EP3303732B1

EP3303732B1 - Grossmanipulator mit schnell ein- und ausfaltbarem knickmast

Info

Publication number: EP3303732B1
Application number: EP16731808.8A
Authority: EP
Inventors: Johannes HENIKL; Wolfgang KEMMETMÜLLER; Andreas Kugi; Reiner VIERKOTTEN
Original assignee: Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
Current assignee: Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2024-03-06
Anticipated expiration: 2036-05-30
Also published as: CN107849856B; WO2016189169A1; US20180162701A1; CN107849856A; EP3303732A1; DE102015108473A1; US10625990B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Großmanipulator, insbesondere eine Autobetonpumpe, mit einem um eine vertikale Achse mittels eines Drehantriebs drehbaren Mastbock, der auf einem Gestell angeordnet ist, einem Knickmast, der zwei oder mehr Mastarme umfasst, wobei die Mastarme über Knickgelenke mit dem jeweils benachbarten Mastbock oder Mastarm mittels je eines Schwenkantriebs schwenkbeweglich verbunden sind, mit einer die Antriebe ansteuernden Steuereinrichtung für die Mastbewegung und mit einer Mastsensorik zur Erfassung der Lage mindestens eines Punktes des Knickmastes oder eines Schwenkwinkels zumindest eines Knickgelenks, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Geschwindigkeit der Mastbewegung basierend auf dem Ausgangssignal der Mastsensorik zu begrenzen.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Knickmastes eines Großmanipulators, insbesondere einer Autobetonpumpe.
Großmanipulatoren sind in einer Vielzahl von Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt. Einen Großmanipulator mit Knickmast offenbart zum Beispiel die WO 2014/166637 A1 oder die DE 10 2013 006232 A1 .
Als Schwenkantriebe, die zum Verschwenken der Mastarme um die Knickgelenke relativ zum jeweils benachbarten Mastarm bzw. Mastbock verwendet werden, kommen typischerweise Hydraulikzylinder zum Einsatz. Diese werden über proportional arbeitende Stellventile von einer elektronischen Steuereinrichtung angesteuert, um die Verfahrgeschwindigkeit der einzelnen Hydraulikzylinder variabel vorgeben zu können. Die Verfahrgeschwindigkeit der einzelnen Hydraulikzylinder ist bei bekannten Großmanipulatoren normalerweise begrenzt, da eine zu schnelle Bewegung des Knickmastes eine Gefährdung für in der Umgebung befindliche Personen darstellt. Zur Gewährleistung der Betriebssicherheit existieren gesetzliche Normen, die die zulässige Maximalgeschwindigkeit der Spitze des Knickmastes festlegen.
Die Steuerventile der Hydraulikzylinder werden im Stand der Technik über eine mit der Steuereinrichtung (drahtlos oder drahtgebunden) verbundene Fernsteuerung betätigt. Alternativ können die Steuerventile (zum Beispiel in einem Notbetrieb) manuell über Handhebel gesteuert werden. Die Steuerventile sind dabei so ausgelegt, dass eine bestimmte Stellung eines Bedienhebels an der Fernsteuerung einem definierten Volumenstrom des Hydraulikfluids, d.h. einer definierten Verfahrgeschwindigkeit des jeweiligen Hydraulikzylinders entspricht, und zwar unabhängig von den im Hydrauliksystem jeweils vorliegenden Druckverhältnissen. Dabei sind die Steuerventile so ausgelegt, dass bei gleichzeitigem Verschwenken aller Gelenke mit maximaler Verfahrgeschwindigkeit und vollständig gestrecktem Knickmast die erlaubte Höchstgeschwindigkeit der Mastspitze nicht erreicht wird. Diese Auslegung der Steuerventile hat den Nachteil, dass der gesetzlich erlaubte Rahmen für die Bewegungsgeschwindigkeit der Mastspitze in den meisten praktischen Fällen sehr schlecht ausgenutzt wird. Der zuvor angesprochene "Worst Case", in dem sämtliche Gelenke mit maximaler Geschwindigkeit bei vollständig gestrecktem Knickmast bewegt werden, tritt praktisch nie auf. Die Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit führt daher in den meisten Fällen zu einer sehr langsamen Mastbewegung. Dadurch entstehen beim Ausfalten und Einfalten des Knickmastes erhebliche zeitliche Verzögerungen. Dies macht den Betrieb ineffizient.
