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Die
DE 20 2019 107 198 U1 offenbart eine Vorrichtung mit einer Hebevorrichtung und einer Lokalisierungsvorrichtung basierend auf der Ultra-Wideband (UWB)-Technologie.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsmaschine zur Verfügung zu stellen, die einen möglichst benutzerfreundlichen Betrieb ermöglicht.
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Die, insbesondere mobile, Arbeitsmaschine weist einen beweglichen Mast und ein an einer Mastspitze des Masts angeordnetes Austragorgan auf, wobei aus einem Austrittsende des Austragorgans im Betrieb der Arbeitsmaschine Dickstoff, beispielsweise Flüssigbeton, austragbar ist.
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Die Arbeitsmaschine weist ein Ultra-Wideband (UWB)-System auf. Das UWB-System weist herkömmlich eine Anzahl von UWB-Tags, auch als Marker bezeichnet, und eine Anzahl von UWB-Ankern auf. Die Anzahl von UWB-Ankern kann beispielsweise zwischen 1 und 10 betragen. Die Anzahl von UWB-Tags kann beispielsweise zwischen 1 und 10 betragen.
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Die UWB-Technologie (deutsch: Ultra-Breitband-Technologie) ist eine funkbasierte Kommunikationstechnologie für den Nahbereich zur Übertragung von Daten für die Positionsbestimmung im Innen- und Außenbereich. Die Positionsbestimmung des oder der UWB-Tags erfolgt hierbei mittels einer Laufzeitbestimmung von Ultrabreitbandsignalen mit Frequenzen von mehr als 1,5 GHz zwischen dem oder den UWB-Tags und den UWB-Ankern. Die Ultrabreitbandsignale weisen typisch eine Bandbreite zwischen 0,1 GHz und 10 GHz, insbesondere zwischen 0,5 GHz und 5 GHz, besonders bevorzugt zwischen 0,8 GHz und 1,2 GHz, auf. Die Frequenz der Ultrabreitbandsignale beträgt typisch zwischen 1,5 GHz und 20 GHz, insbesondere zwischen 2 GHz und 15 GHz, besonders bevorzugt zwischen 3 GHz und 10 GHz. Die Energie der Ultrabreitbandsignale beträgt typisch zwischen -100 dBm/Hz und -1 dBm/Hz, insbesondere zwischen -90 dBm/Hz und -10 dBm/Hz, besonders bevorzugt zwischen -60 dBm/Hz und -30 dBm/Hz. Im Übrigen sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
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Ein erstes UWB-Tag der Anzahl von UWB-Tags ist dazu vorgesehen, eine Soll-Trajektorie vorzugeben. Hierzu kann beispielsweise ein Nutzer der Arbeitsmaschine das erste UWB-Tag entlang der von dem Nutzer vorgesehenen Soll-Trajektorie bewegen. Die Position des ersten UWB-Tags kann fortlaufend mit einer geeigneten Abtastrate erfasst und in einem Speicher der Arbeitsmaschine geeignet aufgezeichnet werden.
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Eine Trajektorie (auch als Bahnkurve, Pfad oder Weg bezeichnet) im Kontext der Beschreibung ist typisch der Verlauf einer Raumkurve, entlang der sich ein Körper, hier beispielsweise das erste UWB-Tag, oder ein Punkt, beispielsweise der Schwerpunkt eines starren Körpers, bewegt. Im erweiterten Sinn ist die Trajektorie eine Kurve im n-dimensionalen Phasenraum.
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Die Arbeitsmaschine weist eine mit dem UWB-System zum Datenaustausch gekoppelte Steuereinheit auf, beispielsweise in Form einer Mikroprozessorsteuerung. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Mast derart mittels geeigneten Ansteuerns von herkömmlichen Mast-Aktuatoren der Arbeitsmaschine zu bewegen, dass die Mastspitze der vorgegebenen Soll-Trajektorie folgt. Die Steuereinheit ist insbesondere dazu ausgebildet, den Mast derart zu bewegen, dass die Mastspitze der vorgegebenen Soll-Trajektorie in Echtzeit folgt. Mit anderen Worten gibt das erste UWB-Tag eine Soll-Position der Mastspitze vor, wobei die Steuereinheit den Mast derart bewegt, dass die Mastspitze an diese Soll-Position bewegt wird. Dieses Nachführen erfolgt selbstverständlich innerhalb der Bewegungsfreiheitsgrade und der möglichen Dynamik des Masts.
