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Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Seilrobotik. Insbesondere betrifft die Erfindung ein rekonfigurierbares Seilrobotersystem und ein Verfahren zur Rekonfiguration eines solchen Seilrobotersystems.
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Ein Nachteil konventioneller Parallelkinematiken liegt in ihrem schlechten Verhältnis von Bauraum- zu Arbeitsraumvolumen. Dies liegt hauptsächlich am begrenzten Hub der oftmals verwendeten Linearaktoren (z.B. Hydraulikzylinder oder Kugelrollspindeln). Ein Lösungsansatz für dieses Problem liegt in der Verwendung von Seilen und Seilwinden als Aktuatoren. Solche Systeme werden als (parallele) Seilroboter bezeichnet.
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Unter einem parallelen Seilroboter versteht man eine spezielle Bauart eines parallelen Roboters, bei dem Seile als bewegungsübertragende Bauteile eingesetzt werden. Ein Seilroboter ist ein paralleler Manipulator, bei dem anstelle von starren Stäben flexible Übertragungselemente wie Kunststoff- oder Drahtseile verwendet werden. Die bewegliche Plattform des Seilroboters (Endeffektor) führt beispielsweise ein Werkzeug, das Handhabungsgut oder einen Sensor und wird durch die Seile gegenüber einer Stützstruktur abgespannt. Die Plattform wird durch die Seile fest an einem Ort verspannt, so dass diese den eingeprägten Kräften und Momenten widersteht.
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Die vollständige Verspannung der Plattform bei einem Seilroboter (Anzahl der Seile > 6) bringt einen enormen Vorteil für die Steifigkeit des Systems und den erreichbaren Arbeitsraum der Plattform. Der Nachteil hierbei ist jedoch, dass mehrere Seile quer durch den Arbeitsraum verlaufen. Je nach Applikation können diese Seile zu Kollisionproblemen führen. Beispielsweise werden solche Seilrobotersysteme für den Bau von Gebäuden eingesetzt. Für diesen beispielhaften Einsatzzweck der bekannten Seilrobotersysteme ist es daher unvermeidlich, dass die unteren Umlenkrollen in der Höhe verstellbar sind, somit rekonfigurierbar sind, damit sie mit dem Gebäude „mitwachsen“ können.
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Eine aus dem Stand der Technik bekannte Lösung ist es, die Umlenkrollen an verschiedenen Punkten anzubringen und bei Bedarf manuell zu demontieren und an einer anderen Position wieder zu montieren. Nachteilig hierbei ist, dass dieses Verfahren sehr aufwendig, zeitintensiv und nur mit aufwendigen Sicherheitsmaßnahmen während des Betriebs des Seilroboters durchführbar ist.
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Auch sind aus dem Stand der Technik automatisierte oder zumindest teilautomatisierte Lösungen bekannt. Hierbei werden für die definierte Bewegung der Umlenkrolle, die Umlenkrolle auf einer Linearschiene montiert. Damit die Umlenkrollen an der Schiene an jeder beliebigen Position arretiert werden kann, wird zusätzlich ein Bremsblock an einem Führungswagen montiert. Ein Verschieben der Umlenkrolle erfolgt dabei beispielsweise durch manuelles hochziehen der Umlenkrollen über einen Seilzug. Nachteilig hierbei ist, dass diese Methode körperlich sehr anstrengend und aufgrund des seriellen Abarbeitens der Umlenkrollen sehr zeitaufwendig ist.
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Auch kann ein Verschieben der Umlenkrollen über Zahnstangen vorgesehen sein. Diese sind jedoch konstruktiv sehr aufwendig und sehr teuer. Des Weiteren sind Antriebe über Riemen und Seile bekannt. Diese sind ebenfalls konstruktiv sehr aufwendig und aufgrund der zusätzlichen Riemen- oder Seilkonstruktion ebenfalls sehr teuer. Des Weiteren werden für die Zahnstangen-, Riemen- oder Seilkonstruktion zusätzliche Antriebe benötigt.