Die zuvor erwähnte WO 2014/166637 A1 schlägt einen Großmanipulator vor, bei dem die Steuereinrichtung einen Eilgang für den Drehantrieb des Mastbocks vorsieht, um den Knickmast mit erhöhter Geschwindigkeit in die gewünschte Arbeitsposition zu drehen, wobei der Eilgang nur dann wählbar ist, wenn der Mast oder Ausleger vollständig zusammengefaltet ist. Ein einzelner Sensor, der mit der Steuereinrichtung zusammenwirkt, ist bei dem vorbekannten Großmanipulator vorgesehen, wobei über den Sensor feststellbar ist, ob der Knickmast vollständig zusammengefaltet ist oder nicht. Der Sensor erzeugt ein Freigabesignal an die Steuereinrichtung, solange sichergestellt ist, dass der Knickmast zusammengefaltet ist und damit einen minimalen Radius aufweist. In diesem Zustand kann der Knickmast mit erhöhter Geschwindigkeit gedreht werden.
Die EP 3 015 625 A1 offenbart einen Großmanipulator mit einem Knickmast, der mehrere Mastarme umfasst, wobei die Mastarme über Knickgelenke schwenkbeweglich angetrieben miteinander verbunden sind, wobei eine Steuereinrichtung die Mastbewegung steuert und eine Mastsensorik die Lage erfasst, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Geschwindigkeit der Mastbewegung basierend auf dem Ausgangssignal der Mastsensorik zu begrenzen. Auch die JP 2013 091931 A offenbart einen solchen Großmanipulator.
In EP 2 386 387 A1 wird eine Touchscreen-basierte Steuerung eines Betonverteilermastes offenbart. Aus der Touchscreen-Eingabe wird die Geschwindigkeit für die Maststeuerung abgeleitet.
Bei dem aus der Druckschrift WO 2014/166637 A1 vorbekannten Großmanipulator wird der zulässige Rahmen für die Geschwindigkeit der Mastspitze immer noch unzureichend ausgenutzt. Nur bei vollständig zusammengefaltetem Knickmast ist eine Drehbewegung des Mastes mit erhöhter Geschwindigkeit möglich. In sämtlichen teilweise ausgefalteten Stellungen wird aber nach wie vor der Knickmast nur mit reduzierter Bewegungsgeschwindigkeit entsprechend dem "Worst Case" verfahren, und zwar in der Weise, dass unabhängig von der Maststellung niemals die gesetzlich zulässige Maximalgeschwindigkeit der Mastspitze überschritten wird. In den meisten Fällen liegt somit die erzielte Mastgeschwindigkeit immer noch deutlich unterhalb des gesetzlich Zulässigen. Nach wie vor dauern das Ausfalten und das Einfalten des Knickmastes zu lange.
Bei den aus den Druckschriften EP 3 015 625 A1 und JP 2013 091931 A bekannten Großmanipulatoren lässt sich zumindest die Geschwindigkeit der Mastbewegung basierend auf dem Ausgangssignal der Mastsensorik begrenzen, wobei hierzu für jedes Knickgelenk einzeln, basierend auf dem von der Mastlage abhängigen Radius des jeweiligen Knickgelenks zur Mastspitze, eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit für das jeweilige Knickgelenk berechnet und so die einzelnen Geschwindigkeiten der Antriebe begrenzt werden. Die sich hieraus ergebende Geschwindigkeit der Spitze des Knickmastes kann dabei wesentlich geringer ausfallen als die maximal zulässige Mastspitzengeschwindigkeit, insbesondere wenn zwei Knickgelenke gleichzeitig gegenläufig mit der für das jeweilige Knickgelenk berechneten Bewegungsgeschwindigkeit verschwenkt werden.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Großmanipulator bereitzustellen. Insbesondere soll der Knickmast in minimaler Zeit aus dem vollständig eingefalteten Zustand in seine gewünschte Arbeitsposition gebracht werden können. Ebenso soll der Knickmast aus der Arbeitsposition in minimaler Zeit in die vollständig eingefaltete Stellung überführt werden können. Zudem soll der Knickmast im aufgebauten Zustand zügig von einer Arbeitsposition zu einer anderen Arbeitsposition verfahrbar sein.
