geringe Querbeschleunigung erfahren.
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Aus der
DE 10 2016 222 800 A1 sind eine Ausgleichsvorrichtung sowie ein Verfahren für Fahrzeuge zum Ausgleichen einer Fahrbewegung des Fahrzeuges bekannt, wobei die Ausgleichsvorrichtung eine Detektionseinheit zur Detektion zumindest der Richtung oder der Beschleunigung der Fahrbewegung, eine Auswerteeinheit zur Auswertung der detektierten Fahrbewegung, und eine Einstelleinheit zur Positionierung einer Regulierungseinheit relativ zur ausgewerteten Fahrbewegung aufweist.
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Das Kompensieren einer Querbeschleunigung eines mittels einer mobilen Transportvorrichtung transportierten Transportgutes ist derzeit nur unbefriedigend gelöst.
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Die
DE 10 2014 226 108 A1 offenbart ein Verfahren zum Transportieren mindestens eines Transportgutes, umfassend die Schritte:
- - Anordnen des mindestens einen Transportgutes auf einer Transportplattform einer mobilen Transportvorrichtung,
- - Erfassen einer positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft des mindestens einen auf der Transportplattform angeordneten Transportgutes mittels mindestens zwei Kraftsensoren in einem Ruhezustand der Transportvorrichtung, wobei während des Transportierens eine positionsaufgelöste Ist-Aufstandskraft des mindestens einen auf der Transportplattform angeordneten Transportgutes mittels der mindestens zwei Kraftsensoren erfasst wird.
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Die
DE 10 2007 017 691 A1 offenbart ein Verfahren zum Vermeiden einer Kipptendenz eines Fahrzeugs bei Kurvenfahrt. Über Weggeber-Sensoren wird das Abheben eines Rades bzw. der Beginn eines Abhebens eines Rades ermittelt, was einer Erfassung einer positionsaufgelösten Ist-Aufstandskraft entspricht. Mittels einer Aktorik wird das betreffende Rad mit einer Kraft beaufschlagt, z.B. wird bei einem Abheben des kurveninneren Hinterrades der Aktuator des kurvenäußeren Vorderrades in Z-Richtung verstellt, sodass das abhebende Hinterrad wieder auf die Straße gedrückt wird.
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Aus der
DE 10 2011 080 245 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung einer Zuladung auf einer Ladefläche eines Fahrzeugs bekannt, wobei das Verfahren den Schritt aufweist: Ermitteln einer Zuladungsinformation über die Zuladung auf der Ladefläche mittels zumindest eines Gewichtssignals, wobei das Gewichtssignal ein Signal eines an der Ladefläche angeordneten Gewichtssensor repräsentiert.
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Aus der
DE 10 2005 062 286 A1 ist eine Vorrichtung zur Schätzung der Schwerpunktlage bei einem Fahrzeug bekannt, mit einer Recheneinrichtung, die eine unter Längsbeschleunigungseinfluss auftretende Nickbewegung des Fahrzeugs und/oder eine unter Querbeschleunigungseinfluss auftretende Wankbewegung des Fahrzeugs zur Schätzung der Schwerpunktlage auswertet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine mobile Transportvorrichtung zum Transportieren mindestens eines Transportgutes zu schaffen, bei denen eine Querbeschleunigung des Transportgutes verbessert kompensiert werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine mobile Transportvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Insbesondere wird ein Verfahren zum Transportieren mindestens eines Transportgutes zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Anordnen des mindestens einen Transportgutes auf einer Transportplattform einer mobilen Transportvorrichtung, Erfassen einer positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft des mindestens einen auf der Transportplattform angeordneten Transportgutes mittels mindestens zwei Kraftsensoren in einem Ruhezustand der Transportvorrichtung, Regeln einer Neigung der Transportplattform mittels einer Aktorik, wobei während des Transportierens eine positionsaufgelöste Ist-Aufstandskraft des mindestens einen auf der Transportplattform angeordneten Transportgutes mittels der mindestens zwei Kraftsensoren erfasst wird, und wobei zumindest als ein Regelkriterium eine Abweichung zwischen der positionsaufgelösten Ist-Aufstandskraft und der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft minimiert wird.
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Ferner wird eine mobile Transportvorrichtung zum Transportieren mindestens eines Transportgutes geschaffen, umfassend eine Transportplattform, ein Transportmittel zum Bewegen der Transportplattform, mindestens zwei an der Transportplattform angeordnete Kraftsensoren zum Erfassen einer positionsaufgelösten Aufstandskraft mindestens eines auf der Transportplattform angeordneten Transportgutes, eine Aktorik zum Einstellen einer Neigung der Transportplattform, und eine Steuerung, wobei die Steuerung derart ausgebildet ist, die Neigung der Transportplattform mittels der Aktorik zu regeln und zumindest als ein Regelkriterium eine Abweichung zwischen einer positionsaufgelösten während des Transportierens erfassten Ist-Aufstandskraft des mindestens einen auf der Transportplattform angeordneten Transportgutes und einer in einem Ruhezustand erfassten positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft des mindestens einen auf der Transportplattform angeordneten Transportgutes zu minimieren.