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Aus der
US 2009/0066100 A1 ist eine Vorrichtung, die mit einem Seilrobotersystem verbunden ist, bekannt. In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung: eine Endeffektor-Plattform, die so angepasst ist, dass sie innerhalb eines dreidimensionalen (3D) Arbeitsraums positioniert und manövriert werden kann, drei vertikale Stützelemente, die so angepasst sind, dass sie außerhalb des 3D-Arbeitsraums positioniert werden können, und drei einstellbare Kabel, die so angepasst sind, dass sie von jedem vertikalen Stützelement aus geführt und lösbar an der Endeffektor-Plattform befestigt werden können, um eine Aufwärts- und Abwärtsspannung auf die Endeffektor-Plattform auszuüben. Die einstellbaren Kabel sind so ausgelegt, dass sie in koordinierter Weise einstellbar aus- und eingezogen werden können, um die Endeffektor-Plattform so zu manövrieren, dass sich ein einstellbarer Abschnitt jedes einstellbaren Kabels von dem entsprechenden vertikalen Stützelement zur Endeffektor-Plattform erstreckt. Mindestens zwei der einstellbaren Abschnitte, die mit jedem vertikalen Stützelement verbunden sind, sind im Allgemeinen parallel zueinander angeordnet.
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Es ist daher die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Seilrobotersystem sowie ein Verfahren zum Rekonfigurieren von Seilen eines Seilrobotersystems bereitzustellen, bei dem eine Änderung der Positionen von Umlenkrollen vereinfacht wird und damit auf einfache Weise der Arbeitsraum des Seilrobotersystems variiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch technische Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Technisch vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
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Gemäß einem Aspekt wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Seilrobotersystem gelöst, mit: einer Plattform, einer Mehrzahl von Seilen als kraftübertragende Elemente, die jeweils mit einem Ende mit einem Befestigungspunkt an der Plattform verbunden sind, so dass die Plattform über eine Längenänderung mindestens eines der Seile kontinuierlich innerhalb eines vorgegebenen Bewegungsraums bewegbar ist, zumindest einer die Längenänderung der Seile bewirkenden Antriebseinheit, einer Stützstruktur, die den vorgegebenen Bewegungsraum der Plattform umgibt, zumindest einer rekonfigurierbaren Umlenkrolle, wobei die rekonfigurierbare Umlenkrolle an der Stützstruktur angebracht ist und ein Seil vom Befestigungspunkt an der Plattform zur rekonfigurierbaren Umlenkrolle verläuft und weitergeführt mit einer Antriebseinheit verbunden ist, eine Arretierungsvorrichtung zur Arretierung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle an der Stützstruktur, das Seilrobotersystem derart eingerichtet ist, die Freiheitsgrade der Plattform zu sperren, und weiter derart eingerichtet ist, bei Betätigung der Antriebseinheit der rekonfigurierbaren Umlenkrolle und Aufbringen einer Zugkraft auf das Seil, mithilfe der entgegenwirkenden Kraft der Plattform, eine Kraft auf die rekonfigurierbare Umlenkrolle zu erzeugen, die entgegen einer Kraft entlang einer Bewegungsrichtung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle auf die rekonfigurierbare Umlenkrolle wirkt, um mittels der Höhe dieser Kraft im Verhältnis zur Kraft entlang der Bewegungsrichtung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle eine Verschiebung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle entlang der Stützstruktur zu bewirken.
