用于在工业工厂中用作可重新配置的操作系统的自主移动系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于在工业工厂(industrial plant)中用作可重新配置的操作系统的自主移动系统。从wo 2015/059560 a1已知根据权利要求1的前序部分的自主移动系统。


背景技术：

2.近年来，将自主载具用于在生产工厂的工位之间运输物品、部件或群组在工业工厂中变得越来越普遍。根据目前使用的术语，第一种类型的自主载具由所谓的agvs(“自动引导载具”)组成，其要求提供例如以地板上的磁条的形式的基础设施或导航信标以沿着预先确定的路径引导载具。第二种类型的自主载具是所谓的“amrs”(“自主移动机器人”)，其替代地使用机器人上的导航系统和处理器移动。amrs能够感知它们移动所在的环境并且基于它们感知到的情况和它们被编程的情况做出决策，例如，停止、再次出发以及操纵绕过它们沿着其路径遇到的障碍物。本发明特别参考amr类型的自主载具的用途来构思，并且从识别这种类型的载具的新用途的需要出发，所述新用途允许在生产工厂的灵活性和效率方面的改进并且还允许在使工厂适于持续且快速的发展中的生产需要所必需的成本方面的降低。
3.发明目标因此，本发明的目的是生产用于在工业工厂中使用的自主移动系统，该自主移动系统有利地可以用作运输系统和/或用作操作者系统，以便产生高度灵活且高效的生产系统，所述生产系统涉及相对较低的投资成本并且可容易地重新配置。
4.本发明的另一个目的是生产一种自主移动系统，该系统具有标准化基础部分，该基础部分无论它意图所在的工业环境和具体应用如何都保持不变，并且该基础部分然后可以利用可根据具体意图而配置的应用部分以及先验定义的在标准基础部分与具体应用部分之间的物理接口和逻辑接口来实施。


技术实现要素：

5.为了实现该目的，本发明涉及一种用于在工业工厂中用作运输系统和/或操作系统的可重新配置的自主移动系统，所述自主移动系统包括自主载具，该自主载具包括：主体，其安装在一个或多个机动轮上并且安装在一个或多个转向轮上，其中，所述主体承载用于将功率传输到所述机动轮的至少一个第一电动马达和用于控制所述转向轮的转向的至少一个第二电动马达，并且其中，自主载具的主体还承载用于检测自主载具周围的环境的检测系统；以及一个或多个电子控制器，其配置成接收由所述检测系统检测到的数据并且控制所述至少一个第一电动马达和所述至少一个第二电动马达，其中，所述系统还包括运输托架和一个或多个操作单元，该运输托架具有构造成容纳其上待运输的负载的结构，
其中，自主载具设置有用于与所述托架联接的至少一个联接装置，并且构造成在如下位置中与所述托架相邻地布置，在该位置中所述联接装置可从搁置位置(rest position)被带到操作位置用于与托架联接，使得所述载具能够沿着路径移动所述托架，而承载在托架上的负载的重量仅搁置在托架上，其中，所述托架构造成借助于相应的适配器元件承载所述操作单元中的一个或多个，所述适配器元件使托架能够适于在其上待运输的一个或多个单元，其中，承载在托架上的所述操作单元由一个或多个电子控制器控制，并且其中，控制承载在托架上的操作单元的所述电子控制器中的一个或多个布置在所述自主载具上，所述联接装置还包括电连接器装置，用于在由托架承载的所述一个或多个操作单元与由自主载具承载的一个或多个电子控制器之间进行连接，所述自主载具是自主移动机器人。
6.由于上述特征，根据本发明的自主移动系统在工业工厂中不仅可以用于运输负载，而且还可以用于将其本身与可与其相关联的操作单元一起构成移动操作者系统，该移动操作者系统旨在完成在工业工厂中实施的生产周期中的一系列操作。由于提供上述适配器元件，根据本发明的系统可通过使其配备有一个或多个操作单元来容易地重新配置，所述操作单元也可由标准化装置构成，但其允许基于具体应用需要每次快速地重新配置该系统。本发明的关键特征在于形成本发明的自主移动系统的一部分的自主载具具有智能，该智能不仅用于控制自主载具的操作，而且还用于控制由联接到自主载具的托架承载的一个或多个操作单元。
7.同时，通过将待运输的负载以及一个或多个操作单元布置在相对于自主载具独立的托架上，不同功能可被分配给不同部件。托架被分配支撑所运输的负载和操作单元的重量的功能，而联接到托架的自主载具被分配引导托架的移动并且承载经编程的电子硬件以控制由托架承载的单元的操作的功能。
