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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung
für den
Transport von Materialien und noch genauer auf eine Vorrichtung,
bei welcher ein mit Rädern
versehener Träger
hergestellt ist, um einer Bahn durch Verwenden einer Zwangssteuerung
zu folgen.
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Hintergrund
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Wenn
Materialien z.B. mittels eines Fahrzeugs oder eines Förderers
bewegt werden, ist es manchmal ein Vorteil, die Bewegung durch Anlegen einer
Kraft auf das Fahrzeug oder die Komponente zu bewirken, anstatt
es mittels eines Steuermechanismus zu steuern. Beispiele für derartige
Anwendungen sind der Transport und das Positionieren von Materialien
für ein
sich bewegendes Montageband. Wenn Bauteile positioniert werden,
ist es für
sie ein Vorteil, dass es möglich
ist, das Bauteil in seine Position zu führen, indem eine Kraft auf
es angelegt wird. Mit der vorgeschlagenen Lösung folgt das Bauteil bzw.
die Komponente automatisch den Bewegungen des Montagebands während und
nach der Montage von diesem.
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Bei
der oben beschriebenen Handhabung werden heutzutage z.B. luftkissengestützte Fördermittel
verwendet. Diese können
mit unbegrenzter Mobilität
bewegt werden, sie weisen jedoch keine Servo-Funktion auf, was zu
einer großen
Belastung während
dem Start und der Verzögerung
führt,
wenn große
Massen transportiert werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung herzustellen, welche
es möglich
macht, nur eine geringe Kraft in die gewünschte Transportrichtung anzulegen,
welche dazu führt,
dass eine Servo-Funktion aktiviert wird, wobei die Servo-Wirkung umgekehrt
wird und zu einer Verzögerung
der Masse des Fahrzeugs überwechselt,
wenn die angelegte Kraft aufhört.
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Die
Erfindung basiert auf der Einsicht, dass eine Transportvorrichtung
mit einem Antriebsteil und einem transportierenden Teil aufgebaut
werden kann, welche im Verhältnis
zueinander beweglich sind, wobei Sensoren, welche die relative Lage
der Teile messen, eine zwangsgesteuerte Funktion zum Antreiben der
Transportvorrichtung in die gewünschte
Richtung möglich
machen.
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Gemäß der Erfindung
wird daher eine Transportvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert,
hergestellt.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
definiert.
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Die
oben erwähnten
Probleme des Standes der Technik werden durch die Transportvorrichtung gemäß der Erfindung
gelöst.
Aufgrund der Tatsache, dass eine relativ geringe Kraft, die auf
den transportierenden Teil angelegt wird, erfasst werden kann, was
die Antriebsmittel des transportierenden Teils dazu führt, in
die gewünschte
Richtung zu fahren bzw. angetrieben zu werden, wird eine Vorrichtung erzeugt,
deren Bewegung auf exakte Weise gesteuert werden kann.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird mehr im Detail als ein Beispiel unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
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1a eine
Seitenansicht einer Transportvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
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1b eine
Draufsicht der in der 1a gezeigten Vorrichtung zeigt;
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1c eine
transparente Perspektivansicht der in der 1a gezeigten
Transportvorrichtung zeigt;
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1d ein
vereinfachtes Blockdiagramm der Teile zeigt, welche das Antriebssystem
für die Transportvorrichtung
gemäß der Erfindung
ausmachen;
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2a-c
Ansichten zeigen, welche denjenigen entsprechen, die in den 1a-c
gezeigt sind, jedoch wenn eine Kraft auf den transportierenden Teil der
Transportvorrichtung in einer Längsrichtung
angelegt wird;
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3a-c
Ansichten zeigen, welche denjenigen entsprechen, die in den 1a-c
gezeigt sind, jedoch wenn eine Kraft auf den transportierenden Teil der
Transportvorrichtung in einer Querrichtung angelegt wird;
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4a-c
Ansichten zeigen, welche denjenigen entsprechen, die in den 1a-c
gezeigt sind, jedoch wenn eine Kraft auf den transportierenden Teil der
Transportvorrichtung in einer diagonalen Richtung angelegt wird;
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5a-c
Ansichten zeigen, welche denjenigen entsprechen, die in den 1a-c
gezeigt sind, jedoch wenn eine Kraft auf den transportierenden Teil der
Transportvorrichtung angelegt wird, welche in einer Drehbewegung
der Transportvorrichtung resultiert;
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6a-c
Ansichten zeigen, welche denjenigen entsprechen, die in den 1a-c
gezeigt sind, jedoch wenn eine Kraft auf den transportierenden Teil der
Transportvorrichtung angelegt wird, welche in einer Drehung der
Transportvorrichtung resultiert;
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7a eine
Gesamtansicht der Transportvorrichtung gemäß der Erfindung in einer alternativen Ausführungsform
zeigt;
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7b eine
detaillierte Ansicht der Verbindung zwischen der in der 7a gezeigten
Transportvorrichtung und einem Flugzeug zeigt; und
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7c eine ähnliche
Ansicht zu derjenigen in der 7b ist,
die jedoch eine alternative Ausführungsform
der Transportvorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt.