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In einer Ausführungsform ist die Anzahl von UWB-Ankern, insbesondere ortsfest, an der Arbeitsmaschine befestigt, beispielsweise an einem Chassis der Arbeitsmaschine, an einem Führerhaus der Arbeitsmaschine, und/oder an Mastsegmenten der Arbeitsmaschine. Alternativ kann die Anzahl von UWB-Ankern in einem die Arbeitsmaschine umgebenden Raum angeordnet sein. Auch Mischformen sind denkbar, d.h. ein Teil der UWB-Anker ist ortsfest an der Arbeitsmaschine befestigt und ein anderer Teil der UWB-Anker ist in dem die Arbeitsmaschine umgebenden Raum angeordnet.
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In einer Ausführungsform weist die Arbeitsmaschine eine von einem Nutzer der Arbeitsmaschine bewegbare Handhabe auf, wobei das erste UWB-Tag an der Handhabe befestigt ist bzw. in die Handhabe integriert ist.
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In einer Ausführungsform ist die Handhabe ein Teleskopstab. Der Teleskopstab kann einen Griff aufweisen, wobei das erste UWB-Tag an einem dem Griff gegenüberliegenden Ende des Teleskopstab angeordnet ist.
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In einer Ausführungsform ist das erste UWB-Tag in ein Mobiltelefon integriert.
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In einer Ausführungsform weist der Mast mehrere, relativ zueinander bewegliche, insbesondere relativ zueinander drehbewegliche, Mastsegmente auf, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Mastsegmente derart mittels geeigneten Ansteuerns von herkömmlichen Mastsegment-Aktuatoren relativ zueinander zu bewegen, dass die Mastspitze der vorgegebenen Soll-Trajektorie folgt. Die Mastsegmente können mit/über Gelenke miteinander verbundenen sein, so dass der Mast in unterschiedlichen Maststellungen/Mastposen positionierbar ist. Verschiedene Maststellungen/Mastposen können sich durch ihre Drehwinkelstellung bezogen auf eine vertikal verlaufende Achse (Hochachse) unterscheiden und/oder durch die Winkel zwischen den Mastsegmenten unterscheiden.
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In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, eine momentane Position der Mastspitze basierend auf Sensordaten zu bestimmen, die eine momentane Mastpose abbilden. Die Arbeitsmaschine kann hierzu beispielsweise Sensoren zur Erzeugung der Sensordaten aufweisen, wobei die Sensordaten Winkel zwischen den Mastsegmenten abbilden und/oder eine Drehwinkelstellung des Masts abbilden.
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Positionen im Kontext dieser Beschreibung werden insbesondere als Positionen im Raum verstanden und können beispielsweise in einem 3-dimensionalen Koordinatensystem beschrieben werden, insbesondere in einem kartesischen 3-dimensionalen Koordinatensystem beschrieben werden.
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In einer Ausführungsform ist ein zweites UWB-Tag der Anzahl von UWB-Tags an der Mastspitze befestigt, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, eine momentane Position der Mastspitze in Abhängigkeit von einer mittels des UWB-Systems ermittelten momentanen Position des zweiten UWB-Tags zu bestimmen.
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In einer Ausführungsform ist die Arbeitsmaschine eine Betonpumpe, insbesondere eine Autobetonpumpe.
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Nachfolgend werden weitere Erfindungsaspekte beschrieben.
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Beinstellungserfassung:
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Zum Betrieb einer Betonpumpe müssen deren Stützausleger in Abhängigkeit von einem gewünschten Aktionsradius der Betonpumpe ausgefahren werden. Die finale Stellung der Stützausleger entscheidet über die Reichweite des Masts bzw. Arms der Betonpumpe sowie den Platzverbrauch der Abstützung und ist von der Umgebung abhängig. Vor allem in städtischen Gebieten können die Stützausleger nicht immer voll ausgefahren werden. Um die Stützausleger an die optimale Position zu fahren, muss deren Position beim Ausfahren gemessen werden. Hierzu werden erfindungsgemäß UWB-Tags an den Stützauslegern befestigt.
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UWB-Anker werden geeignet an der Betonpumpe und/oder im Umfeld der Betonpumpe an bekannten Positionen angeordnet. Mittels des UWB-Systems kann nun die Position der Stützausleger gemessen und überwacht werden.
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Kameradrohnen Tracking für 3D Aufnahmen:
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Um eine optimale Positionierung einer Betonpumpe und deren anschließende Mast- bzw. Armregelung auf einer Baustelle zu gewährleisten, ist es wünschenswert, ein genaues geometrisches Modell der aktuellen Situation auf der Baustelle zu haben. Dazu gehören beispielsweise Gegenstände und Gerüste, die sich auf der Baustelle befinden. Diese können potenzielle Hindernisse beim Verfahren des Masts bzw. Arms darstellen. Mittels der Erfindung ist es möglich, ein valides, dreidimensionales, virtuelles Abbild der Baustelle zu erzeugen. Hierzu wird ein UWB-Tag an einer ferngesteuerten, mit einer Kamera ausgestatteten Drohne befestigt. UWB-Anker werden geeignet an der Betonpumpe und/oder im Umfeld der Betonpumpe an bekannten Positionen angeordnet. Die Drohne kann nun über die Baustelle geflogen werden. Die Position des UWB-Tags wird mittels des UWB-Systems ständig ermittelt, wobei mittels eines Auswertealgorithmus den momentanen Bilddaten der Drohne deren Position zugeordnet wird, so dass ein valides dreidimensionales Abbild der Baustelle erzeugt werden kann. Dieses kann nun wiederum beispielsweise dazu genutzt werden, eine optimale Aufstellposition für die Betonpumpe zu finden und/oder eine kollisionsfreie Trajektorienplanung des Masts zu ermöglichen.
