DE102004060484A1

DE102004060484A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Maschinen insbesondere von Kränen

Info

Publication number: DE102004060484A1
Application number: DE200410060484
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof. Dr.-Ing. Wagner
Original assignee: Ruhr Universitaet Bochum
Current assignee: WAGNER, GERHARD, PROF. DR.-ING., 58300 WETTER, DE
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-06-29

Abstract

Die Erfindung offenbart eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Steuerung von Maschinen, insbesondere von Baumaschinen oder Kränen, die durch eine mobile Steuereinrichtung (2) bedient werden, wobei die gesteuerte Maschine (1) und mobile Steuereinrichtung (2) Mittel zur Bestimmung der relativen Position zwischen gesteuerter Maschine (1) und Steuereinrichtung (2) sowie ein Steuermodul (4) umfassen und die mobile Steuereinrichtung (2) Mittel umfasst, die bei Betätigung des Richtungssteuerungselements (3) die zu steuernde Maschine (1) der angezeigten Betätigungsrichtung (A) des Richtungssteuerungselements (3) folgen lässt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung von Maschinen, insbesondere von Baumaschinen oder Kränen, die durch eine mobile Steuereinrichtung bedient werden können.

Mobile Steuereinrichtungen für Maschinen, insbesondere für Baumaschinen und Kräne, sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Üblicherweise bestehen heute solche Steuereinrichtungen aus Bedienelementen wie beispielsweise Druckknöpfen oder Joysticks, die die unterschiedlichen Funktionen der Baumaschine oder des Krans sowie die von der Maschine auszuführenden Arbeitsbewegungen wie beispielsweise Hub-, Dreh- oder Verfahrbewegungen steuern.

Typischerweise werden die Bedienelemente zur Steuerung der Hub-, Dreh- und Verfahrbewegungen in der Steuereinrichtung derart angeordnet, dass sich aus der Anordnung eine für den Bediener leicht ersichtliche Systematik hinsichtlich Ihrer zugewiesenen Funktion ergibt.

So wird üblicherweise aus Gründen der Ergonomie das Bedienelement, beispielsweise in Form eines Schalters, dass eine Bewegung der Maschine relativ vom Bediener nach links bewirken soll, in der Bedieneinheit unmittelbar links von einem Bedienelement, dass eine Bewegung der Maschine relativ vom Bediener nach rechts bewirken soll, angeordnet sein.

Eine diesem Beispiel folgende analoge Anordnung ergibt sich selbstverständlich für entsprechende Hub-, Dreh- oder andere Verfahrbewegungen der Maschine und wenn die Bedienelemente nicht als Drucktasten sondern als digitaler oder analoger Joystick ausgeführt sind.

Bei dem Einsatz von mobilen Steuereinrichtungen ergibt sich eine für die Praxis äußerst relevante Sicherheitsproblematik aus dieser fixen Zuweisung von Steuerungsbefehlen zur Bewegung einer Maschine zu den betreffenden Bedienelementen.

Anders als bei ortsfesten Bedienständen, wie z.B. der Kranführerkabine in einem Container-Portalkran, kann bei ortsveränderlichen, mobilen Steuereinrichtungen je nach Position des Bedieners relativ zur steuernden Maschine, der Zusammenhang zwischen Bewegungsrichtung der Maschine und der Anordnung der Bedienelemente in der Steuereinheit aufgehoben werden.

Im Extremfall, wenn der Bediener sich beispielsweise um genau um 180° zur ursprünglichen Position dreht, folgt daraus, dass das Bedienelement, das beispielsweise eine Bewegung der Maschine relativ vom Bediener nach links bewirken soll und in der Bedieneinheit unmittelbar links von einem Bedienelement, dass eine Bewegung der Maschine relativ vom Bediener nach rechts bewirken soll, angeordnet ist, nun eine Bewegung der Maschine nach rechts auslöst.

Es ist ersichtlich, dass es hierdurch zu für den Bediener unerwarteten, Maschinenbewegungen und zu folgenschweren Bedienungsfehlern kommen kann.