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Ausführungsformen
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Bevorzugte
Ausführungsformen
einer Transportvorrichtung gemäß der Erfindung
werden unten beschrieben werden. In der Beschreibung werden zu Zwecken
der Klarstellung, jedoch nicht der Beschränkung, spezifische Details
gezeigt, um ein vollständiges
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu gestatten. Der Fachmann wird jedoch
verstehen, dass die Erfindung in anderen Ausführungsformen verwendet werden
kann, welche von diesen spezifischen Details abweichen. Spezifische
Richtungen wie oben, unten, links, rechts etc. werden ebenso in der
Beschreibung angegeben. Es muss verstanden werden, dass diese Richtungen
sich nur auf das beziehen, was in den Figuren gezeigt ist, und daher
insoweit nicht beschränkend
sind, was die praktischen Anwendungen der Erfindung betrifft.
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Zunächst wird
auf die 1a-c Bezug genommen. Die 1a zeigt
eine vereinfachte Seitenansicht einer Transportvorrichtung, allgemein
bezeichnet mit 10, welche in der Ruhestellung ist, d.h. dass
keine äußere Kraft
auf sie angelegt wird. Die Transportvorrichtung umfasst einen Antriebsteil 20 und
einen über
dem Antriebsteil angeordneten transportierenden oder Befestigungsteil 30.
Die beiden Teile 20, 30 sind mit Sensoren untereinander
verbunden, von denen einer, 40a, in 1a gezeigt
ist. In der bevorzugten Ausführungsform
sind die Sensoren von der Form von Dehnungsmessstreifen.
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Der
Antriebsteil ist angepasst, auf einer Oberfläche angetrieben zu werden bzw.
zu fahren, unter Verwenden von vier Rädern 22a-d (siehe 1b).
Die Räder
sind vorzugsweise von der Art, welche in der internationalen Patentveröffentlichung WO
99/54190 beschrieben ist, welche hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen
ist. Daher sind zwei diagonal gegenüberliegende Räder 22a, 22c Antriebsräder, welche
in die gewünschte
Position geschwenkt werden können,
wohingegen die beiden anderen Räder 22b, 22d drehende
bzw. schwenkende, jedoch keine angetriebenen Räder sind. Aus diesem Grund
kann der Antriebsteil im Wesentlichen in jede Richtung parallel
zu der Oberfläche
fahren.
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Der
Antriebsteil und der transportierende Teil sind durch eine Trennebene 24 voneinander
getrennt, die aus einem Zwischenraum besteht, wobei dessen Größe in den
Figuren aus Gründen
der Klarheit übertrieben
worden ist. Die Trennebene ist im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche, auf
welcher das Fahrzeug bestimmt ist zu laufen, und die Verbindung
zwischen dem Antriebsteil und dem transportierenden Teil kann auf
verschiedene Wege durchgeführt
werden. Ihnen gemeinsam ist, dass sich die Ebenen im Verhältnis zueinander
in Richtungen bewegen können,
welche parallel zu der Oberfläche sind,
auf welcher die Transportvorrichtung bewegt wird, und in der bevorzugten
Ausführungsform
ruht der transportierende Teil auf Gummiblöcken, welche auf dem Antriebsteil
angeordnet sind. Dies erlaubt kleine, jedoch leicht detektierbare
relative Bewegungen zwischen dem Antriebsteil und dem transportierenden
Teil, welche für
die gewünschte
Servo-Funktion verwendet werden.
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Die 1d zeigt
die Teile, welche das Antriebssystem ausmachen. Die Antriebsräder 22a, 22c werden
durch jeweilige Antriebsanordnungen 24a, 24c angetrieben,
die aus einem elektrischen Motor mit zugehörigen Mechaniken und Elektroniken
bestehen. Die Antriebsanordnungen sind mit einer Zentraleinheit 26 verbunden,
welche aus einem Mikroprozessor und zugehörigen Elektroniken besteht.
