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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Handhabungssystem zur Bewegung eines über mehrere biegeschlaffe Elemente geführten Gegenstandes, insbesondere auf einen mobilen Seilroboter zur Montage von Großbaugruppen vor Ort, sowie auf ein entsprechendes Arbeitsverfahren. Bei den biegeschlaffen Elementen kann es sich insbesondere um Seile oder Bänder handeln, bei dem geführten Gegenstand um eine lasttragende oder lasttragfähige Plattform, insbesondere eine Montageplattform. Obwohl also auch andere biegeschlaffe Elemente als Seile verwendet werden können, wird das erfindungsgemäße Handhabungssystem nachfolgend alternativ auch als seilgeführtes Handhabungssystem bezeichnet.
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Für Solarkraftwerke, die auf der Dampferzeugung durch konzentriertes Sonnenlicht beruhen, müssen zehn- oder hunderttausende von Spiegelsystemen auf einer großen Fläche aufgestellt werden. Um diese Anlagen im großen Stil nutzen zu können, sind wirtschaftliche Konzepte für den Aufbau der Anlagen, insbesondere zur Montage der Vielzahl von Spiegelsystemen notwendig. Ein Beispiel: Für das Kraftwerk Andasol waren über 22 000 Spiegeleinheiten zu montieren, jeweils mit Abmessungen von über 6 m Kantenlänge.
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Die vorgenannte Montageaufgabe ist ein Beispiel für vielfältige Probleme mit ähnlichen Randbedingungen: Großer, sich ständig verschiebender Arbeitsraum, sich wiederholende Vorgänge. Ähnliche Problemstellungen ergeben sich beispielsweise bei der Fertigung von Schiffsstrukturen, der Durchführung der Weinernte oder der Analyse und Räumung von Minenfeldern.
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Bei der vorbeschriebenen Errichtung von Solarkraftwerken werden die Einzelteile der Sonnenkollektoren in verschiedenen Industrieanlagen gefertigt und per Zug oder Lastkraftwagen zum Solarkraftwerk transportiert. Auf dem Gelände des künftigen Solarkraftwerkes werden die Einzelteile in einer Montagehalle zu fertig aufgebauten Modulen zusammengestellt. Diese Module werden mit Hilfe von Lastkraftwagen oder Traktoren zu ihren Standorten gebracht und dort mit Hilfe von Autokränen positioniert. Diese Art der Zusammenstellung und Montage ist sehr aufwendig, da eine Vielzahl unterschiedlicher Arbeitsschritte notwendig ist, bei denen eine Automatisierung schwierig ist.
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Die Weinernte wird momentan vollständig manuell oder halbautomatisch mit Hilfe von manuell gesteuerten, bodengestützten Spezialfahrzeugen vollzogen. Auch dies hat den Nachteil, dass lediglich ein sehr geringer Grad an Automatisierung gegeben ist, zudem ist eine dergestalt durchgeführte Weinernte in dem häufig sehr steilen Gelände sehr beschwerlich. Nach Kriegsereignissen zurückbleibende Minenfelder werden momentan manuell (oft unter Lebensgefahr) oder auch mit manuell gesteuerten, gepanzerten Räumfahrzeugen geräumt. Auch diese Vorgehensweise weist lediglich einen geringen Grad an Automatisierung auf.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der ein höherer Grad an Automatisierung bei einer Bearbeitung oder Bewirtschaftung eines großen, sich ständig verschiebenden Arbeitsraums (bei welcher Bearbeitung oder Bewirtschaftung sich ständig wiederholende Arbeitsvorgänge durchgeführt werden müssen) möglich ist. Aufgabe der Erfindung ist darüber hinaus eine dergestaltige Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine möglichst hohe und umfassende Mobilität bietet. Schließlich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Arbeitsverfahren zur Verfügung zu stellen.
