专利名称：操纵大型机械手折弯杆的设备以及有这种设备的大型机械手的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种操纵铰接在杆座上的折弯杆，尤其混凝土布料杆的设备，该折弯杆有至少两个杆臂，它们可各借助一个优选地可液压操纵的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，设备有一个优选地可遥控的包括一个位置调整器的、用于借助为各驱动器配设的执行机构控制杆运动的控制器，以及有为各杆臂、铰接轴和/或驱动器配设的用于为位置调整器测量行程和角度的传感器。本发明还涉及一种尤其用于混凝土泵的大型机械手，它有一铰接在杆座上的折弯杆以及有一个前言所述类型操纵此折弯杆的设备。
自行式混凝土泵通常由操作员操纵，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。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，此时杆顶端的高度可附加地保持恒定。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座标变换器，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。沿遥控机构另一个主调节方向，杆座的旋转轴驱动器可独立于铰接轴驱动器进行操纵，以实施折弯杆的旋转运动，而沿第三个主调节方向，铰接轴的驱动器可独立于旋转轴的驱动器进行操纵，以实施杆顶端的升降运动。折弯杆的这种操纵所需的基本前提条件在于位置调整，属于此的主要是一种为各杆臂、铰接轴和/或驱动器配设的用于测量行程或角度的传感器技术。因为在此类既包括机械的也包括电子和液压部件的技术系统中不可能完全避免发生故障，所以需要安全控制，它向操作员报警并采取安全措施干预工作过程。在这种情况下必须通过传感器识别出现的故障并加以评估，评估的目的是至少暂时消除故障和避免不希望的故障结果和破坏。迄今只能通过一个可由操作员操纵的紧急开关切断杆和泵的工作。
以此为出发点，本发明的目的是改善前言所述类型用于大型机械手的操纵设备，使得有可能独立于操作员安全控制。
为了达到此目的，提出了在权利要求1、11和21中说明的特征组合。由从属权利要求给出本发明有利的设计和进一步发展。
按本发明的方案以下列认识为出发点为了位置调整而已然存在的用于测量行程或角度的传感器，附加地顾及在出现某些故障时应考虑的准则，从而可实施自动的安全控制。为达到这一点，按本发明的建议，控制器有一个响应传感器输出数据的安全程序，用于按预定的安全准则的标准控制执行机构。控制器特别重要的部分在于，安全程序有至少一个用于输出一个声或光的报警信号的计算部分，报警信号向操作员指示已出现故障。
按本发明的一项优选的设计，其中每个驱动器有一双向作用的液压缸；液压缸可各通过一个构成附属的执行机构的比例转换阀加入压力油；比例转换阀通过一公共的给油管供压力油，按本发明建议，在给油管内设一个可借助安全程序控制的给油阀。在发生故障时取决于给油阀的状态，基于以评估为基础的安全准则可接通或切断给油阀。在这里此给油阀可有一附加功能。例如，它可在系统内设计为换向工作阀，用于按选择供给杆臂阀和脚架支柱阀。
安全程序有利地可包括不同的计算部分，它们单个或组合地-对给油阀的接通状态作出响应，-通过遥控装置对行驶给定参数的存在或不存在作出响应，-对涉及行程或角度的大于预定的极限值的调节误差作出响应，-对大于预定的极限值的涉及行程或角度的调节误差的速度作出响应，-对大于预定极限值的角速度作出响应。
此外，可在设计为液压缸的驱动器底侧端和杆侧端设压力传感器，以及，安全程序可包括一个响应压力传感器输出数据的计算部分。
本发明另一个内容是大型机械手，它包括有上述特征的具有安全装置的杆操纵设备。
