CN109153548A

CN109153548A - 起重机

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Publication number: CN109153548A
Application number: CN201780024871.9A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·帕伯格; 于尔根·雷施; 奥利弗·芬克
Original assignee: Liebherr Components Biberach GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Biberach GmbH
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2037-04-06
Also published as: US11084691B2; RU2018139050A3; RU2734966C2; US11807501B2; RU2018139050A; US20190112165A1; BR112018070462A2; US20210339988A1; WO2017174196A1; EP3408211A1; CN109153548B; EP3408211B1; ES2924051T3

Abstract

本发明涉及一种起重机，特别是旋转塔式起重机，其具有安装在提升缆索上的负载提升装置(208)、用于移动多个起重机元件和横穿负载提升装置的驱动装置、以及用于控制驱动装置的控制装置(3)，使得负载提升装置沿至少两个目标点之间的横穿路径移动。其中控制装置具有横穿路径确定模块(300)和自动横穿控制模块(310)，横穿路径确定模块用于确定至少两个目标点之间的期望横穿路径，自动横穿控制模块用于沿确定的横穿路径自动地横穿负载提升装置。

Description

起重机

本发明涉及一种起重机，特别是塔式起重机，其具有安装在提升缆索上的负载提升装置、用于移动多个起重机元件和横穿负载提升装置的驱动装置、以及用于控制驱动装置的控制装置，使得负载提升装置沿至少两个目标点之间的横向路径移动。

为了能够在两个目标点之间横穿起重机的负载钩，通常必须致动和控制各种驱动装置。例如，在塔式起重机中，其中提升缆索从可以在起重机的吊臂上移动的吊车上横穿，通常必须驱动和控制回转装置、吊车驱动装置以及提升装置，其上设置有吊臂的塔架或吊臂可以相对于该回转装置围绕竖直旋转轴线旋转，吊车可以通过该吊车驱动装置沿着吊臂横穿，可以通过该提升装置调节提升缆索，并因此可以提升和降低负载钩。所述驱动装置通常由起重机操作员通过相应的控制元件(例如以操纵杆、拨动开关或旋钮等形式)致动和控制，这基于经验需要很多感觉和经验以便在没有任何重大摆动的情况下快速轻柔地接近目标点。在目标点之间，运动应该尽可能快，同时应该在相应的目标点轻轻地停止。

鉴于所需的注意力，起重机的驱动装置的这种控制对于起重机操作员来说是繁琐的，尤其是经常要进行重复的横穿路径和单调的任务，例如在浇注混凝土期间，在起重机吊钩上提升的混凝土吊罐必须反复地在混凝土搅拌机和混凝土浇注区域之间来回移动，在混凝土搅拌机处混凝土搅拌桶被填充，混凝土搅拌桶在混凝土浇注区域中排空。另一方面，随着注意力降低或者对于相应类型的起重机的经验不足，提升负载的主要摆动运动将因此发生相应的潜在危险。

因此，本发明的目的是创造一种上述类型的改进的起重机，其避免了现有技术的缺点并且以有利的方式发展了现有技术。特别是，可以实现不太繁琐的起重机操作，同时降低不希望的摆动负载运动的风险。

根据本发明，所述目的通过根据权利要求1的起重机解决。本发明的优选方面是从属权利要求的主题。

因此提出在自动驾驶仪的意义上配置控制装置，该自动驾驶仪能够在至少两个目标点之间自动地横穿起重机的负载提升装置。在控制装置中，实现自动模式，其中控制装置在目标点之间横穿负载钩或负载提升装置，而无需机械操作员手动致动控制台的控制元件。根据本发明，控制装置具有横穿路径确定模块和自动横穿控制模块，横穿路径确定模块用于确定至少两个目标点之间的期望横穿路径，自动横穿控制模块用于沿确定的横穿路径自动地横穿负载提升装置。利用所述横穿路径确定模块，可以在两个目标点之间进行插值或者更详细地计算定义两个目标点之间的横穿路径的中间位置。然后，横穿控制模块参考插值的或计算的中间位置致动驱动调节器或驱动装置，以便利用负载提升装置接近所述中间位置和目标点，或者自动跟随所确定的横穿路径。

所述控制装置的自动模式避免了起重机操作员的过早疲劳，特别是便于单调作业，例如在两个固定目标点之间不断地来回移动。另一方面，根据以这种方式固定的横穿路径自动确定目标点之间的横穿路径以及致动驱动装置可避免由于笨拙的致动手动控制元件或选择不当的横穿路径而导致的所提升得负载的不期望的摆动。

原则上可以以各种方式确定目标点之间的横穿路径。例如，所述横穿路径确定模块可以包括PTP或点对点控制模块，其被配置为精确地接近两个目标点，然而，这些点之间的路径的路线尚未被牢固地定义。

这样的PTP控制模块可以包括过度循环功能，通过该过度循环功能确定横穿路径，使得对于时间优化的横穿，不准确地接近定义的目标点，但是在到达其过度循环区域时，转向下一个点。

在本发明的改进方案中，PTP控制模块的所述过度循环功能可以被配置为异步地操作，从而当要致动的最后一个驱动轴线或驱动装置到达所述点周围的球体时开始过度循环。或者，也可以同步地配置或控制过度循环功能，以便一旦前导移动轴线或驱动轴线横穿围绕编程点的球体就开始过度循环。

