DE4306127A1 - Großmanipulator, insbesondere für Autobetonpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Großmanipulator, insbeson­ dere für Autobetonpumpen, mit einem auf einem Gestell, vorzugsweise einem Fahrgestell, angeordneten, um eine im wesentlichen vertikale Drehachse mittels eines An­ triebsaggregats antreibbaren Mastbock, einem aus min­ destens drei Mastarmen zusammengesetzten, vorzugsweise als Betonverteilermast ausgebildeten Knickmast, welche Mastarme um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen paarweise gegenüber dem jeweils benachbar­ ten Mastbock oder Mastarm mittels je eines weiteren An­ triebsaggregats begrenzt verschwenkbar sind, und mit einer mindestens einen Steuerhebel aufweisenden Fern­ steuereinrichtung zur Ansteuerung der Antriebsaggrega­ te, wobei der Steuerhebel in zwei zueinander senkrech­ ten Hauptstellrichtungen vor- und rückwärts verstellbar ist.

Autobetonpumpen dieser Art sind mobile Arbeitsgeräte, die mit vollem 360°-Schwenkbereich des Mastbocks bei gestreckter horizontaler Lage des Knickmasts eingesetzt werden können. Der Bediener ist für die Steuerung der Autobetonpumpe und die Positionierung des Beton-End­ schlauches am letzten Arm des Knickmasts verantwort­ lich. Er hat dazu mehr als zwei rotatorische Freiheits­ grade des Knickmasts über die zugehörigen Antriebsag­ gregate unter Bewegung des Knickmasts im nicht struk­ turierten dreidimensionalen Arbeitsraum bei Beachtung der Baustellenrandbedingungen zu betätigen. Durch den Einsatz von Proportional-Funkfernsteuerungen wurde die­ se Bedienertätigkeit dahingehend erleichtert, daß der Bediener nicht mehr mit einem Kabel räumlich mit der Autobetonpumpe verkettet ist. Es besteht jedoch weiter­ hin das Risiko, daß bei einer Einzelachsenbetätigung unkontrollierte Bewegungen am Endschlauch und damit eine Gefährdung des Baustellenpersonals auftreten kön­ nen. Zur Erleichterung der Handhabung des Großmanipula­ tors wurde bereits vorgeschlagen, statt der Einzelan­ steuerung der rotatorischen Freiheitsgrade des Knick­ masts den Endschlauch durch geeignete Rechnerunterstüt­ zung in einem kartesischen x-, y-, z-Koordinatensystem mit Hilfe von Stellhebeln zu verfahren, wobei wahlweise ein gestellfestes oder baustellenfestes Koordinatensy­ stem gewählt werden kann. Diese Art der Betätigung hat sich jedoch bei vielen Anwendungsfällen als recht um­ ständlich erwiesen, da die hierfür erforderliche Betä­ tigung der Steuerhebel mit den optisch wahrnehmbaren Bewegungsabläufen des Knickmasts nicht ohne weiteres in Einklang gebracht werden kann.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, den bekannten Großmanipulator der eingangs an­ gegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß es dem Be­ diener möglich ist, beliebige Punkte im Raum in der Reichweite des Knickmasts mit einfachen Handhabungen der Bedienelemente anzusteuern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei ei­ ner gemeinsamen Ansteuerung der redundanten Knickachsen des Knickmasts unabhängig von der Drehachse des Mast­ bocks mit einem einzigen Stellvorgang des Steuerhebels eine für den Bediener anschauliche Streck- oder Verkür­ zungsbewegung des Knickmasts bei vorgegebener Höhe der Knickmastspitze ausgeführt werden kann. Um dies zu er­ möglichen, weist die Fernsteuereinrichtung einen über den Steuerhebel ansteuerbaren, rechnerunterstützten Ko­ ordinatengeber für die Antriebsaggregate auf, über den in der einen Hauptstellrichtung des Steuerhebels die Antriebsaggregate der Knickachsen unabhängig vom An­ triebsaggregat der Drehachse des Mastbocks unter Aus­ führung einer Streck- oder Verkürzungsbewegung des Knickmasts bei vorgegebener Höhe der Mastspitze betä­ tigbar sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist über den Koordinatengeber in der anderen, zur ersten senkrechten Hauptstellrichtung des Steuerhebels oder in der einen Hauptstellrichtung eines weiteren Steuerhe­ bels das Antriebsaggregat der Drehachse des Mastbocks unabhängig von den Antriebsaggregaten der Knickachsen unter Ausführung einer Drehbewegung des Knickmasts bei vorgegebener Höhe der Mastspitze betätigbar. Weiter ist es vorteilhaft, wenn über den Koordinatengeber dazuhin in der anderen, zur ersten senkrechten Hauptstellrich­ tung des Steuerhebels oder in der einen Hauptstellrich­ tung eines weiteren Steuerhebels die Antriebsaggregate der Knickachsen unabhängig vom Antriebsaggregat der Drehachse des Mastbocks unter Ausführung einer Hub- oder Senkbewegung der Mastspitze und Beibehaltung von deren radialem Abstand von der Drehachse betätigbar sind.