8.在自主载具是amr载具的优选实施例中，所述载具承载用于检测自主载具周围的环境和/或用于检测自主载具的绝对位置的多个传感器装置以及具有控制中心的无线通信系统。
9.在优选的示例中，上述托架包括安装在枢转轮上的结构，并且构造成容纳上述适配器元件，用于安装一个或多个操作单元。
10.在示例性实施例中，运输托架具有与地面以大于所述自主载具的最大竖直大小的高度间隔开的结构，并且，自主载具构造成在托架的所述结构下方定位在如下位置中，在该位置中所述联接装置可从降低的搁置位置运送到升高的联接位置的位置中。在该实施例的情况下，托架具有上部结构，两个侧向结构从该上部结构向下突出，从而限定隧道状通路，自主载具的上部部分容纳在该隧道状通路内。优选地，上述隧道状通路配备有例如由可自由旋转的轮组成的引导系统，以引导自主载具到托架的隧道状通路中的插入。
11.此外，又优选地，自主载具和托架可配备有彼此通信的任何已知类型的电子检测和引导系统，这允许以全自动的方式在托架与自主载具之间实行“对接”操纵。
12.当自主载具在托架下方插入到上述隧道状通路内时，布置在自主载具上的电驱动马达控制装置的提升，用于在自主载具与托架之间进行联接。该装置还包括一个或多个电连接器，所述电连接器配置成与由托架承载的一个或多个电连接器协作，以在承载在托架
上的操作单元与在托架下方安装在自主载具上的电子控制器之间建立电通信。
13.在变型中，自主载具构造成通过将本身与托架结构的一侧相邻地布置来与托架联接。
14.由于上述所有特征，根据本发明的移动系统能够最佳地满足工业工厂中的操作系统的重新配置需要，从而根据具体应用需要通过添加部件或操作单元来对任何类型的实施完全开放。
15.根据本发明的系统在软件控制方面也允许更大的灵活性和简化，因为布置在托架上方的操作单元的电子控制的至少一部分被分配给由自主载具承载的电子电路，所述电子电路可根据具体应用需要每次进行编程。
附图说明
16.本发明的另外的特征和优点将从以下参考附图的描述中变得显而易见，所述附图纯粹以非限制性示例的方式提供，其中：
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图1是形成根据本发明的自主移动系统的一部分的自主载具的透视图，
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图2是示出承载操作单元(具体地为机械手机器人)的托架下方处于联接状态下的图1的自主载具的透视图，
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图3示出本发明的另一个应用示例，其中，图1中所示的类型的两个自主载具被用于工业工厂中移动旨在承载机动载具本体(motor-vehicle body)的单个托架，以及
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图4是根据本发明的自主移动系统的示意性侧横截面视图。
具体实施方式
17.在图1中，附图标记1以其整体指示自主载具，具体地为在根据本发明的系统中使用的自主移动机器人(amr)。
18.与amr 1的结构和配置有关的构造细节以及由amr 1承载的各种装置在本文中未描述或图示，因为它们能够以任何已知方式制造。从附图消除这些细节也致使附图更简单且更容易理解。amr 1的一般配置下面参考图4来描述，图4示出了该载具的简化图。
19.参考图4，amr 1具有安装在轮3,4上的任何已知类型的结构。根据在自主移动机器人的技术中普遍已知的内容，可提供三个、四个或更多个轮。轮3,4中的至少一些是由放置在amr上的电动马达m1驱动的驱动轮。轮3,4中的至少一些也是转向轮，其转向由也位于amr 1上的至少一个附加的电动马达m2控制。根据常规技术，位于amr 1上的电动马达m1,m2由在图4中由方框e示意性表示的位于amr 1上的一个或多个电子控制器控制。根据第一现有技术，载具1的转向轮可能仅能够在最大预先确定的角度内转向，或根据本身也已知的备选技术，它们可以是由相应的电动马达控制的能够360
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转向的枢转轮。