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Der Vorteil der Erfindung ist, dass ein in Bezug auf eine Masseverteilung beliebig ausgebildetes Transportgut mit einer kompensierten Querbeschleunigung, das heißt einer kompensierten quer oder parallel zu einer Oberfläche der Transportplattform wirkenden Beschleunigung, transportiert werden kann, da der vorgeschlagene Regelmechanismus eine Masseverteilung des mindestens einen Transportgutes berücksichtigt. Insbesondere kann hierdurch auch eine Änderung der Masseverteilung während des Transportierens berücksichtigt werden, welche beispielsweise durch eine Schwerpunktverlagerung eines instabilen Transportgutes hervorgerufen wird. So kann beispielsweise ein bei einer Beschleunigung während einer Kurvenfahrt der mobilen Transportvorrichtung auftretendes Drehmoment an dem Transportgut und eine hieraus resultierende Masse- bzw. Gewichtsverlagerung auf der Transportplattform berücksichtigt werden. Eine solche Gewichtsverlagerung hat beispielsweise bei einem ausgedehnten Objekt mit einem weit von der Transportplattform entfernten Schwerpunkt, wie beispielsweise einer Stehlampe oder einem Deckenfluter, einen größeren Effekt als bei einem hinsichtlich einer Ausdehnung und Gewichtverteilung kompakteren Transportgut, wie beispielsweise einer Getränkedose. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße mobile Transportvorrichtung kann dies beim Regeln der Neigung der Transportplattform berücksichtigt werden. Ein Transport von Transportgütern kann hierdurch verbessert, insbesondere sicherer, durchgeführt werden.
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Die Transportplattform weist insbesondere eine im Wesentlichen flache Oberfläche auf, auf der das mindestens eine Transportgut angeordnet und transportiert werden kann. Es ist hierbei insbesondere vorgesehen, dass das mindestens eine Transportgut ohne weitere Befestigung oder Fixierung auf der Transportplattform transportiert werden kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Transportplattform eine an eine Form eines zu transportierenden Transportgutes angepasste Oberfläche aufweist, beispielsweise wenn das Transportgut nicht ohne weiteres auf einer flachen Oberfläche angeordnet werden kann. Es kann ferner vorgesehen sein, dass auf der Transportplattform zusätzlich Befestigungsmittel und/oder Brems- oder Fixiereinrichtungen ausgebildet sind, wie beispielsweise Schienen, Klemmen und/oder Gumminoppen etc.
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Transportgüter sind insbesondere zu transportierende Güter, wie beispielsweise Kisten, Container oder Kartons, in denen Waren verpackt sind. Ein Transportgut muss jedoch nicht verpackt sein, sondern kann auch ohne eine Verpackung auf der Transportplattform transportiert werden. Beispiele für unverpackte Transportgüter sind eine Getränkedose, ein Deckenfluter mit Standfuß oder eine Wasserkiste. Ein Transportgut kann jedoch auch eine Person sein. Die mobile Transportvorrichtung kann daher prinzipiell auch zum Transport von einer oder mehreren Personen eingesetzt werden.
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Ein Kraftsensor ist insbesondere als Piezo-Kraftaufnehmer oder resistiver Kraftaufnehmer ausgebildet. Auch andere Kraftsensoren können verwendet werden, wie beispielsweise Federkörper-Kraftaufnehmer, deren Verformung mittels Dehnungsmesssteifen oder kapazitiven Sensoren erfasst wird. Eine Empfindlichkeit der Kraftsensoren ist hierbei insbesondere abgestimmt auf das jeweils konkrete Anwendungsszenario, das heißt auf die Massen bzw. die auftretenden Gewichtskräfte der zu transportierenden Transportgüter. Von dem Kraftsensor erfasste Aufstandskräfte werden der Steuerung als Aufstandskraft-Signal bereitgestellt.
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Die mobile Transportvorrichtung ist insbesondere in der Lage, automatisiert zu fahren. Hierzu umfasst die mobile Transportvorrichtung insbesondere eine Sensorik, beispielsweise eine Kamera, einen Radarsensor, einen Lidarsensor und/oder einen Ultraschallsensor, welche ein Umfeld der mobilen Transportvorrichtung erfasst, und eine Auswerteeinrichtung, welche von der Sensorik erfasste Sensordaten auswertet und beispielsweise einer Steuerung zuführt, welche das Transportmittel ansteuert, um ein auf der Transportplattform angeordnetes Transportgut zu transportieren. Zum Steuern der Bewegung der mobilen Transportvorrichtung kann diese ferner mindestens einen Beschleunigungssensor und/oder eine Navigations- bzw. eine Positionsbestimmungseinrichtung aufweisen.
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Das Transportmittel der mobilen Transportvorrichtung kann beispielsweise Räder umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Transportmittel auch Ketten oder Beine umfassen, mit denen eine Fortbewegung möglich ist. Es können beispielsweise vier Aufstandspunkte auf dem Boden vorgesehen sein, wobei an jedem der Aufstandspunkte mindestens ein Rad angeordnet ist.