Zur Optimierung des Bewegungsablaufs beim Streck- oder Verkürzungsvorgang ist es wichtig, daß die Antriebs­ aggregate der redundanten Knickachsen des Knickmasts jeweils nach Maßgabe einer gegebenenfalls wahlweise vorgebbaren Weg-Schwenk-Charakteristik betätigbar sind. Da die Mastarme in Abhängigkeit von ihrer Ausrichtung zur Gravitationsachse einerseits und von der an ihnen angreifenden Last (z. B. Beton im Förderrohr) anderer­ seits mehr oder weniger großen Biege- und Torsionsmo­ menten ausgesetzt sind, die die Lage der Mastspitze bei gegebenen Schwenkstellungen in den einzelnen Gelenken verfälscht, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Weg-Schwenk-Cha­ rakteristik im Koordinatengeber nach Maßgabe der an den einzelnen Mastarmen angreifenden lastabhängigen Biege- und Torsionsmomente modifizierbar ist. Entsprechendes gilt, wenn zur Vermeidung von Kollisionen im Bewegungs­ raum des Knickmasts Hindernisse zu überwinden sind. Hierzu ist es zweckmäßig, die Weg-Schwenk-Charakteri­ stik der Knickachsen im Koordinatengeber nach Maßgabe von die Mastarmbewegung räumlich begrenzenden Kolli­ sionszonen, insbesondere durch Vorgabe eines höchsten und/oder tiefsten Knickpunkts begrenzt wird. Eine wei­ tere Sicherheit in dieser Hinsicht wird erzielt, wenn die Weg-Schwenk-Charakteristik der Knickachsen im Koor­ dinatengeber nach Maßgabe von durch einen vorzugsweise am letzten Mastarm angeordneten Abstandssensor abgege­ benen Meßsignalen modifizierbar ist.

Zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten der Fernsteu­ ereinrichtung ist es von Vorteil, wenn die Stellhebel über den Koordinatengeber wahlweise auf gestellfeste oder baustellenfeste kartesische Koordinaten oder auf die einzelnen Gelenkkoordinaten umschaltbar sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Autobetonpumpe mit fünfarmigem Knickmast in zusammengeklapptem Zu­ stand;

Fig. 2a und b eine Seitenansicht und eine Draufsicht einer Autobetonpumpe mit auseinandergeklapptem Knickmast;

Fig. 3a und b je einen Ausschnitt aus dem fahrzeugfer­ nen und fahrzeugfesten Teil einer Fernsteuer­ einrichtung in schematischer Darstellung.

