EP1354106A1 - Grossmanipulator mit schwingungsdämpfung - Google Patents

Grossmanipulator mit schwingungsdämpfung

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Publication number
EP1354106A1
EP1354106A1 EP02715404A EP02715404A EP1354106A1 EP 1354106 A1 EP1354106 A1 EP 1354106A1 EP 02715404 A EP02715404 A EP 02715404A EP 02715404 A EP02715404 A EP 02715404A EP 1354106 A1 EP1354106 A1 EP 1354106A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive unit
control device
mast
large manipulator
manipulator according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02715404A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Nissing
Werner Bernzen
Karl-Heinz Koop
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
Original Assignee
Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Friedrich Wilhelm Schwing GmbH filed Critical Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
Publication of EP1354106A1 publication Critical patent/EP1354106A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/04—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
    • B66C13/066—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads for minimising vibration of a boom
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
    • E04G21/04—Devices for both conveying and distributing
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
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    • E04G21/04—Devices for both conveying and distributing
    • E04G21/0418—Devices for both conveying and distributing with distribution hose
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
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    • E04G21/04—Devices for both conveying and distributing
    • E04G21/0418—Devices for both conveying and distributing with distribution hose
    • E04G21/0445—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms
    • E04G21/0454—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms with boom vibration damper mechanisms

Definitions

  • the present invention relates to a large manipulator according to the preamble of claim 1 and a truck-mounted concrete pump with such a large manipulator and a method for operating a corresponding large manipulator.
  • Large manipulators are used, for example, in truck-mounted concrete pumps, in which concrete is pumped through a concrete pump through a concrete delivery line, which is arranged on a multi-section boom, so that concrete can be conveyed precisely over a long distance to a certain point.
  • the placing boom consists of one or more segments and can be folded in the joints using appropriate hydraulic cylinders with deflection kinematics.
  • the mast can be mounted on a mobile substructure, generally a truck chassis, or on a stationary platform and can be pivoted about a vertical axis.
  • the end of the hose is controlled by an operator via a remote control to the concreting point (rough positioning). This is done by directly actuating the valves of a hydraulic system assigned to the individual cylinders. Another operator guides the end hose over the concreting point (fine positioning). Due to the design, elastic deformations occur in the segments of the placing boom, so that the boom tends to form vibrations. In particular, due to the fact that the concrete is not continuously, but pulsating, by means of two-cylinder thick matter pumps, the placing boom, in particular on the last link when the concrete emerges from the end hose, is excited to oscillate, so that an oscillation amplitude at the end hose of more than one meter can occur.
  • the pump frequency is in the range of the natural frequency of the placing boom, resonance vibrations can occur.
  • the delivery rate of the pump and thus the pumping frequency is regulated back so far that the vibrations at the top of the mast are limited and the hose operator is not endangered.
  • the object of the invention is therefore to dampen the swinging of the placing boom, in particular on the last link of the placing tower and on the end hose, and the deflection of the To reduce the mast tip during the pumping strokes in such a way that the maximum vibration amplitude is minimized, preferably limited to 10 to 20 cm.
  • an automatic control device which only has to detect two different parameters, is subordinate to a large-size mampulator of the generic type of the remote control device with which an operator performs the positioning of the large-size manipulator, in order to use it to operate the large-size manipulator to control existing drive units so that both the vibrations caused by a malfunction such.
  • the control device detects a parameter which describes the fault state, which leads to the deviation from the predetermined target position and in particular the vibrations, at least on one mast member.
  • a parameter which describes the fault state which leads to the deviation from the predetermined target position and in particular the vibrations, at least on one mast member.
  • this can be the determination of the pressure fluctuations in the concrete delivery line.
  • the load of at least one drive unit that serves to adjust the mast members is also determined.
  • at least one of the drive units is controlled by means of the control device in such a way that, by actuating the drive unit, the deviation from the predetermined desired position is minimized and the vibration of the mast member or members is damped.
  • the control device has at least one detection unit for detecting the parameter, which describes the fault state, and at least one determination unit for determining the load which acts on the drive unit.
  • the control device preferably comprises a damping minimizing means which has the load determined by the determination unit as an input variable and generates a control variable for the drive unit as the output variable.
  • the control variable can be the adjustment speed of the cylinder piston, for example, in the case of a concrete placing boom, in which the drive units for the mast members are designed as hydraulic cylinders.
  • the damping minimizing means is preferably designed as a virtual spring-damper element which comprises at least one spring element and one damping element which are connected in parallel with one another.
  • the virtual spring-damper element represents the drive unit, for. B. the hydraulic cylinder in a concrete placing boom.
  • the concept of control according to the virtual spring-damper element is based on the idea that effective damping is achieved when the drive unit, for. B. the hydraulic cylinder behaves like a parallel spring-damper element.
  • a corresponding control variable for the drive unit can then be calculated from the force balance of the force component, which acts on the one hand on the drive unit, and the force components of the spring and damping elements on the other hand.
  • control device advantageously comprises a disturbance variable feed-in, which has as input the parameter describing the disturbance, which is detected by the detection unit, the feedforward variable calculating from this input parameter a position of the drive unit which is corrected with respect to the target position specified by the operator and which compensates for the disturbance.
  • the determination unit determines the fault condition beforehand using the parameter, i.e. before the fault condition occurs at the point at which compensation is to be achieved by the control device, there is sufficient time to provide a position of the drive unit that is opposite to the fault. If, for example, in the case of a concrete placing boom, the determination unit knows that a pressure wave propagates through the concrete delivery line, a corresponding mast link can be brought into a position opposite to the pressure wave by the disturbance variable feed-in via a corrected position of the drive unit. It is therefore advantageous for the determination unit to have sensors which measure the parameter characterizing the fault state at locations which, viewed from the mast tip, are arranged in front of the mast member to be corrected.
  • the pressure sensors at the base of the placing boom for a concrete pump, whereby a compromise regarding the exactness of the detection of the fault at the point to be compensated and the possibility of a sufficient reaction time must be found.
  • the disturbance variable can also be located directly at the point of origin, e.g. B. the switchover time of the concrete pump on this, combined with a measurement of the flow velocity in the concrete delivery line can be measured.
  • This not only reduces the vibrations caused by the damping minimizer, e.g. B. in terms of the number of vibrations and also the amplitude of the vibrations, for. B. by avoiding resonance vibrations, but it also counteracts a direct deviation of the target position by the disturbance variable, with additional vibrations due to unnecessary movements of the drive unit being avoided by including the corrected position in the calculation of the damping minimizer.
  • the damping minimizing means Due to the preferably leading determination of the disturbance variable and / or the damping by the damping minimizing means, it is further advantageous not to relate the control in the large manipulator to the drive unit which is directly responsible for the actuation of the mast member, the vibrations and amplitudes of which are kept as low as possible should be, e.g. B. the mast tip, but one that is seen from the mast tip from the mast member to be corrected.
  • the adjustment speed of the drive unit is determined as the controlled variable. This results from Newton's axiom
  • the control device comprises a speed controller which can regulate the adjustment speed of the drive unit determined by the damping minimizing means.
  • the control device comprises at least one position sensor which detects the position of the drive unit.
  • a corresponding position sensor can also be designed as a position measuring system, so that the actual position can be determined starting from an initial position of the drive unit.