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Sensorfusion Armwinkelsensoren und UWB:
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Das Verfahren des Masts bzw. Arms einer Betonpumpe erfordert eine genaue Messung der aktuellen Konfiguration und Position des Masts bzw. Arms. Um dies zu erreichen, werden derzeit vor allem Sensoren an den Gelenken der Mastsegmente eingesetzt, die deren Winkel messen. Kommt es bei diesen Sensoren zu Ausfällen, ist keine Messung der Armposition mehr möglich. Mittels der Erfindung ist es möglich, die Position des Masts bzw. Arms noch genauer zu messen und auch beim Ausfall eines oder mehrerer Winkelsensoren immer noch eine Positionsbestimmung des Masts bzw. Arms zu ermöglichen. Hierzu werden UWB-Tags am Mast bzw. dessen Segmenten befestigt. UWB-Anker werden geeignet an der Betonpumpe und/oder im Umfeld der Betonpumpe an bekannten Positionen angeordnet. Mittels UWB-Positionsbestimmung der UWB-Tags und Sensorfusion basierend auf einem mathematischen Modell des Masts und einem Schätzalgorithmus werden erfindungsgemäß die Positionssignale des UWB-Systems und der vorhandenen Winkelsensoren kombiniert. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Positionsbestimmung des Masts und durch die redundante Messung kann die Position auch bestimmt werden, wenn ein oder mehrere Winkel-Sensoren ausfallen.
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Aufstellort einer Autobetonpumpe:
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Wird eine Autobetonpumpe für das Betonieren einer großen Fläche eingesetzt, so ist der Arbeitsbereich durch die maximale Reichweite des Masts eingeschränkt. Mit der Wahl der Aufstellposition ist die erreichbare Fläche um die Autobetonpumpe festgelegt. Das Ziel ist es, möglichst ohne Umsetzen den gesamten zu betonierenden Bereich zu erreichen. Mittels der Erfindung ist es möglich, eine möglichst optimale Position der Autobetonpumpe zu finden. Hierzu wird der Baustellenbereich der zu betonierenden Fläche mit UWB-Ankern ausgestattet. Mittels der Anker wird der Baustellenbereich großflächig mittels des UWB-Systems überwacht und die UWB-Tags geortet. Während die UWB-Anker an fixen, bekannten Positionen angeordnet sind, sind die UWB-Tags flexibel im Raum bewegbar, so dass deren momentane Position bestimmt werden kann. Mit einem UWB-Tag in der Hand kann ein Maschinenbediener beispielsweise eine äußerste Kante der zu betonierenden Fläche ablaufen. Diese Begrenzung der Fläche wird lokalisiert und aufgezeichnet. Anschließend gibt der Maschinenbediener den geplanten Aufstellort der Autobetonpumpe an und es wird berechnet, ob die Reichweite des Arms ausreichend ist, um von diesem Aufstellort aus die ganze zu betonierende Fläche abzudecken. Ist diese Bedingung erfüllt, so kann mit dem Aufbau der Autobetonpumpe begonnen werden. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so kann der Maschinenbediener alternative Aufstellorte von der Software überprüfen lassen. Alternativ ist es auch möglich, dass Aufstellorte vorgeschlagen werden, die eine Abdeckung der gesamten Fläche mit dem Mast möglich machen.
