CN116199127A - 具有灵活的重新规划功能-障碍物的轨迹规划 - Google Patents

Abstract

为了提出一种相对于现有技术改进的、用于控制使重物(8)沿第一运动方向(X)和沿第二运动方向(Y)在起重设备(1)的规定的作业区域(15)内部从起点(A)运动至终点(E)的起重设备(1)的方法，为所述第一运动方向(X)和为所述第二运动方向(Y)规划独立运动(TE_X、TE_Y)，借助所述独立运动使重物(8)在避免与发生变化的或者重新规定的障碍物(11)碰撞的情况下继续运动。

Description

具有灵活的重新规划功能-障碍物的轨迹规划

技术领域

本发明涉及一种用于控制起重设备的方法，所述起重设备使重物沿着第一运动方向和沿着第二运动方向在起重设备的规定的作业区域内部根据规定的轨迹从起点运动到终点。

背景技术

规划合适的轨迹在各种技术应用中通常构成运行与问题解决方案的重要组成部分。轨迹在此可理解为物体沿着轨道曲线、路径或者路线运动的时间曲线，这在刚性体的情况下例如能够通过其重心的位置曲线来描述。在控制技术中通常被作为待控制的(技术)系统的状态变量或者说初始变量的时间(额定)曲线使用的概念“轨迹”虽然与所述定义有所不同，但并不与之构成矛盾。如果技术问题一方面要求对物质体的运动进行规划，但是一方面同样也要求实施所规划的运动，例如通过适当的调节或者控制为此目的而设有的驱动元件，则“轨迹”这一概念的所述各种含义是一致的，在大量应用中并且因此在以下阐述内容的范围内也是这种情况。

对应于以上阐述内容的轨迹规划构成车辆、例如轿车亦或卡车自动化中的一项基础性的子任务。在此，借助基于地图或者传感器的数据，在许多情况下首先规划主要描述车辆在道路上的运动的轨迹并且然后作为额定变量通过调节/控制车辆来实施。在实施这种处理方法的情况下，除了舒适性方面外，通常轨迹的可实现性和无碰撞性也是重要标准。

轨迹规划这一议题具有重要意义的另一领域是运输物流领域。尤其是为了提高物流过程的经济性，在该领域中要求快速的重物转运。尤其是由此产生对货船的快速装卸过程、以及对被用于装卸的起重设备的相应快速运动过程的要求。这种起重设备也越来越多地自动化地运行，其中，对快速运动过程的要求直接反映到要在(自动化)运行中实施的轨迹上。

起重设备有不同的实施方式，与此相应地，各实施方式在不同的应用领域中使用。因此，有主要用于地上工程和地下工程的塔式起重机，亦或例如用于安装风力设备的运动式起重机。此外，将桥式起重机例如作为室内起重机在工厂车间内使用，或者将龙门起重机例如用于在用于联运式重物转运的转运点处操纵运输集装箱。在此，待运输的重物主要存放在标准化集装箱、即所谓的ISO集装箱中，所述标准化集装箱同等地适合于公路、铁路、水路运输方式。待由起重设备运输的物体、例如集装箱与其中包含的重物的复合体，下面尤其是简称为“重物”。

尤其是龙门起重机的结构和工作原理是众所周知的并且例如在US 2007/0289931A1中根据“船对岸起重机”(STS起重机：Ship-to-Shore-Kran)进行了描述。龙门起重机具有承载结构或者说龙门架，在该龙门架上设置有吊杆。在此，所述具有轮子的龙门架例如可运动地设置在轨道上并且能够在一个方向上运动。吊杆固定地与龙门架相连接并且通常具有能够沿着吊杆运动的吊车。为了接纳重物、例如ISO集装箱，吊车通常借助四根缆索与重物接纳元件、即所谓的吊具(Spreader)相连接。为了接纳并且为了操纵集装箱，能够借助缆索绞车提升或者降低吊具。所述吊具也能够匹配于不同尺寸的集装箱。

典型地，起重机由起重机操作员操作，起重机操作员通常从控制室中控制起重机的运动。这种类型的控制室能够设置在龙门架上或者设置在可运动的吊车上。为了精准地并且无碰撞地操纵重物，在此对起重机操作员提出了很高的要求，因此，通常需要至少一年的培训或者说学习期。尤其是重物的具有小的摆动的快速运动构成高度复杂的工作，因此，为了成功地进行起重机操作员的工作，附加地大多要求多年的实践经验。起重机操作员的工作通常由于高度的身体重物、尤其是基于所要求的高度集中注意力加上长时间坐着以及目光向下倾斜而变得更加困难。尤其是出于这些原因，自动化技术的公开目标在于，使起重设备的复杂的操纵过程至少部分自动化并且因而对于起重机操作员而言得到简化。在此，与起重设备的自动化运行密不可分地相关联的是，规划可由起重设备在自动化运行中实施的合适轨迹。

在此，迄今很少受到关注、但却变得越来越重要的问题涉及对已有轨迹的重新规划。对于实践具有重要意义、在其中对轨迹重新规划的要求越来越多地出现的例子是已提及的STS(“Ship-to-Shore”)起重机。如已提及的那样，STS起重机的首要目的在于，将集装箱从货船装载到卡车(LKW)上或者装载到所谓的“自动引导车(Automated GuidedVehicles)”上，以便进一步运输。在此，经常出现如下情况，即卡车尚未到达起重设备或者起重机可达到的区域内，但是出于效率的原因，重物的运动必须已经开始。出于显而易见的原因，卡车的用于接纳重物的实际位置在其到达之后才能够被检测到并且随后被考虑到。然而，为了能够在卡车到达之前就开始运动集装箱或者重物，在这种情况下必要的是，首先为了规划第一轨迹假定合适的目标位置并且使所述假定的目标位置稍后在重新规划范畴内匹配于真正的目标位置。

这同样适用于在重物运动期间重物必须避开的障碍物。在此，障碍物可以是其它的船、例如在船上或者陆地上的集装箱堆垛、或者其它障碍物。就此而言，出于效率的原因可能有利的是，例如尚在知晓障碍物的尺寸之前就已经开始运动集装箱或者说重物。也可能障碍物在重物运动期间才会出现。在这种情况下必要的是，同样首先做出假设，尤其是在要考虑的障碍物的数量和形状方面做出假设。基于这些假设能够规划第一轨迹，所述第一轨迹可在稍后的重新规划的范畴中匹配于实际的障碍物。也就是说，根据发生变化的障碍物重新规划轨迹是必要的。

尽管用于起重设备的轨迹规划这一议题在现有技术中已有讨论，但是在轨迹重新规划方面的问题、尤其是基于发生变化的障碍物的问题，迄今在相关文献中几乎未被提及。

因此，EP 3461783 B1描述了用于通过起重设备移动重物的轨迹的确定。为此，一方面计算几何轨道，另一方面计算动态轨道，将二者在一个另外的步骤中相结合以用于生成轨迹。这种方法的缺点在于与之相关联的大量计算耗费。因此，在起重设备运行期间(具有实时能力的)重新规划仅具备有限可行性。

与此相对地，CN 111170153 A描述了一种用于基于采用测量技术检测到的障碍物对已有轨迹进行重新规划的方法。在此，所需的测量技术方面的前提条件对于这种方法的实施构成了极大的困难。此外，CN 111170153A未描述如何才能够考虑到在运行期间发生改变的障碍物并且此外对于所描述的方法的实时能力未做任何说明。

