CN110199128B - 带有可快速折叠和展开的铰接式桅杆的大型机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大型机械手(1)，特别是一种卡车式混凝土泵，其包括：转台(3)，其可以借助于旋转驱动器围绕竖直轴线旋转并布置在底盘(2)上；铰接式桅杆(4)，其包括两个或两个以上桅杆段(5a，5b，5c，5d)，其中，所述桅杆段(5a，5b，5c，5d)分别借助于驱动器(6，6a，6b，6c，6d)经由铰接接头可枢转地可移动地连接到相应的相邻转台(3)或桅杆段(5a，5b，5c，5d)；用于桅杆运动的控制装置(7)，其在正常操作中驱动所述驱动器(6，6a，6b，6c，6d)；以及桅杆传感器系统，其用于检测所述铰接式桅杆(4)的至少一个点的位置或至少一个铰接接头的枢转角
Figure DDA0002129956100000011
本发明所解决的问题是能够在最短时间内将铰接式桅杆从完全折叠状态带到其期望的工作位置。此外，即使在所述桅杆传感器系统发生故障的情况下，也应确保驱动器的移位速度符合法律标准。为此，本发明提出的是，所述控制装置(7)被设计成限制桅杆运动的速度，因为桅杆速度根据桅杆传感器系统的瞬时输出信号被限制在最大值，其中，所述驱动器(6，6a，6b，6c，6d)在紧急操作模式下是可手动控制的，其中，提供了至少一个限制装置(11，12，13，14)，所述限制装置在紧急操作模式下将所述驱动器(6，6a，6b，6c，6d)中的至少一个的移位速度限制在固定的预定义的最大值。本发明还涉及一种用于控制大型机械手的铰接式桅杆的运动的方法。

Description

带有可快速折叠和展开的铰接式桅杆的大型机械手
技术领域
本发明涉及一种大型机械手、特别是一种卡车式混凝土泵，其带有：可借助于旋转驱动器围绕竖直轴线旋转的转台，该工作台布置在底盘上；铰接式桅杆，其包括两个或两个以上桅杆段，其中，所述桅杆段分别借助于一个驱动器经由铰接接头与相应的相邻转台或桅杆段可枢转地可移动地连接；在桅杆运动的正常操作中驱动驱动器的控制装置；以及用于检测所述铰接式桅杆的至少一个点的位置或至少一个铰接接头的枢转角的桅杆传感器系统。
此外，本发明还涉及一种用于控制大型机械手、特别是卡车式混凝土泵的铰接式桅杆的运动的方法。
背景技术
在现有技术的多种配置中已知大型机械手。例如，WO 2014/166637 A1公开了一种带有铰接式桅杆的大型机械手。
液压缸通常被用作驱动器，其用于使桅杆段相对于相应的相邻桅杆段或转台围绕铰接接头枢转。这些由电子控制装置经由比例功能控制阀驱动，以便能够可变地指定各个液压缸的行进速度。各个液压缸的行进速度通常在已知的大型机械手中受到限制，因为铰接式桅杆的过快运动对位于附近的人构成危险。为了确保操作安全，存在法律规范，其规定了铰接式桅杆的末端的允许最大速度。
在现有技术中，液压缸的控制阀经由与控制装置无线连接或有线连接的遥控器驱动。替代性地，控制阀可以在紧急操作中经由例如手柄手动控制。在这里，控制阀被配置成使得遥控器上的操作杆的特定位置对应于液压流体的规定的体积流率，即相应的液压缸的规定的行进速度。在这里，控制阀被配置成，当所有接头同时以最大运动速度枢转且铰接式桅杆处于完全伸展状态时，不会达到桅杆末端的允许的最高速度。控制阀的这种配置的缺点在于，在大多数实际情况下，用于桅杆末端的运动速度的法律允许范围利用得非常不充分。以上提到的“最坏情况”、即在铰接式桅杆完全伸展的情况下所有接头以最大速度运动，实际上从未出现过。因此，在大多数情况下，运动速度的限制导致桅杆运动非常慢。因此，铰接式桅杆在展开和折叠过程中产生相当长的时间延迟。这使得操作效率低下。
上述WO 2014/166637 A1提出了一种大型机械手，其中控制装置为转台的旋转驱动提供快速行进，以便使铰接式桅杆以增加的速度旋转到期望的工作位置，其中，如果桅杆或吊杆完全折叠，则快速行进才是可选择的。在已知的大型机械手中提供与控制装置配合的单个传感器，其中，经由传感器可以确定铰接式桅杆是否完全折叠。只要确认铰接式桅杆折叠，且因而具有最小半径，传感器就向控制装置生成释放信号。在这种状态下，铰接式桅杆可以以增加的速度旋转。
在上述文献中已知的大型机械手中，桅杆末端速度的允许范围仍未得到充分利用。只有在完全折叠的铰接式桅杆中，桅杆才能以增加的速度旋转运动。在所有部分展开的位置，如前所述，铰接式桅杆仅以对应于“最坏情况”的降低的运动速度、即不管桅杆位置如何都从不超过桅杆末端的法律允许的最大速度的方式移动。在大多数情况下，实现的桅杆速度因此仍远低于法律许可。铰接式桅杆的展开和折叠仍然需要太长时间。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是提供一种改进的大型机械手。特别地，铰接式桅杆应能够在最短时间内从完全折叠状态带出到其期望的工作位置。同样，铰接式桅杆应在最短时间内从工作位置转换到完全折叠位置。此外，铰接式桅杆应能从一个工作位置快速移位到另一个工作位置。此外，还应确保，在铰接式桅杆的电子控制的故障中，即如果必须手动控制铰接式桅杆，则应遵守关于桅杆运动的允许最大速度的法律规范。
