DE4306127C2 - Großmanipulator, insbesondere für Autobetonpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Großmanipulator, insbesondere für Autobeton­ pumpen, mit einem auf einem Gestell, insbesondere einem Fahrgestell an­ geordneten, um eine im wesentlichen vertikale Drehachse um 360° drehba­ ren, mittels eines Antriebsaggregats antreibbaren Mastbock, mit einem aus mindestens drei Mastarmen zusammengesetzten, vorzugsweise als Beton­ verteilermast ausgebildeten Knickmast, welche Mastarme um jeweils hori­ zontale, zueinander parallele Knickachsen gegenüber dem jeweils benach­ barten Mastbock oder Mastarm mittels je eines weiteren Antriebsaggregats begrenzt verschwenkbar sind, und mit einer mindestens einen Steuerhebel aufweisenden Fernsteuereinrichtung zur Ansteuerung der Antriebsaggregate, wobei der Steuerhebel in zwei zueinander senkrechten Hauptstellrichtungen vor- und rückwärts verstellbar ist, und wobei die Fernsteuereinrichtung einen über den Steuerhebel ansteuerbaren, rechnerunterstützten Koordinatenge­ ber für die Antriebsaggregate aufweist.

Autobetonpumpen dieser Art sind mobile Arbeitsgeräte, die mit vollem 360°- Schwenkbereich des Mastbocks bei gestreckter horizontaler Lage des Knickmasts eingesetzt werden körnen. Der Bediener ist für die Steuerung der Autobetonpumpe und die Positionierung des Beton-Endschlauches am letzten Arm des Knickmasts verantwortlich. Er hat dazu mehr als zwei rotato­ rische Freiheitsgrade des Knickmasts über die zugehörigen Antriebsaggrega­ te unter Bewegung des Knickmasts im nicht strukturierten dreidimensionalen Arbeitsraum bei Beachtung der Baustellenrandbedingungen zu betätigen. Durch den Einsatz von Proportional-Funkfernsteuerungen wurde diese Be­ dienertätigkeit dahingehend erleichtert, daß der Bediener nicht mehr mit einem Kabel räumlich mit der Autobetonpumpe verkettet ist. Es besteht jedoch weiterhin das Risiko, daß bei einer Einzelachsenbetätigung unkontrollierte Bewegungen am Endschlauch und damit eine Gefährdung des Baustellen­ personals auftreten können. Zur Erleichterung der Handhabung des Groß­ manipulators wurde bereits vorgeschlagen, statt der Einzelansteuerung der rotatorischen Freiheitsgrade des Knickmasts den Endschlauch durch geeig­ nete Rechnerunterstützung in einem kartesischen x-,y-,z-Koordinatensystem mit Hilfe von Steuerhebeln zu verfahren, wobei wahlweise ein gestellfestes oder baustellenfestes Koordinatensystem gewählt werden kann (GB-A- 2228065 sowie Hartmut Benckert und Hans Renz: Entwicklung der Antriebs­ hydraulik für mobile Betonverteilermaste, O + P Ölhydraulik und Pneumatik, 36 (1992) Nr. 4, Seite 242 bis 251). Diese Art der Betätigung hat sich jedoch bei vielen Anwendungsfällen als recht umständlich erwiesen, da die hierfür erforderliche Betätigung der Steuerhebel mit den optisch wahrnehmbaren Bewegungsabläufen des Knickmasts nicht ohne weiteres in Einklang ge­ bracht werden kann.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den bekannten Großmanipulator der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbes­ sern, daß es dem Bediener möglich ist, beliebige Punkte im Raum in der Reichweite des Knickmasts mit einfachen Handhabungen der Bedienelemen­ te anzusteuern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei­ terbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einer gemeinsamen An­ steuerung der redundanten Knickachsen des Knickmasts unabhängig von der Drehachse des Mastbocks mit einem einzigen Stellvorgang des Steuer­ hebels eine für den Bediener anschauliche Streck- oder Verkürzungsbewe­ gung des Knickmasts bei vorgegebener Höhe der Knickmastspitze ausge­ führt werden kann. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorge­ schlagen, daß über den Koordinatengeber in der einen Hauptstellrichtung des Steuerhebels die Antriebsaggregate der Knickachsen unabhängig vom Antriebsaggregat der Drehachse in jeder Drehlage des Mastbocks unter Aus­ führung einer Streck- oder Verkürzungsbewegung des Knickmasts bei vor­ gegebener Höhe der Knickmastspitze betätigbar sind und daß die Antriebs­ aggregate der redundanten Knickachsen des Knickmasts jeweils nach Maß­ gabe einer wahlweise vorgebbaren WegSchwenk-Charakteristik betätigbar sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist über den Koordi­ natengeber 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 Drehbewe­ gung des Knickmasts bei vorgegebener Höhe der Mastspitze betätigbar. Weiter ist es vorteilhaft, wenn über den Koordinatengeber dazuhin in der an­ deren, zur ersten senkrechten Hauptstellrichtung des Steuerhebels oder in der einen Hauptstellrichtung eines weiteren Steuerhebels die Antriebsaggre­ gate 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.