Die Erfindung wird durch den Großmanipulator nach Anspruch 1 und durch das Verfahren nach Anspruch 9 definiert.
Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einem Großmanipulator der eingangs genannten Art dadurch, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die einzelnen Antriebe nach Maßgabe eines Fahrbefehls proportional anzusteuern, wobei der Fahrbefehl die Sollgeschwindigkeiten der Antriebe vorgibt, wobei die Steuereinrichtung weiter dazu eingerichtet ist, die sich aus dem Fahrbefehl, den Längen der Mastarme und dem Ausgangssignal der Mastsensorik ergebende Geschwindigkeit der Spitze des Knickmastes zu bestimmen, die Geschwindigkeitsvorgaben der einzelnen Antriebe gegenüber dem Fahrbefehl zu reduzieren, sobald der Fahrbefehl zu einer Überschreitung der Geschwindigkeit der Spitze des Knickmastes über einen vorgegebenen Grenzwert führen würde und / oder den Grenzwert überschreitet, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, die Geschwindigkeiten aller Antriebe gegenüber dem Fahrbefehl um denselben Faktor zu reduzieren, so dass die Geschwindigkeit der Spitze des Knickmastes kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist und zwar unabhängig von der momentanen Maststellung, die sich aus den sensorisch erfassten Schwenkwinkeln der Knickgelenke ergibt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Schwenkwinkel mindestens eines Knickgelenkes des Knickmastes, vorzugsweise über den gesamten Schwenkbereich, sensorisch erfasst, und die Geschwindigkeit der Mastbewegung wird abhängig vom momentanen Schwenkwinkel begrenzt. Alternativ wird die Lage eines Punktes des Mastes erfasst, z.B. die Entfernung dieses Punktes zum Mastbock, und darauf basierend von der Steuereinrichtung die Geschwindigkeit der Mastbewegung so begrenzt, dass eine maximal zulässige Geschwindigkeit dieses Punktes, oder auch die daraus abgeleitete Geschwindigkeit eines anderen Punktes des Knickmastes, nicht überschritten wird.
Für eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Mastbewegung ist es schon ausreichend, den Schwenkwinkel eines Mastgelenkes zu jedem Zeitpunkt zu erfassen. Dies gilt auch unter der Annahme, dass die Knickgelenke, deren Schwenkwinkel nicht erfasst werden, eine für die Geschwindigkeit der Mastspitze ungünstige Stellung aufweisen. Durch eine derartige Ausgestaltung lässt sich schon eine Erhöhung der Verfahrgeschwindigkeit gegenüber dem Stand der Technik erreichen. Es kann aber auch eine Mastsensorik vorgesehen sein, durch die sämtliche Schwenkwinkel der Knickgelenke zu jedem Zeitpunkt erfasst werden. Beispielsweise kann der Knickmast an jedem Knickgelenk einen Winkelsensor aufweisen, der den jeweiligen momentanen Schwenkwinkel erfasst. Hiermit lässt sich die Mastgeschwindigkeit optimal begrenzen.
Die Steuereinrichtung verarbeitet gemäß der Erfindung die erfassten Schwenkwinkel und berechnet aus den Stellungen der Mastgelenke und den Verfahrgeschwindigkeiten der Schwenkantriebe insbesondere die sich ergebende Geschwindigkeit der Mastspitze. Auf Basis dieser Berechnung können dann die Antriebe der Knickgelenke angesteuert und die Geschwindigkeit mindestens eines der Antriebe begrenzt werden.
Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die einzelnen Antriebe nach Maßgabe eines Fahrbefehls proportional anzusteuern, wobei der Fahrbefehl die Sollgeschwindigkeiten der Antriebe vorgibt. Der Fahrbefehl ergibt sich dabei zum Beispiel aus den Signalen einer Fernsteuerung, die von einem Bediener des Großmanipulators zur Steuerung der Mastbewegung benutzt wird. Die Steuereinrichtung steuert die einzelnen Antriebe so an, dass die jeweilige Verfahrgeschwindigkeit der Sollgeschwindigkeit gemäß dem Fahrbefehl entspricht. Die Steuereinrichtung bestimmt die sich aus dem Fahrbefehl, den Mastarmlängen und den momentanen Schwenkwinkeln ergebende Geschwindigkeit der Spitze des Knickmastes, wie zuvor erläutert. Die Steuereinrichtung kann entsprechend die Geschwindigkeiten der einzelnen Antriebe gegenüber dem Fahrbefehl reduzieren, sobald die Geschwindigkeit der Spitze des Knickmastes einen vorgegebenen Grenzwert, der beispielsweise einer gesetzlich vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit entspricht, überschreitet. Bevorzugt ist dabei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Geschwindigkeit der Spitze des Knickmastes durch Ansteuerung der Antriebe auf einen Wert zu regeln, der kleiner oder gleich dem vorgegebenen Grenzwert ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung reduziert die Steuereinrichtung die Geschwindigkeiten aller Antriebe gegenüber dem Fahrbefehl um denselben Faktor, sodass die Geschwindigkeit der Spitze des Knickmastes stets kleiner oder gleich dem vorgegebenen Grenzwert ist, und zwar unabhängig von der momentanen Maststellung, die sich aus den sensorisch erfassten Schwenkwinkeln der Knickgelenke ergibt.
Bei einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den Fahrbefehl, d.h. die Sollgeschwindigkeiten der einzelnen Antriebe, aus einem Bediensignal abzuleiten, das die Sollbewegung der Spitze des Knickmastes vorgibt. Dies ist im Zusammenhang mit einer sogenannten kartesischen oder zylindrischen Steuerung des Knickmastes zu sehen, bei der der Bediener mittels der Fernsteuerung nicht die Verfahrgeschwindigkeiten der einzelnen Antriebe vorgibt, sondern direkt die Bewegung der Mastspitze kontrolliert. Aus diesem Bediensignal kann die Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Großmanipulators die Sollgeschwindigkeiten der einzelnen Antriebe ableiten und regeln und dabei für die Einhaltung der Geschwindigkeitsgrenzen der Mastbewegung in allen Maststellungen automatisch Sorge tragen. Gemäß der Erfindung werden bei dieser kartesischen oder zylindrischen Steuerung gegenüber dem Stand der Technik höhere Geschwindigkeiten der einzelnen Antriebe zugelassen. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn sich der Mast in der Nähe sogenannter singulärer Stellungen befindet, an denen höhere Geschwindigkeiten der einzelnen Antriebe für eine präzise Umsetzung der Bewegungsvorgabe für die Mastspitze erforderlich sind. Dies ist beispielsweise bei einem vollständig ausgestreckten Mast der Fall, wenn vom Benutzer eine Bewegung der Mastspitze vorgegeben wird, bei welcher der horizontale Abstand der Mastspitze zum Mastbock bei gleichzeitiger Beibehaltung der Höhe der Mastspitze verringert werden soll. Die Erfindung ermöglicht somit in der Nähe dieser singulären Stellungen eine wesentliche Verbesserung des Verhaltens des Systems mit kartesischer oder zylindrischer Maststeuerung.
Wegen der durch die Erfindung zur Verfügung stehenden hohen Geschwindigkeiten der Mastbewegung ermittelt die Steuereinrichtung gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung unter Berücksichtigung der Maststellung und der Mastgeschwindigkeit die kinetische Energie bei der Mastbewegung und begrenzt die Mastgeschwindigkeit über die Steuerung der Mastantriebe so, dass eine maximale kinetische Energie des Knickmastes bei seiner Bewegung nicht überschritten wird. Mit dieser Maßnahme wird verhindert, dass es bei einer abrupten Beschleunigung oder Verzögerung der Mastbewegung zu einer mechanischen Überlastung des Knickmastes kommt.
Ferner kann zur Vermeidung einer mechanischen Überlastung des Knickmastes die Steuereinrichtung eine Rampensteuerung für die Geschwindigkeit, ggfs. in Verbindung mit einer Schwingungsdämpfung, umfassen. Hierdurch kann die Beschleunigung bzw. das Abbremsen der Knickmastbewegung begrenzt werden.