除此之外，已知的现有技术显示出大量另外的缺点，例如通常存在如下必要性，即不允许由于重新规划而沿着规定的运动方向发生方向变化。另一个重要的点在于轨迹重新规划方案的实时能力。由于所描述的重新规划通常必须在起重设备运行的期间进行，因此，不允许与重新规划相关联的计算耗费影响起重设备的运行。这一方面在现有技术中也未被考虑到。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提出一种对于用于起重设备的轨迹重新规划的改进方法，所述方法能够在考虑到障碍物发生变化的情况下实现对重物所沿运动轨迹的高效的重新规划。

该任务通过本发明解决。在此从起重设备出发，所述起重设备使重物沿着第一运动方向和沿着第二运动方向在起重设备的规定的作业范围内根据规定的轨迹从起点运动到终点。

根据本发明，在重物运动期间，在指令时刻为所述起重设备规定对于重物的运动而言是新的、设置于在指令时刻被重物所占据的位置和终点之间的障碍物和/或将设置于在指令时刻被重物所占据的位置和终点之间的现有障碍物更改为用于重物运动的新的障碍物，其中，在考虑到起重设备的规定的运动学限制的情况下，为第一运动方向和第二运动方向分别规划至少一个独立运动，所述独立运动规定重物从指令时刻起沿着相应的运动方向的进一步运动，其中，对于每个运动方向，至少一个独立运动在终点在相应的运动方向上的投影处终止，并且所规划的独立运动与规定的运动次序对应地实施，以使重物在不与障碍物碰撞的情况下沿着第一运动方向和沿着第二运动方向根据从所规划的独立运动的运动次序得到的重新规划轨迹继续运动。在此，通过规划独立运动使数值复杂性相比于从现有技术中已知的方法显著降低，使得高效且灵活的重新规划在起重设备运行期间也成为可能。

以一种有利的方式将所述为第一运动方向规划的独立运动和所述为第二运动方向规划的独立运动规划为彼此不相关的独立运动，从而不必考虑相互的依赖关系并且还能够进一步简化实际的重新规划任务。

在本发明的一种另外的有利的实施方式中，将重物的通过所规划的独立运动规定的位置曲线规定为在时间上至少四次连续可微的位置曲线。由此，能够根据该原理以显著的方式避免重物运动的振动。

在本发明的一种另外的有利的实施方式中，借助具有可规定的时间常数的过滤器对由独立运动规定的、用于产生在时间上至少四次连续可微性的位置曲线进行过滤。因而，能够以一种特别有利的方式确保，遵守起重设备的规定的运动学限制。在此，能够使过滤器的时间常数以有利的方式与起重设备的几何结构相关，以便能够实现与已有的起重设备的精准协调。

在本发明的一种另外的有利的实施方式中，为第二运动方向规划第二独立运动，以使重物围绕重新规定的和/或发生改变的障碍物运动。在此须注意，为了绕开障碍物而通常必要的是，将所述规划用于绕行的独立运动与沿着其它运动方向规划的其它独立运动相结合，也就是说将水平运动和竖向运动适当地相互结合。在此，可能必要的是，使新的独立运动与在可选的情况下已存在的、其它独立运动协调一致或者说相匹配。以所述方式，能够使重物绕开障碍物运动并且能够避免重物与规定的障碍物的碰撞。

在本发明的一种另外的有利的实施方式中，通过所述的运动次序规定，所规划的沿着第一运动方向的独立运动和沿着第二运动方向的的独立运动交替开始并且在可选的情况下重合实施，因而，一方面能够避开障碍物，另一方面能够在部分显著的程度上节省时间。

此外，根据本发明的方法允许在实施所规划的至少一个独立运动之前检查：可预期的重新规划轨迹是否会导致重物与在作业区域内规定的障碍物碰撞。在此，这种检查能够以有利的方式执行，其方式为：比较相应的独立运动到达从规定的障碍物推导出的关键点在相应运动方向上的投影的碰撞时刻，其中，为了确定相应的独立运动到达从规定的障碍物推导出的关键点在相应运动方向上的投影的各碰撞时刻，能够使用数值的寻根法。以这种方式，能够将在起重设备的作业区域内的障碍物纳入根据本发明的重新规划中，并且及时对可能的碰撞做出反应。在此应说明的是，通过根据本发明的处理方法，能够以特别高效的方式执行所描述的检查。

如果通过所描述的预先计算识别到可能的碰撞，则至少一个独立运动不执行，并且取而代之以沿着为之规划了所述不执行的至少一个独立运动的运动方向，至少在规定的最小制动时间的时长内执行规定的制动过程。因此，一方面能够以有利的方式避免碰撞，另一方面以所描述的方式实现一种新的初始状态，从这一新的初始状态出发，再次重新规划独立运动成为可能。

与前面的阐述内容相应地，能够以有利的方式为相应的运动方向规划新的独立运动来代替所述不执行的至少一个独立运动，其中，确定通过所述至少一个新的独立运动而可预期的重新规划轨迹并且检查，所述可预期的重新规划轨迹是否会导致重物与在作业区域内规定的障碍物的碰撞，并且如果未识别出任何碰撞，则实施所述新的独立运动，而如果识别出与障碍物的再次碰撞，则在至少一个另外的最小制动时间内继续进行规定的制动过程并且再次执行独立运动的重新规划以及检查通过所述重新规划的独立运动可预期的重新规划轨迹。通过这种方式，即使第一次重新规划导致发生碰撞，根据本发明的方法也能够在无碰撞的情况下继续进行，并且能够确保，在重物的整个运动期间不出现所运输的重物与障碍物碰撞的情况。

此外，为了辅助本发明，能够采用测量技术检测重物的位置，并且在执行独立运动的情况下参考对重物位置的测量。尤其是在采用控制技术实施所规划的独立运动的情况下，测量数据的使用通常是特别有利的。

此外，应指出的是，根据本发明的方法决不局限于在平面内的运动，并且根据本发明也能够规划在(三维)空间内的运动。在多于两个维度的情况下，本发明的特性甚至还具有更有利的效果。在此，可特别突出所规划的各独立运动的不相关性，尤其是因为彼此相关的三个坐标——相比于已颇具挑战性的二维情况——可能还会进一步提高在进行重新规划的情况下须克服的复杂性。

附图说明

下面参照图1至图6更详细地阐述本发明，所述各附图示例性地、示意性地并且非局限性地示出本发明的有利的构造方案。附图如下：

图1示出集装箱起重机的示意图，同时示出在集装箱起重机的作业区域内部的轨迹；

图2a示出在规定发生变化的障碍物的情况下根据本发明的方法的可能的过程；

图2b示出X方向上的独立运动；

图2c示出Y方向上的独立运动；

图2d示出Y方向上的一个另外的独立运动；

图3a示出对于一个运动方向的时间优化的独立运动；

图3b示出用于过滤属于同一个独立运动的位置曲线、速度曲线和加速度曲线的方框图；

图4示出在具有禁区的作业区域内部的轨迹和重新规划轨迹；

图5a示出在执行根据本发明的制动过程的情况下在X方向上的独立运动；

图5b示出在执行根据本发明的制动过程的情况下在Y方向上的独立运动；

图5c示出在执行根据本发明的制动过程的情况下产生的轨迹；

图6示出在两个障碍物的情况下用于避免碰撞的重新规划轨迹。

具体实施方式

图1示出示意性的、如用于在港口装卸船舶的集装箱起重机2形式的起重设备1。通常，集装箱起重机2具有承载结构3，该承载结构要么紧固地、要么可运动地设置在地面上。在可运动地设置的情况下，承载结构3例如能够在Z方向上可运动地设置在轨道上。由于在Z方向上的自由度，集装箱起重机2能够在位置方面灵活地使用。为了使承载结构3在Z方向上运动，例如能够在起重设备上设置有合适的位移装置，例如从动轮、滑车组、齿轮传动或者类似装置。承载结构3具有吊杆4，所述吊杆在特定的高度y_T上紧固地与承载结构3相连接。