作为所述PTP控制模块的替代或补充，横穿路径确定模块然而还可以包括多点控制模块，该多点控制模块在要接近的两个目标点之间确定多个中间点，优选地使得所述中间点形成时间上等距的密集点序列。接近以密集顺序布置的这种时间上等距的中间点需要大致相同的时间段，从而可以实现驱动装置的大致谐波致动并因此实现起重机元件的谐波横穿。

作为这种多点控制模块的替代或补充，横穿路径的确定也可以由路径控制模块实现，该路径控制模块计算目标点之间的连续的、数学上定义的运动路径。这样的路径控制模块可以包括插值器，该插值器对应于指定的路径函数或子函数，例如以直线、圆形或多项式的形式确定计算的三维曲线上的中间值并且将其提供给驱动装置或其驱动调节器。这种插值器可以执行线性插值和/或圆形插值和/或样条插值和/或特殊插值，例如贝塞尔(Bezier)或螺旋插值，其中这可以在有或没有过度循环的情况下执行。

路径路线或横穿路径的编程或确定可以在线或离线实现。

当在线实现编程时，可以特别地通过示教装置来执行期望的横穿路径的确定，借助于该示教装置通过手动致动控制装置的控制元件或者也可以通过操作手持编程装置来接近期望的横穿路径的期望的目标点和中间点，其中示教装置存储所述目标点和中间点。有利地，经验丰富的起重机操作员可以通过使用控制台沿着端点之间的期望的横穿路径横穿起重机或其负载钩。以这种方式到达的所有坐标或中间点可以存储在控制单元中。在自动模式中，起重机的控制装置然后可以自主地接近所有存储的目标点和中间点。

作为这种示教装置的替代或补充，横穿路径确定模块还可以包括播放装置，该播放装置用于通过沿着期望的横穿路径手动地横穿负载钩来确定期望的横穿路径。在沿着期望的横穿路径手动引导负载钩的同时，记录坐标或中间点，使得起重机的控制装置可以精确地重复相应的运动。

替代地或另外地，还可以采取进一步的措施来对期望的横穿路径进行在线编程，例如用于指定程序块的在线编程或者用于基于传感器的编程操作。

在本发明的有利改进方案中，特别是通过将横穿路径确定模块连接到外部主计算机，可以离线确定期望的横穿路径，该外部主计算机可访问建筑物数据模型并且基于该建筑物数据模型的数字数据提供用于确定横穿路径的目标点和/或中间点。参考从建筑物数据模型提供的目标点和/或中间点，然后，横穿路径确定模块可以以上述方式确定横穿路径，例如通过PTP控制、多点控制或路径控制。

在这种建筑物数据模型(也称为BIM模型)中，包含有待架设或待作业的建筑物的数字信息，该模型特别是一般包含所有行业的三维规划、时间表和成本计划的整体模型。这样的建筑物数据或BIM模型通常是计算机可读文件或文件集合，并且可能是用于处理这种数据的处理计算机程序块，其中包含以数字数据的形式描述待架设或待作业的建筑物的信息和特征及其相关属性。

参考可以作为CAD数据呈现的有利的三维建筑物数据，可以确定要执行的起重机提升的目标点，其中为此有利地可以存在起重机提升确定模块，该模块一方面识别这种起重机提升的目标点及其坐标，例如混凝土搅拌机的输送站和混凝土吊罐的用于混凝土浇筑任务的排空区域。另外，然后可以考虑在相应的施工阶段中反映建筑物的几何形状的建筑物数据以确定横穿路径，以避免与已经存在的建筑物的轮廓发生碰撞。

当已经为横穿路径识别出目标点和避免碰撞的中间点时，可以将其提供给横穿路径确定模块，该横穿路径确定模块然后以已经描述的方式参考这些目标点和中间点确定横穿路径。

为了确定横穿路径，还可以设置考虑起重机的作业范围限制的中间点，例如以避免与其他起重机的碰撞。同样可以从所述建筑物数据模型获得或提供这种作业范围限制或定义这种作业范围限制的数据。替代地或另外地，也可以直接在起重机上手动输入这种作业范围限制，然后在确定自动提升的期望的横穿路径并且为此设定中间点时同样可以考虑这种限制。有利地，还可以动态地考虑这样的作业范围限制，特别是当从建筑物数据模型或BIM模型提供用于作业范围限制的相应数字数据时，其考虑了施工进度以及各种施工阶段中的结果变化。

起重机的控制装置的自动横穿控制模块原则上可以不同地操作，其中横穿控制模块可以被配置为自动操作，以使得横穿速度和/或加速度以及用于驱动装置的相应致动信号不需要对应于例如在示教过程或播放编程中指定的横穿速度或加速度。横穿控制模块可以自动确定驱动装置的横穿速度和/或加速度，特别是一方面实现高横穿速度并且驱动装置的性能被利用的效果，但另一方面是实现了目标点的温和且非摇摆方法。