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Die Neigung bezeichnet insbesondere Neigungswinkel einer Oberfläche der Transportplattform in Bezug auf einen Horizont. Bei horizontaler Ausrichtung der Oberfläche der Transportplattform ist die Neigung daher Null. Da die Oberfläche der Transportplattform in Bezug auf die Neigung insbesondere zwei Neigungsfreiheitsgrade aufweist (z.B. in einer x-Richtung und einer y-Richtung in kartesischen Koordinaten), ist die Neigung durch Angabe von zwei Neigungswinkeln eindeutig definiert.
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Die Aktorik umfasst insbesondere Aktoren, welche eine Neigung der Transportplattform verändern können. Die Aktoren sind hierzu insbesondere mit dem Transportmittel derart verbunden, dass ein Abstand zwischen der Transportplattform und dem Transportmittel an unterschiedlichen Positionen verändert werden kann und hierdurch eine Neigung der Transportplattform relativ zu einem Horizont verändert werden kann. Die Aktoren können hierbei elektrisch, pneumatisch und/oder hydraulisch arbeiten. Hat die Transportplattform beispielsweise eine quadratische oder rechteckige Form, so kann vorgesehen sein, jeweils einen Aktor an einer der Ecken anzuordnen, sodass die Neigung durch Ansteuern der vier Aktoren in zwei Neigungsfreiheitsgraden verändert werden kann.
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Idealerweise wird die Aktorik derart geregelt, dass die Abweichung zwischen der positionsaufgelösten Ist-Aufstandskraft und der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft gegen Null geht. Insbesondere orientiert sich das Regelkonzept zu jedem Zeitpunkt wiederholt an dem jeweiligen Kraftsensor mit der betragsmäßig größten Abweichung zwischen Referenz-Aufstandskraft und Ist-Aufstandskraft. Das bedeutet, dass die Transportplattform derart geneigt bzw. in der Richtung vorzeichenrichtig gesenkt bzw. angehoben wird, in der die größte Abweichung zur Referenz-Aufstandskraft festzustellen ist. Beim Regeln können hierbei auch Gewichtungen oder Mittelwerte der einzelnen Kraftsensoren berücksichtigt werden. Weiterhin ist es möglich, dass auf der Transportplattform eine weitere Platte oberhalb der Kraftsensoren montiert wird. Hierdurch kann eine mechanische Kraftverteilung bzw. -mittelung über die Kraftsensoren erzielt werden. Es können auch weitere Regelkriterien berücksichtigt werden, wie beispielsweise eine erfasste oder geschätzte Beschleunigung der Transportplattform oder eine antizipierte Wegstrecke der mobilen Transportvorrichtung, beispielsweise um vorausschauend eine Neigung einzustellen, beispielsweise um ein Transportgut bereits vor Ausführen einer Kurvenfahrt über eine Neigung der Transportplattform anzukippen und hierdurch ein an einem Schwerpunkt des Transportgutes wirkendes Drehmoment vorausschauend zu kompensieren.
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Es können prinzipiell auch mehrere Transportgüter transportiert werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Regeln der Neigung dann auf Grundlage von Mittelwerten der jeweiligen Aufstandskräfte erfolgt. Alternativ kann auch auf Grundlage des Transportgutes mit der größten Aufstandskraft oder auf Grundlage des instabilsten Transportgutes und/oder einer Schwerpunktlage der Transportgüter geregelt werden.
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Die Steuerung kann als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die positionsaufgelöste Referenz-Aufstandskraft und die Ist-Aufstandskraft mittels Kraftsensoren erfasst wird, die in Form einer Matrix in regelmäßigen Abständen an oder auf der Transportplattform angeordneten sind. Auf diese Weise lässt sich die Referenz-Aufstandskraft und die Ist-Aufstandskraft für Positionen bestimmen, die in regelmäßigen Abständen zueinander auf der Transportplattform angeordnet sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, eine x-Richtung und eine y-Richtung auf der Transportplattform zu definieren und die Kraftsensoren in regelmäßigen Abständen entlang dieser Richtungen anzuordnen, sodass ein matrixförmiges Raster entsteht. Die Aufstandskräfte lassen sich dann in Abhängigkeit dieser Richtungen darstellen, das heißt im genannten Beispiel durch Angabe von x- und y-Koordinaten. Lässt sich die Aktorik mit Bezug auf diese Richtungen ansteuern, kann das Regeln der Neigung besonders einfach durchgeführt werden.