Die Erfindung ermöglicht es an einzelnen Knickgelenken des Mastes höhere Verfahrgeschwindigkeiten zuzulassen, so dass der gesetzlich vorgegebene Rahmen für die Mastgeschwindigkeit gegenüber dem Stand der Technik besser ausgenutzt werden kann. Die sensorische Erfassung der Maststellung und die Ableitung der Mastkinematik aus den Schwenkwinkeln ist dabei Grundlage einer Regelung der Verfahrgeschwindigkeiten der Antriebe, bei der stets die Einhaltung der gesetzlichen Geschwindigkeitsbeschränkung sichergestellt ist. Gleichzeitig kann der Knickmast in den meisten praktischen Situationen deutlich schneller verfahren werden als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Großmanipulatoren. Beim Aus- und Einfalten des Knickmastes ergeben sich dadurch große zeitliche Vorteile gegenüber den bisher bekannten Systemen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1:: erfindungsgemäßer Großmanipulator mit Knickmast in einer Ausgestaltung,
Figur 2: Knickmast eines erfindungsgemäßen Großmanipulators in einer weiteren Ausgestaltung,
Figur 3:: Blockschaltbild der Steuerung des Knickmastes eines Großmanipulators gemäß der Erfindung,

Die Figur 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Großmanipulator, nämlich eine Autobetonpumpe, die insgesamt mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist. Auf einem Fahrgestell 2 ist ein Mastbock 3 angeordnet, der mittels eines (nicht dargestellten) Drehantriebs um eine Hochachse der Autobetonpumpe 1 drehbar ist. An dem Mastbock 3 ist ein insgesamt mit der Bezugsziffer 4 bezeichneter Knickmast angelenkt, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier Mastarme 5, 6, 7 und 8 umfasst. Der erste Mastarm 5 ist an dem Mastbock 3 über ein Gelenk um eine horizontale Achse schwenkbeweglich angebracht. Die Schwenkbewegung wird durch einen (der Übersicht halber nicht dargestellten) Schwenkantrieb bewirkt. Die übrigen Mastarme 6, 7 und 8 sind mit den jeweils benachbarten Mastarmen über Knickgelenke um zueinander parallele, horizontale Achsen schwenkbeweglich verbunden. Die Schwenkbewegung bewirkt ebenfalls jeweils ein (nicht dargestellter) Schwenkantrieb. Die Schwenkantriebe weisen jeweils einen (oder mehrere) Hydraulikzylinder auf, die über proportional arbeitende Stellventile angesteuert werden. Diese wiederum werden von einer elektronischen Steuereinrichtung (nicht dargestellt) für die Mastbewegung gesteuert.
Der erfindungsgemäße Großmanipulator 1 weist eine Mastsensorik (z.B. in Form von Winkelsensoren für die Gelenke, Wegsensoren zur Erfassung der Kolbenpositionen der einzelnen Hydraulikzylinder oder geodätische Neigungssensoren) auf. Mithilfe der Mastsensorik werden beispielsweise die Schwenkwinkel ϕ_1, ϕ₂, ϕ₃ und ϕ₄ der Knickgelenke erfasst, wobei die Steuereinrichtung durch entsprechende Ansteuerung der Ventile der Hydraulikzylinder die Geschwindigkeit der Mastbewegung abhängig von den momentanen Schwenkwinkeln ϕ_1, ϕ₂, ϕ₃ und ϕ₄ der Knickgelenke steuert.