特别地，所述横穿控制模块可以连接到摇摆阻尼装置和/或考虑摇摆阻尼装置的性能规范。这种用于起重机的防摇摆装置原则上以各种配置是已知的，例如通过根据特定传感器信号(例如倾斜和/或陀螺仪信号)致动回转装置、变幅和吊车驱动装置。例如，文献DE 20 2008 018 260 U1或DE 10 2009 032 270 A1公开了在起重机上已知的防摇摆系统，到目前为止明确地参考其主题参考，即关于摇摆阻尼装置的配置。

在本发明的改进方案中，用于摇摆阻尼的横穿控制模块尤其可以考虑起重机的负载钩相对于可以通过吊车或者提升缆索的悬挂点的竖直方向的偏转角度或斜拉力。用于检测负载提升装置相对于竖直方向的偏转的相应检测装置可以被配置为例如光学地操作并且包括成像传感器系统，例如从提升缆索的悬挂点(例如吊车)基本竖直向下看的相机。图像评估装置可以在由成像传感器系统提供的图像中识别起重机吊钩并确定其从图像中心偏心或位移，这是起重机吊钩相对于竖直方向的偏转的度量，因此表征负荷摇摆。

所述横穿控制模块可以考虑以这种方式确定的负载钩的偏转并且致动驱动装置和/或确定它们的加速度和速度，使得负载钩相对于竖直方向的偏转最小化或不超过一定的度量。

有利地，位置传感器系统可以被配置为相对于固定世界坐标系检测负载和/或横穿控制装置可以被配置为相对于固定世界坐标系定位负载。

有利地，可以提供一种控制装置，该控制装置相对于固定的世界坐标系或起重机基座定位负载，因此不直接取决于起重机结构振动和起重机位置。通过这种控制装置，负载位置与起重机振动分离，其中负载不是相对于起重机直接引导，而是相对于固定的世界坐标系或起重机基座引导。

特别地，起重机或其结构部件的结构振动可以在控制装置中被考虑并且通过驱动行为来衰减。这进而对钢结构温和，因此压力较小。

由于负载位置检测，还可以实现斜拉力调节，这消除或至少减少了悬挂负载的静态变形。为了减少振动动态或根本不发生振动，摇摆阻尼装置可以配置成校正回转装置和吊车行进装置，使得缆索总是尽可能垂直于负载，即使起重机也是如此由于负载力矩增加越来越倾向于前进。例如，当从地面提升负载时，可以考虑起重机在负载下变形所导致的俯仰运动，并且可以通过考虑检测到的负载位置来跟踪吊车行进装置或者通过对俯仰变形的预期评估来定位，使得在所产生的起重机变形的情况下，提升缆索垂直地定位在负载上方。最大的静态变形发生在负载离开地面的位置。然后，不再需要斜拉力调节。替代地或另外地，回转装置相应地也可以通过考虑检测到的负载位置来跟踪和/或通过对横向变形的预期评估来定位，使得随着起重机变形，提升缆索垂直地定位在负载上方。

这种斜拉力调节可以由操作员在以后再次激活，从而可以将起重机用作操纵器。因此，操作员仅通过推动和/或拉动就可以重新定位负载。斜拉力调节试图跟随由操作员引起的偏转。这允许实现操纵器控制。

特别地，在摇摆阻尼措施中，横穿控制模块不仅可以考虑缆索的实际摆动运动，而且还可以考虑起重机及其传动系的钢结构的动态。起重机不再被认为是不可移动的刚体，刚体直接且相同地(即以1：1为基础)将驱动装置的驱动运动转换成提升缆索的悬挂点的运动。相反，摇摆阻尼装置将起重机视为软结构，其在诸如塔架格栅和传动系的钢构件中在加速的情况下表现出弹性和弹力，并且在对驱动装置的致动施加摇摆阻尼影响时考虑到起重机的结构部件的这种动态。

有利地，所述摇摆阻尼装置可包括用于确定动态负载下的结构部件的动态变形和运动的确定装置，其中以摇摆阻尼方式影响驱动装置的致动的摇摆阻尼装置的控制模块被配置成在影响驱动装置的致动时考虑所确定的起重机的结构部件的动态变形。

因此，摇摆阻尼装置有利地不将起重机或机械结构视为刚性的、无限硬质的结构，可以说是从弹性可变形和/或弹力和/或相对柔软的结构开始，该结构-除了机械的定位运动轴线之外，例如吊臂变幅轴线或塔旋转轴线-允许由于结构部件的变形而移动和/或改变位置。

考虑到在负载或动态负载下结构变形导致的机械结构的可移动性是非常重要的，特别是在根据静态和动态边际条件故意利用的狭长、细长结构的情况下-考虑必要的安全性-就像在塔式起重机中一样，这里可感知的运动部件也起到例如由于结构部件的变形而导致的吊臂和负载钩位置的作用。为了能够更好地解决摇摆的原因，摇摆阻尼系统考虑了动态负载下机械结构的这种变形和运动。