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Die vorbeschriebene Aufgabe wird durch ein mobiles Handhabungssystem gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein entsprechendes Arbeitsverfahren gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Handhabungssystems sowie Arbeitsverfahrens lassen sich jeweils den abhängigen Patentansprüchen entnehmen. Erfindungsgemäße Verwendungen sind im Anspruch 12 beschrieben.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung zunächst allgemein, dann anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Dabei müssen die einzelnen, im Ausführungsbeispiel gezeigten Merkmale nicht in der dort gezeigten Konfiguration bzw. Kombination miteinander verwirklicht werden, sondern können im Rahmen der vorliegenden Erfindung (bzw. des durch die Patentansprüche gegebenen Schutzumfangs) auch in anderen Konfigurationen bzw. Kombinationen miteinander realisiert werden. Insbesondere können einzelne der im Rahmen des Ausführungsbeispiels beschriebenen vorteilhaften Merkmale auch weggelassen werden und/oder auch auf andere Art und Weise mit weiteren gezeigten Einzelmerkmalen kombiniert werden.
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Ist nachfolgend im Rahmen der vorliegenden Erfindung davon die Rede, dass mehrere Einheiten (Halteelemente) relativ zueinander und vollständig unabhängig voneinander bewegt werden können, so ist damit gemeint, dass die einzelnen Einheiten relativ zueinander nahezu keinerlei Bewegungsbeschränkungen unterworfen sind. (Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung noch im Einzelnen klar wird, bedeutet dies, dass die Bewegung der einzelnen Einheiten relativ zueinander lediglich durch die Länge einzelner biegeschlaffer Elemente begrenzt wird.) So können insbesondere die einzelnen Einheiten innerhalb eines kartesischen, ortsfesten Koordinatensystems x, y, z unabhängig voneinander bzw. lediglich begrenzt durch die lokal vorliegende Geländestruktur der Erdoberfläche jeden beliebigen Koordinatenpunkt ansteuern oder einnehmen. Insbesondere bedeutet relativ zueinander und voll ständig unabhängig voneinander bewegbar somit, dass die einzelnen Einheiten bzw. Halteelemente nicht (beweglich oder unbeweglich) an einem gemeinsamen Rahmen fixiert sind, der ihre Bewegungsmöglichkeiten bzw. ihre Freiheitsgrade einschränken würde.
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Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, wo beispielsweise eine Vormontage, ein anschließender Transport von Spiegeleinheiten zum Montageort und eine Montage vor Ort per Autokran stattfinden, ist es die wesentliche Idee der vorliegenden Erfindung, vor Ort ein seilgeführtes Handhabungssystem (nachfolgend alternativ auch als Seilroboter oder als paralleler Seilroboter bezeichnet) für die Bearbeitung des Arbeitsraums einzusetzen, wobei die Haltestruktur des seilgeführten Handhabungssystems bzw. Seilroboters mobil ausgebildet ist. Hierzu weist die Haltestruktur einzelne Halteelemente auf, die unabhängig voneinander bewegbar sind. Bei solchen Halteelementen handelt es sich beispielsweise um mobile Eckpfosten eines Seilroboters. Zur Bearbeitung des Arbeitsraums ist dann ein über biegeschlaffe Elemente mit der Haltestruktur verbundener Gegenstand beispielsweise in Form einer Prozesseinheit zur Montage, zum Ernten oder zum Analysieren und Räumen vorgesehen. Üblicherweise ist dabei jedes Halteelement der Haltestruktur über genau ein biegeschlaffes Element mit dem geführten Gegenstand verbunden. Die Anzahl der Halteelemente und/oder der biegeschlaffen Elemente kann dabei variabel gestaltet werden: Je nach Geländeanforderung können beispielsweise (schwieriges Gelände) zusätzliche biegeschlaffe Elemente vorgesehen werden, die den Gegenstand mit zusätzlichen Halteelementen verbinden. Bei einfacherem Gelände vor Ort können eventuell einzelne biegeschlaffe Elemente samt ihrer zugeordneten Halteelemente entfernt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Handhabungssystem zur Bewegung des über mehrere biegeschlaffe Elemente geführten Gegenstandes bzw. der Lastplattform umfasst den Gegenstand, mehrere biegeschlaffe Elemente, mit denen der Gegenstand mit der Haltestruktur verbunden ist, die Haltestruktur sowie mindestens ein Antriebselement zum Antrieb der biegeschlaffen Elemente. Durch Zugbelastung der einzelnen biegeschlaffen Elemente (z. B. Seile oder Bänder) sind diese gegeneinander verspannbar bzw. verspannt, wobei die Zugbelastung mithilfe des mindestens einen Antriebselements realisiert wird. Wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird, können die einzelnen biegeschlaffen Elemente (unter Beibehaltung ihrer gegenseitigen Verspannung durch geeignete Ansteuerung über das Antriebselement) in ihrer Länge, Position und/oder Orientierung so verändert werden, dass sich die Position und/oder die Orientierung des Gegenstandes relativ zur Haltestruktur verändert.