Zur Bestimmung der Position und Orientierung der Bewegung von Baumaschinen und Kränen gibt es im Stand der Technik vielfältige Vorschläge. So wird in der DE 10233874 A (SIEMENS AG) 25.07.2002 ein Kollisionsüberwachungsverfahren zum Steuern des Betriebs wenigstens einer längs einer Fahrbahn verfahrbaren Katze mit einem Fahrwerk und einem Hubwerk beschrieben. Zur Verhinderung von Kollisionen zwischen dem gehobenen Gegenstand und einem Hindernis, werden Positionsdaten der verfahrbaren Katze und des Hubwerks mit den Positionsdaten eines Hindernisses in einer Rechnereinheit verglichen und die Bewegung des Krans beim Vorliegen eines möglichen Kollisionereignisses zur Verhinderung der Kollision abbremst.

Ebenfalls sind drahtlose Systeme zur Steuerung von Baumaschinen und Kränen bekannt. In DE 19600791 B (NBB NACHRICHTENTECHNIK GMBH) 11.01.1996 wird beispielsweise eine Vorrichtung zur Gewinnung von Richtungsinformationen in Fernsteueranlagen beschrieben.

Ferner ist aus DE 3234395 A (FT INDUSTRIES CO LTD) 16.09.1982 eine funkgesteuerte Lasthakenanordnung für Kräne bekannt, wobei eine motorische Senk- und Hubbewegung sowie eine Drehung des Lasthakens um seine vertikale Längsachse offenbart wird, dessen Bewegung durch eine funkgesteuerte Bedienungseinheit gesteuert wird.

Im Stand der Technik sind jedoch keine Vorrichtungen oder Verfahren bekannt, die eine dynamische Zuweisung von Funktionen zur Bewegungssteuerung einer Maschine, insbesondere einer Baumaschine oder einem Kran, auf in einer mobilen Steuereinheit integrierten Richtungssteuerungselementen in Abhängigkeit der relativen Position und Orientierung der mobilen Steuereinheit zur steuernden Maschine erlauben.

Offenbarung der Erfindung

Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zu Grunde, die Funktionen der Richtungssteuerelemente der mobilen Steuereinrichtung derart auf die Position und Orientierung der Steuereinheit dynamisch auszurichten, dass sich die zu steuernde Maschine, insbesondere eine Baumaschine oder ein Kran, stets der Betätigungsrichtung eines Richtungssteuerungselements folgt.

Technische Lösung

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung und Verfahren zum Bedienen einer Baumaschine oder eines Krans gemäß Anspruch 1 und Anspruch 11 vorgeschlagen.