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Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rekonfiguration von Umlenkrollen mit bereits vorhandenen Seilen durchzuführen. Ein wesentlicher Vorteil dabei ist es, dass die Rekonfiguration der Umlenkrollen des Seilrobotersystems während des Betriebs des Seilrobotersystems erfolgen kann. Dies ist wesentlich zeiteffizienter als eine manuelle Rekonfiguration der Umlenkrollen. Auch ist die vorgeschlagene Rekonfiguration der Umlenkrolle wesentlich kostengünstiger, als die Rekonfiguration mittels zusätzlicher Antriebselemente.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Seilrobotersystems ist die Kraft entlang einer Bewegungsrichtung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle die Gravitationskraft oder eine Kraft eines kinematischen Mittels. Unter einem kinematischen Mittel kann insbesondere ein energiespeicherndes Element wie z.B. Federn verstanden werden.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Seilrobotersystems ist die rekonfigurierbare Umlenkrolle für eine Rekonfiguration der Umlenkrolle entlang der Stützstruktur verschiebbar und arretierbar, wobei das entsprechende Seil von dem Befestigungspunkt an der Plattform zur rekonfigurierbaren Umlenkrolle geführt ist und über die rekonfigurierbaren Umlenkrolle entgegen der Gravitationsrichtung von der Umlenkrolle nach oben weitergeführt ist und mit der Antriebseinheit verbunden ist.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Seilrobotersystems umfasst die Arretierungsvorrichtung eine pneumatische Klemmeinheit oder eine elektrische Klemmeinheit oder einen manuell zu betätigenden Formschluss und/oder Kraftschluss zum Klemmen. Vorteilhaft bei den ersten beiden Klemmeinheiten ist es, dass keine körperliche Anstrengung für den Arretierungsvorgang aufgewendet werden muss und sich der Arretierungsvorgang leicht automatisieren lässt.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Seilrobotersystems ist das Seilrobotersystem derart eingerichtet, die Freiheitsgrade der Plattform statisch durch Arretieren der Plattform zu sperren oder die Freiheitsgrade der Plattform statisch durch eine ausreichend hohe, dem Seil entgegengesetzte Kraft, resultierend aus der Gewichtskraft der Plattform, zu sperren oder die Freiheitsgrade dynamisch durch Aufbringen entgegengesetzter Kräfte, mittels weiterer Seile in Kombination mit der Trägheitskraft der Plattform, zu sperren. Ein Sperren der Freiheitsgrade der Plattform statisch durch Arretieren der Plattform hat den Vorteil, dass man nicht berücksichtigen muss, dass die Gewichtskraft der Plattform ausreichend groß genug sein muss, damit sich die Plattform nicht bewegt. Auch ist in dieser Ausführungsform der Erfindung kein aufwendiger Berechnungsalgorithmus für die Berechnung der Seilspannungen notwendig. Ein dynamisches Sperren der Plattform hat den Vorteil, dass hierdurch die Plattform weiterhin beweglich ist und keine zusätzliche Arretierungsvorrichtung zum Arretieren der Plattform notwendig ist.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Seilrobotersystems umfasst das Seilrobotersystem eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle. Die Vorrichtung zur Positionsbestimmung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle hat den Vorteil, dass hierdurch die Position der Umlenkrolle und dadurch die Verschiebung der Umlenkrolle genau bestimmt werden kann. Des Weiteren wird hierdurch eine Automatisierung eines Verfahrens zum Rekonfigurieren von Seilen des Seilrobotersystems verbessert.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Seilrobotersystems ist die Vorrichtung zur Positionsbestimmung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle ein Distanzsensor zur Messung der Distanz zwischen der rekonfigurierbaren Umlenkrolle und dem Distanzsensor oder ein Wegsensor zur Messung des Abstandes zwischen der rekonfigurierbaren Umlenkrolle und einem Bezugspunkt. Ein Distanzsensor bietet den Vorteil, dass er einfach, beispielsweise an der Stützstruktur, befestigt werden kann. In einem Ausführungsbeispiel kann der Distanzsensor beispielsweise ein Laserdistanzsensor sein, mit dem eine sehr genaue Distanzmessung erfolgen kann. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann beispielsweise ein Wegsensor an der Umlenkrolle befestigt sein und den zurückgelegten Weg der Umlenkrolle zu messen.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Seilrobotersystems umfasst die Stützstruktur eine Führungsschiene, die rekonfigurierbare Umlenkrolle ist an einem Führungswagen befestigt und derart eingerichtet, mittels des Führungswagens entlang der Führungsschiene verschoben zu werden. Eine Führungsschiene entlang der Stützstruktur bietet den Vorteil, dass die Umlenkrolle kontinuierlich, ohne seitlichen Versatz entlang der Stützstruktur verfahrbar ist. Der Führungswagen kann dabei so ausgelegt sein, dass er die Kräfte, die während der Rekonfiguration und während des Betriebs des Seilroboters auf die Umlenkrolle wirken, aufnehmen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Rekonfigurieren von Seilen eines Seilrobotersystems gelöst, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen eines zuvor beschriebenen Seilrobotersystems,
- - Sperren der Freiheitsgrade der Plattform, so dass die Plattform keine Freiheitsgrade mehr aufweist,
- - Aufbringen einer Kraft auf die rekonfigurierbare Umlenkrolle, die der Höhe einer Kraft entlang einer Bewegungsrichtung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle auf die rekonfigurierbare Umlenkrolle entspricht, durch ein Verriegeln der Antriebseinheit oder durch eine Zugkraft von der Antriebseinheit auf das Seil,
- - Lösen der Arretierungsvorrichtung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle,
- - Betätigen der Antriebseinheit der rekonfigurierbaren Umlenkrolle und Aufbringen einer variablen Zugkraft auf das Seil, wodurch mithilfe der entgegenwirkenden Kraft der Plattform eine Kraft auf die rekonfigurierbare Umlenkrolle erzeugt wird, die entgegen einer Kraft entlang einer Bewegungsrichtung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle auf die rekonfigurierbare Umlenkrolle wirkt, wodurch mittels der Höhe dieser Kraft im Verhältnis zur Gravitationskraft eine Verschiebung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle entlang der Stützstruktur bewirkt wird,
- - Arretieren der Umlenkrolle in der gewünschten Position mittels der Arretierungsvorrichtung,
- - Freigeben der Freiheitsgrade der Plattform.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden die zuvor beschriebenen Schritte des Verfahrens für eine einzelne rekonfigurierbare Umlenkrolle ausgeführt oder die Schritte des Verfahrens werden für mehrere rekonfigurierbare Umlenkrollen gleichzeitig ausgeführt. Ein gleichzeitiges Ausführen des Verfahrens für mehrere rekonfigurierbare Umlenkrollen bietet den Vorteil, dass das Verfahren weniger zeitaufwendig ist.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt des Sperrens der Freiheitsgrade der Plattform zumindest einen der folgenden Schritte:
- - statisches Sperren der Freiheitsgrade durch Arretieren der Plattform in einer vorbestimmten Position, oder
- - statisches Sperren der Freiheitsgrade durch eine ausreichend hohe, dem Seil entgegengesetzte Kraft, resultierend aus Gewichtskraft der Plattform, oder
- - dynamisches Sperren der Freiheitsgrade durch Aufbringen entgegengesetzter Kräfte durch weitere Seile in Kombination mit der Trägheitskraft der Plattform.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren den folgenden zusätzlichen Schritt:
- - Messen der Position der rekonfigurierbaren Umlenkrolle mittels der Vorrichtung zur Positionsbestimmung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die erfindungsgemäße Aufgabe ebenfalls durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, umfassend Befehle, die bewirken, dass das zuvor beschriebene Seilrobotersystem die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte ausführt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Seilrobotersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 in 2 a) eine schematische Seitenansicht eines Seilrobotersystems mit einer verschiebbaren Umlenkrolle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und in 2 b) ein Kräftediagramm der auf die Umlenkrolle wirkenden Kräfte,
