EP0686224B2

EP0686224B2 - Grossmanipulator, insbesondere für autobetonpumpen

Info

Publication number: EP0686224B2
Application number: EP94902681A
Authority: EP
Inventors: Karl Schlecht; Hartmut Benckert
Original assignee: PUTZMEISTERAKTIENGESELLSCHAFT; PUTZMEISTERAG; Putzmeister AG
Current assignee: Putzmeister Concrete Pumps GmbH
Priority date: 1993-02-27
Filing date: 1993-12-04
Publication date: 2005-06-01
Anticipated expiration: 2013-12-04
Also published as: DE4306127C2; US5640996A; EP0686224B1; ES2100674T5; EP0686224A1; ES2100674T3; DE59305997D1; DE4306127A1; JPH08507112A; WO1994019563A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Großmanipulator, insbesondere für Autobetonpumpen, mit einem auf einem Gestell, insbesondere einem Fahrgestell angeordneten, um eine im wesentlichen vertikale Drehachse um 360° drehbaren mittels eines Antriebsaggregats antreibbaren Mastbock, mit einem aus mindestens drei Mastarmen zusammengesetzten, vorzugsweise als Betonverteilermast ausgebildeten Knickmast, welche Mastarme um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen gegenüber dem jeweils benachbarten 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 Koordinatengeber für die Antriebsaggregate aufweist.

Autobetonpumpen dieser Art sind mobile Arbeitsgetäte, 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-Endschlauches am letzten Arm des Knickmasts verantwortlich. Er hat dazu mehr als zwei rotatorische Freiheitsgrade des Knickmasts über die zugehörigen Antriebsaggregate unter Bewegung des Knickmasts im nicht strukturierten dreidimensionalen Arbeitsraum bei Beachtung der Baustellenrandbedingungen zu betätigen. Durch den Einsatz von Proportional-Funkfernstauerungen wurde diese Bedienertätigkeit 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 Bausiellenpersonals auftreten können. Zur Erleichterung der Handhabung des Großmanipulators wurde bereits vorgeschlagen, statt der Einzelansteuerung der rotatorischen Freiheitsgrade des Knickmasts den Endschlauch durch geeignete Rechnerunterstützung in einem kartesischen x-,y-,z-Koordinatensystem mit Hilfe von Steuerhebeln zu verfahren, wobei wahlweise ein gestell festes oder baustellenfestes Koordinatensystem gewählt werden kann ("Computer Controlled Concrete Distribution", Dr.-Ing. Hartmut Benckert, Putzmeister-Werk, Seiten 111-119, 8^th Int. Symposium on Automation and Robotics , IPA (FHG) Stuttgart 1991). Diese Art der Betätigung hat sich jedoch bei vielen Anwendungsfällen als recht umständlich erwiesen, da die hierfür erlorderliche Betätigung der Steuerhebel mit den optisch wahrnehmbaren Bewegungsabläufen des Knickmasts nicht ohne weiteres in Einklang gebracht werden kann.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den bekannten Großmanipulator der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß es dem Bediener 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 angegebenen Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einer gemeinsamen Ansteuerung der redundanten Knickachsen des Knickmasts unabhängig von der Drehachse des Mastbocks mit einem einzigen Stellvorgang des Steuerhebels eine für den Bediener anschauliche Streck- oder Verkürzungsbewegung des Knickmasts bei vorgegebener Höhe der Knickmastspitze ausgeführt werden kann. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, 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 Ausführung einer Streck- oder Verkürzungsbewegung des Knickmasts bei vorgegebener Höhe der Knickmastspitze betätigbar sind und daß die Antriebsaggregate der redundanten Knickachsen des Knickmasts jeweils nach Maßgabe einer wahlweise vorgebbaren Weg-Schwenk-Charakteristik betätigbar 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 Steuerhebels 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 Hauptstellrichtung des Steuerhebels oder in der einen Hauptstellrichtung 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.

Da die Mastarme in Abhängigkeit von ihrer Ausrichtung zur Gravitationsachse 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 Schwenkstellungen 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 modifizierbar 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 Koordinatengeber nach Maßgabe von die Mastarmbewegung räumlich begrenzenden 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 vorzugsweise 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 einzelnen Gelenkkoordinaten umschaltbar sind.