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Wesentlich dabei ist, dass die erfindungsgemäße Haltestruktur mehrere in mindestens zwei Freiheitsgraden der Translation relativ zueinander und vollständig unabhängig voneinander bewegbare Halteelemente umfasst oder aus solchen Halteelementen besteht.
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Vorteilhafterweise sind mehrere Antriebselemente vorgesehen, mit denen die mehreren biegeschlaffen Elemente gegeneinander verspannt werden können. Bevorzugt ist dabei je biegeschlaffes Element jeweils genau ein Antriebselement vorgesehen. Beispielsweise können vier Antriebselemente mit vier zugehörigen biegeschlaffen Elementen vorgesehen sein. Durch Verspannen der einzelnen biegeschlaffen Elemente gegeneinander wird dann der Gegenstand bzw. die Plattform so in die Haltestruktur eingespannt, dass die einzelnen biegeschlaffen Elemente mittels ihrer Zugspannung den Gegenstand in der Haltestruktur fixieren. Durch eine durch die mehreren Antriebselemente realisierte Längen-, Positions- und/oder Orientierungsänderung an den biegeschlaffen Elementen kann dann wie vorbeschrieben die Position und/oder die Orientierung des Gegenstands relativ zur Haltestruktur gezielt verändert werden, wobei der verspannte Zustand der biegeschlaffen Elemente bzw. der eingespannte Zustand des Gegenstands in der Haltestruktur beibehalten wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Handhabungssystem so ausgestaltet, dass die mehreren Halteelemente in mindestens zwei Freiheitsgraden der Translation (z. B. orthogonal zueinander stehenden Richtungen tangential zur Erdoberfläche) und in mindestens einem Freiheitsgrad der Rotation (z. B. eine Rotationsachse senkrecht zur Erdoberfläche) relativ zueinander und vollständig unabhängig voneinander bewegt werden können. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die einzelnen Halteelemente in allen sechs Freiheitsgraden relativ zueinander beweglich auszuführen.
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Die Halteelemente können als separate, fahrbare Untersätze ausgebildet sein, auf denen jeweils eine Einspanneinheit zum Einspannen eines der biegeschlaffen Elemente ausgebildet ist. Vorteilhafterweise sind die Einspanneinheiten so realisiert, dass die biegeschlaffen Elemente relativ zur Einspanneinheit beweglich geführt werden, beispielsweise über eine an der Einspanneinheit befestigte und relativ zur Einspanneinheit um mindestens eine Achse schwenkbare Umlenkrolle. Auch ein Flaschenzug kann anstelle einer Umlenkrolle eingesetzt werden.
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Bei den Einspanneinheiten handelt es sich vorteilhafterweise um Masten, die auf den fahrbaren Untersätzen fixiert sind. Die fahrbaren Untersätze können mit Hilfe von Auslegern und/oder an ihnen fixierten Ausgleichsgewichten stabilisiert werden.
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Die einzelnen Halteelemente bzw. deren fahrbare Untersätze können aktiv (z. B. mit Hilfe eines Verbrennungsmotors) angetrieben werden. Beispielsweise können die Einspanneinheiten hierzu auf der Ladefläche von LKWs angeordnet sein (LKWs als Halteelemente). Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, die einzelnen Halteelemente passiv bewegbar auszubilden (z. B. Einspanneinheiten auf der Ladefläche eines LKW-Anhängers). Werden alle Halteelemente dergestalt ausgebildet, so ist das gesamte seilgeführte Handhabungssystem autonom bewegbar.