20.在amr 1上还存在一组可再充电电池b，用于给位于amr 1上的电气装置供电。此外，根据本身已知的技术，amr 1配备有用于与位于工业工厂(其中，意图使用根据本发明的系统)中的控制单元进行无线通信的任何已知类型的模块t。传输模块t连接到电子控制器e。该电子控制器e也连接到任何已知类型的多个传感器s1,s2,s3,......，所述传感器配置用于检测自主载具周围的环境并且传输由电子控制器e收集的数据。为此，可使用各种技术。第一种类型的传感器由所谓的“激光雷达”传感器构成，所述“激光雷达”传感器使用激
光技术来测量与物体的距离。激光雷达传感器在三个维度中感知载具周围的环境。它们确保了障碍物的检测并且由于2d或3d映射而允许载具位置的计算。还可以使用摄像机来分析载具的周围环境。摄像机可与利用能够将障碍物分类的算法进行编程的电子控制器相关联使用。另外，amr 1还可配备有用于卫星导航的装置m，该装置允许以接近一厘米的精度检测载具的绝对位置。
21.根据另外的已知的技术，还可以使用雷达装置来确定周围物体的位置和速度并且用于远距离观察。amr还可配备有里程表以估计和确认载具的位置和速度以及惯性测量装置以检测载具加速度和旋转的，以便确认载具位置信息并且改善精度。
22.再次参考图4，总体上由附图标记100标示的根据本发明的系统将上述amr 1与总体上由10标示的托架组合使用。托架10具有安装在轮r上的任何已知类型的结构10a。在本文中所示的优选实施例中，托架10的轮r都是非机动枢转轮。
23.如在图4中示意性所示，在本文中所描述的示例的情况下，amr 1旨在通过将其本身放置在托架10下方来与托架联接。然而，可以设想自主载具构造成通过将其本身与托架结构的一侧相邻地布置来与托架联接。
24.在所示的示例中，结构10a被支撑在轮r上，使得上部部分10b以大于amr 1的最大高度的距离升高到地面上方。由于该特征，并且由于在轮r之间-在托架10的两侧上-空间(其大于amr 1的最大横向尺寸)沿托架的横向方向保持自由，amr 1将其本身自由地布置在托架结构的上部部分10b下方。在上述状态下，amr 1能够借助于联接装置5联接到托架10。
25.在图4中，通过示例的方式，联接装置5以可沿竖直方向移动的、可滑动地安装在形成于amr 1的结构中的引导部50内的元件的形式示出。又在所示的示例的情况下，装置5承载由电动马达m3控制的与小齿轮52啮合的齿条51。同样在这种情况下，这些部件及其连接的构造细节未示出，因为它们能够以任何已知的方式制造。
26.由于上述布置，联接装置5可在全都包含在amr 1内的降低位置与在图4中示出的升高位置(其中，装置5的上部部分容纳在形成于托架10的上部部分10b的下表面中的协作腔6中)之间移动。该布置是如此的，使得在该联接状态下，托架10在其移动的方面完全与amr 1的移动相关联。
27.根据本发明的附加的特征，联接装置5还包括由装置5承载的电连接器装置53，该电连接器装置与由托架10承载的对应的电连接器54协作，以在由托架10承载的电气装置与位于amr 1上的电子控制器e之间建立电连接，并且还可以与amr 1的电池组b建立电连接。
28.因此，如上所述的系统100能够利用不同部件来执行不同功能。由amr 1构成的自主载具被分配引导托架10的移动的功能，而托架10被分配支撑在其上运输的负载的重量的功能。
29.根据本发明，托架10布置有一个或多个适配器装置11，所述适配器装置允许一个或多个操作单元12固定在其上方，旨在执行工业工厂(在其中使用了移动系统100)中所设想的操作周期中的操作。在图4中所示的示例中，操作单元12是任何已知类型的多轴机械手机器人，该多轴机械手机器人设置有以例如配备有真空激活的吸盘的抓取器的形式的末端执行器，其在附图中示意性示出并且以附图标记g指示(当然，该示例不是限制性的)。
30.布置在托架10上的操作单元可以是多于一种且不同的类型。例如，在托架10上可布置有以能够使承载在移动系统100上的结构在降低位置与升高位置之间移动的提升装置
的形式的操作单元。这种类型的操作单元可被移动系统100例如用于运输旨在在焊接工位中经受一系列焊接操作的马达-载具本体。一旦移动系统100进入焊接工位，提升装置就可降低以将由该提升装置承载的本体释放到设置在焊接工位中的锁定系统上。一旦完成焊接操作周期，提升装置就再次升高以再次承担经焊接的本体的负载，并且将其运输到生产工厂的后续工位。