通过这种方式，可以实现相当大的优势：

首先，通过控制装置的调节行为减小了结构部件的振动动态。振动由驱动行为主动阻尼或甚至不受调节行为的刺激。

同样，钢结构也不受影响，受应力更小。特别是，由于调节行为，冲击负载减小。

此外，可以通过该方法来定义驱动行为的影响。

由于对结构动态和调节方法的了解，特别是可以减小和阻尼俯仰振动。结果，负载表现得更平静，之后不再在静止位置上下摇摆。

原则上可以以各种方式确定结构部件和传动系的上述弹性变形和运动以及由此产生的自身运动。在本发明的改进方案中，所述确定装置可以包括估计装置，该估计装置通过考虑表征起重机结构的环境来评估机械结构在动态负载下的变形和运动，这是根据在控制台输入的控制命令和/或根据驱动装置的特定的致动动作和/或根据驱动装置的特定速度和/或加速度曲线获得的。

例如，这种估计装置可以访问数据模型，其中起重机的结构变量(例如塔架高度、吊臂长度、刚度、面积惯性矩等)彼此堆积和/或链接，以便随后参考混凝土负载情况(即在负载吊钩上提升的负载的重量和当前外展)、在钢结构和传动系中获得用于驱动装置的特定致动的什么动态效果(即变形)进行评估。根据这种估计的动态效果，摇摆阻尼装置然后可以干预驱动装置的致动并影响驱动装置的驱动调节器的致动变量，以避免或减少负载钩和提升缆索的摆动。

特别地，用于确定这种结构变形的确定装置可以包括计算单元，该计算单元根据在控制台输入的控制命令参考存储的计算模型计算结构部件的这些结构变形和结果运动。这种模型可以构造成类似于有限元模型或者可以是有限元模型，其中有利地使用与有限元模型相比明显简化的模型，例如可以通过在真实起重机或真实机械上的某些控制命令和/或负载条件下检测结构变形来凭经验确定该模型。这种计算模型可以例如通过使用其中特定变形与特定控制命令相关联的表来操作，其中控制命令的中间值可以借助于插值装置被转换成相应的变形。

作为结构部件的弹性变形和动态运动的评估或计算的替代或补充，摇摆阻尼装置还可以包括合适的传感器系统，通过该传感器系统检测结构部件在动态负载下的这种弹性变形和运动。这种传感器系统例如可以包括变形传感器，例如在起重机的钢结构上(例如在塔架和/或吊臂的栅格桁架上)的应变仪。替代地或另外地，可以提供加速度和/或速度传感器，以便检测结构部件的特定运动，例如吊臂尖端的俯仰运动和/或对吊臂的旋转动态效果。

替代地或另外地，倾斜传感器或陀螺仪也可以例如设置在塔架上，特别是设置在其上安装吊臂的上部上，以便检测塔架的动态。例如，不稳定的提升运动导致吊臂的俯仰运动伴随着塔架的弯曲运动，其中塔架的后振动又导致吊臂的俯仰振动伴随相应的负载钩运动。替代地或另外地，运动和/或加速度传感器也可以与传动系相关联，以便能够检测传动系的动态。例如，旋转编码器可以与用于提升缆索的吊车的偏转滑轮相关联和/或与用于变幅吊臂的支撑缆索的偏转滑轮相关联，以便能够检测相关点处的实际缆索速度。

有利地，合适的运动和/或速度和/或加速度传感器也与驱动装置本身相关联，以便相应地检测驱动装置的驱动运动并将它们与结构部件(例如钢结构和在传动系中)的评估和/或检测的变形相关联。

作为通过横穿控制模块对摇摆阻尼装置的性能规范的考虑的替代或补充，在规划或确定期望的横穿路径时也可以考虑摇摆阻尼措施。例如，横穿路径确定模块可以使横穿路径的弯曲变圆或者使曲线半径宽松并且/或避免蛇形线。

随后将参考优选的示例性实施例和相关附图详细解释本发明。在附图中：

图1：示出了塔式起重机的示意图，该塔式起重机的负载钩将在以混凝土输送站和混凝土浇注场形式的两个目标点之间横穿，

图2：示出了用于说明PTP控制模块的操作模式的示意图，该PTP控制模块在点对点控制的意义上确定横穿路径，

图3：示出了用于说明多点控制模块的操作模式的示意图，该多点控制模块在多点控制意义上确定横穿路径，

图4：示出了由多点控制产生的横穿路径，该控制由时间上等距的密集点序列定义，并且

图5：示出了两个示意图，用于说明路径控制模块的操作模式，该路径控制模块将横穿路径确定为连续的、数学计算的运动路径，其中子图(a)示出了没有过度循环的路径控制，而子图(b)示出了带有过度循环的路径控制，

图6：示出了控制模块的示意图，该控制模块可以对接到负载钩或与其连接的部件，以便能够精确地调整目标点处的负载钩或者沿着期望的路径手动地横穿负载钩，用于播放或示教编程操作，以及

图7：示出了塔式起重机在负载下的变形和振动形式以及通过斜拉力调节进行阻尼或避免的示意图，其中局部视图a.)示出了塔式起重机在负载下的俯仰变形以及提升缆索的相关斜拉力，局部视图b.)和c.)以立体图和俯视图示出塔式起重机的横向变形，局部视图d.)和e.)示出了与这种横向变形相关的提升缆索的斜拉力。