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines Algorithmus zur erfindungsgemäßen Maststeuerung anhand eines Großmanipulators im Einzelnen erläutert, welcher eine beliebige Anzahl von N Gelenken aufweist und mit dem Mastbock 3 an einem festen Punkt auf dem Fahrgestell 2 verankert ist. Figur 1 zeigt repräsentativ den Fall einer Autobetonpumpe 1 mit einem N = 4 Gelenke aufweisenden Knickmast 4. Die elastische Deformation der einzelnen Mastarme 5, 6, 7, 8 wird vernachlässigt, so dass diese als Starrkörper betrachtet werden. Zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Endpunktes EP des Knickmastes 4 ist die Beschreibung der Kinematik des Systems erforderlich. Die Freiheitsgrade des Systems sind die Starrkörperwinkel ϕ_i für i = 1, ... , N sowie der Drehwinkel θ des Mastbocks 3 um dessen vertikale Drehachse. Die Absolutbewegungen des Systems werden im Inertialkoordinatensystem 0 ₀x₀y₀z₀, d.h. in dem bezüglich des Fahrgestells 2 festen Koordinatensystem beschrieben. Mit 0 _dx_dy_dz_d wird jenes Koordinatensystem bezeichnet, welches gegenüber dem Inertialkoordinatensystem um den Drehwinkel θ verdreht ist. Des Weiteren wird für jeden Mastarm 5, 6, 7, 8 ein lokales Koordinatensystem 0 _ix_iy_izi definiert, dessen x_i -Achse entlang der Längsachse des jeweiligen Mastarms 5, 6, 7, 8 verläuft. Da die Mastarme für i ≥ 2 am Beginn typischerweise einen Knick aufweisen, schneidet deren Längsachse nicht die jeweilige Gelenkachse. Der Ursprung jedes lokalen Koordinatensystems wird daher auf den Schnittpunkt der Längsachse mit jener orthogonalen Geraden gelegt, welche durch die Gelenkachse verläuft. Die Abstände zwischen den Gelenkachsen und den Ursprüngen der lokalen Koordinatensysteme werden mit D_i für i = 2, ... , N bezeichnet.
Die kinematischen Beziehungen zwischen den lokalen Koordinatensystemen und dem Inertialkoordinatensystem können mit Rotationsmatrizen und Translationsvektoren dargestellt werden. Die Inertialkoordinaten eines Punktes auf der Längsachse des i-ten Mastarms H ${r^{i}}_{i} (x_{i}) = {(x_{i}, 0,0)}^{T}$
beschrieben im lokalen Koordinatensystem i (gekennzeichnet durch den unteren Index), sind durch $r_{0}^{i} (x_{i}) = R_{0}^{i} r_{i}^{i} (x_{i}) + d_{0}^{i}$
gegeben. Die Matrix $R_{0}^{i} = R_{0}^{d} R_{d}^{1} R_{1}^{2} \dots R_{i - 1}^{i}$
mit $R_{0}^{d} = [\begin{matrix} \cos (θ) & 0 & - \sin (θ) \\ 0 & 1 & 0 \\ \sin (θ) & 0 & \cos (θ) \end{matrix}],$
$R_{d}^{1} = [\begin{matrix} \cos (ϕ_{1}) & - \sin (ϕ_{1}) & 0 \\ \sin (ϕ_{1}) & \cos (ϕ_{1}) & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{matrix}]$
und $R_{j - 1}^{j} = [\begin{matrix} \cos (ϕ_{j}) & - \sin (ϕ_{j}) & 0 \\ \sin (ϕ_{j}) & \cos (ϕ_{j}) & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{matrix}]$
für j = 2, ..., N beschreibt die Verdrehung des lokalen Koordinatensystems 0 _ix_iy_iz_i gegenüber dem Inertialkoordinatensystem 0 ₀x₀y₀z₀. Die translatorische Verschiebung dⁱ ₀ zwischen dem lokalen Koordinatensystem 0 _ix_iy_iz_i und dem Inertialkoordinatensystem 0 ₀x₀y₀z₀ ist durch $d_{0}^{j} = R_{0}^{j - 1} d_{j - 1}^{j} + d_{0}^{j - 1},$
für j = 2, ..., N mit d¹ ₀ = [0, 0, 0]^T, und $d_{j - 1}^{j} = R_{j - 1}^{j} [\begin{matrix} 0 \\ D_{j} \\ 0 \end{matrix}] + [\begin{matrix} L_{j - 1} \\ 0 \\ 0 \end{matrix}]$
gegeben. Dabei bezeichnet L_j die Länge des j-ten Mastarms.
