DE102020112227A1

DE102020112227A1 - Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine

Info

Publication number: DE102020112227A1
Application number: DE102020112227.6A
Authority: DE
Inventors: Tobias Englert
Original assignee: Liebherr Werk Biberach GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Biberach GmbH
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2021-05-27
Also published as: WO2021099374A1; US20220297984A1; DE202020006018U1; CN114728771A; BR112022008438A2; EP4038009A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine, insbesondere Kran, mit einem pendelnd aufgehängten Funktionselement, insbesondere in Form eines Lastaufnahmemittels, zumindest einer Antriebsvorrichtung zum Bewegen des Funktionselements, einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen händischer Manipulationsbewegungen des Funktionselements, sowie einer Steuervorrichtung zum Ansteuern der Antriebsvorrichtung in Abhängigkeit der erfassten Manipulationsbewegung, wobei die genannte Erfassungseinrichtung eine an dem Funktionselement angebrachte Inertialmesseinrichtung IMU mit Beschleunigungs- und Drehratensensormitteln zum Bereitstellen von Beschleunigungs- und Drehratensignalen sowie eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Auslenkung des Funktionselementes aus den genannten Beschleunigungs- und Drehratensignalen der Inertialmesseinrichtung aufweist, und die genannte Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, die zumindest eine Antriebsvorrichtung so anzusteuern, dass die bestimmte Auslenkung kompensiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine, insbesondere Kran, mit einem pendelnd aufgehängten Funktionselement, insbesondere in Form eines Lasthakens, zumindest einer Antriebseinrichtung zum Bewegen des Funktionselements, einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen händischer Manipulationsbewegungen des Funktionselements, sowie einer Steuervorrichtung zum Ansteuern der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit der erfassten Manipulationsbewegung. Die Erfindung betrifft ferner auch ein Verfahren zum Steuern einer Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine, deren pendelnd aufgehängtes Funktionselement durch zumindest eine Antriebseinrichtung verfahren wird, wobei händische Manipulationsbewegungen des Funktionselements von einer Erfassungseinrichtung erfasst und die genannte zumindest eine Antriebseinrichtung von einer Steuervorrichtung in Abhängigkeit der erfassten Manipulationsbewegung angesteuert wird.
Krane wie Turmdrehkrane oder Teleskopausleger-Mobilkrane, oder auch andere Bau- und/oder Materialumschlagsmaschinen wie Seilbagger besitzen üblicherweise ein pendelnd aufgehängtes Funktionselement, das ein Lastaufnahmemittel wie ein Lasthaken oder eine Magnetkupplung, oder auch ein Greifer wie ein Schalengreifer sein kann und von einer oder mehreren Antriebseinrichtungen verfahren werden kann. Neben Hub- und Absenkbewegungen durch Einholen bzw. Nachlassen eines Hubseils können auch lineare oder bogenförmige Verfahrbewegungen oder Mischformen hieraus ausgeführt werden, beispielsweise durch Verfahren einer Laufkatze, von der das Hubseil abläuft, entlang eines Auslegers, durch Verdrehen eines Auslegers, an dem das Funktionselement pendelnd aufgehängt ist, um eine aufrechte Drehachse, durch translatorisches Verfahren des Auslegers oder der gesamten Maschine beispielsweise entlang einer Gleisbahn, durch Auf- und Niederwippen des Auslegers oder durch Ein- oder Austeleskopieren des Auslegers. Für die genannten Verfahrbewegungen sind regelmäßig entsprechende Antriebseinrichtungen vorgesehen, die von einer üblicherweise elektronischen Steuervorrichtung angesteuert werden können.
Solche elektronischen Steuervorrichtungen, die üblicherweise einen Mikroprozessor und einen Programmspeicher umfassen, können vorgegebene Steuerprogramme abarbeiten, beispielsweise um mit dem Funktionselement einen vorbestimmten oder einprogrammierbaren Verfahrweg abzufahren, und/oder händisch eingegebene Steuerbefehle umsetzen. Hierzu können die Steuervorrichtungen eine Eingabevorrichtung umfassen, über die entsprechende Steuerbefehle eingegeben werden können, die dann vom Steuerungsrechner bzw. der Steuervorrichtung zur Ansteuerung der entsprechenden Antriebsvorrichtungen verwendet bzw. in eine entsprechende Datenverarbeitung umgesetzt werden.
Die genannten Eingabevorrichtungen umfassen dabei üblicherweise im Maschinenführerstand angebrachte Bedienelemente wie Stellhebel, Joysticks, Schiebeschalter, Drehschalter, Druckknöpfe oder Bedientasten, wobei in jüngerer Zeit auch elektronische Eingabemittel wie beispielsweise ein Touchscreen verwendet werden, um Steuerbefehle eingeben zu können.
Zusätzlich zu stationär am Führerstand angebrachten Eingabevorrichtungen, die eine Bedienung am Maschinenführerstand selbst erlauben, ist auch bereits vorgeschlagen worden, ein mobiles Endgerät zu verwenden, das nach Art eines Tablets, einer Fernsteuereinheit oder eines Mobiltelefons ausgebildet ist und drahtlos mit der Steuervorrichtung der Maschine kommunizieren kann. Ein solches mobiles Endgerät erleichtert die Bedienung und Überwachung der Baumaschine beträchtlich, da der Maschinenführer beispielsweise ganz in der Nähe des Funktionselements die auszuführende Aufgabe überwachen und die notwendigen Steuerbefehle eingeben kann, beispielsweise durch Antippen eines Touchscreens eines Tablets. Andererseits bringen solche mobilen Endgeräte jedoch auch Nachteile mit sich. Beispielsweise können sie am Maschinenführerstand liegengelassen werden oder es kommt zu einer ungewollten Ablenkung des Maschinenführers, wenn dieser beispielsweise das Display des Tablets beobachtet. Darüber hinaus sind solche mobilen Endgeräte auch hinsichtlich der Orientierung recht anspruchsvoll, wenn beispielsweise der Maschinenführer nicht immer exakt dieselbe Ausrichtung relativ zur Maschine bzw. relativ zum Funktionselement einnimmt oder Steuerbefehle wie rechts und links spiegelverkehrt einzugeben sind, je nachdem, ob das Funktionselement auf den Maschinenführer zu fährt oder von ihm weg fährt. Um die Bedienung weiter zu vereinfachen, ist es auch bereits bekannt, Steuerbefehl-Eingabemittel unmittelbar an dem Lasthaken eines Krans anzubringen. Die Schrift DE 10 2016 004 266 A1 schlägt beispielsweise vor, am Lastaufnahmemittel eines Krans ein Steuerungsmodul anzubringen, das Drucktasten und Drehgriffe aufweist, um durch Niederdrücken der Drucktasten bzw. Verdrehen der Verdrehgriffe bestimmte Steuerbefehle unmittelbar am Lasthaken eingeben zu können, um den Lasthaken in eine gewünschte Richtung zu verfahren.
