DE3615312C2 - Vorrichtung zum automatischen Auswechseln der elektrischen Stromquelle eines beweglichen Gerätes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auswechseln der elektrischen Stromquelle eines mit einem Arbeitsarm ausgerü­ steten beweglichen Gerätes an einer Station, in der solche elektrischen Stromquellen bereitgestellt sind, mit Hilfe des Arbeitsarms, der in solcher Weise aktivierbar ist, daß er eine erschöpfte Stromquelle aufnimmt und durch eine der Sta­ tion entnommene, frische Stromquelle ersetzt.

Die aus der US-A 3 834 563 bekannte derartige Vorrichtung weist einen Hebelarm auf, der zum Auswechseln der Stromquel­ le eingesetzt wird. Während des Auswechselvorgangs muß der Betrieb des Gerätes, in dem die Stromquelle angeordnet ist, unterbrochen werden. Die bekannte Vorrichtung weist nur eine einzige Stromquelle auf, so daß beim Austausch dieser Strom­ quelle eine externe Versorgung des Hebelarms mit Strom gege­ ben sein muß.

Aus der DE-Z: ZwF-Zeitschrift für wirtschaftliche Fertigung und Automation, 77 (1982) 7, Seiten 313 bis 318 ist ein be­ wegliches Gerät bekannt, das ebenfalls batterieelektrisch angetrieben ist und einen Arbeitsarm aufweist. Es ist eine Vorrichtung zum automatischen Auswechseln der elektrischen Stromquelle an einer Station, aber keine Vorrichtung zum au­ tomatischen Auswechseln der elektrischen Stromquelle an der Station beschrieben.

Eines der Hauptprobleme bei der Mobilisierung von Geräten, die einen Arbeitsarm aufweisen (Handhabungsgeräte oder Roboter) in der Weise, daß sie auf relativ großen Strecken einsetzbar sind, die manchmal mehrere hundert Meter betragen können, liegt in der elektrischen Versorgung der Geräte selbst. Wenn diese beweglichen Geräte mit elektrischen Batterien zur Stromversorgung versehen sind, besteht ein Problem auch darin, wie die Batterien leicht und vorzugswei­ se auch automatisch wieder aufladbar sind, ohne daß der Betrieb der Geräte für die zum Aufladen benötigte Zeit unterbrochen werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche es gestattet, daß bewegliche Geräte mit einem Arbeitsarm elek­ trisch versorgt werden, während zugleich diese Geräte be­ fähigt werden, ziemlich große Strecken zu durchlaufen, ohne daß die Operation dieser Geräte für die Zeit unterbrochen werden muß, die zum Aufladen der elektrischen Stromquellen benötigt wird, so daß die Möglichkeit besteht, diese Geräte sehr schnell wieder dem Betrieb zuzuführen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung eine Einrichtung zum Positionieren des be­ weglichen Gerätes in vorbestimmter Stellung in der Station aufweist, daß die Vorrichtung mit einer Hilfsstromquelle zur Versorgung des Gerätes während seines Aufenthaltes in der Station gekoppelt wird, während der Arbeitsarm zum Auswech­ seln der elektrischen Stromquelle aktiviert wird, und daß die Positionier-Einrichtung Mittel zur automatischen elek­ trischen Verbindung des Gerätes mit der Hilfsstromquelle der Station und Mittel zum automatischen Umschalten der elektri­ schen Stromversorgung von der Stromquelle zu der Hilfsstrom­ quelle steuert.

Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Beispieles unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert, in der

Fig. 1 und 2 jeweils eine Draufsicht auf ein bewegliches Gerät mit Arbeitsarm zeigen, das sich in einer Station zum automatischen Auswechseln einer elektrischen Stromquelle nach der Erfindung befindet, wobei das Gerät in bezug auf die Stati­ on unterschiedliche Stellungen einnimmt, und

Fig. 3 das Blockschaltbild einer auf dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten beweglichen Gerät vorhandenen Einrichtung wiedergibt.

Das in Fig. 1 dargestellte bewegliche Gerät 1 weist Räder 2 auf und kann für dauernd oder vorübergehend mit einem Trans­ portwagen 3 verbunden sein, der teilweise durch eine gestri­ chelte Linie angedeutet ist. Dieses Gerät ist mit einem an sich bekannten Arbeitsarm (Roboter) 4 versehen, der bei dem dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel einen Tisch 5 aufweist, der um eine vertikale Achse drehbar gelagert und mit einem ersten Arm 6 versehen ist, der um eine horizontale Achse 7 schwenkbar ist. Am Ende des ersten Armes 6 ist ein zweiter Arm 8 gelenkig befestigt, der an seinem freien Ende mit einem Greifer 9 versehen ist. Das bewegliche Gerät 1 ist mit einer elektrischen Stromquelle versehen, die von einer Batterie 11 gebildet wird und dazu dient, sowohl die Motoren zum Antrieb der verschiedenen Teile des Arbeitsarmes 4 als auch die Motoren des Gerätes 1 zu speisen, das längs vorge­ gebener Wege mit Hilfe magnetischer Schienen 12 geführt und von einem Prozessor gesteuert wird, der entweder stationär oder auf dem Gerät 1 angeordnet sein kann.

