DE19604123C2 - Modularer Manipulator zum Anschließen an fahrbare Arbeitsgeräte - Google Patents

Description

(Begriffsbestimmung: Zur Kenntlichmachung der Drehbewegungen um die drei räumlichen Achsen des Koordinatensystems wird sich in dieser Patentanmeldung auf die Drehbezeichnungen der Luftfahrt bezogen, die da sind:
Drehen um die horizontale Längsachse Z-Achse [des Flugzeuges] wird mit dem Begriff Rollen beschrieben. Das Drehen um die horizontale Querachse X-Achse [des Flugzeuges] wird mit dem Begriff Kippen und das Drehen um die vertikale Achse Y-Achse [des Flugzeuges] wird mit dem Begriff Gieren beschrieben.

Als Benennung der Orientierungsrichtung wird die horizontale Längsachse Z-Achse zur Montagefläche hin mit dem Begriff Montagerichtung angewandt.

Zur Kenntlichmachung der Linearbewegungen entlang der drei Achsen des räumlichen Koordinatensystems werden die Linearbewegungen wie folgt beschrieben:
Die Linearbewegung vor und zurück auf der horizontalen Längsachse (Z-Achse) in Montagerichtung wird mit dem Begriff Distanzieren beschrieben. Die Linearbewegung nach rechts und links auf der horizontalen Querachse (X-Achse) quer zur Montagerichtung wird mit dem Begriff Schieben und die Linearbewegung auf und ab entlang der vertikalen Y-Achse mit den Begriffen Heben und Senken beschrieben.

Um Verwechslungen der Bewegungsrichtungs- und Achslagenangaben vorzubeugen beziehen sich alle folgenden Beschreibungen auf eine neutrale, inaktive Stellung und Lage der einzelnen Module, Modulgruppen bzw. des Manipulators.)

Die Erfindung betrifft einen mehrteiligen Manipulator zum Manipulieren eines Bauteils, der mittels einer Kupplung an einem fahrbaren Arbeitsgerät anbringbar ist, mit einem Werkzeug mit Halterungen zum Halten des Bauteils, wobei zum genauen linearen Verschieben des Bauteils in allen drei Richtungen des kartesischen Koordinatensystems arbeitsgerätseitig drei Linearmodule zu einer Linearmodul- Gruppe zusammengefaßt sind, anschließend an die Linearmodul-Gruppe ein um eine quer zur Montagerichtung orientierte Querachse zu kippender Kippmast angeordnet ist, und der Kippmast an seinem werkzeugseitigen Ende über mindestens zwei zu einer Drehmodul-Gruppe zusammengefaßte Drehmodule mit um 90° zueinander angeordneten Drehachsen mit dem Werkzeug zum Halten des Bauteils verbunden werden soll.

Die Montage plattenförmiger und/oder stabförmiger Bauteile ist, wenn diese in ihren räumlichen Abmessungen groß und/oder in ihren Gewichten schwer sind, von mehreren Personen gleichzeitig vorzunehmen, wobei die Bauteile, etwa großflächige Platten bzw. lange Stäbe, Träger bzw. Rahmen und dergleichen in die erforderliche Position zu bringen, dort zu halten und zu befestigen sind. Derartige Arbeiten sind infolge der großen Abmessungen und der hohen Gewichte solcher Bauteile schwierig und ermüdend. Darüber hinaus besteht für die mit diesen Arbeiten befaßten Personen eine beträchtliche Unfallgefährdung und die Gefahr, daß derartige Platten bzw. Stäbe bei der Montagearbeit beschädigt werden könnten.

Aus der DE-OS 42 42 667 ist ein mehrteiliges Vorsatzgerät für ein fahrbares Arbeitsgerät bekannt, das vorn am Arbeitsgerät lösbar anzubringen ist. Das Vorsatzgerät hat einen geräteseitigen Anschlußteil zum Anschließen des Vorsatzgerätes am Arbeitsgerät und einen bauseitigen Trageteil mit Halterungen zum Aufnehmen, Bewegen, Halten und Abgeben des Bauteiles sowie Zwischenteile zwischen dem Anschließteil und dem Trageteil, wobei die Anschließteile miteinander und mit dem Anschließteil sowie dem Trageteil beweglich verbunden sind. Am geräteseitigen Ende des Vorsatzgerätes ist ein Hebemodul angeordnet, daß mit dem Arbeitsgerät zu verbinden und gegenüber dem Arbeitsgerät mittels eines Hebeantriebes in der Höhe (Y-Achse) verstellbar sowie in der gewünschten Höhe festlegbar ist. Außerdem ist vorn an dem Hebemodul ein Schiebemodul nach beiden Seiten (X-Achse) verschieblich gelagert und mittels eines Schiebeantriebes verschiebbar sowie in einer gewünschten Seitenlage arretierbar. An dem Schiebemodul ist ein Distanzierungsmodul vorgesehen der mittels eines Distanzierungsantriebes in Längsrichtung (Z-Achse) zu verlängern oder zu verkürzen und in der gewünschten Position zu halten ist.

Außerdem ist vorn an dem Distanzierungsmodul ein Kippmodul kippbeweglich (drehend um die X-Achse) gelagert und mittels eines Kippantriebes zu verkippen und in der gewünschten Kipplage zu arretieren. Zwischen dem Schiebemodul und dem Distanzierungsmodul ist ein Rollmodul (drehend um die Z-Achse) vorgesehen. Außerdem kann zwischen dem Distanzierungsmodul und dem Kippmodul ein Giermodul (drehend um die Y-Achse) angeordnet werden. Das Kippmodul besteht aus einem Kipparm und einem Tragarm, wobei der Kipparm an seinem unteren Ende in einem Kipplager an dem Distanzierungsmodul bzw. an dem Giermodul kippbeweglich gelagert ist und am oberen Ende über ein oberes Kipplager mit dem Tragearm kippbeweglich verbunden ist.