Die Sensoren 40a, 40b sind auch mit dieser Zentraleinheit
verbunden. Schließlich
gibt es eine Anzeige-/Eingabeeinheit 28, welche mit der
Zentraleinheit verbunden ist und als eine Benutzer-Schnittstelle dient.
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Wenn
auf den transportierenden Teil eine Kraft in irgendeiner Richtung
angelegt wird, tritt wie erwähnt
eine relative Bewegung zwischen dem Antriebsteil und dem transportierenden
Teil auf, welche in einer positionsbezogenen Differenz zwischen
ihnen resultiert. Die 2a-c zeigen die Wirkung einer Kraft,
welche auf den transportierenden Teil in Richtung nach links angelegt
wird, wie es aus den Pfeilen gesehen werden kann. Dem transportierenden
Teil wird eine Bewegung übermittelt,
welche unverzögert in
einer Lagedifferenz Δx
in der Längsrichtung
der Transportvorrichtung resultiert. Diese Lagedifferenz wird mittels
der Sensoren 40a, 40b detektiert, und eine Information
darüber
wird an die Zentraleinheit gesendet, welche die Lageinformation
als eine Basis für
Antriebssteuerbefehle verwendet, die an die Antriebsanordnungen 24a, 24c gesendet
werden. In dem in den 2a-c gezeigten Beispiel beginnen
die Räder
daher, in Richtung nach links in der Figur zu fahren.
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Wenn
die Räder
zu fahren beginnen, strebt der Antriebsteil 20 danach,
die gleiche Stellung wie der transportierende Teil 30 einzunehmen,
d.h. Δx
zu reduzieren. Wenn die Kraft, welche auf den transportierenden
Teil angelegt wird, statisch ist, was z.B. bedeutet, dass der Benutzer,
welcher den transportierenden Teil drückt, sich nicht bewegt, wird
der Antriebsteil sich bewegen, bis Δx null ist, während sich die
absolute Stellung des transportierenden Teils nicht ändert. Wenn Δx null ist,
hören die
Antriebsräder
auf zu fahren, und die Transportvorrichtung ist in eine neue Stellung
bewegt worden.
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Wenn
dagegen die Kraft, welche auf den transportierenden Teil angelegt
wird, dynamisch ist, d.h. dass der Benutzer, welcher den transportierenden
Teil drückt,
sich in der gleichen Richtung wie die Kraft bewegt, bleibt Δx größer als
null, solange der Benutzer sich bewegt. Nur wenn es dem Antreibsteil erlaubt
wird, den transportierenden Teil „aufzuholen", wird der Antrieb
gestoppt.
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Wie
zuvor erwähnt,
wird der Lageunterschied zwischen dem Antriebsteil und dem transportierenden
Teil als ein Parameter für
die Steuerbefehle verwendet, welche die Zentraleinheit an die Antriebsanordnungen
sendet. Dies bedeutet, dass Δx
umso größer ist,
je größer die
angelegte Kraft ist. Ein größerer Wert
von Δx bedeutet
eine höhere
Antriebs- bzw. Fahrgeschwindigkeit, wodurch sich die Transportvorrichtung
bei verschiedenen Geschwindigkeiten bewegt, abhängig davon, wie stark der Benutzer den
transportierenden Teil drückt.
Wenn das Drücken aufhört, stoppt
die Transportvorrichtung im Wesentlichen ohne Verzögerung.
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In
anderen Worten sind der Antriebsteil und der transportierende Teil
dazu gemacht, z.B. über eine
Federbelastung in einen neutralen Punkt zu streben, bei welchem
die Servo-Wirkung aufhört
und, sobald die Kraft aufhört
angelegt zu werden, die Servo-Wirkung von der Antriebsunterstützung zu
der Verzögerungsunterstützung überwechselt.
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Die
Bewegungsrichtung muss nicht auf diejenige beschränkt sein,
die in den 2a-c gezeigt ist. Die 3a-c
zeigen die Wirkung einer Kraft, welche auf den transportierenden
Teil in der Querrichtung der Transportvorrichtung angelegt wird.
Dies resultiert in einem Stellungsunterschied Δy, welcher wiederum eine Querbewegung
zu der Längsrichtung der
Transportvorrichtung hervorbringt.
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Natürlich ist
eine Kombination dieser Bewegungen möglich. Die 4a-c
zeigen die Situation, wenn die resultierende Kraft diagonal gerichtet
ist, d.h. aus einer Komponente in der Längsrichtung und in der Querrichtung
besteht. Die Sensoren 40a, 40b erfassen die relativen
Stellungsunterschiede Δx
und Δy,
und die Zentraleinheit 26 verwendet diese Information,
um einen Antrieb in die diagonale Richtung hervorzubringen.