31.也不排除如下情况，在其中，在自主移动系统100从生产工厂中的一个工位移动到另一个工位期间，承载在托架10上的物品或部件经受由承载在托架10上的一个或多个操作单元进行的一系列组装操作，以便减少生产时间。
32.在图4中所示的示例的情况下，还可以在托架10上运输电子控制器e1，用于控制机械手机器人12。然而，根据本发明，控制布置在托架10上的一个或多个操作单元的智能的至少一部分在自主载具1内部位于图4中由方框e示意性表示的一个或多个电子单元中。该特征允许通过使系统在软件编程的方面也更容易重新配置来使根据本发明的系统进一步简化和标准化。
33.图2示出图4中示意性示出的解决方案的实际示例性实施例。在该实施例示例的情况下，托架10的结构10a包括上部部分10b，该上部部分限定平坦表面，适配器元件11-用于安装机械手机器人12-布置于该平坦表面上方。机器人的电子控制器e1也布置在托架10的上表面上。
34.托架10的结构10a还具有在其两侧处从上部部分10b向下延伸并且承载枢转轮r的两个侧向部分10c。如在图2中可看到的那样，托架10的结构10a的构型是如此的，使得托架在其下侧上限定隧道状通路13，自主载具1容纳在该隧道状通路内。
35.又在所示的示例的情况下，在隧道状通路13的壁上，提供有任何类型的引导系统，以在托架10下方引导amr 1到隧道状通路13中的插入移动。在所示的具体情况下，特别是托架的上部部分10b的下表面承载多个具有竖直轴线的自由旋转的轮14，所述轮布置成通过在布置在amr 1的本体的两个相对的侧面上的侧面导轨15(其中的一个在图1中可见)上面滚动来接合。
36.根据另一个优选的特征，托架10和amr 1布置有传感器装置和通信装置，以辅助amr 1与托架10之间的对接操作，所述传感器装置和通信装置配置成允许自动实行该对接操作。
37.当然，根据本发明，在工业工厂中可布置有多个各种类型的托架10以及能够灵活地联接到上述托架以建立各种不同的生产周期的多个amr 1。在托架10上可设置有位置信号系统，其与设置在工业工厂中的控制单元通信，因此该位置信号系统不但能够检测托架的位置，而且能够与amr 1通信，以根据生产需要并且考虑到任何故障和更换需要来控制某些amr与某些托架之间的对接操作。
38.还可以在amr 1上设置拉动装置，该拉动装置可连接到托架10的钩，以允许amr 1拉动托架10。还可以设想相同的托架与多于一个amr 1联接。
39.通过示例的方式，图3示出如下情况，其中，托架旨在支撑机动载具本体或本体子组件或任何其他部件，并且旨在将其运输通过生产工厂的不同工位，所述托架由纵向间隔开的成对的amr 1承载。
40.更普遍地，可以设想“一群”载具，所述载具彼此协同用于运输比单个载具所允许
的那些负载更大的负载。在这种情况下，可以设想的是，在一群载具中，存在“主”载具和一系列“从”载具。
41.又在图3中所示的示例的情况下，托架10的结构包括两个纵梁15，所述两个纵梁平行并且间隔开，在其端部处由横梁结构19联结。在这种情况下，包括两个纵梁15的框架包括气缸提升装置16，所述气缸提升装置允许旨在容纳待运输的负载的结构竖直地移动。更具体地，该结构包括水平布置的细长纵向板18，所述板的端部具有旨在分别通过amr 1所配备的联接装置5接合的孔。板18-又-刚性地连接到结构19，所述结构设置有支撑元件19a，用于定位和支撑待运输的结构。
42.图1-3示出了位于根据本发明的移动系统邻近的操作者o。优选地，根据本发明的系统根据“协同”标准设计，即设计成能够在开放的无保护的环境中与操作者相邻地操作，从而在任何情况下保障操作者本身的总体安全。为此，每个amr 1优选地被编程为借助于其所配备的传感器装置来检测其附近的操作者并且使其速度减慢或完全停止，以便避免碰撞。出于相同原因，如果机械手机器人12布置在托架10上，则机器人可以是协同机器人，即配置和/或编程为能够在开放环境中操作，从而确保操作者的安全。在本领域中已知各种类型的协同机器人，所述协同机器人使用不同类型的技术，以便实现上述目的。例如，可以使用由同一申请人开发的一种协同机器人，该协同机器人配备有传感性(sensorized)皮肤，该传感性皮肤能够预测或检测与异物的接触，以便避免对于操作者来说的任何危险状况。
43.当然，在不损害本发明的原理的情况下，构造方案和实施例的细节可相对于纯粹通过示例的方式描述和示出的那些构造方案和实施例的细节在很大程度上改变，而不脱离本发明的范围。