- 3 eine perspektivische Ansicht einer verschiebbaren Umlenkrolle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Rekonfigurieren von Seilen eines Seilrobotersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein Seilrobotersystems 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das in 1 gezeigte Seilrobotersystem 1 umfasst eine Plattform 7, welche gegenüber einer Stützstruktur 2 durch Seile 6 abgespannt ist. Die Seile 6 dienen dabei als kraftübertragende Elemente, die jeweils mit einem Ende mit einem Befestigungspunkt 8 an der Plattform 7 verbunden sind. Die Plattform 7 ist über eine Längenänderung mindestens eines der Seile 6 kontinuierlich innerhalb eines vorgegebenen Bewegungsraums bewegbar. Die Stützstruktur 2 umgibt den vorgegebenen Bewegungsraum der Plattform 7. An verschiedenen Punkten der Stützstruktur 2 sind Umlenkrollen 3, 4 angebracht. Die unteren in 1 gezeigten Umlenkrollen 4 sind dabei insbesondere als rekonfigurierbare Umlenkrollen 4 ausgeführt. Ein Seil 6 verläuft dabei vom Befestigungspunkt 8 an der Plattform 7 zur rekonfigurierbaren Umlenkrolle 4 und ist weitergeführt mit einer Antriebseinheit 5 verbunden. Die Antriebseinheit 5 dient dabei dazu, eine Längenänderung der Seile 6 zu bewirken. Dabei wird das Seil 6 über die rekonfigurierbare Umlenkrolle 4 entgegen der Gravitationsrichtung von der rekonfigurierbaren Umlenkrolle 4 nach oben weitergeführt. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Seil 6 über eine weitere fest montierte Umlenkrolle 3 geführt und anschließend mit der Antriebseinheit 5 verbunden. Das in 1 gezeigte Seilrobotersystem 1 ist insbesondere derart eingerichtet, die Freiheitsgrade der Plattform 7 zu sperren. Dies kann beispielsweise durch eine Arretierungsvorrichtung erfolgen, die die Plattform 7 an einer bestimmten Position arretiert.
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In 2 a) ist eine schematische Seitenansicht eines Seilrobotersystems 1 mit einer verschiebbaren Umlenkrolle 4 gezeigt. In 2 a) ist ein Seil 6 gezeigt, dass von einem Befestigungspunkt 8 an der Plattform 7 zur rekonfigurierbaren Umlenkrolle 4 verläuft und weitergeführt mit einer Antriebseinheit 5 verbunden ist. Dabei wird das Seil 6 über eine weitere fest montierte Umlenkrolle 3 geführt. Bei Betätigung der Antriebseinheit 5 der rekonfigurierbaren Umlenkrolle 4 wird eine Zugkraft 12 auf das Seil 6 aufgebracht, mithilfe der entgegenwirkenden Kraft 15 der Plattform 7, wird dabei eine Kraft 13 auf die rekonfigurierbare Umlenkrolle 4 erzeugt, die einen Anteil 14 entgegen der Gravitationskraft auf die rekonfigurierbare Umlenkrolle 4 einprägt. Mittels der Höhe dieser Kraft 14 im Verhältnis zur Gravitationskraft wird eine vertikale Verschiebung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle 4 entlang der Stützstruktur 2 bewirkt. Die in 2 a) gezeigte Umlenkrolle 4 ist an einem Führungswagen 10 montiert, der entlang einer Führungsschiene 9 vertikal bewegt werden kann. Die Umlenkrolle 4 wird dabei mittels einer Arretierungsvorrichtung 11 in Position gehalten. Ein an der Stützstruktur 2 befestigter Distanzsensor 19 misst dabei die Distanz zwischen dem Führungswagen und dem Distanzsensor 19 um die Position der Umlenkrolle 4 zu bestimmen. Die Antriebseinheit 5 kann in einem Ausführungsbeispiel einen Motor umfassen, der in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden kann. Der Motor der Antriebseinheit 5 kann in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielsweise in einem Drehmomentmodus betrieben wird, sodass durch die Vorgabe eines gewünschten Drehmoments des Motors (respektive eines eingestellten elektrischen Stroms) über eine Seiltrommel eine konstante Kraft auf das Seil 6 eingebracht werden kann. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Motor in einem Positionsmodus betrieben wird, sodass mithilfe einer motorinternen Positionsüberwachung eine gewünschte Position vorgegeben werden kann und diese mit einer definierten Trajektorie angefahren werden kann. Die Kraft, die sich dabei für das Seil 6 ergibt, resultiert aus der Beschleunigung des Motors und der maximal aufzubringenden Kraft des Motors.
