DE69102822T2

DE69102822T2 - Aufbau für programmgesteuertes Behandeln und Transportieren von Gefässen und Behältern oder ähnlichen.

Info

Publication number: DE69102822T2
Application number: DE69102822T
Authority: DE
Inventors: Juan Carlos Cristos; Fernando Diaz-Zorita; Mario Andrada Galan
Original assignee: Investronica SA
Current assignee: Inetum Espana SA
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2011-05-15
Also published as: JPH0428700A; CA2036104A1; JPH0747403B2; ES2029780T1; DK0458722T3; FI912172A0; DE69102822D1; FI97879C; ES2029780T3; EP0458722B1; FI97879B; IE66896B1; FI912172A; US5211523A; ATE108410T1; EP0458722A1; IE911727A1; CA2036104C

Description

Die Erfindung betrifft eine rechnergestützte Anordnung für die Handhabung und den Transport von Kästen, Behältern und ähnl.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anordnung für das programmgesteuerte Handhaben von Behältern oder ähnl. auf der Bodenfläche einer Betriebsstelle mit einem Hostrechner, einem Satz fahrerloser automatisierter Fahrzeuge, mehreren Behälteraufnahmestationen, ferner mit einem Kommunikationssystem zwecks Austauschs von Informationen zwischen dem Hostrechner, den Fahrzeugen und den Behälteraufnahmestationen, wobei die Behälter zum Instellungbringen an der jeweiligen Behälteraufnahmestation eine im wesentlichen ebene horizontale Bodenfläche aufweisen sowie mit bordeigenen am Fahrzeug befindlichen, der Aufnahme der Behälter dienenden Auflagen, deren Auflageflächen im wesentlichen eben und horizontal verlaufen, und wobei jedes Fahrzeug eine rechte und eine linke Seitenfläche aufweist; ferner ein Manipulator auf jedem Fahrzeug zum Erfassen eines auf den bordeigenen Auflagen befindlichen Behälters und zum Transport des erfaßten Behälters an eine dem Fahrzeug benachbarte Behälteraufnahmestation und zur Freigabe des erfaßten Behälters auf der externen Behälterauflagefläche in der benachbaren Behälteraufnahmestation und umgekehrt, wobei sich die Behälteraufnahmestation jeweils auf einer Seite des Fahrzeuges befindet und deren dem Fahrzeug zugewandte Behälterauflagefläche in einer gegenüber der ebenen und horizontalen Auflagefläche an den fahrzeugfesten Auflagen in unterschiedlicher Höhe von der Bodenfläche der Betriebsstelle angeordnet ist.
Der Einsatz einer solchen Anordnung in einer Fabrik ermöglicht den automatischen Transport der Gegenstände eines Fertigungsprozesses zu den verschiedenen Bearbeitungsstationen. Ein externer Rechner steht mit einer Einrichtung oder mit mehreren Einrichtungen der Anordnung über Funkwellen oder IR-Strahlen sowie über geeignete Mittel mit den einzelnen Arbeitsplätzen in Verbindung, so daß eine Steuerung und Handhabung jedes Fertigungsanteils eines Fertigungsprozesses in Echtzeit möglich ist (Maschinen an Arbeitsplätzen, Bediener, Fertigungsgegenstand und seine Teile) und ebenso die Verweilzeit der am Fertigungsprozeß beteiligten Hilfsmittel. Auf diese Weise kann der Einsatz dieser Mittel im Verhältnis zu den Fertigungsanforderungen optimiert werden. Auch Komponenten können mit derselben Einrichtung gehandhabt werden, mit Hilfe derer sie aus dem Lager direkt in die Fertigungslinie gebracht werden, was gleichzeitig eine automatisierte Lagerhaltung ermöglicht. In gleicher Weise kann die Anordnung auch in Lagern für Endprodukte eingesetzt werden, immer vorausgesetzt, der Gegenstand ist mit der Einrichtung oder mit den von dieser handhabbaren Behälter kompatibel.
Ein derartiger Einsatz erfolgt heute auf der Basis eines kontinuierlich arbeitenden Transportsystems mit den erforderlichen Steuerungen. Im Hinblick auf die Anforderungen eines modernen Industriebbetriebs sind diese Transporteinrichtungen ausgereift, hängen allerdings in Bezug auf den Einbau sehr stark von den Charakteristika des Betriebes ab und sind in ihrer Konfiguration nur bedingt an veränderte Bedingungen anpaßbar und sie bedingen auch eindeutige Einschränkungen hinsichtlich der Bewegungsfreiheit von Menschen und/oder Maschinen in ihrem Montagebereich. Aus diesem Grund und anderen Gründen ist man bereits zu diskontinuierlichen Transportvorrichtungen übergegangen, wie fahrerlose automatisierte Fahrzeuge als Transportmittel. Durch die EP O 169 156 ist eine Einrichtung bekannt geworden, mit der Container sowie Erzeugnisse in den Containern innerhalb eines Lagers derart gehandhabt werden können, daß ein automatisches Beladen und Entladen der Erzeugnisse entweder am jeweiligen Lagerort oder im Eingangs- oder Ausgangsbereich des Lagers möglich ist. Erreicht wird dieser Einsatz durch Anbringen von bestimmten Markierungen neben jeder Lagerposition, die dem Fahrzeug die derzeitige Position des Lagerorts anzeigen und das Fahrzeug kann dann die endgültige Positionierung in Bezug auf den Lagerpunkt vornehmen. Kennzeichnend für diese Einrichtung sowie für andere fahrerlose Fahrzeuge mit fahrzeugeigenem Manipulator ist, daß für diese spezifische Behälter benötigt werden und diese auf vorbestimmte Gegebenheiten in der Betriebsstelle oder am Arbeitsplatz angewiesen sind, wo die Behälter oder ähnl. gehandhabt werden, beispielsweise der Einsatz von Führungen zwischen den Containern und deren Aufnahmeflächen.