An dem Tragearm sind als Halterungen Saugnäpfe, Elektromagnete oder mechanische Halterungen in Form von Klammern oder dergleichen vorgesehen, die auf dem Tragearm in einem bestimmten Muster verteilt bzw. auf einem bestimmten Raster angeordnet sind.

In der US-PS 3 598 263 ist ein mehrteiliges Vorsatzgerät für einen Hubstapler beschrieben, wobei auf den Zinken des höhenverstellbaren Schlittens des Hubstaplers eine Plattform vorgesehen ist, auf der eine Gierscheibe (drehend um die Y-Achse) gelagert ist.

Auf der Gierscheibe sind zwei parallel zueinander angeordnete entlang der X-Achse verlaufende untere Führungsschienen vorgesehen, auf denen zwei obere Führungsschienen angeordnet sind, die einen Rahmen tragen. Die unteren Führungsschienen sind an dem kolbenstangenseitigen Ende mittels eines Querbalkens miteinander verbunden. In der Mitte zwischen den zwei unteren Führungsschienen ist ein hydraulisch zu betätigender zweiseitige beaufschlagbarer parallel zu den Führungsschienen gelagerter Zylinder vorgesehen, dessen Kolbenstange an dem Querbalken und dessen Zylinder an dem oberhalb der zwei oberen Führungsschienen angeordneten Schiebeplatte befestigt ist, so daß diese über das Betätigen des Hydraulikzylinders quer zur Montagerichtung nach rechts und links verschoben werden kann.

An der dem Hubstapler zugewandten oberen Führungsschiene ist ein senkrecht stehendes U-förmiges Profil vorgesehen, an dem übereinander zwei Hydraulikzylinder kippbeweglich um die X-Achse angeschlagen sind. Mit der anderen oberen Führungsschiene sind zwei parallel zueinander angeordnete Führungsprofile verbunden, zwischen denen der untere Hydraulikzylinder fest aufliegend und der obere Hydraulikzylinder seitlich geführt und vertikal gleitend gehalten sind, so daß bei gleichmäßigem ein- oder ausfahren der Hydraulikzylinder eine lineare Bewegung vor und zurück in Montagerichtung sowie bei unterschiedlicher Betätigung der Hydraulikzylinder eine um wenige Winkelgrade erreichbare Kippbewegung in beiden Richtungen um die X-Achse möglich ist.

An den beiden Kolbenstangenenden des Kippantriebes ist über ein Gestänge und ein Drehlager eine Haltevorrichtung angeordnet, an der mehrere Saugnäpfe zum Halten einer Glasscheibe vorgesehen sind. Der Halterahmen ist auf einem Drehbolzen manuell um 360° drehbar und in einem bestimmten Drehwinkel durch zwei Stifte festlegbar, die in einem gegenüberliegenden Rasterkreis zum Einrasten gebracht werden können.

Die gesamte Einheit ist mittels der Gierscheibe nach beiden Seiten um einen begrenzten Winkel von Hand verdrehbar, wobei der Drehwinkel von den räumlichen Gegebenheiten hinsichtlich der Anordnung dieses Vorsatzgerätes im Hinblick auf den Hubstapler begrenzt ist.

Das dargestellte Hydraulikaggregat mit Elektroantrieb dient ausschließlich zum Betätigen der drei Hydraulikzylinder die die Linearbewegungen entlang der X- und Z-Achse sowie die minimale Kippbewegung um die X-Achse ermöglichen. Alle anderen möglichen Bewegungen des Bauteiles als Drehbewegungen um die Y- und Z-Achse- sind über Muskelkraft auszuführen und über vorgegebene Stiftelöcher und Stifte sowie Klemmvorrichtungen zu sichern.

Da dieses Vorsatzgerät ausschließlich zum Einsatz mit einem Hubstapler vorgesehen ist, gehört die Höhenverstellung entlang der Y-Achse nicht zum Vorsatzgerät sondern ist nur mit dem Hubstapler möglich.

Desweiteren last der dargestellte konstruktive und ergonomische Aufbau des Vorsatzgerätes keine genaue Manipulation eines Bauteiles zu.

Aus der FR-PS 1 316 425 ist ein Vorsatzgerät für einen Hubstapler bekannt, das mittels des Hubstaplereigenen Schlittens am Hubbaum des Hubstaplers in der Höhe verstellbar ist. Der Schlitten ist um seine senkrechte Y-Achse nach beiden Seiten hin um einen bestimmten begrenzten Betrag hydraulisch drehbar. Am vorderen Ende des Schlittens ist ein Anschlußteil mit einem oberen und einem unteren Gelenk vorgesehen, wobei in dem oberen Gelenk ein Hydraulikzylinder und in dem unteren Gelenk eine Lasche kippbeweglich angeordnet ist und wobei der Hydraulikzylinder und die Lasche an ihren jeweiligen anderen Enden gelenkig mit einem gleichen um 180° gewendeten Anschlußteil verbunden sind. Die beiden Anschlußteile, der Hydraulikzylinder und die Lasche bilden ein Gelenkviereck. Am vorderen Ende des vorderen Anschlußteiles ist eine Halteplatte mit Halteeinrichtungen zum halten und tragen eines großflächigen Werkstückes vorgesehen.

Bei entsprechend weitem ausfahren der Kolbenstange ist die an dem vorderen Anschlußteil vorgesehene Halteplatte parallel zur Flurebene und bei ganz eingefahrener Kolbenstange senkrecht zur Flurebene ausgerichtet. In dem Hubschlitten ist zu beiden Seiten der senkrecht stehenden Achse je ein Hydraulikzylinder vorgesehen, die ein geringes drehen nach links und rechts bewirken.

Dieses Vorsatzgerät ist lediglich heb- und senkbar, um einen bestimmten, begrenzten Betrag um eine senkrechte Achse drehbar und um eine horizontale Querachse aus einer Lage parallel zur Flurebene in eine Lage senkrecht zur Flurebene zu kippen.