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In 2 b) ist ein Kräftediagramm, der auf die Umlenkrolle 4 wirkenden Kräfte 13, 14, 16, gezeigt. Die Kraft 13 resultiert aus der Seilkraft 12 und der entgegengesetzten Kraft 15 der Plattform. Das Kräftediagramm setzt sich aus der auf das Seil 6 entgegen der Gravitationskraft aufgebrachten Zugkraft 14 und einer dazu senkrecht wirkenden Kraft 16 in horizontaler Richtung zusammen. Ist die Höhe der Kraft 14 im Verhältnis zur Gravitationskraft der Umlenkrolle 4 größer, wird eine vertikale Verschiebung der Umlenkrolle 4 entlang der Stützstruktur 2 nach oben bewirkt. Ist diese Kraft 14 kleiner als die Gravitationskraft der Umlenkrolle 4, wird eine Verschiebung nach unten bewirkt.
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In 3 ist eine perspektivische Ansicht einer verschiebbaren Umlenkrolle 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die rekonfigurierbare Umlenkrolle 4 an einem Führungswagen 10 befestigt, der entlang einer Führungsschiene 9 vertikal bewegt werden kann. Aufgrund des Führungswagens 10 ist die Umlenkrolle 4 entlang der in 3 gezeigten Stützstruktur 2 kontinuierlich verfahrbar. Der Führungswagen 10 ist dabei so ausgelegt, dass er die Kräfte, die während der Rekonfiguration und während des Betriebs des Seilrobotersystems 1 auf die Umlenkrolle 4 wirken, aufnehmen kann.
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Eine Arretierungsvorrichtung 11 hält den Führungswagen 10 in Position. Die Arretierungsvorrichtung 11 kann insbesondere automatisch ausgeführt sein, um den Führungswagen 10 automatisiert an einer entsprechenden Stelle zu lösen und an einer anderen Stelle wieder zu arretieren. In einem Ausführungsbeispiel kann der Führungswagen 10 einen Wegsensor umfassen, mit dem die Position des Führungswagens 10 und damit der Umlenkrolle 4 bestimmt werden kann. Mittels des über die rekonfigurierbare Umlenkrolle 4 geführten Seils 6 kann die Umlenkrolle 4 nur mithilfe der eigenen Seile 6 des Seilrobotersystems 1 entlang der Führungsschiene 9 verschoben werden.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Rekonfigurieren von Seilen 6 eines Seilrobotersystems 1. Das Verfahren beginnt in Schritt S1 mit dem Bereitstellen eines Seilrobotersystems 1, wobei das Seilrobotersystem 1 insbesondere eine Plattform 7 und eine Mehrzahl von Seilen 6 als kraftübertragende Elemente umfasst. Die Seile sind jeweils mit einem Ende mit einem Befestigungspunkt 8 an der Plattform 7 verbunden sind, so dass die Plattform 7 über eine Längenänderung mindestens eines der Seile 6 kontinuierlich innerhalb eines vorgegebenen Bewegungsraums bewegbar ist. Eine Antriebseinheit 5 bewirkt dabei eine Längenänderung der Seile 6. Eine Stützstruktur 2 des Seilrobotersystems 1 umgibt den vorgegebenen Bewegungsraum der Plattform 7. Weiter umfasst das Seilrobotersystem 1 zumindest eine rekonfigurierbare Umlenkrolle 4, wobei die rekonfigurierbare Umlenkrolle 4 an der Stützstruktur 2 angebracht ist. Ein Seil 6 verläuft vom Befestigungspunkt 8 an der Plattform 7 zur rekonfigurierbaren Umlenkrolle 4 und ist weitergeführt mit einer Antriebseinheit 5 verbunden. Auch umfasst das Seilrobotersystem 1 eine Arretierungsvorrichtung 11 zur Arretierung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle 4 an der Stützstruktur 2.