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Bei den Antriebselementen kann es sich um rotatorische Antriebselemente handeln: Die einzelnen Antriebselemente umfassen dann beispielsweise elektrisch angetriebene Winden, auf die die biegeschlaffen Elemente abschnittsweise aufwickelbar sind. Es ist jedoch auch möglich, die Antriebselemente als translatorische Antriebssysteme auszubilden: So kann beispielsweise an den Halteelementen eine Schiene befestigt werden, innerhalb derer dann (mit Hilfe eines Linearantriebs) ein Schlitten (an dem ein Ende eines biegeschlaffen Elements befestigt ist) bewegt werden kann. Zum Verspannen der biegeschlaffen Elemente gegeneinander sind die einzelnen Antriebselemente unbeweglich (im Falle von Winden, mit denen die biegeschlaffen Elemente aufgerollt werden können) oder beweglich (bei Linearantrieben, mit denen an einem Ende der biegeschlaffen Elemente gezogen werden kann) an den Halteelementen fixiert.
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Die einzelnen Antriebeselemente können als elektrisches, pneumatisches und/oder hydraulisches Antriebssystem ausgebildet sein. Die vorbeschriebenen Längen-, Positions- und/oder Orientierungsänderungen an den biegeschlaffen Elementen können durch sie über ein Ziehen, Aufrollen und/oder Verdrillen des jeweiligen biegeschlaffen Elementes realisiert werden. Die einzelnen Antriebselemente können auch mit Absolutmesssystem ausgestattet werden: Mittels solcher Absolutmesssysteme ist es möglich, die (entsprechend eines vorgegebenen Bewegungsmusters für den Gegenstand) mittels der einzelnen biegeschlaffen Elemente zu realisierenden Längen-, Positions- und/oder Orientierungsänderungen hochgenau zu vermessen und einzuregeln.
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Wie vorstehend bereits angedeutet, ist es möglich, die einzelnen Antriebselemente beweglich oder unbeweglich an den Halteelementen bzw. an der Haltestruktur zu fixieren. Alternativ dazu ist es jedoch ebenso denkbar, die einzelnen Antriebselemente beweglich oder unbeweglich am Gegenstand bzw. an einer lasttragenden Plattform selbst zu fixieren: So können beispielsweise in Ecken dieses Gegenstands motorbetriebene Winden fixiert werden, mit denen der Gegenstand (bei feststehenden Halteelementen) durch Aufwickeln der einzelnen biegeschlaffen Elemente aus einem noch nicht eingespannten Zustand in den eingespannten Zustand (verspannter Zustand der einzelnen biegeschlaffen Elemente gegeneinander) überführt werden kann. Im verspannten Zustand können dann die einzelnen motorbetriebenen Winden dazu verwendet werden, gezielt Längenänderungen an den einzelnen biegeschlaffen Elementen vorzunehmen, wodurch die Position und/oder Orientierung des Gegenstandes relativ zur Haltestruktur verändert werden kann.
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Beim vorbeschriebenen Gegenstand kann es sich insbesondere um eine Arbeitsplattform handeln, an der Arbeitsgeräte, Werkzeuge und/oder Werkstücke befestigt werden können. Alternativ dazu kann der Gegenstand auch als Prozesseinheit ausgebildet sein, die zur Durchführung von Montageaufgaben, zum Durchführen von Minensuch- und/oder Minenräumaufgaben oder auch zum Durchführen von agrarbetrieblichen Aufgaben (z. B. Ernteaufgaben) ausgebildet ist. Auch Prozesseinheiten zur Personenbewegung, zum Durchführen von Fräsaufgaben oder für eine Vielzahl von anderen Aufgaben sind denkbar.
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Vorteilhaftweise weist ein erfindungsgemäßes Handhabungssystem ein programmierbares Rechnersystem oder einen programmierbaren Micro-Controller auf. Mit einer dieses Rechnersystem bzw. diesen Micro-Controller umfassenden Steuerungseinheit (z. B. personal computer PC) können die Antriebselemente zum Realisieren vordefinierter Längen-, Positions- und/oder Orientierungsänderungen der einzelnen biegeschlaffen Elemente gemäß eines vordefinierten Bewegungsmusters für den Gegenstand angesteuert werden. Vorteilhafterweise ist darüber hinaus eine ebenso ausgebildete Regeleinheit vorgesehen, mit der nicht nur die momentanen Längen-, Positions- und/oder Orientierungszustände der einzelnen biegeschlaffen Elemente erfasst werden können, sondern auch Abweichungen dieser Ist-Zustände von den vordefinierten Soll-Zuständen gemäß dem angestrebten Bewegungsmuster für den Gegenstand korrigiert werden können.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist lediglich genau eines der mobilen, fahrbaren Halteelemente als Führungselement ausgebildet, das durch eine Person aktiv gesteuert werden kann. Die anderen Halteelemente empfangen Steuerungsdaten entsprechend des Bewegungspfads des Führungs-Halteelements von dem Führungs-Halteelement (z. B. über eine Funkverbindung) und führen dann selbstständig (das heißt ohne separat von weiteren Personen gesteuert werden zum müssen) geeignet auf den Bewegungspfad des Führungs-Halteelementes abgestimmte Bewegungen durch.