该目的通过基于上述类型的大型机械手的本发明来实现，其中，所述控制装置被配置成能够根据桅杆传感器系统的瞬时输出信号限制桅杆运动的速度，其中，所述驱动器在紧急操作中是可手动控制的，其中，提供了至少一个限制装置，所述限制装置在紧急操作中将所述驱动器中的至少一个的行进速度限制在固定的预定的最大值。因此，本发明将目的归结为所述控制装置被配置成能够限制桅杆运动的速度，其中所述驱动器中的至少一个的行进速度根据桅杆传感器系统的瞬时输出信号被限制在可变最大值，其中，所述驱动器在紧急操作中是可手动控制的，其中，提供了至少一个限制装置，所述限制装置在紧急操作中将所述驱动器中的至少一个的行进速度限制在固定的预定的最大值。
通过本发明实现的优点使得在正常操作中可以最佳地利用桅杆运动的最大允许速度，并且在紧急操作中，同样不会超过桅杆运动的最大允许速度。
在紧急操作中有效的限制装置将所述驱动器中的至少一个的行进速度限制在固定的预定的最大值，使得在手动控制驱动器时，在紧急操作中桅杆运动的速度也不超过法律要求。
这具有决定性的重要性，因为驱动器被设计用于根据本发明在正常操作中利用桅杆运动的最大允许速度。这意味着，在手动控制桅杆段的驱动器时，即在没有通过控制装置对行进速度进行电子控制的情况下，原则上远超过法律允许的速度的桅杆速度是可实现的。为了在紧急操作中防止这种超出，根据本发明，仅在紧急操作中起作用的限制装置将至少一个驱动器的行进速度限制在固定的预定的最大值。这样，可以通过简单的措施防止在电子控制装置或桅杆传感器系统的故障中，在手动控制桅杆时，桅杆运动的速度超过法律允许的规定。
本发明的有利配置和进一步发展是由本发明的技术方案得出的。
根据本发明的一个有利配置，提供了控制阀，所述控制阀与驱动器的液压工作管路连接，用于控制所述驱动器的液压工作管路，其中，所述控制阀在正常操作中经由控制装置驱动，所述控制装置限制了桅杆段的调节，使得不超过预定的、特别是最大允许的行进速度。以这种方式配置的控制阀以简单的方式确保在正常操作中不超过由控制装置预定的用于调节桅杆段的行进速度。为此，控制阀调节液压流体经由与所述驱动器连接的液压工作管路到受控驱动器中的流入和流出。
一个优选的实施例提出，所述控制阀被配置为比例阀并具有行进路径，并且所述限制装置提供对行进路径的限制。采用比例阀作为控制阀的优点是可以精确地指定驱动器的行进速度。
在控制阀处对行进路径的机械限制表示用于限制行进速度的简单但有效的可能性。因此，可以简单但有效地限制通过控制阀的通流，以便可以在紧急操作中将行进速度限制在固定的预定的最大值。
通过在紧急操作中可调节的手柄确保机械限制的进一步发展是特别有利的，其中，所述手柄可在两个止动件之间调节，所述止动件机械地限制了所述调节。利用在紧急操作中可致动的手柄，提供了一种用于在紧急操作中调节控制阀的简单的可能性。在其间可以调节手柄的止动件之间另外还提供了在紧急操作中对控制阀上的可能调节路径的简单但有效的机械限制。
对于紧急操作而言手柄布置在止动件之间的配置是进一步有利的，其中，手柄在正常操作中不接触止动件。手柄布置在止动件之间以用于紧急操作是特别有利的。在正常操作中，应优选地拆卸手柄，从而可以经由完整的调节路径驱动控制阀。手柄仅对于紧急操作安装在控制阀上。
本发明的一个有利实施例提出，所述控制阀具有行进路径，并且所述限制装置提供对行进路径的电子限制。通过比例阀的电子驱动，可以非常容易地提供在所述阀处对行进路径的限制。在紧急操作中，这种行进路径的限制导致将行进速度限制在固定的预定的最大值。借助于对行进路径的电子限制，可以为各个驱动器系统地指定固定速度。
根据本发明的一个有利实施例，提出了所述电子限制由在紧急操作中使用的紧急控制器确保，其中，为了驱动控制阀，所述紧急控制器提供了与由控制装置提供的电压相比更低的电压。在紧急操作中降低的电压会导致比例阀上的行进路径的简单限制。一个优选的实施例相应地提出，所述紧急控制器的降低的电压缩短了控制阀的行进路径。根据本发明的一个有利配置，例如可规定，在正常操作中，驱动控制阀的电压介于-9伏特与+9伏特之间，并且在紧急操作中，驱动控制阀的降低的电压介于-4伏特与+4伏特之间。