在该吊杆4上通常设置有运行元件5，该运行元件能够在吊杆4的纵向方向上、在示例中即在X方向上运动。与此相应地，运行元件5能够借助辊支承在引导装置中。为运行元件5设有未示出的运行元件驱动装置，以使运行元件5在X方向上运动。运行元件驱动装置能够设置在运行元件5自身上，但也能够设置在吊杆4上或者承载结构3上。运行元件5通常借助保持元件6与用于接纳重物8的重物接纳元件相连接。在集装箱起重机2的情况下，重物8通常是集装箱9，在大多数情况下是长度为20、40或者45英尺、宽度为8英尺和高度为8英尺6英寸的ISO集装箱。

保持元件6通常设计为缆索，其中，在大多数情况下在运行元件5上设置有四个保持元件6，但是也能够设置更多的或者更少的保持元件6，在极简单的情况下也能够仅设有一个唯一的保持元件6。为了接纳重物8、例如集装箱9，在运行元件5和重物接纳元件7之间的间距能够通过提升驱动装置(未示出)调节，因此，在图1中即在Y方向上调节。如果保持元件6设计为缆索，则提升高度通常借助一个或者借助多个缆索绞车调节。起重设备1使重物8能够在其中运动的区域在此被称为作业区域15。根据起重设备1的尺寸和结构设计，作业区域15可能不同。

在图1中示出的情况下，目标是将重物8从起点A运动到终点E。在装船的情况下，起点A例如可以是集装箱9在陆地上的位置，例如在卡车挂车、有轨车厢或者堆场上，而终点E则例如可以是集装箱9在船舶上的规定的位置。在此，能够以一种有利的方式将作业区域15限定在一个平面内亦或限定在整个运动空间内，并且能够检查，规定的起点A以及规定的终点E是否处于作业区域15内部并且因此重物8从起点A至终点E的连续运动是否可行。

为了将重物8沿着轨迹T从起点A运动到终点E，起重设备1包括具有计算单元12的起重机控制装置16，其形式例如为呈合适的硬件和/或软件形式的电子控制单元，借助所述电子控制单元能够控制重物8沿着相应的运动方向X、Y、Z的运动。例如，如果起点A和/或终点E由使用者手动限定，则能够经由合适的接口将起点A和/或终点E传输至计算单元12。起点A和/或终点E也能够在计算单元12中确定。计算单元12的可行的实现方式尤其是通过基于微处理器的硬件、微控制器和集成电路(ASIC、FPGA)而存在。为了控制和/或调节重物8的运动，起重机控制装置16与为此目的而设有的驱动装置、例如运行元件驱动装置或者缆索绞车通信，并且通常这样设计，使其能够采用测量技术检测运行元件5的当前位置、重物接纳元件7的位置并且在可选的情况下也检测承载结构3的位置。

在这个意义上，在图1中示出的情况下，设置在重物接纳元件7的朝向吊杆4的上侧面上的中心点P_Z在X-Y平面E_XY中的坐标能够根据重物接纳元件7的坐标x_L和y_L检测到，但也能检测运行元件5在X方向上以及在Y方向上的坐标x_T和y_T。在此，中心点P_Z能够被用于描述重物8的位置，并且因此也能够被理解为重物位置。此外，运行元件在Y方向上的位置y_T通常由承载结构3的或者说悬臂4的结构高度确定并且因此是恒定的。坐标与给定的坐标系相关。在重物8在Z方向上运动的情况下，即起重设备1的承载结构3在Z方向上运动的情况下，同样地可能检测到在Z方向上重物接纳元件7的位置z_L和运行元件5的位置z_T。

此外，图1示出设置在起点A和终点E之间的障碍物11。在此，障碍物11可以是其它的船、集装箱9堆垛或者其它障碍物11。所述障碍物11导致，在起点A和终点E之间的直接连接、即直线形式的轨迹T是不可行的。为了避免碰撞或者确保足够的安全间距，重物8必须在其运动期间避开规定的障碍物11。以一种有利的方式，障碍物11能够通过所谓的禁区V_i被纳入考虑范围(角标i≥1在此指的是V_i的数量)，其中，禁区V_i包封障碍物11。因此，禁区V_i也可能明显大于它所包围的障碍物11。禁区例如能够由使用者例如经由合适的接口在计算单元12中手动地限定或者自动地由计算单元12确定。为此，例如能够使用合适的激光扫描方法，所述激光扫描方法扫描起重设备1的作业区域15并且在此识别出障碍物11，进行测量并且将测定的数据转发至计算单元12。这种方法在现有技术中已知。

通常要求重物8运动所沿的轨迹T实现将重物8从起点A快速转移到终点E上。如开头所述的那样，在这种转移期间可能出于多种原因而必要的是，使规定的轨迹T适应在重物8运动期间在起重设备1的区域内本身已发生变化的情况，即重新规划轨迹T。这一问题通过根据本发明的方法解决。在图2a至图2d中具体示出，如何能够在考虑到发生改变的或者重新规定的障碍物11n的情况下利用根据本发明的方法重新规划轨迹T。

在此，在时间轴t上了绘制了在使用根据本发明的方法的情况下在通过起重设备1沿着第一运动方向和沿着第二运动方向、在这里即沿着运动方向X和Y使重物8运动期间可能出现的三种情况。在图2a中示出的情况下，重物8的运动在时刻t_A从起点A开始。在此，重物8的位置等同于此前提及的中心点P_Z并且因此同样地用P_Z标记。重物8沿着在图2a中虚线示出的、规定的轨迹T的运动在时刻t_A开始，其中，重物8的位置P_Z和起点A首先相互重合。为了规划轨迹T已假设有障碍物11a，从该障碍物推导出了禁区V_1a。

此时，在下面也被称为指令时刻t_K的时刻t_K规定新的障碍物11n来代替先前的障碍物11a。在此，指令时刻t_K能够由操作者、如起重机操作员规定并且因而在极大程度上可自由选择。但是，指令时刻t_K也能够在计算单元12内部生成。针对障碍物11的反复改变也可以设想相继连续的多个指令时刻t_K。在指令时刻t_K，重物8处于位置P_Z(t_K)上。根据本发明，在规定新的障碍物11n后立即开始重新规划重物8的运动。相应于前述的实施方案，这通过在指令时刻t_K被重物8占据的位置P_Z(t_K)和终点E投影到运动方向X、Y上以及通过从所述新的障碍物11n推导出的关键点S_1n、S_2n投影到运动方向X、Y上而实现。优选地，关键点S_1n、S_2n如示出的那样是禁区V_1n的角点。当然，对于禁区V_1a同样能够指定关键点S_1a、S_2a。如下面示出的那样，关键点如S_1n、S_2n尤其是在规划沿着Y轴运动的情况下能够被用作中间目标，以避免与禁区V_1n并且因而与障碍物11n的碰撞。

在指令时刻t_K被重物8占据的位置P_Z(t_K)、终点E和关键点S_1n、S_2n在X轴上的投影在此被标记为P_Z’、E’、S_1n’和S_2n’，与此相对，在Y轴上的投影被标记为P_Z”、E”、S_1n”和S_2n”。根据本发明，将投影P_Z’、E’、S_1n’和S_2n’和投影P_Z”、E”、S_1n”和S_2n”彼此分开来观察。为所述投影组中的每一组分别规划独立运动TE，以便将沿着相应的运动方向X、Y的相应投影P_Z’、E’、S_1n’和S_2n’或者投影P_Z”、E”、S_1n”和S_2n”相互连接。在此，独立运动TE优选地限定沿着相应的运动方向的位置曲线、速度曲线和加速度曲线。通过针对运动方向X的独立运动TE_X例如将沿着运动方向X的投影P_Z’、E’、S_1n’和S_2n’相连接。因此，针对运动方向X、Y中的每个运动方向首先分别得到至少一个独立运动TE。涉及运动方向如X、Y的独立运动在此被标记为TE_X、TE_Y。