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In einer Ausführungsform der mobilen Transportvorrichtung ist entsprechend vorgesehen, dass die mindestens zwei Kraftsensoren in Form einer Matrix in regelmäßigen Abständen an oder auf der Transportplattform angeordnet sind.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach dem Anordnen des mindestens einen Transportgutes auf der Transportplattform eine Referenzfahrt durchgeführt wird, wobei während der Referenzfahrt eine Beschleunigung geschätzt und/oder mittels mindestens eines Beschleunigungssensors erfasst wird, und wobei während der Referenzfahrt mittels der mindestens zwei Kraftsensoren eine positionsaufgelöste Referenz-Aufstandskraft erfasst wird, und wobei aus der geschätzten und/oder erfassten Beschleunigung und der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft ein Schwerpunkt des mindestens einen Transportgutes abgeschätzt wird, und wobei das Regeln der Neigung der Transportplattform zusätzlich oder alternativ auf Grundlage des geschätzten Schwerpunkts erfolgt. Mittels der durchgeführten Referenzfahrt kann ein Schwerpunkt eines Transportguts abgeschätzt werden. Bei der Referenzfahrt wird insbesondere eine vorgegebene, das heißt bekannte Wegstrecke abgefahren, auf der das mindestens eine Transportgut Beschleunigungen erfährt, welche beispielsweise durch Anfahren, Abbremsen oder eine Kurvenfahrt hervorgerufen werden. Die hierbei auftretenden Beschleunigungen werden mittels des mindestens einen Beschleunigungssensors, insbesondere zeitaufgelöst, erfasst bzw. auf Grundlage der bekannten Trajektorie der Wegstrecke geschätzt. Zeitgleich mit Durchführen der Referenzfahrt wird mittels der mindestens zwei Kraftsensoren eine positionsaufgelöste Aufstandskraft des mindestens einen Transportgutes auf die Transportplattform erfasst. Je nach Lage des Schwerpunkts des mindestens einen Transportguts relativ zur Transportplattform kann der Schwerpunkt ein Drehmoment erfahren, das zu einer Gewichtsverlagerung auf der Transportplattform führt. Diese Gewichtsverlagerung wird mittels der Kraftsensoren erfasst. Je größer eine solche Verlagerung bei gleicher Beschleunigung ausfällt, desto größer ist der Abstand des Schwerpunktes von der Oberfläche der Transportplattform. Je größer der Abstand des Schwerpunktes von der Oberfläche der Transportplattform desto instabiler wird das mindestens eine Transportgut beim Transportieren bzw. beim Beschleunigen und in Kurvenfahrten der mobilen Transportvorrichtung. Dies wird beim Regeln der Neigung berücksichtigt. Beispielsweise kann durch Regeln der Neigung erreicht werden, dass der Schwerpunkt bei einer Fahrt der mobilen Transportvorrichtung seine Position relativ zur Transportplattform nicht oder nur unwesentlich verändert. Die Abhängigkeit einer Gewichtsverlagerung des Transportgutes von einer Schwerpunktlage kann beispielsweise mittels Simulationen für eine Vielzahl von Transportgütern mit unterschiedlichen Schwerpunkten bestimmt oder berechnet werden. Es kann jedoch zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, die Abhängigkeit experimentell zu bestimmen, beispielsweise mit Hilfe einer Vielzahl von Testkörpern mit unterschiedlichen Schwerpunktlagen. Die erlangten Ergebnisse der Simulation(en) und/oder der Experimente können beispielsweise in einer Speichereinrichtung der Steuerung hinterlegt sein und durch Inter- und/oder Extrapolation zum Abschätzen eines Schwerpunktes für ein Transportgut verwendet werden.
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Sind ein geschätzter Schwerpunkt und ein Gewicht bzw. eine Masse eines Transportgutes bekannt, kann insbesondere berechnet werden, welche Kräfte bzw. Querbeschleunigungen bei einer gegebenen Kurvenfahrt (oder Bremsfahrt oder Anfahrt) auf den Schwerpunkt bzw. das Transportgut wirken würden, für den Fall, dass eine Neigung der Transportplattform nicht verändert wird. Weiterhin kann berechnet werden, welche Neigung die Transportplattform aufweisen müsste, damit die berechneten Querbeschleunigungen nicht auftreten. Man könnte eine auf diese Weise berechnete Neigung dann direkt an der Transportplattform einstellen. Alternativ kann die Neigung kontinuierlich erhöht werden, während fortwährend die aktuell wirkende Querbeschleunigung berechnet wird. Die Neigung wird dann vorausschauend derart geregelt, dass die berechnete Querbeschleunigung minimiert wird. Dies ist vorteilhaft, da man auf Grundlage einer vorher bekannten Fahrtstrecke, beispielsweise einer Kurvenfahrt, die Neigung entsprechend vorausschauend steuern bzw. regeln kann. Eine Querbeschleunigung lässt sich hierdurch verbessert minimieren bzw. kompensieren.
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Es kann vorgesehen sein, dass auf Grundlage des bestimmten Schwerpunktes des mindestens einen Transportgutes auch Parameter einer Transportfahrt angepasst werden. Beispielsweise kann eine Fahrt insgesamt mit einer verringerten Geschwindigkeit bzw. verringerten Beschleunigung(en) durchgeführt werden, wenn der Schwerpunkt des mindestens einen Transportgutes einen großen Abstand zur Oberfläche der Transportplattform aufweist.
