[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zum Anfahren eines fahrerlosen Transportfahrzeugs auf einer geneigten Transportfahrbahn gemäss dem Patentanspruch 1, auf eine Verwendung des vorgenannten Verfahrens gemäss den Patentansprüchen 9 und 10 sowie auf ein fahrerloses

Transportsystem gemäss dem Anspruch 11.

[0002] Der Erfindung liegt das Gebiet Sortiersysteme zu grunde. Sortiersysteme identifizieren in ungeordneter Reihen folge ankommendes, heterogen geformtes und vereinzeltes

Stückgut, beispielsweise Pakete (in Postämtern) , Gepäckstücke (in Flughafenterminals) oder Kommissionsware (in Versand häusern) , aufgrund vorgegebener Unterscheidungskriterien und verteilen sie auf festgelegte Ziele. Solche Sortiersysteme bestehen aus Sortieranlagen, die mit entsprechenden organi satorischen Abläufen und angepassten Betriebsstrategien, welche in zugehörigen Steuerungen bei den Sortieranlagen bzw. Sortiersystemen implementiert sind, die Systemfunktionalität der Sortiersysteme gewährleisten.

[0003] Die Sortieranlage stellt dabei den technischen Teil des Sortiersystems dar und besteht aus einem oder mehreren Sortern, welcher bzw. welche die Verteilung des Stückgutes auf die Ziele realisiert bzw. realisieren, sowie vor- und nachgeschalteten Funktionsbereichen, wie Zu- und Abförde rungen des Stückgutes.

[0004] Ein solcher Sorter selbst besteht aus einer Ein schleusung, einem Verteilförderer und End-/Zielstellen für das zu verteilende Stückgut. Sorter erreichen je nach Stück gutgewicht Sortierleistungen von Stückgut bis über 15.000 Stück/h. Übliche Maximalgewichte von Stückgut liegen bei ca. 20kg bis 60kg, bei einzelnen Sortiersystemen auch bis zu 150kg.

[0005] Bei technikorientierter Klassifizierung von Verteil förderern nach den Kriterien Belegungsart, Wirkprinzip einer Ausschleusung des Stückgutes und fördertechnisches Prinzip können insbesondere Verteilförderer mit einer Quergurt- bzw. Querbandtechnologie und einer Kippschalentechnologie, kurz Quergurtförderer bzw. Querbandsorter und Kippschalen förderer, unterschieden werden.

[0006] Ein Quergurtförderer bzw. Querbandsorter ist aus der Quelle [4] bekannt.

[0007] Anstelle von in einer geschlossenen Kette verbundenen Transportelementen werden zunehmend fahrerlose autonome Transportfahrzeuge eingesetzt wie sie als FTF, AGV oder als «mobile robots» bekannt sind:

[0008] FTF

Fahrerlose Transportfahrzeuge, Quelle [2];

[0009] AGV

Automated_guided_vehicle, Quelle [ 1 ] ; mobile robots

Quelle [ 3 ] .

[0011] Die vorgenannten Vehikel werden im Folgenden summa risch mit dem Begriff «fahrerloses Transportfahrzeuge FTF» oder kurz mit «FTF» bezeichnet.

Diese fahrerlosen Transportfahrzeuge erreichen im vorge nannten Einsatzgebiet Geschwindigkeiten bis etwa 3m/s. Unter besonderen Bedingungen sind für diese FTF auch höhere

Geschwindigkeiten vorgesehen. Die Streckenführung erfolgt raumgängig, zumeist horizontal. Anstelle von Kreuzungen werden sogenannte Überwerfungen angelegt, um einen möglichst kollisions- und staufreien Betrieb zu ermöglichen. In größeren Flughafen-Terminals sind für die fahrerlosen

Transportfahrzeuge mehrere Ebenen vorgesehen. Die vorge nannten Überwerfungen bzw. eine Fahrt von einer Ebene zu einer anderen Ebene bedingen, dass eine Höhendifferenz von bis zu 5m überwunden werden muss und zwar aufwärts wie ab wärts . [0012] Auch bei einer ausgeklügelten Regelung einer Vielzahl von solchen FTF kann ein Stillstand betrieblich nicht ausgeschlossen werden. Ist nun ein solches FTF auf einem geneigten Fahrbahnabschnitt, stellt dies beträchtliche

