DE4306127A1 - Großmanipulator, insbesondere für Autobetonpumpen - Google Patents
Großmanipulator, insbesondere für AutobetonpumpenInfo
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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.
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