如图1所示，起重机可以配置为塔式起重机。例如，图1中所示的塔式起重机可以以本身已知的方式包括塔架201，该塔架承载由反吊臂203平衡的吊臂202，在反吊臂上设置有配重204。所述吊臂202与反吊臂203一起可以通过回转装置绕直立旋转轴线205旋转，该旋转轴线可以与塔架轴线同轴。在吊臂202上，吊车206可以由吊车驱动装置横穿，其中装载有负载钩208的提升缆索207从吊车206伸出。

同样如图1所示，起重机2可包括电子控制装置3，该电子控制装置例如可包括设置在起重机自身上的控制计算机。所述控制装置3可以致动各个建筑机械上的各种致动器、液压回路、电动机、驱动装置和其他作业单元。在图示的起重机中，这可以是例如其提升装置、其回转装置、其吊车驱动装置、其可能存在的吊臂变幅驱动装置等。

所述电子控制装置3可以与可以布置在控制台或操作员驾驶室中的终端4通信，并且例如可以具有带触摸屏和/或操纵杆的平板电脑的形式，从而一方面可以由控制计算机3在终端4上指示各种信息，反之亦然，控制命令可以通过终端4输入控制装置3。

起重机1的所述控制装置3尤其可以构造成当负载钩208和/或其上提升的部件(例如混凝土吊罐)由机械操作员通过带有手柄66的手动控制模块65手动操纵时，也致动提升装置、吊车和回转装置的所述驱动装置，如图6所示，即沿一个方向推动或拉动和/或旋转或试图提供例如在混凝土浇筑作业期间的手动精细引导负载钩并因此手动精细引导混凝土吊罐位置。

为此目的，起重机1可包括检测装置60，该检测装置检测相对于横穿负载钩208的悬挂点(即吊车206)的竖直方向61的提升缆索207的斜拉力和/或负载钩208的偏转。

为此目的而设置的检测装置60的确定装置62可以光学地操作，例如，以便确定所述偏转。特别地，从吊车206竖直直向下看的相机63或另一成像传感器系统可安装在吊车206上，使得在负载钩208未偏转的情况下，其图像显示位于由相机63提供的图像的中心。然而，当负载钩208相对于竖直方向61偏转时，例如通过手动推动或拉动图9中所示的负载钩208或混凝土吊罐50，负载钩208的图像显示移出相机图像的中心，这可以由图像评估装置64确定。

根据检测到的相对于竖直方向61的偏转，特别是通过考虑偏转的方向和大小，控制装置3可以致动回转装置驱动装置和吊车驱动装置，以便再次使吊车206差不多精确地位于负载钩208上方，即控制装置3致动起重机1的驱动装置，使得尽可能地补偿斜拉力或检测到的偏转。以这种方式，可以实现负载钩和在其上提升的负载的位置的直观且容易的引导和精细调节。

替代地或另外地，所述检测装置60还可以包括所述控制模块65，所述控制模块是移动式的并且可以被配置为对接到负载钩208和/或在其上提升的负载。如图6所示，这样的手控制模块65例如可以包括抓握把手66，该抓握把手借助于合适的保持装置67优选地可释放地连接到负载提升装置208和/或铰接到其上的部件(诸如例如混凝土吊罐)。所述保持装置67例如可包括磁性保持器、吸盘、制动器保持器、卡口式锁定保持器等。

利用所述抓握手柄66的力和/或扭矩传感器68，并且可能地，在可能的可移动支撑或形成抓握手柄66的情况下，也可以关联运动传感器，可以通过该运动传感器检测施加在抓握手柄66上的力和/或扭矩和/或运动。与抓握把手66相关联的传感器系统有利地被配置成使得可以根据其作用方向和/或大小来检测力和/或扭矩和/或运动，参见图6。

参考由检测装置60检测到的施加在抓握手柄66上的操纵力和/或扭矩和/或运动，控制装置3可以致动起重机1的驱动装置，使得检测到的手动操纵转换成运动起重机定位运动。

一方面以这种方式手动引导混凝土吊罐或负载提升装置208使得再次精细地重新调整自动接近的目标位置。另一方面，这还使得在播放控制的意义上确定两个目标点之间的期望的横穿路径。

为了能够执行自动起重机提升，例如能够在混凝土输送站和混凝土浇注区域之间自动地来回移动，控制装置3包括横穿路径确定模块300和自动横穿控制模块310，该横穿路径确定模块用于确定在至少两个目标点之间的期望的横穿路径，该自动横穿控制模块用于通过相应地致动起重机200的驱动装置沿着确定的横穿路径自动地横穿负载提升装置。

为了提供各种操作模式，所述横穿路径确定模块300可以具有各种作业模式并且包括相应的模块，特别是PTP或点对点控制模块301、多点控制模块302和路径控制模块303，参考图1。

这样的PTP控制模块301可以包括过度循环功能，通过该功能确定横穿路径，使得对于时间优化的横穿，不准确地接近定义的目标点，但是在到达其过度循环区域时，转向下一个点，参考图2。

在本发明的改进方案中，PTP控制模块301的所述过度循环功能可以被配置为异步地操作，从而当要致动的最后一个驱动轴线或驱动装置到达围绕所述点的球体时开始过度循环。或者，也可以同步地配置或控制过度循环功能，以便一旦移前导运动轴线或驱动轴线横穿围绕编程点的球体就开始过度循环。