Die Schrift WO 2017/174204 A2 beschreibt ein ähnliches Steuerungsmodul, das am Lasthaken angebracht werden kann und einen Handgriff aufweist, an dem Kraft- und Momentensensoren angebracht sind, um händische Manipulationskräfte und -momente zu erfassen, die dann in entsprechende Steuerbefehle umgesetzt werden. Alternativ zu einem direkt am Lasthaken angebrachten Steuerungsmodul werden auch Handschuhe vorgeschlagen, die nach Art von Wearables mit einer Sensorik versehen sind, die Betätigungskräfte erfassen kann, wenn mit den Handschuhen gegen den Lasthaken oder eine daran angelenkte Last gedrückt wird, oder auch Handbewegungen erfassen kann, um eine Gestensteuerung zu verwirklichen.
Eine solche Erfassung der Manipulationskräfte bzw. -momente durch Kraft- bzw. Momentensensoren ist jedoch recht aufwändig, wenn eine tatsächlich feinfühlig, exakt reagierende Steuerung erreicht werden soll. Zum einen müssen die erfassten Kräfte nicht identisch mit den tatsächlich auf das Funktionselement einwirkenden Kräften bzw. Momenten identisch sein, wenn beispielsweise der am Lasthaken angebrachte Handgriff von verschiedenen Maschinenführern in verschiedener Weise gegriffen wird oder die als Wearables ausgebildeten Handschuhe nicht exakt in der vorbestimmten Ausrichtung oder an der vorbestimmten Position angesetzt werden, oder mit einer Hand gezogen und mit der anderen Hand gedrückt wird. Zum anderen ist auch die Umsetzung der erfassten Manipulationskräfte und -beschleunigungen oder -momenten nicht ganz einfach, da auf das Funktionselement über die genannten Manipulationskräfte und -momenten hinaus andere Einflussgrößen wirken. Beispielsweise hängen an einem Lasthaken oft unterschiedlich schwere Lasten oder Lasten mit unterschiedlichen Windangriffsflächen etc.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine der genannten Art sowie ein verbessertes Verfahren zur Steuerung einer solchen Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und Letzteren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Insbesondere soll eine intuitive Bedienbarkeit der Steuerung der Verfahrbewegungen ohne Orientierungsschwierigkeiten für den Maschinenführer erreicht werden, die auch bei variierenden äußeren Lasten ein feinfühliges Dirigieren des Funktionselements erlaubt.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch eine Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 19 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Es wird also vorgeschlagen, händische Manipulationsbewegungen des Funktionselements mittels einer Inertialerfassungseinrichtung zu erfassen, die an dem pendelnd aufgehängten Funktionselement angebracht ist und Beschleunigungs- und Drehratensignale bereitstellt, die translatorische Beschleunigungen und Drehraten des Funktionselements wiedergeben. Eine solche am Funktionselement angebrachte Inertialmesseinrichtung, die bisweilen auch als IMU bezeichnet wird, kann Beschleunigungs- und Drehratensensormittel zum Bereitstellen von Beschleunigungs- und Drehratensignalen aufweisen, die einerseits translatorische Beschleunigungen entlang verschiedener Raumachsen und andererseits Drehraten bzw. gyroskopische Signale bezüglich verschiedener Raumachsen angeben. Als Drehraten können dabei Drehgeschwindigkeiten, grundsätzlich aber auch Drehbeschleunigungen oder auch beides bereitgestellt werden.
Aus den genannten Beschleunigungs- und Drehratensignalen bestimmt eine Bestimmungseinrichtung die Richtung der Auslenkung des Funktionselements, anhand derer die Steuervorrichtung die zumindest eine Antriebseinrichtung dann so ansteuert, dass die Auslenkung kompensiert wird.
Alternativ oder zusätzlich kann das Funktionselement einen Neigungssensor umfassen, der die Auslegung direkt erfassen kann, beispielsweise einen kapazitiven Flüssigkeitsneigungssensor oder einen anderen Neigungssensor.
Um das Funktionselement in eine bestimmte Richtung zu verfahren oder damit einen bestimmten Punkt anzufahren, braucht der Maschinenführer lediglich das Funktionselement in die gewünschte Richtung bzw. zu dem gewünschten Bestimmungspunkt hin ziehen oder drücken, woraufhin die Steuervorrichtung die Antriebsvorrichtung so ansteuert, dass das Funktionselement dorthin verfahren wird, wohin es der Maschinenführer haben will. Die Inertialmesseinrichtung erfasst dabei nicht die aufgewendeten Manipulationskräfte oder händische eingeleitete Drehmomente, sondern die von der händischen Manipulation tatsächlich bewirkte Auslenkung des Funktionselements, so dass unabhängig von äußeren Einflüssen und den jeweils notwendigen Manipulationskräften ein feinfühliges Dirigieren des Funktionselements ermöglicht wird. Hierdurch wird die Steuerung für den Nutzer sehr intuitiv und einfach, da der Nutzer die aufzuwendenden Manipulationskräfte an die Gegebenheiten anpassen kann, ohne darauf achten zu müssen, dass unterschiedlich hohe oder unterschiedlich gerichtete Manipulationskräfte in verschiedene Verfahrbewegungen umgesetzt werden oder das Funktionselement an falscher Stelle gegriffen wird. Hängt beispielsweise eine sehr schwere Last am Lasthaken, wird der Maschinenführer intuitiv mit größerer Kraft am Lasthaken ziehen oder drücken, um diesen in eine bestimmte Richtung zu dirigieren, während ein lastfreier Lasthaken intuitiv sanfter und damit unter geringerer Kraftaufwendung in eine Richtung gezogen bzw. gedrückt wird. Trotz solcher unterschiedlicher Manipulationskräfte wird die tatsächlich bewirkte Auslenkung des Funktionselements durch die Inertialmesseinrichtung sehr präzise erfasst, woraufhin die Antriebseinrichtung passend angesteuert werden kann, um die Auslenkung zu kompensieren.
Vorteilhafterweise kann die Inertialmesseinrichtung Beschleunigungen in drei Raumachsen und Drehraten um zumindest zwei Raumachsen erfassen. Die Beschleunigungssensormittel können dreiachsig arbeiten und die Gyroskopsensormittel können zweiachsig arbeitend ausgebildet sein. Es ist jedoch ebenfalls möglich, auch die Drehraten um drei Raumachsen zu erfassen und die Gyroskopsensormittel hierzu dreiachsig arbeitend auszubilden.
