DE202018101824U1 - Manipulator zum bewegen von lasten - Google Patents

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Abstract

Manipulator zum Bewegen von Lasten, umfassend
- einen Wickelkörper, der Bestandteil einer Winde ist,
- eine elektrische Antriebseinheit,
- eine Bedieneinheit,
- mindestens eine lasttragende textile Struktur und
- mindestens eine elektrische Steuerleitung, wobei die mindestens eine elektrische Steuerleitung an ihrem einen Ende mindestens ein erstes elektrisches Anschlusselement zum elektrischen Verbinden der elektrischen Steuerleitung mit der elektrischen Antriebseinheit aufweist, und wobei die mindestens eine elektrische Steuerleitung an ihrem anderen Ende mindestens ein zweites elektrisches Anschlusselement zum elektrischen Verbinden mit der Bedieneinheit aufweist,
und wobei die mindestens eine lasttragende textile Struktur an einem Ende ein erstes Aufnahmemittel für die Aufnahme der Bedieneinheit aufweist, und wobei die mindestens eine lasttragende textile Struktur am anderen Ende an dem Wickelkörper befestigt ist,
und wobei die elektrische Steuerleitung mindestens teilweise in die lasttragende textile Struktur integriert ist,
und wobei die lasttragende textile Struktur mit der integrierten elektrischen Steuerleitung mittels des Wickelkörpers aufrollbar oder abrollbar ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Handhabe- und Montagetechnik und betrifft einen Manipulator zum Bewegen von Lasten. Der erfindungsgemäße Manipulator kann beispielsweise in der Automobilindustrie eingesetzt werden.
  • Ein konventioneller Manipulator zum Bewegen von Lasten, wie das Heben, Senken oder Schwenken, weist neben einem Fundament, Achsen mit einer Antriebseinheit, Verbindungselementen für den strukturellen Aufbau und die mechanische Kopplung der Achsen sowie Kabel und Leitungen zu deren Energieversorgung, Ansteuerung und Signalübertragung auch eine Winde mit einem Wickelkörper auf, mit der ein Drahtseil aus Stahl aufgewickelt oder abgewickelt wird. Drahtseile aus Stahl sind relativ flexibel und genormt, jedoch weisen sie materialbedingte Nachteile hinsichtlich Gewicht, Baugröße und Handhabbarkeit auf.
  • Die Bewegung von Lasten im Raum mittels Manipulator erfolgt in der Weise, dass eine Last, die an einem Lastaufnahmeelement befestigt ist, mittels einer Bedieneinheit angehoben oder abgesenkt wird und mittels eines mechanischen Schwenkarmes im Raum bewegt wird. Das Absenken oder Anheben der Last wird über das Drahtseil aus Stahl realisiert, wobei das Drahtseil über die Winde und durch eine mit der Winde verbundene elektrische Antriebseinheit auf einem Wickelkörper aufgerollt oder abgerollt wird. Über eine separat geführte Steuerleitung, die die Bedieneinheit mit der Antriebseinheit verbindet, werden die Informationen der Bedieneinheit an die elektrische Antriebeinheit geleitet.
  • Bekannt aus der DE 20 2010 012 232 U1 ist eine Vorrichtung mit einer Antriebseinheit zum Antrieb eines Manipulatorarms eines Manipulators, wobei der Manipulatorarm und die Antriebseinheit im Betrieb des Manipulators durch einen Trennabschnitt getrennt sind, durch welchen sich ein drehbares Durchführelement des Manipulators zur Kopplung der Antriebseinheit mit dem Manipulatorarm erstreckt. Die Antriebseinheit umfasst mehrere Antriebskomponenten, wobei ein Antriebsblock der Antriebseinheit derart ausgebildet ist, dass der Antriebsblock an dem Durchführelement und/oder einer Verlängerung des Durchführelements fest aufnehmbar ist und im zusammengebauten Zustand des Manipulators der Antriebsblock und das Durchführelement durch einen Drehantrieb des Antriebsblocks gemeinsam drehbar sind.