按本发明的措施在方法方面也可作如下的说明为了安全控制大型机械手内的折弯杆，其中折弯杆的杆臂可分别借助一驱动器彼此相对回转以及为了位置调整持续地测量杆臂相对于相邻杆臂或杆座的相对位置，按本方法，杆臂的位置测量值按与预定的安全极限值偏差的标准用于安全控制驱动器。尤其在超越安全极限值时可发出报警信号。若杆臂的驱动器借助压力油液压控制，则业已证明特别有利的是，当偏离预定的安全极限值时切断或接通驱动器的压力油供给。尤其在固定工作状态已切断压力油供给时，若角速度不等于零以及未超越预定的偏差极限值，接通压力油供给并因而也接通位置调整。“固定工作状态”在这里指的是泵在折弯杆不运动的情况下工作。低的角速度作为评估准则表明在液压系统内有小的漏泄，或执行机构或驱动器有小缺陷，因此在应急运行时还可以在借助位置调整的情况下将折弯杆有控制地返回安全的运输位置。但若超越预定的偏差极限值，则保持切断压力油供给并因而也保持切断位置调整。那时操作员必须就地为折弯杆或为运输采取安全措施。
在行车作业时若调节误差的速度超越预定的极限值，则出现类似的情况。在这种情况下当压力油供给已接通时要切断压力油供给并因而也切断位置调整。
下面借助附图中示意表示的实施例详细说明本发明。其中
图1 折弯杆已收拢的自行式混凝土泵侧视图；图2 按图1的自行式混凝土泵，折弯杆处于工作位置；图3 操纵有安全控制的折弯杆的设备系统图；图4 涉及轴的安全程序框图。
自行式混凝土泵10包括运输车11、例如设计为双缸活塞泵的泥浆泵12、以及可绕一固定在车上的竖轴13旋转的作为混凝土输送管16支架的混凝土布料杆14。在浇筑混凝土时连续加入进料斗17内的液体混凝土，通过混凝土输送管16输送到一个远离汽车11停车位的混凝土浇筑地点18。
布料杆14由一个可借助液压旋转驱动器19绕竖轴13旋转的杆座21和可在杆座21上回转的折弯杆22组成，折弯杆22可连续调整，改变在汽车11与混凝土浇筑地点18之间的作用距离r和高度差h。在图示的实施例中，折弯杆22由五个互相铰接的杆臂23至27组成，它们可绕彼此平行和垂直于杆座21竖轴13延伸的轴28至32回转。由铰接轴28至32构成的曲铰的折角ε1至ε5(图2)及其相互关系按这样的方式彼此协调，即，使布料杆14能以图1所示通过多重折叠节省空间的运输时的构型放置在汽车11上。通过起动为铰接轴28至32逐个配设的驱动器34至38，折弯杆22可按在混凝土浇筑地点18与汽车停车位之间不同的距离r和/或高度差h展开(图2)。
操作员借助无线遥控器50控制杆的运动，通过杆的运动将杆顶端33和终端软管43移到要浇筑混凝土的区域的上方。终端软管43典型的长度为3至4m，并由于其铰接地悬挂在杆顶端33的区域内以及基于其固有的柔性，可由软管操作者将其出口端保持在一个对混凝土浇筑地点为恰当的位置上。
在图示的实施例中，遥控器50包括一个设计为控制杆的遥控机构60，它可沿三个主调节方向往复调整以输出控制信号64。控制信号通过无线通信距离68传输给固定在车上的无线接收机70，它在输出侧通过一个例如设计为CAN数据总线的数据总线系统72连接在微控制器74上。微控制器74包括软件模块76、77，从遥控器50接收的控制信号64通过它们解释、变换，并借助位置调整器92和下游的信号发生器94转换成驱动器34至36的操纵信号。驱动器34至36的操纵通过设计为比例转换阀的执行机构80至84进行，它们将其输出管86、87在底侧和杆侧连接在设计为双向作用的驱动器34至38上。杆座21的驱动器19设计为液压式旋转驱动器，它由执行机构85控制。
在内插补器程序76下游设一设计为坐标变换器77的软件模块，它的主要任务在于，将输入的解读为柱面坐标、r、h的控制信号在规定的时间周期内转换为旋转轴和铰接轴13、28至32上的角信号、ε；在这种情况下折弯杆22冗余的铰接轴28至32的驱动器可分别按预定的行程-回转特性线的标准操纵。每个铰接轴28至32在坐标变换器77内以这样的方式通过软件控制，即，使曲铰根据行程和时间彼此协调地运动。因此，曲铰冗余自由度的控制按预先编好程序的策略进行，借助这种策略还可以排除在运动过程中相邻杆臂23至27自相矛盾的可能性。此外，为了提高精度，还可以动用存储在数据文件内的校正数据，来补偿载荷引起的变形。以此方式在坐标变换器77内算出的角度变化在位置调整器92内与通过角度传感器96确定的实际值比较，并借助信号发生器94换算为用于驱动器19、34至38的操纵信号Uε。