为了绕开设置在所述在指令时刻t_K被重物8占据的位置P_Z(t_K)和终点E之间的障碍物11a、11n，尤其是能够为第二运动方向Y规划多个独立运动TE_Y。因此，对于重物8，一方面能够沿着运动方向Y设有提升运动(“Hoist Up”)形式的独立运动TE_Y，并且另一方面能够设有下降运动(“Hoist Down”)形式的独立运动TE_Y。为了避开障碍物11a、11n，在此通常首先执行提升运动(“Hoist Up”)，并且仅在沿X轴进行适当的水平运动(“Move Trolley”)后才执行下降运动(“Hoist Down”)，以使重物8围绕障碍物11n运动或者说将重物8提升到障碍物11n上方。为此应说明的是，为了使重物8围绕障碍物11n运动，必须将沿运动方向X、Y的独立运动TE结合。

在图2中示出的情况下，出于所述的原因，为重物8设有作为提升过程的独立运动TE_Y2，所述独立运动将重物8沿着运动方向Y首先提升到如下程度，使得能够排除与障碍物11a的碰撞。在这种场景下，为了将重物8转移到终点E上而已经规划的沿着运动方向X的独立运动TE_X如所描述的那样在能够排除碰撞时才开始。如所提及的那样，为了绕开障碍物11，通常必要的是，将沿着运动方向X、Y的独立运动TE适当地相结合。为了规划独立运动TE_Y、TE_Y2，能够如提到的那样使用关键点S_1n、S_2n。因此，在图2中示出的情况下，能够首先规划独立运动TE_Y2，所述独立运动连接投影P_Z”(t_K)与投影S_1n”，并且能够规划一个另外的独立运动TE_Y，所述另外的独立运动连接投影S_2n”与投影E”。由于关键点S_1n、S_2n在Y轴上的投影相同，即S_1n”＝S_2n”，因此，在具体的情况下能够通过在Y方向上的所述两个独立运动TE_Y2、TE_Y结合在这些在Y方向上的独立运动TE_Y2、TE_Y之间实施的在X方向的独立运动TE_X来绕开障碍物11n。

在此应说明的是，沿着X轴从投影P_Z’(t_K)到投影E’的一个唯一的独立运动TE_X通常足以确保重物8无碰撞地运动到终点E上。同样地，在此应说明的是，本发明也涵盖如下情况，即此前为了规划轨迹T而假设的障碍物11a后来表明不存在、也就是说障碍物11a消失。在这种情况下，沿着Y轴的一个唯一的独立运动TE_Y也已足以将重物8从其位置P_Z(t_K)转移到终点E上。

在规划所述独立运动TE后，根据规定的顺序、下面称为“运动次序”实施所规划的独立运动TE，以使重物8沿着第一运动方向X和沿着第二运动方向Y继续运动。因此，从所规划的独立运动TE中得到重新规划轨迹TU。所述重新规划轨迹TU在图2中通过实线示出。

在根据本发明的方法的范围内可能发生的独立运动TE在图2b、图2c和图2d中示出。相应于在图2b中示出的独立运动TE_X，在其范围内，位置曲线s_x将投影P_Z’(t_K)与投影S_1n’、S_2n’以及与投影E’连接，对独立运动TE的规划在其与时间相关的位置曲线s_x方面例如能够通过规定类似于s形的曲线来实现，但这仅可理解为是示例性的。在此也能够考虑其它的位置曲线。

图2c示出相应的沿着Y方向的独立运动TE_Y2，借助所述独立运动将在Y方向上的投影P_Z”(t_k)和S_1n”相互连接。与此相应地，独立运动TE_Y2构成此前所述的提升运动，并且在时刻t_S1在投影S_1n”上终止。最后，在图2d中示出独立运动TE_X，所述独立运动在时刻t_S2开始并且所述独立运动使重物8从投影S_2n”出发下降到终点E”。就此应说明的是，尤其是在Y方向的提升运动的情况下通常不要求，重物8在Y方向的速度在提升运动结束时应等于零。从而将重物8提升到投影S_1n”或者S_2n”上方，这会增加与障碍物11的安全间距并且因而是有利的。因此，得到的重新规划轨迹TU通常不会直接经过关键点S_1n或者S_2n，而是绕过这些关键点。

通过将所述要重新规划的整体运动拆分成取而代之以要规划的多个独立运动TE，使所述要解决的(重新)规划任务相比于从现有技术中已知的方法显著简化。因此，将规划至少二维的运动的复杂问题简化成规划几个仅一维的运动。正是这种情况在实际实施中表明是有利的，因为一维运动的规划是在控制与自动化技术中已知的并且已通过各种方式解决的问题。因此，在具体规划独立运动TE的情况下，能够使用多种已知的解决方案。例如，如果应当通过时间优化的独立运动TE确保将重物8转移到终点E，则能够在利用可借助起重设备1的现有驱动装置实现的、沿着运动方向X、Y的最大加速度的情况下使用例如从控制技术文献中充分已知的Bang-Bang控制器解决方案。

在图3a中更详细地阐述对时间优化的、用于连接投影P_Z’和E’的独立运动TE的规划。在此，除了位置曲线s_x外，也示出了相配的沿着X轴的速度曲线v_x和相配的加速度曲线a_x。在此，在规划时间优化的独立运动TE的情况下要考虑的最重要的动态限制是起重设备1的驱动装置的运动学极限，例如驱动装置的最大可实现的加速度或者可通过驱动装置实现的最大的力。从这些运动学极限中得出对于重物8的可沿相应的运动方向X、Y实现的加速度的极限。在此，重物8的最大可能的正加速度被标记为a⁺ _max，重物8的最大可能的负加速度被标记为a^- _max。在此意义中，沿X轴的最快速的独立运动TE在利用沿X轴的最大可能的正加速度a⁺ _max以及最大可能的负加速度a^- _max的情况下实现。

在图3a中的示例中，所示出的位置曲线、速度曲线和加速度曲线在数学上表示为：

/>

其中，σ(x)代表数学中众所周知的Sigma函数，该函数在自变量大于等于零(x≥0)时取值1，否则等于零。v_x0在这里表示独立运动开始时的初始速度。因此，能够通过确定如上所示的函数，例如通过规定时刻T_a1和T_a2，实现对独立运动TE的规划，根据所述独立运动限定位置曲线s_x、速度曲线v_x和加速度曲线a_x。为此，也能够以一种有利的方式规定边界条件，例如s_x(t_E)＝E’，v_x(t_E)＝v_tE。尤其是速度v_tE在此可选择为等于零，但也可选择为不等于零。

对应于上述实施方案，为了规划时间优化的独立运动TE必须规定具有最大正加速度a⁺ _max、具有最大负加速度a^- _max以及具有消失的加速度、即加速度a_x＝0的加速度阶段。在图3a中示出的处理方法中，这通过规定时刻T_a1和T_a2来实现，所述时刻在时间上界定所述的加速度阶段。与加速度曲线a_x相关联的速度曲线v_x和位置曲线s_x相应于规定的加速度曲线进行调节。在此，通过时刻T_a1和T_a2界定的、具有不为零的加速度的加速度阶段的宽度通常被这样规定，即得到的速度不超过规定的极限值v⁺ _max、v^- _max。在此应说明的是，也能够为重物8沿运动方向X、Y的加速度规定小于所述基于驱动装置的运动学极限而可能的最大加速度的(恒定)值。