  • Aus der DE 10 2007 042 247 A1 ist eine Vorrichtung zum handgeführten Bewegen von Lasten in lateraler Richtung bekannt, mit einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Grundarm und mit einer Bedieneinheit, über welche eine Bedienperson auf den Grundarm einwirken und damit die aufgenommene Last bewegen kann. Das Antriebsmittel ist für eine angetriebene Drehbewegung des Grundarmes um die Drehachse vorgesehen, wobei ein Einsatz der Antriebsmittel von der Bedienperson über die Bedieneinheit bei einer handgeführten Bewegung vorgebbar ist.
  • Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist, dass durch die separate Anordnung der elektrischen Steuerleitung im Aufbau des Manipulators die Bewegungsfreiheit des Manipulators eingeschränkt ist, die Gefahr des Einklemmens der elektrischen Steuerleitung in den Bauelementen des Manipulators besteht und ein großer Bauraum der Winde beim Einsatz von Drahtseilen erforderlich ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer technischen Lösung für Manipulatoren, bei der die Bewegungsfreiheit des Manipulators verbessert, die Gefahr des Einklemmens der Steuerleitung in den Bauelementen des Manipulators verringert und der Bauraum der Winde reduziert wird.
  • Die Aufgabe wird durch die in den Schutzansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Schutzansprüche im Sinne einer Und-Verknüpfung mit einschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Manipulator, umfassend einen Wickelkörper, der Bestandteil einer Winde ist, eine elektrische Antriebseinheit, eine Bedieneinheit, mindestens eine lasttragende textile Struktur und mindestens eine elektrische Steuerleitung, wobei die mindestens eine elektrische Steuerleitung an ihrem einen Ende mindestens ein erstes elektrisches Anschlusselement zum elektrischen Verbinden der elektrischen Steuerleitung mit der elektrischen Antriebseinheit aufweist, und wobei die mindestens eine elektrische Steuerleitung an ihrem anderen Ende mindestens ein zweites elektrisches Anschlusselement zum elektrischen Verbinden mit der Bedieneinheit aufweist, und wobei die mindestens eine lasttragende textile Struktur an einem Ende ein erstes Aufnahmemittel für die Aufnahme der Bedieneinheit aufweist, und wobei die mindestens eine lasttragende textile Struktur am anderen Ende an dem Wickelkörper befestigt ist, und wobei die elektrische Steuerleitung mindestens teilweise in die lasttragende textile Struktur integriert ist, und wobei die lasttragende textile Struktur mit der integrierten elektrischen Steuerleitung mittels des Wickelkörpers aufrollbar oder abrollbar ist.
  • Vorteilhaft ist, wenn der Wickelkörper einen Durchmesser DWK kleiner 100mm aufweist.
  • Vorteilhafterweise ist die lasttragende textile Struktur ein Seil oder Band, wobei besonders vorteilhaft das Band hochfeste textile Kettfäden und textile Schussfäden aufweist, und wobei ganz besonders vorteilhaft die textilen Schussfäden aus einem elastischen Material sind.
  • Des Weiteren ist vorteilhaft, wenn die elektrische Steuerleitung in die lasttragende textile Struktur eingewebt oder auf der äußeren Oberfläche angeordnet ist.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die lasttragende textile Struktur aus Polyethylen, Polyester und/oder Aramiden hergestellt ist.
  • Vorteilhafterweise ist das Seil als geflochtene und/oder helixförmig geflochtene lasttragende textile Struktur ausgebildet.
  • In einer vorteilhaften Ausführung ist die elektrische Steuerleitung im und/oder am Kern des Seiles und/oder in einer den Kern umhüllenden biegeflexiblen Membran angeordnet.
  • Ebenso vorteilhaft ist, wenn die lasttragende textile Struktur Sensoren und/oder Aktuatoren aufweist.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist das erste und/oder zweite elektrische Anschlusselement ein Kontaktelement ist, das außenseitig am jeweiligen Ende der lasttragenden textilen Struktur angeordnet, sodass die Verbindungsstelle von lasttragender textiler Struktur und Bedieneinheit und/oder elektrischer Antriebseinheit gleichzeitig die elektrische Verbindungsstelle zur Bedieneinheit und/oder zur elektrischen Antriebseinheit ist.
  • Erfindungsgemäß wird ein Manipulator zum Bewegen von Lasten angegeben, der eine lasttragende textile Struktur mit mindestens einer integrierten elektrischen Steuerleitung aufweist, die gemeinsam auf einem Wickelkörper einer Winde aufgerollt oder abgerollt wird.
