WEINBERGER, Josef (Immelberg 7, Rohrdorf, 83101, DE)
Patentansprüche
1. Manipulator für eine Last, mit
- einem Stativ (2, 8),
einer mit dem Stativ (2, 8) verbundenen Aufnahme (3 - 5) für die Last, wobei die Aufnahme (3 - 5) eine Bewegung der Last gegenüber dem Stativ (8) bezüglich mindestens einer ersten Achse (z) erlaubt,
einem einen Seilzug oder einen Ketten- oder Riementrieb (18) aufweisenden Antrieb (17 - 20), der die Bewegung der Last längs der ersten Achse (16) unterstützt, und
einer längs der ersten Achse (16) wirkenden Elastizitätseinrichtung (11, 19),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Elastizitätseinrichtung (20) einen längs der ersten Achse gegenüber dem Stativ translatorisch verschiebliche und elastisch gehaltenen Rahmen (24) aufweist, der ein Führungselement (27) des Antriebs trägt.
2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement eine Trommel oder eine Umlenkrolle ist oder aufweist.
3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen Motor (25) aufweist, der am Stativ oder am Rahmen (24) befestigt ist.
4. Manipulator nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein, zwei oder mehrere sich längs der ersten Achse erstreckenden Führungen (21a, b) , längs derer der Rahmen geführt ist.
5. Manipulator nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (24) zwei längs der ersten Achse beabstandete, miteinander verbundene Platten (24a, b) aufweist, die beide von sich längs der ersten Achse erstreckenden Führungen (21a, b) geführt sein können.
6. Manipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (25) an einer (24a) der Platten und ein Getriebe (26) an der anderen (24b) der Platten befestigt ist.
7. Manipulator nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei oder mehr parallele Seilzüge oder Ketten- oder Riementriebe (13 - 18) .
8. Manipulator nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch vier Führungen (21a-d) , wobei zwischen je zwei von ihnen ein Seil oder Riemen oder Kette (18a, b) läuft.
9. Manipulator nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schalter, der vom Rahmen (24) auf dessen möglichen Translationsweg betätigbar ist.
10. Manipulator nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kraft- oder Wegsensor und einer Steuerung oder Regelung (19) , die das Sensorsignal empfängt und den Antrieb steuert bzw. regelt.
11. Manipulator nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen Elektromotor (25) aufweist.
12. Manipulator nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb eine hydraulische und/oder pneumatische Einrichtung aufweist.
13. Manipulator nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Achse (z) die vertikale Achse ist.
14. Manipulator nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (3 - 5) eine Bewegung der Last gegenüber dem Stativ (8) bezüglich mehrerer Achsen (x, y, z) erlaubt, insbesondere mehrere Translations- und/oder Rotationsachsen. |
Manipulator
Die Erfindung betrifft einen Manipulator nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. Ein solcher Manipulator ist aus der DE 10 2004 018 474 bekannt .
Manipulatoren dienen dem Bewegen schwerer Lasten. Ein Einsatzgebiet ist das Bewegen schwerer Testköpfe für integrierte Schaltungen, beispielsweise CPUs. Herstellungsbedingt besteht hier regelmäßig das Interesse, Testköpfe zu ICs hin zu bewegen. Die Testköpfe können aufgrund komplexer Schaltungstechnik ihrerseits sehr schwer sein. Gewichte über 500 kg sind inzwischen als normal anzusehen. Auch der Einsatz von Testköpfen mit Gewichten über 1000 kg ist zu erwarten.
Insbesondere bei der Bewegungen von Testköpfen für integrierte Schaltungen bestehen folgende Bedürfnisse:
- die Bewegung muß spielfrei sein, da die
Ortstoleranzen der Bewegung sehr gering sind; - die Testköpfe und deshalb auch die Manipulatoren kommen häufig im Reinraum zum Einsatz. Da Fläche und Volumen im Reinraum außerordentlich teuer sein, ist Kleinheit der Manipulatoren erwünscht;
- da Reinräume komplizierte Luftführungen benötigen, sind deren Böden häufig aufgestelzt und haben deshalb eine begrenzte Flächenlast von beispielsweise 500 kg/m 2 . Wenn ein Manipulator samt Testkopf bestimmungsgemäß aufgestellt sein soll, wäre bei einem Gesamtgewicht von beispielsweise 1 t schon eine Fläche von 2 m 2 vorzusehen, was der vorher genannten Forderung nach Kleinheit entgegenläuft; - der Testkopf soll durch einen Anwender bewegt werden können. Dies erfordert reibungsarme Lagerungen an Drehachsen und Translationsachen und Drehachsenführungen durch die jeweiligen Schwerpunktslagen hindurch. Was die Bewegung gegen die Schwerkraft angeht (vertikal) , sind Unterstützungsmechanismen notwendig .
