DE102021207089A1

DE102021207089A1 - Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102021207089A1
Application number: DE102021207089.2A
Authority: DE
Inventors: Nils Bukschat; Tobias Huth; Christian Ziemens; Hans-Bernd Dürr; Matthias Braun
Original assignee: Putzmeister Engineering GmbH
Current assignee: Putzmeister Engineering GmbH
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2023-01-12

Abstract

Arbeitsmaschine (100), aufweisend:- einen beweglichen Mast (1),- ein Ultra-Wideband (UWB)-System aufweisend ein UWB-Tag (2) und eine Anzahl von UWB-Ankern (3),- eine von einem Benutzer handhabbare und von dem Benutzer betätigbare Markierungsvorrichtung (4), wobei das UWB-Tag (2) an der Markierungsvorrichtung (4) befestigt ist, und- eine Steuereinheit (5), die dazu ausgebildet ist, bei einer Betätigung der Markierungsvorrichtung (4) eine zum Zeitpunkt der Betätigung mittels des UWB-Systems ermittelte Position des UWB-Tags (2) zu speichern und den Betrieb der mobilen Arbeitsmaschine (100) in Abhängigkeit von der ermittelten Position zu steuern.

Description

Die DE 20 2019 107 198 U1 offenbart eine Vorrichtung mit einer Hebevorrichtung und einer Lokalisierungsvorrichtung basierend auf der Ultra-Wideband (UWB)-Technologie.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsmaschine zur Verfügung zu stellen, die einen möglichst sicheren Betrieb ermöglicht.
Die, insbesondere mobile, Arbeitsmaschine weist einen herkömmlichen Mast auf.
Die Arbeitsmaschine weist weiter ein Ultra-Wideband (UWB)-System auf. Das UWB-System weist mindestens ein herkömmliches UWB-Tag auf, häufig auch als Marker bezeichnet. Das mindestens eine UWB-Tag kann beispielsweise ein herkömmliches Mobiltelefon mit integrierter UWB-Technologie sein bzw. in ein Mobiltelefon integriert sein.
Das UWB-System weist weiter eine Anzahl von UWB-Ankern auf. Die Anzahl von UWB-Ankern kann beispielsweise zwischen 1 und 10 betragen. Das UWB-Tag ist an einer weiteren Maschine befestigbar bzw. im Betrieb der Arbeitsmaschine befestig. Die weitere Maschine ist zur Arbeitsmaschine relativbeweglich, d.h. ein Abstand zwischen der weiteren Maschine und der Arbeitsmaschine kann sich während des Betriebs der Arbeitsmaschine grundsätzlich verändern.
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.
Die Arbeitsmaschine weist weiter eine von einem Benutzer handhabbare und von dem Benutzer betätigbare Markierungsvorrichtung auf, wobei das UWB-Tag an der Markierungsvorrichtung befestigt ist und/oder Teil der Markierungsvorrichtung ist.
Die Arbeitsmaschine weist eine mit dem UWB-System zum Datenaustausch gekoppelte Steuereinheit auf, beispielsweise in Form einer Mikroprozessorsteuerung. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, bei einer Betätigung der Markierungsvorrichtung eine zum Zeitpunkt der Betätigung mittels des UWB-Systems ermittelte Position des UWB-Tags zu speichern und den Betrieb der mobilen Arbeitsmaschine in Abhängigkeit von der ermittelten Position zu steuern. Bei einer Betätigung der Markierungsvorrichtung zu weiteren Zeitpunkten ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, eine jeweilige zum Zeitpunkt der weiteren Betätigung mittels des UWB-Systems ermittelte Position des UWB-Tags zu speichern und den Betrieb der mobilen Arbeitsmaschine in Abhängigkeit von den ermittelten Positionen zu steuern.
Positionen bzw. Orte im Kontext dieser Beschreibung werden insbesondere als Positionen bzw. Orte im Raum verstanden und können beispielsweise in einem 3-dimensionalen Koordinatensystem beschrieben werden, insbesondere in einem kartesischen 3-dimensionalen Koordinatensystem beschrieben werden.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, eine Bewegung des Masts in Abhängigkeit von der/den gespeicherten Position(en) zu steuern. Der Mast kann herkömmlich mehrere, relativ zueinander bewegliche, insbesondere relativ zueinander drehbewegliche, Mastsegmente aufweisen, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Mastsegmente mittels geeigneten Ansteuerns von herkömmlichen Mastsegment-Aktuatoren relativ zueinander zu bewegen. 