DE202019107198U1 - UWB-based localization for load distributors - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (10) mit einer Hebevorrichtung (12) und einer Lokalisierungsvorrichtung (18),
wobei die Lokalisierungsvorrichtung (18) eine Steuerung (24), mehrere Anker (22a-22f) und zumindest einen Marker (20a-20c) aufweist,
wobei die Steuerung (24) dazu eingerichtet ist, die Position des zumindest einen Markers (20a-20c) mittels einer Laufzeitbestimmung von Ultrabreitbandsignalen mit einer Frequenz von mehr als 1,5 GHz zwischen dem zumindest einen Marker (20a-20c) und den Ankern (22a-22f) zu ermitteln, wobei die Hebevorrichtung (12) ein bewegbares freies Ende (16) aufweist und der zumindest eine Marker (20a-20c) im Bereich dieses freien Endes (16) angeordnet oder ausgebildet ist.
Device (10) with a lifting device (12) and a localization device (18),
the localization device (18) having a controller (24), a plurality of anchors (22a-22f) and at least one marker (20a-20c),
The controller (24) is set up to determine the position of the at least one marker (20a-20c) by means of a transit time determination of ultra-wideband signals with a frequency of more than 1.5 GHz between the at least one marker (20a-20c) and the anchors ( 22a-22f), the lifting device (12) having a movable free end (16) and the at least one marker (20a-20c) being arranged or formed in the region of this free end (16).
Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Hebevorrichtung und einer Lokalisierungsvorrichtung.The invention relates to a device with a lifting device and a localization device.
Ein freies Ende einer Hebevorrichtung ist besonders großen Schwankungen ausgesetzt, die die Steuerung der Hebevorrichtung erschweren. Grundsätzlich ist es dabei zwar bekannt, Vorrichtungsteile zu lokalisieren, um die Steuerung der Vorrichtung zu vereinfachen. Bisher hierzu eingesetzte Lokalisierungsvorrichtungen waren jedoch für die meisten Anwendungsfälle zu wenig robust, zu ungenau bzw. hatten einen zu hohen Energieverbrauch.A free end of a lifting device is exposed to particularly large fluctuations which make it difficult to control the lifting device. In principle, it is known to locate device parts in order to simplify the control of the device. Localization devices previously used for this purpose, however, were not robust enough for most applications, were too imprecise or had too high an energy consumption.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung mit einer Hebevorrichtung bereit zu stellen, deren Bewegung eines freien Endes auf besonders einfache und präzise Art und Weise steuerbar bzw. regelbar ist.It is therefore an object of the invention to provide a device with a lifting device, the movement of a free end of which can be controlled or regulated in a particularly simple and precise manner.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.This object is achieved according to the invention by a device according to claim 1. The dependent claims reflect preferred embodiments.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird somit gelöst durch eine Vorrichtung mit einer Hebevorrichtung und einer Lokalisierungsvorrichtung, wobei die Lokalisierungsvorrichtung eine Steuerung, mehrere Anker und zumindest einen Marker aufweist, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, die Position des zumindest einen Markers mittels einer Laufzeitbestimmung von Ultrabreitbandsignalen mit Frequenzen von mehr als 1,5 GHz zwischen dem zumindest einen Marker und den Ankern zu ermitteln, wobei die Hebevorrichtung ein bewegbares freies Ende aufweist und der zumindest eine Marker im Bereich dieses freien Endes angeordnet oder ausgebildet ist.The object according to the invention is thus achieved by a device with a lifting device and a localization device, the localization device having a controller, several anchors and at least one marker, the controller being set up to determine the position of the at least one marker by means of a transit time determination of ultra-wideband signals with frequencies of more than 1.5 GHz between the at least one marker and the anchors, the lifting device having a movable free end and the at least one marker being arranged or formed in the region of this free end.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht aufgrund der Lokalisierungsmöglichkeit des freien Endes mittels Ultrabreitbandsignalen („ultra wide band [UWB] signals“) sowohl erfahrenen als auch unerfahrenen Nutzern eine einfache und präzise Steuerung der Hebevorrichtung.The device according to the invention makes it possible for both experienced and inexperienced users to control the lifting device simply and precisely because of the possibility of locating the free end by means of ultra-wide band signals (“ultra wide band signals”).