  • such a measuring system can also be used to record the adjustment speed of the drive unit, namely when the adjustment speed of the drive unit is determined by changing the position of the drive unit.
  • the determination unit preferably comprises force sensors or arranged on the piston rod pressure sensors assigned to the cylinder chambers, which determine the load on the drive unit on the one hand directly via the force measurement or on the other hand via the pressure difference in the cylinder chambers of the cylinder.
  • the detection device comprises at least one pressure sensor, preferably two or more pressure sensors in the concrete delivery line, in order to determine pressure fluctuations in the concrete delivery line as a disturbance variable.
  • the speed controller which regulates the adjustment speed of the drive unit, preferably regulates the adjustment speed of the preferably hydraulically operated cylinder piston via a valve, which is arranged between the cylinder chambers and a hydraulic oil supply, both the speed controller and the valve in the hydraulic system having to work with sufficient accuracy and speed. in order to set the adjustment speed determined by the damping minimizing means as precisely as possible.
  • the large manipulator described above is particularly suitable for truck-mounted concrete pumps which are arranged on a chassis, since the disturbances caused in such devices by the two-cylinder thick matter pumps used can ideally be reduced in the corresponding large manipulator.
  • Figure 1 is a side view of a large manipulator designed as a concrete placing boom on the one hand in the extended state and on the other hand in the folded state;
  • FIG. 2 shows a schematic diagram to illustrate the control of a cylinder used as a drive unit for tilting two adjacent mast members
  • Fig. 3 is a schematic representation of the control concept for the drive unit according to a virtual spring-damper element.
  • Fig. 1 shows a side view of a concrete placing boom 1, which is constructed from four mast members 2-5, which in turn are arranged on a turntable 6.
  • the turntable 6 itself is rotatably arranged on a frame, in particular a chassis in the form of a truck chassis, which, however, is not shown here.
  • the individual mast members 2-5 are connected to one another and to the turntable 6 so as to be rotatable or pivotable, the axes of rotation 10 between the mast members extending parallel to one another and essentially horizontally, that is to say perpendicularly out of the image plane.
  • Hydraulic cylinders 8 are provided for pivoting the mast members 2-5 to one another or to the turntable 6, which enable the mast members 2-5 to be rotated relative to one another or to the turntable 6 via a deflection kinematics 9 when the cylinder 8 is actuated.
  • a concrete delivery line is shown in the form of a concrete hose 7.
  • the concrete hose 7 can be placed at a desired location, for. B. at a certain point for concreting a floor.
  • the mast members 2-5 are adjusted via the hydraulic cylinders 8, which in turn are controlled by an operator via a remote control.
  • the large manipulator according to the invention has a control device which interacts with the remote control in such a way that the vibrations are damped and the deflection at the mast tip is minimized.
  • a schematic functional diagram of the control device is shown in FIG. 2.
  • the control device comprises a feedforward control 11 as well as damping minimizing means 12 and a speed controller 13 which controls the adjustment speed of the piston 28 in a hydraulic cylinder 8 via a valve 14.
  • various sensors and measuring systems are provided on the large manipulator 1 shown in FIG. 1.
  • only one hydraulic cylinder 8 is controlled with the control device, specifically the one that actuates the C-joint of the mast 1 (see FIG. 1).
  • Pressure sensors 23 and 24, which measure the pressure in the cylinder chambers 17 and 18 of the hydraulic cylinder 8, are provided on the hydraulic cylinder 8, which is generally used as a drive unit for pivoting the mast members 2-5 with respect to one another and between the turntable 6.
  • a displacement measuring system 25 is provided on the piston rod 16, with which the position and the speed of the cylinder piston 28 can be determined.
  • a force sensor 26 can be provided on the piston rod 16, with which the force effect on the piston rod 16 can be measured.
  • the displacement measuring system 25 can be designed in such a way that either only the position of the cylinder piston is determined and the piston speed is determined from the change in the piston position, or alternatively or additionally the speed of the piston or the piston rod and the direction of the movement is determined, the position of the piston can then also be calculated from this, knowing an initial position of the piston.
  • control device comprises a pressure measuring device 15 on the delivery line of the concrete, in which two pressure sensors are preferably provided distributed over the delivery line, which can determine pressure differences in the delivery line. Since in particular the vibration and the deflection of the mast tip are to be reduced, it is advantageous to provide the pressure sensors on a front area of the concrete delivery line, so that, for example, by measuring the delivery pressure at two measuring points, the development of a pressure difference and the course of such a pressure wave through the Delivery line can be estimated. In this way it is possible to predict exactly which pressure loads will occur in an area of the delivery line behind the measuring points and in particular at the mast tip.
  • the hydraulic cylinder is now regulated in the following manner: First, a setpoint is specified via the remote control device, which specifies the setpoint position of the hydraulic cylinder 8 and thus the position of the mast member that can be adjusted via the hydraulic cylinder 8.
  • the disturbance variable feed-in 11 is transmitted to the disturbance variable feed-in 11 via the drain measurement system 15, which determines the drain fluctuations in the concrete delivery line.
  • the setpoint value that is to say the setpoint position of the hydraulic cylinder, is modified and corrected via the feedforward control 11. For example, if the mast link to be adjusted is expected to be more heavily loaded and thus cause elastic change of the target position this counteracted in that the drive cylinder 8 is moved into a corrected position.
  • the feedforward control outputs the corrected position So, the so-called spring base point.
  • the corrected position is therefore called the spring base point because, in the exemplary embodiment shown, the corrected position is used as an input variable for the damping minimizing means, which in this case is a virtual spring-damper element which consists of a spring element 19 and damper element 20 connected in parallel ( see Fig. 3).
  • the virtual spring-damper element is based on the assumption that an oscillation with respect to the mast 1 or the mast members 2-5 can be avoided if a force balance between those acting on the drive cylinder Force and the opposite force, which is provided by the parallel spring and damper elements 19 and 20, prevails.
  • the load energy is thus absorbed and reduced by a corresponding flexibility.
  • a controlled variable for the hydraulic cylinder 8 described by the virtual spring-damper element can be calculated from the concept of the force balance.
  • this is the adjustment speed s (t), which is in accordance with the equation given in FIG. 3 from the force F t (t) acting on the cylinder 8, the spring constant c and the damping constant d and the position s (t) of the cylinder
  • the piston results. If the adjustment speed s (t) of the cylinder piston 28 is regulated in accordance with the equation in FIG. 3, then the vibration of the mast members, here mast members 4 and 5, is minimized.
  • the data required for this are on the one hand by the measuring devices of the control device, such as. B. provided by the force sensor 26 and the Wegemeßsystem 25, which on the one hand deliver the force F t (t) and on the other hand the position of the cylinder piston s (t).
  • the spring constant c and the damping constant d are freely selectable in the virtual system and can be adapted for optimal damping. According to the representation in Fig.
  • a target adjustment speed s (t) of the cylinder piston 28 is calculated.
  • a target adjustment speed s (t) of the cylinder piston 28 is calculated.
  • drain values 17 and 18 are determined, for which purpose the drain values are used, which are determined via the drain sensors 23 and 24, which are arranged in the cylinder chambers 18 and 17, respectively.