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

Fig. 1: eine Seitenansicht einer Autobetonpumpe mit fünfarmigem Knickmast in zusammengeklapptem Zustand;
Fig. 2a und b: eine Seitenansicht und eine Draufsicht einer Autobetonpumpe mit auseinandergeklapptem Knickmast;
Fig. 3a und b: je einen Ausschnitt aus dem fahrzeugfemen und fahrzeugfesten 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 angeordneten Mastbock 16, einen am Mastbock 16 um eine vertikale Drehachse 18 mittels eines nicht dargestellten hydraulischen Drehaggregats um 360° drehbaren Knickmast 20, eine über einen Materialaufgabebehälter 22 mit Beton beaufschlagbare, hydraulisch angetriebene Betonpumpe 24 und eine über eine Rohrweiche 26 an die Betonpumpe 24 angeschlossene Förderleitung 28 auf. Der Knickmast 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. Zum Ein- und Ausfalten der Mastarme 1 bis 5 um die Gelenke A bis E sind als doppeltwirkende Hydrozylinder ausgebildete Antriebsaggregate 30 vorgesehen, die mit ihren freien zylinderseitigen und stangenseitigen Enden an Auslegern bzw. Umlegebügeln der Mastarme 1 bis 5 und des Mastbocks 16 angelenkt sind.

In der in Fig. 1 gezeigten Fahrstellung sind die Mastarme in zueinander im wesentlichen paralleler Ausrichtung gegeneinander gefaltet, während sie in der Darstellung nach Fig. 2a und b auseinandergefaltet sind.

Zur Betätigung der Antriebsaggregate des Knickmasts ist eine Fernsteuereinrichtung vorgesehen, die ein vom Fahrgestell getrenntes Funkfernsteuergerät 80 und eine mit dem Funkfernsteuergerät 80 mittels Senderempfängern 36, 36' über eine bidirektionale Funkstrecke 38 kommunizierende fahrzeugfeste Steuereinrichtung 31 umfaßt. Das Funkfernsteuergerät 80 weist mehrere, als Steuerhebel ausgebildete Bedienorgane 34, 34', 34" auf, die jeweils in zwei zueinander senkrechten Hauptstellrichtungen vor- und rückwärts unter Abgabe von Steuersignalen verstellt werden können. Die Steuersignale werden über die bidirektionale Funkstrecke zum fahrzeugfesten Senderempfänger 36' übertragen und in einer Datenaufbereitungsstufe 40 und einem rechnergestützten Koordinatengeber 42 in Koordinatensignale für die Antriebsaggregate 30 der sechs Achsen 18, A, B, C, D, E umgesetzt. Zusätzlich kann die Größe der Auslenkung der Steuerhebel 34, 34', 34" über eine geeignete Sensorik oder Elektronik in geschwindigkeitsbestimmende Signale umgesetzt werden.

Bei dem in Fig. 2a und b in Verbindung mit Fig. 3 a und b gezeigten Ausführungsbeispiel werden über den Steuerhebel 34 in der einen Hauptstellrichtung (+,-) mit Unterstützung eines fahrzeugfesten Rechners die Antriebsaggregate 30 sämtlicher Knickachsen A bis E einzeln oder in ihrer Gesamtheit so angesteuert, daß der Knickmast 20 in Plusrichtung eine Streckbewegung und in Minusrichtung eine Verkürzungsbewegung bei konstanter Drehlage des Mastbocks 16 und bei konstanter Höhe H des Knickmastendes über dem Boden 140 ausführt. Jede Knickachse A bis E wird innerhalb des Koordinatengebers 42 so softwaremäßig angesteuert, daß die Knickgelenke in Abhängigkeit von Weg und Zeit sich harmonisch zueinander bewegen. Sofern die den Knickachsen zugeordneten Antriebsaggregate 30 als Hydraulikzylinder mit in den Zylindern untergebrachten Längenmeßsystemen 44 ausgebildet sind, kann hierzu die gemessene Hubbewegung des Zylinders mit Hilfe einer vorgegebenen Weg-Schwenk-Charakteristik in die zugehörige Drehbewegung des Gelenks umgerechnet werden. Die Ansteuerung der redundanten Freiheitsgrade der Knickgelenke erfolgt somit nach einer vorprogrammierten Strategie, bei der auch Kollisionszonen 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 abgelegte Korrekturdaten (z.B. zur Kompensation einer lastabhängigen Deformation) zurückgegriffen werden.