  • Unter „integriert“ soll im Rahmen der Erfindung verstanden werden, dass die mindestens eine elektrische Steuerleitung in die lasttragende textile Struktur bei einem textilen Band als eine Art Kettfaden beispielweise eingewebt ist oder auf der äußeren Oberfläche des Bandes angeordnet ist, oder das die elektrische Steuerleitung bei einem textilen Seil innerhalb des Kerns oder innerhalb einer biegeflexiblen Membran, die die Umhüllung oder Ummantelung des Kernes darstellt, angeordnet ist.
  • Der Einsatz einer lasttragenden textilen Struktur in einem Manipulator stellt eine Alternative zum Drahtseil aus Stahl dar. Die Vorteile einer lasttragenden textilen Struktur liegen im geringen Materialgewicht, einer sehr hohen Flexibilität sowie in einer Reduzierung der Komponenten der Antriebsbaugruppe durch kleine D/d-Verhältnisse von Wickelkörperdurchmesser D zu Seildurchmesser d beziehungsweise durch kleine D/s-Verhältnisse von Wickelkörperdurchmesser D zur Banddicke s.
  • Der technische Vorteil der Integration der elektrischen Steuerleitung in die lasttragende textile Struktur besteht darin, dass eine separat anzuordnende und separat zu führende elektrische Steuerleitung zwischen Bedieneinheit und elektrischer Antriebseinheit entfällt. Dadurch wird beispielweise erreicht, dass ein Einklemmen der elektrischen Steuerleitung im strukturellen Aufbau des Manipulators vermieden wird.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zusätzliche Elemente der Zuführung, Umlenkung und Fixierung der elektrischen Steuerleitung am strukturellen Aufbau des Manipulators entfallen, was zu einer Verringerung der Herstellungskosten und zu einer Verbesserung des Bewegungsradius führt.
  • Zudem besteht ein technischer Vorteil darin, dass der Hubweg der zur bewegenden Last vergrößert wird, was zu einer verbesserten Bedienbarkeit und einer vergrößerten Hubhöhe des Manipulators führt. Ein Zusammenpressen der elektrischen Steuerleitung zwischen der Bedieneinheit und dem strukturellen Aufbau des Manipulators beim Anheben einer Last entfällt damit ebenfalls.
  • Die in die lasttragende textile Struktur integrierte elektrische Steuerleitung weist an ihrem einen Ende mindestens ein erstes elektrisches Anschlusselement zum elektrischen Verbinden mit einem elektrischen Antriebselement und an ihrem anderen Ende mindestens ein zweites elektrisches Anschlusselement zum elektrischen Verbinden mit einer Bedieneinheit auf. Das Anschlusselement kann beispielsweise als Steckverbindung ausgeführt sein.
  • Möglich ist aber auch, dass das erste und/oder zweite elektrische Anschlusselement ein Kontaktelement ist, das außenseitig am jeweiligen Ende der lasttragenden textilen Struktur angeordnet ist. In diesem Fall ist die Verbindungsstelle von lasttragender textiler Struktur und Bedieneinheit und/oder elektrischer Antriebseinheit gleichzeitig die elektrische Verbindungsstelle zur Bedieneinheit und/oder elektrischen Antriebseinheit. Zusätzliche elektrische Anschlussverbindungen der elektrischen Steuerleitung mit der elektrischen Antriebseinheit und/oder Bedieneinheit sind damit nicht nötig.
  • Von Vorteil ist, wenn das Band als lasttragende textile Struktur hochfeste textile Kettfäden und textile Schussfäden aufweist, wobei ganz besonders vorteilhaft die textilen Schussfäden aus einem elastischen Material sind. Durch den Einsatz elastischer textiler Schussfäden wird insbesondere eine besonders hohe Flexibilität des erfindungsgemäßen Bandes erreicht, wodurch ein flaches Aufwickeln auf einem Wickelkörper einer Winde ermöglicht wird. Zudem wird durch das elastische Material der textilen Schussfäden die Standzeit des Bandes erhöht, da die Bruchgefahr des Bandes verringert ist.