Aus der DE-AS 10 06 794 ist ein Stapelgerät mit einem Fahrwerk bekannt, an dessen vorderem Ende ein Hubmast vorgesehen ist, an dem ein Hubschlitten höhenverstellbar geführt ist. Hierbei gehört der Hubmast zusammen mit dem Hubschlitten unmittelbar zum Stapelgerät, also zum fahrbaren Arbeitsgerät. Ungefähr horizontal am Hubschlitten des Hubmastes ist ein rahmenförmiger Hilfsmast angeordnet, an dem ein mit einem Lastträger ausgerüsteter Schlitten in der Längachse des Hilfsmastes bewegt werden kann. Dabei stellt der Hilfsmast mit dem Schlitten und dem Lastträger ein Vorsatzgerät dar, das als Distanzierungsmodul ausgebildet ist.

In diesem Falle besteht das fahrbare Arbeitsgerät aus dem Fahrwerk, dem Hubmast und dem Hubschlitten, während das Vorsatzgerät aus dem Hilfsmast, dem Schlitten und dem Lastträger besteht. Die Trennung zwischen dem fahrbaren Arbeitsgerät und dem Vorsatzgerät verläuft also zwischen dem Hubschlitten des Hubmastes und dem geräteseitigen Anlenkende des Hilfsmastes. Der Hubmast und dessen Hubschlitten sind feste, nicht abnehmbare Teile des Arbeitsgerätes und gehören somit nicht zum Vorsatzgerät. Sie können dem Zusatzgerät auch nicht zugeordnet werden.

Dieses Vorsatzgerät erlaubt lediglich eine Bewegung in Längsrichtung des Hilfsmastes bzw. in Fahrzeuglängsrichtung. Ein Heben des Lastträgers mit diesem Vorsatzgerät ist nicht möglich, vielmehr erfolgt das Heben über den Hubschlitten des Hubmastes, also mittels des fahrbaren Arbeitsgerätes. Mit diesem bekannten Stapelgerät ist es möglich, mit dem Lastenträger Lasten aufzunehmen, diese anzuheben oder abzusenken, entlang dem Hilfsmast zu verschieben, ggf. anschließend mit dem Arbeitsgerät zu verfahren und schließlich wieder abzusetzen.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 92 00 663 ist ein Vorsatzgerät für einen fahrbaren Gabelstapler bekannt, wobei das Vorsatzgerät einen Rahmen hat, der mit den Gabeln des Gabelstaplers zu verbinden ist. Außerdem hat das Vorsatzgerät eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen und Abgeben zu transportierender Gegenstände, wobei die Aufnahmeeinrichtung mit dem Rahmen um eine horizontale Achse drehbar verbunden ist. Dabei weist die Aufnahmeeinrichtung Greifelemente zum Halten von plattenförmigen Montageelementen auf. Außerdem ist vorgesehen, daß die horizontale Achse quer zur Fahrtrichtung des Gabelstaplers ausgerichtet ist und daß die Aufnahmeeinrichtung ferner um eine vertikale Achse drehbar ist. Die horizontale Achse und die vertikale Achse können in einem ersten Zwischenstück der Aufnahmeeinrichtung gehalten sein, das um die vertikale Achse drehbar mit dem Rahmen und um die horizontale Achse mit dem Rest der Aufnahmeeinrichtung verbunden ist. Hierdurch ist das Anbringen von Montageplatten beim Bau von Kühlräumen und Kühlhallen zu vereinfachen.

Mit diesem Vorsatzgerät ist es lediglich möglich, Platten aufzunehmen und um drei Achsen zu drehen. Ein genaues Positionieren derartiger Platten ist mit dem Vorsatzgerät nicht möglich, vielmehr ist es zum genauen Positionieren der Platten erforderlich, mit dem das Vorsatzgerät tragenden Gabelstapler die Positionierung der Platten vorzunehmen, also mit dem Gabelstapler genau zu fahren. Hierzu bedarf es eines besonders erfahrenen Gabelstaplerfahrers, der bei solchen Montagearbeiten ständig zugegen sein muß. Es genügt somit nicht, mit dem Gabelstapler lediglich angenähert in die Nähe der Montagestelle zu fahren und die genaue Positionierung mit dem Vorsatzgerät vorzunehmen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 25 15 562 ist ein Vorsatzgerät für Gabelstapler mit einem Hubgerüst für vertikale Verschiebung bekannt, das ohne zusätzliche Abstützmaßnahmen arbeitsfähig ist. Diese Anordnung ist so getroffen, daß an dem Gabelträger des Gabelstaplers ein teleskopierbarer, im Winkel verstellbarer Ausleger vorgesehen ist, an dessen Ende eine im Winkel verstellbare Arbeitsbühne angelenkt ist, deren Plattform mit einer hydraulischen, von der jeweiligen Winkelverstellvorrichtung des Auslegers zwangsgesteuerten Kippkorrektur-Vorrichtung in horizontaler Lage gehalten wird. Dabei sind Elemente vorgesehen, die die mechanischen, hydraulischen und elektrischen Antriebsvorrichtungen des Vorsatzgerätes mit den entsprechenden die mechanische, hydraulische oder elektrische Energie liefernden Energiequellen des Gabelstaplers koppeln.