Ein Abschnitt 13 der Schienen 12, der eine automatische Führungseinrichtung für das Gerät 1 bildet, läuft auf eine Station 14 zu, in der sich eine Anzahl geladener Batte­ rien 15 und eine Anzahl erschöpfter Batterien 16 befindet, die von einem beweglichen Gerät 1 in noch zu beschreibender Weise abgeladen worden sind. Mehr im einzelnen weist die Station 14 ein vorzugsweise automatisches System zum Aufla­ den der erschöpften Batterien 16 und an ihrer Vorderseite 17 eine Positionier-Einrichtung auf, die ein erstes Paar Stel­ lungssensoren 18, vorzugsweise Photozellen, zum Positionie­ ren des beweglichen Gerätes 1 in der später zu beschreiben­ den Weise und ein zweites Paar Sensoren 19, die ebenfalls vorzugsweise von Photozellen gebildet werden und an ent­ sprechenden Enden mechanischer Führungsmittel angeordnet sind, zu denen zwei Arme 20 zum Positionieren des beweg­ lichen Gerätes 1 gehören.

Die Vorderseite 21 des Gerätes 1 ist ebenfalls mit ?Mitteln zum Positionieren des Gerätes versehen, welche Mittel ein Paar Sensoren 22 umfassen, welche in später zu beschreiben­ der Weise mit den Sensoren 18 zusammenwirken, während die Seiten des Gerätes 1 mit Positioniermitteln versehen sind, die ein Paar Sensoren 23 umfassen, die zum Zusammenwirken mit dem Paar der an den Armen 20 angebrachten Sensoren 19 ausgebildet sind.

Von der Vorderseite 17 der Station 14 stehen Positionier- Mittel oder mechanische Führungen ab, die aus zwei Kör­ pern 24, 25 zum Führen und Positionieren des Gerätes 1 bestimmt und so ausgebildet sind, daß sie in entsprechende Aussparungen 26 des Gerätes eingreifen, von denen nur eine dargestellt ist.

Der Körper 25 ist mit mechanischen Verriegelungsgliedern 27 versehen, die so ausgebildet sind, daß sie automatisch mit entsprechenden Verriegelungsgliedern 28 innerhalb der Aus­ sparung 26 des Gerätes 1 in Eingriff kommen. Die Kopplung dieser Verriegelungsglieder 27, 28 bewirkt das Schließen eines Schalters oder elektrischer Verbindungsmittel 30 (Fig. 3), die zwischen einer in der Station 14 angeordneten Hilfsstromquelle 31 und einem Klemmenpaar 32 angeordnet sind, das seinerseits mit einem ersten Paar Kontakte 33 eines Schalters 34 verbunden ist, der ein zweites Kontakt­ paar 35 aufweist, das mit den Klemmen einer Batterie 11 verbunden ist. Die beiden festen Klemmen des Schalters 34 sind andererseits mit einer Stromquelle 36 verbunden, die außer dem beweglichen Gerät 1 und dem Arbeitsarm 4 auch noch eine Einrichtung zur Aktivierung des Arbeitsarmes 4 speist, welche Einrichtung aus einem Operationsblock 37 besteht, der von einem Sensor 38 ein Signal empfängt, das für den Zustand des Schalters 30 charakteristisch ist und die Stellung des Schalters 34 mittels eines Antriebs 39 steuert.

Das nach der Erfindung ausgebildete automatische System zum Auswechseln der Batterie 11 eines beweglichen Gerätes 1, das einen Arbeitsarm 4 aufweist, arbeitet wie folgt.

Wenn das Betriebssteuersystem des Gerätes 1 feststellt, daß der Ladezustand der Batterie 11 einen vorgegebenen Grenzwert unterschritten hat, bringt das Betriebssteuersystem das Gerät 1 längs der magnetischen Schiene 13 zur Station 14. Am Ende seines Weges wird das bewegliche Gerät 1 genau in eine vorgegebene Stellung gebracht, und zwar mittels der beiden Sensorpaare 18 und 22, durch Einfahren der Körper 24, 25 in die Aussparungen 26 (Fig. 2), durch das Positioniern der Seitenwände des Gerätes 1 zwischen die inneren Anfangsab­ schnitte der Arme 20 sowie auch mittels der beiden Sensor­ paare 19 und 23.