  • the vibration damping via the damping minimizing means 12 is advantageously combined with the feedforward control 11, so that not only does the vibration damping take place independently, but also that the absolute deviation from the desired target position is compensated for.
  • This is particularly advantageous because the virtual spring-damper element introduces a certain flexibility into the system, which could lead to an increase in the deviation from the desired position.
  • a corrected position So is calculated from the estimated load, which is made available as an input variable for the damping minimizing means 12, so that this corrected position
  • the target adjustment speed s (t) of the cylinder piston 28 is used as the basis for calculating the controlled variable, d. H. the target adjustment speed s (t) of the cylinder piston 28 is used.
  • the setpoint adjustment speed s (t) of the cylinder piston 28 determined by the damping minimizing means 12 is the controlled variable for a speed controller 13 which, via the position measuring system 25, either continuously adjusts the positions of the cylinder piston 28 or directly the adjustment speed of the cylinder piston 28 as well as information about the supply pressure of the hydraulic supply 29 and the pressure in the cylinder chamber 17 of the hydraulic cylinder 8 receives. From this information, the speed controller 13 determines a control voltage U with which a valve 14 for controlling the hydraulic cylinder 8 is controlled.
  • Actuating speed s (t) of the cylinder piston 28 is adjustable.
  • the valve 14 can be freely selected in this case, provided that it has a natural frequency in the hydraulic system which is above the first natural frequency of the large manipulator 1 to be controlled and which also has a sufficiently rapid hydraulic oil throughput to actuate the hydraulic cylinder 8.
  • control device includes well-known hardware components that allow the conversion of the measured values and sensor data determined into digital signals.
  • control device comprises known hardware components that enable the programming of the described control concept as well as its implementation and processing.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Grossmanipulator sowie Autobetompumpen mit einem derartigen Grossmanipulator, der einen mit einem aus mehreren Gliedern (2 bis 5), insbesondere 3 bis 5 Gliedern, zusammengesetzten und auf einem Gestell, insbesondere einem Fhrgestell angeordneten Mast (1) um fasst, welcher insbesondere als inklappbarer Verteilermast ausgebildet ist und vorzugsweise einen Drehschemel (6) umfasst, so dass er um eine im wesentlichen vertikale Drehachse mittels eines Antriebsaggregats drehbar ist, wobei die Mastglieder zueinander und zu dem Drehschemel um im wesentlichen horizontale, zueinander parallele Drehachsen über weitere Antriebsaggregate schwenkbar sind, sowie eine eine Steuerorgan aufweisende Fernsteuereinrichtung zur Antriebsaggregate bzw. der Mastglieder und des Drehschemels, wobei weiterhin eine Regelungseinrichtung vorgesehen ist, die mindestens eine Erfassungseinheit (15) zur Erfassung iens Parameters, wlcher einen Störzustand mindestens eines Mastglieds beschreibt, der zur Abweichung von derSteuerorgan vorgegebenen Stellung, insbesondere zu einer Schwingung der Mastglieder führt, und minestens ien Ermittlungseinheit (23, 24; 26) zur Ermittlung der auf ein Antriebsaggregat (8) einwirkenden, der vom Steuerorgan vorgegebene Stellung entgegenwirkenden Belastung umfasst, wobei die Regelungseinrichtung mit der Fernsteurereinrichung derart zusammenwirkt, dass mindestens eines de ANtriebsaggregate (8) so gesteuert wird, dass durch eine Betätigung des Antriebsaggregats (8) die Abweichung von der vorgegegenen Stellung der Mastglieder minimiert und die durch den Störzustand verursachte Schwingung der Mastglieder gedämpft wird.

Description

Großmanipulator mit Schwingungsdämpfung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Großmanipulator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. eine Autobetonpumpe mit einem derartigen Großmanipulator sowie ein Verfahren zum Betrieb eines entsprechenden Großmanipulators.
Großmanipulatoren finden beispielsweise bei Autobetonpumpen eine Anwendung, bei denen über eine Betonpumpe Beton durch eine Betonförderleitung gepumpt wird, welche an einem mehrgliedrigen Verteilermast angeordnet ist, so daß Beton über eine weite Strecke zielgenau an einen bestimmten Punkt gefördert werden kann. Konventionellerweise besteht der Verteilermast aus ein oder mehreren Segmenten und ist über entsprechende Hydraulikzylinder mit Umlenkkinematik in den Gelenken faltbar. Der Mast kann auf einem mobilen Unterbau, im allgemeinen eine LKW-Chassis, oder einer stationären Plattform angebracht sein und ist dabei um eine Vertikalachse schwenkbar.
Bei den konventionellen Betonpumpen wird das Schlauchende von einem Bediener über eine Fernsteuerung zu der Betonierstelle gesteuert (Grobpositionierung). Dies geschieht durch direktes Ansteuern der den einzelnen Zylindern zugeordneten Ventile eines Hydrauliksystems. Ein weiterer Bediener führt den Endschlauch über die Betonierstelle (Feinpositionierung). In den Segmenten des Verteilermastes entstehen konstruktionsbedingt elastische Verformungen, so daß der Ausleger zur Schwingungsbildung neigt. Insbesondere durch das nicht kontinuierliche, sondern pulsierende Fördern des Betons durch Zweizylin- der-Dickstoffpumpen wird der Verteilermast, insbesondere am letzten Glied beim Austreten des Betons am Endschlauch zum Schwingen angeregt, so daß eine Schwingungsamplitude am Endschlauch von mehr als einem Meter auftreten kann. Liegt die Pumpfrequenz im Bereich der Eigenfrequenz des Verteilermastes, kann es zu Resonanzschwingungen kommen. Bei den herkömmlichen Betonpumpen mit Verteilermast wird daher die Fördermenge der Pumpe und damit die Pumpfrequenz so weit zurückgeregelt, daß sich die Schwingungen an der Mastspitze in Grenzen halten und der Schlauchfuhrer dadurch nicht gefährdet wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher das Schwingen des Verteilermastes, insbesondere am letzten Glied des Verteilermastes und am Endschlauch zu dämpfen und die Auslenkung der Mastspitze bei den Pumpstößen derart zu reduzieren, daß die maximale Schwingungsamplitude minimiert, vorzugsweise auf 10 bis 20 cm beschränkt wird. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen entsprechenden Großmanipulator bereitzustellen, der diese Aufgabe mit möglichst wenig Aufwand, insbesondere konstruktiven Aufwand erreicht und eine einfache, aber sichere und effektive Bedienbarkeit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gelöst von dem Großmanipulator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Autobetonpumpe nach Anspruch 18 und dem Verfahren gemäß Anspruch 19. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, daß bei einem Großmampulator der gattungsgemäßen Art der Fernsteuereinrichtung, mit der ein Bediener die Positionierung des Großmanipulators durchfuhrt, eine automatische Regelungseinrichtung unterlagert wird, die lediglich zwei unterschiedliche Parameter erfassen muß, um damit die bereits zur Betätigung des Großmanipulators vorhandenen Antriebsaggregate so zu steuern, daß sowohl die Schwingungen, die durch einen Störzustand, wie z. B. diskontinuierliche Pumpenstöße bei Betonpumpen, verursacht werden, minimiert und die Amplitude der Ausschläge, d. h. die Abweichung des Großmanipulators von der Sollstellung, reduziert werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß nur wenige Daten erfaßt werden müssen, was zu einer Vereinfachung der Regelungseinrichtung führt, und daß weiterhin keine zusätzlichen Komponenten zur Betätigung des Großmanipulators erforderlich sind, daß also mit den bereits vorhandenen Antriebsaggregaten der durch den Störzustand verursachten Schwingungen entgegen gewirkt wird.