Unter einer Hebevorrichtung wird dabei ein Lastenverteiler verstanden. Eine Last am freien Ende der Hebevorrichtung ist vorzugsweise mit mehr Freiheitsgraden bewegbar als durch den Lastenverteiler selbst bestimmbar ist, weil die Last beispielsweise vom Nutzer und/oder Wind bewegbar ist.
Die Ultrabreitbandsignale weisen vorzugweise 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 vorzugweise 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 vorzugsweise 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.A lifting device is understood to mean a load distributor. A load at the free end of the lifting device can preferably be moved with more degrees of freedom than can be determined by the load distributor itself, because the load can be moved by the user and / or wind, for example.
The ultra-wideband signals preferably have a bandwidth between 0.1 GHz and 10 GHz, in particular between 0.5 GHz and 5 GHz, particularly preferably between 0.8 GHz and 1.2 GHz. The frequency of the ultra-wideband signals is preferably between 1.5 GHz and 20 GHz, in particular between 2 GHz and 15 GHz, particularly preferably between 3 GHz and 10 GHz. The energy of the ultra broadband signals is preferably between -100 dBm / Hz and -1 dBm / Hz, in particular between -90 dBm / Hz and -10 dBm / Hz, particularly preferably between -60 dBm / Hz and -30 dBm / Hz.
Mehrere, insbesondere alle, Marker („mobile tag devices“) können gleich ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich dazu können mehrere Anker („anchors“) gleich ausgebildet sein.Several, in particular all, markers (“mobile tag devices”) can have the same design. Alternatively or in addition, several anchors can be designed identically.
Zumindest zwei Anker sind vorzugsweise in verschiedenen (vertikalen) Höhen angeordnet oder ausgebildet. Besonders bevorzugt sind drei Anker in gleicher Höhe und ein Anker in einer anderen Höhe vorgesehen.At least two anchors are preferably arranged or formed at different (vertical) heights. Three anchors at the same height and one anchor at a different height are particularly preferably provided.
Die Vorrichtung kann dazu ausgebildet sein, teilweise oder vollständig im Innenbereich („indoor“) oder im Außenbereich („outdoor“) eingesetzt zu werden.The device can be designed to be used partially or completely inside (“indoor”) or outdoors (“outdoor”).
Vorzugsweise ist die Hebevorrichtung in Form eines Krans ausgebildet ist. Der Kran kann dabei stationär (z.B. als Hafenkran) oder bewegbar ausgebildet sein.The lifting device is preferably designed in the form of a crane. The crane can be stationary (e.g. as a harbor crane) or movable.
Weiter bevorzugt kann der Kran am freien Ende einen seilgeführten Kranhaken aufweist, wobei der zumindest eine Marker im Bereich des Kranhakens angeordnet oder ausgebildet ist. Der Kran kann dabei einen Ausleger mit einer Laufkatze aufweisen, an der der seilgeführte Kranhaken geführt ist. Die Lokalisierung kann besonders präzise erfolgen, wenn zumindest ein Anker an der Laufkatze angeordnet oder ausgebildet ist. Weiter bevorzugt sind mehrere Anker an der Laufkatze angeordnet oder ausgebildet.More preferably, the crane can have a rope-guided crane hook at the free end, the at least one marker being arranged or formed in the region of the crane hook. The crane can have a boom with a trolley on which the cable-guided crane hook is guided. The localization can take place particularly precisely if at least one anchor is arranged or designed on the trolley. More preferably, several anchors are arranged or formed on the trolley.
Alternativ dazu kann die Hebevorrichtung in Form einer Betonpumpe ausgebildet sein. Die Betonpumpe kann stationär oder bewegbar (z.B. in Form eines Betonpumpen-Lastwagens) ausgebildet sein. Betonpumpen weisen typischerweise lange Ausleger auf, die ohne die erfindungsgemäße Lokalisierungsvorrichtung schwer kontrollierbar sind.Alternatively, the lifting device can be designed in the form of a concrete pump. The concrete pump can be stationary or movable (e.g. in the form of a concrete pump truck). Concrete pumps typically have long arms that are difficult to control without the localization device according to the invention.