Die Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Auslenkung des Funktionselements aus den Beschleunigungs- und Drehratensignalen der Inertialmesseinrichtung kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung einen oder mehrere Orientierungsfilter zum Bestimmen der Richtung der Auslenkung des Funktionselements aufweisen. Solche Orientierungsfilter können dazu ausgebildet sein, die genannten Beschleunigungs- und Drehratensignale bezüglich der genannten Raumachsen der Inertialmesseinrichtung auszuwerten bzw. zu filtern, um hieraus die Auslenkungsanteile bezüglich der Raumachsen zu bestimmen.
In Weiterbildung der Erfindung kann die genannte Bestimmungseinrichtung auch dazu ausgebildet sein, die Stärke bzw. das Maß der Auslenkung des Funktionselements zu bestimmen, um in Abhängigkeit des Maßes der Auslenkung die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung der Antriebseinrichtung zu steuern. Beispielsweise können bei stärkeren Auslenkungen die Antriebseinrichtungen schneller betätigt werden als bei kleineren Auslenkungen, um dem Maschinenführer das Gefühl zu vermitteln, dass durch die Stärke der Manipulation des Funktionselements die Verfahrgeschwindigkeit steuerbar ist.
Die am Funktionselement angebrachte Inertialmesseinrichtung kann ihre Beschleunigungs- und Drehratensignale und/oder daraus abgeleitete Signale vorteilhafterweise drahtlos an eine Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung übermitteln, die an einem Strukturteil des Krans angebracht oder auch separat in Krannähe angeordnet sein kann. Insbesondere kann die Übermittlung an einen Empfänger erfolgen, der an der Laufkatze und/oder an der Aufhängung, von der das Hubseil abläuft, angebracht sein kann. Vorteilhafterweis kann die Übertragung bspw. über eine WLAN-Verbindung erfolgen.
Durch eine solche drahtlose Anbindung einer Inertialmesseinrichtung kann diese sehr einfach auch an bestehenden Kränen nachgerüstet werden, ohne dass hierfür komplexe Nachrüstmaßnahmen erforderlich wären. Es ist im Wesentlichen nur die Inertialmesseinrichtung am Funktionselement und der damit kommunizierende Empfänger anzubringen, der die Signale an die Steuer- bzw. Reglereinrichtung übermittelt.
Um die Inertialmesseinrichtung am Funktionselement mit Strom bzw. Energie zu versorgen, kann die Inertialmesseinrichtung mit einem Energiespeicher beispielsweise in Form eines Akkus versehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Generator vorgesehen sein, der lokal in der Nähe der Inertialmesseinrichtung und/oder am Funktionselement vorgesehen sein kann und in vorteilhafter Weise dazu ausgebildet sein kann, am Funktionselement auftretende Bewegungen bzw. deren kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Ist das Funktionselement an einem Hubseil angelenkt, das um eine Umlenkflasche geführt ist, kann der Generator getrieblich mit der Umlenkscheibe verbunden sein, um Drehbewegungen der Umlenkscheibe in die Erzeugung elektrischer Energie umzuwandeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Generator beispielsweise Piezoelemente aufweisen oder um wechselnde Lasten und/oder Spannungen, die am Funktionselement auftreten, in Energie umzuwandeln. Alternativ oder zusätzlich kommen auch Trägheitsgeneratoren in Betracht, die Pendelbewegungen in elektrische Energie umwandeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Generator auch ein Photovoltaikelement umfassen, um Tageslicht in Strom wandeln zu können.
Der vom Generator bereitgestellte Strom kann direkt zur Versorgung der Inertialsensorik verwendet und/oder in einem Energiespeicher zwischengespeichert werden, aus dem dann die Inertialmesseinrichtung energieversorgt wird.
Um nicht nur Verfahrbewegungen in der Horizontalen, für die die händischen Manipulationsbewegungen den Freiheitsgrad der pendelnden Aufhängung des Funktionselements ausnützen, sondern auch vertikale Verfahrbewegungen bzw. Mischformen aus Horizontal- und Vertikalbewegungen steuern zu können, kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass vorbestimmte, durch händische Manipulation ausführbare Bewegungen des Funktionselements in einen Steuerbefehl umgesetzt werden, der ein Absenken oder Anheben des Funktionselements bedeutet und die zumindest eine Antriebseinrichtung zu einer entsprechenden Hub- oder Senkbewegung veranlasst. Ein solches vorbestimmtes Manöver bzw. eine vorbestimmte Bewegung des Funktionselements kann beispielsweise ein Verdrehen des Funktionselements um eine aufrechte oder ggf. auch eine liegende Drehachse sein, das vorteilhafterweise von der genannten Inertialmesseinrichtung erfasst werden kann.
Während der Maschinenführer horizontale Verfahrbewegungen bzw. Verfahrbewegungen mit horizontaler Komponente dadurch dirigiert, dass das Funktionselement unter Ausnutzen des Freiheitsgrads der pendelnden Aufhängung zumindest näherungsweise horizontal verschoben oder verzogen wird, kann ein Verdrehen des Funktionselements um eine vorzugsweise aufrechte Achse als Steuerbefehlswunsch interpretiert werden, das Funktionselement anzuheben oder abzusenken.
Die Bestimmungseinrichtung kann hierbei dazu ausgebildet sein, die Richtung der genannten Verkipp- bzw. Drehbewegung um eine liegende Achse zu bestimmen und/oder die Ausrichtung der liegenden Achse, um die die Verdrehung erfolgt, zu bestimmen, um dann in Abhängigkeit der Richtung der Verdrehung bzw. Verkippung wahlweise eine Hubbewegung oder eine Senkbewegung zu veranlassen. Beispielsweise kann eine vorzugsweise kurze Drehung des Lasthakens um die Hochachse beispielsweise im Uhrzeigersinn als Steuerbefehl zum Anheben und eine Drehung des Lasthakens um die genannte Hochachse gegen den Uhrzeigersinn als Steuerbefehl zum Absenken interpretiert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, entgegengesetzte Verkippbewegungen um dieselbe Achse als Hub- und Senkbefehl zu interpretieren. Wird beispielsweise der Lasthaken eines Krans um eine liegende Kippachse parallel zur vertikalen Ebene durch den Kranausleger nach rechts verkippt, kann dies als Hubbefehl interpretiert werden, während ein Verkippen um die genannte Achse nach links als Absenkbefehl interpretiert werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung kann eine erfasste Kippbewegung des Funktionselements um eine liegende Achse so lange in eine Hub- oder Senkbewegung umgesetzt werden, solange das Funktionselement entsprechend verkippt ist. Alternativ kann die Steuervorrichtung aber auch dazu ausgebildet sein, ein Verkippen des Funktionselements um die genannte liegende Achse in eine Hub- oder Senkbewegung um einen vorbestimmten Hub- oder Senkbetrag umzusetzen, beispielsweise dergestalt, dass ein leichtes Verkippen beim Absenken um 10 cm und ein stärkeres Verkippen beim Absenken um 50 cm oder umgekehrt ein Anheben um entsprechende Beträge bedeutet.