Vorteilhafte Wirkungen

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können Fehlbedienungen von durch mobile Steuereinrichtungen gesteuerten Maschinen z.B. von Kränen, verhindert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist ein Brückenkran mit einer verfahrbaren Katze in einer Draufsicht sowie einer Steuereinheit in unterschiedlichen Positionen dargestellt.
In 2 ist ein Turmdrehkran mit einer verfahrbaren Katze in einer Draufsicht sowie einer Steuereinheit in unterschiedlichen Positionen dargestellt.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Figur 1 zeigt einen Brückenkran (1) mit einer verfahrbaren Katze. Der Brückenkran kann in den in der Bildebene vertikalen Richtungen R1 und R2 verfahren werden; die Katze ist in den horizontalen Richtungen R3 und R4 verfahrbar.
Der Brückenkran wird durch eine ortsbewegliche, mobile Steuereinrichtung (2) gesteuert. Die Steuereinrichtung (2) verfügt über ein oder mehrere Richtungssteuerungselemente (3), mit denen die vertikale Bewegung R1 und R2 des Brückenkranes sowie die horizontale Bewegung R3 und R4 der Katze gesteuert wird.
Die Bewegungsrichtung der Richtungssteuerungselemente (3) wird durch ein oder mehrere Bewegungsrichtungsanzeigeelemente (A) angezeigt.
Die Steuereinrichtung (2) verfügt über eine Stirnseite (5), die bei der Bedienung des Brückenkrans (1) dem Brückenkran (1) zugewandt ist. Die Steuereinrichtung (2) verfügt über Mittel zur Bestimmung der Position und Orientierung relativ zur Position und Orientierung des Brückenkrans (1).
Ferner umfasst der Brückenkran (1) Mittel zur Bestimmung seiner absoluten horizontalen und vertikalen Position.
Die Positions- und Orientierungsdaten des Brückenkrans (1) und der Steuereinrichtung (2) werden an ein Steuermodul (4) übertragen.
Über eine im Steuermodul (4) integrierte elektronische Schaltung oder einen computerimplementierbaren Algorithmus, wird die relative Position und Orientierung der Steuereinrichtung (2) zum Brückenkran (1) bestimmt, und den Richtungssteuerungselementen (3) eine entsprechende Steuerungsfunktion der Bewegung des Brückenkrans (1) zugewiesen.
In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung verfügt das Steuermodul (4) über einen Filter, der beispielsweise Hubbewegungen eines Kranes verhindert, wenn sich die Steuereinrichtung unterhalb des durch den Kran gehobenen Guts befindet.
In einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung verfügt das Steuermodul (4) über einen Filter, der beispielsweise Bewegungen eines Kranes verhindert, wenn sich der Kran im Rücken des Bedieners befindet.
Ferner kann ein weiterer Filter vorgesehen werden, der bei schnellen Drehbewegungen der Steuereinrichtung (2) den Betrieb der angesteuerten Maschine stoppt.
Befindet sich die Steuereinrichtung (2) relativ zum Brückenkran (1) in der Position P1, so wird durch das Steuermodul (4) dem Richtungssteuerungselement (3) an der Position S1 sowie dem Bewegungsrichtungsanzeigeelement A1 die Bewegungssteuerungsfunktion zum Verfahren des Brückenkranes (1) in Richtung R1 zugeordnet. Die weiteren Zuordnungen erfolgen gemäß der in 1 dargestellten Weise.
Dreht sich nun der Bediener um 90° gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf seine Ausgangsposition P1 relativ zum Brückenkran (1) zu Position P2, so wird dem Richtungssteuerungselement (3) an der Position S1 sowie dem Bewegungsrichtungsanzeigelement (A3) die Bewegungssteuerungsfunktion zum Verfahren des Brückenkranes (1) in Richtung R3 zugeordnet. Die weiteren Zuordnungen erfolgen gemäß der in 1 dargestellten Weise.
Diese elektronische Form der Zuordnung der Bewegungssteuerungsfunktionen auf die Richtungssteuerungselemente (3) kann ebenso mechanisch ausgeführt werden. Hierzu werden beispielsweise die Richtungssteuerungselemente (3) drehbar in der Steuereinrichtung (2) angeordnet. Die Richtungssteuerungselemente (3) drehen sich entsprechend der durch das Steuermodul (4) bestimmten relativen Position von Steuereinrichtung (2) und Brückenkran (1) derart, dass bei Betätigung des Richtungssteuerungselement (3) der Brückenkran (1) der Betätigungsrichtung des Richtungssteuerungselements (3) folgt.
Dazu kann das Richtungssteuerungselement (3) beispielsweise in einen Drehtopf eingebaut werden, dessen Lage zum Beispiel durch einen Schrittmotor mechanisch verstellbar ist und durch das Steuermodul (4) angesteuert werden kann. Die feste Zuordnung einer jeweiligen Bewegungssteuerungsfunktion zu einem entsprechenden Richtungssteuerungselement (3) bleibt somit stets erhalten.
