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Die Erfindung betrifft einen Laderoboter zum automatischen Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen einer dem Laderoboter zugeordneten, fahrzeugexternen ersten Anschlusseinrichtung, die mit einem Ladekabel zum Koppeln mit einer Stromquelle verbunden ist, und einer zweiten Anschlusseinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Dabei weist der Laderoboter ein Gehäuse, einen Träger zum Halten der ersten Anschlusseinrichtung und eine Fahreinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, den auf einem Untergrund positionierten Laderoboter auf dem Untergrund zu fahren und dabei gegenüber dem Untergrund in Bewegungsrichtungen zu bewegen, die zumindest zum Teil parallel zum Untergrund gerichtet sind. Weiterhin umfasst der Laderoboter eine Steuereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Fahreinrichtung derart anzusteuern, dass der Laderoboter um eine senkrecht zum Untergrund ausgerichtete Drehachse des Laderoboters rotierbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines Laderoboters.
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Typischerweise werden Elektrofahrzeuge beziehungsweise deren Energiespeicher, zum Beispiel Hochvoltbatterien, über ein Ladekabel geladen, welches der Fahrer in eine Ladebuchse am Fahrzeug einführt. Das Ladekabel ist dabei mit einer Stromquelle verbunden, die verschiedenste Ausprägungen annehmen kann. Üblich sind Ladestationen am Straßenrand, im Parkhaus, für die Montage in der Garage oder mobile Stationen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, ein Ladekabel mit einem Ladestecker, der vorliegend als erste Anschlusseinrichtung bezeichnet wird, automatisiert mittels eines Laderoboters in eine entsprechende Ladebuchse am Fahrzeug einzustecken. Solche Laderoboter können im Allgemeinen auch als fahrbare automatische Ladesysteme bezeichnet werden. Fahrende Roboter stellen dabei eine Ladeverbindung zum Fahrzeug her, indem sie mithilfe einer Hubmechanik eine Steckverbindung herstellen.
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Ein Beispiel für einen solchen Laderoboter ist zum Beispiel in der
DE 10 2019 122 158 A1 beschrieben. Um den Roboter zu bewegen beziehungsweise zu fahren, weist dieser Räder auf, beispielsweise zwei um eine gemeinsame Drehachse drehbar befestigte Räder, sowie zusätzliche Hilfsräder, die nicht antreibbar sind. Durch nur zwei angetriebene Räder kann der Roboter auch auf der Stelle drehen und ist daher sehr wendig. Weiterhin kann der Laderoboter eine Lidar-Einrichtung aufweisen, um sein Umfeld zu erfassen. Dadurch kann der Laderoboter selbsttätig unter das Fahrzeug navigieren, bis er eine bestimmte Position relativ zur Fahrzeugeinheit erreicht hat. Anschließend wird die Hubeinrichtung ausgefahren, bis der Kontaktabschnitt und der Gegenkontaktabschnitt elektrisch übertragend verbunden sind.
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Aktuelle automatische Systeme müssen zum Beispiel eine Mechanik zum Ausgleich von Parkungenauigkeiten, insbesondere innerhalb der x-y-Bodenebene, d.h. parallel zum Boden bzw. Untergrund, sowie bezüglich der Drehung um die z-Achse, d.h. senkrecht zum Untergrund, aufweisen, um eine exakte Positionierung der fahrzeugseitigen Steckerbuchse sowie des infrastrukturseitigen Steckers zu gewährleisten. Eine solche Mechanik zum Ausgleich von Parkungenauigkeiten benötigt zusätzlichen Bauraum und erhöht aufgrund der Vielzahl an beweglichen Bauteilen die Ausfallraten und führt vermehrt zu Defekten. Ebenso ist die Anfälligkeit gegen Schmutz und weitere Umwelteinflüsse erhöht. Die nötigen Komponenten stellen zudem einen erhöhten Kostenaufwand dar. Zudem besteht eine erhöhte Verletzungsgefahr, zum Beispiel durch Einklemmen, bei einer zusätzlichen Positioniermechanik. Der Antrieb sowie die Lenkung eines Roboters, welcher jeden Punkt innerhalb der x-y-Bodenebene erreichen können sollte, werden oft mit unidirektionalen Rädern oder anderen lenkbaren Antrieben umgesetzt, die sehr aufwendig sind. Weiterhin bleibt die Kabelleitung, das heißt die Führung des Ladekabels von einer Stromquelle bis zum Laderoboter, dabei meist offen liegen und stellt somit eine Stolperfalle und damit eine Verletzungsgefahr dar. Weiterhin sind auch Laderoboter aus dem Stand der Technik bekannt, zum Beispiel aus der oben beschriebenen
DE 10 2019 122 158 A1 oder aus der
DE 10 2015 015 698 A1 , die eine in den Laderoboter integrierte Verstaumöglichkeit für das Ladekabel ähnlich einer Kabeltrommel aufweisen, oder einen Aufnahmeraum mit einer Führungseinrichtung, die dafür sorgt, dass das Ladekabel nicht ungeordnet im Aufnahmeraum verläuft, sondern zum Beispiel raumsparend in Schleifen geführt wird. Derartige Einrichtungen erfordern noch mehr Aufwand und benötigen zusätzlichen Bauraum, was wiederum zu einer Vergrößerung des Laderoboters selbst führt, was insbesondere dessen Wendigkeit einschränkt, und zudem wiederum dessen Fehleranfälligkeit erhöht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Laderoboter und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, einen Laderoboter mit hoher Funktionalität und gleichzeitig bauraumeffizienter und einfacher Ausgestaltung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Laderoboter und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßer Laderoboter zum automatischen Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen einer dem Laderoboter zugeordneten, fahrzeugexternen ersten Anschlusseinrichtung, die mit einem Ladekabel zum Koppeln mit einer Stromquelle verbunden ist, und einer zweiten Anschlusseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, weist ein Gehäuse auf, einen Träger zum Halten der ersten Anschlusseinrichtung, und eine Fahreinrichtung, die dazu ausgelegt ist, den auf einem Untergrund positionierten Laderoboter auf dem Untergrund zu fahren und dabei gegenüber dem Untergrund in Bewegungsrichtungen zu bewegen, die zumindest zum Teil oder vollständig parallel zum Untergrund gerichtet sind. Weiterhin weist der Laderoboter eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, die Fahreinrichtung derart anzusteuern, dass der Laderoboter um eine senkrecht zum Untergrund ausgerichtete Drehachse des Laderoboters rotierbar ist. Dabei ist die Steuereinrichtung derart eingerichtet, dass sie die Fahreinrichtung ansteuert, sodass der Laderoboter um die Drehachse rotiert, um die vom Träger auf der Drehachse gehaltene erste Anschlusseinrichtung relativ zur zweiten Anschlusseinrichtung auszurichten, wenn sich der Laderoboter an einer bestimmten Steckposition befindet, die sich bezüglich einer ersten zum Untergrund senkrechten Richtung unterhalb der zweiten Anschlusseinrichtung befindet, und/oder um das Ladekabel nach einem Ladevorgang in eine Verstauposition zu bringen, in welcher das Ladekabel zumindest zum Teil auf eine durch einen Gehäuseabschnitt des Gehäuses bereitgestellte, um die Drehachse umlaufende Führung aufgewickelt ist.