Anforderungen an die Leistung des Antriebs. Aus Kapazitätsg ründen der auf dem Fahrzeug befindlichen Batterie sowie auch aus wirtschaftlichen Gründen, kann die Leistung des Antriebs nicht einfach so erhöht werden, damit das Anfahren auf der geneigten Fahrbahn sichergestellt ist. Dabei ist ein

synchrones Wiederanfahren einer Vielzahl von solchen FTF von besonderer Bedeutung.

[0013] Die Dimensionierung des Antriebs eines fahrerlosen Fahrzeugen FTF erfordert eine komplexe Analyse. Bei der Auslegung eines Fahrzeugs, das auch Steigungen (=geneigte Fahrbahnabschnitte) in beiden Richtungen bewältigen soll, müssen verschiedene Last-Zustände berücksichtigt werden.

Dabei gibt es Situationen, die zwingend beherrscht werden müssen :

Der überwachte Sicherheitsbereich muss gleich dem maximal erlaubtem Bremsweg mit Beladung entsprechen und zwar auch abwärts .

Kinematische Anforderungen, die mit dem gewählten Antrieb beherrscht werden müssen wie zB eine Mindest-Steigung bei nominaler Geschwindigkeit eine Mindest-Beschleunigung .

[0014] Aus diesen Eckdaten wird sich ggf ein Antrieb erge ben, der die Bedingung erfüllt, aber in einzelnen Situationen an seine Grenzen stoßen würde wie zB Anhalten auf einem geneigten Fahrbahnabschnitt (Anhalten in einer Steigung) und Wiederanfahren in im vorgenannten Fahrbahnabschnitt.

[0015] In FIG 5 ist ein Ablaufdiagramm zur Dimensionierung eines Antriebs für ein FTF zum Anfahren in einer Steigung dargestellt .

[0016] Die üblichen Maßnahmen wie Reduzierung der Steigung, Erhöhung der Leistungsreserve im Antrieb, Reduzierung der Zuladung sind entweder unpraktikabel oder mit einem erheb lichen Mehraufwand verbunden, der wirtschaftlich nicht trag bar ist.

[0017] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren für das Anfahren eines fahrerlosen Transportfahrzeuges auf einer geneigten Transportfahrbahn anzugeben, ohne dass der Antrieb überdimensioniert werden muss und ohne dass massive Einschränkung für das Layout der Fahrbahnen hingenommen werden müssen.

[0018] Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben .

[0019] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anfahren eines fahrerlosen Transportfahrzeugs FTF auf einer geneigten

Transportfahrbahn beruht auf einem FTF, das

Mittel aufweist, um die Neigungsrichtung der Transport fahrbahn relativ zum Transportfahrzeug zu detektieren und das steuerbare Lenkantriebe aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich aus durch die Verfahrensschritte :

i) zum Anfahren werden die Lenkantriebe aufgrund der detek- tierten Neigungsrichtung so angesteuert, dass das Transport fahrzeug in einer zur Neigungsrichtung verschiedenen Richtung anfährt ;

ii) nach Erreichen einer vorgegebenen Minimalgeschwindigkeit des fahrerloses Transportfahrzeuges werden die Lenkantriebe so gestellt, dass das Transportfahrzeug in der Neigungs richtung weiterfährt.

[0020] Aus diesem erfindungsgemäßen Verfahren können sich die folgend aufgeführten Vorteile zusätzlich ergeben.