Ein bekannter Unterstützungsmechanismus ist das Vorsehen von Gegengewichten bei einer vertikalen Seilzugführung des Testkopfs. Nachteil ist, daß das gleiche hohe Gewicht, wie es der Testkopf schon aufweist, nochmals beim Gegengewicht vorzusehen ist. Dadurch steigt das Gesamtgewicht und dementsprechend der Flächenbedarf, was insbesondere in teuren Reinräumen unerwünscht ist. Auch die Massenträgheit und damit regelungstechnische Probleme werden immer größer .
Ein weiterer Unterstützungsmechanismus ist, durch einen technischen Antrieb (Elektromotor, Hydraulik, Pneumatik) unterstützende Kräfte zu denjenigen eines Benutzers bereitzustellen. Dabei ist aber nach wie vor die Benutzerführung erwünscht, da sich dadurch das Positionieren und Einstellen der zu bewegenden Last (Testkopf) in gewünschter Flexibilität und Genauigkeit am einfachsten bewerkstelligen läßt. Dies führt dazu, daß die unterstützende Kraft letzendlich geringer ist als die Summe aus Gewichtskraft und
Standreibungskraft, so daß der Antrieb alleine die Bewegung nicht bewirkt, aber gegebenenfalls zusammen mit der zusätzlichen Kraft des Bedieners die vertikale Bewegung des Testkopfs bzw. allgemein der Last hervorrufen kann.
Der Nachteil von technischen Antriebssystemen gegenüber Gewichten ist jedoch, daß unter Umständen das Antriebssystem bedingungslos Antriebskraft zur Verfügung stellt, so daß es zu unerwünschten
Betriebszuständen kommen kann. Beispielsweise ist denkbar, daß versehentlich ein Testkopf auf den Fuß eines Bedieners gesetzt wird und der Antrieb dies mit Kraft nach unten vollzieht, so daß es zu Quetschungen kommen kann. Ein anderes Beispiel ist das Andocken des Testkopfs an die Einrichtung, die den zu testenden Chip hält. Hier ist mechanische Kontaktierung erwünscht. Auch sind vergleichsweise hohe
Kontaktkräfte zu überwinden, um federbelastete Kontaktstifte geeignet anzudrücken. Gleichwohl muß die Führung so sein, daß nicht übermäßig hohe Kräfte oder Kräfte zum falschen Zeitpunkt oder an der falschen Stelle aufgebracht werden.
Das Kontaktieren zwischen Testkopf einerseits und Testaufnahme des zu vermessenden Chips andererseits geschieht in der Weise, daß die grobe Annäherung durch ■ den Bediener bewirkt wird. Hierbei wird der
Manipulator bestimmungsgemäß verwendet. Er erlaubt das Schwenken des Testkopfs um eine, vorzugsweise zwei, weiter vorzugsweise drei Drehachsen, und er erlaubt ebenso dessen translatorische Bewegung in zwei oder drei Raumachsen.
Drehbewegungen sind im allgemeinen kein Problem, da bei einer Drehung um eine vertikale Achse Hubarbeit nicht zu verrichten ist und die Last bei Drehung um • horizontale Achsen so gehalten ist, daß die Drehachsen durch den Schwerpunkt der Last laufen, so daß auch insoweit keine Hubarbeit zu verrichten ist. Auch Translationen längs horizontaler Raumrichtungen (in dieser Beschreibung x- und y-Richtung) erfordern geringe Kräfte, da auch hier nur die geringe Reibungskraft zu überwinden ist.