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In Schritt S2 des Verfahrens werden die Freiheitsgrade der Plattform 7 gesperrt, so dass die Plattform 7 keine Freiheitsgrade mehr aufweist. Die Freiheitsgrade können dabei auf unterschiedliche Arten gesperrt werden. Beispielsweise können die Freiheitsgrade statisch durch Arretieren der Plattform 7 in einer vorbestimmten Position gesperrt werden. Hierzu umfasst das Seilrobotersystem 1 beispielsweise eine Arretierungsvorrichtung, die die Plattform fest an einem bestimmten Punkt arretiert. Auch kann ein statisches Sperren der Freiheitsgrade durch eine ausreichend hohe, dem Seil 6 entgegengesetzte Kraft 15, resultierend aus Gewichtskraft 17 der Plattform 7 vorgesehen sein. Eine weitere Möglichkeit besteht in dem dynamischen Sperren der Freiheitsgrade durch Aufbringen entgegengesetzter Kräfte durch weitere Seile in Kombination mit der Trägheitskraft der Plattform 7.
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Im nächsten Schritt S3 wird eine Kraft auf die rekonfigurierbare Umlenkrolle 4 aufgebracht, die der Höhe der Gravitationskraft der rekonfigurierbaren Umlenkrolle 4 entspricht. Dies kann entweder durch ein Verriegeln der Antriebseinheit 5 erfolgen oder durch eine Zugkraft von der Antriebseinheit 5 auf das Seil 6.
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Im Schritt S4 wird die Arretierungsvorrichtung 11 der rekonfigurierbaren Umlenkrolle 4 gelöst. Die Umlenkrolle ist jetzt beispielsweise entlang einer Führungsschiene 9 an der Stützstruktur 2 beweglich.
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In Schritt S5 wird die Antriebseinheit 5 der rekonfigurierbaren Umlenkrolle 4 betätigt und eine variable Zugkraft 12 auf das Seil 6 aufgebracht. Hierdurch wird mithilfe der entgegenwirkenden Kraft 15 der Plattform 7 eine Kraft auf die rekonfigurierbaren Umlenkrolle 4 erzeugt, die beispielsweise entgegen der Gravitationskraft auf die Umlenkrolle wirkt, wodurch mittels der Höhe dieser Kraft im Verhältnis zur Gravitationskraft eine Verschiebung der rekonfigurierbaren Umlenkrolle 4 entlang der Stützstruktur 2 bewirkt wird.
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In Schritt S6 wird die rekonfigurierbare Umlenkrolle 4 in der gewünschten Position mittels der Arretierungsvorrichtung 11 arretiert.
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Im abschließenden Schritt S7 werden die Freiheitsgrade der Plattform 7 wieder freigegeben. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das zuvor beschriebene Verfahren für eine einzelne Umlenkrolle 4 ausgeführt werden oder für mehrere Umlenkrollen 4 gleichzeitig ausgeführt werden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Position der Umlenkrolle 4 mittels einer geeigneten Vorrichtung 19 bestimmt. Hierdurch kann die Automatisierung des Verfahrens verbessert werden.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren, auch wenn diese zu unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben worden sind.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Patentansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmalen nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Seilrobotersystem
- 2
- Stützstruktur
- 3
- Umlenkrolle
- 4
- rekonfigurierbare Umlenkrolle
- 5
- Antriebseinheit
- 6
- Seil
- 7
- Bewegliche Plattform
- 8
- Befestigungspunkt
- 9
- Führungsschiene
- 10
- Führungswagen
- 11
- Arretierungsvorrichtung
- 12
- Kraft von Motor
- 13
- resultierende Kraft auf die Umlenkrolle
- 14
- Kraft mit der die Umlenkrolle hochgezogen wird
- 15
- entgegenwirkende Kraft der Plattform
- 16
- horizontale Kraft auf die Umlenkrolle
- 17
- Gewichtskraft der Plattform
- 18
- Gewichtskraft der Umlenkrolle
- 19
- Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Umlenkrolle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0066100 A1 [0008]