[0021] Das Anfahren in einer Anfahrrichtung mit einem

Anfahrrichtungswinkel relativ zur Neigungsrichtung kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen, die entsprechend dem

Einsatzgebiet frei gewählt werden können: [0022] i) Ein FTF braucht seine Ausrichtung relativ zur

Neigungsrichtung beim Wiederanfahren nicht zu ändern, da die Lenkantriebe eines FTF sich von einer Grundposition um mindestens ±90° drehen lassen. Ein größerer Dreh bereich ist nicht erforderlich, da dies mit einer

Richtungsänderung der Antriebsräder der Lenkantriebe erreicht werden kann. Somit kann das FTF nach Drehen der Lenkantriebe um den vorgesehenen Anfahrrichtungswinkel relativ zur Neigungsrichtung und entsprechender Beauf schlagung der Antriebsräder mit einem Drehmoment Anfahren ohne die Ausrichtung des FTF zu ändern, das gilt dann auch später beim Übergang des Fahrens zur Neigungs richtung .

[0023] ii) Aufgrund der freien Einsteilbarkeit der Lenk antriebe ist es jedoch auch möglich, dass das FTF vor dem Anfahren sich um einen vorgegebenen Anfahrrichtungswinkel relativ zur Neigungsrichtung dreht. Diese Drehung kann erreicht werden durch eine Betätigung der Lenkantriebe und ihrer zugehörigen Räder als ein virtuelles

Differentialgetriebe. Diese Drehung kann man sich auch vorstellen mit einem Raupenfahrzeug, dessen Raupen in entgegengesetzter Richtung betätigt werden. Für diesen Fall weist das Fahrerlose Transportfahrzeuge vorzugsweise 4 Stützrollen an den Ecken (unter Annahme eines rechteck förmigen Grundrisses) auf und zwei parallel angeordnete Lenkantriebe in der Mitte. Durch gegenläufige Beauf schlagung der Antriebsräder mit einem Drehmoment ergibt sich ein entsprechender Anfahrrichtungswinkel bzw diese gegenläufige Beaufschlagung entspricht dem vorstehend erwähnten virtuellen Differentialgetriebe.

[0024] Mit dem Erreichen einer Minimalgeschwindigkeit er reicht das FTF eine entsprechende kinetische Energie, so dass ein Richtungswechsel zur Neigungsrichtung eingeleitet werden kann. Dadurch braucht die Antriebsleistung für das Anfahren in einer Steigung nicht erhöht zu werden. Jedes Anfahren be inhaltet sogenannte Losbrechmomente wie zB Walkarbeit, tempo räre Abplattung der Standfläche. Sobald diese Losbrechmomente überwunden sind und eine vorgegebene Minimalgeschwindigkeit in einem Anfahrrichtungswinkel relativ zur Neigungsrichtung erreicht wird, werden die Antriebselemente so gestellt, dass das FTF in Neigungsrichtung weiterfährt. Dieser Richtungs- _W echsel quer zu Neigungsrichtung erfolgt vorzugsweise konti nuierlich. Die vorgegebene Minimalgeschwindigkeit liegt vorzugsweise im optimalen Drehzahlbereich der Motoren.

[0025] Der vorgenannte Anfahrrichtungswinkel relativ zur Neigungsrichtung liegt bevorzugt in einem Bereich von 90° bis etwa 45°. Ein Anfahrwinkel im Bereich 90° bis etwa 110° macht durchaus Sinn. Das Anfahren wird dadurch erleichtert, als in dieser Richtung die Gravitation zusätzlich als Beschleuni gungskomponente wird. Die vorgenannten 90° bis etwa 110° sind äquivalent zu einer Drehung um -90° bis etwa -70° verbunden mit einer Richtungsänderung der Antriebsräder.

[0027] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:

[0028] Figur 1 Darstellung mehrerer fahrerloser

Fahrzeuge längs einer geneigten Transportfahrbahn;

[0029] Figur 2 Beispiel zur Disposition von Antriebs

elementen und Stützrollen eines FTF für die Durch führung des Verfahrens auf einer geneigten Transport fahrbahn;

[0030] Figur 3 Bewegungsablauf zum Anfahren auf einer geneigten Transportfahrbahn ohne Änderung der Aus richtung der fahrerlosen Fahrzeuge;

[0031] Figur 4 Bewegungsablauf zum Anfahren auf einer geneigten Transportfahrbahn mit einer Änderung der Ausrichtung der fahrerlosen Fahrzeuge;

[0032] Figur 5 Ablaufdiagramm zur Dimensionierung eines

Antriebs für ein FTF zum Anfahren auf einer geneigten Transportfahrbahn .