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Maschinencockpit AR/VR Anzeige:
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Eine Betonpumpe kommt üblicherweise auf einer Baustelle und somit in einem komplexen Umfeld zum Einsatz. Für die Mitarbeiter und insbesondere den Bediener der Betonpumpe ist es daher wichtig, zu jedem Zeitpunkt einen guten Überblick über die zu bedienende Maschine zu behalten. Ferner erlaubt eine gegebenenfalls zur Verfügung stehende Funkfernbedienung eine erhöhte Flexibilität, führt jedoch dazu, dass der Blick des Bedieners regelmäßig von der Maschine auf die Anzeige der Funkfernbedienung abgelenkt wird. Für diese Zeit ist die Maschine unüberwacht, was ein erhöhtes Sicherheitsrisiko birgt. Die Erfindung ermöglicht eine lückenlose Überwachung der Maschine und gleichzeitig der Maschinendaten unabhängig vom Aufenthaltsort auf der Baustelle. Hierzu werden UWB-Tags an allen zu überwachenden Maschinenelementen angebracht. UWB-Anker werden geeignet an der Betonpumpe und/oder im Umfeld der Betonpumpe an bekannten Positionen angeordnet. Auf diese Weise kann die Position der ausgestatteten Maschinenelemente zu jedem Zeitpunkt bestimmt werden. Die Informationen werden so aufbereitet, dass sie dreidimensional auf einem Anzeigeelement angezeigt werden, das an der Maschine angebracht ist oder sich in einer AR/VR (Augmented/Virtual Reality) Brille befindet. Insbesondere die Anzeige in einer Augmented Reality Brille erlaubt es, dass der Fahrer gleichzeitig den Blick auf die sichtbaren als auch die unsichtbaren Elemente der Maschinen behält.
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Schnelles Mastfahren:
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Um die Geschwindigkeit eines Endschlauches radiusabhängig bzw. bis zu einer zulässigen Geschwindigkeit zu steuern bzw. zu regeln, muss eine Mastpose über Sensoren erfasst werden. Mittels der Erfindung ist es möglich, eine kostengünstigere Alternative für die derzeit eingesetzten Sensoren zur Verfügung zu stellen, um ein gleichbleibend schnelles Verfahren des Masts zu ermöglichen. Erfindungsgemäß werden UWB-Tags am Mast befestigt. UWB-Anker werden geeignet an der Betonpumpe und/oder im Umfeld der Betonpumpe an bekannten Positionen angeordnet. Mittels Positionsbestimmung kann damit zu jeder Zeit die Mastpose bestimmt werden und basierend darauf die Mastpose gesteuert/geregelt werden, um eine hohe Verfahrgeschwindigkeit zu ermöglichen. Die UWB-Tags bilden hierbei eine kostengünstige Alternative zu den derzeit verwendeten Neigungssensoren.
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Warnen beim Verlassen des Funkbereichs:
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Die Bedienung einer Betonpumpe erfolgt üblicherweise mittels einer Funkfernbedienung. Beim Überschreiten der Reichweite der Funkfernbedienung kann es Kommunikationsschwierigkeiten bis hin zum Ausfall der Kommunikation zwischen Funkfernbedienung und Betonpumpe kommen. Ferner darf der sich ein Fahrer nicht außerhalb der Sichtweite eines Endschlauchs befinden. Mittels der Erfindung kann ein Kommunikationsausfall zur Funkfernbedienung vermieden werden und/oder überwacht werden, ob sich der Fahrer in Sichtweite des Endschlauchs befindet. Hierzu wird ein UWB-Tag an eine Funkfernbedienung, mit der die Stützmasten einer Betonpumpe gesteuert werden können, befestigt bzw. in diese integriert. UWB-Anker werden geeignet an der Betonpumpe und/oder im Umfeld der Betonpumpe an bekannten Positionen angeordnet. Mittels UWB-Positionsbestimmung wird nun die Funkfernbedienung geortet, so dass vor dem Überschreiten der Reichweite der Funkfernbedienung dem Bediener, beispielsweise visuell oder akustisch, ein bevorstehender Kommunikationsausfall mitgeteilt werden kann. Damit kann ein Ausfall verhindert werden und/oder gegebenenfalls die Maschine bei einem Überschreiten der Reichweite sicherheitshalber abgeschaltet werden. Weiter kann sichergestellt werden, dass sich der Fahrer noch in Sichtweite des Endschlauchs befindet.
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Datenlogging für Bewegungsprofil zwischen Bedienelementen:
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Die Bedienung einer Betonpumpe erfolgt üblicherweise über mehrere Bedienelemente, die über die Betonpumpe verteilt sind und verschiedene Aktoren der Maschine steuern. Während des Rüstens muss ein Bediener zu dem entsprechenden Bedienfeld gehen, um den jeweils notwendigen Aktor zu bewegen. Häufiges Nachjustieren kann daher zu häufig wiederholtem Positionswechsel des Bedieners führen. Das dabei entstehende Bewegungsprofil des Bedieners kann dementsprechend umfangreich sein und deutet auf eine suboptimale Anordnung der Bedienelemente hin. Mittels der Erfindung ist es möglich, die Bedienelemente derart anzuordnen, dass das Bewegungsprofil des Bedieners optimiert wird und somit die Zeit für das Rüsten der Maschine verkürzt werden kann. Mittels UWB-Positionsbestimmung wird erfindungsgemäß das Bewegungsprofil bzw. der Positionsverlauf des Bedieners aufgezeichnet. Auf Grundlage des aufgezeichneten Bewegungsprofils werden dann die Bedienelemente derart angeordnet, dass sie zu einem optimierten Bewegungsprofil führen
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Molch-Lokalisation in der Betonförderleitung:
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Beim Reinigen einer Betonpumpe werden üblicherweise sogenannte „Molche“ eingesetzt, die in die Betonförderleitung eingesetzt werden und durch Druckerzeugung diese durchfahren und auf diese Weise reinigen. Oftmals ist es wünschenswert, den aktuellen Aufenthaltsort des Molches innerhalb der Leitung zu erfassen. Erfindungsgemäß wird ein Molch mit einem UWB-Tag versehen. UWB-Anker werden geeignet an der Betonpumpe und/oder im Umfeld der Betonpumpe an bekannten Positionen angeordnet. Mittels UWB-Positionsmessung kann nun die genaue Position des Molchs im dreidimensionalen Raum bestimmt werden. Basierend auf einer Mastpose kann derart die Position des Molchs innerhalb der Rohrleitung bestimmt werden.