Ferner ist durch das EP 0 333 891 eine Einrichtung zur automatischen Handhabung von Kleidungsstücken auf Bügeln bekannt geworden. Wenngleich der Arbeitsbereich des dabei verwendeten Fahrzeugs ähnlich dem der Anordnung ist, so sind doch die Manipulatoren speziell auf die Handhabung sehr unterschiedlicher Gegenstände ausgelegt, nämlich anstatt auf die Handhabung von Behältern oder Kästen auf die Handhabung von auf Bügeln hängenden Kleidungsstücken.
Hier Abhilfe zu schaffen, ist Aufgabe der Erfindung, durch die eine Anordnung der gattungsgemäßen Art geschaffen werden soll, bei der äußere Markierungen neben jedem Arbeitspunkt entbehrlich sind und mit der andererseits handelsübliche Behälter, sofern bestimmte Merkmale hinsichtlich der Gesamtabmessung gegeben sind, von und nach externen Aufnahmeflächen mit einer mehr oder weniger horizontalen ebenen Fläche handhabbar sind, wobei für die Abstände zum Fahrzeug und die Bodenhöhe der Aufnahmeflächen bestimmte Toleranzgrenzen vorgegeben sind.
Ausgehend von einer Anordnung zur automatischen Handhabung von Kästen, Containern oder ähnlich geformten Objekten in einem Betrieb und/oder einem Lager, die eine rechnergestützte Steuerung und Handhabung des Betriebes oder des Lagers oder beides erlaubt, ist die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß
- jedes Fahrzeug einen bordeigenen Rechner zur Kommunikation mit dem Hostrechner aufweist,
- daß mindestens eine Behälteraufnahmestation einen Arbeitsplatz bildet, der einen Annahmebereich für vom Manipulator des Fahrzeuges herangeführte Behälter aufweist, daß
- erste Mittel am Arbeitsplatz zur Kommunikation mit dem Hostrechner und zum Erkennen der Anwesenheit eines Behälters im Annahmebereich vorgesehen sind, durch
- einen dem Arbeitplatz zugeordneten dem Aufnahmebereich benachbarten Arbeitsbereich, durch
- zweite Mittel zur Kommunikation mit dem Hostrechner und zum Erkennen der Anwesenheit eines Behälters im Arbeitsbereich des Arbeitsplatzes, durch
- einen Abgabebereich am Arbeitsplatz neben dem Arbeitsbereich, durch
- dritte Mittel zur Kommunikation mit dem Hostrechner und zum Erkennen eines Behälters im Abgabebereich, die zudem Mittel zum Auslesen eines an jedem Behälter angebrachten Identifizierungskodes aufweisen.
Die Anordnung nach der Erfindung umfaßt also Fahrzeuge mit je einem Manipulator, mit dessen Hilfe der eine Behälter oder ähnl. von einem externen Support abzunehmen und auf einer in das Fahrzeug integrierten Behälterablage abzusetzen ist, von der ein Behälter wiederum entnommen und dem externen Support zuführbar ist, und zwar aus unterschiedlicher Höhe bezogen auf den Boden der Betriebsstelle bei beiden Behälteraufnahmen und unabhängig davon, ob der externe Support rechts oder links von der Einrichtung vorhanden ist.
Das fahrerlose automatisierte Fahrzeug - ein Robotfahrzeug - bildet den Träger für den Manipulator und sichert dessen Ortsveränderungen über den Boden der Betriebs- oder Arbeitsstelle. Die Steuerung der Bewegungen nach der Erfindung erfolgt über elektronische Einrichtungen, die einen bordeigenen Rechner einschließen. Über ein Kommunikationssystem ist der Informationsaustausch mit dem Hostrechner zwecks Steuerung der Funktionen der erfindungsgemäßen Anordnung oder mehrerer solcher Anordnungen sichergestellt. Der Hostrechner steht außerdem mit externen Stationen wie Arbeitsplätzen in einem Betrieb oder mit Einlauf und Ausgangsbereichen in einem Lager in Verbindung, um den für die Steuerung der Anordnung, der Bediener, der Maschinen und des Fertigungsablaufes erforderlichen Informationsaustausch zu ermöglichen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Anordnung gekennzeichnet durch
- einen ersten Satz Ablageflächen an der Vorderseite des Fahrzeuges und einem zweiten Satz Ablageflächen an der Rückseite des Fahrzeuges, wobei die Sätze beider Ablageflächen im Abstand zueinander und zwischen sich einen Freiraum bildend angeordnet sind,
- einen auf dem Fahrzeug im Freiraum zwischen den ersten und zweiten Ablageflächen angeordneten Manipulator bestehend aus zwei senkrechten zueinander im Abstand angeordneten Säulen mit jeweils einem oberen und einem unteren Ende, wobei das untere Ende jeder Säule mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist und die oberen Enden der Säulen durch einen Querträger verbunden sind,
- einem dreidimensionalen und mit den Säulen zwecks Bewegens in der Senkrechten verbundenen Rahmen und Mittel zur senkrechten Bewegung des dreidimensionalen Rahmens an den Säulen; einem am dreidimensionalen Rahmen gelagerten um eine senkrechte Achse bewegbaren Schwenkarm mit horizontaler Längserstreckung und Mittel zum Drehen des Schwenkarms um die senkrechte Achse,
- eine horizontal verlaufende und auf dem Schwenkarm längsverschieblich angeordnete Schiene vorbestimmter Länge; eine Klemmvorrichtung, die auf der horizontalen Schiene längsverschieblich angeordnet ist;
- Mittel zur Längsverschiebung der Schiene und der Klemmvorrichtung, wobei
- der Klemmvorrichtung Mittel zum Anheben eines Objektes von einer Auflagefläche ohne senkrechte Bewegung des dreidimensionalen Rahmens zugeordnet sind.
Der Manipulator besteht also aus zwei symmetrisch angeordneten senkrechten und beidseitig vom Fahrzeug starr miteinander verbundenen Säulen sowie aus einem starren dreidimensionalen und auf den Säulen auf und ab beweglichen Rahmen. Ein horizontal liegender ausfahrbarer Arm ist senkrecht an einem Punkt des starren Rahmens außerhalb der durch die beiden Säulen gebildeten senkrechten Ebene derart angeordnet, daß der Arm um einen senkrechte Achse in der senkrechten Symmetrieebene der Einrichtung verdrehbar ist und zu beiden Seiten der Einrichtung von den Säulen unbehindert überstehen kann.