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In einer Ausführungsform der mobilen Transportvorrichtung ist entsprechend vorgesehen, dass die Steuerung ferner derart ausgebildet ist, das Transportmittel derart anzusteuern, dass nach dem Anordnen des mindestens einen Transportgutes auf der Transportplattform eine Referenzfahrt durchgeführt wird, und eine Beschleunigung der Transportplattform während der Referenzfahrt zu schätzen und aus einer während der Referenzfahrt erfassten positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft und der geschätzten Beschleunigung einen Schwerpunkt des mindestens einen Transportgutes abzuschätzen, und das Regeln der Neigung der Transportplattform zusätzlich oder alternativ auf Grundlage des geschätzten Schwerpunkts durchzuführen.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der mobilen Transportvorrichtung ist ferner vorgesehen, dass die mobile Transportvorrichtung mindestens einen Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Beschleunigung der Transportplattform umfasst, wobei die Steuerung ferner derart ausgebildet ist, den Schwerpunkt des mindestens einen Transportgutes zusätzlich oder alternativ auf Grundlage einer während der Referenzfahrt mittels des Beschleunigungssensors erfassten Beschleunigung der Transportplattform abzuschätzen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Regeln der Neigung zwei parallel verlaufende Regelstrukturen verwendet werden, wobei eine der Regelstrukturen als Regelkriterium eine Abweichung zwischen der positionsaufgelösten Ist-Aufstandskraft und der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft durch Verändern der Neigung in Bezug auf einen von zwei Neigungsfreiheitsgraden minimiert, und wobei die andere Regelstruktur als Regelkriterium die Abweichung zwischen der positionsaufgelösten Ist-Aufstandskraft und der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft durch Verändern der Neigung in Bezug auf einen anderen der zwei Neigungsfreiheitsgrade minimiert. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die beiden Neigungsfreiheitsgrade mit den Richtungen einer durch eine Anordnung der Kraftsensoren definierten Matrix auf der Transportplattform korrespondieren, sodass die erfassten Aufstandskräfte und die Neigungsfreiheitsgrade als Bezugssystem das gleiche Koordinatensystem besitzen. Werden die Neigungsfreiheitsgrade beispielsweise mit einer x-Richtung und einer y-Richtung bezeichnet, so können die Regelstrukturen getrennt für die x-Richtung und die y-Richtung ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform der mobilen Transportvorrichtung ist entsprechend vorgesehen, dass die Steuerung ferner derart ausgebildet ist, zum Regeln der Neigung zwei parallel verlaufende Regelstrukturen zu verwenden, wobei eine der Regelstrukturen als Regelkriterium eine Abweichung zwischen der positionsaufgelösten Ist-Aufstandskraft und der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft durch Verändern der Neigung in Bezug auf einen von zwei Neigungsfreiheitsgraden minimiert, und wobei die andere Regelstruktur als Regelkriterium die Abweichung zwischen der positionsaufgelösten Ist-Aufstandskraft und der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft durch Verändern der Neigung in Bezug auf einen anderen der zwei Neigungsfreiheitsgrade minimiert.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor dem Erfassen der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft eine Neigung der Transportplattform mittels eines Neigungssensors erfasst wird und mittels der Aktorik korrigiert wird. Hierdurch kann eine Oberfläche der Transportplattform zumindest im Mittel in eine Horizontale gebracht werden, sodass die positionsaufgelöste Referenz-Aufstandskraft nicht durch eine bereits vorhandene Neigung verfälscht wird. Der Neigungssensor kann beispielsweise in Form mindestens eines Gyroskops ausgebildet sein, mit dem eine Neigung der Transportplattform bestimmt werden kann. Es können jedoch auch andere Arten von Neigungssensoren verwendet werden, beispielsweise mikroelektromechanisch arbeitende Systeme oder Sensoren, die mit Hilfe eines Flüssigkeitsspiegels arbeiten.
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In einer Ausführungsform der mobilen Transportvorrichtung ist entsprechend vorgesehen, dass die mobile Transportvorrichtung einen Neigungssensor zum Erfassen einer Neigung der Transportplattform umfasst, wobei die Steuerung ferner derart ausgebildet ist, vor dem Erfassen der Referenz-Aufstandskraft die Aktorik auf Grundlage einer erfassten Neigung der Transportplattform anzusteuern, sodass die erfasste Neigung der Transportplattform korrigiert wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der mobilen T ransportvorri chtung;
- 2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Transportieren mindestens eines Transportgutes;
- 3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Regelstruktur zum Regeln einer Neigung der Transportplattform.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der mobilen Transportvorrichtung 1 in einer Draufsicht, einer Seitenansicht und in Form eines Signalflussdiagramms gezeigt.
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Die mobile Transportvorrichtung 1 umfasst eine Transportplattform 2, an der Kraftsensoren 3 in regelmäßigen Abständen in Form einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind, ein Transportmittel 4, welches vier Räder 5 umfasst (nur zwei davon sind in der Darstellung sichtbar). Das Transportmittel 4 umfasst ferner zugehörige Antriebseinrichtungen (nicht gezeigt), wie beispielsweise Elektromotoren, und einen Energiespeicher (nicht gezeigt). Die mobile Transportvorrichtung umfasst ferner eine Aktorik 6, welche vier elektrische Linearmotoren 7 umfasst (nur zwei davon sind in der Darstellung sichtbar), und eine Steuerung 8.