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die Funktionalität des Laderoboters, sich um eine zentrale Drehachse zu drehen, zum einen vorteilhafterweise dazu genutzt werden kann, um die jeweiligen zu kontaktierenden Anschlusseinrichtungen auf einfache Weise korrekt zueinander auszurichten und/oder zu kontaktieren, und zusätzlich auch, um auf einfache Weise das Ladekabel nach einem Ladevorgang um das Gehäuse des Laderoboters herum oder genauer gesagt um eine umlaufende Führung herum aufzuwickeln. Dadurch können zahlreiche Komponenten und zusätzliche Aktoren eingespart werden. Die ersten und zweiten Anschlusseinrichtungen müssen zum Beispiel auch nicht notwendigerweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein, um den Einsteckvorgang und die Ausrichtung zu erleichtern. Ist der Laderoboter mit der ersten Anschlusseinrichtung beispielsweise direkt unter der zweiten Anschlusseinrichtung positioniert, so kann er auf besonders einfache Weise die korrekte rotatorische Ausrichtung der ersten Anschlusseinrichtung relativ zur zweiten Anschlusseinrichtung dadurch vornehmen, indem er sich selbst um seine Drehachse rotiert, insbesondere ohne dabei eine zusätzliche translatorische Bewegung auszuführen. Auch der Einsteckvorgang selbst zum Kontaktieren der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung kann dadurch enorm erleichtert werden, da durch eine solche rein rotatorische Bewegung um die Drehachse auch kleine Positionskorrekturen auf einfache Weise vorgenommen werden können. Wird vom Laderoboter beispielsweise während des Einsteckvorgangs ein mechanischer Widerstand bemerkt, kann dieser durch Ausführen einer rotatorischen Bewegung eine mögliche Fehlausrichtung einfach korrigieren. Die Wendigkeit eines Laderoboters, die durch die Möglichkeit bereitgestellt ist, den Laderoboter um eine zum Untergrund senkrecht ausgerichtete Drehachse rotieren zu lassen, kann also vorteilhafterweise nicht nur genutzt werden, um den Laderoboter auf möglichst wendige Weise zu seiner Zielposition unterhalb des Fahrzeugs zu fahren, welche vorliegend auch als Steckposition bezeichnet wird, sondern vor allen Dingen auch, um den Steckvorgang und die Ausrichtung der Anschlusseinrichtungen zueinander deutlich zu vereinfachen. Gleichzeitig kann die Rotation des Laderoboters um seine Drehachse noch zu einem anderen sehr vorteilhaften Zweck genutzt werden, nämlich um das Ladekabel nach einem Ladevorgang aufzuwickeln. Der Laderoboter kann sich dazu einfach um seine Drehachse drehen, wodurch das Ladekabel um das Gehäuse herum aufgewickelt wird. Es ist also keine zusätzliche und separat anzusteuernde Kabeltrommel oder sonstige Einrichtung vonnöten, um das Ladekabel auf sehr effiziente Weise in eine Verstauposition zu bringen. Dadurch kann verhindert werden, dass die Kabelleitung bei Nichtnutzung des Laderoboters offen liegen bleibt und eine Stolperfalle darstellt, die eine Verletzungsgefahr birgt. Gleichzeitig wird durch diese vorteilhafte Aufwickelmöglichkeit kein zusätzlicher Bauraum beansprucht. Auch erfordert dies keine spezielle Einrichtung oder keinen bestimmten Aufnahmebereich innerhalb des Laderoboters selbst. Das Kabel kann also einfach in Umfangsrichtung um das Gehäuse des Laderoboters gewickelt werden, wenn der Laderoboter entsprechend um seine Drehachse rotiert. Zur vereinfachten Halterung des Kabels kann das Gehäuse hierzu eine umlaufende Führung bereitstellen. Diese Führung muss aber nicht notwendigerweise eine spezielle Form aufweisen. Die Führung kann auch einfach durch einen Gehäuserand des Gehäuses selbst bereitgestellt sein, welcher den Laderoboter in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse begrenzt. Alternativ kann die Führung dabei auch eine spezielle Führungskontur, zum Beispiel mit einer halbkreisförmigen Vertiefung, aufweisen, um die Aufwicklung des Kabels zu vereinfachen. Die Steuereinrichtung ist also gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung vorzugsweise so eingerichtet, dass, wenn sich der Laderoboter in der Steckposition befindet und eine rotatorische Ausrichtung der ersten Anschlusseinrichtung relativ zur zweiten Anschlusseinrichtung zur Herstellung des Kontakts erforderlich ist, was z.B. durch Sensoren des Laderoboters messtechnisch erfasst werden kann, die Steuereinrichtung die Fahreinrichtung derart ansteuert, dass der Laderoboter um die Drehachse rotiert, bis die erste Anschlusseinrichtung relativ zur zweiten Anschlusseinrichtung bestimmungsgemäß ausgerichtet ist. Des Weiterhin ist die Steuereinrichtung ist gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung vorzugsweise so eingerichtet, dass diese nach einem Ladevorgang, wenn die erste Anschlusseinrichtung wieder von der zweiten Anschlusseinrichtung getrennt ist, die Fahreinrichtung so ansteuert, dass der Laderoboter um die Drehachse rotiert, wodurch das Ladekabel auf eine umlaufende Führung aufgewickelt wird. In beiden Fällen lassen sich durch die Rotation des Roboters in bestimmten Situationen, nämlich beim Herstellen der elektrischen Kopplung zum Fahrzeug und nach dem Ladevorgang, vorteilhafte Zusatzfunktionen, nämlich ein Ausrichten der Anschlusseinrichtungen zueinander und ein Aufwickeln des Ladekabels, bereitstellen, die keine zusätzlichen mechanischen Komponenten und damit auch keinen zusätzlichen Bauraum benötigen und daher eine besonders bauraumeffiziente und einfache Ausgestaltung des Laderoboters ermöglichen.
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Der Laderoboter ist dabei so ausgestaltet, dass der Träger dazu ausgelegt ist, die erste Anschlusseinrichtung auf der Drehachse zu halten. Dazu kann der Träger zum Beispiel selbst auf der Drehachse positioniert sein. Dies ist besonders vorteilhaft, da durch Rotation des Laderoboters um die Drehachse ebenso eine rein rotatorische Bewegung der ersten Anschlusseinrichtung bewirkt wird, zum Beispiel um eine Mittelachse der Anschlusseinrichtung, sodass die erste Anschlusseinrichtung dabei nicht gleichzeitig auch translatorisch senkrecht zur Drehachse relativ zur zweiten Anschlusseinrichtung bewegt wird. Dies erleichtert die Ausrichtung enorm. Unter eine rotatorischen Bewegung um die Drehachse soll dabei eine Drehbewegung, d.h. also eine Rotation, um die Drehachse verstanden werden.