除了通过将输入的行驶参数作为柱面坐标内插并相应地变换(见DE-A-4306127)的坐标发生器64控制外，各驱动器19、34至36也可以直接借助遥控机构60和附属的执行机构66至76控制。
在图3中所表示的配置其特点在于，控制器的微控制器74有一个响应传感器96输出数据的计算和安全程序100，用于按预定的安全准则的标准控制设计为比例转换阀的执行机构80至84。执行机构通过泵102和给油管104供入压力油。一个例如可设计为换向工作阀的可切断的给油阀106处于给油管104内，借助它按选择还可向自行式混凝土泵10的脚架支柱液压系统供油。在给油阀106的区域内有一紧急切断按键108，通过它在紧急情况下可由操作员切断压力油经由给油管104的供入。如后面还要借助图4详细说明的那样，计算和安全程序100也通过信号线110、112作用在给油阀106上。此外，在故障状态可通过安全程序控制一声或光的信号器114。在安全程序100内，角度传感器96的也在位置调整器92内评估的测量数据，借助规定的安全准则加以分析计算，并转换成用于给油阀106、报警信号发生器114和信号发生器94的控制信号，以控制执行机构80至84。
在计算和安全程序100内的安全控制涉及轴地进行。作为范例借助在图4中表示的用于铰接轴监视逻辑的框图说明这一点。
按图4的安全程序100′包括针对下列参数的计算部分(安全准则)输入参数(比较参数)ε(t)＝选择的铰接轴在时刻t测得的角度εεsoll(t)＝所涉及角度的额定值Δε(t)＝εsoll(t)-ε(t)＝时刻t的调节误差Δεg＝对此可调的极限值Vε＝(ε(t)-ε(t-Δt))/Δt＝时刻t的角速度Vεg＝对此可调的极限值(例如0.3°/S)VΔε＝(Δε(t)-Δε(t-Δt))/Δt＝调节误差在时刻t的变化速度VΔεg＝对此可调的极限值Fε＝对角度ε的行驶给定参数＝0保持角度ε≠0改变角度ε(行驶)SV＝控制给油阀(实际状态)＝1压力油接通执行机构(杆释放)同时轴被调整＝0压力油阻断去执行机构同时轴未受调整输出参数(置位参数)SV＝控制给油阀(额定状态)Uε＝轴ε的执行机构控制值S＝信号发生器上的报警信号(例如喇叭、灯光)＝1漏泄报警
＝2传感器/致动器故障报警RA＝控制器内部的出错数据元(超越Δεg或VΔεg的调节误差极限)涉及轴的安全程序100′实时地按预定的时间间隔执行。沿主线先后检验给油阀工作状态SV，出错数据元状态RA和行驶给定参数Fε。若在主线内角速度Vε和调节误差Δε离各自的极限值没有发现不允许的偏差，则系统可调，从而未面临出错信息(没有反应)。反之，若值Vε或△ε超越极限值，则意味着面临较大的故障，这种故障导致切断轴的运动(Uε＝0)和阻断给油阀(SV＝0)。与此同时通过信号器114发出传感器/致动器故障报警(S＝2)。此状况通过可能交给操作员的紧急开关同时造成，寻找产生的故障和排除或将折弯杆通过手工操作置于按图1的运输位置。
安全程序100′的左路主要在固定状态下实施，此时例如混凝土在折弯杆不运动的情况下排出。在此情况下关闭给油阀106(SV＝0)以及切断位置调整器92。但仍然连续地通过与有关的极限值Vεg比较，监视所涉及轴的角速度Vε。若出现小的改变，则接通给油阀106(SV＝1)并因而使位置调整器92起动。当发生大的漏泄时(否一支线)，给油阀106和位置调整器92保持切断。在两种情况下均面临漏泄报警(S＝1)，在第一种情况下可实施紧急运行，使折弯杆在借助位置调整的情况下有控制地返回安全的运输位置。在后一种情况下则相反杆液压系统没有压力，所以只能实施抢救，不能操纵折弯杆。