Bei Translationen in vertikaler Richtung jedoch ist Hubarbeit zu verrichten bzw. in der Abwärtsbewegung das hohe Gewicht zu halten. Hierfür können technische Antriebe vorgesehen sein, beispielsweise Elektromotoren. Dann kann aber das Problem auftreten, daß beispielsweise bei Fehlbedienungen durch den Benutzer schon Kontakte entstehen, bevor die Last in der gewünschten Position ist, so daß der Antrieb möglicherweise noch schiebt, wenn dies schon längst nicht mehr sein sollte. Zerstörung der Last oder einer Koppelstelle der Last und/oder Verletzungen können die Folge sein.
Soweit der Bediener die Last richtig bewegt, wird beim Testen von Chips der Testkopf (Tester) von Hand in die richtige Winkellage und die richtige Raumlage so weit verbracht, daß er wenige Zentimeter von der gewünschten Testposition entfernt ist. Häufig ist diese bedienereingestellte Position beispielsweise durch mechanische Anschläge definiert. Ausgehend von dieser definierten Zwischenposition übernimmt dann eine Docking-Einrichtung das sogenannte "Docking", also das Verbringen des Testkopfs von der Zwischenposition zur endgültigen Meßposition. An dieser Stelle ist erwünscht, daß technische Systeme nicht gegeneinander arbeiten, daß also insbesondere der Manipulator nicht vertikal unerwünschte Kräfte
zusätzlich zu denjenigen der Docking-Einrichtung einbringt.
Die eingangs angesprochene DE 10 2004 018 474 beschreibt einen in Fig. 4 gezeigten Manipulator für eine Last 1. Er hat ein Stativ 8, eine mit dem Stativ verbundene Aufnahme 3 - 5 für die Last, wobei die Aufnahme eine Bewegung der Last gegenüber dem Stativ bezüglich mindestens einer ersten Achse z erlaubt, und einen Antrieb 14 - 16, der die Bewegung der Last längs der ersten Achse unterstützt. Außerdem ist eine Elastizitätseinrichtung 11 - 13 vorgesehen, die längs der ersten Achse Elastizität im Antriebsstrang hervorruft. Die Elastizitätseinrichtung weist ein mechanisch-elastisches Element 11 auf, das im
Antriebsstrang liegend im Kräftegleichgewicht ist und in beide Richtungen längs der ersten Achse Bewegungen zuläßt. Der Antrieb weist einen Seilzug 16 - 18 auf, wobei die Elastizitätseinrichtung die Seiltrommel 16 des Seilzugs elastisch lagert, so daß sie nach Maßgabe der gewünschten Elastizität längs der ersten Achse elastisch verschieblich ist. Die Seiltrommel liegt in einem Chassis 12, das um eine Achse 13 herum verschwenkbar federgestützt gelagert ist. Die Seiltrommel kann so eine rotatorische Drehbewegung mit einer Bewegungskomponente in Richtung der ersten Achse .
Nachteil dieses Aufbaus ist, dass das verschwenkbare Chassis einen hohen Platzbedarf aufweist, wenn es die gewünschte Elastizität innerhalb eines nicht zu kleinen Bewegungsspielraums liefern soll, etwa um Sensorik günstig gestalten zu können.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist EP 87100158.2, DE 27 42 163, DE 10 2004 026031 und US 6766996.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen angetriebenen Manipulator anzugeben, der Elastizität im Antriebsstrang aufweist und trotz eines größeren Federwegs platzsparend aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Abhängige Patentansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Ein Manipulator für eine Last hat ein Stativ, eine mit dem Stativ verbundene Aufnahme für die Last, wobei die Aufnahme eine Bewegung der Last gegenüber dem Stativ bezüglich mindestens einer ersten Achse erlaubt, und einen Antrieb, der die Bewegung der Last längs der ersten Achse unterstützt. Außerdem ist eine Elastizitätseinrichtung vorgesehen, die längs der ersten Achse Elastizität im Antriebsstrang hervorruft.
Sie weist eine translatorisch verschieblichen, elastisch gelagerten Rahmen auf, an dem ein Führungselement des Antriebs befestigt ist.