然而，作为所述PTP控制模块301的替代或补充，横穿路径确定模块300还可以包括多点控制模块302，参见图3，该多点控制模块在要接近的两个目标点500、510之间确定多个中间点501、502、503、504...n，优选地使得所述中间点501、502、503、504...n形成时间上等距的密集点序列，参见图4。接近以密集顺序排列的这种时间上等距的中间点501、502、503、504...n需要大致相同的时间段，以便可以实现驱动装置的一般谐波致动以及因此起重机元件的谐波横穿。

作为这种多点控制模块302的替代或补充，横穿路径的确定也可以由路径控制模块303实现，该路径控制模块计算目标点之间的连续的、数学上定义的移动路径，参见图5。这样的路径控制模块可以包括插值器，该插值器对应于指定的路径函数或子函数，例如以直线、圆形或多项式的形式确定计算的三维曲线上的中间值并将其提供给驱动装置或其驱动调节器。这种插值器可以执行线性插值和/或圆形插值和/或样条插值和/或特殊插值，例如贝塞尔(Bezier)或螺旋插值，其中这可以在有或没有过度循环的情况下执行。图5a示出了没有过度循环的路径，图5b示出了具有过度循环的路径。

路径路线或横穿路径的编程或确定可以在线或离线实现。

当在线实现编程时，可以特别地通过示教装置320来执行期望的横穿路径的确定，借助于该示教装置，通过手动致动控制装置的控制元件或者还通过致动手持编程装置来接近期望的横穿路径的期望的目标点和中间点，其中示教装置320存储所述目标点和中间点。有利地，有经验的起重机操作员可以通过使用控制台沿着端点之间的期望的横穿路径横穿起重机2或其负载钩208。以这种方式到达的所有坐标或中间点可以存储在控制单元3中。在自动模式中，起重机2的控制装置3然后可以自主地接近所有存储的目标点和中间点。

作为这种示教装置320的替代或补充，横穿路径确定模块300还可以包括播放装置330，该播放装置用于通过沿着期望的横穿路径手动地横穿负载钩来确定期望的横穿路径。在例如可以通过手动控制模块65沿着期望的横穿路径手动引导负载钩208的同时，参见图6，记录坐标或中间点，使得起重机2的控制装置3可以精确地重复相应的运动。

自动横穿控制模块310有利地可以考虑摇摆阻尼装置340的性能规范，其中所述摇摆阻尼装置340有利地可以利用前述检测装置60的信号，该检测装置检测负载钩208相对于竖直方向61的偏转。

如图1中进一步所示，控制装置3可以连接到外部的、单独的主计算机400，该主计算机可以访问BIM模型意义上的建筑物数据模型并且可以从该建筑物数据模型提供数字数据。以上述方式，来自建筑物数据模型的这些数字数据尤其可以用于提供用于确定期望的横穿路径的目标点和中间点，其可以动态地考虑各种阶段中的建筑物数据和作业范围限制。

起重机1的所述控制装置3尤其可以配置成当所述摇摆阻尼装置340检测到与摇摆相关的运动参数时也致动所述提升装置、吊车和回转装置的所述驱动装置。

为此目的，起重机1可以使用所述检测装置60，该检测装置检测相对于横穿负载钩208的悬挂点的竖直方向61的提升缆索207的斜拉力和/或负载钩208的偏转。特别是，可以检测到相对于重力作用线(即竖直方向61)的缆索拉角φ，参见图1。

根据检测到的相对于竖直方向61的偏转，特别是通过考虑偏转的方向和大小，控制装置3可以借助于摇摆阻尼装置340来驱动回转装置驱动装置和吊车驱动装置，以便再次将吊车206差不多准确地带到负载钩208上并且补偿或减少摆动或甚至根本不发生摆动。

为此目的，摇摆阻尼装置340还可以包括用于确定结构部件的动态变形的确定装置342，其中以摇摆阻尼方式影响驱动装置的致动的摇摆阻尼装置340的控制模块341被配置成在影响驱动装置的致动时考虑所确定的起重机的结构部件的动态变形。

确定装置342可以包括估计装置343，该估计装置通过考虑表征起重机结构的情况来估计机械结构在动态负载下的变形和运动，这是根据在控制台输入的控制命令和/或根据驱动装置的特定致动动作和/或根据驱动装置的特定速度和/或加速度曲线获得的。特别地，计算单元348可以根据在控制台输入的控制命令参考存储的计算模型计算结构部件的结构变形和结果运动。

替代地或另外地，摇摆阻尼装置340还可以包括合适的传感器系统344，借助于该传感器系统可以检测到动态负载下的结构部件的这种弹性变形和运动。这种传感器系统344例如可以包括变形传感器，例如在起重机的钢结构上(例如在塔架201或吊臂202的栅格桁架上)的应变仪。可选地或另外地，可以提供加速度和/或速度传感器，以便结构部件的特定运动(例如吊臂尖端的俯仰运动或吊臂202上的旋转动态效应)。可选地或另外地，也可以在塔架201上(特别是在其上安装吊臂的上部)设置倾斜传感器或陀螺仪，以便检测塔架201的动态。可选地或另外地，运动和/或加速度传感器也可以与传动系相关联，以便能够检测传动系的动态。例如，旋转编码器可以与用于提升缆索的吊车206的偏转滑轮相关联和/或与用于变幅吊臂的支撑缆索的偏转滑轮相关联，以便能够检测相关点处的实际缆索速度。