Dabei wird von der Regelungseinrichtung ein Parameter erfaßt, welcher den Störzustand, der zur Abweichung von der vorgegebenen Sollstellung und insbesondere den Schwingungen führt, zumindest an einem Mastglied beschreibt. Beispielsweise kann dies bei einem Betonverteilermasten die Ermittlung der Drackschwankungen in der Betonforderleitung sein.
Zum anderen wird femer die Belastung mindestens eines Antriebsaggregats, das zur Verstellung der Mastglieder dient, ermittelt. Mit diesen Größen, nämlich dem erfaßten Störpa- rameter und der ermittelten Belastung des Antriebsaggregats wird mindestens eines der Antriebsaggregate mittels der Regelungseinrichtung so geregelt, daß durch eine Betätigung des Antriebsaggregats die Abweichung von der vorgegebenen Sollstellung minimiert und die Schwingung des oder der Mastglieder gedämpft wird. Dazu weist die Regelungseinrichtung mindestens eine Erfassungseinheit zur Erfassung des Parameters auf, die den Störzustand beschreibt, sowie mindestens eine Ermittlungseinheit zur Ermittlung der Belastung, die auf das Antriebsaggregat einwirkt.
Vorzugsweise umfaßt die Regelungseinrichtung ein Dämpfungsminimiermittel, welches als Eingangsgröße die von der Ermittlungseinheit ermittelte Belastung aufweist und als Ausgangsgröße eine Regelgröße für das Antriebsaggregat erzeugt. Die Regelgröße kann beispielsweise bei einem Betonverteilermasten, bei dem die Antrieb saggregate für die Mastglieder als Hydraulikzylinder ausgeführt sind, die Verstellgeschwindigkeit des Zylinderkolbens sein.
Vorzugsweise ist das Dämpfungsminimiermittel als ein virtuelles Feder-Dämpfer-Element ausgestaltet, welches zumindest ein Federelement und ein Dämpfungselement umfaßt, die zueinander parallel geschaltet sind. Das virtuelle Feder-Dämpfer-Element repräsentiert dabei das Antriebsaggregat, z. B. den Hydraulikzylinder bei einem Betonverteilermasten. Dem Konzept der Regelung nach dem virtuellen Feder-Dämpfer-Element liegt die Idee zugrunde, daß eine wirksame Dämpfung erreicht wird, wenn sich das Antriebsaggregat, z. B. der hydraulische Zylinder, wie ein parallel geschaltetes Feder-Dämpfer-Element verhält. Aus dem Kraftgleichgewicht der Kraftkomponente, die einerseits auf das Antriebsaggregat wirkt, und den Kraftkomponenten der Feder- und Dämpfungselemente andererseits kann dann eine entsprechende Regelgröße für das Antriebsaggregat berechnet werden. Neben dem Vorteil, daß dieses Konzept lediglich durch das Anbringen einiger Sensoren eine geringe Erweiterung der Gesamtkonstruktion eines Großmanipulators fordert, ist ein weiterer Vorteil die Stabilität des Gesamtregelkonzepts des Dämpfungsminimiermittels. Unter der Annahme, daß die Regelung funktioniert und das Antriebsaggregat sich verhält wie ein Feder- Dämpfer-Element, verhält sich der Mast stabil, da lediglich durch den Störzustand einwirkende Energie dissipiert wird. Die Steifigkeit des Federelements und Dämpfungskonstante des Dämpferelements sind hierbei beliebig wählbar. Es gibt jedoch eine Konfiguration, bei der die Schwingungsneigung des Manipulators minimal ist, und zwar bei schnellstmöglichem Führungsverhalten des Antriebsaggregats. Diese optimale Parameterkonfiguration ist wiederum abhängig von der Mastposition und der Mastgröße.
Weiterhin umfaßt die Regelungseinrichtung in vorteilhafter Weise eine Störgrößenauf- schaltung, welche als Eingangsgröße den die Störung beschreibenden Parameter, der von der Erfassungseinheit erfaßt wird, aufweist, wobei die Störgrößenaufschaltung aus diesem Eingangsparameter eine gegenüber der vom Bediener vorgegebenen Sollstellung korrigierte Stellung des Antriebsaggregats berechnet, die die Störung kompensiert.
In dem bevorzugten Fall, daß die Ermittlungseinheit den Störzustand anhand des Parameters vorauseilend ermittelt, also bevor der Störzustand an der Stelle auftritt, an der eine Kompensierung durch die Regelungseinrichtung erreich werden soll, ist ausreichend Zeit vorhanden, eine der Störung entgegengerichtete Stellung des Antriebsaggregats vorzusehen. Ist beispielsweise bei einem Betonverteilermasten durch die Ermittlungseinheit bekannt, daß eine Druckwelle sich durch die Betonförderleitung fortpflanzt, so kann rechtzeitig ein entsprechendes Mastglied durch die Störgrößenaufschaltung über eine korrigierte Stellung des Antriebsaggregats in eine der Druckwelle entgegengerichtete Stellung gebracht werden. Deshalb ist es vorteilhaft, daß die Ermittelungseinheit Sensoren aufweist, die den den Störzustand charakterisierenden Parameter an Stellen mißt, die von der Mastspitze aus gesehen vor dem zu korrigierenden Mastglied angeordnet sind. Beispielsweise ist es vorteilhaft, zu einer Kompensierung des Ausschlags an der Mastspitze die Drucksensoren bereits am Fuß des Verteilermastes für eine Betonpumpe vorzusehen, wobei ein Kompromiss bezüglich der Exaktheit der Erfassung der Störung an der zu kompensionierenden Stelle und der Möglichkeit einer ausreichenden Reaktionszeit gefunden weden muss. Alternativ kann die Störgröße auch direkt am Entstehungsort, also z. B. der Umschaltzeitpunkt der Betonpumpe an dieser, kombiniert mit einer Messung der Strömungsgeschwindigkeit in der Betonförderleitung gemessen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, die Störgrößenaufschaltung und das Dämpfungsminimiermittel in der Regelungseinrichtung so zu kombinieren, daß die korrigierte Stellung des Antriebsaggregats, die von der Störgrößenaufschaltung aufgrund der abgeschätzten Störung ermittelt worden ist, überlagert mit dem über den Bediener vorgegebenen Sollwert als Sollstellung in die Berechnung im Dämpfungsminimiermittel eingeht. Damit werden nicht nur die Schwingungen durch das Dämpfungsminimiermittel vermindert, z. B. hinsichtlich der Anzahl der Schwingungen und auch der Amplitude der Schwingungen, z. B. durch Vermeidung von Resonanzschwingungen, sondern es wird auch einer direkten Abweichung der Sollstellung durch die Störgröße entgegengewirkt, wobei durch die Einbeziehung der korrigierten Stellung in die Berechnung des Dämpfungsminimiermittels zusätzlich Schwingungen durch unnötige Bewegungen des Antriebsaggregats vermieden werden.