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Reichweitenvorhersage des Masts:
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Das Aufstellen einer Betonpumpe werden üblicherweise die an der Betonpumpe angebrachten Stützausleger ausgefahren. Wie weit die Stützausleger ausgefahren werden müssen, hängt davon ab, wie weit der Mast der Betonpumpe während des Betriebs ausgefahren werden muss. Es erfordert im Allgemeinen viel Erfahrungswissen, um vorab abzuschätzen, wie weit die Stützausleger ausgefahren werden müssen. Eine nachträgliche Korrektur kann zu ungewünschten Verzögerungen im Aufbau der Betonpumpe führen. Mittels der Erfindung ist es möglich, eine valide Abschätzung dafür zu ermitteln, ob die aktuelle Stützauslegerkonfiguration ausreicht bzw. wie weit die Stützausleger der Betonpumpe ausgefahren werden müssen, um einen sicheren Aufbau zu gewährleisten. Hierzu werden mehrere UWB-Tags an den Begrenzungen der zu betonierenden Fläche angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann ein UWB-Tag an einer Funkfernsteuerung oder an einem Stab befestigt und mittels Knopfeingabe die jeweilige Begrenzungs-Position markiert werden. UWB-Anker werden geeignet an der Betonpumpe und/oder im Umfeld der Betonpumpe an bekannten Positionen angeordnet. Da die Position der UWB-Tags (Einbringungsort) relativ zu den UWB-Ankern (Maschine/Umfeld der Maschine) mittels des UWB-Systems ermittelbar ist, kann eine Position des Masts, wie sie der markierten Endlage entspricht, automatisch berechnet werden. Somit kann eine qualitative Aussage über die aktuelle Abstützung bezogen auf die notwendige Mastauslenkung gemacht werden. Alternativ kann über die notwendige Mastauslenkung eine Gewichtsverteilung der Maschine ermittelt und so automatisiert eine Schätzung darüber ausgegeben werden, wie weit die Stützausleger ausgefahren werden sollen.
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Zuordnung von Beton in Schalung:
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Vorgegeben sei folgende Situation: Schalungen müssen mit verschiedenen Arten von Beton ausgefüllt werden. Dabei gibt es Bereiche innerhalb der Schalungen, in denen anderer Beton vorgesehen ist als im restlichen Teil. Aus statischen oder optischen Gründen ist es teilweise erforderlich, verschiedene Sorten Beton in eine gemeinsame Schalung einzufüllen. Mittels der Erfindung ist es nun möglich, eine korrekte Zuordnung von Betonsorte zur Position in der Schalung sicherzustellen. Hierzu wird ein Arbeitsbereich um die Schalung mit Referenzstationen, d.h. UWB-Ankern, versehen. Während die UWB-Anker an jeweils einer fixen bekannten Position angeordnet sind, sind die UWB-Tags flexibel im Raum bewegbar und der aktuelle Aufenthaltsort kann bestimmt werden. Es werden die Schalungen an ihren äußeren Kanten sowie der Endschlauch der Betonpumpe jeweils mit UWB-Tags versehen. Damit ist es möglich, ständig deren Positionen festzustellen. Basierend darauf kann die Lage zueinander, d.h. Endschlauch zu Schalung, berechnet und beispielsweise auf einem Bildschirm angezeigt werden. Der Bediener der Betonpumpe kann dann auf einfache Art und Weise feststellen, ob er momentan den Endschlauch mit der ausfließenden Sorte von Beton an der dafür korrekten Stelle der Schalung hält.