Alternativ oder zusätzlich zu einem Erfassen solcher Kippbewegungen durch die Inertialmesseinrichtung können in Weiterbildung der Erfindung Hub- und Senkbefehle auch in anderer Weise eingegeben oder codiert sein. Beispielsweise kann ein Zugkraft- oder Gewichtskraftsensor vorgesehen sein, der ein nach Unten ziehen des Funktionselements und/oder ein Anheben des Funktionselements durch händische Manipulation umfassen kann. Zieht beispielsweise der Maschinenführer das Funktionselement nach unten, registriert dies der genannte Zugkraft- und/oder Gewichtskraftsensor. In Abhängigkeit des entsprechenden Sensorsignals kann die Steuervorrichtung dann eine entsprechende Senkbewegung durch die Antriebsvorrichtung veranlassen. Versucht der Maschinenführer umgekehrt, das Funktionselement händisch anzuheben, kann dies die genannte Sensorik ebenfalls erfassen, so dass in Abhängigkeit eines entsprechenden Sensorsignals bzw. dessen Änderung die Steuervorrichtung eine Hubbewegung veranlassen kann.
Ist das Funktionselement ein Lasthaken bzw. ein Lastaufnahmemittel eines Krans, kann beispielsweise ein solcher Zugkraft- und/oder Gewichtskraftsensor zwischen Lasthaken und Umlenkflasche vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer Messachse, die in die Umlenkflasche integriert sein kann, um das genannte Ziehen oder Anheben am Lasthaken erfassen zu können.
Da solche händischen Manipulationsbewegungen, insbesondere das genannte Anheben, aber auch das genannte Verkippen um eine liegende Achse, bei großen bzw. sehr schweren Funktionselementen schwierig auszuführen sind bzw. nur sehr kleine Lageänderungen am Funktionselement bewerkstelligt werden und dementsprechend schwierig erfasst werden können, kann in Weiterbildung der Erfindung die Erfassungseinrichtung zum Erfassen händischer Manipulationsbewegungen auch eine Eingabevorrichtung umfassen, die am Funktionselement angebracht sein kann, um händische Steuerbefehle eingeben zu können. Eine solche Eingabevorrichtung kann beispielsweise einen Schiebeschalter, der nach oben und unten verschoben werden kann, oder einen Kipphebel, der vorzugsweise nach oben oder unten verkippt werden kann, oder Bedientasten, die beispielsweise mit einem Nach-Oben- oder Nach-Unten-Pfeil markiert sein können, oder auch andere Bedienelemente umfassen, um Steuerbefehle eingeben zu können, insbesondere Steuerbefehle zum Anheben und Absenken des Funktionselements.
Eine solche Eingabevorrichtung kann vorteilhafterweise Eingabemittel zum Dirigieren von Hub- und Senkbewegungen umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die genannte Eingabevorrichtung aber auch Eingabemittel zum Veranlassen vorbestimmter Verfahrbewegungen aufweisen. Beispielsweise kann ein Eingabemittel zum Ausführen eines vorbestimmten Manövers wie beispielsweise das Verfahren um eine feste Strecke in einer vorbestimmten Richtung aufweisen. Beispielsweise kann ein Eingabemittel zum Verfahren der Laufkatze eines Turmkrans um eine feste Strecke und/oder ein Eingabemittel zum Absenken um eine feste Distanz und/oder ein Eingabemittel zum Anheben um eine feste Distanz vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Bedienelement zum Verändern der Verfahrgeschwindigkeit vorgesehen sein, beispielsweise um eine bestimmte Auslenkung des Funktionselements, die durch die genannte Inertialmesseinrichtung erfasst wird, in unterschiedlich schnelle Verfahrbewegungen umzusetzen. Beispielsweise kann ein Eingabemittel zum Auswählen eines Schnellverfahrgangs oder eines Feinjustierverfahrgangs vorgesehen sein. Je nachdem, welche Verfahrgeschwindigkeit ausgewählt worden ist, wird das Drücken bzw. Ziehen des Funktionselements in eine bestimmte Richtung und die damit einhergehende Auslenkung, die von der Inertialmesseinrichtung erfasst wird, in unterschiedlich schnelle Verfahrbewegungen der zumindest einen Antriebsvorrichtung umgesetzt.
In weiterer vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann über ein Softwaremodul ein horizontaler Lastweg realisiert werden. Dadurch ändert sich für den Bediener bspw. auch bei einer Schrägstellung des Auslegers die Höhe der Last bei einer horizontalen Bewegung nicht.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die genannte Eingabevorrichtung auch ein Aktivierungs-Eingabemittel, beispielsweise eine Scharfstell-Taste, umfassen, um ein Verfahren der zumindest einen Antriebsvorrichtung durch das beschriebene Auslenken des Funktionselements und/oder durch Aufbringen der beschriebenen Manipulationskräfte nur dann zu veranlassen, wenn der Steuerungsmodus zum Steuern durch Auslenken des Funktionselements und/oder Beaufschlagen mit Manipulationskräften aktiviert ist. Beispielsweise kann das Bedienelement nach Art eines Sicherungsschalters bzw. einer Sicherungstaste ausgebildet sein, die berührt oder niedergedrückt oder in anderer Weise betätigt werden muss, um den genannten Steuerungsmodus der Steuervorrichtung zu aktivieren, indem ein händisch manipuliertes Auslenken des Funktionselements und/oder ein händisch manipuliertes Beaufschlagen mit Kräften in entsprechende Stellbewegungen umgesetzt wird.
Ein solches Sicherheits-Bedienelement kann beispielsweise ein Taster am Funktionselement, ein Schalter oder auch eine kapazitive Kontaktfläche sein, die den genannten Steuerungsmodus freischaltet.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Steuervorrichtung auch einen Schrägzeug-Ausgleichsbetriebsmodus aufweisen, indem eine Hubbewegung erst erlaubt bzw. freigeschaltet wird, wenn die Auslenkung des pendelnd aufgehängten Funktionselements gegen Null bzw. unter einem vorbestimmten Grenzwert fällt. Alternativ oder zusätzlich kann der genannte Schrägzug-Ausgleichsbetriebsmodus auch dazu ausgebildet sein, bei Eingabe eines Hubwunschs - gegebenenfalls durch das zuvor erläuterte Verkippen des Funktionselements um eine liegende Achse - zunächst die Auslenkung des pendelnd aufgehängten Funktionselements gegenüber der Vertikalen bestimmt und gegebenenfalls durch Betätigen der zumindest einen Antriebsvorrichtung soweit kompensiert wird, dass die genannte Auslenkung gegen Null geht oder unter den genannten Schwellwert fällt. Ist die erfasste, von der Inertialmesseinrichtung bestimmte Auslenkung in ausreichendem Maße kompensiert, kann der Hubsteuerbefehl umgesetzt werden.