Die Elastizitätseinrichtung wird sich in der Regel nur geringfügig, längs des möglichen Freiheitsgrades (vorzugsweise vertikal) bewegen, was durch dynamische Beschleunigungskräfte verursacht wäre, weil die elastische Lagerung statischen im Gleichgewicht ist. Bei Kollisionen allerdings wird der Antrieb statt die transportierte Last starr gegen das Hindernis zu führen vielmehr eine Kompression der Elastizitätseinrichtung bewirken, so dass mögliche Kollisionen weniger verheerende bis hin zu keine schädlichen Konsequenzen haben. Systematisch erfolgen (erwünschte) „Kollisionen" während des Dockingvorgangs eines transportierten Testkopfs. Hier bewirkt die Elastizitätseinrichtung eine gewisse Systemweichheit, die üngenauigkeiten in der Ausrichtung ausgleichen kann.
Es kann ein Schalter vorgesehen sein, der durch die Translation des Rahmens betätigbar ist. Der Antrieb kann einen Elektromotor aufweisen, der durch den Schalter direkt oder indirekt über eine Steuerung schaltbar ist.
Nachfolgend werden Bezug nehmend auf die Zeichnungen einzelne Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines
Manipulators,
Fig. 2 ein Detail des Manipulators in Seitenansicht, Fig. 3 das Detail der Figur 2 von oben, und Fig. 4 einen bekannten Manipulator.
Fig. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht einen Manipulator. Auf dem Boden 9 steht ein Stativ 8 geeigneter Größe. Es weist einen Turm 2 auf, längs dessen eine Schlitten 3 in einer ersten Achse (hier vertikal) verfahrbar ist. Der Turm 2 kann in den beiden horizontalen Koordinaten verfahrbar sein. Rechts unten in Fig. 1 ist ein Koordinatensystem angedeutet. Die x-Koordinate zeigt aus der Zeichenebene heraus, y nach rechts und z in der Zeichenebene nach oben. Der Schlitten 3 ist also längs der z-Achse verfahrbar.
1 symbolisiert die Last, die mit dem Manipulator verfahrbar und verschwenkbar sein soll. Ia symbolisiert die Kontakteinrichtung, mit der der Testkopf 1 elektrisch die zu testende Struktur kontaktieren kann. Ib symbolisiert mechanische Führungen bzw. Zentrierungen. Am Schlitten 3 greift
ein Zwischenelement 4 an. Zwischen Schlitten 3 und Zwischenelement 4 kann ein Gelenk 3a vorgesehen sein, das eine Drehung um eine vertikale Drehachse (z-Achse) zulässt. Aus dem Zwischenelement 4 ragt ein Arm 5 heraus. Zwischen beiden kann ein Gelenk 4a vorgesehen sein, daß eine Drehung um die y-Achse zuläßt. Der Arm 5 schließlich hält die Last 1 mittels eines Gelenks 5a, das eine Drehung um die x-Achse zuläßt. Auch ein Gelenk mit vertikaler Drehachse (z-Achse) kann vorgesehen sein.
Weiterhin ist ein Antrieb 17 - 20 vorgesehen, der die Bewegung der Last längs der ersten Achse (z-Achse in der gezeigten Ausführungsform) unterstützt. Der Antrieb kann am festen Teil des Stativs 8 oder am (schon translatorisch vorzugsweise horizontal verfahrbaren) Turm 2 angebracht sein.
Der Schlitten 3 wird in nicht gezeigten Schienen am Turm 2 geführt und ist vertikal verschieblich. Er wird vom Antrieb 17-20 nach oben gezogen oder nach unten abgelassen. In der gezeigten Ausführungsform weist der Antrieb einen Seilzug mit insbesondere einem Seil oder Riemen oder Kette 18 auf. Das Seil 18 läuft oben über eine Umlenkrolle 17 und dann nach unten auf einen noch zu beschreibenden Mechanismus 20 mit einer Elastizitätseinrichtung.
19 symbolisiert eine Steuerung, die insbesondere den Betrieb eines Motors 25 steuert bzw. regelt. Es kann Sensorik vorhanden sein, beispielsweise Positionssensorik. Auch können - nicht gezeigte - Eingabemöglichkeiten und Eingriffsmöglichkeiten für eine Bedienperson vorgesehen sein.
Im Antriebsstrang ist eine Elastizitätseinrichtung vorgesehen, die bewirkt, dass die eingeleitete Antriebskraft nicht starr mit der zu bewegenden Last gekoppelt ist, sondern dass letztlich zwischen Last und Kraftquelle Elastizität herrscht. Im statischen Zustand befindet sich diese Elastizitätseinrichtung im Gleichgewicht und wird so ausgelegt sein, dass auch bei dynamischen Aktionen keine Schwingungen auftreten. Gegebenenfalls kann ein Dämpfungsglied vorgesehen sein.