[0033] FIG 1 zeigt eine Darstellung mehrerer fahrerloser Fahrzeuge längs einer Transportstrecke mit einem geneigten Transportfahrbahnabschnitt . Die Steigung des geneigten

Transportfahrbahnabschnittes ist definiert durch den

Neigungswinkel bzw. Steigungswinkel a und die zu über windende Höhe h für eine Überwerfung anstelle einer Kreuzung oder für die Fahrt auf eine andere Transportebene. Ein typischer Wert für die Höhe h liegt bei etwa 5m und für den Neigungswinkel a in einem Bereich von etwa 8° bis 20°. Die dargestellte Mehrzahl der FTF soll auch zeigen, dass bei einem betrieblich bedingten Halt, nicht nur mehrere einzelne Fahrzeuge in einer Steigung wieder anfahren müssen, sondern dass eine Mehrzahl von FTF über einen grösseren Transport fahrbahnabschnitt 1, 1' synchron anfahren muss. Ohne syn chrones Anfahren ergibt sich eine ganz erhebliche Reduktion des Durchsatzes von zu transportierenden Stückgütern. Dieses Phänomen ist im Strassenverkehr hinlänglich bekannt bei einer sogenannten Stauauflösung. In FIG 1 ist die horizontale

Transportrichtung d und die geneigte Transportrichtung d' je hervorgehoben. Die fahrerlosen Transportfahrzeuge 10 tragen je ein Stückgut 11. Diese Stückgüter sind in aller Regel verschieden schwer und verschieden gross und somit nicht von gleicher Dimension, wie dies der FIG 1 entnommen werden könnte. Jedes Transportfahrzeug 10 weist Lenkantriebe 12 bzw. Antriebsräder 12 und Stützrollen 13 mit je einer Drehachse 16 auf. Lenkantriebe 12 bzw. Antriebsräder 12 und Stützrollen 13 sind bezüglich des Transportfahrzeuges 10 für die Transport richtungsvorgabe drehbar. Mit 1 bzw. 1' ist eine horizontale bzw. geneigte Transportfahrbahn bezeichnet.

[0034] FIG 2 zeigt den Grundriss eines fahrerlosen Trans portfahrzeuges 10 mit Lenkantrieben 12 und Stützrollen 13. Diese Anordnung ist rein beispielhaft, in der Quelle [2] sind weitere Anordnungen gezeigt, beispielsweise vier Stützrollen 13 an den Ecken des FTF und zwei gegenüberliegend angeordnete Antriebsrollen 12 im Innern des rechteckigen Grundrisses eines FTF.

[0035] In FIG 3 ist der Bewegungsablauf für das Anfahren in auf einer geneigten Transportfahrbahnstrecke 1 ' ohne wesent liche Änderung der Ausrichtung des FTF längs einer Bewegungs spur s gezeigt. Der Anfahrrichtungswinkel ß (für die Be wegungsspur s in FIG 3 nicht dargestellt) beträgt 90° ent sprechend Anfahren quer zur Neigungsrichtung. Die Richtungs achse 14 des FTF verbleibt im Wesentlichen parallel zur

Neigungsrichtung d'. Wesentlich bedeutet hier, dass diese Parallelität bis auf dynamische Effekte stets erhalten bleibt. Die Fahrbahnbreite wird mit der Grösse B angegeben und die Fahrzeugbreite mit der Grösse b.

Es wird angenommen, dass ein FTF in der Position 10' anhalten musste. Für das Anfahren werden die Lenkantriebe 12 um 90° gedreht und anschliessend das Antriebsrad durch eine Steue rung von einem Motor angetrieben, so dass sich das FTF zu nächst quer zur Neigungsrichtung d' bewegt. Nach Erreichen einer vorgegebenen Minimalgeschwindigkeit werden mindestens die Antriebselemente 12 etwas gedreht, so dass die weitere Bewegung des TFT in eine Position 10' ' erfolgt - das FTF befährt einen Bogen s und beim Erreichen der Richtung d' werden die Antriebselemente so gestellt, dass das FTF

geradeaus in Richtung d' weiterfährt, vgl Position 10'''.