  • Besonders vorteilhafte Materialien für die lasttragende textile Struktur sind Polyethylen, Polyester und/oder Aramide herausgestellt, die einerseits eine hohe Tragfähigkeit und Reißfestigkeit aufweisen und zum anderen besonders leicht sind.
  • Vorteilhaft ist bei einem erfindungsgemäßen Seil mit integrierter elektrischer Steuerleitung, wenn das Seil als geflochtene und/oder helixförmig geflochtene lasttragende textile Struktur ausgebildet ist. Damit können besonders hohe Lasten gehoben und bewegt werden. Zudem können mit einer derartigen geflochtenen und/oder helixförmigen geflochtenen lasttragenden textilen Struktur des Seiles kleine Durchmesser des Wickelkörpers realisiert werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist die lasttragende textile Struktur Sensoren und/oder Aktuatoren auf. Der Vorteil zusätzlicher Aktuatoren und/oder Sensoren innerhalb der lasttragenden textilen Struktur besteht darin, dass beispielsweise das Versagen des Bandes oder Seiles durch Bruch einzelner Fasern frühzeitig erkannt und entsprechender Schaden am Manipulator oder Personen abgewendet werden kann.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Manipulators ist, dass der Bauraum durch den Einsatz kleinerer Wickelkörper wesentlich verringert ist. Somit wird es gegenüber herkömmlichen Manipulatoren mit Drahtseilen möglich, Wickelkörper mit einem Durchmesser DWK kleiner 100mm einzusetzen. Dadurch wird erreicht, dass die vorgeschriebenen Mindestdurchmesser von Wickelkörpern, die bei Drahtseilen gefordert sind, bei gleichzeitiger Zunahme des Traggewichtes bei Zunahme der Breite der lasttragenden textilen Struktur wesentlich unterschritten werden können. Die erfindungsgemäßen Manipulatoren können dadurch kompakter und kostengünstiger hergestellt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen
    • 1 - den Aufbau eines Seiles als lasttragende textile Struktur mit integrierter elektrischer Steuerleitung und
    • 2 - den Aufbau eines Bandes als lasttragende textile Struktur mit integrierter elektrischer Steuerleitung während der Herstellung.
  • Ausführunqsbeispiel 1
  • Für den Einsatz in einem Manipulator wird ein Seil als lasttragende textile Struktur bereitgestellt, wobei der Kern des Seiles aus einer inneren Stützfaser 2 gebildet wird, um die vier Litzen aus Kupfer 4 als elektrische Steuerleitungen und vier Litzen aus Polyethylen (PE) 5 als Puffer zwischen den vier Litzen aus Kupfer 4 angeordnet sind. Um die Stützfaser 2 mit den vier Litzen aus Kupfer 4 und den vier Litzen aus PE 5 ist eine biegeflexible Membran 3 als Ummantelung angeordnet, die die vier Litzen aus Kupfer 4 und die vier Pufferlitzen aus Polyethylen 5 um die Stützfaser 2 fixiert.
  • Zur Herstellung des Seiles mit den vier integrierten elektrischen Steuerleitungen wird ein Garn aus Ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMWPE) auf 12 Klöppel gewickelt und die Klöppel auf einer handelsüblichen Flechtmaschine befestigt. Anschließend wird der Kern des Seiles von unten nach oben durch das Flechtauge über ein Abzugsrad gezogen und am Abzug befestigt sowie das Garn aus UHMWPE der 12 Klöppel unterhalb des Flechtauges am Kern mittels Knoten befestigt.
  • Durch den Flechtvorgang entsteht ein 12-litziges Geflecht 1 um den Kern des Seiles mit einem Durchmesser von 12 mm.
  • Das Seil wird nunmehr mit dem einen Ende an einem Wickelkörper und am anderen Ende mit der Bedieneinheit verbunden. Die im Seil integrierten elektrischen Steuerleitungen werden an dem einen Ende mit der Bedieneinheit und an dem anderen Ende mit der elektrischen Antriebseinheit über elektrische Steckverbindungen verbunden.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Für die Verwendung in einem Manipulator wird ein Band als lasttragende textile Struktur hergestellt, wobei Kettfäden 6 und Schussfaden 7 aus Polyester mit vier Litzen aus Kupfer 4 auf einer Webmaschine eingelegt und die vier Litzen aus Kupfer 4 während des Webprozesses als Kettfäden zugeführt werden.