In dem deutschen Gebrauchsmuster 76 35 851 ist eine Vorrichtung zum Aufnehmen eines Körpers, insbesondere einer Platte beschrieben, wobei ein an einem Förderfahrzeug anbringbarer Rahmen vorgesehen ist, der zur Aufnahme eines Antriebsmotors, einer Pneumatikpumpe und eines Hydraulikaggregates ausgebildet ist, und wobei an dem Rahmen eine mittels eines Arbeitszylinders kippbare Saugplatte mittels eines Gelenkes angelenkt ist.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 88 13 516 ist ein Gabelstapler mit in Führungen des Gabelträgers durch einen Antrieb querverschieblichen Gabelzinken und mit einer Zusatzeinrichtung zum Ankuppeln von Behältern oder dergleichen, vorzugsweise zum Aufnehmen von Behältern zur Lagerung gefährlicher Stoffe und Flüssigkeiten bekannt. Diese Anordnung ist so getroffen, daß um den Fußbereich der Gabelzinken kippbare hebelförmige Auflagen vorgesehen sind, die durch einen Antrieb von ihrer an das Hubgerüst des Gabelstaplers angeklappten inaktiven Stellung auf die Gabelzinken absenkbar und formschlüssig mit diesen kuppelbar sind und die an ihren inneren einander zugewandten Seiten oder Bereichen Formstücke und/oder Zapfen oder dergleichen zum formschlüssigen Ankuppeln an die Behälter aufweisen.

Gemäß einer aus dem deutschen Gebrauchsmuster 91 07 033 bekannten Befestigungsvorrichtung für ein an einen Gabelstapler anbaubares Vorsatzgerät ist eine Geräteaufnahmeplatte mit einer Zinkenaufnahmeeinrichtung an ihrer Unterkante und im Abstand übereinander angeordneten Klemmbacken oberhalb der Zinkenaufnahmeeinrichtung vorgesehen, von denen mindestens eine Klemmbacke höhenverschiebbar ausgebildet ist. Die höhenverschiebbare Klemmbacke ist auf einem Bolzen angeordnet, dessen aus der Klemmbacke herausragendes Ende eine Öffnung der Geräteaufnahmeplatte durchragt und auf der eine Exzenterscheibe drehbar angeordnet ist, wobei der lichte, Durchmesser der Öffnung größer als der Durchmesser des Bolzens ist.

Aus der EP 0 311 869 A1 ist ein Manipulator zum Handling von schweren Lasten bekannt, insbesondere von in Schuppenformation lose übereinanderliegenden, zu Wickeln aufgewundenen Druckprodukten, wobei eine Haltevorrichtung an einem freien Ende einer gegenüber der vertikalen um einen Lagewinkel geneigten Drehachse oder eines um einen Winkel geneigten starren Trägerarms, welche an eine Montagevorrichtung befestigt sind, gehalten wird, wobei die Haltevorrichtung relativ zur Montagevorrichtung drehbar oder kippbar ist. Dabei liegt der Lagewinkel zwischen der Drehachse bzw. dem Trägerarm und einer Horizontalebene zwischen 30 und 60°.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mehrteiligen Manipulator für fahrbare Arbeitsgeräte zu schaffen, mit dem es möglich ist, Bauteile in Form von sperrigen Platten und langen Trägern bzw. Rahmen anzuheben und genau zu positionieren, ohne daß es erforderlich ist, daß diese genaue Positionierung mit dem Arbeitsgerät selbst durchzuführen ist, es vielmehr genügt, die Bauteile mittels des Arbeitsgerätes lediglich in die Nähe der Montagestelle zu bringen, wobei mit dem Manipulator alle, in einer Linearmodulgruppe zusammengefasten geradlinigen Bewegungen, nämlich Heben und Senken entlang der Y-Achse, Querverschieben zur Montagerichtung entlang der X-Achse und Längsverschieben in Montagerichtung entlang der Z-Achse sowie die ebenfalls in einer Drehmodulgruppe zusammengefasten Drehbewegungen, die zumindest aus zwei Drehbewegungen zu bilden ist, auszuführen sind.

Damit ein einwandfreies Aufnehmen und Montieren der Bauteile ermöglicht wird und sich die einzelnen Bewegungsgruppen in ihren Bewegungen nicht gegenseitig behindern sind die Lineare- und die Rotationsbewegungsgruppen bzw. -modulgruppen über einen, einen Zwischenraum zwischen den Modulgruppen schaffenden Kippmast miteinander verbunden.

Der Kippmast ist dazu arbeitsgeräteseitig an einem der Linearmodule der Linearmodulgruppe durch ein, um eine horizontale quer zur Montagerichtung gerichtete X-Achse zu drehendes, kippmasteigenes Kippmodul angeschlossen.

Um bei der Montage die Schrägstellung des Arbeitsgerätes am zu manipulierenden Bauteil ausgleichen zu können wird die am werkzeugseitigen Ende des Kippmastes angeordnete Drehmodulgruppe zumindest aus einem, um eine horizontale quer zur Montagerichtung gerichtete X-Achse zu drehenden Kippmodul und um eine horizontale längs in Montagerichtung gerichtete Z-Achse drehenden Rollmodul gebildet.

Um das bei vielen Montagevorgängen und Arbeitsgeräten gegebenenfalls erforderliche Gieren um eine senkrecht zur Flurebene angeordnete Y-Achse in beiden Drehrichtungen zu realisieren, ist dies entweder durch eine in die Drehmodulgruppe integrierte Gierachse im Anschluß an das an der Linearmodulgruppe anschließende Kippmodul des Kippmastes zu ermöglichen, oder in einem unabhängigen externen Giermodul z. B. einer Arbeitsbühne zu realisieren, wobei die interne Gierachse oder externe Gierachse in beiden Drehrichtungen insgesamt Gierbewegungen von mindestens 180° ermöglichen sollte.

Vorteilhafterweise ist das interne Giermodul dementsprechend zwischen dem kippmastseitigen Kippmodul und der werkzeugseitigen Drehmodulgruppe angeordnet.

Somit ist, in Verbindung der vorgenannten Bewegungsmöglichkeiten, in Montagerichtung mindestens halbkugelförmig um die Z-Achse herum jede beliebige Positionierung des Bauteiles möglich.