In der FIG 3 ist rein beispielhaft zusätzlich eine Bewegungs spur s" gezeigt, bei der der Anfahrrichtungswinkel ß etwa 60° beträgt .

[0036] In FIG 4 ist der Bewegungsablauf für das Anfahren auf einer geneigten Transportfahrbahn 1 ' mit einer Änderung der Ausrichtung des FTF gezeigt, die Ausrichtung des FTF ist mit der Richtungsachse 14 angegeben. Die Fahrbahnbreite wird wiederum mit der Grösse B angegeben und die Fahrzeugbreite mit der Grösse b. Der Rand der Fahrbahn soll nicht so ver standen werden, dass hier eine Wand vorhanden ist, analog der Situation bei Überlandstrassen, wo am Strassenrand keine Leitplanken oder Mauern vorgesehen sind. Dieses Fehlen von Leitplanken oder Wänden ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung wichtig beim Drehen des fahrerlosen Fahrzeugs:

Beim Drehen können die Ecken des Fahrzeugs 10 sich auch ausserhalb der Fahrbahnstreifen der Fahrbahnbreite B befin den. Auch bei einem Bewegungsablauf mit Änderung der Aus richtung eines FTF ist ein Anfahren mit einem Anfahr

richtungswinkel ß ungleich 90° möglich (nicht in FIG 4 dargestellt) .

[0037] Fahrerlose Transportsysteme FTS sind innerbetrieb liche, flurgebundene Fördersysteme mit automatisch gesteuer ten Fahrzeugen, deren primäre Aufgabe der Materialtransport, nicht aber der Personentransport ist. FTS bestehen im Wesent lichen aus folgenden Komponenten (so zitiert aus [2]) :

einem oder mehreren fahrerlosen Transportfahrzeugen einer Leitsteuerung;

Einrichtungen zur Standortbestimmung und Lageerfassung;

Einrichtungen zur Datenübertragung.

Die FTF werden von einer zentralen Steuerung geführt und für die Navigation stehen zentrale wie auch Fahrzeug-residente Mittel zur Verfügung. Zwar ist die Topologie einer

Transportfahrbahn 1, 1' in der Leitsteuerung speicherbar, zweckmässigerweise ist jedoch vorgesehen, dass ein jedes FTF das mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren quer zur

Steigungsrichtung anfährt, Mittel aufweist, um die

Neigungsrichtung d' zu detektieren. In der FIG 1 ist eine homogene Neigung mit dem konstanten Neigungswinkel a ge zeigt. In der Realität können verschiedene Neigungswinkel a', a'', ... auftreten. Für die sogenannte Grunddimensionie rung der Antriebe eines FTF wird ein maximal zulässiger

Neigungswinkel a _max festgelegt, der bei der Disposition einer Sorter- bzw. Transportanlage strikt einzuhalten ist. Die vorgenannten verschiedenen Neigungswinkel a', a' ' müssen dabei den Bedingungen

a ' < a _max und a' ' < a _max

genügen .

Zusätzlich können diese fahrzeugresidenten Mittel, also

Lagesensoren, auch noch den Neigungswinkel a detektieren.

Die Detektion der Neigungsrichtung d' ist wichtig, damit die Lenkantriebe 12 vor oder beim Anfahren in jene Position gebracht werden, damit das FTF in einem Anfahrrichtungswinkel ß zur Neigungsrichtung d' anfahren kann. Die erforderliche Genauigkeit der Detektion der Neigungsrichtung d' ist bei der Leitsteuerung nicht in jedem Fall sichergestellt, da jene Daten als Anlagedaten gespeichert sind und keine Echtzeit daten beinhalten.