  • Das so hergestellte Band besteht somit aus Polyester, in das vier Litzen aus Kupfer 4 als elektrische Steuerleitungen integriert sind. Das Band mit den integrierten elektrischen Steuerleitungen weist eine Breite von 20mm und eine Dicke von 2mm auf.
  • Das Band wird nunmehr mit dem einen Ende an einem Wickelkörper und am anderen Ende mit der Bedieneinheit verbunden. Die im Band integrierten elektrischen Steuerleitungen werden an dem einen Ende mit der Bedieneinheit und an dem anderen Ende mit der elektrischen Antriebseinheit über elektrische Streckverbindungen verbunden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    - Ummantelung des Kern aus geflochtenen UHMWPE-Litzen
    2
    - Stützfaser aus PE
    3
    - Biegeflexible Membran
    4
    - Litze aus Kupfer
    5
    - Litze aus PE
    6
    - Kettfäden
    7
    - Schussfäden
    8
    - Webschütze
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202010012232 U1 [0004]
    • DE 102007042247 A1 [0005]

Claims (11)

  1. Manipulator zum Bewegen von Lasten, umfassend - einen Wickelkörper, der Bestandteil einer Winde ist, - eine elektrische Antriebseinheit, - eine Bedieneinheit, - mindestens eine lasttragende textile Struktur und - mindestens eine elektrische Steuerleitung, wobei die mindestens eine elektrische Steuerleitung an ihrem einen Ende mindestens ein erstes elektrisches Anschlusselement zum elektrischen Verbinden der elektrischen Steuerleitung mit der elektrischen Antriebseinheit aufweist, und wobei die mindestens eine elektrische Steuerleitung an ihrem anderen Ende mindestens ein zweites elektrisches Anschlusselement zum elektrischen Verbinden mit der Bedieneinheit aufweist, und wobei die mindestens eine lasttragende textile Struktur an einem Ende ein erstes Aufnahmemittel für die Aufnahme der Bedieneinheit aufweist, und wobei die mindestens eine lasttragende textile Struktur am anderen Ende an dem Wickelkörper befestigt ist, und wobei die elektrische Steuerleitung mindestens teilweise in die lasttragende textile Struktur integriert ist, und wobei die lasttragende textile Struktur mit der integrierten elektrischen Steuerleitung mittels des Wickelkörpers aufrollbar oder abrollbar ist.
  2. Manipulator nach Anspruch 1, wobei der Wickelkörper einen Durchmesser DWK kleiner 100mm aufweist.
  3. Manipulator nach Anspruch 1, wobei die lasttragende textile Struktur ein Seil oder Band ist.
  4. Manipulator nach Anspruch 3, wobei das Band hochfeste textile Kettfäden und textile Schussfäden aufweist.
  5. Manipulator nach Anspruch 4, wobei die textilen Schussfäden aus einem elastischen Material sind.
  6. Manipulator nach Anspruch 1, wobei die elektrische Steuerleitung in die lasttragende textile Struktur eingewebt oder auf der äußeren Oberfläche angeordnet ist.
  7. Manipulator nach Anspruch 1, wobei die lasttragende textile Struktur aus Polyethylen, Polyester und/oder Aramiden hergestellt ist.
  8. Manipulator nach Anspruch 3, wobei das Seil als geflochtene und/oder helixförmig geflochtene lasttragende textile Struktur ausgebildet ist.
  9. Manipulator nach Anspruch 3, wobei die elektrische Steuerleitung im und/oder am Kern des Seiles und/oder in einer den Kern umhüllenden biegeflexiblen Membran angeordnet ist.
  10. Manipulator nach Anspruch 1, wobei die lasttragende textile Struktur Sensoren und/oder Aktuatoren aufweist.
  11. Manipulator nach Anspruch 1, wobei das erste und/oder zweite elektrische Anschlusselement ein Kontaktelement ist, das außenseitig am jeweiligen Ende der lasttragenden textilen Struktur angeordnet ist, sodass die Verbindungsstelle von lasttragender textiler Struktur und Bedieneinheit und/oder elektrischer Antriebseinheit gleichzeitig die elektrische Verbindungsstelle zur Bedieneinheit und/oder zur elektrischen Antriebseinheit ist.
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