运动学的和/或几何的极限值例如能够存储在计算单元12中或者为计算单元12规定。在此，另外的运动学极限值优选地是运行元件5的最大速度v_Tmax和/或最大加速度a_Tmax，或者是提升驱动装置在Y方向上的最大速度v_Hmax和最大加速度a_Hmax。几何极限例如能够通过重物接纳元件7在平面E_XY中的最大偏转角Θ_XYmax给定。在起重设备沿Z方向的第三运动方向的情况下，能够附加地将承载结构3的最大速度v_Smax和最大加速度a_Smax规定为运动学极限值并且将重物接纳元件7在平面E_ZY中的最大偏转角Θ_YZmax规定为几何极限值。但是，除了规划时间优化的独立运动TE外，也能够考虑其它的用于规划独立运动TE的解决方案。

在此，在许多情况下已表明有利的是，彼此不相关地规划沿X、Y轴(和在可选的情况下沿Z轴)的独立运动TE_x、TE_y(和在可选的情况下TE_z)。这意味着，在所规划的在相应的轴上的独立运动TE_x、TE_y(在可选的情况下TE_z)之间不存在任何例如可能用数学表示的、并且在重物8沿第一运动方向、例如X轴的位置P_z发生变化的情况下可能引起重物8沿第二运动方向、例如Y轴的位置P_z也发生变化的关联。

然后，所规划的独立运动TE要么同时、要么在时间上相互错开地实施。在时间上错开所规划的独立运动TE尤其可能在存在上述禁区V_i或者障碍物11的情况下是必要的。因此，为了绕开障碍物11而可能必要的是，延迟开始在Y方向上的下降运动。因此，在Y方向上规划的独立运动TE_y可能在所述在X方向上规划的独立运动已经开始之后才在时间上错开地开始。对于应首先实施哪一个独立运动TE以及在可选的情况下稍后才实施哪一个独立运动TE，在本发明的范围内通过所谓的运动次序来表示，所述运动次序例如能够经由合适的接口为起重机控制装置16或者说设置在起重机控制装置16中的计算单元12规定。因此，能够将运动次序存储在计算单元12中。因此，运动次序限定可实施所规划的独立运动TE的顺序。一种运动次序例如可能内容如下：“首先是在X方向上的水平运动，然后才是在Y方向上的竖直运动”。运动次序也能够以表格的形式存在，在所述表格中为所规划的独立运动分配开始时刻，在所述开始时刻开始这些独立运动。运动次序也可包括时间间隔，所述时间间隔限定在相继连续的独立运动TE的开始时刻之间至少必须设有的等待时间。

在通过起重设备1操纵重物8的情况下的一个中心问题是重物振动的问题，该问题通常能够通过合适的轨迹规划得到解决，大多数情况下至少能够大幅减少。尤其是起重设备的快速运动过程通常可能引发所运输的重物8的或者重物接纳元件的不符合期望的振动和/或摆动。重物8的振动又可能延迟转运和操纵过程，因为重物、例如集装箱在这种情况下通常根本无法精准地放置或者至少不能足够精准地放置，并且首先必须等待，直至已有的振动再次消失。在图1中，通过在X-Y平面E_XY中的双箭头示出形成振动和/或摆动的可能性。

在此表明，所谓的平坦轨迹、即根据起重设备的具体结构可足够频繁地连续微分的轨迹构成克服(重物)振动和/或摆动的有效手段。这种方法是基于如下情况，即如在图1中示出的起重设备1是控制技术意义上的“扁平化系统”。众所周知，扁平化系统是具有所谓的扁平化输出的系统。

在扁平化系统、例如所述的起重设备1的情况下，扁平化输出及其导数允许显示(也称“参数化”)扁平化系统的内部的状态或者系统变量。因此，扁平化系统的内部的状态或者系统变量能够表示为扁平化输出及其导数的函数，控制技术领域的技术人员对此当然是了解的。在此，为了抑制由起重设备1运输的重物8的振动，如下的情况具有重要意义，即(在理想状况下)借助扁平化输出设计的控制装置不能引发重物的任何振动或者摆动。

在当前观察的起重设备1的情况下，重物8沿运动方向X、Y的位置曲线构成“起重设备”1系统的扁平化输出。在此表明，将通过所规划的独立运动TE限定的位置曲线s_x(t)、s_y(t)规定为在时间上四次连续可微的位置曲线s_x(t)、s_y(t)足以抑制振动和/或摆动。通过这种方式，能够抑制振动和/或摆动，而不必依赖对重物位置P_Z的测量。在此应提及的是，通过使用还可更频繁地连续微分的轨迹，能够确保还要更平滑的并且对于驱动装置还能更具保护性的运动曲线。

为了确保，所述通过规定的独立运动TE限定的位置曲线s_x(t)、s_y(t)实际上四次连续可微，能够在实施所述位置曲线s_x(t)、s_y(t)之前对其进行过滤。然而，所描述的四次可微也能够通过不同于过滤的其它方式实现，例如通过用于规定的位置、速度和/或加速度曲线的多项式法。在此，过滤作为标量曲线存在的独立运动TE比过滤多维曲线简单得多。因此，在控制起重设备1的情况下，使用独立运动TE也构成一个显著优点。

所描述的用于借助适当的过滤或者多项式法生成平坦轨迹的解决方案也能够以一种特别有利的方式被用于，遵守较靠前描述的对于起重设备的驱动装置的运动学极限以及重物的偏转角的几何极限。因此，重物8的部分运动通过已知的摆方程例如与运行元件5的运动处于如下关系中：

/>

变量x_T、v_T、a_T在这里表示运行元件5的运动，与此相对地，x_L和y_L表示重物8的坐标，其相应的导数记为

等。相应于上述实施方案，所示的方程构成作为扁平化输出x_L、y_L的函数的状态变量x_T、v_T、a_T的扁平参数化。所给出的关联表明，在坐标x_L和y_L的曲线方面的规定值对运行元件5的运动具有直接影响。

为了实施所描述的用于生成平坦轨迹的过滤，例如能够使用合适的滤波器F，例如运动平均滤波器(MA Filter:Moving-Average Filter)。这种过滤的示意图在图3b中示出。在此，图3b示出通用滤波器F，该滤波器记录位置曲线s、速度曲线v和加速度曲线a，并且输出过滤后的位置曲线

速度曲线/>

和加速度曲线/>

滤波器F能够设计为，也输出所述变量的、尤其是传入的加速度曲线的时间导数。在此，滤波器F能够设计为单变量系统，并且每次仅记录所述变量位置s、速度v和加速度a中的一个变量，并且在过滤后再次输出。但是，滤波器F也能够设计为多变量系统并且同时处理多个变量。滤波器F能够以已知的方式在控制单元12中实施。

作为MA滤波器实施的滤波器F的过滤时间τ_filt在此能够以一种特别有利的方式根据起重设备的几何结构和摆方程来选择。通过选择较大的时间常数，还能够更高强度地过滤此前规划的独立运动并且例如为运行元件规定还要更保守的曲线。通过多次过滤，能够以一种极有利的方式产生如下的独立运动TE，通过所述独立运动将为起重设备1的驱动装置规定的运动学极限、如速度、加速度、脉冲限制纳入考虑范围。

此外，在图4中更详细地示出，如何能够具体地实现对禁区V_i的定义。因此，例如能够使用矩形形式的障碍物11包络线，所述矩形完全包封障碍物11。在此，矩形的高度H_R1至少等于障碍物11在Y方向上的最大延伸并且矩形的宽度W_R1至少等于障碍物11在X方向上的最大延伸。这仅可理解为是示例性的，当然也能够设想对禁区V₁的其它的几何规定。通常，一个唯一的禁区V₁例如能够包围多个障碍物11。但也能够应用更精细的多个禁区V_i的定义，例如根据障碍物11的具体轮廓。

