大型机械手制造技术

本发明专利技术涉及一种大型机械手，包括一折弯杆。折弯杆铰接在可绕竖轴旋转的杆座上。折弯杆有至少三个杆臂，它们可各借助一个驱动器分别绕水平的彼此平行的铰接轴相对于杆座或相邻的杆臂有限地回转。此外设一调整装置用于控制杆运动的驱动器，它有一个对预定的指令参数和借助在杆臂上的传感器确定的测量值作出响应的坐标转换器，用于按照预定的行程／回转特征曲线的标准转换为用于驱动器的涉及铰接轴的运动信号。为了获得一种较轻和简单的结构方式，按本发明专利技术建议，在杆臂上分别刚性地设置一ＧＰＳ模件作为位置传感器，用于确定属于各个杆臂的以地为基准的位置测量值，其中坐标转换器可加入ＧＰＳ模件的位置测量值。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为“03820315.4”的中国专利技术专利申请的分案申请。原申请即第一次提出的申请的申请号为“03820315.4”(PCT/EP2003/006925)、申请日为2003年6月30日(PCT国际申请日)、专利技术名称是“操纵折弯杆的设备”。
本专利技术涉及一种大型机械手，包括一根折弯杆，所述折弯杆铰接在一优选可绕机架上的竖轴旋转的杆座上以及有至少三个杆臂，它们可各借助一个驱动器分别绕水平的彼此平行的铰接轴相对于杆座或相邻杆臂有限地回转；还包括一个调整装置，用以控制用于杆运动的驱动器，它有一个对优选在一个固定在机架上或杆座上的坐标系统内预定的指令参数和借助在杆臂上的传感器确定的测量值作出响应的坐标转换器，用以按照预定的行程/回转特征曲线的标准转换为用于驱动器的涉及铰接轴的运动信号。
技术介绍
这种设备例如使用于尤其混凝土泵的大型机械手中。此类大型机械手由操作员操纵，他通过遥控器不仅负责泵的控制而且负责设在折弯杆顶端的终端软管的定位。为此，操作员应当在注意工地现场条件的同时，在不具有某种结构的三维工作空间，通过附属的驱动器运动折弯杆，操纵折弯杆多个旋转自由度。虽然单根轴操作有可将各杆臂独立置于任意的只受其回转范围限制的位置的优点。但在这种情况下为折弯杆或杆座的每根轴配设遥控器遥控机构的一个主调节方向，所以当存在三个和三个以上的杆臂时操纵并非一目了然的。操作员必须始终用眼睛注视被操纵的轴和终端软管，以避免终端软管失控运动的危险并由此避免伤害工地现场的人员。为了在这方面能更容易操作，已建议了一种操纵设备-->(DE-A-4306127)，其中，折弯杆冗余的铰接轴在杆座任何旋转位置均独立于杆座的旋转轴与遥控机构唯一的调节过程共同控制。在这里，折弯杆实施一种对操作员显而易见的伸长和缩短运动，此时杆顶端的高度保持恒定。为了能做到这一点，在那里，控制器有一个可通过遥控器控制并有计算机支持的驱动器坐标转换器，借助它可独立于杆座的旋转轴驱动器，在杆顶端高度给定时，沿遥控机构的一个主调节方向操纵铰接轴驱动器，以实施折弯杆伸缩运动。沿另一个主调节方向，铰接轴的驱动器可独立于旋转轴的驱动器操纵，以实施杆顶端的升降运动。为了在伸缩运动时优化运动过程，在那里认为重要的是，折弯杆冗余的铰接轴可分别按行程/回转特征曲线的标准操纵。属于此的是行程/回转特征曲线在坐标转换器内在取决于作用在各杆臂上的负载的弯矩和扭矩的影响下进行修正。为了检测折弯杆内的运动过程，在杆臂上设用于确定弯折角的角度传感器。各个角度传感器只分别测量一根铰接轴的两个杆臂之间的弯折角。此类角度测量是稳定的，因为在轴区域内的系统是比较刚性的以及因为角度传感器相当准确地提供实际弯折角。涉及此轴的测量值与另一些轴上的测量值无关。因此人们获得在一方面是弯折角以及另一方面是终端软管当前位置之间的一种比较简单的数学关系。在这里指的是涉及铰接轴的角坐标与以机架为基准的圆柱坐标之间的坐标转换，机器的终端软管在圆柱坐标内运动。涉及铰接轴的角度测量值还与各杆臂在负载力矩作用下的挠度无关。挠度必须另外通过数学关系考虑。为此必须首先确定各臂部分的质量以及与此同时尤其是相关布料管用混凝土充填的情况。