安全程序100′框图中的右路表示在行驶作业中(Fε≠0)安全准则的计算。在此情况下对执行机构的控制值起先为Uε≠0。先后检验调节误差Δε和调节误差的变化速度 芝否超越各自的极限值。若不是这种情况，则存在无故障的正常工作(没有反应)。若至少超过其中一个极限值，则所涉及的那个执行机构的控制值Uε定为零以及控制器内部的出错数据元RA＝1。
相应的安全程序在对系统所有轴的实时工作中执行。
可概括如下本发明涉及在大型机械手中折弯杆22安全控制的设备，其中，折弯杆的杆臂23至27可各借助一个驱动器34至38彼此相对回转，在此过程中为了位置调整测量杆臂相对于相邻杆臂或杆座21的相对位置。按本发明，杆臂的位置测量值εi，按预定的安全极限值偏差的标准，用于安全控制驱动器34至38或驱动器的执行机构80至84。
权利要求
1.操纵铰接在杆座(21)上的折弯杆(22)尤其是混凝土布料杆(14)的设备，该折弯杆有至少两个杆臂(23至27)，它们可各借助一个优选地可液压操纵的驱动器(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)或相邻杆臂有限地回转，设备有一个优选地可遥控的包括一个位置调整器(92)的、用于借助为各驱动器(34至38)配设的执行机构(80至84)控制杆运动的控制器(50、74)，以及有为各杆臂、铰接轴和/或驱动器配设的用于为位置调整器(92)测量行程和角度的传感器(96)，其特征为所述控制器(50、74)有一个响应传感器(96) 输出数据的安全程序(100、100′)，用于按预定的安全准则的标准来控制执行机构(80至84)。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征为安全程序(100′)有至少一个计算部分，用于输出一个优选声或光的报警信号(114)。
3.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为每个驱动器(34至38)有一双向作用的液压缸；液压缸可各通过一个构成附属的执行机构(80至84)的比例转换阀加入压力油；比例转换阀通过一公共的给油管(104)供给压力油；以及，在给油管(104)内设一个可借助安全程序(100、100′)控制的给油阀(106)。
4.按照权利要求3所述的设备，其特征为给油阀(106)设计为换向工作阀，用于按选择供给为杆臂配设的比例转换阀和脚架支柱阀。
5.按照权利要求3或4所述的设备，其特征为安全程序(100′)包括一计算部分，它对给油阀(106)的接通状态(SV)作出响应。
6.按照权利要求1至5之一所述的设备，其特征为安全程序(100′)包括一计算部分，它通过遥控装置(60)对行驶给定参数(Fε)的存在或不存在作出响应。
7.按照权利要求1至6之一所述的设备，其特征为安全程序(100′)包括一计算部分，它对涉及行程或角度的大于预定的极限值(Δεg)的调节误差(Δε)作出响应。
8.按照权利要求1至7之一所述的设备，其特征为安全程序(100′)包括一计算部分，它对大于预定的极限值(VΔεg)的涉及行程或角度的调节误差的速度(VΔε)作出响应。
9.按照权利要求1至8之一所述的设备，其特征为安全程序(100′)包括一计算部分，它对大于预定极限值(Vεg)的角速度(Vε)作出响应。
10.按照权利要求1至9之一所述的设备，其特征为在设计为液压缸的驱动器(34至38)的底侧端和杆侧端设压力传感器；以及，安全程序包括一个响应压力传感器输出数据的计算部分。
11.尤其用于混凝土泵(10)的大型机械手，有一个设在机架上优选地可绕一垂直旋转轴旋转的杆座(21)，有一根由至少两个杆臂(23至27)组成的特别是构成混凝土布料杆(14)的折弯杆(22)，它的杆臂(23至27)可各借助一个优选地可液压操纵的驱动器(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)或相邻杆臂有限地回转，有一个特别是可遥控的包括一个位置调整器(92)的、用于借助为各驱动器(34至38)配设的执行机构(80至84)控制杆运动的控制器(50、74)，以及，有为各杆臂、铰接轴和/或驱动器配设的用于为位置调整器(92)测量行程和角度的传感器(96)，其特征为所述控制器(50、74)有一个响应传感器(96)输出数据的安全程序(100、100′)，用于按预定的安全准则的标准来控制执行机构(80至84)。