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Baufortschritt in Kombination mit BIM:
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Eine Baustelle kann mit Hilfe des sogenannten BIM „Building Information Modeling“ geplant, ausgeführt und bewirtschaftet werden. Dabei wird ein virtuelles Modell des Bauvorhabens generiert. Mittels der Erfindung ist es möglich, den Baufortschritt zu überwachen und im virtuellen Modell abzubilden. Hierzu werden die UWB-Anker ortsfest auf der Baustelle angeordnet. Die UWB-Tags werden an charakteristischen Positionen, die den Baufortschritt bestmöglich abbilden, angeordnet, beispielsweise dem höchsten Punkt eines Rohbaus. Mittels UWB-Positionsbestimmung kann dann das virtuelle Modell der Baustelle an die Realität angepasst werden.
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Überwachung von definierten Bereichen auf einer Baustelle:
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Auf einer Baustelle, vor allem mit zunehmender Größe, sind viele Baufahrzeuge, Werkzeuge sowie bereits angeliefertes Baumaterial bis zur nächsten Nutzung zwischengelagert. Weiter gibt es auf einer Baustelle regelmäßig Hindernisse, wie beispielsweise Baugruben und Mauern, und/oder Bereiche, die nicht betreten werden sollen. Diese Hindernisse und gefährlichen Bereiche sind nicht immer an derselben Position. So ist beispielsweise der Aufenthalt im Arbeitsbereich von Baggern oder unter Masten von Betonpumpen oder Kranen nicht gestattet. Bauarbeiter und andere Personen auf der Baustelle müssen vor diesen Hindernissen gewarnt bzw. an dem Eintritt in gefährliche Bereiche gehindert werden. Dies ist mittels der Erfindung möglich. Hierzu wird der Baustellenbereich mit UWB-Ankern versehen. Mittels der UWB-Anker können der Baustellenbereich großflächig überwacht und UWB-Tags geortet werden. Während die UWB-Anker an einer fixen, bekannten Position angeordnet sind, sind die UWB-Tags flexibel im Baustellenbereich bewegbar und die aktuelle Position kann mittels des UWB-Systems bestimmt werden. Alle Hindernisse sowie nicht zu betretende Bereiche sind in einem Lokalisierungssystem hinterlegt. Im Lokalisierungssystem hinterlegte Maschinen tragen um sich herum einen gesperrten Bereich, der im Lokalisierungssystem ausgewertet wird. Tragen alle Personen auf der Baustelle ein UWB-Tag mit sich, beispielsweise als eine Art Armbanduhr oder integriert im Helm, so können sie lokalisiert werden. Registriert das Lokalisierungssystem eine Person im Gefahrenbereich, so kann es diese Person beispielsweise durch ein Geräusch oder eine LED-Leuchte am entsprechenden Tag oder am Hindernis/der Maschine vor dem Hindernis oder dem Bereich warnen. Wenn die Positionen bzw. Orte der Baufahrzeuge und Personen auf der Baustelle bekannt sind, ist es weiter möglich, dass das Lokalisierungssystem den Bewegungspfad von beiden vorausberechnet. Registriert es eine mögliche Kollision, so kann es beide Beteiligten rechtzeitig über die Tags warnen und diese können reagieren, um die Kollision zu vermeiden.
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Trajektorienoptimierung innerhalb von Schalung:
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Das Einbringen von Beton mittels einer Betonpumpe in eine Schalung erfordert in Abhängigkeit vom einzubringenden Beton eine bestimmte Vorgehensweise. Insbesondere die Trajektorie, die dabei der Endschlauch der Betonpumpe abfährt, kann die Qualität des Bauteils beeinflussen. Mittels der Erfindung kann die Trajektorie, die innerhalb der Schalung verfahren werden soll, optimiert werden. Hierzu werden UWB-Anker in der näheren Umgebung der zu befüllenden Schalung angeordnet. Weiter werden UWB-Tags zur Markierung an den Schalungsbegrenzungen angeordnet. Nun kann die Trajektorie entweder innerhalb der Schalung oder entlang der Tags berechnet werden und der Endschlauch dementsprechend so gesteuert werden, dass die gewünschte Trajektorie abgefahren wird.
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Trajektorienplanung des Arms:
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Ein Vorteil einer Betonpumpe besteht darin, dass der Beton mittels eines Masts oder Arms, an dem ein Endschlauch befestigt ist, punktgenau an den gewünschten Ort eingebracht werden kann. Das Steuern des Masts erfolgt herkömmlich manuell durch den Fahrer der Betonpumpe und muss so koordiniert werden, dass sich das Schlauchende möglichst nahe am gewünschten Ort befindet. Das Verfahren des Masts ist ein komplexer und in der Regel zeitaufwendiger Vorgang. Mittels der Erfindung kann das Verfahren des Masts vereinfacht und beschleunigt werden. Hierzu wird jeweils ein UWB-Tag an einen Startpunkt, einen Endpunkt und an charakteristischen Positionen (z.B. Knicke und Kurven) der zu betonierenden Verschalung angeordnet. Ferner werden UWB-Anker im umliegenden Zielgebiet oder am Mast selbst befestigt. Mittels eines Bahnplanungsverfahrens wird automatisch eine zeit- und/oder energieoptimale Trajektorie berechnen. Der Arm wird nun automatisiert entlang der berechneten Trajektorie gefahren.