然后挠度纯计算地在坐标转换时考虑。这被认为是有缺点的。另一方面从动力学的观点业已证明有利的是，涉及铰接轴的角度测量没有包含有关振动状态的信息份额，所以有关的角度测量存在一种动态去耦。因此，比较稳定的轴角度使得有可能在使用有关各轴内振动状态，例如有关在附属的调整缸内动态压力过程的附加的信息的情况下实施干扰量反馈。由此可以有效地阻尼振动(参见-->DE-A-10046546)。已知的设备，其中杆臂角在一个固定在机架上涉及铰接轴的坐标系统中测量，有下列缺点：a)角度传感器安装在铰接轴区域内是麻烦的，因为在轴区域内存在许多结构材料，它们妨碍角度传感器的固定。b)涉及轴的角度传感器连同敷设的电缆的质量比较大，每根轴约50kg。c)用涉及铰接轴的角度传感器只测量弯折角，而且没有考虑各杆臂的挠度。对于布料管有或没有充填混凝土的通过作用的负载力矩造成的挠度需要附加的数学模件，它可能带来误差。
技术实现思路
由此出发，本专利技术的目的是设计一种操纵尤其用于大型机械手的折弯杆的设备，它的测量设备、固定件和布线有小的重量并能方便地安装，以及借助它也可以通过测量技术获知有关杆臂挠度和系统动力学的信息。为此，本专利技术提供一种大型机械手，包括一根折弯杆，它铰接在一优选可绕机架上的竖轴旋转的杆座上以及有至少三个杆臂，它们可各借助一个驱动器分别绕水平的彼此平行的铰接轴相对于杆座或一个相邻杆臂有限地回转，以及在最后那个杆臂的自由端上构成一个杆顶端；还包括一个调整装置，用以控制用于杆运动的各驱动器，它有一个对优选在一个固定在机架上的坐标系统内预定的用于杆顶端或用于一根装在此杆顶端上的终端软管的指令参数和借助在杆臂上的传感器确定的测量值作出响应的坐标转换器，用以按照一种预定的行程/回转特性曲线的标准转换为用于驱动器的涉及铰接轴的运动信号，其特征为：在杆臂上分别刚性地设置一GPS模件作为位置传感器，用于确定属于各个杆臂的以地为基准的位置测量值，其中坐标转换器可加入GPS模件的位置测量值。本专利技术第一种方案规定，在杆臂上优选地离铰接轴有一距离处刚性地设置测地学()的角度传感器，用于确定各杆臂以地-->为基准的角度测量值。为了在坐标转换时也能考虑杆座和支承它的机架非水平的方向，有利的是附加地设一个装在杆座和/或至少一个装在机架上的测地学角度传感器，用于测量属于杆座和/或机架的以地为基准的角度测量值。本专利技术的一项优选的设计规定，测地学的角度传感器设计为响应地心引力的斜角传感器。用按本专利技术的测地学角度传感器确定的以地为基准的角度测量值，可以在按本专利技术的操纵设备中按不同的方式评估：a)可按静力学由此算出各弯折角。然后通过弯折角可建立与基于机架的圆柱坐标的关系。传统的坐标转换由弯折角确定各杆臂在空间的方向并由此确定终端软管沿径向及其离地高度的当前位置。b)杆臂的按本专利技术测地学角度测量值也可以直接地不通过弯折角迂回地换算为终端软管的圆柱坐标。c)在a)和b)两种情况下基于负荷力矩的静态变形影响已经包含在测量值内。归因于地基变形的安装斜度也已考虑在内。d)在折弯杆伸展和收拢时在铰接轴内的角度位置按照a)必须是已知的，因此杆臂可以互不冲突地运动。属于这方面的还有自相矛盾，亦即在各杆臂与装在它上面的零件之间的矛盾。为了使所有这些均能实现，按本专利技术一项有利的设计建议，坐标转换器有一软件程序，用于将以地为基准涉及杆臂的角度测量值换算成弯折角。附加地，坐标转换器还应有一个软件程序，用于按照折弯杆预定的行程/回转特征曲线的标准将在以机架为基准的圆柱坐标系统中的指令参数换算成指令弯折角。在使用杆臂上的测地学角度传感器时，居先的那些臂的斜度及其变化直接影响相邻臂的角度测量值。也就是说，若第一个杆臂改变了其斜角，则也改变随后的那些杆臂的斜度一个相应的量。这不仅应在静态而且也应在动态的斜度改变时考虑。在发生这种改变时产生的质量效应或惯性效应也动态地分布在各杆臂上。因此在坐标转换时必须区别，斜度变化究竟是由杆臂本身引起还是由居先的杆臂引起的。这-->导本文档来自技高网...