Die vorgesehene Klemmvorrichtung, die in der eingefahrenen Stellung des Armes auf diesem von einem zum anderen Ende während des Ausschwenkens verschieblich ist, entnimmt die Behälter oder ähnl. aus dem externen Support oder den bordeigenen nach Art eines Regals angeordneten Ablageflächen und führt sie der jeweils anderen Aufnahmefläche zu.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.
Es zeigen:
Fig.1 das Schema einer rechnergesteuerten Fertigungsanlage mit Lager und der erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines üblichen Arbeitsplatzes mit seiner wesentlichen Ausstattung,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines handelsüblichen Behälters mit darauf angebrachtem Kode,
Fig. 4 perspektivisch ein Fahrzeug für die Anordnung nach der Erfindung mit den wesentlichen Komponenten und Zusatzeinrichtungen und
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Klemmvorrichtung.
Aus Fig. 1 sind die Hauptkomponenten einer Anordnung oder eines Systems für die Steuerung von Lagerhaltung und Fertigung zu ersehen, die für eine automatische Handhabung und den Transport fahrerlose automatisierte Fahrzeuge - Robotfahrzeuge - einschließt.
Eine Betriebsstelle oder Lagerbereich 1 weist eine Einlaufstation 2 für zu lagernde Teile und eine Ausgabestation 3 auf, in die die Teile, wie Fertigerzeugnisse bei Bedarf verbracht werden. Die Teile werden von der Einlaufstation zu einer Ablagegestelle 4 in Behältern 5 durch ein Fahrzeug 6 verfahren. Werden die Teile in einem Fertigungsbereich 7 benötigt, entnimmt das Fahrzeug die entsprechenden Behälter von den Lagerflächen der Ablagegestelle und führt sie einem Arbeitsplatz oder Fertigungsstation 8 Programmgesteuert zu, wobei im abzuarbeitenden Programm die Fertigungsabläufe, die Auslastung der Arbeitsplätze oder Fertigungsanforderungen und ähnliches berücksichtigt sind.
Die Arbeitsplätze 8 enthalten neben den erforderlichen Hilfsmitteln für den Fertigungsvorgang einen Tisch (Arbeitsplatz) 9, auf dem die Behälter abgestellt, am Arbeitsplatz gehandhabt und vom Fahrzeug aufgenommen werden können.
Fig. 2 zeigt den Tisch 9 mit einer Behälterablagefläche 10, einem Detektor oder Behälteranzeiger, über den die Anwesenheit eines Behälters oder eines anderen Objektes an einem beliebigen Punkt auf der Arbeitsfläche, beispielsweise über eine Federplatte 11 und einen Mikroschalter 12, detektiert wird. Der Behälter verbleibt am Arbeitsplatz 13, bis alle vorbestimmten Arbeitsgänge an den Teilen ausgeführt sind, wonach diese in bearbeiteter Form oder zusammengesetzt in die Behälter zurückgelegt werden. Die Arbeitsfläche enthält einen weiteren Behälterdetektor, z.B. einen Mikroschalter 14, der die Verweilzeit des Behälters und damit die Arbeitszeit ermittelt. Ist der Arbeitsgang beendet, wird der Behälter zu einer Abgabefläche 15 geführt, wo ein Anschlag 16 eine korrekte Positionierung des Behälters festlegt. Der Anschlag 16 enthält eine Lesevorrichtung 17, die einen am Behälter befindlichen Code beim Halt vor der Lesevorrichtung ausliest. Alle Informationen, die über die Behälter-Detektoren und die Lesevorrichtung genommen werden, werden an ein Mikroterminal 19 weitergeleitet, das diese Eingaben mit einem Hostrechner 20 über ein Kommunikationssystem austauscht. Das Mikroterminal enthält außerdem Mittel, die eine Bedienerführung ermöglichen. Auf diese Weise sind im Hostrechner alle Informationen über jeden Behälter an jedem Arbeitsplatz für die entsprechende Bedienerführung enthalten.
Ein Arbeitsplatz ist nicht auf die Aufteilung in eine Eingabe-, Arbeits- oder Abgabefläche beschränkt, sondern kann auch nur als Eingabefläche anstelle der Abgabestation 3 oder nur als Abgabefläche anstelle der Eingabestation 2 usw. ausgelegt sein.
Der Identifizierungskode und die Lesevorrichtung sind auf den hier vorliegenden speziellen Fall ausgelegt und verwenden Infrarotsensoren zum Erkennen von dunklen oder hellen Flächen aus einer bestimmten Entfernung. Die Lesevorrichtung besteht aus einem Satz in einem A angeordneter Sensoren. Der Kode besteht aus einem Satz heller und dunkler aufeinanderfolgender Felder entsprechend einem Binärkode, wobei die Feldbreite gleich dem Abstand d zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sensoren der Lesevorrichtung ist. Der Kode 18 ist am Behälter derart positioniert fixiert, vgl. Fig. 3, daß bei exakter Positionierung im Entnahmebereich des Arbeitsplatzes jedes Kodefeld unmittelbar dem entsprechenden Sensor zugeordnet und von diesen ausgelesen wird. Auf diese Weise beträgt die Summe der zulässigen Positionierungsfehler des Kodes bezogen auf den Behälter bzw. die Leseeinrichtung ± d/2 in der Horizontalen des Kodes und ± h/2 in der Vertikalen des Kodes, wobei h die Höhe des Kodefeldes ist.