特别地，摇摆阻尼装置340可包括过滤装置或观察器345，其观察通过驱动调节器347的特定致动变量并且考虑原则上可以不同地设计的起重机的动态模型的预定规律并且可以通过分析和模拟钢结构获得的起重机反应，参照观察到的起重机反应影响调节器的驱动变量。

这种过滤器或观察装置345尤其可以以所谓的卡尔曼滤波器346的形式配置，起重机的驱动调节器347的致动变量和相对于竖直方向62的起重机运动、特别是缆索拉角φ和/或其时间变化或所述斜拉力的角速度作为输入变量被提供给所述卡尔曼滤波器，并且所述卡尔曼滤波器参考卡尔曼方程基于这些输入变量相应地影响驱动控制器347的致动变量，它对起重机结构(特别是其钢构件和传动系)的动力系统建模。

借助于这种斜拉力调节，特别是塔式起重机在负载下的变形和振动形式可以从一开始就被阻尼或避免，如图7中通过示例所示，其中在该图中部分地最初示意性地示出了由于塔架201的偏转而导致的塔式起重机在负载下的俯仰变形，从而导致吊臂202的下降和提升缆索的相关斜拉力。

此外，图7的局部视图b.)和c.)通过示例示意性地示出了塔式起重机的立体图和俯视图中的横向变形，其中发生了塔架201和吊臂202的变形。

最后，图7在其局部视图d.)和e.)中示出了与这种横向变形连接的提升缆索的斜拉力。

为了抵消相应的振动动态，摇摆阻尼装置340可以包括斜拉力调节。特别地，借助于确定装置62检测负载钩208的位置，特别是其相对于竖直方向的斜拉力，即提升缆索207相对于竖直方向的偏转，并将其提供给所述卡尔曼过滤器346。

有利地，位置传感器系统可以被配置为相对于固定的世界坐标系检测负载或负载钩208，和/或摇摆阻尼装置340可以被配置为相对于固定的世界坐标系定位负载。

由于负载位置检测，可以实现斜拉力调节，这消除或至少减少了悬挂负载的静态变形。为了减少振动动态或根本不发生振动，摇摆阻尼装置340可以配置成校正回转装置和吊车行进装置，使得缆索总是尽可能垂直于负载，即使由于负载力矩增加，起重机越来越向前倾斜。

例如，当从地面提升负载时，可以考虑起重机在负载下由于变形所导致的俯仰运动，并且可以通过考虑检测到的负载位置来跟踪起重机行进装置或者通过对俯仰变形的预期评估进行定位，使得在所产生的起重机变形的情况下，提升缆索垂直地定位在负载上方。最大的静态变形发生在负载离开地面的位置。然后，不再需要斜拉力调节。替代地或另外地，回转装置相应地也可以通过考虑检测到的负载位置来跟踪和/或通过对横向变形的预期评估来定位，使得随着起重机变形，提升缆索垂直地定位在负载上方。

Claims

1.一种起重机，特别是塔式起重机，具有安装在提升缆索(207)上的负载提升装置(208)，用于移动多个起重机元件和穿过所述负载提升装置(208)的驱动装置，以及用于控制所述驱动装置的控制装置(3)，使得所述负载提升装置(208)沿着至少两个目标点(500，510)之间的穿过路径移动，其特征在于，所述控制装置(3)包括

穿过路径确定模块(300)，用于确定所述至少两个目标点(500，510)之间的期望的穿过路径，以及

自动穿过控制模块(310)，用于沿确定的穿过路径自动穿过所述负载提升装置(208)。

2.根据前述权利要求所述的起重机，其中，所述穿过路径确定模块(300)包括用于确定所述目标点(500，510)之间的穿过路径的点对点控制模块(301)。

3.根据前述权利要求所述的起重机，其中，所述点对点控制模块(301)包括过度循环功能，并且被配置为异步操作，使得在到达目标点的过度循环区域而没有完全接近所述目标点时，转向下一个目标点，其中当最后一个运动轴线到达所述目标点周围的球体时，开始过度循环。

4.根据权利要求2所述的起重机，其中，所述点对点控制模块(301)包括过度循环功能，并且被配置为同步操作，使得在到达目标点的过度循环区域而没有完全接近所述目标点时，转向下一个目标点，其中当前导运动轴线到达所述目标点周围的球体时，开始过度循环。

5.根据前述权利要求中任一项所述的起重机，其中，所述穿过路径确定模块(300)包括多点控制模块(302)，用于确定两个目标点(500，510)之间的多个中间点(501，502，503......)。

6.根据前述权利要求所述的起重机，其中，所述多点控制模块(302)被配置为将所述多个中间点彼此等距地固定。

7.根据前述权利要求中任一项所述的起重机，其中，所述穿过路径确定模块(300)包括路径控制模块(303)，所述路径控制模块(303)用于确定两个目标点(500，510)之间的连续的、数学上定义的路径。