In Figur 1 ist ein Teil des Antriebs sowie die Elastizitätseinrichtung als „black box 20" gekennzeichnet. In Figur 2 ist eine Ausführungsform derselben dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform der Figur 2 befindet sich der Antrieb 17 - 20 und die Elastizitätseinrichtung im Turm 8 des Stativs und können somit mit dem Turm und der Last gegenüber dem festen Teil des Stativs 2 translatorisch verfahren werden, vorzugsweise horizontal (x- und/oder
y-Richtung) . Figur 2 zeigt eine Ansicht entgegen der y-Richtung der Figur 1.
Der Antrieb unterstützt die Bewegung der Last in die vertikale Richtung (z-Richtung) . In der gezeigten
Ausführungsform weist er einen Riementrieb auf, in dem ein oder zwei Riemen 18a, 18b von einer Trommel 27a, 27b aufgewickelt oder abgewickelt werden können. Mit diesen Riemen 18 wird der Schlitten 3 nach oben gezogen oder nach unten geführt. Das Auf- oder
Abwickeln des Riemens 18 kann über eine Getriebe 26 und einen Motor 25 erfolgen. Der Riemen wird längs eines bestimmten Weges geführt, der zumindest bereichsweise vertikal im Turm 8 verläuft. Der Riemen wird über Führungselemente geführt, die z.B. ein oder mehrere in Figur 1 gezeigte Umlenkrollen 17 aufweisen können oder die in Figur 2 gezeigte Trommel 27. Mindestens ein Führungselement ist elastisch gelagert. Vorzugsweise ist die Trommel 27 elastisch gelagert. Die elastische Lagerung erfolgt in der Weise, dass das Führungselement 27 an einem Rahmen befestigt ist, der gegenüber dem Stativ 2 bzw. Turm 8 elastisch gelagert ist. In Figur 2 ist erfolgt die Befestigung der Trommeln am Rahmen über das Getriebe 26, das über einen Getriebeflansch 26a am Rahmenteil 24b befestigt ist. Abtriebswellen 26a und 26b treiben die Trommeln 27a und 27b an.
Der Rahmen 24 bzw. seine einzelnen Teile 24a - 24d sind translatorisch verschieblich. Vorzugsweise sind sie in Längsrichtung des Turms verschieblich, also in vertikaler Richtung (z-Richtung) . Auch der Motor 25 kann am Rahmen 24 bzw. einem Rahmenteil befestigt sein. Der Motor ist über einen Motorflansch 25a am Rahmenteil 24a befestigt. Die Motorwelle 25b ist die Antriebswelle des Getriebes 26.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform können Motor 25 und Getriebe 26 bezüglich des Stativs 2 oder Turms 8 fest liegen, wobei dann nur eine Umlenkrolle translatorisch verschieblich ist. Motor 25 und Getriebe 26 können längs der ersten Richtung (z- Richtung) voneinander beabstandet sein.
Der Rahmen 24 kann von einer oder mehreren Längsführungen 21a, 21b geführt sein. Die Führungen können sich längs der Verschiebungsrichtung des Rahmens erstrecken, also vorzugsweise vertikal. In der gezeigten Ausführungsform sind vergleichsweise massive Stäbe als Führungen 21 gezeigt.
Die Elastizität kann bewirkt werden, indem ein oder mehrere elastische Elemente 23a, 23b, vorzugsweise Federn, insbesondere Schraubenfedern, der Gewichtskraft der Last entgegenwirken. über das vom Rahmen gehaltene Führungselement 27 (Trommel oder
Umlenkrolle) greift die Gewichtskraft auch am Rahmen 24 an und würde diesen, sofern er frei beweglich ist, in Richtung des Seils/Kette/Gurt 18 ziehen, in der gezeigten Ausführungsform also vertikal nach oben. Elastische Elemente wirken dem entgegen. In der
Ausführungsform der Figur 2 sind zwei Druckfedern 22a, 22b gezeigt, die ihre jeweils zwei Widerlager einerseits am Rahmen 24 und andererseits an einem Fixpunkt 23a, 23b des Stativs 2 bzw. des Turms 8 finden. Der turmseitige Fixpunkt 23 ist in Figur 2 nur schematisch angedeutet. Es handelt sich hier um geeignete stabile Anlagen.