Der Kode für diesen Anwendungsfall besteht vorzugsweise aus acht dunklen oder hellen Feldern, wobei die entsprechende Dezimale (ggf.auch Oktalzahl) an der Seite erscheint, um den Kode visuell zu kennzeichnen. Ein helles Feld bedeutet 1 (eins) und folglich ein dunkles Feld 0 (null), wobei auch eine umgekehrte Wertigkeit wählbar ist. Die beiden an die Dezimale anschließenden Felder sind redundante Kodes, die Lesefehler vermeiden sollen, während die nachfolgenden sechs Felder den eigentlichen Kode bilden. Der redundante Kode ist so ausgelegt, daß Fehler beim Auslesen aufgrund eines Fehlers im Feld oder an zwei aufeinander folgenden Feldern oder aufgrund einer externen Infrarotquelle, die die Leseeinrichtung beeinflußt, vermieden werden. Demzufolge muß die Summe der den aufeinanderfolgenden Feldern entsprechenden Binärzahlen immer ungerade sein. Im Beispiel nach Fig. 3 ist das erste Kodefeld von rechts 1 (eins), desgleichen das dritte und fünfte Feld und folglich muß das siebte Feld 0 (null) sein, damit sich die ungerade Summe 3 (drei) ergibt, während das zweite, vierte und sechste Feld 0 (null) sind, so daß das achte ebenfalls 1 (eins) sein muß, damit die Summe ungerade ist. Die maximale Stellenzahl im Kode ist 64 bei Dezimalzahlen und 77 auf der Basis 8, wie sich leicht errechnen läßt, und daher können durch Kombination beider Kodes 64 x 64 = 4096 unterschiedliche Doppelkodes erreicht werden und durch Kombination von drei Kodes erhält man 4096 X 64 = 262144 unterschiedliche Dreifachkodes usw. Durch die Kombination von nur 64 einzelnen Kodes stehen folglich eine beliebige Anzahl von Kodes zur Verfügung.
In Fig. 4 sind die Hauptkomponenten des insgesamt mit 6 bezeichneten Apparates gezeigt, dessen Basis das fahrerlose automatisierte Fahrzeug 21 bildet, das zwei Behälteraufnahmegestelle 22 und einen Manipulator 23 trägt.
Das fahrerlose Fahrzeug steht auf drei Rädern 24 und 25, nämlich ein Rad 24 vorn und zwei Räder 25 hinten. Das Vorderrad 24 ist über zwei Untersetzer und Enkoder aufweisende Gleichstrommotore 26 und 27 angetrieben, die über eine bekannte Steuerungselektronik und einen bordeigenen Rechner positionsgesteuert sind. Der Antriebsmotor übernimmt auch die Bremsfunktion bei eingeschaltetem Sicherheitssystem. Die rückwärtigen Räder 25 können durch eine Bremsvorrichtung 28 bei Ansteuerung durch das Sicherheitssystem abgebremst werden. Das Vorderrad 24 ist auf einem entsprechende Magneteigenschaften aufweisenden Metallstreifen 29 geführt, der mittels Klebeband am Boden befestigt ist. Ein vor dem Vorderrad 24 angeordneter Sensor 30 überwacht die Radstellung in Bezug auf den Metallstreifen 29 und übermittelt die entsprechenden Ansteuersignale an den Antriebsmotor, um das Fahrzeug auf dem als Leitschiene wirkenden Metallstreifen zu führen. Ein Sensor 31 detektiert Kennungen 32 auf dem Boden, hauptsächlich Streifen 29 vorbestimmter Länge, die eine Kurve oder eine Abzweigung im Abstand von der Kennzeichnung angeben.
Ein weiterer Sensor 33, ähnlich dem Sensor 31, detektiert andere Kennzeichnungen 34, ähnlich den Kennzeichnungen 32, die derart angeordnet sind, daß der Stromkreis in Sektoren vorbestimmter Länge aufgeteilt wird.
Ein Reibrad 35 liegt auf einem der beiden Hinterräder 25 auf und ist mit einem Enkoder 36 für eine bestimmte Pulszahl pro Umdrehung verbunden, so daß die durch die zugehörige Steuerungselektronik gemessene Impulszahl in den vom Rad 25 und folglich bei gerader Strecke auch vom Fahrzeug zurückgelegten Weg umgesetzt wird. Vom Antriebsrad werden ebenfalls Entfernungen gemessen, das zu diesem Zweck mit den erforderlichen Steuervorrichtung versehen ist, doch kann dieses Rad bei Beschleunigungen gleiten, da die Antriebslast durch Reibung übertragen wird. Die horizontale Last auf den Hinterrädern ist allerdings viel geringer, da sie nur vertikale Lasten aufnehmen müssen; die Tendenz zum Gleiten ist hier daher geringer. Die Fehler bei der Entfernungsmessung durch das Antriebsrad 24 als Folge des Gleitens können durch die vorstehende Anordnung vermieden werden.
Der Sensor 33 und die Markierungen 34 dienen der Einstellung sowohl des Antriebsmotors als auch der Genauigkeit des Rades 35 mit seinem Enkoder 36, so daß die Position des Fahrzeuges im Leitschienenkreis vermessen wird und eine ergänzende Kontrolle des Fahrverkehrs stattfindet, damit beispielsweise kein Fahrzeug in einem Bereich gefahren wird, in dem sich bereits ein anderes Fahrzeug befindet, um Fahrzeugkollisionen wegen fehlerhafte Disposition zu vermeiden.
Die Kommunikationseinrichtungen des Fahrzeuges bestehen aus einem drahtlosen Transceiver 47. Der bordeigene Rechner und die Elektronik für die Steuerung des Fahrzeuges sind in einem zentralen Modul 37 untergebracht. Die Stromversorgung des Fahrzeuges erfolgt über Batterien 38 mit automatischer Aufladung.
Über ein Mikroterminal 39 kann der Bediener das Fahrzeug ansteuern und mit dem bordeigenen Rechner kommunizieren sowie Daten austauschen. Das Mikroterminal enthält zudem Mittel zum manuellen Betrieb des Fahrzeuges.
Das Sicherheitssystem hat die Aufgabe, externe und interne negative Einflüsse zu ermitteln, die die ordnungsgemäße Funktion des Fahrzeugs mittelbar oder unmittelbar beeinträchtigen, die Motore im Fehlerfall kurzzuschließen, damit diese ihre Bremsfunktion erfüllen, die Bremse an den Hinterrädern zu aktivieren und die Fehlermeldung an den Hostrechner über das Kommunikationssystem zu übermitteln. Ein Teil des Sicherheitssystems besteht aus einem flexiblen Streifen 40, oder aus Schaumstoff, der außen um das Fahrzeug herumgeführt ist und dessen Beanspruchung über einen Grenzwert von einer geeigneten Sensorik ermittelt und an das Sicherheitssystem weitergeleitet wird. Ähnliche Sensoren erfüllen die gleiche Aufgabe gegen Ende des Aktionsbereiches des Antriebssystems und eines noch zu beschreibenden beweglichen Rahmens 41 und Schwenkarmes 42. Die Motore weisen Enkoder zur Positionssteuerung auf. Hierdurch kann das Sicherheitssystem angesteuert werden, wenn ein Phasennachlauf zwischen der Ist-Postion und der Soll-Position auftritt. Das Sicherheitssystem enthält ferner einen Näherungssensor 43, der Hindernisse in einigem Abstand vor dem Fahrzeug erfaßt, beispielsweise über IR-Strahlen oder Ultraschall. Die Signale dieses Sensors werden so verarbeitet, daß das Fahrzeug vor einer Kollision stoppt und nach Beseitigung des Hindernisses wieder anfährt.