本发明的一个有利实施例在于所述电子限制由在紧急操作中使用的电位计确保，其中，电位计具有有限的最大输出信号。如果电位计的输出信号受到限制，则在紧急操作中，在比例阀的驱动中使用电位计可导致对控制阀上的行进路径的有效限制。使用电位计，给出了预定驱动器的可变行进速度的简单的可能性。
在控制阀的数字驱动的情况下，在紧急操作中，对行进路径的相应限制也可以通过电子限制发生。
一个优选的实施例提出，所述限制装置被配置为与控制阀并联连接的紧急阀。在紧急操作中，如果不再能可靠地控制控制阀，则这种并联连接的紧急阀可以用于手动控制驱动器。
本发明的一个有利实施例提出，用于在紧急操作中转换的紧急阀包括可致动的手柄。使用这些手柄可以简单地手动控制紧急阀。
与正常操作相比，紧急阀有利地提供了对液压流体的最大可能流率的限制，从而相应地限制行进速度。相应地为铰接式桅杆的所有驱动器提供的紧急阀可以是电气驱动的，为此可以提供电气紧急控制器，所述电气紧急控制器与为正常操作提供的桅杆控制器分离开。通过对紧急阀的简单的电气控制开关，桅杆在紧急操作中仍然可以缓慢行进。
一个优选的实施例提出，提供了与控制阀和/或紧急阀并联连接的另外的快速行进阀，其可用于对相应的桅杆段的特别快速的调节。在正常操作中，这种快速行进阀可以确保足够高的流率，从而驱动器的行进速度使桅杆运动可能利用最大允许速度。
本发明的一个有利的实施例是，所述限制装置提供在液压工作管路处由液压泵提供的液压压力的集中限制。液压压力的集中限制提供了在紧急操作中限制驱动器的速度的进一步有效的可能性。为了能够通过液压压力的集中限制来特别精确地限制驱动器的速度，有利的是，在紧急操作中防止或阻止用于铰接式桅杆上的不同驱动器的多个控制阀的同时致动。
本发明的一个有利的配置是，所述限制装置提供在液压工作管路处由液压泵提供的液压流体体积的集中限制。液压流体体积的集中限制提供了在紧急操作中限制驱动器的行进速度的进一步有效的可能性。为了能够通过液压流体体积的集中限定来特别精确地限制驱动器的行进速度，有利的是，在紧急操作中防止或阻止用于铰接式桅杆上的不同驱动器的多个控制阀的同时致动。
进一步有利的是这样的配置，即所述限制装置被配置为压力平衡器，例如部分压力平衡器或输入压力平衡器，所述限制装置在紧急操作中被设置成使得其将液压工作管路处由液压泵提供的液压压力相对于在正常操作中设置的液压压力限制到较低值。对液压压力管路处提供的液压压力的调节构成了在紧急操作中限制驱动器的行进速度的另一有效的可能性。
进一步有利的是，所述限制装置提供在液压工作管路处由液压泵提供的液压流体体积的集中限制。对于紧急操作，这可以是例如在斜盘设计中，通过限制在轴向活塞液压泵中控制活塞的枢转角来进行。此外，在紧急操作中，例如柴油发动机的液压泵的驱动器的转速可以降低，从而减少由液压泵输送的液压流体体积。
先导压力的降低构成了先导阀在紧急操作中有效地限制驱动器的行进速度的另一种可能性。如果控制阀的控制滑块不是经由手柄直接致动，而是通过先导阀致动，而所述先导阀又可通过手柄致动，则这种可能性特别合适。
一个优选的实施例提出，控制装置被设置成在正常操作中根据行进命令按比例驱动各个驱动器，其中，行进命令指定驱动器的目标速度。这里的行进命令例如由遥控器的信号产生，所述遥控器由大型机械手的操作者使用以控制桅杆运动。所述控制装置驱动各个驱动器，使得相应的行进速度根据行进命令对应于目标速度。
根据本发明的一个有利配置，提出了所述控制装置在正常操作中被进一步设置成确定由行进命令、桅杆段长度和桅杆传感器系统的输出信号产生的、铰接式桅杆的末端的速度。
本发明的一个有利的实施例提出，所述控制装置在正常操作中被进一步设置成一旦行进命令将导致铰接式桅杆的末端的速度超过预定阈值，就降低各个驱动器相对于行进命令的速度默认值。
根据本发明的一个有利配置，提出了所述控制装置被设置成在正常操作中通过驱动器的驱动来将铰接式桅杆的末端的速度调节到小于或等于预定阈值的值。
在一个可能的配置中，所述控制装置相对于行进命令以相同的因数降低所有驱动器的速度，从而使铰接式桅杆的末端的速度总是小于或等于由铰接接头的传感器检测的枢转角产生的预定阈值，即独立于瞬时桅杆位置。
在进一步优选的配置中，所述控制装置被设计成从操作信号导出行进命令，即各个驱动器的目标速度，所述操作信号指定铰接式桅杆的末端的目标运动。这可以结合铰接式桅杆的所谓笛卡尔或圆柱控制看出，在这种控制中，操作者借助于遥控器不指定各个驱动器的行进速度，而是直接控制所述桅杆末端的运动。根据该操作信号，根据本发明的大型机械手的控制装置可以导出和调节各个驱动器的目标速度，并在此自动地确保在所有桅杆位置都符合桅杆运动的速度限制。根据本发明，在正常操作中，相对于现有技术，在这种笛卡尔或圆柱控制中允许各个驱动器的更高速度。如果桅杆发现自身处于所谓的独特位置附近，这是特别有利的，在所述独特位置处，需要各个驱动器的更高速度以精确实现桅杆末端的运动限定。例如，如果桅杆末端的运动由用户预定，则在完全伸展的桅杆中就是这种情况，其中桅杆末端到转台的水平距离应减小而同时维持桅杆末端的高度。因此，本发明可以在该独特位置附近利用笛卡尔或圆柱桅杆控制实现系统性能的显著改善。