Aufgrund der vorzugsweise vorauseilenden Bestimmung der Störgröße und/oder der Dämpfung durch das Dämpfungsminimiermittel ist es weiterhin vorteilhaft, bei dem Großmanipulator die Regelung nicht unbedingt auf das Antriebsaggregat zu beziehen, das direkt für die Betätigung des Mastgliedes verantwortlich ist, dessen Schwingungen und Amplituden möglichst gering gehalten werden sollen, z. B. die Mastspitze, sondern eines, welches von der Mastspitze aus gesehen vor dem zu korrigierenden Mastglied angeordnet ist.
Für die Realisierung der vorher beschriebenen Regelungseinrichtung sind verschiedene Sensoren und Meßsysteme erforderlich, die zum Teil von der Wahl der entsprechenden Antriebsaggregate und vom Einsatzzweck des Großmanipulators abhängen. Im Falle eines Großmanipulators in Form eines Betonverteilermasten, dessen Gelenke über hydraulische Zylinder betätigt werden, ist es vorteilhaft, als Regelgröße die Verstellgeschwindigkeit des Zylinderkolbens zu regeln.
Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform, bei der das Dämpfungsminimiermittel als virtuelles Feder-Dämpfer-Element ausgeführt ist, wird als Regelgröße die Verstellgeschwindigkeit des Antriebsaggregats bestimmt. Dies ergibt sich aus dem Newton'schen A- xiom
T ^. = 0 Gleichung 1. n
Bei einem Verhalten des Antriebsaggregats als Feder-Dämpfer-Element gilt demnach Ft (t) + d * s(t) + c * s(t) = 0 Gleichung 2,
wobei Ft(t) die durch die Störung auf das Antriebsaggregat in Abhängigkeit von der Zeit
einwirkende Kraft ist, d die Dämpfungskonstante, -? (t) die Verstellgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit, c die Federkonstante und s(t) die Stellung des Antriebsaggregats in Abhängigkeit von der Zeit ist. Durch Umstellung dieser Glei-
chung kann auf die Verstellgeschwindigkeit s (t) aufgelöst werden:
F. (t) + c *s(t) s(ή = — 'XX L Gleichung 3. d
Wird das Antriebsaggregat nun so geregelt, daß die über die Gleichung 3 bestimmte Ver-
stellgeschwindigkeit s (t) eingestellt wird, so wird die Charakteristik eines Feder- Dämpfer-Elements nachgebildet. Durch situationsspezifische Anpassung der Parameter c und d wird eine optimale Dämpfung erreicht.
Zur Regelung der Verstellgeschwindigkeit ist es demnach noch erforderlich, daß die Rege- lungseinichtung einen Geschwindigkeitsregler umfaßt, der die durch das Dämpfungsminimiermittel bestimmte Verstellgeschwindigkeit des Antriebsaggregats regeln kann. Weiterhin ist es erforderlich, daß die Regelungseinrichtung mindestens einen Positionssensor umfaßt, der die Stellung des Antriebsaggregats feststellt. Ein entsprechender Positionssensor kann auch als Wegmeßsystem ausgeführt sein, so daß ausgehend von einer Ausgangsstellung des Antriebsaggregats die tatsächliche Stellung ermittelt werden kann. Gleichzeitig kann ein derartiges Wegmeßsystem auch zur Erfassung der Verstellgeschwindigkeit des Antriebsaggregats dienen, wenn nämlich über die Änderung der Stellung des Antriebsaggregats die Verstellgeschwindigkeit des Antriebsaggregats bestimmt wird. Alternativ kann es jedoch vorteilhaft sein, unabhängig davon einen anderen Geschwindigkeitssensor bereitzustellen, der die Verstellgeschwindigkeit des Antriebsaggregats direkt mißt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform eines Betonverteilermasten, bei dem die Antriebsaggregate für die Mastglieder hydraulisch oder pneumatisch betätigte Zylinder sind, umfaßt die Ermittlungseinheit vorzugsweise an der Kolbenstange angeordnete Kraftsensoren oder den Zylinderkammern zugeordnete Drucksensoren, die einerseits direkt über die Kraftmessung oder andererseits über die Druckdifferenz in den Zylinderkammern des Zylinders die Belastung des Antriebsaggregats ermitteln.
Weiterhin umfaßt bei dieser vorteilhaften Ausfülirungsform die Erfassungseinrichtung mindestens einen Dmcksensor, vorzugsweise zwei oder mehr Drucksensoren in der Betonförderleitung, um auf diese Weise Druckschwankungen in der Betonförderleitung als Störgröße zu ermitteln.
Vorzugsweise regelt der Geschwindigkeitsregler, der die Verstellgeschwindigkeit des Antriebsaggregats regelt, die Verstellgeschwindigkeit des vorzugsweise hydraulisch betriebenen Zylinderkolbens über ein Ventil, welches zwischen den Zylinderkammern und einer Hydraulikölversorgung angeordnet ist, wobei sowohl Geschwindigkeitsregler als auch das Ventil in dem Hydrauliksystem ausreichend genau und schnell arbeiten müssen, um die durch das Dämpfimgsminimiermittel bestimmte Verstellgeschwindigkeit möglichst genau einzustellen.
Der oben beschriebene Großmanipulator eignet sich in besonderer Weise für Autobetonpumpen, die auf einem Fahrgestell angeordnet sind, da die bei derartigen Geräten durch die verwendeten Zweizylinder-Dickstoffpumpen verursachten Störungen ideal bei dem entsprechenden Großmanipulator verringert werden können.
Außerdem hat sich gezeigt, daß der Betrieb eines derartigen Großmanipulators in der Weise vorteilhaft ist, daß der Bediener weiterhin über die Fernsteuereinrichtung die gewünschte Sollstellung der Mastglieder und/oder des Drehschemelss des Großmanipulators eingeben kann und daß dann automatisch ohne eine entsprechende Nachführung die durch eine Störung verursachte Abweichung von der Sollstellung ausgeglichen und insbesondere Schwingungen gedämpft werden. Besonders vorteilhaft ist es, daß bei einem derartigen Betrieb die Sollstellung durch den Bediener unabhängig von regelmäßig wiederkehrenden Störungen, wie z. B. Druckstößen bei Betonpumpen, verändert werden kann und daß auch hier automatisch die auftretenden Störungen kompensiert werden und eine zielgenaue Ausrichtung des Großmanipulators möglich ist. Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merlcmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels anhand der beigefugten Zeichnungen deutlich. Die Zeichnungen zeigen dabei sämtlich in rein schematischer Weise in
Fig. 1 die Seitenansicht eines als Betonverteilermasten ausgeführten Großmanipulators zum einen im ausgefahrenen Zustand und zum anderen im zusammengeklappten Zustand;
Fig. 2 ein schematisches Schaubild zur Verdeutlichung der Regelung eines als Antriebsaggregat zum Verkippen zweier benachbarter Mastglieder verwendeten Zylinders; und in
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Regelungskonzepts für das Antriebsaggregat gemäß eines virtuellen Feder-Dämpfer-Elements.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Betonverteilermasten 1, der aus vier Mastgliedern 2-5 aufgebaut ist, welche wiederum an einem Drehschemel 6 angeordnet sind. Der Drehschemel 6 selbst ist drehbar auf einem Gestell, insbesondere einem Fahrgestell in Form einer LKW- Chassis, angeordnet, welche jedoch hier nicht gezeigt ist.