Die Behälteraufnahme 22 besteht aus zwei gleichartigen Racks, einem auf der Vorderseite und einem an der Rückseite des Fahrzeuges, die die Ablagen 44 für die Aufnahme der Behälter aufweisen. Der Freiraum zwischen den beiden Racks ermöglicht die Aufnahme bzw. die Entnahme des Behälters von der jeweiligen Ablage durch den Manipulator 23, der ebenfalls in dem Freiraum untergebracht ist.
Der Manipulator weist zwei gleichartige Säulen 45 auf, die an ihrem unteren Ende mit dem Chassis des Fahrzeugs und an ihrem oberen Ende über einen Querträger 46 starr verbunden sind. Das Säulenprofil ist so gewählt, daß die aufzunehmende Last getragen werden kann und sie dienen der Führung eines Gestells 41. Das Gestell 41 ist über einen in der Senkrechten wirkenden Bewegungsmechanismus, bestehend beispielsweise aus einem Motor 48, einer Welle 49, Scheiben 50 und einem Zahnriemen 51 auf und ab bewegbar. Ein dreh- und ausfahrbarer Arm 42 ist am Gestell 41 in der senkrechten Symmetrieebene des Fahrzeuges und zwecks ungehinderter Verdrehung mit oder ohne Behälter in einigem Abstand von den Säulen angelenkt. Eine Bewegungseinrichtung, bestehend aus einem Motor 54, Scheiben und einem darauf geführten Zahnriemen, kann den Arm 42 um eine senkrechte Achse 53 in horizontaler Ebene verschwenken. Die Motore 48 und 54 sind über entsprechende Enkoder und eine zugehörige Steuerungselektronik positionsgesteuert. Sensoren, wie Mikroschalter zeigen den Ausgangspunkt der senkrechten Bewegungen und der Drehbewegungen an.
Der Arm 42 ist entsprechend der zu tragenden Arbeitslast und zwecks Führung einer beweglichen Schiene 55 bemessen, während er auf ihr gleitet. Die bewegliche Schiene ist ferner so ausgebildet, daß eine Klemmvorrichtung 56 auf ihr verschieblich ist, wenn sie von einer Bewegungseinrichtung angesteuert wird, nämlich ebenfalls einem Motor 57 und, an der beweglichen Schiene befestigte Scheiben 56, auf denen Zahnriemen 59 aufliegt, der an einem Ende mit dem Arm 42 und mit seinem anderen Ende mit der Klemmvorrichtung verbunden ist. Auf diese Weise kann bei Betrieb des Motors 57 die Klemmvorrichtung in Bezug auf die bewegliche Schiene bewegt werden, und zwar gleichzeitig mit deren Bewegung in Bezug auf die lediglich verdrehbare Führungsschiene 55. Die Bewegung der Klemmvorrichtung ist über Mikroschalter steuerbar, die die eingefahrene Stellung und die Abgabe/Entnahmestellung für die Behälter auf bzw. vom Fahrzeug oder einem externen Träger erfassen.
Fig. 5 zeigt die Klemmvorrichtung 56, die aus einem starren Rahmen 60 besteht, der sich auf den Führungen der Schiene 55 über Stücke mit geringer Reibung abstützt. Die Schiene 55 trägt den über die Gelenke 62 und die Stange 63 schwenkbar gelagerten Schwenkrahmen 61. Die Stange 63 ist mit einem Ende am starren Rahmen und mit dem anderen Ende mit dem Schwenkrahmen verbunden. Die Stange 63 weist einen der Abstandseinstellung zwischen den beiden Gelenken dienenden Mechanismus auf, der beispielweise einen Motor 64 und eine Endlosschraube 65, die in eine Mutter 66 eingreift, die am Schwenkrahmen angeordnet ist, umfaßt, so daß beim Einschalten des Motors die Endlosschraube in der Mutter verdreht wird und der Schwenkrahmen um die Gelenke 62 schwenkt. Mit dem Schwenkrahmen sind ferner zwei Glieder 67 über Gelenke 68 verbunden und mit dem starren Rahmen über die Stange 69 mit ihren abgerundeten Montageenden. Beim Verschwenken des Schwenkrahmens werden die Glieder 67 mitgenommen, doch verdrehen sie sich gleichzeitig vermittels der Stange 69 um die Gelenke 68. Die Glieder 67 können sich also gleichzeitig öffnen und absenken oder schließen und heben, um so die Abgabe- und Entnahmefunktion für die an ihre Konfiguration angepaßten Behälter zu erfüllen. Das Verhältnis zwischen dieser kombinierten Bewegung kann durch Verstellen der Position und/oder der Länge der Stange 69 geändert werden. Die geöffnete und geschlossene Stellung können jeweils von geeigneten Mikroschaltern erfaßt werden, die im Bereich der Enden der Endlosschraube vorgesehen sind. Die Klemmvorrichtung weist einen Sensor 70 auf, der die Abgabe oder die Entnahme eines Behälters gemäß Anforderung ermittelt.
Eine derartige Klemmvorrichtung zur Abgabe und zum Entnehmen funktioniert bestimmungsgemäß, ohne andere Teile in der Senkrechten bewegen zu müssen, so daß der Motor 48 nur arbeitet, wenn die Klemmvorrichtung sich, mit oder ohne Behälter, in ihrer eingefahrenen Stellung befindet, die vertikale Last also mehr oder weniger mittig zwischen den senkrechten Säulen liegt. Dies wirkt sich günstig auf den Energieaufwand, die Fahrzeugautonomie und die Gesamtsteifigkeit aus.