[0038] Die vorliegende Erfindung kann auch für folgenden Ausnahmefall verwendet werden:

Es kann nicht verhindert werden, dass auch relativ kleine Hindernisse von einigen wenigen Zentimetern auf einer

Transportfahrbahn 1 spontan auftreten. Wird nun ein FTF von einem solchen kleinen Hindernis blockiert und wird das normale Anfahren in Transportrichtung d dadurch verhindert, kann die lokale Steuerung eines FTF das Anfahren in einem vorgegebenen Anfahrrichtungswinkel ß zur Transportrichtung d initiieren. Durch das Drehen der Antriebselemente 12 um den Anfahrrichtungswinkel ß relativ zur Transportrichtung d kann dadurch das betreffende Hindernis umfahren werden. [0039] Ein Anfahrrichtungswinkel ß im Bereich von 90° bis etwa 110° ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die

Gravitation das Anfahren unterstützt. Anstelle eines

Anfahrrichtungswinkel ß von 90° bis etwa 110° kann auch ein Anfahrrichtungswinkel ß im Bereich von etwa -70° bis -90° vorgesehen werden unter gleichzeitiger Einstellung einer Umkehr der Antriebsräder 12.

[0040] Das synchrone Anfahren einer Mehrzahl von FTF kann wie folgt ausgestaltet sein:

Da jedes FTF Mittel aufweist, um um die Neigungsrichtung d' der Transportfahrbahn 1' relativ zum Transportfahrzeug 10 zu detektieren und somit auch Mittel aufweist um den

Neigungswinkel a der Transportbahn 1 ' zu detektieren, kann vorgesehen werden, dass jene FTF, die sich auf einer

horizontalen Transportfahrbahn befinden, normal anfahren, also mit einem Anfahrtsrichtungswinkel ß = 0.

[0041] Bedingt durch temporäre Umbauten in einem Fahrerlosen Transportsystem kann der Fall auftreten, der detektierte Neigungswinkel a grösser ist als der aufgrund der Dimensio nierung der Leistung für die Lenkantriebe maximal zulässige Neigungswinkel ist. Dazu wird der detektierte Neigungswinkel a mit dem für den Antrieb der Lenkantriebe maximal zulässi gen Neigungswinkel verglichen. Falls der detektierte

Neigungswinkel a oberhalb des maximal zulässigen Neigungs winkel liegt, werden nach dem Anfahren die Lenkantriebe 12 so angesteuert, dass das fahrerlose Fahrzeug mäanderförmig so lange weiterfährt, bis der detektierte Neigungswinkel a unterhalb des maximal zulässigen Neigungswinkels liegt. Liste der Bezugszeichen , Glossar

I Transportstrecke, Transportfahrbahn

1' geneigte Transportstrecke, geneigte Transportfahrbahn 10 Fahrerloses Transportfahrzeug FTF

10', 10'', 10''', 10'''' sukzessive Positionen eines FTF beim Anfahren in einer Steigung

II Stückgut

12 Lenkantrieb, angetriebenes Rad, Antriebselement

13 Stützrolle, drehbare Stützrolle

14 Richtungsachse des Transportfahrzeugs

15 Drehachse eines Lenkantriebs oder einer Stützrolle

16 Radachse eines angetriebenen Rades 12 oder eines Rades 13 a Steigungswinkel; Neigungswinkel

ß Anfahrrichtungswinkel relativ zur Neigungsrichtung

B Fahrbahnbreite

b FTF-Breite

d Transportrichtung

d' Transportrichtung in einer Steigung, Neigungsrichtung h Höhe

s Bewegungsspur beim Anfahren in einer Steigung

s" Bewegungsspur beim Anfahren in einer Steigung mit einem Anfahrrichtungswinkel ß < 90°

FTF Fahrerloses Transportfahrzeug

FTS Fahrerloses Transportsystem

Liste der zitierten Dokumente und Referenzen

[ 1 ] AGV

https : //en . wikipedia . org/wiki/Automated guided vehicle

[2] FTF

https : //de . wikipedia . org/wiki/Fahrerloses Transportfahrzeug

[3] mobile robots

https : //en . wikipedia . org/wiki/Mobile robot

[4] Quergurtsorter

https : //de . wikipedia .org/wiki/Quergurtsorter