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Die mobile Transportvorrichtung 1 umfasst ferner eine Sensorik (nicht gezeigt) zum Erfassen eines Umfelds der mobilen Transportvorrichtung 1 und eine Auswerteeinrichtung (nicht gezeigt) zum Auswerten der von der Sensorik erfassten Umfelddaten. Insbesondere kann das Transportmittel 4 auf Grundlage der ausgewerteten Umfelddaten automatisiert von der Steuerung 8 gesteuert werden, sodass dieses automatisiert von einem Startort zu einem Zielort fahren kann und hierzu selbständig eine Wegstrecke abfährt.
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Wird ein zu transportierendes Transportgut 10 auf der Transportplattform 2 angeordnet, so erfassen die Kraftsensoren 3, auf welchen das Transportgut 10 aufliegt, jeweils eine dort wirkende Aufstandskraft 20, 21. Bevor das Transportgut 10 von der mobilen Transportvorrichtung 1 an einen Zielort transportiert wird, wird in einem Ruhezustand eine positionsaufgelöste Referenz-Aufstandskraft 20 des Transportgutes 10 mittels der Kraftsensoren 3 erfasst.
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Anschließend wird das Transportgut 10 durch Ansteuern des Transportmittels 4 bzw. der einzelnen Räder 5 an den Zielort transportiert. Während des Transportierens wird fortlaufend, das heißt wiederholt in regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich, eine Ist-Aufstandskraft 21 des Transportgutes 10 mittels der Kraftsensoren 3 erfasst. Die Steuerung 8 bildet aus der Referenz-Aufstandskraft 20 und der Ist-Aufstandskraft 21 eine Abweichung bzw. eine Differenz. Auf Grundlage der Abweichung bzw. der Differenz regelt die Steuerung 8 Abstände 11 der Transportplattform 2 zum Boden 12 an den jeweiligen Ecken, wodurch Neigungswinkel in Bezug auf eine Rotationsachse 30 in x-Richtung und eine Rotationsachse 31 in y-Richtung verändert werden können, sodass insgesamt eine Neigung der Transportplattform 2 in zwei Neigungsfreiheitsgraden 32, 33 verändert bzw. geregelt werden kann. Das Regeln erfolgt durch Regeln einer Auslenkung 15 der Aktoren 6 bzw. der Linearmotoren 7 an den jeweiligen Ecken der Transportplattform 2. Als Regelkriterium ist hierbei vorgesehen, die Abweichung bzw. die Differenz aus Referenz-Aufstandskraft 20 und Ist-Aufstandskraft 21 zu minimieren.
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Durch das Minimieren der Abweichung bzw. der Differenz zwischen Referenz-Aufstandskraft 20 und Ist-Aufstandskraft 21 kann das auf der Transportplattform 2 angeordnete Transportgut 10 querbeschleunigungsfrei transportiert werden, das heißt parallel zur Oberfläche ist eine Beschleunigung des Transportobjektes 10 weitgehend kompensiert. Hierdurch kann das Transportgut 10 auch ohne eine zusätzliche Befestigung an der Transportplattform 10 sicher transportiert werden. Insbesondere können auch Transportgüter 10 mit einer für einen Transport ungünstigen Lage des Schwerpunkts verbessert transportiert werden. Ein aufwändiges und zeitraubendes Befestigen oder Verriegeln etc. des Transportgutes 10 kann hierdurch entfallen. Dies ermöglicht insbesondere ein schnelles Be- und Entladen der mobilen Transportvorrichtung 1 mit Transportgütern 10.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steuerung 8 ferner derart ausgebildet ist, das Transportmittel 4 derart anzusteuern, dass nach dem Anordnen des mindestens einen Transportgutes 10 auf der Transportplattform 2 eine Referenzfahrt durchgeführt wird, und eine Beschleunigung der Transportplattform 2 während der Referenzfahrt zu schätzen und aus einer während der Referenzfahrt erfassten positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft 20' und der geschätzten Beschleunigung einen Schwerpunkt 13 des mindestens einen Transportgutes 10 abzuschätzen. Die Steuerung 8 regelt die Neigung der Transportplattform 2 dann zusätzlich oder alternativ auf Grundlage des geschätzten Schwerpunkts 13.
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Ferner kann die mobile Transportvorrichtung 1 einen Beschleunigungssensor 9 zum Erfassen einer Beschleunigung 22 der Transportplattform 2 aufweisen. Die Steuerung 8 ist dann derart ausgebildet, den Schwerpunkt 13 des mindestens einen Transportgutes 10 zusätzlich oder alternativ auf Grundlage einer während der Referenzfahrt mittels des Beschleunigungssensors 9 erfassten Beschleunigung 22 der Transportplattform 2 abzuschätzen.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass die mobile Transportvorrichtung 1 einen Neigungssensor 14 zum Erfassen einer Neigung 23 der Transportplattform 2 in Bezug auf einen Horizont aufweist. Die Steuerung 8 ist dann ferner derart ausgebildet, vor dem Erfassen der Referenz-Aufstandskraft 20 die Aktorik 6 bzw. die Linearmotoren 7 auf Grundlage der erfassten Neigung 23 der Transportplattform 2 anzusteuern, sodass die erfasste Neigung 23 der Transportplattform 2 korrigiert wird und die Transportplattform 2 im Ruhezustand zumindest im Mittel horizontal ausgerichtet ist.