Der genannte Schrägzug-Ausgleichsbetriebsmodus kann insofern eine Verzögerungsfunktion zum verzögerten Ausführen eines Hubwunsches umfassen, um die Hubbewegung solange zu verzögern bis die erfasste Auslenkung des Funktionselements gegenüber der Vertikalen unter den genannten Schwellwert abfällt.
Insbesondere kann durch mehrere Berechnungsschritte eine genaue Schätzung des Auslenkwinkels erfolgen, die dann von der Steuervorrichtung zum Ansteuern der Antriebe verwendet werden kann. Die drei Berechnungsschritte können insbesondere folgende Schritte umfassen:

i. Eine Bestimmung der Orientierung der IMU, z.B. durch ein Komplementärfilter, der hochfrequente Anteile aus den Gyroskopsignalen und niederfrequente Anteile aus Richtung des Gravitationsvektors bestimmen und einander ergänzend zur Ermittlung der Hakenkippung zusammenführen kann;
ii. Detektion des Schrägzugwinkels durch Berücksichtigung der Einbaulage der IMU. Diese kann bspw. anhand von Messdaten über einen längeren Zeitraum bestimmt werden.

Die damit erzielbare, hochgenauen Schrägzugwinkelschätzung ist dabei grundsätzlich für universelle Funktionselemente mit pendelnder Aufhängung einsetzbar und kommt mit einer sehr kostengünstig nachrüstbaren Sensorik aus. Gleichzeitig ergeben sich beträchtlich Vorteile wie erhöhte Sicherheit, verbesserte Bedienbarkeit, erhöhte Umschlagleistung und Automatisierbarkeit.
Vorteilhafterweise wird dabei zunächst die Verkippung des Lasthakens aus den Signalen der Inertialmesseinrichtung mit Hilfe eines Orientierungsfilters und/oder mit Hilfe eines Kalman-Filters bestimmt, der sich die unterschiedlichen Besonderheiten der translatorischen Beschleunigungs-Signale und der gyroskopischen Signale der Inertialmesseinrichtung zunutze macht, wobei alternativ oder zusätzlich aber auch ein Kalman-Filter zum Bestimmen der Verkippung des Lasthakens aus den Beschleunigungs- und Drehratensignalen verwendet werden kann. Ein solcher Orientierungsfilter wird beispielsweise beschrieben in Mahony, R.; Hamel, T. & Pflimlin, J., Nonlinear Complementary Filters on the Special Othogonal Group, IEEE Transactions on Automatic Control, 2008, 53, 1203-1218 oder auch Madgwick, S. O. H.; Harrison, A. J. L. & Vaidyanathan, R. Ferner ist ein Kalman-Filter der genannten Art beschrieben in A. M. Sabatini, „Quaternion-based extended Kalman filter for determining orientation by inertial and magnetic sensing,“ in IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 53, no. 7, pp. 1346-1356, July 2006.
Insbesondere kann die Inertialsensorik erste Bestimmungsmittel zum Bestimmen und/oder Schätzen einer Verkippung des Lastaufnahmemittels aus den Beschleunigungs- und Drehratensignalen der Inertialmesseinrichtung und zweite Bestimmungsmittel zum Bestimmen der Auslenkung des Hubseils und/oder des Lastaufnahmemittels gegenüber der Vertikalen aus der ermittelten Verkippung des Lastaufnahmemittels und einer Inertial-Beschleunigung des Lastaufnahmemittels aufweisen.
Die genannten Bestimmungsmittel können insbesondere einen Komplementärfilter mit einem Hochpass-Filter für das Drehratensignal der Inertialmesseinrichtung und einen Tiefpass-Filter für das Beschleunigungssignal der Inertialmesseinrichtung oder ein daraus abgeleitetes Signal aufweisen, wobei der genannte Komplementärfilter dazu ausgebildet sein kann, eine drehratengestützte Schätzung der Verkippung des Lastaufnahmemittels, die auf dem hochpassgefilterten Drehratensignal basiert, und eine beschleunigungsgestützte Schätzung der Verkippung des Lastaufnahmemittels, die auf dem tiefpassgefilterten Beschleunigungssignal basiert, miteinander zu verknüpfen und aus den verknüpften drehraten- und beschleunigungsgestützten Schätzungen der Verkippung des Lastaufnahmemittels die gesuchte Verkippung des Lastaufnahmemittels zu bestimmen.
Dabei kann die drehratengestützte Schätzung der Verkippung des Lastaufnahmemittels eine Integration des hochpassgefilterten Drehratensignals umfassen.
Die beschleunigungsgestützte Schätzung der Verkippung des Lastaufnahmemittels kann auf dem Quotienten einer gemessenen Horizontalbeschleunigungskomponente und einer gemessenen Vertikalbeschleunigungskomponente beruhen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Seitenansicht einer Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine in Form eines Turmdrehkrans nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, wobei das Funktionselements in Form des Lasthakens des Turmdrehkrans mit einer Inertialmesseinrichtung versehen ist und von einem Maschinenführer in eine vorbestimmte Richtung gezogen wird, um ein entsprechendes Verfahren der Antriebsvorrichtungen des Turmdrehkrans zu veranlassen, und
2 eine Seitenansicht des Turmdrehkrans ähnlich 1, wobei der Lasthaken des Krans unter Schrägzug des Hubseils an einer anzuhebenden Last angekuppelt ist, so dass der Schrägzug-Ausgleichsbetriebsmodus der Steuervorrichtung zunächst den Schrägzug kompensiert, bevor die Hubbewegung ausgeführt wird.

Wie 1 zeigt, kann die Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine 1 als Kran, beispielsweise Turmdrehkran, Teleskopauslegerkran, Hafenkran oder Offshore-Kran ausgebildet sein, wobei der in 1 gezeigte Turmdrehkran einen Turm 8 umfasst, der einen Ausleger 9 trägt, der gegebenenfalls zusammen mit dem Turm 8 - bei Ausbildung als Untendreher - um eine aufrechte Drehachse von einem Drehwerk verdreht werden kann. An dem Ausleger 9 kann eine Laufkatze 6 in Längsrichtung des Auslegers 9 durch einen Katzantrieb verfahren werden, wobei an der Laufkatze 6 ein Funktionselement 10 umfassend einen Lasthaken 4 pendelnd aufgehängt ist. Der genannte Lasthaken 4 ist dabei durch ein Hubseil 11 an der Laufkatze 6 angelenkt, um angehoben und abgesenkt werden zu können. Hierzu ist ein Hubwerk vorgesehen, welches das Hubseil 11 einholen und ablassen kann. Das genannte Hubseil 11 kann ein oder mehrsträngig zum Lasthaken 4 geführt sein und dort insbesondere um eine Umlenkflasche umgelenkt sein.