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Der Laderoboter ist, wie beschrieben, fahrbar ausgebildet und kann sich entsprechend auf dem Untergrund in verschiedene Bewegungsrichtungen bewegen, die zumindest zum Teil und vorzugsweise vollständig parallel zum Untergrund gerichtet sind. Der Laderoboter soll also selbst an keiner Stelle, bis z.B. auf die Anbindung des Ladekabels selbst, mechanisch am Untergrund fixiert sein. Eine Befestigung am Untergrund besteht also nicht, insbesondere im Gegensatz zu fest installierten Ladesystemen, was den großen Vorteil hat, dass sich der Laderoboter prinzipiell überall ohne Aufwand einsetzen lässt. Zum Fahren kann der Laderoboter, wie dies später näher erläutert ist, beispielsweise eines oder mehrere Räder und einen Antrieb aufweisen. Die Räder und/oder der Antrieb können zum Beispiel Teil der Fahreinrichtung sein. Auch kann der Laderoboter Sensoren aufweisen, welche dazu ausgelegt sind, eine Umgebung des Laderoboters zu erfassen, wobei der Laderoboter weiterhin dazu ausgelegt sein kann, auf Basis der erfassten Sensordaten sich in seiner Umgebung zu orientieren, die zweite Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs aufzufinden und sich korrekt in Bezug auf die zweite Anschlusseinrichtung zu positionieren. Solche Sensoren können zum Beispiel einen Laserscanner beziehungsweise Lidar umfassen, Ultraschallsensoren, eine Kamera, einen Radar oder ähnliches. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Laderoboter zur Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen der ersten Anschlusseinrichtung und der zweiten Anschlusseinrichtung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, welche an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, insbesondere in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs. Um den Kontakt herzustellen, kann der Laderoboter also einfach unter das Kraftfahrzeug fahren, sich korrekt in Bezug auf die zweite Anschlusseinrichtung ausrichten und den elektrischen Kontakt herstellen. Dies kann beispielsweise unter Verwendung einer später näher erläuterten Hubeinrichtung erfolgen, die den Träger mit der Anschlusseinrichtung nach oben fahren kann, bis der Kontakt zur zweiten Anschlusseinrichtung bestimmungsgemäß hergestellt ist, zum Beispiel bis der Ladestecker als Beispiel für eine erste Anschlusseinrichtung in die fahrzeugseitige Ladebuchse als Beispiel für eine zweite Anschlusseinrichtung eingesteckt ist.
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Beim elektrischen Kontakt zwischen der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung handelt es sich weiterhin vorzugsweise um einen galvanischen Kontakt. Dieser wird zudem vorzugsweise durch eine Steckverbindung realisiert. Zu diesem Zweck ist es also bevorzugt, dass eine der beiden Anschlusseinrichtungen als Stecker und die andere als korrespondierende Buchse ausgebildet sind. Die Anschlusseinrichtungen können aber auch als korrespondierende Flächenkontaktstecker ausgebildet sein. Durch eine galvanische Kontaktierung lassen sich deutlich höhere Ladeleistungen bereitstellen als beim induktiven Laden. Nichtsdestoweniger wäre es aber auch möglich, den Kontakt zwischen den beiden Anschlusseinrichtungen als induktiven oder kapazitiven Kontakt auszuführen, um hierüber Ladeleistung zu übertragen.
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Zudem ist es bevorzugt, dass die erste Anschlusseinrichtung Teil des Laderoboters ist. Mit anderen Worten umfasst der Laderoboter vorzugsweise auch die erste Anschlusseinrichtung. Diese ist dann am Träger befestigt. Denkbar wäre es theoretisch aber auch, dass die erste Anschlusseinrichtung Teil eines separat bereitgestellten Ladekabels ist, welches zu einer Ladestation, Wallbox oder Haushaltssteckdose als Beispiele für Stromquellen führt beziehungsweise mit einer solchen Stromquelle koppelbar ist. In diesem Fall könnte der Träger eine korrespondierende Aufnahmerichtung bereitstellen, in welche die erste Anschlusseinrichtung beispielsweise eingesteckt oder aufgenommen oder gehalten werden kann. Die Ausbildung der ersten Anschlusseinrichtung als Teil des Laderoboters hat jedoch den großen Vorteil, dass hierdurch eine deutlich bauraumeffizientere Ausgestaltung des Laderoboters möglich ist. Zudem kann der Laderoboter hierdurch vorteilhafterweise auch kommunikativ einfacher in die Ladeinfrastruktur integriert werden, um zum Beispiel eine Notabschaltung auslösen zu können. Außerdem muss der Benutzer dann keinen manuellen Einsteckvorgang vornehmen, um die erste Anschlusseinrichtung mit dem Träger zu koppeln.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Laderoboter eine Bodeneinheit zur Anordnung auf dem Untergrund und eine mit der Bodeneinheit gekoppelte, auf der Drehachse angeordnete Hubeinrichtung auf, wobei der Träger ein der Bodeneinheit abgewandtes Ende der Hubeinrichtung darstellt, und wobei die Hubeinrichtung dazu ausgelegt ist, zur Herstellung des elektrischen Kontakts den Träger mit der vom Träger gehaltenen ersten Anschlusseinrichtung gegenüber der Bodeneinheit in der ersten Richtung und entlang der Drehachse anzuheben. Die erste Anschlusseinrichtung kann also beispielsweise an einem Ende der Hubeinrichtung beziehungsweise am Träger, der am Ende der Hubeinrichtung angeordnet ist, angeordnet sein, wobei dieses Ende der Bodeneinheit in Bezug auf die erste Richtung gegenüberliegt. Der Laderoboter kann also dazu ausgelegt sein, die erste Anschlusseinrichtung mittels der Hubeinrichtung von einer eingefahrenen Verstaustellung in der ersten Richtung in eine Kontaktstellung auszufahren, die in Bezug auf die Verstaustellung bezüglich der ersten Richtung erhöht ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei vor allem, dass die Hubeinrichtung auf der Drehachse angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, zum Herstellen des Kontakts den Träger mit der Anschlusseinrichtung entlang der Drehachse anzuheben. Dies vereinfacht die Ausrichtung der ersten Anschlusseinrichtung relativ zur zweiten Anschlusseinrichtung enorm, da sich eine solche Ausrichtung dann, wie bereits beschrieben, einfach durch eine rein rotatorische Bewegung des Laderoboters selbst bewerkstelligen lässt. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine Entkopplung einer translatorischen Ausrichtung der ersten Anschlusseinrichtung relativ zur zweiten Anschlusseinrichtung von einer rotatorischen Ausrichtung der ersten Anschlusseinrichtung relativ zur zweiten Anschlusseinrichtung. Gerade da unterhalb eines Kraftfahrzeugs aufgrund der Kraftfahrzeugräder nur begrenzt Platz ist, erleichtert dies die Ausrichtung des Laderoboters.
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Für die Hubeinrichtung gibt es darüber hinaus ebenfalls zahlreiche Ausbildungsmöglichkeiten. Eine vorteilhafte Möglichkeit ist zum Beispiel die Ausbildung als eine Scherenhubvorrichtung. Diese ist besonders bauraumsparend, da sie vor allem im eingefahrenen Verstauzustand, das heißt in der oben genannten Verstaustellung, in der Vertikalen, das heißt in der ersten Richtung, sehr bauraumeffizient ausgestaltet sein kann.