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In 2 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Transportieren mindestens eines Transportgutes gezeigt.
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Nach dem Start 100 des Verfahrens wird in einem Verfahrensschritt 101 mindestens ein Transportgut auf einer Transportplattform einer mobilen Transportvorrichtung angeordnet. Prinzipiell können auch mehr als ein Transportgut auf der Transportplattform angeordnet werden.
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Vor dem Transportieren des mindestens einen Transportgutes wird in einem Verfahrensschritt 102 eine positionsaufgelöste Referenz-Aufstandskraft des mindestens einen auf der Transportplattform angeordneten Transportgutes mittels mindestens zwei Kraftsensoren in einem Ruhezustand der Transportvorrichtung erfasst.
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Es kann hierbei in einem vorausgehenden Verfahrensschritt 200 vorgesehen sein, dass vor dem Erfassen der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft eine Neigung der Transportplattform mittels eines Neigungssensors erfasst und mittels der Aktorik korrigiert wird, sodass die Transportplattform zumindest im Mittel horizontal ausgerichtet ist und die Referenz-Aufstandskraft unverfälscht erfasst werden kann.
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Anschließend wird das mindestens eine Transportgut in einem Verfahrensschritt 103 transportiert. Der Verfahrensschritt 103 umfasst die Verfahrensschritte 104-106, welche während des Transportierens ausgeführt werden.
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Zum Transportieren steuert die Steuerung in einem Verfahrensschritt 104 das Transportmittel an, sodass die mobile Transportvorrichtung von einem Startort zu einem Zielort bewegt wird.
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Während des Transportierens wird in einem Verfahrensschritt 105 eine positionsaufgelöste Ist-Aufstandskraft des mindestens einen auf der Transportplattform angeordneten Transportgutes mittels der mindestens zwei Kraftsensoren erfasst. Dies erfolgt wiederholt, sodass zum Regeln der Neigung stets aktuelle Werte für die Ist-Aufstandskraft bereitgestellt werden können.
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Ferner wird während des Transportierens in einem Verfahrensschritt 106 eine Neigung der Transportplattform mittels der Aktorik geregelt, wobei zumindest als ein Regelkriterium eine Abweichung, beispielsweise in Form einer Differenz, zwischen der positionsaufgelösten Ist-Aufstandskraft und der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft minimiert wird.
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Die Verfahrensschritte 104 bis 106 werden solange wiederholt, bis die mobile Transportvorrichtung am Zielort angekommen ist.
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Anschließend ist das Verfahren beendet 107.
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Es kann in Verfahrensschritt 102 vorgesehen sein, dass nach dem Anordnen des mindestens einen Transportgutes auf der Transportplattform eine Referenzfahrt durchgeführt wird, wobei während der Referenzfahrt eine Beschleunigung geschätzt und/oder mittels mindestens eines Beschleunigungssensors erfasst wird, und wobei während der Referenzfahrt mittels der mindestens zwei Kraftsensoren eine positionsaufgelöste Referenz-Aufstandskraft erfasst wird, und wobei aus der geschätzten und/oder erfassten Beschleunigung und der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft ein Schwerpunkt des mindestens einen Transportgutes abgeschätzt wird, und wobei das Regeln der Neigung der Transportplattform zusätzlich oder alternativ auf Grundlage des geschätzten Schwerpunkts erfolgt.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass zum Regeln der Neigung in Verfahrensschritt 106 zwei parallel verlaufende Regelstrukturen verwendet werden, wobei eine der Regelstrukturen als Regelkriterium eine Abweichung, beispielsweise eine Differenz, zwischen der positionsaufgelösten Ist-Aufstandskraft und der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft durch Verändern der Neigung in Bezug auf einen von zwei Neigungsfreiheitsgraden minimiert, und wobei die andere Regelstruktur als Regelkriterium die Abweichung bzw. die Differenz zwischen der positionsaufgelösten Ist-Aufstandskraft und der positionsaufgelösten Referenz-Aufstandskraft durch Verändern der Neigung in Bezug auf einen anderen der zwei Neigungsfreiheitsgrade minimiert.