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In
den oben beschriebenen Antriebsbeispielen erfassen die beiden Sensoren 40a, 40b den
gleichen relativen Positions- bzw. Stellungsunterschied, d.h. die
relative Bewegung zwischen dem Antriebsteil und dem transportierenden
Teil besteht ausschließlich
aus einer Längsverschiebungsbewegung,
die nicht in irgendwelchen Umkehrungen, d.h. irgendwelchen Drehbewegungen,
resultierte. Die 5a-c zeigen ein Beispiel, wenn
die Transportvorrichtung dreht. Die 5b zeigt,
wie eine kleinere Kraft auf den unteren Teil des transportierenden
Teils als auf den oberen Teil angelegt wird. Dies resultiert darin, dass
der untere Sensor 40a einen geringeren Stellungsunterschied
als der obere Sensor 40b registriert. Diese Stellungsinformation
resultiert darin, dass die Zentraleinheit das obere rechte Rad anweist,
in einer Richtung zu fahren, und das untere linke Rad 22c,
in einer anderen Richtung zu fahren. Das kombinierte Ergebnis ist
eine Drehbewegung, wie es durch den Pfeil auf der linken Seite in 5b gezeigt ist.
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Eine
reine Drehbewegung kann auch hervorgerufen werden, wie es aus dem
in den 6a-c gezeigten Beispiel gesehen
werden kann. Die 6b zeigt, wie eine in Richtung
nach links gerichtete Kraft auf den unteren Teil des transportierenden
Teils angelegt wird, während
eine Kraft von der gleichen Stärke
in Richtung nach rechts auf den oberen Teil angelegt wird. Dies
resultiert in den beiden Antriebsrädern in einem Antrieb in entgegengesetzte
Richtungen, was eine reine Drehbewegung mit sich bringt.
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Es
kann ein Vorteil sein, die Transportvorrichtung leichter in eine
Richtung als in eine andere fahren zu lassen, was mit der Transportvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung einfach durchzuführen
ist. Solch ein Programmieren von Merkmalen kann mittels der Eingabeeinheit 28 durchgeführt werden.
Ein Beispiel eines solchen Programmierens kann sein, dass ein relativer
Stellungsunterschied in der Querrichtung, d.h. Δy, veranlasst wird, weniger Einfluss
auf den Antrieb zu haben als ein relativer Stellungsunterschied
in der Längsrichtung,
d.h. Δx. Dies
kann auch auf rein mechanische Art und Weise umgesetzt werden mittels
der angelegten Kraft, die notwendig ist, um einen relativen Stellungsunterschied
vorzunehmen, wobei sie in verschiedenen Richtungen unterschiedlich
ist. Das Basisprinzip des Systems ist jedoch die Servo-Wirkung in
allen Richtungen und auch eine mögliche
Drehung um eine Mitte oder einen oder mehre ausgewählte(n)
Punkt(e).
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Die
vorgeschlagene Lösung
ermöglicht
eine Anzahl von Vorteilen, wobei die wichtigsten nachstehend beschrieben
werden. Die Transportvorrichtung gemäß der Erfindung erlaubt die
Möglichkeit
einer Bewegung von großen
Massen bzw. Gewichten auf die logischste Art und Weise – Anlegen
einer Kraft direkt auf die Masse, wobei die Servo-Wirkung die Masse
in dieser Richtung solange bewegt, wie die Kraft angelegt wird.
Die Möglichkeit
eines Verwendens von radmontierten Förderern für Materialien für sich bewegende
Montagebänder
wird ebenso gestattet. Eine Bewegung kann, verglichen mit momentanen
entsprechenden Lösungen
vom Luftkissentyp, mit sehr großer
Präzision
durchgeführt
werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
einer Transportvorrichtung gemäß der Erfindung
ist beschrieben worden. Der Fachmann des betroffenen technischen
Gebiets wird verstehen, dass diese innerhalb des Rahmens der angefügten Patentansprüche variiert
werden kann. Es wurde erwähnt,
dass der Antriebsteil und der transportierende Teil vorzugsweise
mittels Gummiblöcken
verbunden sind, wozu andere Bauteile mit entsprechenden elastischen
Eigenschaften äquivalent
sind. Alternativ können
Gleitschienen z.B. in der Längsrichtung
und in der Querrichtung angeordnet werden, wobei die Teile auf die
gleiche relative Stellung, z.B. mittels Federn, zurückgebracht
werden.