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.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, eine Bewegung des Masts in Abhängigkeit von der/den gespeicherten Position(en) derart zu steuern, dass der Mast, insbesondere in seiner Gesamtheit, keine Position bzw. keine Stellung einnimmt, die der/den gespeicherten Position(en) entspricht. Falls mehrere Positionen gespeichert sind, kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, basierend auf den gespeicherten Positionen eine Geometrie, beispielsweise in Form eines Volumens, zu berechnen, in das der Mast in seiner Gesamtheit nicht eindringt.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, bei einer Annäherung des Masts an die gespeicherte(n) Position(en) eine Warnmeldung zu erzeugen.
Die Steuereinheit kann dazu ausgebildet sein, eine momentane Position des Masts bzw. einer Mastspitze basierend auf Sensordaten zu bestimmen, die eine momentane Mastpose abbilden. Die Arbeitsmaschine kann hierzu beispielsweise Sensoren zur Erzeugung von Sensordaten aufweisen, wobei die Sensordaten Winkel zwischen den Mastsegmenten abbilden und/oder eine Drehwinkelstellung des Masts abbilden. Alternativ oder zusätzlich können zur Bestimmung der Position des Masts weitere UWB-Tags am Mast, insbesondere an der Mastspitze, befestigt werden, wobei die Steuereinheit für diesen Fall dazu ausgebildet ist, eine momentane Position des Masts bzw. der Mastspitze in Abhängigkeit von einer mittels des UWB-Systems ermittelten momentanen Position der weiteren UWB-Tags zu bestimmen.
In einer Ausführungsform weist die Markierungsvorrichtung eine Betätigungseinrichtung auf, beispielsweise in Form eines Knopfs, einer Taste, etc., mittels der die Markierungsvorrichtung betätigbar ist.
In einer Ausführungsform weist die Markierungsvorrichtung einen Stab auf, wobei die Betätigungseinrichtung an einem Ende des Stabs befestigt ist und das UWB-Tag an dem gegenüberliegenden Ende des Stabs befestigt ist.
In einer Ausführungsform ist der Stab teleskopierbar bzw. ist ein Teleskopstab.
In einer Ausführungsform ist die Arbeitsmaschine eine Autobetonpumpe.
Der Einsatz einer (Auto-) Betonpumpe auf einer Baustelle stellt hohe Ansprüche an den Bediener der Autobetonpumpe. Beim Bewegen des Masts kann es zu Kollisionen mit anderen, sich auf der Baustelle befindlichen Gegenständen, beispielsweise Gerüsten, kommen. Das lokale Umfeld führt zu einer Einschränkung des Aktionsraums.
Mittels der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die geometrische Einschränkung des Aktionsraums des Masts einzuhalten.
Erfindungsgemäß wird ein UWB-Tag beispielsweise an einem Teleskop-Stab befestigt, der mit einem Aktivierungsknopf versehen ist. Die UWB-Anker befinden sich beispielsweise an der Arbeitsmaschine oder am Mast.
Der Stab bzw. das UWB-Tag kann von einem Benutzer an Gegenstände, die als Hindernisse aufgezeichnet werden sollen, geführt werden. Durch das Betätigen des Aktivierungsknopfs wird die momentane Position des UWB-Tags an die Steuereinheit gesendet, wodurch diese Position des Hindernisses aufgezeichnet werden kann.
Anschließend kann entsprechend mit der Markierung des nächsten Hindernisses fortgefahren werden.
Auf diese Weise kann beispielsweise ein dreidimensionales Abbild der geometrischen Einschränkungen des Aktionsraums des Masts erstellt werden, die sich beispielsweise durch Gegenstände, Gerüste, etc. im Umfeld der Arbeitsmaschine ergeben. Steht eine Kollision bevor, kann beispielsweise eine akustische oder visuelle Rückmeldung an den Bediener der Arbeitsmaschine ausgegeben werden. Weiter kann eine Kollision vermieden werden, indem beispielsweise die Verfahrgeschwindigkeit des Masts reduziert und schließlich vollständig gestoppt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert beschrieben. Hierbei zeigt:

1 höchst schematisch eine Arbeitsmaschine mit einem Ultra-Wideband (UWB)-System.

