DE3615312C2 - Vorrichtung zum automatischen Auswechseln der elektrischen Stromquelle eines beweglichen Gerätes - Google Patents
Vorrichtung zum automatischen Auswechseln der elektrischen Stromquelle eines beweglichen GerätesInfo
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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.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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