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Absolute Messung der Schalung bzw. Sollpositionen:
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In einem Betonfertigteilwerk werden die Schalmodule teilweise automatisiert auf Schienen an ihren vorgeplanten Ort gefahren. Aus den Modulen werden die Schalungen flexibel aufgebaut. Anschließend erfolgt die Betonage über eine stationäre Betonpumpe mit Verteilermast. Mittels der Erfindung ist es möglich, einen Endschlauch entlang der Schalung derart automatisiert zu fahren, dass der Beton gleichmäßig verteilt wird. Diese Aufgabe soll mit der im Folgenden beschriebenen Erfindung automatisiert werden. Hierzu wird der Arbeitsbereich um die Schalung mit UWB-Ankern versehen. Die UWB-Tags sind flexibel im Raum bewegbar, wobei mittels der UWB-Technologie der aktuelle Aufenthaltsort der UWB-Tags bestimmt werden kann. Die UWB-Tags werden nun erfindungsgemäß an allen relevanten Punkten der Schalung angeordnet, beispielsweise an Ecken und/oder Kanten und/oder Aussparungen für Fenster und Türen. Weiter wird am Endschlauch ein UWB-Tag angeordnet. Damit ist es möglich, den geometrischen Aufbau bzw. den Verlauf der Schalung nachzubilden und über ein Steuerungssystem einen Arbeitsbereich des Endschlauchs zu definieren. Die Lage des Endschlauchs relativ zur Schalung ist bekannt, so dass dieser nun automatisch gesteuert die Schalung abfahren und den Beton verteilen kann.
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Überwachung der Umgebung im Betrieb einer Autobetonpumpe:
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Im Betrieb einer (Auto-) Betonpumpe gibt es Betriebsbedingungen, bei denen sich in der Umgebung der Betonpumpe beispielsweise Mauern oder Hallendecken befinden. Diese stellen Hindernisse für das Ausfahren der Stützbeine und/oder für das Ausklappen und die Bewegung des Masts dar. Mittels der Erfindung ist es möglich, Komponenten der Betonpumpe automatisiert vor Kollisionen mit der Umgebung zu schützen. Hierzu wird der Baustellenbereich oder die Autobetonpumpe mit UWB-Ankern ausgestattet. Erfindungsgemäß werden alle bewegten Komponenten der Betonpumpe, beispielsweise die Stützausleger und die Gelenke des Masts, mit UWB-Tags ausgestattet. Dies ermöglich es, deren Position jederzeit mittels des UWB-Systems zu ermitteln. Weiter werden Hindernisse in der Umgebung, beispielsweise Mauern, Hallendecken oder Bodenöffnung, ebenfalls mit UWB-Tags versehen und lokalisiert. Registriert nun ein Steuerungssystem der Betonpumpe, dass sich Komponenten der Maschine und ein Hindernis immer näherkommen, also die beiden Positionen bzw. Orte sich annähern, stoppt das Steuerungssystem, insbesondere sofort, die Bewegung der Komponenten, womit Kollisionen verhindern werden können.
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Kollisionsvermeidung Betonpumpe mit Kränen:
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Der Einsatz einer fahrbaren/stationären Betonpumpe auf einer Baustelle bzw. im Fertigteilwerk stellt hohe Ansprüche. Beim Bewegen des Masts kann es zu Kollisionen mit anderen, sich in der Umgebung befindlichen beweglichen Maschinen, insbesondere Kränen, kommen. Das lokale Umfeld führt zu einer Einschränkung des Aktionsraums. Mittels der Erfindung kann sichergestellt werden, dass geometrische Einschränkung des Aktionsraums des Arms eingehalten werden. Hierzu werden UWB-Tags an den jeweiligen, sich in der Umgebung befindlichen Maschinen befestigt. UWB-Anker werden an der Betonpumpe und/oder am Mast befestigt. Mittels UWB-Positionsmessung können andere Maschinen, selbst wenn sich diese bewegen, lokalisiert werden. Steht eine Kollision bevor, wird eine akustische oder visuelle Rückmeldung ausgegeben oder die Kollision wird mittels einer geeigneten Steuerung direkt verhindert, indem die Verfahrgeschwindigkeit des Masts reduziert oder vollständig gestoppt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert beschrieben. Hierbei zeigt:
- 1 exemplarisch eine erfindungsgemäße Arbeitsmaschine in Form einer Autobetonpumpe mit einem UWB-System.