1 zeigt hoch schematisch eine Arbeitsmaschine 100 in Form einer Autobetonpumpe mit einem Ultra-Wideband (UWB)-System und einem herkömmlichen mehrsegmentigen Mast bzw. Arm 1.
Das UWB-System weist ein UWB-Tag 2 und drei UWB-Anker 3 auf. Selbstverständlich kann das UWB-System auch mehr als die drei dargestellten UWB-Anker 3 aufweisen.
Die Arbeitsmaschine 100 weist weiter eine von einem Benutzer handhabbare und von dem Benutzer betätigbare Markierungsvorrichtung 4 auf, wobei das UWB-Tag 2 an der Markierungsvorrichtung 4 befestigt ist.
Die Markierungsvorrichtung 4 weist eine Betätigungseinrichtung 6 in Form eines Tasters auf, mittels der die Markierungsvorrichtung 4 betätigbar ist.
Die Markierungsvorrichtung 4 weist einen Teleskop-Stab 7 auf, wobei die Betätigungseinrichtung 6 an einem Ende des Teleskop-Stabs 7 befestigt ist und das UWB-Tag 2 an dem gegenüberliegenden Ende des Teleskop-Stabs 7 befestigt ist.
Die Arbeitsmaschine 100 weist weiter eine Steuereinheit 5 auf, die dazu ausgebildet ist, bei einer Betätigung der Markierungsvorrichtung 4 eine zum Zeitpunkt der jeweiligen Betätigung mittels des UWB-Systems ermittelte Position des UWB-Tags 2 zu speichern und den Betrieb der mobilen Arbeitsmaschine 100 in Abhängigkeit von der oder den ermittelten Positionen zu steuern.
Die Steuereinheit 5 verhindert, dass der Mast 1 Positionen einnimmt bzw. anfährt, die den gespeicherten Positionen entsprechen. Zusätzlich kann bei einer Annäherung des Masts 1 an die gespeicherten Positionen eine Warnmeldung ausgegeben werden. Die Steuereinheit kann dazu ausgebildet sein, basierend auf den gespeicherten Positionen eine komplexere Geometrie zu berechnen, die der Mast 1 nicht anfahren darf. Im einfachsten Fall kann durch lineare Interpolation zwischen zwei Punkten eine Gerade ermittelt werden, die der Mast nicht anfahren darf. Selbstverständlich können die ermittelten Punkte auch durch komplexere Algorithmen miteinander verknüpft werden, um für den Mast 1 gesperrte Positionen zu errechnen.
Ein Benutzer der Arbeitsmaschine 100 kann beispielsweise mittels der Markierungsvorrichtung 4 die äußeren Abmessungen eines Gerüstes 8 einlernen, indem er Eckpunkte des Gerüsts 8 markiert. Die Steuereinheit 5 errechnet dann basierend auf den markierten Positionen ein Volumen bzw. eine Positionswolke, die der Mast 1 nicht anfahren darf.
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 202019107198 U1 [0001]

Claims

Arbeitsmaschine (100), aufweisend: - einen beweglichen Mast (1), - ein Ultra-Wideband (UWB)-System aufweisend ein UWB-Tag (2) und eine Anzahl von UWB-Ankern (3), - eine von einem Benutzer handhabbare und von dem Benutzer betätigbare Markierungsvorrichtung (4), wobei das UWB-Tag (2) an der Markierungsvorrichtung (4) befestigt ist, und - eine Steuereinheit (5), die dazu ausgebildet ist, bei einer Betätigung der Markierungsvorrichtung (4) eine zum Zeitpunkt der Betätigung mittels des UWB-Systems ermittelte Position des UWB-Tags (2) zu speichern und den Betrieb der mobilen Arbeitsmaschine (100) in Abhängigkeit von der ermittelten Position zu steuern.
Arbeitsmaschine (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuereinheit (5) dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Masts (1) in Abhängigkeit von der gespeicherten Position zu steuern.
Arbeitsmaschine (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuereinheit (5) dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Masts (1) in Abhängigkeit von der gespeicherten Position derart zu steuern, dass der Mast (1) keine Position einnimmt, die der gespeicherten Position entspricht.
Arbeitsmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuereinheit (5) dazu ausgebildet ist, bei einer Annäherung des Masts (1) an die gespeicherte Position eine Warnmeldung zu erzeugen.
Arbeitsmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Markierungsvorrichtung (4) eine Betätigungseinrichtung (6) aufweist, mittels der die Markierungsvorrichtung (4) betätigbar ist.
Arbeitsmaschine (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - die Markierungsvorrichtung (4) einen Stab (7) aufweist, wobei die Betätigungseinrichtung (6) an einem Ende des Stabs (7) befestigt ist und das UWB-Tag (2) an dem gegenüberliegenden Ende des Stabs (7) befestigt ist.
Arbeitsmaschine (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - der Stab (7) teleskopierbar ist.
Arbeitsmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Arbeitsmaschine (100) eine Autobetonpumpe ist.