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Die
Sensoren 40a, 40b wurden als Dehnungsmessstreifen
beschrieben. Alternative Sensoren sind selbstverständlich ebenso
möglich,
wie z.B. optische Sensoren oder mechanische Sensoren, welche als
ein Joystick funktionieren. Die Anordnung und die Anzahl von Sensoren
können
ebenso wie erforderlich variiert werden, z.B. um komplexere Bewegungen
zu erfassen.
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Der
Antrieb in der bevorzugten Ausführungsform
wird durch Räder
ausgeführt.
Andere Arten von Antriebsmitteln sind selbstverständlich ebenso
möglich,
wie z.B. Antriebsgurte. Die Anordnung und die Anzahl von Antriebsmitteln
können
ebenso wie erforderlich variiert werden. Daher kann z.B. ein Antriebsrad
mit zwei oder mehr Nicht-Antriebsrädern kombiniert werden, drei
oder mehr Antriebsräder können mit
einer geeigneten Anzahl von Nicht-Antriebsrädern kombiniert werden, oder
es kann kein Nicht-Antriebsrad geben. In dem Fall von zwei Antriebsrädern können sie
wie in der beschriebenen Ausführungsform
diagonal angeordnet werden, oder sie können entlang der gleichen Seite
angeordnet werden. Als eine weitere Alternative kann (können) ein
oder mehrere Räder
um eine Luftkissenanordnung ergänzt werden.
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Die 7a zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer Transportvorrichtung 100, die zu einem anderen Gegenstand
zwangsgeführt
ist, der in der Figur als ein Flugzeug 120 gezeigt ist.
In diesem Fall ist der Stellungsunterschied, der gemessen wird, derjenige
zwischen einer Transportvorrichtung 100 in der Form einer
Arbeitsplattform und dem Flugzeug 120. Dies wird mittels
zweier Sensoren 140a, b erbracht, welche auf einer Seite
der Transportvorrichtung angeordnet sind (siehe 7b).
Diese können z.B.
Lasersensoren sein, welche gegen jeweilige reflektierende Oberflächen 142a,
b an dem Körper
des Flugzeugs arbeiten. Auf diese Weise ist es möglich, die Spur des relativen
Abstands Δx1, Δx2 zwischen dem
Flugzeug und der Transportvorrichtung beizubehalten.
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In
diesem Fall erfolgt die Zwangsführungssteuerung
auf die folgende Art und Weise. In einer gewünschten relativen Stellung
der Transportvorrichtung und des Flugzeugs sind die Sensoren und
das Steuersystem auf null gesetzt. Diese Position entspricht daher
demjenigen, was in den 1a-c für die erste Ausführungsform
gezeigt ist. Wenn das Flugzeug beginnt, sich aus dieser Stellung
zu bewegen, wird dies durch die Sensoren 140a, b erfasst. Die
Abweichung von dem relativen Stellungsunterschied in der Startposition
dient als ein Eingabesignal für
das Steuersystem der Transportvorrichtung, welches auf die gleiche
Art und Weise wie in der ersten Ausführungsform versucht, den Transport
in einer Richtung anzutreiben, welche ihn auf die Startposition
relativ zu der Ebene zurückbringt.
In diesem Fall ist die Transportvorrichtung zu einem anderen Gegenstand,
gezeigt als ein Flugzeug, zwangsgeführt.
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Es
wird verstanden werden, dass eine Messung auf anderen Wegen als
demjenigen, der in den Figuren gezeigt ist, ausgeführt werden
kann. Zum Beispiel ist es möglich,
eine teleskopförmige
Anordnung zu haben, welche zwischen dem Flugzeug und der Transportvorrichtung
angeordnet ist und mit welcher der relative Abstand zwischen ihnen
gemessen wird. Des Weiteren ist es zusätzlich oder anstatt einer reinen
Abstandsmessung auch möglich,
eine winkelbezogene Messung zu verwenden, d.h. es wird in einer
anderen Abmessung gemessen, wie das Flugzeug sich relativ zu der
Transportvorrichtung bewegt hat. Die 7c gibt
zwei Winkel α und β an, und
ein relativer Stellungsunterschied kann mittels dieser Winkel berechnet
werden.
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In
der Ausführungsform,
welche unter Bezugnahme auf die 7a-c beschrieben
wurde, wurde ein Flugzeug als ein Beispiel für das Objekt verwendet, von
welchem die Transportbewegung der Vorrichtung folgt. Dies ist selbstverständlich nur
ein Beispiel, und eine Alternative ist z.B. ein Auto bzw. ein Fahrzeug
in einer Produktionslinie.