在如图1和图4示出的情况下，实施所规划的独立运动TE的顺序具有决定性的意义。如根据图4可直接看到的那样，只有当能够排除与障碍物11的碰撞时，才允许从指令时间t_k开始通过独立运动TE_Y实施在Y方向上的下降运动。根据本发明，为了确定实施所规划的独立运动TE的顺序，能够规定所谓的运动次序，该运动次序规定，应以何顺序实施规定的独立运动TE并且在哪个时刻开始这些独立运动TE。

这方面的第一种可能性在于，在时间上相互间隔开地执行所规划的独立运动TE，即在执行一个独立运动TE后等待并且在规定的等待时间结束后才继续进行根据运动次序的下一个独立运动。

具体地，例如能够规定一个运动次序，在图4中示出的情况下首先在Y方向上执行提升运动作为独立运动TE_Y2(英文“Hoist Up”)，然后在X方向上执行竖直的独立运动TE_X(“Move Trolley”)，并且紧接着才在Y方向上执行独立运动TE_Y1作为下降运动(“HoistDown”)。在这些独立运动TE_X、TE_Y、TE_Y2之间的等待时间在此能够规定或者视情况来确定。因此，例如可能等待直至独立运动TE_Y2结束，并且在其结束后才开始下一个要么沿着相同的运动方向X、Y的、要么沿着另一个运动方向X、Y的独立运动TE_X。然而，基于要在不同的独立运动TE_X、TE_Y、TE_Y2之间设置的等待时间，通过这种方式会损失时间。出于这一原因，所规划的独立运动TE也能够以一种有利的方式在时间上重合地实施。在时间上重合在这里意味着，例如在X方向上的独立运动还未完全结束之前，已经开始在Y方向上的独立运动。在本发明的范围内，独立运动TE的这种类型的重合能够保留在运动次序中。

在确定要实施所规划的独立运动的运动次序的过程中，通常特别有利的是，附加地检查，在所产生的重新规划轨迹TU中是否可能在可选的情况下导致重物8与禁区V_i的碰撞。

在图5a至5c中示出这可能会如何发生。为此，图5a和图5b一方面示出能够被用于根据本发明来重新规划重物8的运动的、对于运动方向X和Y的加速度曲线、速度曲线和位置曲线(a_x、v_x、s_x和a_y、v_y、s_y)。在示出的情况下，重物8在指令时刻t_k处于重新规定的障碍物11n的左侧，如在图5c中可以看到的那样。因此，能够不受限制地进行在Y方向规划的独立运动TE_Y1、TE_Y2。从位置P_Z(t_k)出发，纯粹在Y方向上的运动不会引起碰撞。

然而，在X方向上表明，独立运动TE_xa可能导致与障碍物11的碰撞。开始时规划的独立运动TE_xa在图5a中通过虚线曲线s_xa、v_xa和a_xa示出。结合为Y方向规划的提升运动TE_Y2，可能得出在图5c中虚线示出的第一重新规划轨迹TU₁，然而，所述第一重新规划轨迹可能导致与新的禁区V_1n的碰撞。出于这一原因，不执行为X方向首先规划的独立运动TE_X并且取而代之以在规定的时长T_St内实施制动过程。该制动过程对应于在图5a中开始时设置的具有负加速度的阶段。基于此，在X方向上规划新的独立运动TE_xn并且在制动过程结束后执行这一新的独立运动来代替此前规划的旧的独立运动TE_xa。

以一种特别精细的方式和方法，能够通过如下方式执行对是否可预期与障碍物发生碰撞的检查：在实施至少一个所规划的独立运动TE之前，确定所谓的碰撞时刻t_iX、t_iY并且相互比较。在此，所述碰撞时刻t_iX、t_iY可理解为重物8借助分别规划的独立运动TE_X、TE_Y可能到达从围绕障碍物11设置的禁区V_i推导出的关键点S_i(英文“Keypoints”)在相应的运动方向X、Y上的投影S_i’或者S_i”的相应时刻。

如提及的那样，关键点S_i优选地是禁区V_i的角点。为了检查可预期的重新规划轨迹TU是否可能导致重物8与作业区域15中规定的障碍物11的碰撞，能够在图5c中示出的情况下检查，针对沿着X轴的独立运动TE_Xa的相应碰撞时刻t_1X是否在针对沿着Y轴的独立运动TE_Y2的相应碰撞时刻t_1Y之前，即t_iX＜t_iY(具体应用到图5c上，即不等式可表示为t_1X＜t_1Y)。在这种情况下，能够在图5c中示出的情况下断定会发生碰撞。在此，相应的碰撞时刻t_iX、t_iY在图5a和图5b中示出。

在所述处理方法的情况下，尤其是应注意重物位置P_Z的Y坐标，即重物位置P_Z在Y轴上的投影P_Z”。在此要考虑到，在Y方向上的独立运动TE_Y开始时，重物位置P_Z的Y坐标P_Z”是否大于或者小于在Y方向上的下一个关键点S_i在Y轴上的投影S_i”。在许多对于实践具有重要意义的情况下，重物位置P_Z在新规划的独立运动TE开始时通过在指令时刻t_k的重物位置P_Z、即P_Z(t_k)给定。如果在Y方向上的下一个关键点S_i在Y轴上的投影S_i”小于重物位置P_Z在Y轴上的投影P_Z”，那么当反之适用t_iY＜t_iX时，则恰好满足碰撞条件。

独立运动TE_X、TE_Y通常不以可解析的方式存在。在这种情况下，也能够以一种有利的方式使用用于零点搜索的数值方法以确定碰撞时刻t_iY、t_iX，例如众所周知的二分法或者牛顿法。

在此，在实际实施时通常有利的是，将解析方法和数值方法相结合，以确定所搜索的碰撞时刻t_iX、t_iY。下面将对这种情况进行描述。在此，首先将加速度曲线a_x和a_y如所述的那样分段式地规定为是恒定的。对于这些分段式恒定加速度曲线a_x和a_y，能够轻松地解析计算相配的位置曲线s_x和s_y。对于从中得出的关于位置曲线s_x(t)和s_y(t)的解析描述，能够以低的耗费计算碰撞时刻t_iX、t_iY，其方式为：例如确定函数f_x(t)＝s_x(t)-Si’、f_y(t)＝s_y(t)-Si’的零点t_x0、t_y0。根据定义，对于零点t_x0、t_y0适用f_x(t_x0)＝f_y(t_y0)＝0。当然，也能够在公式f_x(t)和f_y(t)中考虑重物8的高度和宽度，所述高度通常通过重物接纳元件7的高度H₇加上集装箱9在Y方向上的高度H₉以及重物接纳元件7的一半宽度B₇(通常等于集装箱9的一半宽度B₉)来给定。根据重物8是否从左侧、右侧、上方或者下方靠近下一个关键点S_i，例如能够使函数f_x(t)增加或者减少所述一半宽度B₉。

如果对独立运动TE_X、TE_Y进行过滤，例如借助开头所述的MA滤波器，则尤其是将位置曲线

和/>

过滤成过滤后的位置曲线/>

和

此时，对于这种经过过滤的位置曲线/>

和/>

能够利用MA滤波器的特性，使得所述从以上示出的函数f_x(t)中确定的零点t_x0、t_y0由于过滤而最大能够推迟用于过滤的MA滤波器的过滤时间τ_filt。与此相应地，对于双重过滤的情况能够围绕此前确定的零点t_x0、t_y0设置时长为2τ_filt的时间间隔，其中零点t_x0、t_y0在时间间隔开始时在左侧的间隔极限上。此时，在这种时间间隔内能够借助二分法来搜索函数/>