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1 zeigt exemplarisch eine erfindungsgemäße Arbeitsmaschine 100 in Form einer Autobetonpumpe mit einem UWB-System.
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Die Arbeitsmaschine 100 weist einen herkömmlichen Mast 1 mit mehreren, relativ zueinander beweglichen Mastsegmenten 1a auf. Die Mastsegmente 1a sind herkömmlich über Gelenke miteinander verbundenen, so dass der Mast in unterschiedlichen Maststellungen/Mastposen positionierbar ist. Eine Relativbewegung bzw. Drehung der Mastsegmente 1a zueinander wird herkömmlich mittels ansteuerbarer Hydraulikzylinder 1b bewirkt. Der gesamte Mast 1 ist weiter um eine Hochachse HA drehbar. In Hinblick auf den hinlänglich bekannten Mast 1 und dessen Aktuatorik sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
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An einer Mastspitze 1c des Masts 1 ist ein Austragorgan 2 in Form eines Endschlauchs angeordnet, wobei aus einem Austrittsende des Austragorgans 2 im Betrieb der Arbeitsmaschine 100 Dickstoff DS in Form von Flüssigbeton austragbar ist.
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Das Ultra-Wideband (UWB)-System weist zwei UWB-Tags 3a, 3b und drei ortsfest an der Arbeitsmaschine 100 befestigte UWB-Anker 4a, 4b,4c auf. Ein erstes UWB-Tag 3a ist dazu vorgesehen, eine Soll-Trajektorie ST vorzugeben, indem ein Nutzer der Arbeitsmaschine 100 das erste UWB-Tag 3a entlang der von dem Nutzer gewünschten Soll-Trajektorie ST geführt wird.
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Selbstverständlich kann das UWB-System auch mehr als die drei dargestellten UWB-Anker 4a, 4b, 4c und mehr als die zwei dargestellten UWB-Tags 3a, 3b aufweisen.
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Die Arbeitsmaschine weist eine Steuereinheit 5 auf, die dazu ausgebildet ist, den Mast 1 derart zu bewegen, dass die Mastspitze 1c der vorgegebenen Soll-Trajektorie ST folgt. Hierzu steuert die Steuereinheit 5 die Hydraulikzylinder 1b und einen nicht dargestellten Drehantrieb zur Drehung des Masts 1 um die Hochachse HA geeignet an.
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Das erste UWB-Tag 3a ist an einer Handhabe 6 in Form eines Teleskopstabs bzw. teleskopierbaren Stabs befestigt. Alternativ kann das erste UWB-Tag 3a in ein Mobiltelefon integriert sein. Um einen Anfang und ein Ende der Soll-Trajektorie ST festzulegen bzw. das automatische Nachführen der Mastspitze 1c entlang der vorgegebenen Soll-Trajektorie ST zu starten bzw. zu beenden, kann das erste UWB-Tag 3a bzw. die Handhabe 6 ein benutzerbedienbares Start-/Stop-Bedienelement aufweisen.
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Die Steuereinheit 5 kann dazu ausgebildet sein, eine momentane Position der Mastspitze 1c basierend auf Sensordaten zu bestimmen, die eine momentane Mastpose abbilden. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite UWB-Tag 3b an der Mastspitze 1c befestigt werden, wobei die Steuereinheit 5 dazu ausgebildet ist, eine momentane Position der Mastspitze 1c (zusätzlich) in Abhängigkeit von einer mittels des UWB-Systems ermittelten momentanen Position des zweiten UWB-Tags 3b zu bestimmen.
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Zum Einbringen von Beton mit einer Betonpumpe wird der Endschlauch herkömmlich manuell von einem jeweiligen Nutzer vor Ort entlang der gewünschten Trajektorie geführt, indem beispielsweise der Mast mittels einer Fernbedienung entlang einer Trajektorie geführt wird und eine Feinpositionierung durch manuelles/händisches Ziehen und Drücken des Endschlauchs erfolgt. Das manuelle Führen des Endschlauchs ist jedoch abhängig vom Einbringungsort nicht immer möglich. Ferner ist das Hantieren mit dem Endschlauch und der Aufenthalt im Bereich des Einbringungsortes mit einem erhöhten Verletzungsrisiko verbunden.
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Mittels der Erfindung ist es nun möglich, einer von einem Nutzer mittels des ersten UWB-Tags 3a vorgegebenen Bewegung automatisch und ohne direkte manuelle Interaktion mit dem Endschlauch 2 zu folgen und den Mast 1 der Betonpumpe 100 derart der Bewegung des ersten UWB-Tags 3a nachzuführen, dass der Soll-Trajektorie ST optimal gefolgt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202019107198 U1 [0001]