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In 3 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Regelstruktur 40 zum Regeln einer Neigung der Transportplattform gezeigt. Die Regelstruktur 40 umfasst eine Regelstruktur 41 für die Neigung in Bezug auf einen ersten Neigungsfreiheitsgrad, das heißt in Bezug auf die x-Achse und eine Regelstruktur 42 für die Neigung in Bezug auf einen zweiten Neigungsfreiheitsgrad, das heißt in Bezug auf die y-Achse. Geregelt wird in beiden Regelstrukturen 41, 42 jeweils mittels eines PID-Reglers 43. Die Stellglieder 44 sind jeweils Aktoren 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 zur Beeinflussung einer Neigung in Bezug auf die x-Achse und Aktoren 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 zur Beeinflussung einer Neigung in Bezug auf die y-Achse.
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Zur Regelung der Neigung in Bezug auf die x-Achse werden jeweils zwei der Aktoren 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 beim Regeln paarweise zu Gruppen 45, 46 zusammengefasst. Die Gruppe 45 umfasst die Aktoren 6-1 und 6-4, die Gruppe 46 die Aktoren 6-2 und 6-3. Die in den Gruppen 45, 46 jeweils umfassten Aktoren 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 werden in gleicher Weise angesteuert, sodass eine Neigung ausschließlich entlang der x-Achse geregelt bzw. verändert werden kann. Zur Regelung der Neigung in Bezug auf die y-Achse werden jeweils zwei der Aktoren 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 beim Regeln paarweise zu Gruppen 47, 48 zusammengefasst. Die Gruppe 47 umfasst die Aktoren 6-1 und 6-2, die Gruppe 48 die Aktoren 6-3 und 6-4. Die in den Gruppen 47, 48 jeweils umfassten Aktoren 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 werden in gleicher Weise angesteuert, sodass eine Neigung ausschließlich entlang der y-Achse geregelt bzw. verändert werden kann.
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Für jede Gruppe 45, 46, 47, 48 wird ein Ansteuersignal 61, 62, 63, 64 erzeugt und bereitgestellt.
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Nachfolgend werden die für die Ansteuerung mit Bezug auf die x-Achse und für die Ansteuerung mit Bezug auf die y-Achse bereitgestellten Ansteuersignale 61, 62, 63, 64 für jeden der Aktoren 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 aufsummiert und zum Ansteuern der einzelnen Aktoren 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 verwendet.
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Die jeweiligen Regelstrecken 49, 50 der Regelstrukturen 41, 42 umfassen die Neigung 51, 52 der Transportplattform in Bezug auf die x-Achse bzw. die y-Achse, wobei hierzu jeweils eine Abweichung 53, 54 zwischen einer Referenz-Aufstandskraft und einer Ist-Aufstandskraft in Bezug auf die x-Achse und die y-Achse bestimmt und als Regelkriterium minimiert wird. Die Referenz-Aufstandskraft und die Ist-Aufstandskraft werden mit Hilfe von an der Transportplattform in Matrixform angeordneten Kraftsensoren 3 bestimmt und jeweils in Referenz-Aufstandskraft und Ist-Aufstandskräfte mit Bezug auf die x-Achse und die y-Achse zerlegt.
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Insbesondere orientiert sich das Regelkonzept zu jedem Zeitpunkt wiederholt an dem jeweiligen Kraftsensor 3 mit der betragsmäßig größten Abweichung zwischen Referenz-Aufstandskraft und Ist-Aufstandskraft. Das bedeutet, dass die Transportplattform derart geneigt bzw. in der Richtung vorzeichenrichtig gesenkt bzw. angehoben wird, in der die größte Abweichung zur Referenz-Aufstandskraft festzustellen ist.
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Die bestimmten Abweichungen 53, 54 werden anschließend den PID-Reglern 43 zugeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- mobile Transportvorrichtung
- 2
- Transportplattform
- 3
- Kraftsensor
- 4
- Transportmittel
- 5
- Rad
- 6
- Aktorik
- 6-1
- Aktor
- 6-2
- Aktor
- 6-3
- Aktor
- 6-4
- Aktor
- 7
- Linearmotor
- 8
- Steuerung
- 9
- Beschleunigungssensor
- 10
- Transportgut
- 11
- Abstand
- 12
- Boden
- 13
- Schwerpunkt
- 14
- Neigungssensor
- 15
- Auslenkung (Aktor)
- 20
- Referenz-Aufstandskraft im Ruhezustand
- 20'
- Referenz-Aufstandskraft während der Referenzfahrt
- 21
- Ist-Aufstandskraft
- 22
- Beschleunigung
- 23
- Neigung
- 30
- Rotationsachse (x-Achse)
- 31
- Rotationsachse (y-Achse)
- 32
- Neigungsfreiheitsgrad
- 33
- Neigungsfreiheitsgrad
- 40
- Regelstruktur
- 41
- Regelstruktur (x-Achse)
- 42
- Regelstruktur (y-Achse)
- 43
- PID-Regler
- 44
- Stellglied
- 45
- Gruppe
- 46
- Gruppe
- 47
- Gruppe
- 48
- Gruppe
- 51
- Neigung
- 52
- Neigung
- 53
- Abweichung
- 54
- Abweichung
- 61
- Ansteuersignal
- 62
- Ansteuersignal
- 63
- Ansteuersignal
- 64
- Ansteuersignal
- 100-107
- Verfahrensschritte
- 200
- Verfahrensschritt