Die genannten Antriebsvorrichtungen 12 in Form des genannten Drehwerks, des Katzantriebs und des Hubwerks können von einer elektronischen Steuervorrichtung 2 betätigt werden, die einen am Kran selbst angeordneten Steuerungsrechner umfassen kann, der beispielsweise einen Mikroprozessor und einen Programmspeicher besitzen kann. Die genannte Steuervorrichtung 2 kann hierbei verschiedene Stellglieder, Hydraulikkreise, Elektromotoren und andere Stellglieder ansteuern, um die genannten Antriebsvorrichtungen 12 zu betätigen. Die Steuervorrichtung 2 kann darüber hinaus auch eine Überwachungseinrichtung umfassen, die die Traglast des Turmdrehkrans überwacht und gegebenenfalls die Antriebe stillsetzt, wenn ein Überlastungszustand droht.
Die Steuervorrichtung 2 kann in an sich bekannter Weise in einem Maschinenführerstand 13 Steuerelemente zum Eingeben von Steuerbefehlen besitzen, beispielsweise in Form eines oder mehrerer Joysticks, eines oder mehrerer Touchscreens, eines oder mehrerer Dreh-Schiebe- und/oder Kippschalters oder anderer Bedientasten.
Die genannten Antriebsvorrichtungen 12 können aber auch durch Dirigieren des Lasthakens 4 betätigt werden, wie dies 1 zeigt. Hierzu kann die Steuervorrichtung 2 mit einer Erfassungseinrichtung 3 kommunizieren, die an dem Lasthaken 4 angebracht ist.
Die genannte Erfassungseinrichtung 3 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, einen Schrägzug des Hubseils 11 und/oder Auslenkungen des Lasthakens 4 gegenüber einer Vertikalen 14, die durch den Aufhängungspunkt des Lasthakens 4, das heißt durch die Laufkatze 6 geht, zu erfassen. Insbesondere kann ein Seilzugwinkel φ gegen die Schwerkraftlinie erfasst werden, vgl. 1.
Die genannte Erfassungseinrichtung 3 umfasst dabei eine am Lasthaken 4 angebrachte Inertialmesseinrichtung IMU oder Neigungssensoren, die ihre Messsignale vorzugsweise drahtlos zu einem Empfänger, der mit der Steuervorrichtung 2 verbunden ist, übermitteln kann, vgl. 1.
Eine solche Inertialmesseinrichtung IMU kann insbesondere Beschleunigungs- und Drehratensensormittel zum Bereitstellen von Beschleunigungs- und Drehratensignalen aufweisen, die einerseits translatorische Beschleunigungen entlang verschiedener Raumachsen und andererseits Drehraten bzw. gyroskopische Signale bezüglich verschiedener Raumachsen angeben, umfassen. Als Drehraten können dabei Drehgeschwindigkeiten, grundsätzlich aber auch Drehbeschleunigungen oder auch beides bereitgestellt werden. Alternativ ist auch eine Verwendung von Neigungssensoren denkbar.
Vorteilhafterweise kann die Inertialmesseinrichtung IMU dabei Beschleunigungen in drei Raumachsen und Drehraten um zumindest zwei Raumachsen erfassen. Die Beschleunigungssensormittel können dreiachsig arbeiten und die Gyroskopsensormittel zumindest zweiachsig arbeitend ausgebildet sein. Im Falle von Neigungssensoren werden vorteilhafterweise zumindest zwei Raumachsen erfasst.
Die am Lasthaken 4 angebrachte Inertialmesseinrichtung IMU kann ihre Beschleunigungs- und Drehratensignale und/oder daraus abgeleitete Signale vorteilhafterweise drahtlos an die Steuervorrichtung 2 übermitteln, wobei die Übertragung beispielsweise über eine WLAN-Verbindung erfolgen kann.
Dabei kann der Lasthaken 4 gegenüber dem Hubseil 11 je nach Anbindung in verschiedene Richtungen und in verschiedener Weise verkippen. Der Schrägzugwinkel φ des Hubseils 11 ist dabei bei gespanntem Seil näherungsweise identisch mit der Ausrichtung des Lasthakens..
Um Auslenkungen des Lasthakens 4 in einer vertikalen Ebene enthaltend den Ausleger 9 - wie sie in 1 gezeigt sind - und auch Auslenkungen quer dazu erfassen zu können, können die von den Sensormitteln der Inertialmesseinrichtung IMU gelieferten Signale durch Orientierungsfilter gefiltert bzw. ausgewertet werden und/oder die Bestimmungseinrichtung 15 der elektronischen Steuervorrichtung 2 kann die genannten Messsignale der Inertialmesseinrichtung IMU anhand eines Bewegungsmodells auswerten, welches die Pendelbewegungen des Lasthakens 4 modelliert. Dabei können die genannten Auslenkbewegungen des Lasthakens 4 in der Verfahrrichtung der Laufkatze 6 und quer dazu separat voneinander betrachtet werden, wobei anhand der durch die Bewegungsmodellierung bestimmten Auslenkanteile gegebenenfalls aufaddiert werden können, um schräge Auslenkungen sowohl in Verfahrrichtung der Laufkatze als auch quer dazu hinsichtlich ihrer Richtung und/oder Größe exakt bestimmen zu können.
In Abhängigkeit der durch die Bestimmungseinrichtung 15 bestimmten Richtung der Auslenkung des Lasthakens 4, insbesondere in Abhängigkeit des von der Bestimmungseinrichtung 15 bestimmten Betrags und der bestimmten Richtung des Winkels φ steuert die Steuervorrichtung 2 einen oder mehrere der genannten Antriebsvorrichtungen 12 an, um die Auslenkung φ zu kompensieren bzw. zu minimieren. Mit anderen Worten verfährt die Steuervorrichtung 2 die Antriebsvorrichtungen 12 in Abhängigkeit der bestimmten Auslenkung φ derart, dass die Laufkatze 6 der genannten Auslenkung des Lasthakens 4 nachfährt. Hierdurch kann der Maschinenführer 5 in einfacher, intuitiver Art und Weise den Kran dirigieren. Die Steuervorrichtung 2 verfährt die beweglichen Elemente des Krans dorthin, wo der Lasthaken 4 hin dirigiert wird.