Die Erfindung kann gemäß 2 in analoger Weise auf einen Turmdrehkran übertragen werden.
Sowohl bei der mechanischen als auch bei der elektronischen Ausführungsform werden die Bewegungsrichtungsanzeigeelemente (A), durch das Steuermodul (4) entsprechend der relativen Position von Brückenkran (1) und mobiler Steuereinrichtung (2) angesteuert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, kann ein Bewegungsrichtungsanzeigeelement (A) mechanisch gegenüber den Richtungssteuerungselementen (3) drehbar gelagert sein.
Die Bewegungsrichtungsanzeigeelemente (A) können als elektronische Anzeigemittel, wie z.B. LEDs oder Flüssigkristallanzeigen, ausgeführt sein.
Das Steuermodul (4) kann über Filter verfügen, die bei bestimmten Positions-, Orientierungs- und Bewegungskonstellationen zwischen Kran (1) und Steuereinrichtung (2) den Betrieb des Krans (1) stoppen oder freigeben.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Erfindung kann beispielsweise im Bereich der Kransteuerung gewerblich genutzt werden.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung von Maschinen, insbesondere von Baumaschinen oder Kränen, die durch eine mobile Steuereinrichtung (2) bedient werden, dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerte Maschine (1) und mobile Steuereinrichtung (2) Mittel zur Bestimmung der relativen Position zwischen gesteuerter Maschine (1) und Steuereinrichtung (2) sowie ein Steuermodul (4) umfasst und die mobile Steuereinrichtung (2) Mittel umfasst, die bei Betätigung des Richtungssteuerungselement (3) die zu steuernde Maschine (1) der angezeigten Betätigungsrichtung (A) des Richtungssteuerungselements (3) folgen lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Steuereinrichtung (2) über ein mechanisches Mittel verfügt, das bei Betätigung des Richtungssteuerungselement (3) die zu steuernde Maschine (1) der angezeigten Betätigungsrichtung des Richtungssteuerungselements (3) folgen lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Mittel ein in der Steuereinrichtung (2) drehbar angeordnetes Richtungssteuerungselement (3) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, das mechanische Mittel ein in der Steuereinrichtung (2) drehbar angeordnetes Bewegungsrichtungsanzeigeelement (A) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Steuereinrichtung (2) über ein elektronisches Mittel verfügt, das bei Betätigung des Richtungssteuerungselement (3) die zu steuernde Maschine (1) der angezeigten Betätigungsrichtung des Richtungssteuerungselements (3) folgen lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Mittel ein oder mehrerer elektronische Bewegungsrichtungsanzeigeelemente (A) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsrichtungsanzeigeelement (A) LEDs umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsrichtungsanzeigeelement (A) eine Flüssigkeitskristallanzeige umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bestimmung der relativen Position zwischen gesteuerter Maschine (1) und Steuereinrichtung (2) Sensoren zur Bestimmung der Position der Maschine (1), Sensoren zur Bestimmung der Position der Steuereinrichtung (2) und ein Steuermodul (4) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung von Positions-, Orientierungs- und Steuersignalen zwischen der Maschine (1), dem Steuermodul (4) und der Steuereinrichtung (2) ganz oder teilweise drahtlos erfolgt.
Verfahren zur Steuerung von Maschinen, insbesondere von Baumaschinen oder Kränen, die durch eine mobile Steuereinrichtung bedient werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder Orientierung der gesteuerten Maschine (1) und die Position und/oder Orientierung der Steuereinrichtung (2) bestimmt wird, die Position und/oder Orientierung der gesteuerten Maschine (1) und die Position und/oder Orientierung der Steuereinrichtung (2) an ein Steuermodul (4) übertragen werden, die relative Position zwischen gesteuerter Maschine (1) und Steuereinrichtung (2) in einem Steuermodul (4) bestimmt wird und das Steuermodul (4) die mobile Steuereinrichtung (2) derart ansteuert, dass bei Betätigung des Richtungssteuerungselement (3) die zu steuernde Maschine (1) der angezeigten Betätigungsrichtung (A) des Richtungssteuerungselements (3) folgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) nicht betrieben werden kann, wenn die Stirnseite (5) des mobilen Steuerelements (2) in eine von der Maschine (1) abgewandte Richtung zeigt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) nicht betrieben werden kann, wenn sich das mobile Steuerelement (2) unterhalb der Maschine (1) befindet.