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Das Ladekabel ist mit einem ersten Ende an der ersten Anschlusseinrichtung befestigt und mit dem anderen Ende mit einer Stromquelle koppelbar oder gekoppelt. Zu diesem Zweck kann das zweite Ende ebenfalls mit einer Anschlusseinrichtung, zum Beispiel einem Stecker, ausgebildet sein, was wiederum mehr Einsatzmöglichkeiten und mehr Flexibilität bezüglich der Einsatzmöglichkeiten bereitstellt. Nichtsdestoweniger wäre es auch denkbar, dass das Ladekabel mit der Stromquelle fest verdrahtet ist und nicht durch eine Steckverbindung lösbar verbunden ist. Das Ladekabel kann darüber hinaus mehrere elektrische Leiter, insbesondere mindestens zwei und vorzugsweise mehr als zwei, aufweisen. Beispielsweise kann das Ladekabel zusammen mit der ersten Anschlusseinrichtung analog zu einem Ladekabel für einen Typ-2-Ladestecker ausgebildet sein. Auch die erste Anschlusseinrichtung kann zum Beispiel als solcher Typ-2-Ladestecker oder erweiterter Typ-2-Ladestecker ausgebildet sein. Nichtsdestoweniger sind auch andere Ausbildungen möglich, vor allem da sich die gebräuchlichen Steckertypen von Land zu Land und Zeit zu Zeit ändern können. Das Ladekabel an sich kann dabei mehrere elektrische Leitungen umfassen und z.B. analog zu einem Mode-2-Ladekabel oder Mode-3-Ladekabel ausgebildet sein. Um das Ladekabel bei Nichtgebrauch möglichst einfach auf die Führung des Gehäuses aufwickeln zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Kabel beispielsweise durch eine Öffnung in einem den Laderoboter in radialer Richtung bezüglich der Drehachse begrenzenden Gehäuserand in das Gehäuse eingeführt ist und dann zum Beispiel bis zum Träger beziehungsweise der vom Träger gehaltenen Anschlusseinrichtung verläuft. Dazu kann das Ladekabel also von der Öffnung im Gehäuserand bis zur Hubeinrichtung und dann zum Träger und zur ersten Anschlusseinrichtung geführt sein. Dadurch, dass das Kabel durch eine Öffnung im Gehäuserand geführt ist, lässt sich dieses auf einfache Weise bei einer Rotation des Laderoboters auf die umlaufende Führung aufwickeln.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Fahreinrichtung derart anzusteuern, dass der Laderoboter um die Drehachse rotiert, um das in der Verstauposition befindliche Ladekabel abzuwickeln. Mit anderen Worten kann die Rotationsbewegung des Laderoboters nicht nur zum Aufwickeln des Ladekabels nach einem Ladevorgang genutzt werden, sondern auch zum Abwickeln des Ladekabels, um einen zeitlich nachfolgenden Ladevorgang durchzuführen. Wenn der Laderoboter das Ladekabel nach einem Ladevorgang aufwickelt, ist es prinzipiell egal, in welche Rotationsrichtung der Laderoboter dabei rotiert, da sich das Ladekabel in beide Rotationsrichtungen auf die Führung des Gehäuses aufwickeln lässt. Bei einem nachfolgenden Abwickeln des Ladekabels zur Durchführung eines erneuten Ladevorgangs führt der Laderoboter entsprechend eine gegenläufige Rotationsbewegung aus. Mit anderen Worten ist dann die Rotationsrichtung gegensinnig zur Rotationsrichtung ausgerichtet, gemäß welcher das Ladekabel zuletzt auf die Führung aufgewickelt wurde. Um dies zu ermöglichen, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann eine vorgegebene Rotationsrichtung dem Aufwickelvorgang zugeordnet sein und die entgegengesetzte Rotationsrichtung dem Abwickelvorgang, sodass jeder Aufwickelvorgang in der gleichen Rotationsrichtung und jeder Abwickelvorgang in der gleichen Rotationsrichtung erfolgt. Der Laderoboter kann zum Beispiel das Ladekabel immer durch Rotieren im Uhrzeigersinn abwickeln und durch Rotieren entgegen dem Uhrzeigersinn aufwickeln, oder umgekehrt. Denkbar ist es auch, dass der Laderoboter das Kabel in einer zufälligen Rotationsrichtung aufwickelt oder diese gemäß anderen Kriterien auswählt und beim nächsten Abwickelvorgang die entgegengesetzte Rotationsrichtung wählt. Der Roboter kann auch dazu ausgelegt sein, bei einem Abwickelvorgang eine Rotationsrichtung zu wählen, die den geringsten Fahrwiderstand bietet. Der Fahrwiderstand kann über einen Widerstand an den Rädern detektiert werden. Der Laderoboter kann zum Beispiel dazu ausgelegt sein, seine Bewegungsrichtung und/oder Rotationsrichtung zu ändern, wenn ein erhöhter Fahrwiderstand detektiert wird. Somit kann beispielsweise erreicht werden, dass der Laderoboter das Ladekabel automatisch in der richtigen Rotationsrichtung abwickelt.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung derart eingerichtet, dass sie zum Aufwickeln und/oder Abwickeln des Ladekabels die Fahreinrichtung derart ansteuert, dass die rotatorische Bewegung des Laderoboters um die Drehachse von einer translatorischen Fahrbewegung überlagert ist. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich so der Laderoboter in Richtung der Steckposition bewegen kann beziehungsweise sich durch die translatorische Bewegung der Steckposition annähern kann und durch die überlagerte rotatorische Bewegung gleichzeitig das Ladekabel abwickeln kann. Nach einem Ladevorgang kann der Laderoboter vorteilhafterweise sich durch die überlagerte translatorische Bewegung in Richtung seiner Ausgangsposition bzw. in Richtung seiner Parkposition unter dem Fahrzeug hervor bewegen, während er durch die gleichzeitig überlagerte rotatorische Bewegung dabei das Ladekabel aufwickelt.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung derart eingerichtet, dass sie zum Aufwickeln und/oder Abwickeln des Ladekabels die Fahreinrichtung derart ansteuert, dass der Laderoboter mindestens eine volle Umdrehung und insbesondere maximal drei, bevorzugt maximal zwei, volle Umdrehungen um die Drehachse ausführt. Dabei kann die Kabellänge des Ladekabels auf den Umfang des Laderoboters abgestimmt sein. Hat der Laderoboter beispielsweise im Falle einer kreisrunden Geometrie der umlaufenden Führung einen Durchmesser von 40 Zentimetern, so lässt sich durch eine ein- bis zweimalige volle Umdrehung des Laderoboters ein Ladekabel mit einer Länge zwischen 1,25 Metern und 2,50 Metern aufwickeln. Ein Ladekabel mit einer solchen Länge ist in der Regel ausreichend, um von einem Stromquellenanschluss in der Nähe eines Parkplatzes eines Kraftfahrzeugs bis zur Steckposition unterhalb eines auf dem Parkplatz geparkten Kraftfahrzeugs geführt zu werden. Ist die Kabellänge zudem auf den Umfang des Laderoboters abgestimmt, hat dies den großen Vorteil, dass der Laderoboter einfach die vorgegebene Anzahl Umdrehungen ausführt, um das Ladekabel aufzuwickeln oder abzuwickeln, da die Anzahl an auszuführenden Umdrehungen, die nicht notwendigerweise ganzzahlig sein muss, dem Roboter vorgegeben sein kann. Hierzu ist in vorteilhafter Weise keine Sensorik erforderlich, um zum Beispiel das Ende des Aufwickelvorgangs oder Abwickelvorgangs zu detektieren. Nichtsdestoweniger ist es denkbar, dass der Laderoboter das Ende eines solchen Auf- und/oder Abwickelvorgangs auch sensorisch erfassen kann, zum Beispiel durch oben bereits beschriebenen detektierbaren Fahrwiderstand.