Mit den beschriebenen Komponenten in Verbindung mit einer geeigneten Software können der Fertigungsablauf in einem Betrieb und/oder die Vorgänge in einem Lager gesteuert werden, wobei das zu bewegende Objekt entweder durch das beschriebene Fahrzeug - direkt oder in einem Behälter abgelegt - handhabbar ist. Als Beispiel seien Behälter genannt, die mit einem Satz von Komponenten beladen in einer Einlaufstation 2 (Fig. 1) den Ablauf starten. Jeder Behälter wird von den Lesevorrichtungen identifiziert und entsprechend der Behälternummer und dessen Inhalt durch den Hostrechner 20, der mit der Einlaufstation in Verbindung steht, zugeordnet. Das Fahrzeug 6 nimmt die Behälter von dieser Station ab und verfährt sie zu den vom Hostrechner 20 festgelegten Lagerorten, wo sie verbleiben, bis sie an einem Arbeitsplatz im Fertigungsbereich benötigt werden. In diesem Fall werden sie vom selben oder einem anderen Fahrzeug aus dem Lager entnommen und zu den vom Hostrechner zugewiesenen Arbeitsplätzen 8 verfahren. Dessen Software enthält die Reihenfolge der Arbeitsabläufe, die Auslastung der Arbeitsplätze, die Fertigungsanforderungen usw. Jeder Behälter wird durch den Manipulator im Abgabe- oder Einlegebereich 10 eines Arbeitsplatzes abgesetzt, wo ein zugeordneter Sensor die Anwesenheit des Behälters erfaßt und an den Hostrechner über das Kommunikationssystem meldet, der diesem Arbeitsplatz erst wieder einen Behälter zuweist, wenn der bisherige aus dem Ausgabebereich entnommen wurde. Auch wenn der Behälter vom Bediener selbst im Arbeitsbereich 13 aufgestellt wird, wird dies und die Verweilzeit dem Hostrechner durch den Behälterdetektor 14 gemeldet, der so lange aktiviert ist, bis dieser Behälter sich im Ausgabebereich 15 befindet, wo er durch die Lesevorrichtung 17 erneut identifiziert wird, so daß die Bearbeitungszeit und der nächstfolgende Arbeitsgang dem richtigen Behälter zugeordnet werden können. Die Lesevorrichtung meldet auch die Anwesenheit des Behälters und kann ein akustisches oder optisches Signal erzeugen, das dem Bediener einen Lesefehler bei der Behälteridentifizierung anzeigt, so daß der Behälter nachpositioniert werden muß, der Kode oder die Lesevorrichtung überprüft werden müssen. Der Befehl zur Entnahme eines Behälters kommt vom Hostrechner. Fehlermeldungen und andere Informationen kann der Bediener über das Mikroterminal 19 mit dem Hostrechner austauschen.
Am Ende eines Bearbeitsprozesses werden die Behälter vom letzten Arbeitsplatz entnommen und zur Ausgabestation 3 oder zum Lagerbereich verfahren, wo sie verbleiben bis sie von der Ausgabestation angefordert werden.
Im Hostrechner ist das Layout der Anlage vorprogrammiert einschließlich der Positionen eines jeden Arbeits- und Lagerplatzes, deren horizontaler Abstand zur Leitschiene 29, deren Höhe bezogen auf den Boden und deren Entfernung in Richtung der Leitschiene 29 zur nächstliegenden Markierung 34 vermessen worden sein muß.
Sobald das Fahrzeug vom Hostrechner den Befehl zur Entnahme eines Behälters von einem Arbeits- oder Lagerplatz erhält, folgt es einem vom Hostrechner übermittelten Pfad. Vom Fahrzeug werden dem Hostrechner alle Markierungen 32, die eine Kurve oder eine Abzweigung angeben, gemeldet sowie jede Markierung 34, die den Kreis in einzelne Abschnitte unterteilt. Der Hostrechner kennt demnach die Position jedes Fahrzeuges zu jedem Zeitpunkt und kann die Fahrzeugbewegung zur Kollisionsvermeidung bestimmen. Jedes Fahrzeug kann dem vorgegebenen Weg auch durch Zählen der Markierungen 32 und 34 folgen.
Das Fahrzeug wird an den zugeordneten Arbeitsplätzen bzw. den Lagerort exakt positioniert und durch den Antriebsmotor 26 verfahren, der einen Enkoder aufweist. Der Bordrechner wandelt die Entfernung von der letzten Markierung 34 in Enkoder-Impulse und die zugehörige Steuerungselektronik steuert die Motorbewegung. Das nicht angetriebene Rad 35 und der Enkoder 36 detektieren Abweichungen des Antriebsrads und erzeugen die entsprechenden Korrektursignale für die Endeinstellung. Dann wird der Motor 48 für die Senkrechte eingeschaltet, um die Klemmvorrichtung 56 auf die gewünschte Höhe zu verfahren, während der Motor 54 den Arm 42 verdreht, so daß die Klemmvorrichtung den Behälter - je nach vorhandener Position - rechts oder links absetzen kann. Ist die Klemmvorrichtung in der eingefahrenen Stellung, sind bei beiden Bewegungen die Klemmelemente geöffnet. Über den Motor 57 wird die Klemmvorrichtung an das andere Ende der Schiene 55 bewegt, während diese sich in Bezug auf den Arm 42 verschiebt bis die geforderte Behälterstellung erreicht ist. Sobald der Behälter vom Detektor 70 erfaßt ist, schließen sich die Klemmelemente und nach dem Einfahren des Geräts wird der Arm 42 auf die Rückseite oder Vorderseite des Fahrzeuges gedreht, je nachdem, welche Behälterablage zugewiesen wurde, während der Behälter angehoben wird, um auf der zugewiesenen Ablage abgelegt zu werden. Danach wird die Klemmvorrichtung erneut über den Motor 57 angetrieben und die Klemmelemente öffnen sich nach korrekter Positionierung der Klemmvorrichtung und legen den Behälter ab. Danach wird die Klemmvorrichtung wieder eingefahren und der Arm 42 und der Rahmen 41 nehmen ihre Ausgangsposition ein. Der Behälterdetektor 70 detektiert kontinuierlich und kann somit feststellen, ob ein Behälter während der Bewegungen der Klemmelemente seine Lage beibehält, damit der Bordrechner Korrekturen veranlassen kann, um weitere Schwierigkeiten zu unterbinden und um die Informationen an den Hostrechner zu leiten.
Die Entnahme eines Behälters aus dem bordeigenen Gestell und das Absetzen an einem Arbeitsplatz oder Lagerort erfolgt in ähnlicher Weise wie zuvor beschrieben.