Die in der Zeichnung dargestellte Autobetonpumpe weist ein Fahrgestell 10, einen in der Nähe der Vorderachse 12 und des Fahrerhauses 14 des Fahrgestells 10 angeord­ neten Mastbock 16, einen am Mastbock 16 um eine verti­ kale Drehachse 18 mittels eines nicht dargestellten hy­ draulischen Drehaggregats um 360° drehbaren Knickmast 20, eine über einen Materialaufgabebehälter 22 mit Be­ ton beaufschlagbare, hydraulisch angetriebene Betonpum­ pe 24 und eine über eine Rohrweiche 26 an die Betonpum­ pe 24 angeschlossene Förderleitung 28 auf. Der Knick­ mast 20 weist fünf Mastarme 1, 2, 3, 4 und 5 auf, die an dem Knickgelenk A mit dem Mastbock 16 und an den Knickgelenken B, C, D und E um jeweils horizontale Knickachsen schwenkbar miteinander verbunden sind. Das Ein- und Ausfalten der Mastarme 1 bis 5 um die Gelenke A bis E erfolgt hydraulisch mittels doppeltwirkenden Hydrozylindern 30, die mit ihren freien zylinderseiti­ gen und stangenseitigen Enden an Auslegern bzw. Umlege­ bügeln der Mastarme 1 bis 5 und des Mastbocks 16 ange­ lenkt sind.

In der in Fig. 1 gezeigten Fahrstellung sind die Mast­ arme in zueinander im wesentlichen paralleler Ausrich­ tung gegeneinander gefaltet, während sie in der Dar­ stellung nach Fig. 2a und b auseinandergefaltet sind.

Zur Betätigung der Antriebsaggregate des Knickmasts ist eine Fernsteuereinrichtung vorgesehen, die ein vom Fahrgestell getrenntes Funkfernsteuergerät 30′ und eine mit dem Funkfernsteuergerät 30′ mittels Senderempfängern 36, 36′ über eine bidirektionale Funkstrecke 38 kommu­ nizierende fahrzeugfeste Steuereinrichtung 31 umfaßt. Das Funkfernsteuergerät 30′ weist mehrere, als Steuerhe­ bel ausgebildete Bedienorgane 34, 34′, 34′′ auf, die jeweils in zwei zueinander senkrechten Hauptstellrich­ tungen vor- und rückwärts unter Abgabe von Steuersigna­ len verstellt werden können. Die Steuersignale werden über die bidirektionale Funkstrecke zum fahrzeugfesten Senderempfänger 36′ übertragen und in einer Datenaufbe­ reitungsstufe 40 und einem rechnergestützten Koordina­ tengeber 42 in Koordinatensignale für die Antriebsag­ gregate 30 der sechs Achsen 18, A, B, C, D, E umgesetzt. Zusätzlich kann die Größe der Auslenkung der Steuerhe­ bel 34, 34′, 34′′ über eine geeignete Sensorik oder Elektronik in geschwindigkeitsbestimmende Signale umge­ setzt werden.

Bei dem in Fig. 2a und b in Verbindung mit Fig. 3a und b gezeigten Ausführungsbeispiel werden über den Steuer­ hebel 34 in der einen Hauptstellrichtung (+, -) mit Un­ terstützung eines fahrzeugfesten Rechners die Antriebs­ aggregate 30 sämtlicher Knickachsen A bis E einzeln oder in ihrer Gesamtheit so angesteuert, daß der Knick­ mast 20 in Plusrichtung eine Streckbewegung und in Mi­ nusrichtung eine Verkürzungsbewegung bei konstanter Drehlage des Mastbocks 16 und bei konstanter Höhe h des Knickmastendes über dem Boden 40 ausführt. Jede Knick­ achse A bis E wird innerhalb des Koordinatengebers 42 so softwaremäßig angesteuert, daß die Knickgelenke in Abhängigkeit von Weg und Zeit sich harmonisch zueinan­ der bewegen. Sofern die den Knickachsen zugeordneten Antriebsaggregate als Hydraulikzylinder 30 mit in den Zylindern untergebrachten Längenmeßsystemen 44 ausge­ bildet sind, kann hierzu die gemessene Hubbewegung des Zylinders mit Hilfe einer vorgegebenen Weg-Schwenk-Cha­ rakteristik in die zugehörige Drehbewegung des Gelenks umgerechnet werden. Die Ansteuerung der redundanten Freiheitsgrade der Knickgelenke erfolgt somit nach ei­ ner vorprogrammierten Strategie, bei der auch Kolli­ sionszonen in Form von Hindernissen, Decken, Einbauten und dergleichen über die Betriebssoftware eingegeben und im Bewegungsablauf berücksichtigt werden können. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann auf in Dateien abge­ legte Korrekturdaten (z. B. zur Kompensation einer last­ abhängigen Deformation) zurückgegriffen werden.