12.按照权利要求11所述的大型机械手，其特征为安全程序(100′)有至少一个计算部分，用于输出一个优选声或光的报警信号(114)。
13.按照权利要求11或12所述的大型机械手，其特征为每个驱动器(34至38)有一双向作用的液压缸；液压缸可各通过一个构成附属的执行机构(80至84)的比例转换阀加入压力油；比例转换阀通过一公共的给油管(104)供给压力油；以及，在给油管(104)内设一个可借助安全程序(100、100′)控制的给油阀(106)。
14.按照权利要求13所述的大型机械手，其特征为给油阀(106)设计为换向工作阀，用于按选择供给为杆臂配设的比例转换阀和脚架支柱阀。
15.按照权利要求13或14所述的大型机械手，其特征为安全程序(100′)包括一计算部分，它对给油阀(106)的接通状态(SV)作出响应。
16.按照权利要求11至15之一所述的大型机械手，其特征为安全程序(100′)包括一计算部分，它通过遥控装置(60)对行驶给定参数(Fε)的存在或不存在作出响应。
17.按照权利要求11至16之一所述的大型机械手，其特征为安全程序(100′)包括一计算部分，它对涉及行程或角度的大于预定的极限值(Δεg)的调节误差(Δε)作出响应。
18.按照权利要求11至17之一所述的大型机械手，其特征为安全程序(100′)包括一计算部分，它对大于预定的极限值(VΔεg)的涉及行程或角度的调节误差的速度(VΔε)作出响应。
19.按照权利要求11至18之一所述的大型机械手，其特征为安全程序(100′)包括一计算部分，它对大于预定极限值(VΔεg)的角速度(Vε)作出响应。
20.按照权利要求11至19之一所述的大型机械手，其特征为在设计为液压缸的驱动器(34至38)的底侧端和杆侧端设压力传感器；以及，安全程序包括一个响应压力传感器输出数据的计算部分。
21.用于在大型机械手中折弯杆安全控制的方法，在大型机械手中折弯杆(22)的杆臂(23至27)可分别借助一驱动器(34至38)彼此相对回转，在此过程中为了位置调整持续地测量杆臂相对于相邻杆臂或杆座的相对位置，其特征为杆臂(23至27)的位置测量值(εi(t))按偏离预定的安全极限值偏差的标准用于安全控制驱动器(34至38)。
22.按照权利要求21所述的方法，其特征为当超越安全极限值时发出报警信号。
23.按照权利要求21或22所述的方法，其特征为杆臂(23至27)的驱动器(34至38)借助于压力油液压控制；以及，当偏离安全极限值时切断或接通驱动器(34至38)的压力油供给。
24.按照权利要求23所述的方法，其特征为在固定工作状态已切断压力油供给的情况下，若角速度(Vε)不等于零以及未超越预定的极限值，则接通压力油供给和位置调整。
25.按照权利要求23或24所述的方法，其特征为在已接通压力油供给情况下，若调节误差(Δε)和/或角速度(Vε)和/或调节误差的速度(VΔε)超越预定的极限值，则切断压力油供给和位置调整。
全文摘要
本发明涉及在大型机械手中折弯杆(22)安全控制的设备，其中，折弯杆的杆臂(23至27)可各借助一个驱动器(34至38)彼此相对回转，在此过程中为了位置调整测量杆臂相对于相邻杆臂或杆座(21)的相对位置。按本发明，杆臂的位置测量值(εi)，按预定的安全极限值偏差的标准，用于安全控制驱动器(34至38)或驱动器的执行机构(80至84)。
文档编号E04G21/04GK1524150SQ02804331
公开日2004年8月25日 申请日期2002年1月11日 优先权日2001年2月14日
发明者库尔特·劳, 哈特穆特·本克特, 库尔特 劳, 特 本克特 申请人:粉刷师股份公司