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen das Gehäuse und/oder die Führung eine runde, insbesondere kreisförmige, Umfangskontur in einer Umlaufrichtung um die Drehachse auf. Hierdurch lässt sich das Ladekabel besonders einfach aufwickeln und dieses kann sich so auf besonders einfache Weise der Umfangskontur der Führung anschmiegen, da ein solches Kabel aufgrund seiner Dicke nicht sonderlich flexibel ist. Nichtsdestoweniger wären auch andere, zum Beispiel auch eckige, Geometrien als Umfangskontur denkbar. Dabei ist es zudem vorteilhaft, wenn nicht nur die Führung, sondern das Gehäuse an sich eine runde beziehungsweise kreisförmige Umfangskontur aufweist, da dann auf einfache Weise zum Beispiel auch nur ein Teil des Gehäuserands als Führung fungieren kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, beim Herstellen des elektrischen Kontakts die Fahreinrichtung zur Ausführung einer oszillierenden Rotationsbewegung um die Drehachse anzusteuern. Eine solche oszillierende Rotationsbewegung wird vorzugsweise dann ausgeführt, wenn die erste Anschlusseinrichtung bereits einen Teil des Kraftfahrzeugs oder der zweiten Anschlusseinrichtung kontaktiert beziehungsweise berührt. Ein solches Hin- und Herruckeln erleichtert dabei den Einsteckvorgang. Die Amplitude dieser oszillierenden Rotationsbewegung kann entsprechend klein ausgeführt sein und zum Beispiel wenige Millimeter betragen. Registriert der Laderoboter beim Einsteckvorgang zum Beispiel einen bestimmten Widerstand in der ersten Richtung, so kann dieser darauf zurückzuführen sein, dass die erste Anschlusseinrichtung nicht exakt relativ zur zweiten Anschlusseinrichtung ausgerichtet ist. Dies lässt sich durch die oszillierende Rotationsbewegung leicht beheben und das Einführen der Stecker in die korrespondierenden Buchsenlöcher hierdurch deutlich vereinfachen. Dabei kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, eine solche oszillierende Rotationsbewegung abhängig von einem Steckwiderstand auszuführen. Gestaltet sich der Einstiegvorgang beispielsweise reibungslos, das heißt ohne hohen Einstiegwiderstand, so kann auf die Ausführung einer solchen oszillierenden Rotationsbewegung verzichtet werden.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Fahreinrichtung mehrere, insbesondere genau zwei, antreibbare Räder, die jeweils um nur eine Drehachse drehbar ausgebildet sind und koaxial zueinander ausgerichtet sind. Durch zwei solche antreibbare Räder lässt sich auf einfache Weise eine Rotation um eine Drehachse des Laderoboters realisieren. Insbesondere hat dies den großen Vorteil, dass zur Umsetzung dieser Rotationsbewegung nur zwei einfach ausgestaltete, antreibbare Räder erforderlich sind, und keine komplex und aufwendig ausgebildeten Räder, um eine omnidirektionale Fortbewegung zu ermöglichen. Die einzelnen Radachsen sind dabei unabhängig voneinander rotierbar, damit die Räder in entgegengesetzte Richtungen antreibbar sind, um eine Rotationsbewegung des Laderoboters um die Drehachse bereitzustellen. Zusätzlich zu den zwei antreibbaren Rädern kann der Laderoboter noch weitere Hilfsräder aufweisen, die entsprechend nicht auf der Radachse der zwei antreibbaren Räder positioniert sind, diese sind dann selbst nicht antreibbar und dienen lediglich der Stabilisierung des Laderoboters. Zudem können prinzipiell auch mehr antreibbare Räder, zum Beispiel drei oder vier, vorgesehen sein, die dann ebenfalls alle koaxial zueinander ausgerichtet sind. Zusätzliche Räder sind jedoch weder in Bezug auf die Rotationsbewegung noch in Bezug auf die stabilisierende Wirkung erforderlich und daher weniger bevorzugt.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die antreibbaren Räder in einem gleichen Abstand zur Drehachse angeordnet sind, und insbesondere die Drehachse die Radachsen schneidet. Die Drehachse befindet sich somit in der Mitte zwischen den zwei Rädern. Dies erleichtert die Ansteuerung der Räder zur Ausführung einer rotatorischen Bewegung, da diese dann einfach mit einer gleichen Drehzahl aber gegenläufiger Drehrichtung angesteuert werden können. Prinzipiell ist es aber auch denkbar, dass die beiden antreibbaren Räder einen unterschiedlichen Abstand zur Drehachse aufweisen. Das näher an der Drehachse befindliche Rad wäre dann mit einer geringeren Drehzahl anzusteuern als das weiter entfernte, um zum Beispiel eine rein rotatorische Bewegung des Laderoboters auszuführen. Prinzipiell kann sich der Laderoboter dabei in alle zur Drehachse senkrechten Bewegungsrichtungen translatorisch bewegen, wobei eine aktuelle Bewegungsrichtung bezogen auf eine aktuelle Orientierung des Laderoboters durch eine aktuelle Orientierung der Radachsen vorgegeben sein kann. Diese lässt sich durch die rotatorische Bewegung des Roboters um die Drehachse jedoch wiederum beliebig ändern.
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Des Weiteren soll auch ein Ladesystem mit einem erfindungsgemäßen Laderoboter oder einer seiner Ausgestaltungen als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Das Ladesystem kann darüber hinaus auch eine Kraftfahrzeug-Ladeeinheit aufweisen, die die zweite Anschlusseinrichtung umfasst. Diese kann wie zuvor beschrieben ausgebildet sein. Zum Ladesystem kann auch das Kraftfahrzeug gehören, welches die Kraftfahrzeug-Ladeeinheit umfasst. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines Laderoboters zum automatischen Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen einer dem Laderoboter zugeordneten, fahrzeugexternen ersten Anschlusseinrichtung, die mit einem Ladekabel zum Koppeln mit einer Stromquelle verbunden ist, und einer zweiten Anschlusseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei der Laderoboter ein Gehäuse, einen Träger zum Halten der ersten Anschlusseinrichtung, eine Fahreinrichtung und eine Steuereinrichtung aufweist, die die Fahreinrichtung steuert, um den auf einem Untergrund positionierten Laderoboter auf dem Untergrund zu fahren und dabei gegenüber dem Untergrund zumindest zum Teil parallel zum Untergrund zu bewegen. Weiterhin steuert die Steuereinrichtung die Fahreinrichtung derart an, dass der Laderoboter um eine senkrecht zum Untergrund ausgerichtete Drehachse rotiert, um die vom Träger auf der Drehachse gehaltene erste Anschlusseinrichtung relativ zur zweiten Anschlusseinrichtung auszurichten, wenn sich der Laderoboter an einer bestimmten Steckposition befindet, die sich bezüglich einer ersten zum Untergrund senkrechten Richtung unterhalb der zweiten Anschlusseinrichtung befindet, und/oder um das Ladekabel nach einem Ladevorgang in eine Verstauposition zu bringen, in welcher das Ladekabel zumindest zum Teil auf einer durch einen Gehäuseabschnitt des Gehäuses bereitgestellte, um die Drehachse umlaufende Führung aufgewickelt ist.