一个优选的实施例提出，所述控制装置被设置成确定所述铰接式桅杆的动能并限制桅杆速度，使得铰接式桅杆的最大动能在其运动中不被超过。通过这种措施，防止了在桅杆运动的突然加速或延迟中发生铰接式桅杆的机械过载。
为了避免铰接式桅杆的机械过载，所述控制装置还可以包括对速度的斜坡控制，如必要的话，结合减振。由此可以限制铰接式桅杆运动的加速或制动。
本发明使得可以在铰接式桅杆的各个铰接接头处允许更高的行进速度，使得相对于现有技术可以更好地利用法定的桅杆速度范围。对桅杆位置的传感器检测和从枢转角的推导的桅杆运动学特性，在此是调节驱动器的行进速度的基础，从而确保符合法定速度限制。同时，在大多数实际情况下，铰接式桅杆在正常操作中可以比现有技术的大型机械手显著更快地移位。在铰接式桅杆的展开和折叠中，相对于已知的系统产生了大的时间优势。
在根据本发明的方法中，在正常操作中，桅杆运动的速度根据桅杆传感器系统的瞬时输出信号而受到限制，其中，在紧急操作中，桅杆运动的速度受到限制，因为所述驱动器中的至少一个的行进速度被限制在固定的预定的最大值。也就是说，在根据本发明的方法中，在正常操作中，桅杆运动的速度受到限制，因为所述驱动器中的至少一个的行进速度根据桅杆传感器系统的瞬时输出信号被限制在可变最大值，其中，在紧急操作中，桅杆运动的速度受到限制，因为所述驱动器中的至少一个的行进速度被限制在固定的预定的最大值。
附图说明
由于以下描述以及基于图示，本发明的进一步的特征、细节和优点得以产生。本发明的示例性实施例在下面的图示中纯粹示意性地示出，并且在下面进一步描述。在附图中，相应的主题或元件具有相同的附图标记。附图示出了：
图1是根据本发明的大型机械手，其带有配置的铰接式桅杆，
图2a是控制阀，
图2b是带有手柄的控制阀，
图3是带有电气紧急控制器的控制阀。
具体实施方式
根据图1的图示示意性地示出了配置为卡车式混凝土泵的大型机械手1，其带有底盘2，在所述底盘2上布置有借助于液压旋转驱动器6可围绕大型机械手1的竖直轴线16旋转的转台3。整体用附图标记4表示的铰接式桅杆4铰接在转台3上，在所示的示例性实施例中，所述桅杆包括四个桅杆段5a、5b、5c和5d。第一桅杆段5a经由接头围绕水平轴线枢转地可移动地布置在转台3上。枢转运动通过枢转驱动器6a实现。剩余的桅杆段5b、5c和5d经由铰接接头围绕彼此平行的水平轴线与相应的连接的桅杆段5a、5b、5c、5d可枢转移动地连接。枢转运动同样分别地影响枢转驱动器6a、6b、6c、6d。枢转驱动器6a、6b、6c、6d各自包括一个(或多个)液压缸，其经由比例工作控制阀8(图2a、2b、3)驱动。这些又由用于桅杆运动的电子控制装置7(图3)控制。
根据本发明的大型机械手1包括桅杆传感器系统(例如用于接头的角度传感器、用于检测各个液压缸的活塞位置的路径传感器、或大地倾角传感器)。借助于桅杆传感器系统，例如检测铰接接头的枢转角
Figure GDA0002686670800000091
和
Figure GDA0002686670800000092
其中，控制装置7(图3)在正常操作中通过液压缸的控制阀8(图2a、2b、3)的相应驱动根据铰接接头的瞬时枢转角
Figure GDA0002686670800000093
和
Figure GDA0002686670800000094
控制桅杆运动的速度。设置在正常操作中驱动驱动器6、6a、6b、6c、6d的控制装置7(图3)，以控制铰接式桅杆4的桅杆运动。为此，在正常操作中，经由桅杆传感器系统检测铰接式桅杆4的至少一个点的位置或至少一个铰接接头的枢转角
Figure GDA0002686670800000095
在正常操作中，根据桅杆传感器系统的瞬时输出信号，通过控制装置7(图3)限制桅杆运动的速度。这特别发生在驱动器6、6a、6b、6c、6d中的至少一个的行进速度根据桅杆传感器系统的瞬时输出信号被限制在可变最大值。在紧急操作中，例如在桅杆传感器系统或其它电子部件发生故障时，驱动器6、6a、6b、6c、6d是可手动控制的。为紧急操作提供至少一个限制装置11、12、13、14(图2a、2b、3)，这意味着将驱动器6、6a、6b、6c、6d中的至少一个的行进速度限制在固定的预定的最大值。
对于各个驱动器6、6a、6b、6c、6d的固定的预定的该最大值被配置成使得即使在所有驱动器6、6a、6b、6c、6d的同时行进中，也不超过桅杆运动的最大允许速度。如果在紧急操作中，不可能同时操作多个驱动器6、6a、6b、6c、6d，则可以设计限制装置，使得在所选择的驱动器6、6a、6b、6c、6d的行进中，不超过桅杆运动的允许速度。
