Die Erfindung betrifft ein schienengeführtes Robotersystem.

Aus DE 10 2017 215 166 ist ein solches schienengeführtes Robotersystem be kannt. Es weist ein Schienensystem auf, auf dem ein Roboter zur Manipulation mit Hilfe einer Fortbewegungsvorrichtung verfahren werden kann. Hierbei weist das Schienensystem einen geknickten Verlauf und insbesondere eine Kreuzung auf. Die Fortbewegungsvorrichtung kann an einer Kreuzung in verschiedene Richtungen bewegt werden. Nachteilig bei diesem Robotersystem ist, dass sich das Überfahren von Schienenkreuzungen durch die Fortbewegungsvorrichtung schwierig gestalten kann. Zudem benötigen die Schienen durch ihre breite Lauf fläche viel Material und weisen hierdurch eine große abzustützende Masse auf.

Aufgabe der Erfindung ist es dem gegenüber, ein schienenbasiertes Robotersys tem bereitzustellen, das einen zuverlässigeren Betrieb und die Verwendung von schlankeren Schienenprofilen ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Robotersystem ge mäß Anspruch 1.

Das erfindungsgemäße Robotersystem weist ein Schienensystem auf, das an mindestens einer Stelle einen geknickten Verlauf und insbesondere eine Kreu zung aufweist. Ferne weist das Robotersystem mindestens eine Fortbewegungs vorrichtung mit einem Antrieb auf. Dieser kann beispielsweise eine Vielzahl von angetriebenen Rollen aufweisen. Die Fortbewegungsvorrichtung wirkt derart mit dem Schienensystem zusammen, dass sie auf dem geknickten Verlauf des Schienensystems verfahren werden kann.

Mit der Fortbewegungsvorrichtung kann ein Verbindungselement verbunden sein, das wiederum mit einem Manipulator und/oder einer Sensorvorrichtung und/oder einer Beleuchtungsvorrichtung und/oder einer Aufzeichnungsvorrich tung verbindbar ist. Andere Vorrichtungen sind ebenfalls in Abhängigkeit von der durchzuführenden Aufgabe des Roboters möglich.

Erfindungsgemäß weist das Robotersystem mehrere Schienen auf, wobei jede Schiene zwei insbesondere im Querschnitt L-förmige Profile aufweist, zwischen denen ein durchgehender Spalt verläuft. Durch diesen Spalt kann das Verbin dungelement geführt werden.

Der Antrieb weist mehrere angetriebene Rollen zum Verfahren der Fortbewe gungsvorrichtung entlang einer Schiene auf.

Die Rollen liegen auf der Oberseite jeweils einer im Wesentlichen waagerecht verlaufenden Lauffläche der beiden Profile auf.

Das Schienensystem weist erfindungsgemäß mindestens eine Kreuzung auf, an der sich mindestens zwei Schienen in einem Winkel zueinander treffen.

Erfindungsgemäß weist die Fortbewegungsvorrichtung mindestens eine insbe sondere nicht angetriebene Stützrolle auf, die in Richtung der Schienen derart angeordnet ist, dass sie die Fortbewegungsvorrichtung gegen die Schwerkraft richtung abstützt, wenn mindestens eine angetriebene Rolle, insbesondere im Bereich einer Schienenkreuzung, nicht auf einer ersten Schiene aufliegt, son dern in dem Spalt einer diese erste Schiene kreuzenden zweiten Schiene ange ordnet ist. Erfindungsgemäß kann somit vermieden werden, dass eine oder mehrere ange triebene Rollen beim Überqueren einer Schienenkreuzung durch die Fortbewe gungsvorrichtung in den Spalt der zu kreuzenden Schiene fallen. Beim Überfah ren einer Kreuzung ist es immer notwendig, den Spalt einer zu kreuzenden Schiene zu passieren, da dieser Spalt auch im Bereich einer Kreuzung durchge hend verlaufen muss, damit das Verbindungselement der Fortbewegungsvor richtung durch diesen Spalt verlaufen kann und unterhalb des Schienensystems an dem Verbindungselement ein Manipulator oder ähnliche Vorrichtungen an gebracht sein können. Um zu vermeiden, dass eine oder mehrere angetriebene Rollen im Bereich einer Schienenkreuzung in den Spalt der zu kreuzenden Schiene fallen, wird die Fortbewegungsvorrichtung somit erfindungsgemäß ent gegen der Schwerkraft durch mindestens eine weitere Stützrolle abgestützt. Diese Rolle kann eine angetriebene oder nicht angetriebene Rolle sein. Diese muss keine Antriebsaufgaben erfüllen und kann somit kostengünstig als nicht angetriebene Rolle ausgebildet sein. Unter einer zu kreuzenden Schiene wird eine Schiene verstanden, die in einem Winkel, insbesondere in einem rechten Winkel, zu der Schiene verläuft, auf der sich die Fortbewegungsvorrichtung ge rade bewegt.