Die Verstellung der Drehlage des Knickmasts 20 im Mastbock 16 um die Drehachse 18 erfolgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch Betätigung des Steuerhebels 34 in horizontaler Hauptstellrichtung (r,l), wobei in Richtung r eine Rechtsdrehung und in der Richtung 1 eine Linksdrehung um die Drehachse 18 ausgelöst wird. Die Hub-Senk-Bewegung (h,s) des an der Mastspitze angeordneten Endschlauches, beispielsweise unter Beibehaltung der radialen Auslenkung des Knickmasts 20 kann unter Ansteuerung der Antriebsaggregate 30 der Knickachsen A bis E über einen weiteren Betätigungshebel 34' ausgelöst werden. Bei einer Betätigung der Steuerhebel in einer von den zueinander senkrechten Hauptstellrichtungen abweichenden Zwischenrichtung werden jeweils beide Steuerarten nach Art einer Komponentenzerlegung angesprochen.

Mit diesen Maßnahmen ist es möglich, den gesamten Raum innerhalb der Reichweite des Knickmasts mit den notwendigen Kollisionsbegrenzungen mit nur drei Hauptstellrichtungen unter Verwendung von zwei Steuerhebeln (34, 34') mit der Mastspitze abzufahren, wobei die Bewegungen der Steuerhebel in einer für den Bediener anschaulichen 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 ausgwählten Koordinatensystem ablesen.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfindung betrifft einen Großmanipulator, insbesondere für Autobetonpumpen. Auf einem Gestell ist ein um eine vertikale Drehachse 18 antreibbarer Mastbock sowie ein aus mindestens drei Mastarmen 1 bis 5 zusammengesetzter Knickmast angeordnet. Die Mastarme 1 bis 5 des Knickmasts sind um horizontale, zueinander parallele Knickachsen A bis E paarweise gegenüber dem jeweils benachbarten Mastbock 16 oder Mastarm 1 bis 5 mittels je eines Antriebsaggregats 30 begrenzt verschwenkbar. Die Betätigung des Knickmasts erfolgt über eine Fernsteuereinrichtung 30 mit Steuerhebeln 34,34',34". Um eine klare Zuordnung zwischen den Bewegungen des Steuerhebels 34 und des Knickmasts zu gewährleisten, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Fernsteuereinrichtung einen über den Steuerhebel 34 ansteuerbaren, rechnergestützten Koordinatengeber 42 für die Antriebsaggregate 30 aufweist, über den in der einen Hauptstellrichtung (+,-) des Steuerhebels 34 die Antriebsaggregate 30 der Knickachsen A bis E unabhängig vom Antriebsaggregat der Drehachse 18 des Mastbocks 16 unter Ausführung einer Streck- oder Verkürzungsbewegung des Knickmasts 20 bei vorgegebener Höhe H der Mastspitze betätigbar sind. In der anderen, zur ersten senkrechten Haupttellrichtung (l,r) des Steuerhebels 34 wird über den Koordinatengeber 42 eine Drehbewegung des Knickmasts 20 um die Drehachse 18 ausgelöst, und zwar unabhängig von der Bewegung in den Knickachsen A bis E bei vorgegebener Höhe H der Knickmastspitze.

Claims

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 Mastbock (16).

mit einem aus mindestens drei Mastarmen (1 bis 5) zusammengesetzten, vorzugsweise als Belonverteilermast ausgebildeten Knickmast (20), welche Mastarme (1 bis 5) um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen (A bis E) gegenüber dem jeweils benachbarten 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 senkrechten Hauptstellrichtungen vor- und rückwärts verstellbar ist, und
wobei die Fernsteuereinrichtung einen über den Steuerhebel (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 Knickachsen (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 vorgebbaren Weg-Schwenk-Charakteristik betaligbar sind.
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 Hauptstellrichtung eines weiteren Steuerhebels (34', 34") das Antriebsaggregat der Drehachse (18) des Mastbocks (16) unabhängig von den Antriebsaggregaten (30) der Knickachsen (A bis E) unter Ausführung einer Drehbewegung des Knickmasts (20) bei vorgegebener Höhe (h) der Knickmastspitze betätigbar ist.
Großmanipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über den Koordinatengeber (42) in der anderen, zur ersten senkrechten Hauptstellrichtung des Steuerhebels (34) oder in der einen Hauptstellrichtung (h,s) eines weiteren Steuerhebels (34') die Antriebsaggregate (30) der Knickachsen (A bis E) unabhängig vom Antriebsaggregat 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.
Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 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 Torsionsmomenten modifizierbar ist.
Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 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.
Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Weg-Schwenk-Charakteristik der Knickachsen (A bis E) im Koordinatengeber (42) nach Maßgabe von durch einen vorzugsweise am letzten Mastarm (5) angeordneten Abstandssensor abgegebenen Meßsignalen modifizierbar ist.
Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, 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.