图2a示意性地示出了与液压工作管路9b、10b连接以驱动驱动器6、6a、6b、6c、6d(图1)的控制阀8。驱动器6、6a、6b、6c、6d(图1)中的每一个都分配有其自己的控制阀8。经由液压工作管路9a、10a，控制阀8与液压泵(未示出)连接，所述液压泵为铰接式桅杆的行进提供液压压力或必要的液压流体体积。驱动器6、6a、6b、6c、6d(图1)通过控制阀8经由液压工作管路9b、10b被供给液压压力，从而驱动器6a、6b、6c、6d(图1)使桅杆段5a、5b、5c、5d(图1)经由铰接接头彼此相对枢转，或者驱动器6导致铰接式桅杆4的枢转运动。在正常操作中，控制阀8经由控制装置7(图3)驱动，以便借助于阀活塞控制装置18a经由阀活塞18的驱动来实现铰接式桅杆4的桅杆运动。如图3所示，控制阀8的电子驱动可以经由可变电压信号发生，但也可以例如经由电子数字信号发生。控制装置7(图3)限制桅杆段5a、5b、5c、5d(图1)在铰接接头中或在转台3中的运动，使得桅杆运动的速度根据桅杆传感器系统的瞬时输出信号受到限制。这特别发生在驱动器6、6a、6b、6c、6d(图1)的行进速度根据桅杆传感器系统的瞬时输出信号被限制在可变最大值。以这种方式，控制装置7(图3)可以限制桅杆运动的速度，从而不会超过预定的桅杆速度。
根据图2a，实施为比例阀的控制阀8的阀活塞18包括由两个竖直箭头指示的行进路径S。为了将驱动器6、6a、6b、6c、6d(图1)的行进速度限制在固定的预定的最大值，在紧急操作中，提供了调节路径S的机械限制。该机械限制如图2b所示。在紧急操作中，手柄11安装在托座17上。然后，在紧急操作中，该手柄11能够在两个止动件12、13之间移位，其中，止动件12、13机械地限制移位。这在图2b中通过在两个停止位置中以虚线表示的手柄11指示。通过手柄11的移位，驱动器6、6a、6b、6c、6d(图1)在紧急操作中可经由控制阀8手动控制。如图2a所示，在正常操作中，未装配的手柄不接触止动件12、13，因此控制阀8的行进路径S在此不受机械限制。因此，在正常操作中，在控制阀8处的移位可经整个活塞行程。因此，通过控制装置7(图3)经由电子或液压阀活塞致动装置18a发生控制阀8的阀活塞18的不受损驱动，以在正常操作中调节桅杆段5a、5b、5c、5d(图1)。在正常操作中，托座17可枢转大约80度，这通过虚线轮廓表示，而在紧急操作中，该限制在开槽连杆上通过止动件12、13允许手柄11的约40度枢转角。在紧急操作中，电子或液压阀活塞致动装置18a停止工作。在紧急操作中，用于驱动器6、6a、6b、6c、6d的仅一个控制阀8例如可以用单个手柄驱动，从而多个驱动器6、6a、6b、6c的同时行进是不可能的。在这种情况下，该限制被设计成使得在一驱动器6、6a、6b、6c、6d的驱动中，最大允许的桅杆运动速度是不可能的。
所示的控制阀8可以是4/3向比例阀，通过所述比例阀直接驱动液压缸。控制阀8也可以被配置为用于驱动4/3向比例阀的先导阀或继动阀。
图3示出了配置为比例阀的控制阀8。阀活塞18的行进路径S由两个竖直箭头表示。经由电气阀活塞致动装置18a进行阀活塞18在行进路径S上的调节。该阀活塞致动装置18a在正常操作中经由控制装置7驱动，所述装置借助于遥控器20和接收器21接收来自大型机械手1(图1)的用户的行进命令。在紧急操作中，提供了用于电子限制行进路径S的装置。因此，驱动器6、6a、6b、6c、6d(图1)的行进速度可以限制在固定的预定的最大值。在所示的示例性实施例中，通过在紧急操作中使用的紧急控制器14提供电子限制。紧急控制器14使用于驱动阀活塞致动装置18a的电压相对于在正常操作中通过控制装置7提供的电压降低。通过紧急控制器14的降低的电压，控制阀的行进路径S在紧急操作中受到限制，从而驱动器6、6a、6b、6c、6d的行进速度被限制在固定的预定的最大值。在正常操作中，控制装置7使-9V与+9V之间的电压可用于驱动控制阀8，以使阀活塞18可以通过阀活塞致动装置18a在整个活塞路径上移位。提供了转换开关19，用于在正常操作与紧急操作之间切换。该转换开关19的驱动导致铰接式桅杆4(图1)能够在紧急操作中经由电气紧急控制器移位。为此，紧急控制器14提供例如+4V和-4V的固定设置的降低的电压，用于经由阀活塞致动装置18a驱动控制阀8，从而相应地缩短了控制阀8的行进路径。然而，用于驱动控制阀8的紧急控制器的电压也可从-4V到+4V调节。这样，可以确保驱动器6、6a、6b、6c、6d(图1)的行进速度在紧急操作中被限制在固定的预定的最大值。所示的控制阀8可以涉及4/3向比例阀，通过所述比例阀直接驱动液压缸。然而，控制阀8也可以被配置为用于驱动4/3向比例阀的先导阀或继动阀。