和

的零点位置。这些零点位置于是对应于所

搜索的针对过滤后的位置曲线

和/>

的碰撞时刻t_iX、t_iY。

除了所描述的比较两个碰撞时刻t_iX、t_iY外，还能够例举一种另外的用于碰撞检查的解决方案。因此，能够首先仅计算碰撞时刻t_iY，该碰撞时刻表明，何时沿着Y轴通过所规划的在Y方向上的独立运动TE_Y到达规定的关键点在Y轴上的投影S_i”。此外，根据该碰撞时刻t_iY能够确定位置s_X(t_iY)，所述位置能够描述在碰撞时刻t_iY通过所规划在X方向上的独立运动TE_x规定的在X轴上的位置。

然后能够进行对是否通过所规划的独立运动TE而可预期与障碍物11发生碰撞的检查，其方式为，将位置s_x(t_iy)与关键点S_i在X轴上的投影S_i’进行比较。在图5a至图5c中具体示出的情况下，例如如果满足s_x(t_1y)＞S₁’或者s_x(t_2y)＞S₂’的条件之一，则能够断定会发生碰撞。因此，相比于前述的处理方法能够节省计算时间，因为仅须确定碰撞时刻t_iy。这种处理方式在图5a中通过点s_xa(t_1y)和s_xn(t_1y)表示。s_xa(t_1y)大于投影S₁’(这可能导致碰撞)，而s_xn(t_1y)小于投影S₁’，这具有期望的避免碰撞的效果。

但是另一方面，为了检查碰撞而同样可行的是，首先确定碰撞时刻t_ix，根据该碰撞时刻t_ix确定在Y轴上的对应位置s_y(t_ix)，并且将所述在Y轴上的对应位置s_y(t_ix)与关键点S_i在Y轴上的投影S_i”进行比较。在此意义中，在图5a至图5c中示出的情况下，碰撞要满足的条件可以是s_y(t_1x)＜S₁”(未示出)。

如果前述的在实施至少一个独立运动TE之前的预先计算之一表明，预期可能发生碰撞，则不执行所述导致碰撞的独立运动TE并且取而代之以沿着为其规划了所述至少一个不执行的独立运动(在图5c中即在运动方向X上的独立运动TE_X)的运动方向X、Y执行规定的制动过程。在此，所述制动过程至少在规定的最小制动时间T_St的时长内被执行。在此，制动过程规定用于移动重物8的加速度，使得重物8沿着必须制动的方向的速度降低。因此，在正速度的情况下规定负的加速度，反之亦然。在一种有利的方式中，也能够在制动过程的情况下使用最大允许的加速度。

在最小制动时间T_St结束后，以一种有利的方式在重新规划的步骤中将至少一个未执行的独立运动TE重新规划为新的独立运动TE。在一个另外的具有所述至少一个新的独立运动TE的检查步骤中能够重新检查，基于新的独立运动TE而可预期的重新规划轨迹TU是否会导致碰撞。如果未识别出碰撞，则能够实施所述重新规划的独立运动TE。

然而，如果在前述检查步骤中再次预测到重物8与障碍物11的碰撞，则能够有利地再次在至少一个另外的最小制动时间T_St上执行规定的制动过程。然后能够再次执行重新规划步骤和跟随该重新规划步骤之后的检查步骤。

通过重复实施上述的制动过程，也能够使重物8整体进入静止状态。于是，对于独立运动TE的另外的规划从重物8的静止状态开始进行。借助根据本发明的方法从重物8的静止状态出发对相应的独立运动TE并且因而对从这些独立运动TE中产生的轨迹T进行规划的可能性直接带来如下选择，即通过根据本发明的方法也规划全新的用于移动重物8的轨迹T。如果重物8在运动过程开始时处于静止状态并且用于将其从起点A运动到终点E的轨迹T还是未知的，则能够将起点A上的静止状态假定为/规定为多次实施的制动过程的结束并且通过使用根据本发明的方法也能够规划用于将静止状态下的重物8从起点A转移到终点E的第一轨迹T。

与此前描述的确定碰撞时刻t_ix、t_iy类似地，也能够为制动过程指定时间间隔，在该时间间隔内能够使重物8完全转换到静止状态。具体地，对于该时间间隔能够指定极限值t_k(指令时刻)和t_k+T_TE，其中，T_TE描述所规划的独立运动TE的时长。在该时间间隔内，在重复实施制动过程的情况下出现重物8的静止状态，其中，具体的时刻如前所述的那样例如能够通过二分法确定。

尽管到目前为止已根据在X-Y平面E_XY中的轨迹T描述了本发明，但是扩展到空间中的三维轨迹T也是可行的。在此，用于基于优选不相关的独立运动重新规划三维轨迹T的原理方法保持不变。如果通过起重设备1使重物8附加地沿第三运动方向Z运动，则为了根据本发明的方法重新规划轨迹T，也为第三运动方向Z规划至少一个独立运动TE_Z，所述独立运动根据规定的运动次序附加于为第一运动方向X和为第二运动方向Y规划的独立运动TE_X、TE_Y实施。

为了在规划三维轨迹的情况下应用本发明，通常有利的是，规定用于限制重物8的运动的3D作业空间来代替二维作业区域15。然而，与纯二维视角不同，在3D情况下可能也必要的是，考虑在Z方向上障碍物11的延伸和重物8的延伸。这例如可能在装配车间中是必要的，在那里，设置在墙壁上的障碍物11伸入到装配车间的空间中。在这种情况下，可能出现这样的情况，即也能够通过适当的下降运动避开障碍物11，然而，这同样也能够通过根据本发明的方式实施。

这种情况在图6中示出，在那里，如在前述例子中那样，在指令时刻t_k从位置P_Z(t_k)出发规划新的独立运动TE_X1、TE_X2、TE_Y1、TE_Y2、TE_Y3。在此示出如下重要情况，即也在X方向上规划多个独立运动TE_X1、TE_X2，这在本发明的范围内同样是可行的。在图6中，例如通过提升运动TE_Y3避开障碍物11a并且与此相对地通过下降运动TE_Y2避开障碍物11b。最终转移到终点E上是借助最后的提升运动TE_Y1实现的。

在此，在大量实践应用中可能有利的是，使用光学测量系统以检测重物位置P_Z亦或障碍物11，如例如在EP 3 653 562 A1中所描述的那样。在此，作为光学测量系统尤其是可例举出合适的相机系统亦或激光扫描仪。为了实现对在其在作业区域15内的位置方面可改变的障碍物11进行监控的目的，能够直接在升降设备1的吊车上装配/安装相机。具体地，对障碍物的光学检测在此通常能够提供关于要绕开的障碍物11所设置的高度和空间位置的信息。如果识别到障碍物11的位置变化，则能够从中推导出新的禁区V并且如描述的那样对用于移动重物的轨迹进行重新规划。除了相机和/或激光扫描系统外，也可以设想其它的用于检测障碍物的解决方案。通常，在软件中实施的自动化或者物流系统也提供关于要考虑的障碍物11的信息。

Claims (17)

