DE4110159C2 - Bewegungsrobotersystem mit einer Ladungssteueranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bewegungsrobotersystem mit einer Ladungssteueranordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bewegungsroboter, die in der Lage sind, sich automatisch zu bewegen, werden häufig in Herstellungsautomationssystemen eingesetzt.

Die US 4 777 416 offenbart ein Bewegungsrobotersystem mit wenigstens einem Roboter, der seine Energie aus aufladbaren Batterien erhält (Spalte 1, Zeilen 45-47) und der zur Durchführung einer Operation bzw. eines Funktionsablaufes entsprechend gespeicherten Programmen automatisch bewegt wird (Spalte 15, Zeilen 18-25) und mit wenigstens einer Ladestation, zu der der Roboter bewegt wird, um einen Ladevorgang durchzuführen, wenn die Energie der Batterie auf einen bestimmten Pegel abgesunken ist (Spalte 1, Zeilen 61-67).

Eine Steuerstation zur Steuerung der Bewegung und Operationen automatisch geführter Fahrzeuge durch Datenverbindung eines Host-Computers mit jedem Fahrzeug ist aus der DE 39 23 011 A1 bekannt.

Derartige Systeme haben mehrere Bewegungsroboter und eine Steuerstation zu deren Steuerung. Entsprechend den Befehlen der Steuerstation bewegt sich jeder Bewegungsroboter automatisch zu einem speziellen Ort, an dem eine Operation durchzuführen ist, oder zu einer Ladestation. Die Steuerstation ist so konstruiert, daß sie eine Karteninformation verwaltet, die den Bewegungsbereich darstellt, und die auch die aktuelle Position des Bewegungsroboters kontrolliert, und auch, ob der Bewegungsroboter gerade eine Operation ausführt.

Der Bewegungsroboter wird von einem Elektromotor angetrieben, der von einer aufladbaren Batterie angetrieben wird. Dabei mißt die Steuerstation die ablaufende Zeit nach Ladung der Batterie. Danach steuert die Steuerstation nach jeder vorbestimmten Ablaufzeit den Bewegungsroboter so, daß er die Ladeoperation durchführt. Dabei informiert die Steuerstation den Bewegungsroboter über die nächste Ladestation. Der Bewegungsroboter bewegt sich dann automatisch selbsttätig zu der Ladestation. Danach bringt der Bewegungsroboter den Spannungsaufnahmeverbinder automatisch mit dem Spannungsnetzverbinder in Eingriff, der an der Ladestation vorgesehen ist, so daß seine Batterie beladen wird.

Wie zuvor beschrieben wurde, ist bei dem üblichen Ladesteuersystem die Steuerstation so aufgebaut, daß sie die Ablaufzeit der Batterie jedes Bewegungsroboters mißt. Spezielle Programme müssen für die Steuerstation vorgesehen sein, um die Ablaufzeiten der Bewegungsroboter zu verwalten. Deshalb besteht der Nachteil, daß die Arbeitsabläufe der Steuerstation kompliziert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladesteueranordnung zu schaffen, mittels der die Ladungsvorgänge von Robotern effizient durchgeführt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 beispielsweise erläutert:

Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Gesamtaufbaus eines Bewegungsrobotersystems mit einer Ladungssteueranordnung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des elektrischen Aufbaus einer im System der Fig. 1 vorgesehenen Steuerstation,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des elektrischen Aufbaus eines Bewegungsroboters, und

Fig. 4 eine Karte, die ein Beispiel der Bewegungsbahnen darstellt, auf denen sich ein Bewegungsroboter bewegt.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das den Gesamtaufbau eines Bewegungsrobotersystems zeigt, das eine Ladesteueranordnung gemäß der Erfindung verwendet.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Steuerstation, und 2-1 bis 2-10 bezeichnen Bewegungsroboter. Die Steuerstation 1 ist mit jedem Bewegungsroboter 2 über Funk verbunden. Jeder Roboter ist so konstruiert, daß er sich längs eines Magnetbandes bewegt, das auf der Bodenfläche der vorbestimmten Bewegungsbahn befestigt ist, wie Fig. 4 zeigt. Zusätzlich sind Knotenpunktsmarkierungen (siehe 1 bis 14) auf der Bewegungsbahn in gleichen Abständen angeordnet.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das den elektrischen Aufbau der Steuerstation 1 zeigt. In Fig. 2 bezeichnet 1a eine Zentraleinheit (CPU), 1b einen Programmspeicher, der in der CPU auszuführende Programme speichert, und 1c eine Kollisionstabelle. Die Kollisionstabelle 1c speichert Daten, durch die eine Kollision zwischen den Robotern vermieden werden kann.