如果多个控制阀8或驱动器6、6a、6b、6c、6d可以经由紧急控制器14同时控制，则该限制可以例如被配置成使得在驱动器6、6a、6b、6c、6d中的多个驱动器的同时行进运动中，不超过桅杆运动的最大允许速度。
以下是对在正常操作中基于大型机械手的铰接式桅杆的桅杆控制的算法的一个示例性实施例的详细说明，所述铰接式桅杆包括任意数量的N个接头，并且锚固到带有转台3的底盘2上的固定点。图1代表性地示出了带有铰接式桅杆4的卡车式混凝土泵1的情况，所述铰接式桅杆4包括N＝4个接头。忽略各个桅杆段5a、5b、5c、5d的弹性变形，从而这些桅杆段被认为是刚体。为了确定铰接式桅杆4的端点EP的速度，所述端点EP对应于下面的桅杆末端15，需要对系统的运动学进行描述。系统的自由度是i＝1，…，N的刚体角
Figure GDA0002686670800000111
以及转台3围绕其竖直旋转轴线的旋转角θ。系统的绝对运动在惯性坐标系00x0y0z0中描述，即在相对于底盘2固定的坐标系中描述。用0dxdydzd表示相对于惯性坐标系旋转了旋转角θ的坐标系。此外，为每个桅杆段5a、5b、5c、5d定义局部坐标系0ixiyizi，该局部坐标系的xi轴沿着相应的桅杆段5a、5b、5c、5d的纵向轴线延伸。由于桅杆段通常具有弯曲，对于i≥2，在开始时，其纵向轴线不与相应的接头轴线相交。因此，每个局部坐标系的原点设置在纵向轴线与延伸通过接头轴线的正交直线的交点处。接头轴线与局部坐标系的原点之间的间距用Di表示，i＝2，…，N。
局部坐标系与惯性坐标系之间的运动关系可以用旋转矩阵和平移矢量表示。在局部坐标系i(由下标表征)中描述的第i个桅杆段
Figure GDA0002686670800000121
的纵轴上的点的惯性坐标通过
Figure GDA0002686670800000122
指定。
矩阵
Figure GDA0002686670800000123
描述了局部坐标系0ixiyizi相对于惯性坐标系00x0y0z0的旋转，其中，
Figure GDA0002686670800000124
Figure GDA0002686670800000125
且
Figure GDA0002686670800000126
，其中j＝2，…，N。局部坐标系0ixiyizi与惯性坐标系00x0y0z0之间的平移移位di 0通过
Figure GDA0002686670800000127
限定。
其中j＝2，...，N，其中di 0＝[0，0，0]T，且
Figure GDA0002686670800000128
。这里，Lj指的是第j个桅杆段的长度。
因此，第N个桅杆段的端点EP的惯性坐标可以借助自由度矢量
Figure GDA0002686670800000129
通过
Figure GDA00026866708000001210
表示为N个接头和转台3的位置的函数。在各个坐标轴的方向上的端点EP的速度通过时间的微分得到：
Figure GDA0002686670800000131
通过所采用的液压系统，结合控制装置，使大型机械手的操作者根据本发明可对各个液压缸6a、6b、6c、6d的和旋转驱动器6的行进速度进行比例控制。基于液压缸6a、6b、6c、6d的目标速度，可以通过接头运动学的平移的知识来确定所得到的接头角速度。缸6a、6b、6c、6d的活塞位置sz，i通常可以表示为对应的接头角
Figure GDA0002686670800000132
的非线性函数，
Figure GDA0002686670800000133
在速度级，以下关系式适用
Figure GDA0002686670800000134
，其中，从预定的活塞速度
Figure GDA0002686670800000135
可以确定得到的接头角速度。此外，利用这种关系，可以从预定的接头角速度逆向计算相应的活塞速度。因此，对于用户来说，可以对接头角速度进行均匀的比例控制。这对于用户来说是特别有利的，因为由此补偿了接头运动学的通常不可避免的非线性。矢量
Figure GDA0002686670800000136
因此代表用户输入，即本发明上下文中的行进命令，所述行进命令指定驱动器的目标速度，或直接指定接头的目标速度。使用合适的桅杆传感器系统是检测接头位置或自由度q所必需的。
桅杆末端EP的绝对速度由下式限定
Figure GDA0002686670800000137
如果所述绝对速度超过最大允许速度vEP max，则驱动器6、6a、6b、6c、6d的所有速度将通过控制装置相对于通过行进命令预定的目标速度均匀地、即以相同的因数降低。因此，求取矢量