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Die für den erfindungsgemäßen Laderoboter und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Zu der Erfindung gehört auch die Steuereinrichtung für den Laderoboter. Die Steuereinrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA und/oder zumindest einen DSP aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Laderoboters beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Laderoboters in einer Draufsicht ohne Gehäusedeckel gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung des Laderoboters aus 1 in einer Draufsicht mit Gehäusedeckel und mit dem Ladekabel im aufgewickelten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung des Laderoboters aus 2 in einer Seitenansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung des Laderoboters aus 1 in einer Draufsicht mit dem Ladekabel im abgewickelten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 eine schematische und perspektivische Darstellung des Laderoboters in einer Parkposition in der Nähe eines Parkplatzes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 6 eine schematische Darstellung des Laderoboters aus 1 in einer Draufsicht an der Parkposition mit dem Ladekabel im aufgewickelten Zustand;
- 7 eine schematische Darstellung des Laderoboters aus 6 während der Fahrt an eine Zielposition gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 8 eine schematische Darstellung des Laderoboters aus 6 und 7 an der Zielposition während des Ausrichtens der ersten Anschlusseinrichtung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Laderoboters 10 in einer Draufsicht ohne einen Gehäusedeckel gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Laderoboter 10 kann also ein Gehäuse 12 aufweisen, von welchem im vorliegenden Beispiel lediglich der Gehäuserand 12a schematisch dargestellt ist. Das Gehäuse 12 ist dabei in Umfangsrichtung U bezogen auf eine zentrale Drehachse A des Laderoboters 10 kreisförmig ausgebildet. Diese zentrale Drehachse A läuft dabei parallel zur hier dargestellten z-Richtung. In der bestimmungsgemäßen Betriebsposition des Laderoboters 10 befindet er sich auf einem Untergrund 14, der sich dann bezüglich der z-Richtung unterhalb des Laderoboters 10 befindet. Der Laderoboter 10 weist einen Träger 16 für eine in diesem Beispiel als Ladestecker 18 ausgeführte erste Anschlusseinrichtung auf, und in diesem Beispiel auch den Ladestecker 18. Der Träger 16 mit dem Ladestecker 18 ist dabei ebenfalls auf der zentralen Drehachse A positioniert. Weiterhin umfasst der Laderoboter 10 auch eine Hubeinrichtung in Form einer Hubmechanik 20, die zum Beispiel als Scherenhubeinrichtung ausgebildet sein kann. Diese Hubmechanik 20 ist dazu ausgelegt, den Träger 16 mit dem Ladestecker 18 in und entgegen der z-Richtung zu bewegen, um den Stecker in eine korrespondierende Buchse, die unterseitig an einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein kann, einzustecken und aus dieser wieder auszustecken. Mit anderen Worten ist der Stecker 18 mittels der Hubmechanik 20 beweglich in z-Richtung ausgebildet. Weiterhin ist der Laderoboter 10 dazu ausgelegt, sich auf dem Untergrund 14 fortzubewegen, das heißt in Richtungen parallel zum Untergrund 14, der im vorliegenden Beispiel parallel zur x-y-Ebene ausgerichtet ist. Zu diesem Zweck weist der Laderoboter 10 eine Fahreinrichtung 22 auf. Diese umfasst im vorliegenden Beispiel zwei antreibbare Räder 24a, 24b und als Antrieb für ein jeweiliges Rad 24a, 24b einen jeweiligen Antriebsmotor 26a, 26b. Zum Steuern der Räder 24a, 24b beziehungsweise deren Antriebsmotoren 26a, 26b sowie zum Steuern der Hubmechanik 20 kann der Laderoboter zudem eine hier lediglich schematisch dargestellte Steuereinrichtung 28 aufweisen. Die Ansteuerung der Hubmechanik 20, sowie der Antriebsmotoren 26a, 26b durch die Steuereinrichtung 28 ist vorliegend schematisch durch gestrichelte Pfeile dargestellt. Weiterhin kann der Laderoboter 10 auch eine Umfeldsensorik aufweisen, die vorliegend jedoch ebenfalls nicht dargestellt ist und auf Basis von welcher er sich in seiner Umgebung orientieren kann. Die antreibbaren Räder 24a, 24b sind dabei jeweils lediglich um nur eine Rotationsachse B rotierbar und zudem koaxial zueinander ausgerichtet. Weiterhin sind die antreibbaren Räder 24a, 24b so angeordnet, dass ihre Rotationsachse B durch die zentrale Drehachse A verläuft und auf dieser senkrecht steht. Zudem haben in diesem Beispiel die beiden antreibbaren Räder 24a, 24b einen gleichen Abstand zur zentralen Drehachse A. Zusätzlich kann die Fahreinrichtung 22 zur Stabilisierung des Laderoboters 10 weitere Hilfsräder, zum Beispiel zwei weitere Hilfsräder 30, aufweisen. Diese können prinzipiell an jeder beliebigen Position angeordnet sein und sind vorzugsweise nicht auf der Radachse B der antreibbaren Räder 24a, 24b positioniert. Darüber hinaus kann der Laderoboter 10 je nach Gewichtsverteilung auch nur ein solches Hilfsrad 30 oder auch mehr als zwei Hilfsräder 30 aufweisen. Durch die zwei antreibbaren Räder 24a, 24b, die wie beschrieben angeordnet und ausgerichtet sind, lässt es sich auf besonders einfache Weise bewerkstelligen, dass der Laderoboter 10 sowohl translatorische Bewegungen T als auch rotatorische Bewegungen R um die zentrale Drehachse A ausführen kann, sowie auch beliebige überlagerte Bewegungen aus einer translatorischen Bewegung T und einer rotatorischen Bewegung R. Insbesondere kann der Laderoboter 10 durch die beschriebene Anordnung der antreibbaren Räder 24a, 24b auch eine rein rotatorische Bewegung R ausführen, das heißt also in der vorliegenden Darstellung in oder entgegen dem Uhrzeigersinn bezogen auf die zentrale Drehachse A, ohne damit eine zusätzliche translatorische Bewegung T auszuführen. Dadurch ist der Laderoboter 10 besonders wendig und flexibel bewegbar. Darüber hinaus ist jedoch erfindungsgemäß erkannt worden, dass gerade die Möglichkeit der Ausführung einer solchen rotatorischen Bewegung R zur Implementierung weiterer sehr vorteilhafter Funktionen durch den Laderoboter 10 genutzt werden kann, wie dies nun im Folgenden näher erläutert wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Laderoboters aus 1 in einer Draufsicht mit Gehäusedeckel 12b. Der Gehäusedeckel 12b kann dabei zudem eine Schutzklappe 12c umfassen, die den Anordnungsbereich des Steckers 18 verschließt, wenn sich der Stecker 18 in seiner Verstauposition innerhalb des Gehäuses 12 des Laderoboters 10 befindet. Dadurch kann der Stecker 18 im ungenutzten Zustand vor Verunreinigungen geschützt werden. Weiterhin ist nunmehr hier noch ein Ladekabel 32 dargestellt. Dieses ist dazu ausgelegt, eine Stromquelle 34 mit dem Stecker 18 zu verbinden. Zudem kann das Ladekabel 32 auch einen Stecker aufweisen, der sich am stromquellenseitigen Ende 32a des Ladekabels befindet, vorliegend jedoch nicht dargestellt ist. Das Ladekabel 32 ist dabei vorzugsweise ebenfalls