Nachdem das Gerät 1 in die vorgegebene Stellung bezüglich der Station 14 gebracht worden ist, werden die Verriege­ lungsglieder 27, 28 automatisch mechanisch in Eingriff gebracht, was auch zu einem automatischen Schließen des Schalters 30 führt. Wie in Fig. 3 dargestellt, wird das Schließen des Schalters 30 vom Sensor 38 erfaßt mit dem Ergebnis, daß der Block 37 über das Betätigungsglied 39 ein Umlegen des Schalters 34 in solcher Weise bewirkt, daß die Batterie 11 des Gerätes 1 von der Einheit 36 getrennt und die von einen Netz gebildete Hilfsstromquelle 31 eingeschal­ tet wird. Der Block 37 steuert dann automatisch die Opera­ tion des Arbeitsarmes 4, der mittels seines Greifers 9 die erschöpfte Batterie 11 erfaßt und sie in der Station 14 abstellt, wo sie mit anderen Batterien 16 auf das Aufladen wartet.

Der Greifer 9 nimmt dann eine neue Batterie 15 auf und bringt sie in ein Fach 40 in dem Gerät 1, welches Fach 40 mit Lagesensoren 41 versehen ist, welche auf das Ersetzen der Batterie ansprechen und den Operationsblock 37 in sol­ cher Weise steuern, daß der Arbeitsarm 4 in die in Fig. 1 dargestellte Ruheposition zurückgebracht und der Umschal­ ter 34 umgeschaltet wird, so daß die Versorgungseinheit 36 von der ausgetauschten Batterie 11 versorgt wird und das Gerät 1 von der Station 14 zu den Schienen 12 bewegt wird, auf denen es einem neuen Arbeitszyklus zugeführt wird.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen automatischen Systems zum Auswechseln der elektrischen Stromquelle eines beweglichen Gerätes mit Arbeitsarm gehen klar aus der vorstehenden Beschreibung hervor.

Insbesondere wird eine Beweglichkeit des Arbeitsarmes (Robo­ ters) über große Entfernungen und lange Zeiträume hinweg durch das Vorhandensein einer ausreichenden Stromversorgung auf dem mobilen Gerät, das den Arbeitsarm trägt, gewährlei­ stet. Weiterhin wird der Ersatz der elektrischen Stromquelle in solch einer Weise bewerkstelligt, daß die Ausfallzeit des Arbeitsarmes dank der Tatsache auf ein Minimum reduziert wird, daß die Batterie sehr schnell und automatisch von dem Arbeitsarm selbst ausgewechselt wird.

Dem Fachmann ist klar, daß Änderungen an dem beweglichen Gerät 1 und dem Arbeitsarm 4 mit ihren verschiedenen Posi­ tions- und Verriegelungssensoren möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Auswechseln der elektrischen Stromquelle eines mit einem Arbeitsarm ausgerüsteten beweglichen Ge­ rätes an einer Station (14), in der solche elektrischen Stromquellen (11, 15, 16) bereitgestellt sind, mit Hilfe des Arbeitsarms (4), der in solcher Weise aktivierbar ist, daß er eine erschöpfte Stromquelle (11) aufnimmt und durch eine der Station (14) entnommene, frische Stromquelle (15) ersetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einrichtung (18, 19, 22, 23, 20, 24, 25, 26) zum Positionieren des beweglichen Gerätes (1) in vorbestimmter Stellung in der Station (14) auf­ weist, daß die Vorrichtung mit einer Hilfsstromquelle (31) zur Versorgung des Gerätes (1) während seines Auf­ enthaltes in der Station (14) gekoppelt wird, während der Arbeitsarm (4) zum Auswechseln der elektrischen Stromquelle (11) aktiviert wird, und daß die Positio­ nier-Einrichtung (25, 26, 27, 28) Mittel (30) zur auto­ matischen elektrischen Verbindung des Gerätes (1) mit der Hilfsstromquelle (31) der Station (14) und Mittel (39, 34) zum automatischen Umschalten der elektrischen Stromversorgung von der Stromquelle (11) zu der Hilfs­ stromquelle (31) steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Station (14) eine Einrichtung zum elektrischen Auf­ laden der erschöpften Stromquellen (11, 16) enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß sie eine Einrichtung (13) zum automatischen Hinführen des beweglichen Gerätes (1) zur Station (14) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Positionier-Einrichtung mit Sensoren (18, 19, 22, 23) arbeitende Mittel zum Er­ fassen der Stellung und zum Führen des beweglichen Gerä­ tes (1) umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Positionier-Einrichtung mechanische Führungsmittel (20, 24, 25, 26) umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Positionier-Einrichtung Mittel (27, 28) zur mechanischen Verriegelung des Gerä­ tes (1) in der Station (14) umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (37) zum Akti­ vieren des Arbeitsarmes (4) von der Positionier-Einrich­ tung (25, 26, 27, 28) automatisch aktiviert wird.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das bewegliche Gerät (1) Be­ standteil eines Transportwagens (3) ist.