Die Drehlage des Knickmasts 20 im Mastbock 16 um die Drehachse 18 erfolgt bei dem gezeigten Ausführungsbei­ spiel durch Betätigung des Steuerhebels 34 in horizon­ taler Hauptstellrichtung (r,l), wobei in Richtung r eine Rechtsdrehung und in der Richtung l eine Linksdrehung um die Drehachse 18 ausgelöst wird. Die Hub-Senk-Bewe­ gung (h, s) des an der Mastspitze angeordneten End­ schlauches, beispielsweise unter Beibehaltung der ra­ dialen Auslenkung des Knickmasts 20 kann unter Ansteue­ rung der Antriebsaggregate 30 der Knickachsen A bis E über einen weiteren Betätigungshebel 34′ ausgelöst wer­ den. Bei einer Betätigung der Steuerhebel in einer von den zueinander senkrechten Hauptstellrichtungen abwei­ chenden Zwischenrichtung werden jeweils beide Steuerar­ ten nach Art einer Komponentenzerlegung angesprochen.

Mit diesen Maßnahmen ist es möglich, den gesamten Raum innerhalb der Reichweite des Knickmasts mit den notwen­ digen Kollisionsbegrenzungen mit nur drei Hauptstell­ richtungen unter Verwendung von zwei Steuerhebeln (34, 34′) mit der Mastspitze abzufahren, wobei die Bewegun­ gen der Steuerhebel in einer für den Bediener anschau­ lichen Weise in die drei genannten Bewegungskomponenten des Knickmasts 20 umsetzbar sind. An dem Display 32 kann der Bediener die aktuellen Koordinatenwerte der Mastspitze in einem über den Wählschalter 33 ausgewähl­ ten Koordinatensystem ablesen.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin­ dung betrifft einen Großmanipulator, insbesondere für Autobetonpumpen. Auf einem Gestell ist ein um eine ver­ tikale Drehachse 18 antreibbarer Mastbock sowie ein aus mindestens drei Mastarmen 1 bis 5 zusammengesetzter Knickmast angeordnet. Die Mastarme 1 bis 5 des Knick­ masts sind um horizontale, zueinander parallele Knick­ achsen A bis E paarweise gegenüber dem jeweils benach­ barten Mastbock 16 oder Mastarm 1 bis 5 mittels je ei­ nes Antriebsaggregats 30 begrenzt verschwenkbar. Die Betätigung des Knickmasts erfolgt über eine Fernsteuer­ einrichtung 30 mit Steuerhebeln 34, 34′, 34′′. Um eine klare Zuordnung zwischen den Bewegungen des Steuerhe­ bels 34 und des Knickmasts zu gewährleisten, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Fernsteuereinrich­ tung einen über den Steuerhebel 34 ansteuerbaren, rech­ nergestützten Koordinatengeber 42 für die Antriebsag­ gregate 30 aufweist, über den in der einen Hauptstell­ richtung (+, -) des Steuerhebels 34 die Antriebsaggrega­ te 30 der Knickachsen A bis E unabhängig vom Antriebs­ aggregat der Drehachse 18 des Mastbocks 16 unter Aus­ führung einer Streck- oder Verkürzungsbewegung des Knickmasts 20 bei vorgegebener Höhe h der Mastspitze betätigbar sind. In der anderen, zur ersten senkrechten Hauptstellrichtung (l, r) des Steuerhebels 34 wird über den Koordinatengeber 42 eine Drehbewegung des Knick­ masts 20 um die Drehachse 18 ausgelöst, und zwar unab­ hängig von der Bewegung in den Knickachsen A bis E bei vorgegebener Höhe h der Knickmastspitze.