Weiterhin bezeichnet 1d einen Kartenspeicher, der X-Y-Koordinaten jedes Knoten (siehe 1 bis 14 in Fig. 4), Daten, die für die Art jedes Knotens (der z. B. eine Arbeitsstation, oder eine Ladestation bezeichnet) charakteristisch sind, die Anzahl der Knoten, die mit jedem Knoten verbunden sind, Daten, die für den Abstand zwischen den Knoten charakteristisch sind, speichert. Außerdem speichert der Kartenspeicher 1d die Koordinaten jeder Ladestation S1, S2, die auf der Bodenfläche vorgesehen sind.

Zusätzlich bezeichnet 1e einen Datenspeicher zum Speichern von Daten, und 1f einen Operationsteil, der eine Tastatur enthält. 1 g bezeichnet eine Übertragungseinheit zur Verbindung mit einem Roboter 2, deren Aufbau und Arbeitsweise später erläutert wird. Die Übertragungseinheit 1 g überträgt die Daten, die von der CPU 1a zugeführt werden, mittels einer Trägerwelle mit einer Frequenz von 200-300 Mhz.

Andererseits empfängt die Übertragungseinheit 1 g die Daten, die von den Bewegungsrobotern 2-1 bis 2-10 ausgesendet werden, mittels der Trägerwelle.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das den elektrischen Aufbau eines Bewegungsroboters 2 zeigt.

In Fig. 3 bezeichnet 2a eine CPU, 2b einen Programmspeicher zum Speichern von in der CPU auszuführenden Programmen, 2c einen Datenspeicher zum Speichern von Daten, und 2e eine Übertragungseinheit, die die Verbindung zur Steuerstation 1 herstellt. Außerdem bezeichnet 2f einen Kartenspeicher, der denselben Aufbau wie der vorherige Kartenspeicher 1d hat, mit dem die Steuerstation 1 ausgestattet ist, um Bewegungsbahndaten zu speichern.

2g bezeichnet eine Bewegungssteuereinheit. Wenn die Bewegungssteuereinheit 2g Bestimmungsdaten von der CPU 2a empfängt, tastet sie das Magnetband und die Knotenpunktsmarkierungen auf der Bodenfläche mittels eines Magnetsensors ab und steuert dadurch den Antriebsmotor des Roboters, so daß der Bewegungsroboter zu dem durch die Bestimmungsdaten angegebenen Zielknotenpunkt bewegt wird.

2h bezeichnet eine Armsteuereinheit, die, wenn sie von der CPU 2a die Operationsprogrammzahl empfängt, das Operationsprogramm entsprechend der Operationsprogrammzahl aus einem internen Speicher liest, wenn der Bewegungsroboter den Operationsknotenpunkt erreicht. In Übereinstimmung mit dem gelesenen Programm steuert die Armsteuereinheit 2h somit einen Roboterarm, um mehrere Arten von Operationen durchzuführen.

Außerdem enthält der Bewegungsroboter 2 eine Ladungsanforderungs- Bewertungseinheit 2j, die beurteilt, ob der Ladungsvorgang für die aufladbare Batterie angefordert wird. Die Ladungsanforderungs-Bewertungseinheit 2j enthält eine Batteriespannungs-Detektor- und Zeitsteuereinheit (nicht gezeigt). Die Batteriespannungs-Detektoreinheit überwacht ständig die Batteriespannung, so daß sie, wenn die Spannung der Batterie auf den vorbestimmten Pegel absinkt, ein elektrisches Signal zur CPU 2a überträgt. Die Zeitsteuereinheit mißt die Zeit, die abläuft, nachdem die Batterie geladen wurde. Wenn die abgelaufene Zeit, die zu messen ist, die vorbestimmte Zeit erreicht (z. B. sechzig Minuten), sendet die Zeitsteuereinheit ein elektrisches Signal zur CPU 2a.