Teil des Laderoboters 10. Weiterhin ist das Ladekabel 32 durch eine Öffnung 36 im Gehäuserand 12a des Gehäuses 12 in den Laderoboter 10 eingeführt und durch diesen bis zum Stecker 18 geführt. Die oben beschriebene Möglichkeit der Ausführung einer rotatorischen Bewegung R durch den Laderoboter 10 kann nun vorteilhafterweise genutzt werden, um ein solches Ladekabel 32 nach einem Ladevorgang auf besonders vorteilhafte Weise auf eine umlaufende Führung 12d, die durch einen Teil des Gehäuserands 12a bereitgestellt sein kann, aufzuwickeln und vor einem Ladevorgang wieder abzuwickeln. Bei herkömmlichen Systemen bleibt eine solche Kabelleitung meist offen liegen und stellt somit eine Stolperfalle dar und birgt zudem eine Verletzungsgefahr. Zudem besteht die Gefahr, dass ein Fahrzeug beim Parken auf einem Teil dieses Kabels parkt und somit der Roboter sich nicht mehr zu seiner Zielposition bewegen kann. Gegenüber anderen Systemen, die zum Verstauen eines solchen Ladekabels einen Verstaumechanismus oder Aufrollmechanismus integriert haben, ist diese Möglichkeit des Auf- und Abrollens des Ladekabels 32 deutlich einfacher, bauraumeffizienter und benötigt insbesondere keinerlei zusätzliche Komponenten. Soll also beispielsweise ein Ladevorgang ausgeführt werden, so kann die Steuereinrichtung 28 die Fahreinrichtung 22 einfach so ansteuern, dass der Laderoboter 10 eine rotatorische Bewegung R ausführt, um das Ladekabel 32, welches sich in der Darstellung in 2 in seiner Verstauposition V befindet, abzurollen. Umgekehrt kann nach einem Ladevorgang die Steuereinrichtung 28 die Fahreinrichtung 22 so ansteuern, dass der Roboter 10 eine rotatorische Bewegung um seine zentrale Drehachse A ausführt, wodurch das Ladekabel 32 automatisch wieder auf die Führung 12d aufgerollt wird. Das Ladekabel 32 kann hinsichtlich seiner Länge auf einen Durchmesser des Laderoboters 10 so abgestimmt sein, dass das Ladekabel 32 in seiner Verstauposition V einbis zweimal um den Laderoboter 10, das heißt um den Gehäuserand 12a, herumgewickelt ist. Somit kann diese rotatorische Bewegung, insbesondere Fortbewegung, gleichfalls für das Kabelmanagement, insbesondere zum Auf- und Abrollen des Kabels 32, des fahrenden Roboters 10 genutzt werden. Mit anderen Worten kann die rotatorische Bewegung R beim Auf- und Abrollen des Kabels 32 zusätzlich durch eine translatorische Bewegung T überlagert sein. Der Laderoboter 10 kann sich entsprechend vor einem Ladevorgang zu seiner Zielposition bewegen und währenddessen durch Ausführung einer überlagerten rotatorischen Bewegung R das Kabel 32 abrollen. Nach dem Ladevorgang gilt entsprechend Umgekehrtes. Somit kann die Anordnung des Roboterantriebs, welcher eine rotatorische Fahrbewegung R zulässt, dazu genutzt werden, die Kabelleitung 32 kontrolliert um den Roboter 10 herum aufzurollen. Die Stolper- und Verletzungsgefahr wird damit minimiert. Der mögliche Fahrtweg, das heißt der Bewegungsradius, des Roboters ist im Vergleich zu stationären Systemen mit Positioniermechanik deutlich größer, ohne dabei unnötige freiliegende Leitungen 32 mit Stolpergefahr zu benötigen.
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Die oben beschriebenen Anordnung der Antriebsräder entlang der Mittelachse B ermöglicht es dem Roboter 10, leicht vorwärts und rückwärts zu fahren, insbesondere gemäß einer translatorischen Bewegung T, und auch eine Drehung R um die Hochachse A ist leicht ausführbar, sodass jeder Punkt innerhalb der x-y-Bodenebene, d.h. des Untergrunds 14, welcher hier parallel zur x-y-Ebene des dargestellten Koordinatensystems ist, mit passender Steckkopforientierung schnell und leicht erreicht wird. Dafür wird vorteilhafterweise kein komplexer Antrieb, keine spezielle Lenkung oder aufwendige Steuerung benötigt. Zudem kann die benötigte Zuleitung, das heißt das Kabel 32, zum Roboter platzsparend und sicher während der Roboterfahrt um den Roboter 10 gewickelt werden beziehungsweise sein. Dies wird durch den beschriebenen Antrieb der Mittelachse B ermöglicht. Die Stolpergefahr wird somit erheblich reduziert.
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3 zeigt dabei eine schematische Darstellung des Laderoboters 10 aus 2 in einer Seitenansicht. Das Kabel 32 befindet sich hierbei zum Teil in der aufgewickelten Anordnung um die Führung 12d des Gehäuserands 12a. Wie hier zudem zu sehen ist, ist die Führung 12d als eine Vertiefung oder Einkerbung im Gehäuserand 12a bereitgestellt. Dies ermöglicht eine sehr einfache Ausbildung einer Führung 12d. Die Kontur der Vertiefung der Führung 12d ist dabei vorzugsweise an die Außenkontur des Kabels angepasst. Das vorzugsweise runde Gehäuse 12 des Roboters 10 ist also an den Seitenflächen 12a idealerweise so geformt, dass durch einen Formschluss die Leitung 32 sicher und definiert am Gehäuse 12 anliegt, wenn sich das Kabel 32 in seiner Verstauposition V befindet. Das Kabel 32 kann dabei im aufgerollten Zustand V auch unter dem Robotergehäuse 12 verschwinden. Die Führung 12d kann also einen kleineren Außendurchmesser aufweisen, als der übrige in z-Richtung darüber angeordnete Gehäuserand 12a. Je nach Durchmesser des Roboters 10 sind eine und vorzugsweise maximal zwei Wicklungen des Kabels 32 um die Führung 12d ausreichend, um den nötigen Bewegungsradius für einen Parkplatz sicherzustellen, wobei ein solcher Bewegungsradius typischerweise im Bereich von +/- 300 Millimetern liegt. Weiterhin sind in diesem Beispiel auch noch eines der beiden Antriebsräder 24a, 24b, im vorliegenden Beispiel das Rad 24b, zu sehen, sowie die beiden Hilfsräder 30.
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4 zeigt nochmal eine schematische Darstellung des Laderoboters 10 aus 2 in einer Draufsicht im abgewickelten Zustand L des Ladekabels 32. In diesem Fall ist also das Kabel 32 nicht um das Gehäuse 12 des Roboters 10 gewickelt.
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Bei Nichtgebrauch kann der Roboter 10 einfach an den Rand eines Parkplatzes fahren, sodass er außerhalb einer möglichen Berührung mit den Rädern eines Kraftfahrzeugs platziert werden kann. Dies ist exemplarisch in 5 dargestellt. 5 zeigt dabei eine schematische Darstellung des Laderoboters 10 in seiner Parkposition P1 am Rand eines Parkplatzes 38, wobei der Laderoboter 10 wiederum wie zuvor beschrieben ausgebildet sein kann. Auf dem Parkplatz 38 befindet sich aktuell auch ein Kraftfahrzeug 40, welches an einer Unterseite 42 eine zum Stecker 18 des Laderoboters 10 korrespondierende Anschlusseinrichtung 44, zum Beispiel eine korrespondierende Buchse 44, aufweisen, kann, welche hier lediglich schematisch dargestellt ist. Sowohl der Laderoboter 10 als auch das Ladekabel 32 können dann vorteilhafterweise so geparkt und verstaut werden, dass die Kollisionsgefahr mit den Rädern 46 des Kraftfahrzeugs 40 minimiert ist. Dadurch muss der Laderoboter 10 selbst ebenfalls nicht überfahrsicher ausgelegt werden.