Die einzelnen Mastglieder 2-5 sind untereinander und mit dem Drehschemel 6 drehbar bzw. verschwenkbar verbunden, wobei sich die Drehachsen 10 zwischen den Mastgliedern parallel zueinander und im wesentlichen horizontal, also senkrecht aus der Bildebene heraus, erstrecken.
Zum Verschwenken der Mastglieder 2-5 zueinander bzw. zum Drehschemel 6 sind hydraulische Zylinder 8 vorgesehen, die über eine Umlenkkinematik 9 bei einer Betätigung des Zylinders 8 eine Verdrehung der Mastglieder 2-5 zueinander bzw. zum Drehschemel 6 ermöglichen. An der Mastspitze ist das Ende einer Betonforderleitung in Form eines Betonschlauchs 7 gezeigt. Durch eine Verstellung des Drehschemels 6 und der Mastglieder 2-5 kann der Betonschlauch 7 an einem gewünschten Ort plaziert werden, z. B. an einer bestimmten Stelle zur Betonierung einer Geschoßdecke. Die Verstellung der Mastglieder 2-5 erfolgt dabei über die hydraulischen Zylinder 8, welche wiederum durch einen Bediener über eine Femsteuerung angesteuert werden.
Beim Betrieb eines derartigen Betonverteilermasten 1 kommt es infolge von Druckschwankungen in der Betonförderleitung, die beispielsweise durch eine Zweizylinder- Dickstoffpumpe verursacht sein können, zu zyklischen Belastungen des Betonverteilermasten, die sich darin äußern, daß der gesamte Mast 1 eine schwingende Bewegung ausfuhrt, und daß es insbesondere an der Mastspitze auf Grand der Schwingung zu einer großen Amplitude kommt.
Um dies zu verhindern, weist der erfmdungsgemäße Großmanipulator eine Regelungseinrichtung auf, die derart mit der Fernsteuerung zusammenwirkt, daß die Schwingungen gedämpft und der Ausschlag an der Mastspitze minimiert wird. Ein schematisches Funktionsschaubild der Regelungseinrichtung ist in Fig. 2 gezeigt.
Die Regelungseinrichtung gemäß Fig. 2 umfaßt eine Störgrößenaufschaltung 11 sowie Dämpfungsminimiermittel 12 und einen Geschwindigkeitsregler 13, der über ein Ventil 14 die Verstellgeschwindigkeit des Kolbens 28 in einem Hydraulikzylinder 8 regelt. Hierzu sind an dem in Fig. 1 gezeigten Großmanipulator 1 verschiedene Sensoren und Meßsysteme vorgesehen. Bei der gezeigten Ausführungsform wird mit der Regelungseinrichtung nur ein Hydraulikzylinder 8 gesteuert, und zwar derjenige, der das C-Gelenk des Masten 1 (siehe Fig. 1) betätigt. Allerdings ist es auch denkbar, mehrere oder alle Hydraulikzylinder 8 zu regeln
Am Hydraulikzylinder 8, der allgemein als Antriebsaggregat für die Verschwenkung der Mastglieder 2-5 untereinander und zwischen dem Drehschemel 6 dient, sind Drucksensoren 23 und 24 vorgesehen, die den Druck in den Zylinderkammem 17 und 18 des Hydraulikzylinders 8 messen. Außerdem ist ein Wegmeßsystem 25 an der Kolbenstange 16 vorgesehen, mit dem die Position und die Geschwindigkeit des Zylinderkolbens 28 ermittelt werden kann. Zusätzlich oder alternativ zu den Dracksensoren in den Zylinderkammern 17 und 18 kann an der Kolbenstange 16 ein Kraftsensor 26 vorgesehen sein, mit dem die Krafteinwirkung auf die Kolbenstange 16 gemessen werden kann.
Das Wegmeßsystem 25 kann hierbei so gestaltet sein, daß entweder lediglich die Position des Zylinderkolbens ermittelt wird und aus der Veränderung der Kolbenposition die Kolbengeschwindigkeit ermittelt wird, oder daß alternativ oder zusätzlich die Geschwindigkeit des Kolbens bzw. der Kolbenstange und die Richtung der Bewegung ermittelt wird, wobei hieraus dann unter Kenntnis einer Ausgangsstellung des Kolbens ebenfalls die Position des Kolbens berechnet werden kann.
Weiterhin umfaßt die Regelungseinrichtung eine Drackmeßeinrichtung 15 an der Förderleitung des Betons, bei der vorzugsweise verteilt über die Förderleitung zwei Dracksensoren vorgesehen sind, die Druckunterschiede in der Förderleitung ermitteln können. Da insbesondere die Schwingung und der Ausschlag der Mastspitze verringert werden soll, ist es vorteilhaft, die Drucksensoren an einem vorderen Bereich der Betonforderleitung vorzusehen, so daß beispielsweise durch die Messung des Förderdrucks an zwei Meßpunkten die Entwicklung eines Druckunterschiedes und der Verlauf einer derartigen Druckwelle durch die Förderleitung abgeschätzt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich genau vorherzusagen, wann welche Druckbelastungen in einem hinter den Meßstellen liegenden Bereich der Förderleitung und insbesondere an der Mastspitze auftreten werden.
Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform gemäß Fig. 2 erfolgt die Regelung des Hydraulikzylinders nun in der folgenden Weise: Zunächst wird über die Fernsteuereinrichtung ein Sollwert vorgegeben, der die Sollstellung des Hydraulikzylinders 8 und somit die Stellung des über den Hydraulikzylinder 8 verstellbaren Mastglieds vorgibt. Über das Drackmeßsystem 15, das die Drackschwankungen in der Betonforderleitung ermittelt, wird der Störgrößenaufschaltung 11 der zu erwartende Störzustand übermittelt. Ausgehend von dem zu erwartenden Störzustand wird der Sollwert, also die Sollstellung des Hydraulikzylinders über die Störgrößenaufschaltung 11 abgeändert und korrigiert. Beispielsweise wird bei einer zu erwartenden stärkeren Belastung des einzustellenden Mastglieds und somit einer dadurch ver- ursachten elastischen Veränderung der Sollstellung dieser dadurch entgegengewirkt, daß der Antriebszylinder 8 in eine korrigierte Stellung gefahren wird. Zu diesem Zweck gibt die Störgrößenaufschaltung die korrigierte Stellung So, den sogenannten Federfußpunkt aus.
Die korrigierte Stellung So wird deshalb Federfußpunkt genannt, weil bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die korrigierte Stellung als Eingangsgröße für das Dämpfungsminimiermittel verwendet wird, welches in diesem Fall ein virtuelles Feder-Dämpfer-Element ist, das aus einem parallel geschalteten Federelement 19 und Dämpferelement 20 besteht (vgl. Fig. 3).
Wie besser in Fig. 3 zu sehen ist, basiert das virtuelle Feder-Dämpfer-Element auf der Annahme, daß eine Schwingung bezüglich des Mastes 1 bzw. der Mastglieder 2-5 dann vermieden werden kann, wenn ein Kraftgleichgewicht zwischen der auf den Antriebszylinder einwirkenden Kraft und der entgegengesetzten Kraft, die durch die parallel geschalteten Feder- und Dämpferelemente 19 und 20 bereitgestellt wird, herrscht. Es wird somit durch eine entsprechende Nachgiebigkeit die Belastungsenergie aufgenommen und abgebaut.