8.根据前述权利要求中任一项所述的起重机，其中，所述穿过路径确定模块(300)连接到示教装置(320)，所述示教装置(320)用于通过手动接近期望的目标点和中间点(500...510)来确定期望的穿过路径。

9.根据前述权利要求中任一项所述的起重机，其中，所述穿过路径确定模块(300)连接到播放设备(330)，所述播放设备(330)用于通过沿着期望的穿过路径手动地穿过所述负载提升装置来确定所述穿过路径的期望的穿过路径和/或期望的目标点和中间点(500...510)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的起重机，其中，所述穿过路径确定模块(300)连接到外部主计算机(400)，所述外部主计算机能够访问建筑物数据模型(BIM)并提供用于确定所述穿过路径的目标点和中间点(500...510)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的起重机，其中，所述穿过路径确定模块(300)被配置为考虑作业范围限制并围绕作业范围限制确定所述穿过路径。

12.根据前述两项权利要求所述的起重机，其中，所述主计算机(400)循环地或连续地提供关于所述作业范围限制和/或关于各种施工阶段的建筑物轮廓的更新数据，并且所述穿过路径确定模块被配置为在确定所述穿过路径时考虑关于所述作业范围限制和/或建筑物轮廓的更新数据。

13.根据前述权利要求中任一项所述的起重机，其中，提供摇摆阻尼装置(340)，其中所述自动穿过控制模块(310)在致动所述驱动装置以及确定所述驱动装置的穿过速度和/或加速度时考虑所述摇摆阻尼装置(340)的规格和/或信号。

14.根据前述权利要求所述的起重机，其中，所述摇摆阻尼装置(340)包括检测装置(60)，所述检测装置(60)用于检测所述提升缆索(207)和/或所述负载提升装置(208)相对于垂直(61)通过所述提升缆索(207)的悬挂点的偏转，其中所述自动穿过控制模块(310)根据所述检测装置(61)的偏转和/或对角线拉动信号致动所述驱动装置。

15.根据前述两项权利要求中任一项所述的起重机，其中，所述摇摆阻尼装置(340)包括确定装置(342)，所述确定装置(342)用于确定由于动态负载而导致所述起重机的结构部件的变形和/或运动，其中所述摇摆阻尼装置(340)的控制模块(341)被配置为在影响所述驱动装置的致动时考虑由于动态负载而确定的结构部件的变形和/或运动。

16.根据前述权利要求所述的起重机，其中，所述结构部件包括塔架(201)和/或吊杆(202)，并且所述确定装置(342)被配置为确定由于动态负载而导致的所述塔架(201)和/或吊杆(202)的变形和/或负载。

17.根据前述两项权利要求中任一项所述的起重机，其中，所述结构部件包括传动系部件，例如回转齿轮部件、吊车驱动部件等，并且所述确定装置(342)被配置为确定由于动态负载而导致的所述传动系部件的变形和/或运动。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的起重机，其中，所述确定装置(342)包括估计装置(343)，所述估计装置(343)用于基于描述起重机结构的数据模型的数据数字估计由于动态负载而导致的结构部件的变形和/或运动。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的起重机，其中，所述确定装置(342)包括计算单元(348)，所述计算单元根据在控制台输入的控制命令参考存储的计算模型计算结构部件的结构变形和结果运动。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的起重机，其中，所述确定装置(342)包括用于检测所述结构部件的变形和/或动态参数的传感器系统(344)。

21.根据前述权利要求所述的起重机，其中，所述传感器系统(344)包括用于检测塔架倾斜度和/或速度的倾斜和/或加速度传感器，用于检测吊杆的转速和/或加速度的转速和/或加速度传感器，和/或用于检测所述吊杆的俯仰运动和/或加速度的俯仰运动传感器，和/或用于检测所述起重缆索(207)的缆索速度和/或加速度的缆索速度和/或加速度传感器。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的起重机，其中，所述摇摆阻尼装置(340)包括过滤器和/或观察器装置(345)，所述过滤器和/或观察器装置(345)用于影响用于致动所述驱动装置的驱动调节器(347)的致动变量，其中所述过滤器和/或观察器装置(345)被配置为接收所述驱动调节器(347)的致动变量以及起重机元件的检测和/或估计的运动和/或由于动态负载而导致的结构部件的变形和/或运动作为输入变量，并且根据为特定调节器致动变量和/或结构部件的变形而获得的起重机元件的动态引起的运动影响调节器致动变量。

23.根据前述权利要求所述的起重机，其中，所述过滤器和/或观察器装置(345)被配置为卡尔曼滤波器(346)。

24.根据前述权利要求所述的起重机，其中，表征所述起重机的结构部件的动态特性的检测和/或估计和/或计算和/或模拟的功能在所述卡尔曼滤波器(346)中实现。

25.根据前述权利要求中任一项所述的起重机，其中，所述控制装置(3)包括位置传感器系统，所述位置传感器系统被配置为相对于固定的世界坐标系检测所述负载提升装置(208)和/或被配置为相对于固定的世界坐标系定位所述负载提升装置(208)。