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Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Bearbeitung bzw. Bewirtschaftung des Arbeitsraumes weisen erfindungsgemäße seilgeführte Handhabungssysteme eine Reihe von Vorteilen auf:
- • Durch die vorbeschriebene Art der Montage beispielsweise bei Solarmodulen ist ein Kostenvorteil realisierbar, der durch die kostengünstige Kinematik, wegfallende Logistikschritte und eine weitgehende Automatisierung entsteht. So können Solarkraftwerke (oder auch andere Großbaugruppen) durch den Einsatz mobiler Seilroboter gemäß der vorliegenden Erfindung schnell und kostensparend aufgebaut werden. Weitere Beispiele für solche Großbaugruppen sind Schiffsstrukturen, Weinerntemaschinen oder auch Räummaschinen für Minenfelder.
- • Es ist somit insbesondere ein effizienter und einfacher Transport von Großbaugruppen zu ihren endgültigen Standorten möglich.
- • Mobile Türme bzw. Halteelemente des Handhabungssystems können so positioniert werden, dass sie einen großen Arbeitsbereich mit der Prozesseinheit bzw. dem Gegenstand überfahren können, beispielsweise eine Fläche von 50 × 50 m2. Die Prozesseinheit kann dabei z. B. aus einem Minensuch- und Minenräumequipment bestehen. Sie kann in diesem Fall entsprechend gepanzert sein, um auch bei Explosionen keinen Schaden davonzutragen. Wenn der entsprechende Bereich minengeräumt ist, können die mobilen Türme weiterfahren.
- • Bei der Weinernte oder auch bei anderen Agrartätigkeiten können die einzelnen Halteelemente der Haltestruktur bzw. die Seiltürme an zugänglichen Punkten eines abzuerntenden Feldes positioniert werden. Die Prozesseinheit trägt dann Einrichtungen zur Ernte oder auch zur Verteilung von Dünger. Nach der Aberntung eines Feldes fahren die mobilen Einheiten zum nächsten Einsatzort weiter.
- • Die Ausprägung des seilgeführten Handhabungssystems kann dabei sehr variabel ausgestaltet sein: Die einzelnen Halteelemente (z. B. Masten) können etwa in ihrer Höhe, in der Technik von an ihnen Antriebselementen (angeordneten z. B. der Windentechnik) und bezüglich der Ausgestaltung der fahrbaren Untersätze bzw. Verfahrplattformen nahezu beliebig variieren. Es könne passiv verschiebbare Wagen ebenso wie aktiv angetriebene Wagen für die fahrbaren Untersätze verwendet werden (z. B. auf Raupenkettenbasis), so dass auch hohe Masten autonom verfahren werden können.
- • Die Steuerung des seilgeführten Handhabungssystems kann beispielsweise manuell durch ein Steuerpult vorgenommen werden, sollte aber in der Regel halb- oder vollautomatische Arbeitsschritte beinhalten, um die Produktivität zu erhöhen. So kann auch das Verfahren der einzelnen Plattformen manuell geschehen (indem eine Person auf jedem entsprechenden Fahrzeug steuert), ebenso ist jedoch auch ein halbautomatisches Verfahren der Plattformen möglich, bei dem eines der Fahrzeuge als Führungsfahrzeug gesteuert wird und die anderen hinterher fahren.
- • Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich zur on-site-Montage von Großbaugruppen in großen Stückzahlen bei großen überspannten Arbeitsräumen von beispielsweise 20 × 20 × 15 m3 einsetzen. Die einzelnen mobilen Halteelemente der Haltestruktur können bei jedem Aufbau automatisiert neu eingemessen werden, so dass die Befestigungspunkte der Seile auf den mobilen Plattformen nahezu beliebig im Raum positionierbar sind.