Um auch Hub- und Senkbewegungen am Lasthaken 4 dirigieren zu können, kann die Inertialmesseinrichtung IMU dazu ausgebildet sein, auch ein Verdrehen bzw. Verkippen des Lasthakens 4 um eine liegende Achse zu messen, so wie dies eingangs erläutert wurde. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Verdrehen des Lasthakens 4 um eine aufrechte Drehachse von der Inertialmesseinrichtung IMU gemessen werden. Diese Verdreh- und/oder Kippbewegungen bzw. die damit korrespondierenden Sensorsignale der Inertialmesseinrichtung IMU können von der Steuervorrichtung 2 als Steuerbefehl interpretiert werden, den Lasthaken 4 anzuheben oder abzusenken, das heißt die Steuervorrichtung 2 kann in Abhängigkeit solcher Messsignale das Hubwerk ansteuern, um den Lasthaken anzuheben oder abzusenken.
Alternativ oder zusätzlich kann zum Dirigieren von Hub- und Senkbewegungen aber auch am Lasthaken 4 eine Eingabevorrichtung 7 vorgesehen sein, beispielsweise in Form zweier Bedientasten, von denen eine bei Niederdrücken einen Hubwunsch und die andere bei Niederdrücken einen Senkwunsch an die Steuervorrichtung 2 vorteilhafterweise drahtlos übermittelt.
Um ein unerwünschtes Verfahren der Maschine 1 bei unabsichtlichen Auslenkungen des Lasthakens 4 zu vermeiden, kann die genannte Eingabevorrichtung 7 vorteilhafterweise auch ein Aktivierungs-Eingabemittel umfassen, welches zu betätigen ist, um die Steuervorrichtung 2 in einen Auslenk-Steuermodus zu schalten, in dem die Steuervorrichtung 2 in Abhängigkeit der Messsignale der Inertialmesseinrichtung IMU die Antriebsvorrichtungen 12 wie beschrieben ansteuert. Wird das genannte Aktivierungs-Eingabemittel nicht betätigt, ist der genannte Auslenkungs-Steuermodus deaktiviert, sodass ein Auslenken des Lasthakens 4 nicht zu Kran-Verfahrbewegungen führt.
Wie 2 zeigt, kann die Steuervorrichtung 2 auch einen Schrägzug-Ausgleichsbetriebsmodus umfassen, der Hubsteuerbefehle verzögert umsetzt bzw. nur dann umsetzt, wenn der Schrägzugwinkel φ des Hubseils 11 durch eine automatisierte Ansteuerung der übrigen Antriebe gegen Null geht bzw. unter einem Schwellwert liegt.
Wird beispielsweise, wie 2 zeigt, der Lasthaken 4 unter Schrägzug des Hubseils 11 an einer Last eingehängt und in der beschriebenen Weise ein Hubbefehl eingegeben - beispielsweise durch Verkippen des Lasthakens 2 und/oder Betätigen des Hub-Bedienmittels - überprüft die Steuervorrichtung 2 in dem genannten Schrägzug-Ausgleichsbetriebsmodus, ob der Schrägzugwinkel φ des Hubseils 11, der unter Zuhilfenahme der Signale der Inertialmesseinrichtung IMU bestimmt wurde, unter dem genannten Schwellwert liegt. Ist dies nicht der Fall, veranlasst die Steuervorrichtung 2 eine Betätigung der Antriebsvorrichtungen 12, um den Schrägzug auszugleichen bzw. zu verringern, das heißt den Schrägzugwinkel φ zu verkleinern. Bei der in 2 gezeigten Konstellation kann beispielsweise die Laufkatze 6 näher zum Turm 8 hin verfahren werden. Alternativ oder zusätzlich können aber auch andere Antriebsbewegungen veranlasst werden, beispielsweise das Drehwerk betätigt werden, um den Schrägzug φ zu verringern.
Erst wenn der Schrägzugwinkel φ ausreichend klein ist, veranlasst die Steuervorrichtung 2 eine Betätigung der Hubvorrichtung, um die Last anzuheben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016004266 A1 [0005]
WO 2017/174204 A2 [0006]

Claims

Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine, insbesondere Kran, mit einem pendelnd aufgehängten Funktionselement (10), insbesondere in Form eines Lastaufnahmemittels (4), zumindest einer Antriebsvorrichtung (12) zum Bewegen des Funktionselements (10), einer Erfassungseinrichtung (3) zum Erfassen händischer Manipulationsbewegungen des Funktionselements (10), sowie einer Steuervorrichtung (2) zum Ansteuern der Antriebsvorrichtung (12) in Abhängigkeit der erfassten Manipulationsbewegung, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Erfassungseinrichtung (3) eine an dem Funktionselement (10) angebrachte Inertialmesseinrichtung (IMU) mit Beschleunigungs- und Drehratensensormitteln zum Bereitstellen von Beschleunigungs- und Drehratensignalen sowie eine Bestimmungseinrichtung (15) zum Bestimmen der Auslenkung des Funktionselementes (10) aus den genannten Beschleunigungs- und Drehratensignalen der Inertialmesseinrichtung (IMU) aufweist, und die genannte Steuervorrichtung (2) dazu ausgebildet ist, die zumindest eine Antriebsvorrichtung (12) so anzusteuern, dass die bestimmte Auslenkung (φ) kompensiert wird.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Bestimmungseinrichtung (15) zumindest einen Orientierungsfilter zum Filtern der Beschleunigungs- und Drehratensignale der Inertialmesseinrichtung (IMU) zum Bestimmen der Richtung der Auslenkung des Funktionselementes (10) aufweist, und die Steuervorrichtung (2) dazu ausgebildet ist, die zumindest eine Antriebsvorrichtung (12) in Abhängigkeit der bestimmten Richtung der Auslenkung anzusteuern.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmungseinrichtung (15) dazu ausgebildet ist, den Betrag der Auslenkung des Funktionselementes (10) zu bestimmen, wobei die Steuervorrichtung (2) dazu ausgebildet ist, die zumindest eine Antriebsvorrichtung (12) bei einer betragsmäßig größeren Auslenkung schneller und bei einer betragsmäßig kleineren Auslenkung langsamer zu betätigen.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmungseinrichtung (15) dazu ausgebildet ist, aus den Beschleunigungs- und Drehratensignalen der Inertialmesseinrichtung (IMU) einen Schrägzug (cp) des pendelnd aufgehängten Funktionselementes (10) gegenüber einer durch den Pendelaufhängungspunkt gehenden Vertikalen (14) zu bestimmen, und die Steuervorrichtung (2) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit des bestimmten Schrägzugs (φ) durch Betätigung der zumindest einen Antriebsvorrichtung (12) den Pendelaufhängungspunkt in einer liegend ausgerichteten Ebene so zu verfahren, dass der Schrägzug (φ) kleiner wird.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die genannte Erfassungseinrichtung (3) anstelle der IMU einen Neigungssensor umfasst, der unter Berücksichtigung der Einbaurichtung die Verkippung des Funktionselements (10) und damit den Schrägzug (φ) direkt misst.