Claims

1. Anordnung für das programmgesteuerte Handhaben von Behältern (5) oder ähnl. auf der Bodenfläche einer Betriebsstelle (1), mit einem Hostrechner (20), einem Satz fahrerloser automatisierter Fahrzeuge (6), mehreren Behälteraufnahmestationen (9), ferner mit einem Kommunikationssystem zwecks Austauschs von Informationen zwischen dem Hostrechner (20), den Fahrzeugen (6) und den Behälteraufnahmestationen (9), wobei die Behälter (5) zum Instellungbringen an der jeweiligen Behälteraufnahmestation (9) eine im wesentlichen ebene horizontale Bodenfläche aufweisen sowie mit bordeigenen am Fahrzeug befindlichen, der Aufnahme der Behälter dienenden Auflagen (22), deren Auflageflächen im wesentlichen eben und horizontal verlaufen, und wobei jedes Fahrzeug eine rechte und eine linke Seitenfläche aufweist;

ein Manipulator (23) auf jedem Fahrzeug (6) zum Erfassen eines auf den bordeigenen Auflagen (22) befindlichen Behälters (5) und zum Transport des erfaßten Behälters an eine dem Fahrzeug benachbarte Behälteraufnahmestation (9) und zur Freigabe des erfaßten Behälters auf der externen Behälterauflagefläche (15) in der benachbarten Behälteraufnahmestation (9) und umgekehrt, wobei sich die Behälteraufnahmestation (9) jeweils auf einer Seite des Fahrzeuges befindet und deren dem Fahrzeug zugewandte Behälterauflagefläche in einer gegenüber der ebenen und horizontalen Auflagefläche an den fahrzeugfesten Auflagen in unterschiedlicher Höhe von der Bodenfläche der Betriebsstelle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- jedes Fahrzeug (6) einen bordeigenen Rechner (37) zur Kommunikation mit dem Hostrechner (20) aufweist,

- daß mindestens eine Behälteraufnahmestation (9) einen Arbeitsplatz (1) bildet, der einen Annahmebereich (10) für vom Manipulator (22) des Fahrzeuges (6) herangeführte Behälter aufweist,

- daß erste Mittel (12) am Arbeitsplatz (1) zur Kommunikation mit dem Hostrechner (20) und zum Erkennen der Anwesenheit eines Behälters im Annahmebereich (10) vorgesehen sind, durch

- einen dem Arbeitplatz zugeordneten dem Aufnahmebereich benachbarten Arbeitsbereich (13), durch

- zweite Mittel (14) zur Kommunikation mit dem Hostrechner (20) und zum Erkennen der Anwesenheit eines Behälters im Arbeitsbereich (13) des Arbeitsplatzes (1), durch

- einen Abgabebereich (15) am Arbeitsplatz neben dem Arbeitsbereich, und durch

- dritte Mittel (17) zur Kommunikation mit dem Hostrechner (20) und zum Erkennen eines Behälters im Abgabebereich (15), die zudem Mittel zum Auslesen eines an jedem Behälter (5) angebrachten Identifizierungskodes (18) aufweisen.

2. Anordnung nach Anspruch 1 mit einem fahrerlosen automatisierten Fahrzeug (6) zur Handhabung und zum Transport von Behältern und ähnl., gekennzeichnet durch

- einen ersten Satz Ablageflächen (44) an der Vorderseite des Fahrzeuges (9) und einem zweiten Satz Ablageflächen (44) an der Rückseite des Fahrzeuges, wobei die Sätze beider Ablageflächen im Abstand zueinander und zwischen sich einen Freiraum bildend angeordnet sind,

- einen auf dem Fahrzeug (6) im Freiraum zwischen den ersten und zweiten Ablageflächen (44) angeordneten Manipulator (23) bestehend aus zwei senkrechten zueinander im Abstand angeordneten Säulen (45) mit jeweils einem oberen und einem unteren Ende, wobei das untere Ende jeder Säule mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist und die oberen Enden der Säulen (45) durch einen Querträger (46) verbunden sind,

- einem dreidimensionalen und mit den Säulen zwecks Bewegens in der Senkrechten verbundenen Rahmen (41) und Mittel (48) zur senkrechten Bewegung des dreidimensionalen Rahmens an den Säulen; einem am dreidimensionalen Rahmen (41) gelagerten um eine senkrechte Achse bewegbaren Schwenkarm mit horizontaler Längserstreckung (42) und Mittel zum Drehen des Schwenkarms um die senkrechte Achse,

- eine horizontal verlaufende und auf dem Schwenkarm (42) längsverschieblich angeordnete Schiene (55) vorbestimmter Länge;

eine Klemmvorrichtung (56), die auf der horizontalen Schiene (55) längsverschieblich angeordnet ist;

- Mittel (57) zur Längsverschiebung der Schiene (55) und der Klemmvorrichtung (56), wobei

- der Klemmvorrichtung Mittel (67) zum Anheben eines Objektes von einer Auflagefläche ohne senkrechte Bewegung des dreidimensionalen Rahmens (41) zugeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 mit einem fahrerlosenautomatisierten Fahrzeug gekennzeichnet durch

- eine Klemmvorrichtung (56) mit einem horizontal angeordneten starren dreidimensionalen und auf der horizontalen Stange (53) vorgesehenen Rahmen (41),

- einen auf dem dreidimensionalen Rahmen über zwei Gelenke (62) montierten Schwenkrahmen (61) zwecks senkrechten Verschwenkens des Schwenkrahmens in Bezug auf den dreidimensionalen Rahmen,

- eine Achse (63), die an einem Punkt mit dem dreidimensionalen Rahmen (41) und an einem zweiten Punkt mit dem Schwenkrahmen (61) verbunden ist, wobei die beiden Verbindungspunkte im Abstand voneinander liegen, Mittel (64, 65) zum Einstellen des Abstandes zwischen den beiden Verbindungspunkten zwecks Auslösens der Schwenkbewegung des Schwenkrahmens (61) in Bezug auf den dreidimensionalen Rahmen (41);

- zwei im Abstand voneinander liegende symmetrische in Längsrichtung verlaufende Glieder (67) mit einem ersten und einem zweiten Ende und einem Mittelstück, wobei die Form des ersten Endes zwecks Aufnahme des zu handhabenden Behälters (5) an dessen Konfiguration angepaßt ist, wobei jedes Glied (67) mit seinem Mittelstück an jeweils gegenüberliegenden Seiten des Schwenkrahmens (61) durch ein senkrechtes Gelenk (68) angeordnet ist, mit zwei symmetrischen länglichen Stäben (69) mit jeweils einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende jedes Stabes (69) über ein abgerundetes Verbindungsstück mit jeweils einem zugeordneten zweiten Ende eines der symmetrischen länglichen Glieder verbunden ist und das zweite Ende jeweils über ein abgerundetes Stück mit dem dreidimensionalen Rahmen (41) verbunden ist, derart, daß

- beim senkrechten Verschwenken des Schwenkrahmens (61) nach unten die symmetrischen Glieder (67) senkrecht nach unten schwenken und sich in der Horizontalen voneinander wegbewegen, wogegen beim senkrechten Verschwenken des Rahmens nach oben die symmetrischen Glieder (67) senkrecht nach oben schwenken und sich in der Horizontalen aufeinander zu bewegen, und

- Mittel (70) vorgesehen sind, die mit dem Hostrechner (20) kommunizieren zwecks Erkennen eines von der Klemmvorrichtung (56) aufzunehmenden oder freizugebenden Behälters (5).

4. Anordnung nach Anspruch 1, mit einem System zur Messung des zurückgelegten Weges des fahrerlosen automatisierten Fahrzeuges (6) innerhalb der Betriebsstelle (1), gekennzeichnet durch

- mindestens ein nicht angetriebenes Rad (25) am Fahrzeug (6), mit Bodenkontakt an der Betriebsstelle, das durch die Fahrzeugbewegung am Boden in Drehung versetzt wird;

- durch einen, mit dem Rad (25) in Wirkverbindung stehenden Enkoder (36) am Fahrzeug (6), der der Drehung des Rades entsprechende elektronische Impulse abgibt und durch

- am Fahrzeug (6) vorgesehene, mit dem Enkoder (36) kommunizierende Mittel (37) zwecks Erzeugung von Impulsen, die den vom Fahrzeug auf dem Boden der Betriebsstelle (1) zurückgelegten Wegstrecken entsprechen.

5. Anordnung nach Anspruch 4 mit einer Vorrichtung zur Messung des vom fahrerlosen automatisierten Fahrzeugs (6) in der Betriebsstelle zurückgelegten Weges, gekennzeichnet durch

- mindestens ein nicht angetriebenes Rad (25) am Fahrzeug (6), das Bodenkontakt an der Betriebsstelle aufweist und durch die Fahrzeugbewegung am Boden in Drehung versetzt wird; durch

- ein am Fahrzeug (6) drehbar angeordnetes und mit dem nicht angetriebenen Rad (25) in Wirkverbindung stehendes, mit der Drehung des Rades (25) mitdrehendes Reibrad (35); durch

- einen Enkoder (36) am Fahrzeug (6), der mit dem Reibrad (35) in Wirkverbindung steht zur Erzeugung von mit der Drehung des Reibrades korrespondierenden elektronischen Impulsen; und durch

- am Fahrzeug angeordnete, dem Enkoder zugeordnete Mittel zwecks Umwandlung der Impulse in die vom Fahrzeug (6) auf dem Boden der Betriebsstelle (1) zurückgelegten Wegstrecken verkörpernde Signale.

6. Anordnung nach Anspruch 1, mit einer Identifizierungsvorrichtung für die in der Anordnung befindlichen Behälter (5), gekennzeichnet durch - eine Lesevorrichtung an mindestens einem Arbeitsplatz (9) zum Auslesen eines am Behälter (5) aufgebrachten und aus hellen und dunklen Feldern bestehenden Kodes (18), wobei zur Identifizierung von hellen und dunklen Feldern IR-Sensoren und mit diesen Sensoren in Wirkverbindung stehende Mittel zwecks Umwandlung der erkannten hellen und dunklen Felder in Binärkodes vorgesehen sind; durch

- sechs aufeinanderfolgende abwechselnd helle und dunkle, eine binäre Kodezahl darstellende Felder im Kode (18), welcher zudem zwei weitere an die sechs nebeneinanderliegende Felder anschließende Felder aufweist, die ebenfalls hell bzw. dunkel sind und einen redundanten Kode bilden, wobei

- der Kode (18) ferner ein Identifizierungsfeld mit einer numerischen Identifizierung (25) aufweist, die der durch die nebeneinanderliegenden Felder gebildeten Binärzahl entspricht; und wobei ferner

- der redundante Kode zwei nebeneinanderliegende abwechselnd helle bzw. dunkle Felder beinhaltet, derart, daß die Summe von drei alternierenden Feldern der sechs nebeneinanderliegenden, die binäre Kodezahl verkörpernden Feldern ungerade ist; die alles in derartiger Anordnung, daß

- die Lesevorrichtung den jeweils unmittelbar vor ihr liegenden Kode ausliest zwecks Ermittlung der Anwesenheit eines diesen Kode tragenden Behälters (5).