- • Das gesamte Handhabungssystem kann auf die vorbeschriebene Art und Weise mobil ausgestaltet werden, um z. B. zu den Montagestandorten von Sonnenkollektoren verfahren werden zu können. Eine zeit- und kostenoptimierte Fertigstellung von Solarthermieanlagen ist so möglich. Durch die weitgehend automatisierte Montage der Solarkollektoren ergibt sich bei hohen Stückzahlen eine Voraussetzung für den schnellen und wirtschaftlichen Aufbau von Solarthermiekraftwerken: Aufgrund der Größe der Kollektorstrukturen ist eine herkömmliche Automatisierungsanlage mit Industrierobotern, Linearachsen und Drehtischen zu kostenintensiv; die Kosten des erfindungsgemäßen seilgeführten Handhabungssystems sind dagegen für diese großen Arbeitsräume sehr gering. Im Gegensatz zu einer Endmontage in einer Fabrikhalle auf dem Kraftwerksgelände und dem anschließenden Transport zum Standort des Kollektors entfällt bei der vorliegenden Erfindung ein Logistikschritt, so dass die einzelnen Komponenten direkt zum Standort gebracht und dort montiert werden können. Der Transport von der Montagehalle zum Standort entfällt somit, mit ihm die Kosten für Transportfahrzeuge, Kräne und Personal.
- • Wie bereits vorbeschrieben, sind die Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Handhabungssystems vielgestaltig.
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1 skizziert ein seilgeführtes Handhabungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung zum Montieren von Sonnenkollektoren.
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Das gezeigte seilgeführte Handhabungssystem weist als Haltestruktur 2 insgesamt vier einzelne, in den beiden senkrecht aufeinander stehenden Freiheitsgraden x, y der Translation (die von diesen beiden Freiheitsgraden aufgespannte Ebene fällt hier mit der Erdoberfläche zusammen) relativ zueinander und vollständig unabhängig voneinander bewegbar Halteelemente 2a bis 2d auf. Jedes dieser Halteelemente umfasst einen als angetriebene Plattform z. B. in Form eines Baggerunterteils (Antriebsstrang eines Baggers samt darauf angeordneter Plattform) ausgebildeten fahrbaren bzw. aktiv bewegbaren Untersatz 5. Grundsätzlich sind aber auch z. B. passiv bewegbare LKW-Anhänger o. ä. als Untersatz 5 denkbar. Auf der Oberseite 6 der Ladeplattform einer jeden angetriebenen Plattform 5 ist eine Einspanneinheit 7 zum Einspannen eines biegeschlaffen Elementes 1a bis 1d in Form eines Seils vorgesehen. Jede Einspanneinheit 7 ist dabei als auf der Oberseite 6 des fahrbaren Untersatzes 5 fest fixierter Mast ausgebildet. Damit die einzelnen fahrbaren Untersätze 5 bei Gewichtsbelastung bzw. bei einem gegeneinander Verspannen der einzelnen Seile 1a bis 1d nicht kippen können, sind die einzelnen fahrbaren Untersätze 5 jeweils durch Ausleger 9 und durch auf den Ladeplattformen der fahrbaren Untersätze 5 angeordnete Ausgleichsgewichte aus Beton (nicht gezeigt) stabilisiert. Um ein Wegrollen zu verhindern, sind die einzelnen fahrbaren Untersätze 5 mit Hilfe eines Bremssystems (nicht gezeigt) am gewünschten Ort fixierbar. Ein Haltelement 2 umfasst hier somit jeweils eines der Elemente 5, 6, 7 und 8 (siehe nachfolgend).
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Die vier Halteelemente 2a bis 2d bzw. fahrbaren Untersätze 5 sind im vorliegenden Fall an vier den Eckpunkten eines Rechtecks entsprechende Orte gefahren bzw. gesteuert worden. Bei Verwendung von LKW-anhängern können diese durch einen Sattelschlepper 13 an Ort und Stelle gebracht werden. Unterhalb der Spitze eines jeden Masts 7 ist auf der Oberseite 6 des jeweiligen fahrbaren Untersatzes 5 jeweils ein rotatorisches Antriebselement 4a bis 4d, das eine elektrische Winde 10 umfasst, ausgebildet. Die vier Antriebselemente 4a bis 4d der vier Halteelemente 2 bzw. fahrbaren Untersätze 5 sind jeweils über ein biegeschlaffes Element bzw. Seil 1a bis 1d, das über eine an der jeweiligen Spitze des zugehörigen Masts 7 befestigte Umlenkrolle 8 geführt ist, mit dem als lasttragende Plattform ausgebildeten Gegenstand 3 verbunden. Ein Aufwickeln der Seile auf die Winden 10 durch die Antriebselemente 4a bis 4d verkürzt somit die freiliegenden Seillängen und verspannt somit die Seile 1a bis 1d gegeneinander.