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Pendelaufhängungspunkt an einer Laufkatze (6) befestigt ist, die entlang eines Auslegers (9) durch einen Katzantrieb verfahrbar ist, welcher Ausleger (9) durch ein Drehwerk um eine aufrechte Drehachse verdrehbar ist, wobei die Steuervorrichtung (2) in Abhängigkeit des genannten Schrägzugs (cp) den genannten Katzantrieb und/oder das genannte Drehwerk so ansteuert, dass der Schrägzugwinkel (φ) kleiner wird.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmungseinrichtung (15) dazu ausgebildet ist, Dreh- und/oder Kippbewegungen des Funktionselementes (10) um eine aufrechte Drehachse aus den Beschleunigungs- und Drehratensignalen der Inertialmesseinrichtung (IMU) zu bestimmen, und die Steuervorrichtung (2) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der bestimmten Drehbewegung des Funktionselementes (10) um die genannte liegende Achse ein Hubwerk zum Anheben und Absenken des Funktionselementes (10) anzusteuern.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuervorrichtung (2) dazu ausgebildet ist, eine bestimmte Drehbewegung des Funktionselementes (10) um die genannte aufrechte Achse in ein ein- oder mehrmaliges Absenken oder Anheben des Funktionselementes (10) um einen vorbestimmten Betrag umzusetzen.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich zu der Inertialmesseinrichtung (IMU) an dem Funktionselement (10) eine Eingabevorrichtung (7) zum Eingeben eines Hubsteuersignals und eines Senksteuersignals vorgesehen ist.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Funktionselement (10) ein Aktivierungs-Eingabemittel (7) zum Aktivieren und Deaktivieren eines Auslenkungs-Steuermodus der Steuervorrichtung (2) vorgesehen ist, in dem die Steuervorrichtung (2) die zumindest eine Antriebsvorrichtung (12) in Abhängigkeit der aus den Messsignalen der Inertialmesseinrichtung (IMU) bestimmten Auslenkung ansteuert, wobei die genannten Aktivierungs-Eingabemittel vorzugsweise derart ausgebildet sind, dass der genannte Auslenkungs-Steuerbetriebsmodus der Steuervorrichtung (2) nur dann aktiviert ist, wenn die genannten Aktivierungseingabemittel betätigt sind.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die die genannte Erfassungseinrichtung (3) umfassend die Inertialmesseinrichtung (IMU) und/oder eine Neigungssensorik Kommunikationsmittel zum drahtlosen Kommunizieren mit der Steuervorrichtung (2) aufweist.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Inertialmessvorrichtung mit einem an dem Funktionselement (10) vorgesehenen Energiespeicher zum Energieversorgen der Erfassungseinrichtung (3) verbunden ist, wobei der genannte Energiespeicher vorzugsweise einen Akku aufweist.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Funktionselement (10) ein Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie aus am Funktionselement (10) auftretenden Bewegungen und/oder darauf einwirkenden Kräften zum Energieversorgen der Erfassungseinrichtung (3) vorgesehen ist.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der genannte Generator von einer Umlenkflasche antreibbar ist, durch die das Funktionselement (10) über ein Hubseil (11) pendelnd aufgehängt ist.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmungseinrichtung (15) erste Bestimmungsmittel zum Bestimmen und/oder Schätzen einer Verkippung des Funktionselementes (10) aus dem Beschleunigungs- und Drehratensignalen der Inertialmesseinrichtung (IMU) und zweite Bestimmungsmittel zum Bestimmen der Auslenkung (φ) der Pendelaufhängung des Funktionselementes (10), insbesondere des das Funktionselement (10) tragenden Hubseils (11), gegenüber der Vertikalen (14) aus der ermittelten Verkippung des Funktionselementes (10) und einer Inertialbeschleunigung der genannten Pendelaufhängung aufweist.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die ersten Bestimmungsmittel einen Komplementärfilter mit einem Hochpass-Filter für das Drehratensignal der Inertialmesseinrichtung (IMU) und einen Tiefpass-Filter für das Beschleunigungssignal der Inertialmesseinrichtung (IMU) oder ein daraus abgeleitetes Signal aufweist, welcher Komplementärfilter dazu ausgebildet ist, eine drehratengestützte Schätzung der Verkippung des Lastaufnahmemittels, die auf dem hochpassgefilterten Drehratensignal basiert, und eine beschleunigungsgestützte Schätzung der Verkippung des Lastaufnahmemittels, die auf dem tiefpassgefilterten Beschleunigungssignal basiert, miteinander zu verknüpfen und aus den verknüpften drehraten- und beschleunigungsgestützten Schätzungen der Verkippung des Lastaufnahmemittels die gesuchte Verkippung des Lastaufnahmemittels zu bestimmen.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die drehratengestützte Schätzung der Verkippung des Lastaufnahmemittels eine Integration des hochpassgefilterten Drehratensignals umfasst und/oder die beschleunigungsgestützte Schätzung der Verkippung des Lastaufnahmemittels auf dem Quotienten einer gemessenen Horizontalbeschleunigung und einer gemessenen Vertikalbeschleunigung beruht.
Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Filter- und/oder Beobachtereinrichtung einen Kalman-Filter, insbesondere einen erweiterten oder einen unscented Kalman-Filter, umfasst.
Verfahren zum Steuern einer Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine (1), deren pendelnd aufgehängtes Funktionselement (10) durch zumindest eine Antriebsvorrichtung (12) verfahren wird, wobei die genannte zumindest eine Antriebsvorrichtung (12) von einer Steuervorrichtung (2) der Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine (1) in Abhängigkeit von händischen Manipulationsbewegungen des Funktionselementes (10) angesteuert wird, die von einer Erfassungseinrichtung erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Funktionselement (10) von einer dort angebrachten Inertialmesseinrichtung (IMU) mit Beschleunigungs- und Drehratensensoren Beschleunigungs- und Drehratensignale, die die translatorischen Beschleunigungen und die Drehraten am Funktionselement (10) angeben, bereitgestellt und drahtlos an die Steuervorrichtung (2) übermittelt werden, wobei aus den genannten Beschleunigungs- und Drehratensignalen eine Auslenkung (φ) des Funktionselementes (10) gegenüber einer durch den Pendelaufhängungspunkt des Funktionselementes (10) gehenden Vertikalen (14) von einer Bestimmungseinrichtung (15) bestimmt wird und die zumindest eine Antriebsvorrichtung (12) von der Steuervorrichtung (2) so angesteuert wird, dass die bestimmte Auslenkung (φ) kompensiert wird.