Es ist bevorzugt, dass der Abstand zwischen einer insbesondere nicht angetrie benen Stützrolle und ihrer zwei benachbarten insbesondere angetriebenen Rol len größer ist, als die Breite des Spalts, über den die Fortbewegungsvorrichtung im Bereich einer Schienenkreuzung verfährt. Hierdurch kann erreicht werden, dass die insbesondere angetriebene Rolle und die benachbarte nicht angetrie bene Stützrolle nicht gleichzeitig in diesen Spalt fallen können.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass zwischen jeweils zwei angetriebenen Rollen mindestens eine, insbesondere zwei, nicht angetriebene Stützrollen angeordnet sind. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Fortbewegungsvorrichtung im Wesentlichen rechteckig, insbesondere quadratisch, ausgebildet ist und an jeder Ecke min destens eine angetriebene Rolle angeordnet ist.

In dieser Ausführungsform ist es weiterhin bevorzugt, dass die angetriebenen Rollen an den vier Ecken jeweils um ihre Hochachse um mindestens 90° drehbar sind. Hierdurch ist es möglich, bei einer rechteckigen Fortbewegungsvorrichtung lediglich vier angetriebene Rollen vorzusehen. Trotzdem kann die Fortbewe gungsvorrichtung durch diese vier Rollen in alle Richtungen auf dem Schienen system verfahren werden. Hierzu werden die vier Rollen um 90° gedreht, wenn sich die Fortbewegungsvorrichtung mittig auf einer Schienenkreuzung befindet, so dass die Fortbewegungsvorrichtung nach der Kreuzung auf einer anderen Schiene weiterfahren kann, als derjenigen Schiene, auf der sie an der Kreuzung angekommen ist.

In einer alternativen Ausführungsform können an jeder Ecke zwei angetriebene Rollen in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sein. In dieser Ausfüh rungsform ist es nicht notwendig, die Rollen im Bereich einer Kreuzung um 90° zu drehen. Vielmehr sind die Rollen mindestens einer Fahrtrichtung in Schwer kraftrichtung nach oben und unten bewegbar. Befindet sich die Fortbewegungs vorrichtung mittig auf einer Kreuzung, werden diejenigen Rollen, auf denen die Fortbewegungsvorrichtung beim Ankommen an dieser Kreuzung nicht gefahren ist, heruntergefahren, so dass sich die Fortbewegungsvorrichtung auf diese Rol len aufstützen kann. Die in einem rechten Winkel hierzu befindlichen Rollen, auf denen die Fortbewegungsvorrichtung an der Kreuzung angekommen ist, verlie ren dadurch den Kontakt zu den Schienen, so dass die Fortbewegungsvorrich tung auf den anderen Rollen, die nun in Kontakt mit dem Schienensystem sind, auf der kreuzenden Schiene weiterfahren kann. Alternativ werden die Rollen, auf denen die Fortbewegungsvorrichtung beim Ankommen an dieser Kreuzung gefahren ist, angehoben, so dass sie den Kontakt zu den Schienen verlieren, während gleichzeitg die in einem rechten Winkel hierzu befindlichen Rollen in Kontakt mit dem Schienensystem kommen, so dass die Fortbewegungsvorrich tung auf der kreuzenden Schiene weiterfahren kann.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann an jeder Ecke eine ange triebene Rolle schräg, das heißt im Wesentlichen parallel zu einer Diagonalen der rechteckigen Fortbewegungsvorrichtung angeordnet sein. Dabei müssen omnidirektionale Rollen (z.B. Omniwheels) verwendet werden.