Es wird nun die Arbeitsweise des Bewegungsrobotersystems beschrieben:

Bei Empfang des Befehls von der Steuerstation 1 nimmt der Bewegungsroboter 2 Bezug auf den Inhalt des Kartenspeichers 2f, so daß er sich durch Ansteuerung der Bewegungssteuereinheit 2g zu seinem Bestimmungsort bewegt und auch die vorbestimmte Operation durch Ansteuerung der Armsteuereinheit 2h durchführt. Da die oben erwähnte Bewegung und Operation mittels der Energie durchgeführt werden, die in der aufladbaren Batterie gespeichert ist, die in den Bewegungsroboter 2 eingebaut ist, wird die Energie allmählich verbraucht, so daß die Spannung der Batterie etwas absinkt. Die Ladungsanforderungs-Bewertungseinheit 2j stellt dann fest, daß der Ladevorgang erforderlich ist. Die CPU 2a empfängt eines von zwei elektrischen Signalen, das zuerst zugeführt wird, d. h. eines der elektrischen Signale, die von der Batteriespannungs-Detektoreinheit ausgegeben werden, wenn die Batteriespannung auf den vorbestimmten Pegel absinkt, sowie ein weiteres elektrisches Signal, das von der Zeitsteuereinheit ausgegeben wird, wenn die abgelaufene Zeit die vorbestimmte Zeit erreicht. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die CPU 2a Zugriff auf den Programmspeicher 2b, so daß die Übertragungseinheit 2e ein Ladungsanforderungssignal zur Steuerstation 1 überträgt.

Das oben erwähnte Ladungsanforderungssignal wird von der Übertragungseinheit zur CPU 1a übertragen, und die CPU 1a nimmt Zugriff zu einer Ladungsstations- Registrierungstabelle (nicht gezeigt), die im Datenspeicher 1e vorgesehen ist. Die Registrierungstabelle enthält Identifizierungscodes für die Ladestationen. Wenn die Steuerstation 1 eine bestimmte Ladestation für den Bewegungsroboter 2 bezeichnet, wird ein Erkennungssymbol entsprechend dem Identifizierungscode für die bezeichnete Ladestation gespeichert. Wenn die Steuerstation 1 ein Ladungsendsignal vom Bewegungsroboter 2 empfängt, das anzeigt, daß der Ladevorgang beendet ist, löscht die Steuerstation das Erkennungssymbol. Somit ist es möglich, das gespeicherte Erkennungssymbol entsprechend dem Identifizierungscode für die Ladestation zu ermitteln, an der der Ladungsvorgang an dem Bewegungsroboter 2 durchgeführt wird oder zu der der Bewegungsroboter 2 bewegt wird, um den Ladungsvorgang durchzuführen.

Wenn das Ladungsanforderungssignal von der Übertragungseinheit 1 g empfangen und zur CPU 1a in der Steuerstation 1 übertragen wird, greift die CPU 1a zum Programmspeicher 1b und nimmt Bezug zum Kartenspeicher 1d, um dadurch die nächste Ladestation zu suchen. Bezüglich der gesuchten Ladestation sucht die CPU 1a die vorherige Ladestations-Registrierungstabelle, um dadurch zu ermitteln, ob das Erkennungssymbol im Speicherbereich entsprechend der gesuchten Ladestation gespeichert ist oder nicht.

Wenn das Erkennungssymbol im Speicherbereich nicht gespeichert ist, wird das Erkennungssymbol in diesem Speicherbereich gespeichert. Danach wird der Identifizierungscode für die Ladestation zum Bewegungsroboter 2 übertragen.

Wenn der Identifizierungscode bereits im Speicherbereich gespeichert wurde, sucht die CPU 1a die nächste Station von den Ladestationen, die von der Ladestation entsprechend dem Erkennungssymbol verschieden ist, unter Bezugnahme auf den Kartenspeicher 1d aus, wie zuvor beschrieben wurde. Danach wird der Suchvorgang an der Ladestations-Registrierungstabelle und der Ladestation wiederholt, so daß die CPU 1a den Identifizierungscode für die Ladestation entsprechend dem Speicherbereich aussucht, der das Erkennungssymbol nicht speichert. Dieser Erkennungscode für die Ladestation wird dann zum Bewegungsroboter 2 übertragen.

Wenn der Identifizierungscode für die Ladestation zu dem Bewegungsroboter 2 übertragen wird, bezieht sich der Bewegungsroboter 2 auf den Kartenspeicher 2f, der darin vorgesehen ist, um dadurch die Bewegungssteuereinheit 2g anzusteuern, so daß er sich automatisch zur bezeichneten Ladestation bewegt.