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Die Umlenkrolle 8 ist dabei jeweils um eine Achse z senkrecht zu den beiden vorbeschriebenen Freiheitsgraden x, y (also senkrecht zur Erdoberfläche) bzw. um die Längsachse des zugehörigen Masts 7 frei schwenkbar ausgebildet. Auch bei fest positioniertem Halteelement 2a bis 2d ist somit ein Schwenken der von den Umlenkrollen 8 zum Gegenstand 3 führenden Seilabschnitte der jeweiligen Seile 1a bis 1d um die z-Achse (Schwenken um den Freiheitsgrad φ) möglich. Im vorliegenden Fall sind die vier fahrbaren Untersätze 5 bezüglich des rotatorischen Freiheitsgrades φ identisch ausgerichtet. Eine genaue diesbezügliche Ausrichtung ist jedoch nicht notwendig, die einzelnen fahrbaren Untersätze 5 können auch initial in unterschiedlichen φ-Positionen geparkt werden, wobei diese unterschiedlichen Initialpositionen dann durch die Schwenkfähigkeit der Umlenkrollen 8 um die Mastlängsachse ausgeglichen werden können.
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Das eine Ende eines jeden Seils 1a bis 1d ist somit an einer auf einem der fahrbaren Untersätze 5 angeordneten, elektrischen Winde 10 fixiert, wobei dieses Ende bei Betrieb der jeweiligen Winde 10 mittels eines der Antriebselemente 4a bis 4d auf der Winde 10 aufgerollt oder von dieser abgerollt werden kann. Das andere Ende eines jeden Seils 1a bis 1d ist an einem der Eckpunkte der Arbeitsplattform 3 fixiert. Durch aufeinander abgestimmtes Auf- und/oder Abrollen der einzelnen Winden 10 der einzelnen Halteelemente der Haltestruktur 2 ist es somit bei im Koordinatensystem x, y, z feststehenden Halteelementen möglich, die Position und/oder die Orientierung der Plattform 3 relativ zu der durch die vier Halteelemente ausgebildeten Haltestruktur 2 zu ändern. Werden beispielsweise die Seile 1a und 1b der dem Betrachter der 1 zugewandten beiden Halteelemente 2a und 2b (bei feststehenden Halteelementen 2a bis 2d) durch Aufrollen verkürzt und gleichzeitig die Seile 1c und 1d der beiden dem Betrachter abgewandten Halteelemente 2c und 2d durch Abrollen verlängert, so kann die Plattform 3 in -y-Richtung auf den Betrachter zubewegt werden. Ein Halten der vier biegeschlaffen Elemente 1a bis 1d im verspannten Zustand (mit Hilfe der schwenkbaren Umlenkrollen 8 sowie der Antriebseinheiten 4) sorgt dafür, dass der Gegenstand 3 während des Durchführens der entsprechenden Längen-, Positions- und/oder Orientierungsänderung der einzelnen Seile 1a bis 1d ständig im in die Haltestruktur 2 eingespannten Zustand verbleibt. Analog ist beispielsweise durch Verkürzen bzw. Aufrollen der Seile 1b und 1d sowie gleichzeitiges Verlängern bzw. Abrollen der Seile 1a und 1c eine Verschwenkung der Plattform 3 um die z-Achse (in -φ-Richtung) möglich.