In den drei zuletzt beschriebenen Ausführungsformen muss die Fortbewegungs vorrichtung nicht zwingend rechteckig ausgebildet sein. Die Vorrichtung selbst kann auch andere Formen aufweisen. Allerdings sind die Rollen in Form eines Rechtecks angeordnet.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Schienensystem ausschließlich aus Schie nenkreuzungen besteht, die in gleichbleibenden Abständen zueinander ange ordnet sind. Hierdurch ist ein sehr einfacher Aufbau des Schienensystems mög lich, weicheres der Fortbewegungsvorrichtung ermöglicht, den Roboter zu einer beliebigen Position auf dem Schienensystem zu fahren.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die mittleren Rollen einen gerin geren Durchmesser auf als die außenliegenden Rollen. Hierdurch kann eine grö ßere Spaltbreite realisiert werden verglichen zu einem System mit gleich großen Rollen.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor richtung, Figuren 2A - 2F das Verfahren dieser Ausführungsform auf einer Schienen kreuzung,

Figur 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor richtung,

Figur 4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor richtung,

Figur 5 eine bevorzugte Ausführungsform eines Schienensystems.

Figur 6 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform ei nes Schienensystems von unten

Figuren 7a und 7b zwei weitere Ansichten von Ausführungsformen eines erfin dungsgemäßen Robotersystems von der Seite.

In Figur 1 ist ein Teil eines Schienensystems 12 dargestellt, in dem sich eine erste Schiene 26 und eine zweite Schiene 28 in einem rechten Winkel kreuzen. Beide Schienen weisen einen mittigen Spalt 24 auf, durch den mit Hilfe eines Verbindungselements die Fortbewegungsvorrichtung 14 mit einem nicht darge stellten Manipulator oder ähnlichen Elementen verbunden sein kann. Diese kön nen in einem Bereich in Schwerkraftrichtung unter dem Schienensystem Mani pulationen etc. vornehmen.

Gemäß Figur 1 weist die Fortbewegungsvorrichtung 14 an jeder Ecke eine an getriebene Rolle 16, 18, 20, 22 auf. Zwischen jeweils zwei angetriebenen Rollen 16, 22 befinden sich zwei nicht angetriebene Rollen 50a, 50b. In Figur 2 ist dargestellt, wie die Fortbewegungsvorrichtung 14 eine Schienen kreuzung 13 passiert.

In Figur 2A nähert sich die Fortbewegungsvorrichtung 14 von unten kommend der Schienenkreuzung 13. Die angetriebenen Rollen 16, 18, 20, 22 sind in senk rechter Richtung angeordnet und stützen die Fortbewegungsvorrichtung 14 in Schwerkraftrichtung auf der senkrecht verlaufenden Schiene 28 ab.

In Figur 2B befinden sich die angetriebenen Rollen 16, 18 im Spalt 24 der zu kreuzenden waagerecht verlaufenden Schiene 26. Sie können somit in diesem Bereich die Fortbewegungsvorrichtung 14 nicht entgegen der Schwerkraft ab stützen. Dies geschieht durch die nicht angetriebenen Rollen 50a, 50b, 54a, 54b, die in dieser Situation Kontakt zur senkrecht verlaufenden Schiene 28 ha ben. Die anderen vier nicht angetriebenen Rollen 56a, 56b, 52a, 52b befinden sich hierbei im Bereich des Spalts 24 der senkrechtverlaufenden Schiene 28.