Zumindest ein weiterer bewegbarer Teil der Vorrichtung kann einen weiteren Marker aufweisen. Insbesondere ein Ausleger eines Krans kann einen weiteren Marker aufweisen, sodass die Differenz zwischen der Bewegung eines starren Auslegers und dem seilgeführten freien Ende ermittelbar ist und in die Steuerung der Hebevorrichtung einbezogen werden kann.At least one further movable part of the device can have a further marker. In particular, a boom of a crane can have a further marker so that the difference between the movement of a rigid boom and the cable-guided free end can be determined and in the control of the lifting device can be included.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann/können zumindest ein Hindernis und/oder eine Person mit einem Marker versehen sein. Die Vorrichtung kann ein Display aufweisen, auf dem die Marker einem Nutzer anzeigbar sind. Das Display kann Teil eines augmented reality displays sein.Alternatively or additionally, at least one obstacle and / or one person can be provided with a marker. The device can have a display on which the markers can be displayed to a user. The display can be part of an augmented reality display.
Weiter alternativ oder zusätzlich dazu kann eine Last der Vorrichtung, die am freien Ende der Hebevorrichtung angeordnet ist, mit zumindest einem Marker versehen sein, sodass die tatsächliche Bewegung der Last beim Steuern der Hebevorrichtung berücksichtigbar ist. Vorzugsweise sind mehrere Marker an der Last angeordnet, um Neigungswinkel der Last bestimmen zu können. Umfasst die Vorrichtung Marker an verschiedenen stationären oder mobilen Zielen, kann eine Auftragsreihenfolge festgelegt werden.Further alternatively or additionally, a load of the device, which is arranged at the free end of the lifting device, can be provided with at least one marker, so that the actual movement of the load can be taken into account when controlling the lifting device. A plurality of markers are preferably arranged on the load in order to be able to determine the angle of inclination of the load. If the device comprises markers at various stationary or mobile destinations, an order sequence can be defined.
Zumindest ein Anker kann an der Hebevorrichtung angeordnet oder ausgebildet sein. Zur effektiven und störungsarmen Lokalisierung können mehrere Anker an der Hebevorrichtung angeordnet oder ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Vorrichtung einen stationären Anker bzw. mehrere stationäre Anker aufweisen.At least one anchor can be arranged or designed on the lifting device. A plurality of anchors can be arranged or designed on the lifting device for effective and trouble-free localization. As an alternative or in addition to this, the device can have a stationary anchor or a plurality of stationary anchors.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann die Lokalisierungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, Signale innerhalb definierter Echtzeitrahmen zu senden, wobei die Lokalisierungsvorrichtung eine Bakenvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Länge der Echtzeitrahmen bei allen Teilnehmern der Lokalisierungsvorrichtung durch das Senden von zumindest zwei Mastersignalen zu synchronisieren, wobei der zumindest eine Marker dazu ausgebildet ist, in einem vorgegebenen Echtzeitrahmen auf ein Signal der Bakenvorrichtung zu antworten. Signale können hierdurch zeitstempelfrei und/oder adressfrei zwischen den Teilnehmern der Lokalisierungsvorrichtung gesendet werden. Dies ermöglicht einen besonders niedrigen Stromverbrauch der Lokalisierungsvorrichtung, wodurch der Einsatz der Lokalisierungsvorrichtung auf Baustellen und dergleichen signifikant erleichtert wird.In a particularly preferred embodiment of the invention, the localization device can be set up to send signals within defined real-time frames, the localization device having a beacon device that is designed to synchronize the length of the real-time frames for all participants in the localization device by sending at least two master signals , wherein the at least one marker is designed to respond to a signal of the beacon device in a predetermined real-time frame. As a result, signals can be sent without a time stamp and / or address-free between the participants in the localization device. This enables a particularly low power consumption of the locating device, which significantly facilitates the use of the locating device on construction sites and the like.
Die Mastersignale („beacon frames“) können in Form von Zwillingsmastersignalen („twin beacon frames“) gesendet werden. Die Lokalisierungsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine ganzzahlige Folge von Mastersignalen auszusenden.The master signals ("beacon frames") can be sent in the form of twin master signals ("twin beacon frames"). The localization device can be designed to transmit an integer sequence of master signals.
Die Lokalisierungsvorrichtung kann eine Master-Bakenvorrichtung („master beacon device“) und zumindest eine Bakenwiederholvorrichtung („beacon repeater device“) aufweisen.The localization device can have a master beacon device (“master beacon device”) and at least one beacon repeater device (“beacon repeater device”).