Da die Mastarme in Abhängigkeit von ihrer Ausrichtung zur Gravitationsach­ se einerseits und von der an ihnen angreifenden Last (z. B. Beton im Förderrohr) andererseits mehr oder weniger großen Biege- und Torsionsmomenten ausgesetzt sind, die die Lage der Mastspitze bei gegebenen Schwenkstel­ lungen in den einzelnen Gelenken verfälscht, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Weg-Schwenk- Charakteristik im Koordinatengeber nach Maßgabe der an den einzelnen Mastarmen angreifenden lastabhängigen Biege- und Torsionsmomente mo­ difizierbar ist. Entsprechendes gilt, wenn zur Vermeidung von Kollisionen im Bewegungsraum des Knickmasts Hindernisse zu überwinden sind. Hierzu ist es zweckmäßig, die Weg-Schwenk-Charakteristik der Knickachsen im Koor­ dinatengeber nach Maßgabe von die Mastarmbewegung räumlich begren­ zenden Kollisionszonen, insbesondere durch Vorgabe eines höchsten und/oder tiefsten Knickpunkts modifizierbar ist. Eine weitere Sicherheit in dieser Hinsicht wird erzielt, wenn die Weg-Schwenk-Charakteristik der Knickachsen im Koordinatengeber nach Maßgabe von durch einen vorzugs­ weise am letzten Mastarm angeordneten Abstandssensor abgegebenen Meßsignalen modifizierbar ist.

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

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schemati­ scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Autobetonpumpe mit fünfarmigem Knick­ mast in zusammengeklapptem Zustand;

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

Fig. 3a und b je einen Ausschnitt aus dem fahrzeugfernen und fahrzeugfes­ ten Teil einer Fernsteuereinrichtung 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.

Claims (7)

1. Großmanipulator, insbesondere für Autobetonpumpen,
mit einem auf einem Gestell, insbesondere einem Fahrgestell (10), angeordneten, um eine im wesentlichen vertikale Drehachse (18) um 360° drehbaren, mittels eines Antriebsaggregats antreibbaren Mast­ bock (16),
mit einem aus mindestens drei Mastarmen (1 bis 5) zusammenge­ setzten, vorzugsweise als Betonverteilermast ausgebildeten Knick­ mast (20), welche Mastarme (1 bis 5) um jeweils horizontale, zuein­ ander parallele Knickachsen (A bis E) gegenüber dem jeweils be­ nachbarten Mastbock (16) oder Mastarm (1 bis 5) mittels je eines weiteren Antriebsaggregats (30) begrenzt verschwenkbar sind, und
mit einer mindestens einen Steuerhebel (34, 34', 34") aufweisenden Fernsteuereinrichtung zur Ansteuerung der Antriebsaggregate,
wobei der Steuerhebel (34, 34', 34") in zwei zueinander senk­ rechten Hauptstellrichtungen vor- und rückwärts verstellbar ist, und wobei die Fernsteuereinrichtung einen über den Steuerhe­ bel (34) ansteuerbaren, rechnerunterstützten Koordinatengeber (42) für die Antriebsaggregate (30) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß über den Koordinatengeber (42) in der einen Hauptstellrichtung (+, -) des Steuerhebels (34) die Antriebsaggregate (30) der Knick­ achsen (A bis E)
unabhängig vom Antriebsaggregat der Drehachse (18) in jeder Drehlage des Mastbocks (16)
unter Ausführung einer Streck- oder Verkürzungsbewegung des Knickmasts (20)
bei vorgegebener Höhe (H) der Knickmastspitze betätigbar sind und
daß die Antriebsaggregate (30) der redundanten Knickachsen (A bis E) des Knickmasts (20) jeweils nach Maßgabe einer wahlweise vor­ gebbaren Weg-Schwenk-Charakteristik betätigbar sind.

2. Großmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 Antriebsaggre­ gat der Drehachse (18) des Mastbocks (16) unabhängig von den An­ triebsaggregaten (30) der Knickachsen (A bis E) unter Ausführung ei­ ner Drehbewegung des Knickmasts (20) bei vorgegebener Höhe (h) der Knickmastspitze betätigbar ist.

3. Großmanipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über den Koordinatengeber (42) in der anderen, zur ersten senk­ rechten Hauptstellrichtung des Steuerhebels (34) oder in der einen Hauptstellrichtung (h, s) eines weiteren Steuerhebels (34') die Antriebs­ aggregate (30) der Knickachsen (A bis E) unabhängig vom Antriebs­ aggregat der Drehachse (18) des Mastbocks (16) unter Ausführung einer Hub- oder Senkbewegung der Knickmastspitze, vorzugsweise unter Beibehaltung von dessen radialem Abstand von der Drehachse (18) betätigbar sind.

4. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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.

5. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Weg-Schwenk-Charakteristik der Knickachsen (A bis E) im Koordinatengeber nach Maßgabe von die Mastarmbewegungen räumlich begrenzenden Kollisionszonen, insbesondere durch Vorgabe eines höchsten und/oder tiefsten Knickpunkts, modifizierbar ist.

6. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Weg-Schwenk-Charakteristik der Knickachsen (A bis E) im Koordinatengeber (42) nach Maßgabe von durch einen vorzugs­ weise am letzten Mastarm (5) angeordneten Abstandssensor abgege­ benen Meßsignalen modifizierbar ist.

7. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stellhebel (34, 34', 34") über den Koordinatengeber (42) auf gestellfeste oder baustellenfeste kartesische Koordinaten oder auf die einzelnen Gelenkkoordinaten (A bis E) umschaltbar sind.