1.用于控制起重设备(1)的方法，所述起重设备使重物(8)沿第一运动方向(X)和沿第二运动方向(Y)在所述起重设备(1)的规定的作业区域(15)内部根据规定的轨迹(T)从起点(A)运动至终点(E)，其特征在于，在重物(8)运动期间在指令时刻(t_k)规定用于重物(8)运动的新的障碍物(11n)，所述新的障碍物设置于在指令时刻(t_k)被重物(8)占据的位置(P_Z)和终点(E)之间，和/或将设置于在指令时刻(t_k)被重物(8)占据的位置(P_Z)和终点(E)之间的现有障碍物(11)更改为用于重物(8)运动的新的障碍物(11n)，在考虑到起重设备(1)的规定的运动学限制的情况下，为第一运动方向(X)和第二运动方向(Y)分别规划至少一个独立运动(TE_X、TE_Y)，所述独立运动规定重物(8)从指令时刻(t_k)起沿着相应的运动方向(X、Y)的进一步运动，其中，对于每个运动方向(X、Y)，至少一个独立运动(TE_X、TE_Y)是在终点(E)在相应的运动方向(X、Y)上的投影(E’、E”)处终止的，并且所规划的独立运动(TE_X、TE_Y)根据规定的运动次序来实施，以使重物(8)在不与所述新的障碍物(11n)碰撞的情况下根据由所规划的独立运动(TE_X、TE_Y)的运动次序得出的重新规划轨迹(TU)沿第一运动方向(X)和沿第二运动方向(Y)继续运动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将为第一运动方向(X)和为第二运动方向(Y)规划的独立运动(TE_X、TE_Y)规划为彼此不相关的独立运动(TE_X、TE_Y)。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述规划的独立运动(TE_X、TE_Y)分别包括在时间上至少四次连续可微分的位置曲线(s_x(t)、s_y(t))。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，借助具有可规定的时间常数的过滤器(F)对用于产生在时间上至少四次连续可微分性的所述位置曲线(s_x(t)、s_y(t))进行过滤。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述过滤器(F)的时间常数根据起重设备(1)的几何结构来选择，以便在组合实施各所述独立运动(TE_X、TE_Y)的情况下遵守起重设备(1)的规定的运动学限制。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，为第二运动方向(Y)规划另外的独立运动(TE_Y2)，所述另外的独立运动与沿第一运动方向(X)规划的独立运动(TE_X)相结合地使重物(8)围绕重新规定的和/或发生改变的障碍物(11n)运动，并且第二独立运动(TE_Y2)根据规定的运动次序在为第二运动方向(Y)已规划的独立运动(TE_Y)之前实施。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，规定所述运动次序，使得沿第一运动方向(X)的独立运动(TE_X)和沿第二运动方向(Y)的独立运动(TE_Y)交替开始。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，规定所述运动次序，使得沿第一运动方向(X)的独立运动(TE_X)和沿第二运动方向(Y)的独立运动(TE_Y)在时间上重合地执行。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在实施所规划的至少一个独立运动(TE_X、TE_Y)之前，检查可预期的重新规划轨迹(TU)是否会导致重物(8)与在作业区域(15)内规定的障碍物(11a、11n)碰撞。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，为了检查可预期的重新规划轨迹(TU)是否会导致重物(8)与在作业区域(15)内规定的障碍物(11a、11n)碰撞，确定由规定的障碍物(11a、11n)推导出的关键点(S_i)在运动方向(X、Y)上的投影(S_i’、S_i”)，确定重物(8)借助为第一运动方向(X)规划的独立运动(TE_X)到达在第一运动方向(X)上的投影(S_i’)的碰撞时刻(t_ix)，并且确定重物(8)借助为第二运动方向(Y)规划的独立运动(TE_y)到达在第二运动方向(Y)上的投影(S_i”)的碰撞时刻(t_iy)，并且将所确定的各碰撞时刻(t_ix、t_iy)相互比较。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，为了检查所述可预期的重新规划轨迹(TU)是否会导致重物(8)与在作业区域(15)内规定的障碍物(11a、11n)碰撞，确定从规定的障碍物(11a、11n)推导出的关键点(S_i)在所述运动方向(X、Y)之一上的投影(S_i’、S_i”)，确定重物(8)借助为所述运动方向(X、Y)规划的独立运动(TEx、TE_y)到达所确定的投影(S_i’、S_i”)的碰撞时刻(t_ix、t_iy)，并且确定重物(8)在其它运动方向(X、Y)上的位置(s_x(t_ix)、s_y(t_iy))，所述位置在所确定的碰撞时刻(t_ix、t_iy)被重物(8)占据，并且将所确定的位置(s_x(t_ix)、s_y(t_iy))与关键点(S_i)在对其已确定重物(8)的位置(s_x(t_ix)、s_y(t_iy))的运动方向(X、Y)上的投影(S_i’、S_i”)进行比较。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述碰撞时刻(t_ix、t_iy)借助寻根法确定。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，在确定了与障碍物(11a、11n)碰撞的情况下不执行所述至少一个独立运动(TEx、TE_y)并且取而代之沿着为其规划了所述不执行的至少一个独立运动(TE_x、TE_y)的运动方向(X、Y)至少在规定的最小制动时间(T_St)的时长内执行规定的制动过程。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，代替所述不执行的至少一个独立运动(TE_X、TE_Y)为相应的运动方向(X、Y)规划新的独立运动(TE_X,n、TE_Y,n)，检查从新规划的独立运动(TE_X,n、TE_Y,n)得到的重新规划轨迹(TU)是否会导致重物(8)与在作业区域(15)内规定的障碍物(11a、11n)碰撞，并且如果未识别到碰撞，则执行所述新的独立运动(TE_X,n、TE_Y,n)，而如果识别到与障碍物(11a、11n)再次碰撞，则至少在一个另外的最小制动时间(T_St)内继续进行规定的制动过程并且再次进行对独立运动(TE_X,n、TE_Y,n)的重新规划以及对由新规划的独立运动(TE_X,n、TE_Y,n)得到的重新规划轨迹(TU)的检查。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，采用测量技术检测所述重物(8)的位置(P_Z)并且将其用于规划和/或执行独立运动(TE_X、TE_Y)。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过起重设备(1)使所述重物(8)附加地沿第三运动方向(Z)运动，使所述重物(8)根据三维轨迹(T)在规定的3D作业空间内部运动，并且为了重新规划轨迹(T)，也为第三运动方向(Z)规划至少一个独立运动(TE_Z)并且根据规定的运动次序附加于为第一运动方向(X)和为第二运动方向(Y)规划的独立运动(TE_X、TE_Y)地实施。

17.起重设备(1)，所述起重设备用于使重物(8)在起重设备(1)的规定的作业区域(15)内部根据规定的轨迹(T)从起点(A)运动到终点(E)，其中，在所述起重设备(1)中设有用于接纳重物(8)的重物接纳元件(7)，所述重物接纳元件借助至少一个保持元件(6)与运行元件(5)相连接，其中，所述运行元件(5)能够借助运行元件驱动装置沿第一运动方向(X)运动，并且所述重物接纳元件(7)能够借助提升驱动装置沿第二运动方向(Y)运动，其特征在于，在起重设备(1)中设有计算单元(12)，所述计算单元构造成，在重物(8)运动期间，在指令时刻(t_k)读入为重物(8)的运动重新规定的、设置于在指令时刻(t_k)被重物(8)占据的位置(P_Z)和终点(E)之间的障碍物(11n)和/或读入现有的、设置于在指令时刻(t_k)被重物(8)占据的位置(P_Z)和终点(E)之间的并且被更改为用于重物(8)运动的新的障碍物(11)，此外，所述计算单元(12)构造成，在考虑到起重设备(1)的规定的运动学限制的情况下为第一运动方向(X)以及为第二运动方向(Y)分别规划如下独立运动(TE_X、TE_Y)，所述独立运动限定重物(8)从指令时刻(t_k)起沿相应的运动方向(X、Y)的进一步运动，其中，所述独立运动(TE_X、TE_Y)分别在终点(E)在相应的运动方向(X、Y)上的投影(E’、E”)处终止，并且所述计算单元(12)构造成，控制起重设备(1)的运行元件驱动装置和提升驱动装置，以便根据规定的运动次序实施所规划的独立运动(TE)并且因而使重物(8)在不与障碍物(11、11n)碰撞的情况下沿第一运动方向(X)以及沿第二运动方向(Y)根据由所规划的独立运动(TE)的运动次序得到的重新规划轨迹(TU)继续运动。

Images