【技术保护点】
大型机械手，包括一根折弯杆（２２），它铰接在一优选可绕机架（１１）上的竖轴（１３）旋转的杆座（２１）上以及有至少三个杆臂（２３至２７），它们可各借助一个驱动器（３４至３８）分别绕水平的彼此平行的铰接轴（２８至３２）相对于杆座（２１）或一个相邻杆臂（２３至２７）有限地回转，以及在最后那个杆臂（２７）的自由端上构成一个杆顶端（３３）；还包括一个调整装置（７０），用以控制用于杆运动的各驱动器（３４至３８），它有一个对优选在一个固定在机架上的坐标系统内预定的用于杆顶端（３３）或用于一根装在此杆顶端上的终端软管的指令参数（ｒ、ｈ）和借助在杆臂（２３至２７）上的传感器（４４至４８）确定的测量值作出响应的坐标转换器（７４、７６），用以按照一种预定的行程／回转特性曲线的标准转换为用于驱动器（３４至３８）的涉及铰接轴的运动信号（Δα↓［ｖ］），其特征为：在杆臂上分别刚性地设置一ＧＰＳ模件作为位置传感器，用于确定属于各个杆臂的以地为基准的位置测量值，其中坐标转换器可加入ＧＰＳ模件的位置测量值。

【技术特征摘要】
DE 2002-8-27 10240180.21.大型机械手，包括一根折弯杆(22)，它铰接在一优选可绕机架(11)上的竖轴(13)旋转的杆座(21)上以及有至少三个杆臂(23至27)，它们可各借助一个驱动器(34至38)分别绕水平的彼此平行的铰接轴(28至32)相对于杆座(21)或一个相邻杆臂(23至27)有限地回转，以及在最后那个杆臂(27)的自由端上构成一个杆顶端(33)；还包括一个调整装置(70)，用以控制用于杆运动的各驱动器(34至38)，它有一个对优选在一个固定在机架上的坐标系统内预定的用于杆顶端(33)或用于一根装在此杆顶端上的终端软管的指令参数(r、h)和借助在杆臂(23至27)上的传感器(44至48)确定的测量值作出响应的坐标转换器(74、76)，用以按照一种预定的行程/回转特性曲线的标准转换为用于驱动器(34至38)的涉及铰接轴的运动信号(Δαv)，其特征为：在杆臂上分别刚性地设置一GPS模件作为位置传感器，用于确定属于各个杆臂的以地为基准的位置测量值，其中坐标转换器可加入GPS模件的位置测量值。2.按照权利要求1所述的大型机械手，其特征为：附加地设一个装在杆座上的GPS模件，用于测量一个属于杆座的以地为基准的位置测量值。3.按照权利要求1或2所述的大型机械手，其特征为：附加地设至少一个装在机架上的GPS模件，用于测量至少一个属于机架的以地为基准的位置测量值。...

【专利技术属性】
技术研发人员：H本科特，K劳，
申请(专利权)人：普茨迈斯特混凝土泵有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]