Wenn der Bewegungsroboter 2 die Ladestation erreicht, schließt er danach seinen Spannungsaufnahmeverbinder an den Spannungsquellenverbinder der Ladestation an, so daß seine Batterie automatisch geladen wird. Wenn der Ladevorgang beendet ist, überträgt der Bewegungsroboter 2 das vorherige Ladungsendesignal zur Steuerstation 1. Danach bewegt sich der Bewegungsroboter 2 oder führt verschiedene Operationen entsprechend den Befehlen der Steuerstation 1 durch.

Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform ist der Bewegungsroboter 2 so konstruiert, daß er selbstständig das Ladungsanforderungssignal zur Steuerstation sendet, wenn die Batteriespannung den vorbestimmten Pegel unterschreitet oder wenn die abgelaufene Zeit nach Durchführung des Ladevorgangs länger als die vorbestimmte Ablaufzeit ist, d. h., wenn es notwendig ist, die Batterie zu laden. Damit kann die vorliegende Ausführungsform im Unterschied zum Stand der Technik der Steuerstation 1 einen einfachen Vorgang anbieten, der kein Programm zur Kontrolle der Ladezeit erfordert, um den Bewegungsroboter 2 zu bewegen.

Durch Suchen der Ladestations-Registrierungstabelle in der Steuerstation 1 ist es möglich, belegte Ladestationen zu erkennen, zu denen sich gerade die Bewegungsroboter 2 bewegen, um den Ladevorgang durchzuführen. Die Steuerstation 1 kann daher die nächste Ladestation bezeichnen, die nicht zu denen gehört, die belegt sind, so daß sich der Bewegungsroboter automatisch zu der bezeichneten Ladestation bewegen kann. Es ist somit möglich, eine Konzentration von mehreren sich zu derselben belegten Ladestation bewegenden Bewegungsrobotern 2 zu vermeiden. D. h., es ist möglich, die Bewegungsroboter 2 so an den jeweiligen Ladestationen zu positionieren, daß die Bewegungsroboter 2 zu einer effizienten Bewegung gesteuert werden können.

Claims (4)

1. Bewegungsrobotersystem mit einer Ladungssteueranordnung, bestehend aus mehreren Bewegungsrobotern, von denen jeder eine aufladbare Batterie hat, mittels deren Energie jeder Bewegungsroboter bewegt wird, wobei jeder Bewegungsroboter zur Durchführung einer Operation entsprechend gespeicherten Programmen automatisch bewegt wird, wenigstens einer Ladestation, zu der jeder Bewegungsroboter bewegt wird, um einen Ladevorgang durchzuführen, wenn die Energie der Batterie auf einen bestimmten Pegel abgesunken ist, und einer Steuerstation zur Steuerung der Bewegung und einer Operation jedes Bewegungsroboters durch Datenverbindung mit jedem Bewegungsroboter, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstation die Bewegungsroboter so steuert, daß mehrere Bewegungsroboter nicht gleichzeitig zu einer Ladestation bewegt werden, um den Ladevorgang durchzuführen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bewegungsroboter eine Bewertungseinrichtung aufweist, um zu beurteilen, ob die Batterie geladen werden muß oder nicht, indem die geladene Energie ermittelt wird, die verbraucht wird, während sich jeder Bewegungsroboter bewegt.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstation eine Sucheinrichtung aufweist, um die nächste Ladestation für jeden Bewegungsroboter auszusuchen und zu bezeichnen, die von derjenigen verschieden ist, die für einen anderen Bewegungsroboter benutzt wird, so daß jeder Bewegungsroboter zu der bezeichneten Ladestation bewegt wird, um einen Ladevorgang durchzuführen.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Sucheinrichtung in der Steuerstation, um die nächste Ladestation für einen Bewegungsroboter unter allen Ladestationen zu suchen, zu denen diejenigen nicht gehören, die für einen anderen Bewegungsroboter bestimmt sind, und eine Bestimmungseinrichtung, um die nächste Ladestation zu bestimmen, die von der Sucheinrichtung für einen Bewegungsroboter ausgesucht wird, so daß sich dieser Bewegungsroboter automatisch zu der bestimmten Ladestation bewegt, an der er einen Ladevorgang durchführt.