Von besonderer erfindungsgemäßer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang, daß die Linearbewegungen des vorgesehenen räumlichen Bewegungsraumes in einer Gruppe zusammengeführt werden, deren Linearmodulanordnung untereinander innerhalb der Gruppe bis auf konstruktive Belange hin beliebig ist und die nicht durch Drehbewegungen zu unterbrechen ist, da ansonsten bei durchgeführten Drehbewegungen von z. B. 90° die zwischen den Linearbewegungen durchgeführt werden, sich zusammengesetzte Linearbewegungen entlang einer Achse aus vorher zwei unterschiedlichen Linearbewegungen entlang zwei Achsen bilden würden, so daß während der Verdrehung der Linearbewegungen eine räumliche Linearbewegung entlang einer räumlichen Achse, nicht möglich ist bzw. in einer Bewegungsrichtung eine Linearbewegung doppelt ausgeführt werden kann.

Die Anordnung der benötigten Drehbewegungen ist bei mehr als zwei unterschiedlichen Drehachsen vorteilhafterweise auch in einer Drehbewegungsgruppe zusammenzufassen, die vorteilhafterweise in Montagerichtung im Anschluß an die Linearbewegungsgruppe anzuordnen ist, aber auch vor der Linearbewegungsgruppe vorgesehen werden kann.

Bei nur einer oder zwei benötigten Drehbewegungen ist die Anordnung zu der Linearbewegungsgruppe über den vorgesehenen Einsatzzweck zu bestimmen. Über diese Gruppenbildung, ist zusätzlich sichergestellt, daß nur die mindestens erforderlichen Linear- oder Drehbewegungen zur Bildung eines, in und um alle drei räumlichen Achsen arbeitenden Manipulators einbezogen werden, es somit genügt, jede Bewegung nur einmal vorzusehen, sofern nicht aus ergonomisch- oder einsatzzweckbedingten Gründen zusätzliche, oder getrennt arbeitende, gleichachsige Bewegungen benötigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß z. B. dadurch gelöst, daß das Rollmodul um einen internen Gierantrieb erweitert wird, der zwischen der Kippachse des Kippmastes und der Rollachse angeordnet ist und um die Mittellängsachse des Kippmastes in beiden Richtungen zu verdrehen sowie in beliebiger Stellung zu halten ist und so eine Drehmodulgruppe aus Gier- und Rollmodul bildet.

Die gleiche Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Werkzeugrichtung im Anschluß an die aus drei Linearmodulen bestehende Linearmodulgruppe der Kippmast aus zwei parallel zueinander angeordneten Kippachsen mit in Montagerichtung daran anschließenden Rollachse vorgesehen wird, wobei der Kippmast an seinem linearmodulgruppenseitigen Ende in einem Kipplager an einem Linearmodul kippbeweglich quer zur Montagerichtung gelagert ist und am werkzeugseitigen Ende über ein oberes Kipplager mit dem in Montagerichtung daran anschließenden Rollmodul, welches eine um 90° versetzten Drehachse längs in Montagerichtung aufweist, verbunden ist, so daß in diesem Fall am oberen Ende des Kippmastes ein, um zwei jeweils um 90° versetzte horizontale räumliche Achsen drehbare Kipp-Rollmodulgruppe gebildet wird.

Zur Lösung der gleichen erfindungsgemäßen Aufgabe kann auch vorgesehen sein, daß die werkzeugseitige Kippachse durch einen internen Gierantrieb, der zwischen der linearmodulgruppenseitigen Kippachse und der Kippachse einer Kipp-/ Rollmodulgruppe angeordnet ist, um die Mittellängsachse des Kippmastes in beiden Richtungen zu verdrehen sowie in beliebiger Stellung zu halten ist und daß der Kippmast an seinem linearmodulgruppenseitigen Ende um eine Kippachse an einem Linearmodul kippbeweglich quer zur Montagerichtung gelagert sowie am werkzeugseitigen Ende über eine in Montagerichtung anschließende Gier- Kipp- und Rollachse des Gier-/Kipp-/Rollmoduls in drei räumlich um 90° versetzten Achsen verbunden ist.

Desweiteren ist vorgesehen, daß sich zum Positionieren und Befestigen der Bauteile der Monteur immer in unmittelbarer Nähe des Bauteiles aufhalten sollte, was voraussetzt, daß der Manipulator in Montagerichtung möglichst schmal ausgeführt sein muß, da der Monteur ansonsten das vor sich befindliche Bauteil nicht in arbeitsgerechter Weise erreichen kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn über Bodenniveau montiert werden soll und der Manipulator an einer Arbeitsbühne angekuppelt ist.

Auch auf die negative Verlängerung des Hebelarmes zum Arbeitsgerät (insbesondere Gabelstapler) hin mit der daraus resultierenden erhöhten Unfallgefahr durch das größere Kippmoment, nimmt die möglichst schmale und zusätzlich leicht auszuführende Bauweise des erfindungsgemäßen Manipulators entscheidenden Einfluß.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Distanzierbewegung des Manipulators auch ohne Distanziermodul ausgeführt werden. Dies geschieht in der Art, daß die Distanzierbewegung über eine gesteuerte, innerhalb der in diesem Fall benötigten Module verkoppelte, in gegenseitiger Abhängigkeit auszuführende, gleichzeitige Bewegung der zwei Kippmodule des Kippmastes sowie des Hebemodules ausgeführt wird, so daß sich bei dieser zusammengesetzten Bewegung der drei vorbenannten Module eine lineare Distanzierbewegung längs der Z-Achse in Montagerichtung ergibt.

Desweiteren ist dieses Distanzieren in Montagerichtung auch dadurch möglich, daß der Kippmast aus zwei parallel angeordneten, gleichlangen Kippmastteilen besteht, die beim distanzieren mit ihren unteren Drehpunkten an einem Schenkel der an der Linearmodulgruppe sowie mit ihren oberen Drehpunkten an einem Schenkel der am oberen Roll- bzw. Kipp-/Roll-Modul angeschlossen ist, ein Parallelogramm bilden, so daß nur der Höhenausgleich entlang der Y-Achse noch nachgeführt werden muß, um die Distanzierbewegung in Montagerichtung horizontal vor und zurück vollziehen zu können.