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Nachdem die vier Halteelemente 2a bis 2d an ihre vorbestimmten Positionen zum Montieren eines definierten Solarmoduls gefahren worden sind, erfolgt die Steuerung des erfindungsgemäßen Handhabungssystems im vorliegenden Fall mit Hilfe einer ein Computersystem umfassenden Steuerungseinheit 11, die auf einem LKW 13 angeordnet ist. Diese übermittelt Funksignale an die einzelnen Winden 10 bzw. Antriebselemente 4a bis 4d, mit denen die einzelnen Längen der Seile 1a bis 1d in Echtzeit so geändert werden, dass sich für die Plattform 3 ein vordefinierter Bewegungspfad zur Montage des Solarmoduls ergibt. Zur Montage des Solarmoduls ist die Plattform 3 mit entsprechenden Greifwerkzeugen zur Aufnahme des Solarmoduls versehen.
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Der LKW 13 trägt neben der Steuerungseinheit 11 auch eine mit dieser im Datenaustausch stehende Regeleinheit 12, die per Funk über an den einzelnen Winden 10 bzw. Antriebselementen 4 ausgebildete Sensoren (nicht gezeigt) angesteuert wird. Diese Sensoren messen jeweils die Absolutposition der einzelnen Seile 1a bis 1d relativ z. B. zu den Umlenktrollen 8 und übermitteln diese Absolutpositionen an die Regeleinheit 12. Diese wertet die gemessenen Absolutpositionen aus und vergleicht diese Ist-Werte mit entsprechenden Soll-Werten für die Stellung der einzelnen biegeschlaffen Elemente 1a bis 1d. Treten Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Position auf, so wird mittels der Regeleinheit 12 die Steuerungseinheit 11 dahingehend instruiert, diese Abweichungen auszugleichen (Kontrolle mit Hilfe der Sensoren).
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Alternativ dazu können die Steuerungseinheit 11 und die Regeleinheit 12 auch auf einer der angetriebenen Plattformen 5 ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Länge und/oder Anzahl der notwendigen Kabelverbindungen minimiert wird.
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Durch Einsatz digital gesteuerter Seilwinden 10 mit entsprechenden Sensoren (alternativ zu den Sensoren kann auch ein Absolutmesssystem in die Winden integriert sein) ist somit eine exakte Seillängensteuerung in Echtzeit und somit eine exakte Bahnsteuerung für den Gegenstand 3 möglich.
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Der in 1 gezeigte parallele Seilroboter übernimmt somit einen Montageprozess direkt am Aufstellungsort der Solarmodule. Der Seilroboter besteht dazu aus den folgenden Komponenten:
- • Vier mobile Seilbefestigungsmasten 5, 7 (es können auch mehr mobile Seilbefestigungsmasten, z. B. sechs, eingesetzt werden). Diese einzelnen Halteelemente umfassend die Seilbefestigungsmasten 5, 7 sind hier auf den angetriebenen Plattformen montiert. Die einzelnen Halteelemente sind hier also aktiv fahrbar. Auf den Plattformen sind jeweils Winden montiert, die über eine etwa in 15 m Höhe angeordnete Umlenkrolle (Seilangriffspunkt) das Prozesssystem bzw. den Gegenstand 3 ansteuern. Die Stabilität der Plattform wird durch ausfahrbare Stützen 9 und Betongewichte gesichert.
- • An den Seilen 1 des Seilroboters ist die Plattform 3 befestigt, die wie vorbeschrieben durch Seillängenänderungen translatorisch und rotatorisch über dem Gelände bewegt werden kann. An der Plattform befindet sich hier eine Prozesseinheit (Montagesystem) zum Greifen und Positionieren der einzelnen Solarmodule, bestehend aus zwei Industrierobotern.
- • Wesentlich bei der vorbeschriebenen Montage der Solarkollektoren ist somit, dass sämtliche Eckpunkte der Haltestruktur 2 unabhängig voneinander und relativ zueinander frei beweglich sind, also an keinem festen Rahmen befestigt sind. Somit ergibt sich eine nahezu beliebig variable Geometrie der Haltestruktur des erfindungsgemäßen seilgeführten Handhabungssystems. Mittels der zwei Industrieroboter, die die Einzelteile der Sonnenkollektoren aus Transportcontainern entnehmen können, kann dann ein Aufstellen und Montieren der einzelnen Einheiten erfolgen. Die Prozesseinheit wird dabei von Seilen getragen, deren Aufhängepunkte durch die vorbeschriebenen mobilen Seilwindentürme gebildet werden. Wenn ein Anlagenbereich fertig gestellt ist, können die Halteelemente der Haltestruktur selbstständig zum nächsten Segment fahren.