Aus dem Konzept des Kraftgleichgewichts läßt sich eine Regelgröße für den durch das virtuelle Feder-Dämpfer-Element beschriebenen Hydraulikzylinder 8 berechnen. Bei dem ge-
zeigten Ausfuhrangsbeispiel ist dies die Verstellgeschwindigkeit s (t), die sich entsprechend der in Fig. 3 angegebenen Gleichung aus der auf den Zylinder 8 einwirkenden Kraft Ft(t), der Federkonstanten c und der Dämpfungskonstanten d sowie der Stellung s(t) des Zylin-
derkolbens ergibt. Wird die Verstellgeschwindigkeit s (t) des Zylinderkolbens 28 entsprechend der Gleichung in Fig. 3 geregelt, dann wird die Schwingung der Mastglieder, hier Mastglied 4 und 5, minimiert. Die dazu erforderlichen Daten werden zum einen durch die Meßeinrichtungen der Regelungseinrichtung, wie z. B. durch den Kraftsensor 26 und das Wegemeßsystem 25 bereitgestellt, welche einerseits die Kraft Ft(t) und andererseits die Stellung des Zylinderkolbens s(t) liefern. Die Federkonstante c und die Dämpfungskonstante d sind in dem virtuellen System frei wählbar und können für eine optimale Dämpfung angepaßt werden. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 wird somit durch das Dämpfungsminimiermittel 12 gemäß des Feder-Dämpfer-Elementes aus der Position des Zylinderkolbens 28, der auf die Kolbenstange 16 einwirkenden Kraft Ft(t) sowie den Konstanten c für die Federsteifigkeit und d für die Dämpfung, die in dem System entweder konstant gehalten oder variabel angepaßt wer-
den können, eine Sollverstellgeschwindigkeit s (t) des Zylinderkolbens 28 berechnet. Alternativ kann statt einer direkten Kraftmessung über den Kraftsensor 26 an der Kolbenstange
16 die Belastung des Zylinders 8 auch durch eine Druckdifferenz in den Zylinderkammern
17 und 18 ermittelt werden, wozu die Drackwerte verwendet werden, die über die Dracksensoren 23 und 24, die in den Zylinderkammern 18 bzw. 17 angeordnet sind, ermittelt werden.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist nun die Schwingungsdämpfung über das Dämpfungsminimiermittel 12 in vorteilhafter Weise mit der Störgrößenaufschaltung 11 kombiniert, so daß nicht nur eine unabhängige Schwingungsdämpfung stattfindet, sondern daß auch die absolute Abweichung von der gewünschten Sollstellung ausgeglichen wird. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil durch das virtuelle Feder-Dämpfer-Element eine gewisse Nachgiebigkeit in das System eingeführt wird, die zu einer Vergrößerung der Abweichung von der Sollstellung führen könnte. Dagegen wird jedoch aus der abgeschätzten Belastung eine korrigierte Stellung So berechnet, die als Eingangsgröße für das Dämpfungsminimiermittel 12 zur Verfügung gestellt wird, so daß bereits diese korrigierte Stel-
lung als Basis für die Berechnung der Regelgröße, d. h. der Sollverstellgeschwindigkeit s (t) des Zylinderkolbens 28 verwendet wird.
•
Die durch das Dämpfungsminimiermittel 12 bestimmte Sollverstellgeschwindigkeit s (t) des Zylinderkolbens 28 ist die Regelgröße für einen Geschwindigkeitsregler 13, der weiterhin über das Wegmeßsystem 25 entweder fortlaufend die Positionen des Zylinderkolbens 28 oder direkt die Verstellgeschwindigkeit des Zylinderkolbens 28 als auch Angaben über den Versorgungsdruck der Hydraulikversorgung 29 und des Drucks in der Zylinderkammer 17 des Hydraulikzylinders 8 erhält. Aus diesen Angaben ermittelt der Geschwindigkeitsregler 13 eine Steuerspannung U mit der ein Ventil 14 zur Ansteuerang des Hydraulikzylinders 8 gesteuert wird. Das Ventil 14, das zwischen der Hydraulikversorgung 19 und den Zylinder- kammern 17 und 18 des Hydraulikzylinders 8 angeordnet ist, sorgt durch das Einführen oder den Auslaß von Hydrauliköl in die Zylinderkammern 17 und 18 dafür, daß die gewünschte Verstellgeschwindigkeit des Kolbens 28 eingestellt wird. Da das Hydrauliksystem nicht über den gesamten Bereich ein lineares Verhalten aufweist, ist der Geschwindigkeitsregler insbesondere ein nicht-linearer Regler, der gewährleistet, daß die gewünschte Ver-
Stellgeschwindigkeit s (t) des Zylinderkolbens 28 einstellbar ist.
Das Ventil 14 kann für diesen Fall frei gewählt werden, sofem es in dem Hydrauliksystem eine Eigenfrequenz aufweist, die oberhalb der ersten Eigenfrequenz des zu regelnden Großmanipulators 1 liegt und weiterhin einen ausreichend schnellen Hydrauliköldurchsatz aufweist, um den Hydraulikzylinder 8 zu betätigen.
Neben den bereits beschriebenen Komponenten der Regelungseinrichtung, wie z. B. Dracksensoren, Kraftsensoren usw., umfaßt die Regelungseinrichtung allgemein bekannte Hardwarekomponenten, die die Umwandlung der ermittelten Meßwerte und Sensordaten in digitale Signale erlaubt. Zudem umfaßt die Regelungseinrichtung bekannte Hardwarekomponenten, die die Programmierung des beschriebenen Regelungskonzeptes sowie ihre Umsetzung und Verarbeitung ermöglicht.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel hat es sich gezeigt, daß nicht sämtliche Betätigungszylinder entsprechend der vorher beschriebenen Regelung betrieben werden müssen. Vielmehr hat sich gezeigt, daß es ausreichend ist, einen Betätigungszylinder 8 in der oben beschriebenen Weise zu regeln, und zwar insbesondere den Zylinder 8, der das vorletzte Mastglied 4 des Verteilermastes 1 betätigt (s. Fig. 1, gestrichelter Kreis). Eine Regelung des Zylinders 8 an diesem sogenannten C-Gelenk führt sehr wirkungsvoll dazu, daß die Mastspitze und somit der Betonschlauch 7 sehr stark in ihren Schwingungen gedämpft werden und die Amplitude minimiert wird, so daß ein Bediener, der den Betonschlauch 7 zur feinen Justierung per Hand führt, keine großen Schwingungen und Amplitudenausschläge ausgleichen muß.