Die Bakenvorrichtung kann einen Anker der Lokalisierungsvorrichtung aufweisen. Werden Bakenvorrichtung und ein Anker in ein und derselben Einheit ausgebildet, kann die Lokalisierungsvorrichtung besonders platzsparend und einfach montierbar ausgebildet werden.The beacon device can have an anchor of the localization device. If the beacon device and an anchor are formed in one and the same unit, the localization device can be designed to be particularly space-saving and easy to install.
Die hier angeführte Art der Lokalisierungsvorrichtung unter Nutzung von Echtzeitrahmen ist im Detail in der beiliegenden PCT/FR2019/000057 beschrieben, deren Inhalt vollinhaltlich einbezogen wird.The type of localization device using real-time frames is described in detail in the attached PCT / FR2019 / 000057, the content of which is fully incorporated.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann zumindest eine Bakenwiederholvorrichtung einen Anker aufweisen.Alternatively or in addition, at least one beacon repeating device can have an anchor.
Zumindest ein Marker kann zur Energiegewinnung durch Bewegung des zumindest einen Markers ausgebildet sein. Vorzugsweise sind mehrere Marker zur Energiegewinnung durch Bewegen des jeweiligen Markers („energy harvesting“) ausgebildet. Hierdurch kann die Vorrichtung besonders wartungsarm ausgebildet werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann zumindest ein Marker batteriebetrieben sein.At least one marker can be designed to generate energy by moving the at least one marker. A plurality of markers are preferably designed to generate energy by moving the respective marker (“energy harvesting”). As a result, the device can be designed to be particularly low-maintenance. Alternatively or additionally, at least one marker can be battery operated.
Die Steuerung kann dazu ausgebildet sein, die Bewegung des freien Endes auf Grundlage der Lokalisierung des zumindest einen Markers zu steuern. Das freie Ende kann beispielsweise durch einen „Folge-mir-Modus“ gesteuert werden. Vorzugsweise basiert die Steuerung auf einer Differenzberechnung zwischen der aktuellen Position des freien Endes und dem Zielort. Durch die Differenzbestimmung kann die Bewegung des freien Endes leicht geregelt werden.The controller can be designed to control the movement of the free end based on the location of the at least one marker. The free end can be controlled, for example, by a "follow me mode". The control is preferably based on a difference calculation between the current position of the free end and the destination. The movement of the free end can be easily regulated by determining the difference.
Die Vorrichtung kann einen mit der Steuerung verbundenen cloudbasierten Speicher aufweisen. Die Steuerung („control unit“) kann selbst cloudbasiert, d.h. auf einer örtlich entfernten, vorzugsweise anonymisierten, Speichervorrichtung hinterlegt, ausgebildet sein.The device can have a cloud-based storage connected to the controller. The control unit can itself be cloud-based, i.e. be stored on a locally remote, preferably anonymized, storage device.
Die Optimierung der Steuerung kann durch eine Daten-Aggregations-Routine („machine learning“) erfolgen. Eine Daten-Aggregations-Routine kann ausgelegt sein, mehrere ,ermittelte Daten“ zu einem neuen Datenpaket zu aggregieren. Das neue Datenpaket kann eine oder mehrere Zahlen oder Vektoren aufweisen. Das neue Datenpaket kann vollständig oder teilweise weiteren Daten-Aggregations-Routinen als „ermittelte Daten“ zur Verfügung gestellt werden. „Ermittelte Daten“ können z.B. Maschinendaten, Materialdaten, Verfahrensdaten und/oder von einer der Daten-Aggregations-Routine(n) zur Verfügung gestellte Datenpakete sein. Eine, insbesondere mehrere, besonders bevorzugt alle, Daten-Aggregations-Routinen können ausgelegt sein, mehrere „ermittelte Daten“ jeweils mit einer gewichteten Variablen zu kombinieren, insbesondere zu multiplizieren, und so die „ermittelten Daten“ zu „kombinierten Daten“ umzuwandeln und dann die „kombinierten Daten“ zu einem neuen Datenpaket zu aggregieren, insbesondere zu addieren. Die Daten-Aggregations-Routine kann ausgelegt sein, die Steuerung zu verbessern, durch Rückmeldung zu überprüfen und weiter zu verbessern. Dies kann beispielsweise durch eine Rückmeldung in Form von Dateneingabe erfolgen. Die Dateneingabe kann durch eine von einem Bediener zu bedienende Dateneingabe-Vorrichtung, wie etwa einer Tastatur oder eines Touchpads erfolgen oder durch Eingabe eines Datensatzes.The control can be optimized using a data aggregation routine ("machine learning"). A data aggregation routine can be designed to aggregate several “determined data” into a new data packet. The new data packet can have one or more numbers or vectors. The new data packet can be made available in whole or in part to other data aggregation routines as “determined data”. “Determined data” can be, for example, machine data, material data, process data and / or data packets provided by one of the data aggregation routines. One, in particular several, particularly preferably all, data aggregation routines can be designed, several “determined data” each with a weighted one Combine variables, in particular multiply, and thus convert the "determined data" to "combined data" and then aggregate the "combined data" into a new data packet, in particular to add them. The data aggregation routine can be designed to improve the control, to check it through feedback and to improve it further. This can be done, for example, by feedback in the form of data entry. The data can be input by a data input device to be operated by an operator, such as a keyboard or a touchpad, or by inputting a data record.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise betrieben durch ein Verfahren zur Lokalisierung eines freien Endes einer Hebevorrichtung mit dem Verfahrensschritt:
- A) Lokalisieren eines im Bereich des freien Endes angeordneten oder ausgebildeten Markers durch mehrere Anker, wobei zwischen dem Marker und den Ankern Ultrabreitbandsignale mit Frequenzen von mehr als 1,5 GHz gesendet werden.
- A) Localization of a marker arranged or formed in the region of the free end by means of several anchors, whereby ultra-wideband signals with frequencies of more than 1.5 GHz are transmitted between the marker and the anchors.
Das Verfahren weist vorzugsweise folgenden Verfahrensschritt auf:
- B) Steuern des freien Endes auf Grundlage der zuvor bestimmten Position des Markers.
- B) Controlling the free end based on the predetermined position of the marker.
Das Steuern kann besonders bevorzugt auf Grundlage cloudbasierter hinterlegter Algorithmen erfolgen.The control can be carried out particularly preferably on the basis of cloud-based stored algorithms.
Vorgesehen ist weiterhin die Verwendung einer Lokalisierungsvorrichtung, die zum Senden von Ultrabreitbandsignalen mit Frequenzen von mehr als 1,5 GHz zwischen zumindest einem Marker und mehreren Ankern ausgebildet ist, zum Lokalisieren eines freien Endes einer Hebevorrichtung.Furthermore, the use of a localization device, which is designed to transmit ultra-wideband signals with frequencies of more than 1.5 GHz between at least one marker and several anchors, is provided for locating a free end of a lifting device.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention result from the description and the drawing. Likewise, according to the invention, the features mentioned above and those which have been elaborated further can be used individually or in combination in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention.
Figurenlistelist of figures
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Hebevorrichtung in Form einer Betonpumpe.1 shows a schematic view of a device according to the invention with a lifting device in the form of a concrete pump. -
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens.2 shows a schematic representation of a method. -
3 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Krans.3 shows a schematic view of a further device according to the invention in the form of a crane. -
4 zeigt eine schematische Ansicht eines Signalaustauschs einer Lokalisierungsvorrichtung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.4 shows a schematic view of a signal exchange of a localization device of a device according to the invention. -
5 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines weiteren Krans.5 shows a schematic view of part of a device according to the invention in the form of another crane. -
6 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines weiteren Krans.6 shows a schematic view of a device according to the invention in the form of another crane.
Die Lokalisierungsvorrichtung
Im Verfahrensschritt B) wird die Bewegung des freien Endes
Jedem Marker
Die Verwendung der Echtzeitrahmen
Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung eine Vorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1212
- Hebevorrichtunghoist
- 1414
- Auslegerboom
- 1616
- freies Endefree end
- 1818
- Lokalisierungsvorrichtunglocator
- 20a-20c20a-20c
- Markermarker
- 22a-22f22a-22f
- Ankeranchor
- 2424
- Steuerungcontrol
- 2626
- cloudbasierter Speichercloud-based storage
- 2828
- Laufkatzetrolley
Claims (11)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |