DE4203778C2 - Selbstfahrender Roboter-Transportkarren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstfahrenden Roboter-Trans­ portkarren mit einer Anordnung für den selbstätigen Batte­ rienaustausch. Die Erfindung bezieht sich also auf einen Roboter, der an einem selbstfahrenden Transportkarren sitzt und demzufolge in der Lage ist, sich an einer Arbeitsstelle entlang von vorbestimmten Bahnen zu bewegen, um eine Anzahl von wiederholbaren Arbeitsoperationen mit der für diese Art von Maschinen typischen Präzision auszuführen. Der Roboter, der in solcher Art ausgebildet ist, daß sein Umfang verringert und die Zahl und Art der Bewegungen, die im allgemeinen für solche Arten von Maschinen möglich ist, erhöht wird, ist an einem selbstfahrenden Transportkarren angeordnet. Dieser Transportkarren ist in der Lage, die ihm Energie zuführenden Batterien automatisch zu ersetzen, wenn sie fast entladen sind. Das Ergebnis ist eine voll­ automatische Einheit, die sich entlang programmierter Bahnen bewegt, und anhält, wenn die gewünschten Arbeitsoperationen durchzuführen sind.

Viele Industrien verwenden selbsttätige Maschinen, insbe­ sondere Roboter, um wiederholbare Aufgaben, Arbeiten in gefährlicher Umgebung zu erfüllen oder Arbeitsoperationen auszuführen, die einen solchen Genauigkeitsgrad verlangen, daß dies von Hand nicht erreicht werden kann. Solche Roboter und Manipulatoren oder Handhabungsgeräte sind als solche an sich bereits bekannt, sie werden jedoch immer in fest­ stehenden oder halbwegs feststehenden Positionen verwendet; bestenfalls sind sie an Führungen gelagert, die begrenzte Bewegungen, im allgemeinen zwischen zwei gegebenen Stellun­ gen, erlauben.

Es sind selbstfahrende Transportkarren bereits bekannt geworden, die selbsttätig einer Anzahl von Spuren oder Gleisen folgen können, die entlang der Bahn festgelegt sind, und die so programmiert werden können, daß sie un­ abhängig entscheiden können, welcher Spur oder welchem Gleis sie folgen sollen, in Abhängigkeit von der durchzu­ führenden Aufgabe. So z. B. sind Transportkarren bekannt, die einer Spur folgen, die aus einem unter dem Boden ver­ legten Draht besteht, entlang dem ein Signal wandert, während andere bekannte Transportkarren optisch eine auf dem Boden aufgezeichnete Spur erfühlen oder detektieren können und sich entlang der Mitte dieser Spur bewegen können. Solche Transportkarren werden im allgemeinen im technischen Sprach­ gebrauch AGV genannt, und dieser Ausdruck wird im übrigen Teil der Beschreibung wiederholt werden.

In der DE 36 15 312 A1 ist ein selbst­ tätiges System zum Austauschen oder Ersetzen von Batterien bei einer beweglichen Einheit, die mit einem Roboter ausge­ rüstet ist, beschrieben, welches System enthält: eine Station zum Ersetzen oder Austauschen der Batterien; Mittel zum Positionieren der beweglichen Einheit mit Bezug auf diese Station; und Mittel zum Betätigen dieses Roboters, um die entladene Batterie durch eine neue zu ersetzen.

Es besteht ein starkes Bedürfnis nach dieser Art von Aus­ rüstung und Vorrichtungen in vielen Industriezweigen, so z. B. in den Verarbeitungsindustrien u. dgl., jedoch ist die Konstruktion dieser bekannten Anordnungen mit zahlreichen größeren Problemen verbunden. So z. B. ist es notwendig, daß der Roboter sich in die erforderliche Position mit der gewünschten Genauigkeit selbst einstellen kann; ein anderes Problem besteht darin, daß es schwierig ist, einen Roboter zu konstruieren, der ausreichend kompakt ist, um an einem AGV normaler Größe angeordnet werden zu können, wobei man zugleich alle notwendigen Bewegungen und auch die erforderliche Präzision beibehalten muß. Ein anderes Problem besteht auch in der Notwendigkeit, daß die Einheit eine ausreichende Lebensdauer hat, daß sie also haltbar genug ist.

Zur Lösung der obigen Probleme wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß zwei Batterie-Handhabungsvorrichtungen vorgesehen sind, zwischen denen der Roboter angeordnet sein kann und die mit Elementen zum selbsttätigen Einsetzen und Entfernen der Batteriegruppen ausgerüstet sind. Mit der Erfindung wird also ein selbsttätiger Transportkarren vorgeschlagen, der mit einem Roboter ausgerüstet ist, wobei die Einheit ein System enthält, das dazu bestimmt und so kontruiert ist, daß die Batterien selbsttätig ersetzt und ausgetauscht werden, wenn sie fast entladen sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung gemäß der Erfindung in schemati­ scher perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 das Gestell der AGV in einer Draufsicht, wieder­ um in schematischer Darstellung,

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 2 in einem Schnitt gemäß der Linie A-A der Fig. 2,

Fig. 4 und 5 die selbsttätigen Batterie-Handhabungsvorrich­ tungen zum Ersetzen und Austauschen der Batterien, jeweils in einer Draufsicht,

Fig. 6 die Anordnung nach Fig. 4 und 5 in einer Seiten­ ansicht,

Fig. 7 den dem Batteriaustausch zugeordneten Raum, wobei die AGV in Stellung ist, in einer Draufsicht, und

Fig. 8 eine Schemazeichnung, welche die Bewegungen des Roboters gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt das Fahrgestell bzw. Chassis der AGV, das in Draufsicht gesehen zwei Räume 1 und 2 aufweist, welche die Elektronik des Roboters und die Batteriegruppe beher­ bergen und die durch einen zentralen Abschnitt 3 verbunden sind, in dem der Roboter angebracht ist. Dieser zentrale Abschnitt 3 ist schmäler als die Seitenabschnitte, damit der Arm des Roboters beweglicher ist.

Das Gestell oder Chassis, das aus geschweißten Stahlteilen od. dgl. besteht, enthält ein Paar von Antriebsrädern 4, die sich in einer zentralen Lage befinden, und zwei Paare von schwenkbaren Rädern 5, die an jeder Seite der beiden ersten vorgesehen sind.

Das AGV ist mit auswechselbaren Nickel-Cadmium-Batterien ausgerüstet, die selbsttätig ausgetauscht bzw. ersetzt werden, wenn sie fast entladen sind. Die Batterien sind bekannter Art und in der Zeichnung nicht weiter dargestellt.

Die Batteriegruppe ist im Raum 2 des Transportkarrens unter­ gebracht. Diese Batteriegruppe ist mit Rädern ausgestattet, die entlang von Führungen 10 (Fig. 3) rollen können, um die Batterie in eine Stellung zu bringen, in der sie mit Hilfe eines Stiftes 11 gesichert und verriegelt werden kann, der mit Hilfe einer Feder 12 od. dgl. nach oben ge­ drückt wird, damit er in eine entsprechende Bohrung oder Aufnahme im Batteriegehäuse eindringen oder eingreifen kann. Ein hydraulischer Kolben od. dgl. 13 senkt den Stift 11 herab, um die Batterien freizugeben, wenn sie selbst­ tätig ersetzt werden.

An dem Boden der Batterien befestigte Kontaktplatten greifen mit entsprechenden Bürsten 14 am AGV ein, die ebenfalls unter der Wirkung von elastischen oder federnden Elementen stehen, welche die Kontaktplatten nach oben drücken, um sie in Berührung mit den Batterie-Elektroden zu halten.

Die selbstätige Batterie-Handhabungsvorrichtung, die zum Beladen und Austauschen bzw. Ersetzen der Batterien dient und in Fig. 4 bis 6 dargestellt ist, enthält ein Paar Füh­ rungen 15, die sich in einer Stellung befinden, die den Führungen 10 des AGV entspricht. Ein Querträger 16, an dem ein die Batterien aufnehmender Greifer 18 unter Ein­ fügung von Stoßdämpfungselementen 17 angebracht ist, bewegt sich entlang den Führungen 15.

An den Enden des Querträgers 16 sind Schnecken 19 angebracht, die mit Wellen 20 mit Rezirkulationskugeln eingreifen; diese Wellen werden um ihre eigene Achse mit Hilfe eines Motors 21 gedreht. Indem er die Wellen 20 in Umdrehung versetzt, steuert der Motor 21 die Bewegung des Querträgers 16 und somit die Greiferbewegung in einer Richtung parallel zu den Führungen 15.

Unterhalb der Führungen ist eine Öffnung 22 vorgesehen, die in Verbindung mit einer in der Zeichnung nicht weiter dargestellten Einrichtung steht, mit deren Hilfe Frischluft auf die Batteriegruppe aufgeblasen wird, um die Batterien zu kühlen.

Im Zwischenraum zwischen den Führungen 15 sind zwei Platten vorgesehen, von denen jede mit einer Kontaktgruppe 23 zum Beladen der Batterien versehen ist. Da die Batteriekontakte unsymmetrisch angeordnet sind, müssen zwei Kontakteinheiten an der Beladevorrichtung angebracht werden, um eine korrekte Verbindung zu den Batterien unabhängig von der Richtung, in die das AGV zum Zeitpunkt des Austausches gewendet ist, sicherzustellen. Es werden zwei Beladeeinheiten so vorge­ sehen werden, daß es dem AGV möglich ist, sich selbst zwi­ schen ihnen, wie in Fig. 7 gezeigt, zu positionieren. In diesem Falle kann die entladene Batterie auf der einen Seite entfernt und eine geladene Batterie von der anderen Seite eingesetzt werden.

Der Transportkarren kann auch noch mit keilförmigen, tele­ skopartigen Elementen versehen werden, die in passenden Gehäusen in den Arbeitsräumen eingreifen, um die maximale Präzision bei der Positionierung unabhängig vom Zustand der Bodenfläche zu gewährleisten.

Wenn die Batterien fast vollständig entladen sind, wobei dieser Zustand durch Vorrichtungen bekannter Art signali­ siert wird, bewegt sich der Transportkarren, der in geeig­ neter Weise programmiert ist, zum Beladeraum (Fig. 7), an dem zwei Batterie-Beladeeinheiten, die jeweils mit dem Buchstaben R bezeichnet sind, angeordnet sind, und er ordnet sich zwischen diesen ein. An dieser Stelle beginnt der Motor zu arbeiten und dreht die Wellen 20; dies bringt es mit sich, daß die Platte 16 entlang ihren Führungen vorläuft, wobei der abgefederte Greifer 18 in die Position gebracht wird, in der er die Batterie am Transportkarren faßt und aufgreift. Der Motor wird dann in die entgegenge­ setzte Richtung betätigt, um die entladene Batterie vom Transportkarren zu entfernen; diese Batterie wird entlang den Führungen 15 bis in die Ladestellung bewegt, wobei die Elektroden einer der Platten mit elektrischen Kontakten 23 gegenüberliegen. Frischluft wird durch die Leitung 22 eingeblasen oder aufgeblasen, um die Batterie während ihrer Ladung zu kühlen.

Ähnliche Vorrichtungen führen gleichzeitig an der entgegen­ gesetzten Seite die umgekehrte Operation aus, wobei eine geladene Batterie in den Transportkarren eingeführt wird.

Praktisch wird dadurch eine kontinuierliche, ununterbrochene Verwendung des Roboters und des Transportkarrens mit einer einzigen Reservebatterie gewährleistet.

Ein Fachmann könnte verschiedene Abänderungen und Variationen entwerfen, die innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen.

Claims (7)

1. Selbstfahrender Roboter-Transportkarren mit einer Anord­ nung für den selbsttätigen Batterienaustausch, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Batterie-Handhabungsvorrichtungen vorgesehen sind, zwischen denen der Roboter angeordnet ist und die mit Elementen zum selbsttätigen Einsetzen und Entfernen der Batteriegruppen ausgerüstet sind.

2. Selbstfahrender Roboter-Transportkarren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie-Handhabungs­ vorrichtungen mit Einrichtungen (16, 17, 18) versehen sind, die dazu dienen, an einer Seite entladene Batterien zu entfernen und an der gegenüberliegenden Seite geladene Batterien einzusetzen.

3. Selbstfahrender Roboter-Transportkarren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie-Hand­ habungsvorrichtungen jeweils einen Querträger (16) enthalten, der auf Schienen (15) gleitbar angeordnet ist und der mit einem zum Erfassen der jeweiligen Batterieeinheiten dienenden Greifer (18) versehen ist, daß zum Erzeugen der Bewegung des Querträgers (16) Stellglieder (19, 20) mit Kugelrezirku­ lation vorgesehen sind und daß am Karren ein Paar Führungen (10) vorgesehen sind, die dazu bestimmt sind, die Batterie­ gruppe aufzunehmen.

4. Selbstfahrender Roboter-Transportkarren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifer (18) mit Stoß­ dämpfungselementen (17) versehen sind.

5. Selbstfahrender Roboter-Transportkarren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Luftzuführungsorgane (22) zum Aufblasen von Frischluft auf die Batteriegruppen während der Beladeoperation vorgesehen sind.

6. Selbstfahrender Roboter-Transportkarren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie­ gruppe auf einem Paar Führungen (10, 15) gleitbar angeord­ net ist und daß elektrische Kontaktelemente (14, 23) an beweglichen Trägern angeordnet sind, die unter der Wirkung von elastischen oder federnden Organen stehen, die dazu dienen, die Kontaktelemente an die Elektroden der Batteri­ gruppen angedrückt zu halten.

7. Selbstfahrender Roboter-Transportkarren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verriegelungsstift (11) vorgesehen ist, dem erste federnde Mittel (12) zugeordnet sind, die den Verriegelungsstift (11) in eine Aufnahme der Batteriegruppe einführen, und dem weiterhin zweite federnde Mittel (13) zum Entfernen des Verriegelungsstifes aus seiner Aufnahme zugeordnet sind.