Claims

Patentansprüche
1. Großmanipulator, insbesondere für Autobetonpumpen, mit einem aus mehreren Gliedern (2 bis 5), insbesondere 3 bis 5 Gliedern, zusammengesetzten und auf einem Gestell, insbesondere einem Fahrgestell, angeordneten Mast (1), welcher insbesondere als einklappbarer Verteilennast ausgebildet ist, der vorzugsweise einen Drehschemel (6) umfasst, so dass er um eine im wesentlichen vertikale Drehachse mittels eines Antriebsaggregats drehbar ist, wobei die Mastglieder (2 bis 5) zueinander und zu dem Drehschemel (6) um im wesentlichen horizontale, zueinander parallele Drehachsen über weitere Antriebsaggregate (8) schwenkbar sind und mit einer ein Steuerorgan aufweisenden Femsteuereinrichtung zur Ansteuerang der Antriebsaggregate (8) und zur Vorgabe einer gewünschten Sollstellung der Antriebsaggregate (8) beziehungsweise der Mastglieder (2 bis 5) und des Drehschemels (6), dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Regelungseinrichtung vorgesehen ist, die mindestens eine Erfassungseinheit (15) zur Erfassung eines Parameters, welcher einen Störzustand mindestens eines Mastglieds beschreibt, der zur Abweichung von der vom Steuerorgan vorgegebenen Stellung, insbesondere zu einer Schwingung der Mastglieder (2 bis 5) führt, und mindestens eine Ermittlungseinheit (23,24; 26) zur Ermittlung der auf ein Antriebsaggregat (8) einwirkenden, der vom Steuerorgan vorgegebene Stellung entgegenwirkenden Belastung umfasst, wobei die Regelungseinrichtung mit der Femsteuereinrichtung derart zusammenwirkt, dass mindestens eines der Antriebsaggregate (8) so geregelt wird, dass durch eine Betätigung des Antriebsaggregats (8) die Abweichung von der vorgegebenen Stellung der Mastglieder (2 bis 5) minimiert und die durch den Störzustand verursachte Schwingung der Mastglieder (2 bis 5) gedämpft wird.
2. Großmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung eine Störgrößenaufschaltung (11) umfasst, welche den von der Erfassungseinheit (15) erfassten Paramter als Eingangsgröße aufweist und daraus für mindestens ein Antriebsaggregat (8) eine gegenüber der von dem Steuerorgan vorgegebenen Stellung abweichende und der Störung entgegengerichtete korrigierte Stellung des Antriebsaggregats (8) berechnet.
3. Großmanipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (15) den Störzustand anhand des Parameters vorauseilend ermittelt, bevor der Störzustand an der Stelle, an der die Wirkung der Störung durch die Regelungseinrichtung kompensiert werden soll, auftritt, so dass die Regelungseinrichtung rechtzeitig eine der Störung entgegengerichtete Stellung des Antriebsaggregats (8) bewirkt.
4. Großmanipulator nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (15) den den Störzustand charkterisierenden Parameter über Sensoren an einem Mastglied (2 bis 5) ermittelt, das gesehen von der Mastspitze vor dem zu korrigierenden Mastglied angeordnet ist.
5. Großmanipulator nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung ein Dämpfungsminimiermittel (12) zur Dämpfung der Schwingung der Mastglieder (2 bis 5) umfasst, in das die durch die Ermittlungseinheit (23,24; 26) ermittelte Belastung des Antriebsaggregats (8) als Eingangsgröße eingeht und welches als Aus-
gangsgröße eine Regelgröße (s (t)) für das Antriebsaggregat (8) erzeugt.
6. Großmanipulator nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsminimiermittel (12) ein virtuelles Feder-Dämpfer-Element mit parallel geschalteten Feder- und Dämpfungselementen (19,20) umfasst, wobei über das Kraftgleichgewicht der Kraftkomponenten der auf das Antriebsaggregat (8) einwirkenden Kraft (Ft(t)) einerseits und der resultierenden Kraftkomponenten der Feder- und Dämpfungselemente (19,20)
andererseits die Regelgröße (s (t)) für das Antriebsaggregat (8) berechnet wird.
7. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 2 bis 4 und einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Störgrößenaufschaltung (11) aufgrund des von der Erfassungseinheit (15) ermittelten Parameters korrigierte Stellung (So) des An-
triebsaggregats (8) als Sollstellung in die Berechnung der Regelgröße ( s (t)) für das Antriebsaggregat (8) für die Dämpfung durch das Dämpfungsminimiermittel (12) eingeht.
8. Großmanipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Regelungseinrichtung beeinflusste Antriebsaggregat (8) das Mastglied betätigt, das von der Mastspitze aus gesehen vor dem zu korrigierenden Mastglied angeordnet ist.
9. Großmanipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung weiterhin mindestens einen Positionssensor (25) umfasst, der die Stellung des Antriebsaggregats (8) feststellt.
10. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die durch die Dämpfungsminimiermittel (12) beeinflussbare Regelgröße (-? (t)) die Verstellgeschwindigkeit des Antriebsaggregats ist.
11. Großmanipulator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung einen Geschwindigkeitsregler (13) umfasst, der die von dem Dämpfungsminimiermittel (12) bestimmte Verstellgeschwindigkeit des Antriebsaggregats regelt.
12. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung weiterhin mindestens einen Sensor umfasst, so dass die Verstellgeschwindigkeit des Antriebsaggregats (8) erfasst oder aus dem von dem Sensor ermittelten Wert berechnet werden kann.
13. Großmanipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsaggregate (8) zur Betätigung der Mastglieder hydraulische oder pneumatische Zylinder sind.
14. Großmanipulator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastung des Zylinders in Form der auf den Zylinderkolben (28) axial einwirkenden Kraft über an der Kolbenstange (16) angeordnete Kraftsensoren (26) oder als Druckdifferenz zwischen den Zylinderkammern (17,18) des Zylinders über in den Zylinderkammern vorgesehene Dracksensoren (23,24) bestimmbar ist.
15. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (8) durch ein Ventil (14) betätigbar ist, welches den Zylinder mit einer Druckversorgung (19) verbindet.
16. Großmanipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (1) eine Förderleitung zur Verteilung von flüssigem, vorzugsweise dickflüssigem Material, insbesondere Beton umfasst, wobei die Störang der vorgegebenen Stellung der Mastglieder durch diskontinuierlichen Fluss des Materials erzeugt wird und der Parameter zur Charakterisierung der Störang der Druck in der Förderleitung ist, zu dessen Messung mindestens ein Dracksensor (15) in der Förderleitung vorgesehen ist.
17. Großmanipulator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Förderleitung mindestens zwei Dracksensoren vorgesehen sind, die den Druck in der Förderleitung an zwei Stellen messen, so dass durch die Regelungseinrichtung eine Druckdifferenz bestimmbar ist.
18. Autobetonpumpe mit einem Fahrgestell, einer auf dem Fahrgestell angeordneten Betonpumpe und einem Verteilermast, der in Form eines Großmanipulators nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt ist.
19. Verfahren zum Betrieb eines Großmanipulators nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Bediener über die Fernsteuereinrichtung die gewünschte Sollstellung der Mastglieder (2 bis 5) und/oder des Drehschemels (6), insbesondere der Mastspitze eingibt, wobei automatisch eine durch eine Störung verursachte Abweichung der Sollstellung ausgeglichen, insbesondere eine Schwingung der Mastglieder gedämpft wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Bediener unabhängig von regelmäßig wiederkehrenden Störungen, insbesondere bei Drackschwankungen in der Förderleitung eines Betonverteilermastes, die Sollstellung der Mastglieder durch Eingabe in die Fernsteuereinrichtung verändern kann, wobei auch bei der veränderten Sollstellung die durch die Störang auftretenden Abweichungen automatisch kompensiert werden.
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