Claims (8)

1. Großmanipulator, insbesondere für Autobetonpumpen, mit einem auf einem Gestell, insbesondere einem Fahrgestell (10), angeordneten, um eine im wesent­ lichen vertikale Drehachse (18) mittels eines An­ triebsaggregats antreibbaren Mastbock (16), einem aus mindestens drei Mastarmen (1 bis 5) zusammenge­ setzten, vorzugsweise als Betonverteilermast ausge­ bildeten Knickmast (20), welche Mastarme (1 bis 5) um jeweils horizontale, zueinander parallele Knick­ achsen (A bis E) paarweise gegenüber dem jeweils benachbarten Mastbock (16) oder Mastarm (1 bis 5) mittels je eines weiteren Antriebsaggregats (30) begrenzt verschwenkbar sind, und mit einer minde­ stens einen Steuerhebel (34, 34′, 34′′) aufweisenden Fernsteuereinrichtung zur Ansteuerung der Antriebs­ aggregate, wobei der Steuerhebel (34, 34′, 34′′) in zwei zueinander senkrechten Hauptstellrichtungen vor- und rückwärts verstellbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fernsteuereinrichtung einen über den Steuerhebel (34) ansteuerbaren, rechnerunter­ stützten Koordinatengeber 42 für die Antriebsaggre­ gate (30) aufweist, über den in der einen Haupt­ stellrichtung (+, -) des Steuerhebels (34) die An­ triebsaggregate (30) der Knickachsen (A bis E) un­ abhängig vom Antriebsaggregat der Drehachse (18) des Mastbocks (16) unter Ausführung einer Streck- oder Verkürzungsbewegung des Knickmasts (20) bei vorgegebener Höhe (h) der Knickmastspitze betätig­ bar sind.

2. Großmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß über den Koordinatengeber (42) in der anderen, zur ersten senkrechten Hauptstellrichtung (r, l) des Steuerhebels (34) oder in der einen Haupt­ stellrichtung eines weiteren Steuerhebels (34′, 34′′) das Antriebsaggregat der Drehachse (18) des Mastbocks (16) unabhängig von den Antriebsaggre­ gaten (30) der Knickachsen (A bis E) unter Ausfüh­ rung einer Drehbewegung des Knickmasts (20) bei vorgegebener Höhe (h) der Knickmastspitze betätig­ bar ist.

3. Großmanipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß über den Koordinatengeber (42) in der anderen, zur ersten senkrechten Hauptstellrich­ tung des Steuerhebels (34) oder in der einen Haupt­ stellrichtung (h, s) eines weiteren Steuerhebels (34′) die Antriebsaggregate (30) der Knickachsen (A bis E) unabhängig vom Antriebsaggregat der Dreh­ achse (18) des Mastbocks (16) unter Ausführung ei­ ner Hub- oder Senkbewegung der Knickmastspitze, vorzugsweise unter Beibehaltung von dessen radialem Abstand von der Drehachse (18) betätigbar sind.

4. Großmanipulator nach Anspruch 1 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antriebsaggregate (30) der redundanten Knickachsen (A bis E) des Knickmasts (20) jeweils nach Maßgabe einer wahlweise vorgeb­ baren Weg-Schwenk-Charakteristik betätigbar sind.

5. Großmanipulator nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Weg-Schwenk-Charakteristik der Knickachsen (A bis E) im Koordinatengeber (42) nach Maßgabe von an den einzelnen Mastarmen (1 bis 5) angreifenden lastabhängigen Biege- und/oder Tor­ sionsmomenten modifizierbar ist.

6. Großmanipulator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Weg-Schwenk-Charakteristik der Knickachsen (A bis E) im Koordinatengeber nach Maßgabe von die Mastarmbewegungen räumlich be­ grenzenden Kollisionszonen, insbesondere durch Vor­ gabe eines höchsten und/oder tiefsten Knickpunkts, modifizierbar ist.

7. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Weg-Schwenk-Charak­ teristik der Knickachsen (A bis E) im Koordinaten­ geber (42) nach Maßgabe von durch einen vorzugswei­ se am letzten Mastarm (E) angeordneten Abstandssen­ sor abgegebenen Meßsignalen modifizierbar ist.

8. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellhebel (34, 34′, 34′′) über den Koordinatengeber (42) auf gestellfe­ ste oder baustellenfeste kartesische Koordinaten oder auf die einzelnen Gelenkkoordinaten (A bis E) umschaltbar sind.