Vorzugsweise greifen die Federn um die Führungen 21 herum und sind also konzentrisch zu ihnen.
Die Fixpunkte 23a, 23b können einstellbar sein, um die Federvorspannung einstellen zu können und an unterschiedliche Lasten anpassen zu können. Sie können längs der ersten Richtung einstellbar festlegbar sein.
Die Druckfedern können vergleichsweise lang sein. Ihre Länge kann einen merklichen Anteil der Turmhöhe betragen, etwa mindestens 25% der Turmhöhe. Es ergibt sich auf diese Weise ein relativ langer Federweg, so dass beim Ansprechen ein relativ großer Federweg bzw. Translationsweg entstehen kann.
Der Rahmen 24 kann sich entweder verschieben, weil ein unerwünschter Betriebszustand eingetreten ist, etwa weil die zu bewegende Last gegen ein Hindernis gefahren wurde, oder weil Beschleunigungsvorgänge auftreten. Die Dimensionierung von Federn, Antrieb und Sensorik erfolgt so, dass Schwingungen vermieden werden bzw. nicht zu Fehldetektionen führen.
Der Rahmen kann eine oder mehrere Platten 24a, 24b aufweisen. Wenn mehrere vorgesehen sind, können sie in Richtung der ersten Richtung (z-Richtung) beabstandet sein und miteinander verbunden sein, etwa über Verbindungsbauteile 24c, 24d. Die Platten 24a, 24b können im Wesentlichen horizontal verlaufen bzw. sich rechtwinklig zur ersten Richtung erstrecken. Wenn mehrere Platten vorgesehen sind, kann der Motor 25 an einer 24a der Platten und das Getriebe 26 an einer anderen 24b der Platten angeflanscht sein, wie in Figur 2 gezeigt. Es kann aber auch nur eine Platte 24 vorgesehen sein. Motor und Getriebe können dann an gegenüberliegenden Seiten der einen Platte angeflanscht sein.
Das Vorsehen zweier Platten hat den Vorteil, dass Verkantungen des Rahmens gegenüber seinen Führungen vermieden werden. Für diesen Zweck kann statt einer zweiten Platte aber auch lediglich ein in Richtung der Führungen beabstandetes weiteres Führungselement
vorgesehen sein, dass nochmals an der Führung anliegt, eben um Verkantungen zu vermeiden.
Die Ausführungsform der Figur 2 zeigt sich oben abstützende Druckfedern, die den Rahmen 24 entgegen der nach oben wirkenden Zugkraft nach unten drücken. Es sind aber auch Zugfedern möglich, die an der anderen Seite (unten) des Rahmens angreifen können um diesen entgegen der angreifenden Kraft nach unten ziehen.
Gegenüber der bekannten Manipulatorkonstruktion hat der beschriebene Aufbau den Vorteil, dass ein größerer Federweg in einem Raum konstruiert werden kann, der sowieso vorhanden ist, nämlich das Volumen des sich nach oben erstreckenden Turms. Bei der drehelastischen Lagerung, wie sie in der bekannten Ausführungsform beschrieben ist, war dagegen ein seitliches Ausschwenken des die Seiltrommel tragenden Chassis unvermeidlich, so dass zusätzlicher Raum zur
Ermöglichung dieser Bewegung bereitgestellt werden musste und der über dem Chassis liegende Luftraum im Turm nicht genutzt wurde. Darüber hinaus war der zur Verfügung stehende Federweg in der bekannten Ausführungsform vergleichsweise kurz, so dass hinsichtlich der Detektion Schwierigkeiten auftraten.