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Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung besteht zudem noch darin, dass die rotatorische Bewegungsmöglichkeit des Laderoboters 10 nicht nur zum Auf- und Abrollen des Ladekabels 32 genutzt werden kann, sondern alternativ oder zusätzlich auch, um den Ladestecker 18 geeignet in Bezug auf die Anschlusseinrichtung 44 des Kraftfahrzeugs 40 auszurichten, insbesondere wenn sich der Laderoboter 10 bereits an seiner Steckposition direkt unterhalb dieser kraftfahrzeugseitigen Anschlusseinrichtung 44 befindet. Sind beispielsweise Stecker 18 und Buchse 44 zwar bezüglich der z-Richtung direkt übereinander angeordnet, jedoch gegeneinander verdreht, so kann der Laderoboter 10 durch geeignete Ansteuerung der Antriebe 26a, 26b mittels der Steuereinrichtung 28 auf besonders einfache Weise durch Ausführen zum Beispiel einer rein rotatorischen Bewegung R eine einfache Ausrichtung vornehmen. Dies erleichtert den Einsteckvorgang enorm. Auch während des Einsteckens des Ladesteckers 18 in die Buchse 44 kann der Laderoboter 10 beispielsweise eine oszillierende rotatorische Bewegung R gemäß einem rotatorischen bzw. rotierenden Hin- und Herbewegen mit kleiner Bewegungsamplitude ausführen, um den Einsteckvorgang zu erleichtern. Dies wird noch einmal detaillierter anhand von 6 bis 8 erläutert.
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6 bis 8 zeigen hierbei schematische Darstellungen des Laderoboters 10, der wiederum wie zuvor beschrieben ausgebildet sein kann, in einer Draufsicht. In 6 befindet sich der Laderoboter 10 in seiner Parkposition P1 am Rande des Parkplatzes 38. Das Kabel 32 befindet sich also hier in seiner Verstaustellung V und ist entsprechend einmal um den Roboter 10, genauer gesagt um die Führung 12d herum, aufgewickelt. An der Parkposition P1 des Roboters 10 kann das Kabel 32 mit einem Gehäuse 48, welches vorliegend lediglich schematisch gestrichelt dargestellt ist, so fixiert werden, dass das Kabel 32 komplett verdeckt ist. Mit anderen Worten kann zum Beispiel an einer Wand 50 oder einer anderen baulichen Einrichtung am Rande des Parkplatzes 38, an welcher auch die Stromquelle 34 bereitgestellt ist, ein Gehäuse 48 angeordnet sein, welches, wenn der Roboter 10 sich in seiner Parkposition P1 befindet, das Ende 32a des Kabels 32 verdeckend aufnimmt. Das restliche nicht in diesem Gehäuse 48 aufgenommene Kabelteil des Kabels 32 kann wie beschrieben so auf die Führung 12d des Gehäuses 12 aufgewickelt sein, dass dieses unter dem restlichen Gehäuserand 12a verschwindet. Vom Kabel 32 ist in dieser Parkposition P1 des Laderoboters 10 also kaum etwas zu sehen. Der Laderoboter 10 ist also wie beschrieben dazu ausgelegt, sowohl eine rotatorische Bewegung R als auch eine translatorische Bewegung T auszuführen. In diesem Beispiel fährt der Laderoboter 10 nun durch Ausführen der translatorischen Bewegung T in Richtung seiner Steckposition P2, um einen nachfolgenden Ladevorgang auszuführen. Diese finale Steckposition P2 ist in 8 schematisch dargestellt. Währenddessen rollt der Laderoboter 10 das Ladekabel 32 ab, indem er der translatorischen Bewegung T überlagert eine rotatorische Bewegung R ausführt, in diesem Beispiel entgegen dem Uhrzeigersinn in einer Draufsicht auf die dargestellte z-Richtung. 7 zeigt dabei den Laderoboter 10 in einer Zwischenposition PZ, in welcher das Ladekabel 32 bereits zum Teil abgewickelt ist. Befindet sich der Laderoboter, wie in 8 dargestellt, an seiner finalen Position P2 direkt unterhalb der Anschlusseinrichtung 44 des Kraftfahrzeugs, so ist das Kabel 32 vollständig abgewickelt und befindet sich entsprechend in seiner abgewickelten Position L. Dabei ist das Kabel 32 in seiner abgewickelten Position L nicht auf Spannung, sodass eine Ausrichtung des Steckers 18 durch eine weitere rotatorische Bewegung R des Laderoboters 10 weiterhin möglich ist. Diese dem Ausrichten dienende rotatorische Bewegung ist in 8 zudem mit R` bezeichnet und durch den Doppelpfeil veranschaulicht.
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Hierdurch ist es vorteilhafterweise möglich, eine üblicherweise sehr komplexe Positioniermechanik zum Ausgleich von Parkungenauigkeiten innerhalb der x-y-Bodenebene zu ersetzen, was zusätzlich Bauraum spart und auch vielzählige bewegliche zusätzliche Bauteile, die Ausfallraten und die Wahrscheinlichkeit von Defekten erhöhen würden. Zur Ausrichtung des Steckers 18 ist also vorteilhafterweise keine zusätzliche Positioniermechanik erforderlich. Diese Ausrichtung kann allein durch die rotatorische Bewegung R` erfolgen. Ist der Stecker 18 dann korrekt ausgerichtet, so kann die Hubmechanik 20 den Stecker in z-Richtung nach oben fahren und mit der Anschlusseinrichtung 44 des Kraftfahrzeugs 40 kontaktieren beziehungsweise in diese einstecken. Auch während des Einsteckvorgangs oder kurz davor kann zudem bei Bedarf eine rotatorisch oszillierende Bewegung kleiner Amplitude durch den Roboter 10 ausgeführt werden, um minimale Positionierungenauigkeiten auszugleichen und den Einsteckvorgang zu erleichtern.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein fahrerbarer Laderoboter für Elektrofahrzeuge mit zentrierter Steckeranordnung und Kabelmanagement bereitgestellt werden kann. Die Erfindung ermöglicht es vorteilhafterweise gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, dass der Fahrer ein Fahrzeug wie gewohnt auf einem Parkplatz parkt, zum Beispiel in einer Garage, in einem Carport oder in einem Parkhaus, wobei der dort positionierte fahrende Roboter dann die Ladeverbindung automatisch herstellt. Die Steckeinheit mit dem Ladestecker ist zentriert im Roboter montiert und der Antrieb ist so ausgelegt, dass eine Rotation um die zentrierte Steckeinheit, das heißt die Robotermittelachse, stets möglich ist und mit maximal zwei Aktoren, insbesondere Antriebsmotoren, ausgestattet werden kann. Diese rotatorische Fortbewegung kann gleichfalls für das Kabelmanagement zum Aufrollen des Kabels des fahrenden Roboters genutzt werden. Die teils komplexe Positioniermechanik innerhalb der x-y-Bodenebene wird durch die Fahrbewegung des Roboters übernommen, sodass beispielsweise eine einfache z-Hubmechanik für den Steckvorgang ausreichend ist. Dies minimiert die Bauteil- und Herstellungskosten. Außerdem kann die Anfälligkeit für Defekte, Schmutz und andere Umwelteinflüsse verringert werden. Die zentrale Anordnung des Steckersystems ermöglicht die genaue Positionierung des Steckers um die Hochachse, das heißt in z-Richtung. Dadurch ist kein zusätzlicher Aktor für diese Bewegung notwendig. Somit kann auch ein Stecksystem ohne Zusatzaufwand genutzt werden, welches nicht rotationssymmetrisch ist, zum Beispiel ein Typ-2-Stecker. Die Anordnung des Roboterantriebs, welche eine rotatorische Fahrbewegung zulässt, kann dazu genutzt werden, die Kabelleitung kontrolliert um den Roboter herum aufzurollen. Die Stolper- und Verletzungsgefahr wird damit minimiert. Der mögliche Fahrtweg, das heißt Bewegungsradius, des Roboters ist im Vergleich zu stationären Systemen mit Positioniermechanik deutlich größer, ohne dabei unnötige freiliegende Leitungen mit Stolpergefahr zu benötigen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019122158 A1 [0003, 0004]
- DE 102015015698 A1 [0004]