Hierdurch gelangt man zu einem Manipulator der vorstehend genannten Art, der die vorerwähnte Erfindungsaufgabe voll erfüllt. Damit ist sichergestellt, daß ein unhandliches Bauteil in beliebiger Lage im Raum gehalten werden kann, wobei es unerheblich ist, wie bzw. auf welcher schrägen, schiefen, abschüssigen oder unebenen Unterlage das fahrbare Arbeitsgerät steht.

Als fahrbares Arbeitsgerät kommt beispielsweise ein Gabelstapler in Frage. Bei Verwendung eines Gabelstaplers kann ggf. bei bodennaher Montage auf das Hebemodul und das interne Giermodul verzichtet werden, weil der Gabelstapler selbst in seinem vorderen Bereich bzw. mit seinem Hubmast ein Hebemodul sowie über seinen üblicherweise sehr enden Kurvenradius ein Giermodul darstellt, so daß ein für einen Gabelstapler vorgesehener Manipulator unter Verzicht auf das Hebemodul und das Giermodul lediglich eine Linearmodulgruppe mit einem Schiebemodul und einem Distanzierungsmodul für die beiden verbleibenden räumlichen Koordinatenrichtungen sowie mindestens ein Kippmodul und ein Rollmodul aufweist.

Im Falle der Verwendung eines Teleskopmaststaplers, Lkw-Ladekrans, Autokrans oder eines Hubgerüstes oder Mastklettergerüstes als fahrbares Arbeitsgerät kann auf ein Hebe- und Giermodul nicht verzichtet werden, so daß ein für einen Teleskopmaststaplers, Lkw-Ladekran, Autokran oder Gerüst vorgesehener Manipulator alle drei geradlinig arbeitenden Module, nämlich das Hebemodul, das Schiebemodul und das Distanzierungsmodul aufweisen muß und wobei er darüber hinaus auch die drei Drehmodule, nämlich das Giermodul, mindestens das an der Linearmodulgruppe angelenkte Kippmodul und das Rollmodul aufweisen muß, damit unabhängig vom Standort des Lkw-Ladekrans bzw. des Autokrans oder der Gerüstarbeitsbühne das von dem an diesem angeordneten Manipulator zu manipulierende Bauteil in beliebiger räumlicher Lage gehalten werden kann.

Um auch ohne Monteur in gegebenenfalls menschenfeindlicher Umgebung oder aus anderen Gründen heraus den Manipulator einsetzten zu können ist es möglich, diesen mit einer Funkfernsteuerung zu betätigen, bzw. über vorteilhafterweise rechnergestützte Steuerungen zu bedienen, die entweder auch über eine Funkfernsteuerung oder über eine am Manipulator fest installierte, üblicherweise rechnerunterstützte, Steuerung abgefahren werden.

Neben der Möglichkeit den modularen Manipulator inklusive seiner Nebenaggregate und Monteurwerkzeuge in die Energieversorgung des Arbeitsgerätes einzukuppeln und dadurch mit der benötigten Energie zu versorgen ist vorgesehen, daß ein unabhängiges Energiemodul, welches neben einem Hydraulikaggregat auch mit einem Generator, Kompressor oder Vakuumpumpe ausgestattet sein kann und vorzugsweise über einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, im Bedarfsfall diese Aufgabe übernimmt. Dazu kann das Energiemodul über die standardisierten Kupplungen der einzelnen Systemkomponenten an jeder sinnvollen Stelle des modularen Manipulatorsystems eingebunden werden um danach die Energieversorgung der benötigten Module, Nebenaggregate und Monteurwerkzeuge zu übernehmen, so daß eine von anderen Energiequellen unabhängige Montage möglich ist.

Sofern bereits das eine oder andere Modul mit Nebenaggregaten zu seinem Antrieb oder ähnlichem ausgestattet sein sollte, kann die Energiezelle z. B. auch nur aus einem mit einem Verbrennungsmotor angetriebenem Hydraulikaggregat bestehen, welches die moduleigenen Nebenaggregate oder ähnliches antreibt. Auch in diesem Anwendungsbeispiel ist es sinnvoll, wenn der Antrieb der Energiezelle über das Arbeitsgerät erfolgen kann.

Die Antriebe der einzelnen Module können mechanische, elektrische, hydraulische oder pneumatische Antriebe oder Antriebe von Hand sein.

Zweckmäßigerweise kann des weiteren vorgesehen sein, daß an der Aufnahme für Bauteil-Halterungen als Bauteil-Halterungen Vorrichtungen mit Saugnäpfen, Elektromagneten oder mechanischen Halterungen in Form von Klammern oder dergleichen vorgesehen sind, die auf der Bauteil-Halterung in einem bestimmten Muster verteilt bzw. auf einem bestimmen Raster angeordnet sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des wahrscheinlich gebräuchlichsten Ausführungsbeispieles, bestehend aus einem Manipulator mit Linearmodulgruppe und nachfolgender Drehmodulgruppe des näheren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht auf den erfindungsgemäß ausgebildeten Manipulator in der in aktiven Stellung,

Fig. 2 eine Seitenansicht auf den Manipulator in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1,

Fig. 2A eine Vergrößerung der Fig. 2 unterhalb der Linie A-B,

Fig. 2B eine Vergrößerung der Fig. 2 oberhalb der Linie A-B,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Manipulator in Richtung des Pfeiles III der Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht auf den Manipulator beim Aufnehmen eines Bauteiles,

Der in der Zeichnung dargestellte mehrteilige Manipulator ist für ein Arbeitsgerät bestimmt, beispielsweise für einen Hubstapler bzw. einen Autokran oder einen Lkw- Ladekran. Der mehrteilige Manipulator ist am in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellten Arbeitsgerät lösbar anzubringen.