Es ist ein Schalter 29 vorgesehen, der vom sich bewegenden Rahmen 24 betätigbar ist. Es handelt sich um einen digitalen An-/Ausschalter, der mit der Steuerung 19 verbunden ist, die ihrerseits wie der Manipulatorkomponent gesteuert, insbesondere auch den Motor 25. Der Schalter 29 kann ein Aus-Schalter sein, bei dessen Betätigung der Antrieb abgeschaltet oder sogar in die andere Richtung gesteuert wird. Der vergleichsweise lange Federweg ermöglicht das Vorsehen eines Schalters 29. Bei kürzeren Federwegen, wie sie insbesondere in der bekannten Ausführungsform vorlagen, ist dies schwierig, da eben wegen der kurzen Wege ein Schalter 29 nicht fein genug justiert werden kann. Der Schalter 29 kann längs des Verschiebungswegs des Rahmens 24 verschieblich sein, so dass er verschiedene Positionen des Rahmens je nach seiner Einstellung detektieren kann.
Es können mehrere Schalter 29 vorgesehen sein, vorzugsweise an unterschiedlichen Positionen längs des Verschiebungswegs des Rahmens 24. Zusätzlich oder stattdessen kann auch ein (nicht gezeigter) analoger Wegsensor vorgesehen sein, der dem Weg bzw. die Position des Rahmens 24 längs seines möglichen Verschiebungswegs (erste Richtung z-Richtung) erfasst, gegebenenfalls ins Digitale wandelt und der Steuerung 19 für geeignete Maßnahmen zur Verfügung stellt.
Figuren 3a und 3b zeigen mehr oder minder schematisch eine Draufsicht auf den Rahmen 24. Die Figuren 3a und 3b zeigen eine Ansicht entgegen der z-Richtung der Figur 1. Von oben ist in fig. 3 der Motor 25 zu sehen, bei dem es sich um einen Elektromotor oder einen sonstigen Motor (hydraulisch, pneumatisch) handeln kann. Die Platte 24a kann mehrere Ausnehmungen aufweisen, etwa Löcher 31a, 31b für die Führungen 21a, 21b, und Löcher oder Schlitze 32a, 32b für Seile, Ketten oder Riemen 18 des Antriebs.
Figur 3a zeigt eine Ausführungsform, bei der links und rechts die Vorne-/Hinten-Beziehung von Führung und Riemen gegeneinander vertauscht sind, um unsymmetrische Krafteinleitung weitestmöglich zu verhindern. Je nach Konstruktion kann die Verteilung aber auch gleichartig sein (also dass z.B. Ausnehmungen 32b in Figur 3 auch oberhalb der Ausnehmung 31b wäre) . Weiterhin ist es denkbar, die Riemen, Seile oder Ketten 18 vollständig außerhalb der Platte 24a zu führen.
In der Ausführungsform der Figur 3b sind Führungen 21 lediglich schematisch in ihrer Position bzgl. der Platte 24a durch Kreuze und Striche angedeutet. Es können mehr als zwei Führungen 21 vorgesehen sein, etwa vier Führungen, die in etwa in den Eckbereichen der Platte 24a angeordnet sind. Zwischen je einem Paar
(21a und 21d bzw. 21d und 21c) der Führungen kann je ein Seil, Riemen oder Kette 18a, 18b liegen.
Der Rahmen 24 bzw. eine Platte 24a, 24b desselben können einen merklichen Teil der Querschnittsfläche des Turms 2 einnehmen, etwa mindestens 30%. Sie können auf diese Weise relativ groß gebaut werden, so dass für die aufzunehmenden hohen Kräfte eine stabile Konstruktion gebaut werden kann, ohne dass deswegen der Turm vergrößert werden müsste. Gleichzeitig ergibt sich ein einstellbar großer Federweg, der eine vergleichsweise genaue Justierung des Schalters 29 erlaubt. Die Detektionsgenauigkeit wird dadurch verbessert.
Der Regler 19 kann nicht-linear sein (Schwellenwert- Charakteristik, Hysteresischarakteristik) . Der Regler kann beispielsweise im normalen Betrieb lediglich Signale wie vorwärts/rückwärts/Null an den Motor ausgeben und kann seinerseits eine Kraft- oder Weg- Rückkopplung vom Manipulator 1-18 her haben.
Nachfolgend optional einige technische Daten:
Nennlast > 500 kg, vorzugsweise > 1000 kg
Federkonstante > 5 kN/m, vorzugsweise > 10 kN/m,
< 100 kN/m, vorzugsweise < 50 kN/m
Dockingweg > 1 cm, vorzugsweise > 2 cm,
< 10 cm max. Dockinkraft > 100 N, vorzugsweise > 200 N
< 5.000 N, vorzugsweise < 2.000 N
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