Sofern sich die nicht in Fahrtrichtung befindlichen Rollen stets im Bereich des Spalts 24 befinden, müssen sie nicht in senkrechter Richtung hoch und runter bewegt werden, wenn der Spalt eine ausreichende Breite aufweist. Sofern aller dings der Spalt so schmal ist, dass sich die nicht in Fahrtrichtung orientierten Rollen nicht im Bereich des Spalts befinden, hätten diese Kontakt mit den Lauf flächen, auf denen die Vorrichtung verfahren wird. In diesem Fall müssten die nicht angetriebenen Rollen nach oben verfahren werden.

Es ist bevorzugt, dass die Größe einer nicht angetriebenen bzw. der Abstand zwischen zwei benachbarten nicht angetriebenen Rollen derart gewählt ist, dass sämtliche nicht angetriebene Rollen auf einer Seite der Fortbewegungsvorrich tung in die Breite des Spalts 24 passen. In Figur 2C befindet sich die Fortbewegungsvorrichtung 14 mittig auf der Schie nenkreuzung 13. In dieser Position werden die angetriebenen Rollen 16, 18, 20, 22 um 90° gedreht.

In den Figuren 2D - 2F wird nun die Fortbewegungsvorrichtung 14 in einer Rich tung nach rechts auf der kreuzenden Schiene 26 verfahren.

Eine alternative Ausführungsform ist in Figur 3 dargestellt. Hier weist die Fort bewegungsvorrichtung 14 an jeder Ecke zwei in einem rechten Winkel zueinan der angeordnete Rollen 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b, 22a, 22b auf. Wenn die Fortbewegungsvorrichtung 14 auf der senkrechten Schiene 28 verfährt, stützt sie sich auf die Rollen 16a, 18a, 20a, 22a. Wenn sich die Fortbewegungsvorrich tung 14 mittig auf der Schienenkreuzung 13 befindet, werden diese Rollen ge gen die Schwerkraftrichtung nach oben gefahren. Die in einem rechten Winkel hierzu verlaufenden angetriebenen Rollen 16b, 18b, 20b, 22b werden in Schwerkraftrichtung nach unten gefahren, so dass sie den Kontakt mit der waa gerechten Schiene 26 kommen, auf der nun die Fortbewegungsvorrichtung 14 von der Kreuzung weg weiterverfährt.

Eine weitere alternative Ausführungsform ist in Figur 4 dargestellt. In dieser ist an jeder Ecke der Fortbewegungsvorrichtung 14 eine angetriebene Rolle 16, 18, 20, 22 schräg angebracht. Hierbei befinden sich die angetriebenen Rollen 16 und 20 in einem Winkel parallel zur zweiten Diagonalen b, während sich die angetriebenen Rollen 18 und 22 in einem Winkel parallel zur ersten Diagonalen a befinden. Bei den angetriebenen Rollen in dieser Ausführungsform handelt es sich um Omniwheels.

In Figur 5 wird eine besondere Ausführungsform eines Schienensystem 12 dar gestellt, das ausschließlich aus Schienenkreuzungen 13 besteht, die in gleich bleibenden Abständen zueinander angeordnet sind. In Figur 6 ist eine erfindungsgemäße Fortbewegungsvorrichtung 14 auf einem Schienensystem perspektivisch von unten dargestellt. Es ist eine Haltevorrich tung 15 dargestellt, die an der unteren Seite der Fortbewegungsvorrichtung 14 angebracht ist und durch die die Fortbewegungsvorrichtung 14 beispielsweise mit einem Manipulator verbunden sein kann. Die Dimensionen der Haltevorrich tung sind derart gewählt, dass sie durch den Spalt 24 hindurchgeführt werden kann.

In den Figuren 7a und 7b sind Ausführungsformen einer Fortbewegungsvorrich tung 14 dargestellt, wobei in Figur 7a die Rollen an allen vier Seiten angehoben und abgesenkt werden können, während gemäß Figur 7b die Rollen nur an zwei gegenüberliegenden Seiten angehoben und abgesenkt werden können, so dass sich beim Richtungswechsel die gesamt Plattform anhebt bzw. sich senkt.