Figure GDA0002686670800000138
为此适用
Figure GDA0002686670800000139
。通过要求同时降低速度，该问题可以清楚地解决和简化，以确定一个因数
Figure GDA00026866708000001310
其中，
Figure GDA00026866708000001311
因此适用
Figure GDA00026866708000001312
，其中关系式如下
Figure GDA0002686670800000141
。最后，修改的行进命令
Figure GDA0002686670800000142
的结果，即相对于用户侧的限定
Figure GDA0002686670800000143
降低的速度为
Figure GDA0002686670800000144
所述控制装置根据该修改的行进命令驱动旋转驱动器6和液压缸6a、6b、6c、6d，并限制其运动速度，以使桅杆末端EP的移动速度永远不会快于法律允许的速度。同时，在法律范围内，在任何期望的桅杆位置，行进速度都可以达到最大速度，由此相对于现有技术，可以在铰接式桅杆4的展开和折叠中节省相当多的时间，而且还可以节省桅杆在工作位置之间的移位的时间。
简而言之，本发明涉及一种大型机械手1，特别是一种卡车式混凝土泵，其带有：可借助于旋转驱动器围绕竖直轴线旋转的转台3，该转台布置在底盘2上；铰接式桅杆4，其包括两个或两个以上桅杆段5a、5b、5c、5d，其中，所述桅杆段5a、5b、5c、5d分别借助于一个驱动器(6、6a、6b、6c、6d)经由铰接接头与相应的相邻转台3或桅杆段5a、5b、5c、5d枢转地可移动地连接；带有在正常操作中驱动驱动器6、6a、6b、6c、6d的控制装置7，以用于桅杆运动；以及用于检测所述铰接式桅杆4的至少一个点或至少一个铰接接头的枢转角
Figure GDA0002686670800000145
的状况的桅杆传感器系统。本发明的目的是能够在最短的时间内将铰接式桅杆从完全折叠状态带到其期望的工作位置。同样，在桅杆传感器系统发生故障的情况下，也应确保驱动器的行进速度符合法律标准。为此，本发明提出，控制装置7被配置成能够限制桅杆运动的速度，其中桅杆速度根据桅杆传感器系统的瞬时输出信号被限制在最大值，其中，驱动器6、6a、6b、6c、6d在紧急操作中可以手动控制，其中，提供了至少一个限制装置11、12、13、14，其在紧急操作中将驱动器6、6a、6b、6c、6d中的至少一个的行进速度限制在固定的指定的最大值。本发明还涉及一种用于控制大型机械手的铰接式桅杆的运动的方法。
附图标记列表
1 大型机械手
2 底盘
3 转台
4 铰接式桅杆
5 5a、5b、5c、5d 桅杆段
6 6a、6b、6c、6d 驱动器
7 控制装置
8 控制阀
9 9a、9b 液压工作管路
10 10a、10b 液压工作管路
11 手柄
12 止动件
13 止动件
14 电气紧急控制器
15 桅杆末端
16 竖直轴线
17 手柄的托座
18 阀活塞
18a 阀活塞驱动装置
19 转换开关
20 遥控器
21 接收器

Claims (18)

1.一种大型机械手(1)，其具有：转台(3)，其能够借助于旋转驱动器(6)围绕竖直轴线旋转，所述转台布置在底盘(2)上；铰接式桅杆(4)，其包括两个或两个以上桅杆段(5a，5b，5c，5d)，其中，所述桅杆段(5a，5b，5c，5d)分别借助于一个驱动器(6a，6b，6c，6d)经由铰接接头与相应的相邻转台(3)或桅杆段(5a，5b，5c，5d)可枢转地、可移动地连接；控制装置(7)，其在正常操作中驱动所述旋转驱动器(6)和所述驱动器(6a，6b，6c，6d)以用于桅杆运动；和桅杆传感器系统，其用于检测所述铰接式桅杆(4)的至少一个点的位置或至少一个铰接接头的枢转角
Figure FDA0002828890510000011
其特征在于，
所述控制装置(7)被配置成能够根据桅杆传感器系统的瞬时输出信号限制桅杆运动的速度，其中，所述旋转驱动器(6)和所述驱动器(6a，6b，6c，6d)在紧急操作中能够手动控制，其中，提供了至少一个限制装置(11，12，13，14)，所述限制装置在紧急操作中将所述旋转驱动器(6)和所述驱动器(6a，6b，6c，6d)中的至少一个的行进速度限制在固定的预定的最大值。
2.根据权利要求1所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述大型机械手(1)具有控制阀(8)，所述控制阀(8)连接到所述旋转驱动器(6)和所述驱动器(6a，6b，6c，6d)的液压工作管路(9b，10b)，以用于驱动，其中，在正常操作中，所述控制阀(8)经由控制装置(7)驱动，所述控制装置(7)限制桅杆段(5a，5b，5c，5d)的调节，使得不超过预定的行进速度。