Wie sich insbesondere aus den Fig. 1, 2 und 2A ergibt, hat der Manipulator ein geräteseitiges Anschließteil, weiches aus einem oberen Auflagerbalken 10 und einem unteren Klemmbalken 11 besteht und an einem Anschließteil 12 des in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellten fahrbaren Arbeitsgerätes angeschlossen ist. An dem oberen Balken 10 ist ein beweglicher Lagerbalken 13 parallel zum Auflagerbalken 10 vorgesehen. Desgleichen ist auch unterhalb eines Balkens 14 ein zu diesem parallel angeordneter Lagerbalken 15 vorgesehen, wobei die beiden Balken 10 und 14 zwischen sich eine Platte 16 und die Lagerbalken 13 und 15 zwischen sich eine Platte 16a einschließen.

Zum Verschieben des Manipulators quer zur Montagerichtung nach rechts und links wird das in Lagerbalken 13 gehaltene und in Auflagerbalken 10 kämmende Zahnrad 17 in die entsprechende Richtung gedreht.

An dem Balken 13 ist ein oberes Quergehäuse 18 mit in diesem (18) angeordneten je einer rechts- und linksgängigen Spindel 19 und 19a dargestellt. Desgleichen ist ein unteres Quergehäuse 20 mit zwei darin angeordneten Spindeln 21 und 21a vorgesehen.

Wie insbesondere in Fig. 3 dargestellt, sind in dem Quergehäuse 18 die Spindeln 19 und 19a über die gesamte Länge des Quergehäuses 18 gelagert. Bei den Spindeln 19, 19a, 21 und 21a handelt es sich um vier mit Außengewinde 23 versehene Stangen, die über zwei Kettenräder 24 mittels einer nicht dargestellten Kette anzutreiben sind.

Zwei Distanzierschwingen 25 und 25a sind an ihren linearmodulseitig vorgesehenen je zwei übereinanderliegenden Lagerpunkten 27 und 27a über darin gehaltene vier Stützrollen 26 und 26a in vier Nuten innerhalb der Lagerbalken 13 und 15 geführt und an ihren kippmastseitigen Enden an einem Distanzierungsgehäuse 28 und 28a in je zwei übereinanderliegenden Drehlagern 29 und 29a gelagert.

Zwei mal zwei Laschen 30 und 30a sind in an den Lagerbalken 13 und 15 angeordneten Lagern 31 und 31a und in an der Distanzierschwinge 25 und 25a in deren mittleren Bereich angeordneten Lagern 32 und 32a gelagert.

An den Verbindungen 33 und 33a des Distanzierungsgehäuses 28 greifen zwei Hubzylinder 34 und 34a an, die mit dem Hubgehäuse 37, 37I, 37II verbunden sind.

Die Verbindung zwischen dem Distanzierungsgehäuse und dem Hubgehäuse erfolgt über zwei vertikale Führungen 35 und 35a, die zwischen dem Distanzierungsgehäuse 28 und dem Hubgehäuse 37, 37I, 37II angeordnet sind.

Vorstehend sind die Verhältnisse in Fig. 3 links und rechts der Symmetrieebene 36 weitestgehend symmetrisch und gleich dargestellt. Beim Drehen der Spindeln 19, 19a, 21 und 21a durch die Kettenräder 24 bewegen sich die vier Stützrollen 26 und 26a in gleichem Verhältnis aufeinander zu, wodurch sich die Lager 29 und 29a auf den Linien 39 und 39a gleichmäßig in Richtung der Pfeile 40 und 40a in Montagerichtung nach vorn bewegen, weil die parallele Bewegung in Richtung der Pfeile 40 und 40a durch die konstruktive Verbindung der vier Laschen 30 und 30a mit den zwei Distanzierschwingen 25 und 25a vorgegeben ist.

Bei umgekehrter Drehung der Spindeln 19, 19a, 21 und 21a bewegt sich das Distanzierungsgehäuse 28 und 28a wieder zurück, also entgegengesetzt zu den Pfeilen 40 und 40a. Das bedeutet, daß das Distanzierungsgehäuse 28 und 28a mit allen daran angeschlossenen Bauteilen in Richtung des Doppelpfeiles 40b in Montagerichtung vorwärts und rückwärts bewegt werden kann.

Zwischen dem linken Teil 37I und dem rechten Teil 37II des Hubgehäuses 37 ist ein Kippmast 38 vorgesehen.

Zum Heben und Senken des Kippmastes 38 sind hydraulische Plungerzylinder 34 und 34a vorgesehen, die am Distanzierungsgehäuse 28 und 28a sowie am Hubgehäuse 37 befestigt sind, mit denen der Manipulator in Richtung des Doppelpfeiles 41 nach oben und unten entlang einer senkrecht auf der Flurebene orientierten senkrechten Achse zu verschieben ist.

In Fig. 4 ist der Manipulator in aktiver Stellung dargestellt. Die Distanzierschwingen 25, 25a sind nach vorn in Richtung der Pfeile 40, 40a verschoben und tragen vorn den Kippmast 38. Der Kippmast 38 hat an seinem unteren Ende ein Gelenk 48, um das der obere Teil des Kippmastes 38 in Richtung des Doppelpfeiles 50 nach vorn und zurück gekippt werden kann.

Am Kippmast 38 ist ein Hubgehäuse 37, 37I, 37II mit einem Gelenk 51 angeordnet, an dem der Zylinder 52 eines Schubkolbentriebes 53 kippbeweglich gelagert ist, dessen Kolbenstange 54 in einem Gelenk 55 am Kippmast 38 kippbeweglich gelagert ist, wodurch die Kippbewegung in Richtung des Doppelpfeiles 50 des frei beweglichen Endes des Kippmastes 38 möglich ist.

Am oberen Ende des Kippmastes 38 ist ein Kipp-/Roll-Modul 42 vorgesehen, mit dem zum einen die Anschlußplatte 47 um eine in Montagerichtung orientierte Längsachse im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn, also in beiden Richtungen des Doppelpfeiles 44 zu rollen ist. Außerdem ist die Anschlußplatte 47 des Kipp-/Roll-Modules 42 um eine quer zur Montagerichtung orientierte Querachse 45 oben nach vorn und nach hinten bzw. unten umgekehrt nach hinten und vorn in Richtung des Doppelpfeiles 46 zu kippen. Die Anschlußplatte 47 des Kipp-/Roll- Modules 42 verfügt über ein oder mehrere auswechselbare Werkzeuge 56 mit dem die zu manipulierenden Bauteile 57 aufzunehmen, zu halten, zu bewegen und abzugeben sind. Die Anschlußplatte 47 ist in beiden Richtungen des Doppelpfeiles 44 über einen in Fig. 2B näher dargestellten hydraulischen Rollantrieb nach beiden Seiten hin zu drehen.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 1 ergibt sich, daß der Manipulator auf einer Querachse zu beiden Seiten hin seitlich (22), aus Fig. 3 auf einer in Montagerichtung orientierten Längsachse nach vorn und hinten (40b) und gern. Fig. 1 und 2 entlang einer auf der Flurebene senkrecht angeordneten senkrechten Achse nach oben und unten (41) zu verschieben ist. Außerdem ist der Kippmast 38 mittels des Gelenkes 48 und des Schubkolbentriebes 53 in Montagerichtung nach vorn und wieder zurück (50) zu kippen. Darüberhinaus ist es mit dem Kipp-/Roll- Modul 42 möglich, das zu manipulierende Bauteil 57 um eine in Montagerichtung orientierte Längsachse zu Rollen und um eine quer zur Montagerichtung und horizontal gerichtete Querachse zu kippen.

Mit dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten Manipulator 49 sind somit sämtliche Linearbewegungen und sämtliche Kreisbewegungen mit Ausnahme des Gierens um die senkrechte Achse möglich, was im Bedarfsfall entweder durch das nicht dargestellte Arbeitsgerät selbst oder andere Giereinrichtungen zu realisieren ist.

Bezugszeichenliste

10

Auflagerbalken

11

Klemmbalken

12

Anschließteil

13

Lagerbalken

14

Balken

15

Lagerbalken

16

Platte

16

a Platte

17

Zahnrad

18

Quergehäuse

19

Spindel

19

a Spindel

20

Quergehäuse

21

Spindel

21

a Spindel

22

Doppelpfeil

23

Gewinde

24

Kettenräder

25

Distanzierschwinge

25

a Distanzierschwinge

26

Stützrollen

26

a Stützrollen

27

Lagerpunkte

27

a Lagerpunkte

28

Distanzierungsgehäuse

28

a Distanzierungsgehäuse

29

Lager

29

a Lager

30

Laschen

30

a Laschen

31

Lager

31

a Lager

32

Lager

32

a Lager

33

Verbindung

33

a Verbindung

34

Hubzylinder

34

a Hubzylinder

35

Führung

35

a Führung

36

Symmetrieebene

37

Hubgehäuse

37

I linker Teil des Hubgehäuses

37

II rechter Teil des Hubgehäuses

38

Kippmast

39

Linie

39

a Linie

40

Pfeil

40

a Pfeil

40

b Doppelpfeil

41

Doppelpfeil

42

Kipp-/Roll-Modul

43

Längsachse

44

Doppelpfeil

45

Querachse

46

Doppelpfeil

47

Anschlußplatte

48

Gelenk

49

Manipulator (Basisgerät)

50

Doppelpfeil

51

Gelenk

52

Zylinder

53

Schubkolbentrieb

54

Kolbenstange

55

Gelenk

56

Werkzeug

57

Bauteil

Claims (7)

1. Manipulator (49) zum Manipulieren eines Bauteils (57), der mittels einer Kupplung (10,11) an einem fahrbaren Arbeitsgerät (12) anbringbar ist, mit einem Werkzeug (56) mit Halterungen zum Halten des Bauteils (57), wobei zum genauen linearen Verschieben des Bauteils (57) in allen drei Richtungen des kartesischen Koordinatensystems (22, 40b, 41) arbeitsgerätseitig (12) drei Linearmodule zu einer Linearmodul-Gruppe zusammengefaßt sind anschließend an die Linearmodul-Gruppe ein um eine quer zur Montagerichtung orientierte Querachse zu kippender Kippmast (38) angeordnet ist, und der Kippmast (38) an seinem werkzeugseitigen Ende (47) über mindestens zwei zu einer Drehmodul-Gruppe zusammengefaßte Drehmodule mit um 90° zueinander angeordneten Drehachsen (43, 45) mit dem Werkzeug (56) zum Halten des Bauteils (57) verbunden ist.

2. Manipulator (49) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmodul-Gruppe aus einem Kippmodul (45) und einem Rollmodul (43) besteht, wobei kippmastseitig (38) das Kippmodul (45) angeordnet ist.

3. Manipulator (49) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmodul-Gruppe aus je einem, ausgehend vom Kippmast (38) hintereinander gereiht angeordneten Gier-, Kipp- (45) und Rollmodul (43) besteht.

4. Manipulator (49) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Reihenfolge der einzelnen Linearmodule (22, 40b, 41) innerhalb der Linearmodul-Gruppe beliebig ist.

5. Manipulator (49) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Distanzierbewegung (40b) über die gleichzeitigen und abhängigen Bewegungen des linearen Vertikalmoduls (41) und zweier Kippmodule (48, 45) auszuführen ist.

6. Manipulator (49) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippmast (38) aus zwei parallel angeordneten, gleich langen Kippmastteilen besteht, die ein Parallelogramm bilden.

7. Manipulator (49) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das fahrbare Arbeitsgerät (12) als Hubgerüst mit Arbeitsbühne ausgebildet ist.