3.根据权利要求2所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述控制阀(8)是比例阀并具有行进路径(S)，并且所述限制装置(11，12，13，14)提供对所述行进路径(S)的限制。
4.根据权利要求3所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述限制装置(11，12，13)提供对所述行进路径(S)的机械限制。
5.根据权利要求4所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述机械限制通过能够在紧急操作中调节的手柄(11)确保，其中，所述手柄(11)能够在两个止动件(12，13)之间调节，所述止动件(12，13)机械地限制所述调节。
6.根据权利要求3所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述限制装置(14)提供对所述行进路径(S)的电子限制。
7.根据权利要求6所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述电子限制由在紧急操作中使用的电气紧急控制器(14)确保，其中，所述紧急控制器(14)提供用于驱动所述控制阀(8)的电压，所述电压与在正常操作中由控制装置(7)提供的电压相比降低。
8.根据权利要求7所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述紧急控制器(14)的降低的电压缩短了所述控制阀(8)的行进路径(S)。
9.根据权利要求2或3所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述限制装置被配置为与所述控制阀(8)并联连接的紧急阀。
10.根据权利要求9所述的大型机械手(1)，其特征在于，用于在紧急操作中的控制的所述紧急阀包括可致动的手柄。
11.根据权利要求9所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述紧急阀提供对流率的限制。
12.根据权利要求9所述的大型机械手(1)，其特征在于，提供了与所述控制阀(8)和/或所述紧急阀并联连接的另一个快速行进阀，所述快速行进阀可用于桅杆段(5a，5b，5c，5d)的快速调节。
13.根据权利要求1所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述限制装置提供在液压工作管路(9a，10a)处由液压泵提供的液压压力的集中限制。
14.根据权利要求1所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述限制装置提供在液压工作管路(9a，10a)处由液压泵提供的液压流体体积的集中限制。
15.根据权利要求1所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述限制装置被配置为压力平衡器，所述压力平衡器在紧急操作中被设置成：使得在液压工作管路(9a，10a)上由液压泵提供的液压压力相对于正常操作中设置的液压压力降低。
16.根据权利要求1所述的大型机械手(1)，其特征在于，所述大型机械手(1)是卡车式混凝土泵。
17.一种用于控制大型机械手(1)的铰接式桅杆(4)的运动的方法，其中，所述铰接式桅杆(4)包括两个或两个以上桅杆段(5a，5b，5c，5d)，所述桅杆段(5a，5b，5c，5d)分别借助于一个驱动器(6a，6b，6c，6d)经由铰接接头与相应的相邻转台(3)或桅杆段可枢转地、可移动地连接，所述转台(3)能够借助于旋转驱动器(6)围绕竖直轴线旋转，其中，通过传感器检测所述铰接式桅杆(4)的至少一个铰接接头的枢转角
Figure FDA0002828890510000031
Figure FDA0002828890510000032
或所述铰接式桅杆(4)的至少一个点的位置，
其特征在于，
在正常操作中，根据桅杆传感器系统的瞬时输出信号来限制桅杆运动的速度，其中，在紧急操作中，通过使所述旋转驱动器(6)和所述驱动器(6a，6b，6c，6d)中的至少一个的行进速度被限制在固定的预定的最大值来限制桅杆运动的速度。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述大型机械手(1)是卡车式混凝土泵。
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