Die Inertialkoordinaten des Endpunkt EP des N-ten Mastarms können somit als Funktion der Stellungen der N Gelenke und des Mastbocks 3 durch $r_{0, N}^{EP} (q) = r_{0}^{N} (L_{N})$
mit dem Vektor der Freiheitsgrade q = [θ,ϕ ₁,...,ϕ_N ]^T dargestellt werden. Die Geschwindigkeit des Endpunktes EP in Richtung der einzelnen Koordinatenachsen ergibt sich durch Differentiation nach der Zeit zu ${\dot{r}}_{0, N}^{EP} (q) = \frac{\partial r_{0, N}^{EP} (q)}{\partial q} \dot{q} = J_{q, N}^{EP} \dot{q} .$
Durch die eingesetzten Hydrauliksysteme in Kombination mit der Steuereinrichtung wird dem Bediener des erfindungsgemäßen Großmanipulators eine proportionale Steuerung der Verfahrgeschwindigkeiten der einzelnen Hydraulikzylinder ermöglicht. Die resultierenden Gelenkwinkelgeschwindigkeiten können bei Kenntnis der Übersetzung der Gelenkkinematiken anhand der Sollgeschwindigkeiten für die Hydraulikzylinder bestimmt werden. Die Kolbenposition s_z,i eines Zylinders lässt sich allgemein als nichtlineare Funktion des entsprechenden Gelenkwinkels ϕ_i darstellen, $s_{z, i} = ƒ_{z, i} (ϕ_{i}) .$
Auf Geschwindigkeitsebene gilt der Zusammenhang ${\dot{s}}_{z, i} = \frac{\partial f_{z, i} (ϕ_{i})}{\partial ϕ_{i}} {\dot{ϕ}}_{i},$
womit aus einer vorgegeben Kolbengeschwindigkeit ${\dot{s}}_{z, i}^{d}$
die resultierende Gelenkwinkelgeschwindigkeit bestimmt werden kann. Des Weiteren kann mit diesem Zusammenhang umgekehrt aus einer vorgegebenen Gelenkwinkelgeschwindigkeit die entsprechende Kolbengeschwindigkeit berechnet werden. Damit wird dem Benutzer eine gleichmäßige, proportionale Steuerung der Gelenkwinkelgeschwindigkeiten ermöglicht. Dies ist für den Benutzer von besonderem Vorteil, da dadurch die im Allgemeinen nicht vermeidbare Nichtlinearität der Gelenkskinematik kompensiert wird. Der Vektor $\dot{q} = {[{\dot{θ}}^{d}, {\dot{ϕ}}_{1}^{d}, \dots, {\dot{ϕ}}_{N}^{d}]}^{T}$
ist daher repräsentativ für die Benutzereingaben, d.h. den Fahrbefehl im Sinne der Erfindung, der die Sollgeschwindigkeiten der Antriebe oder direkt der Gelenke vorgibt. Für die Erfassung der Gelenkstellungen bzw. der Freiheitsgrade q ist erfindungsgemäß der Einsatz einer geeigneten Mastsensorik erforderlich.
Die Absolutgeschwindigkeit der Auslegerspitze EP ist durch $υ^{EP} = \sqrt{{\dot{q}}^{T} {(J_{q, N}^{EP})}^{T} J_{q, N}^{EP} \dot{q}}$
gegeben. Überschreitet diese die maximal erlaubte Geschwindigkeit v^EP _max, werden alle Geschwindigkeiten der Antriebe durch die Steuereinrichtung gegenüber den durch den Fahrbefehl vorgegebenen Sollgeschwindigkeiten gleichmäßig, d.h. um denselben Faktor reduziert. Es wird damit ein Vektor q̇ _red gesucht, für den $υ_{\max}^{EP} = \sqrt{{\dot{q}}_{red}^{T} {(J_{q, N}^{EP})}^{T} J_{q, N}^{EP} {\dot{q}}_{red}}$
gilt. Durch die Forderung nach der gleichmäßigen Reduktion der Geschwindigkeiten lässt sich dieses Problem eindeutig lösen und auf die Bestimmung eines Faktors $k_{red} \in ℝ$
mit q̇ _red = k_red q̇ vereinfachen. Damit gilt $υ_{\max}^{EP} = \sqrt{k_{red}^{2} {\dot{q}}^{T} {(J_{q, N}^{EP})}^{T} J_{q, N}^{EP} \dot{q}},$
woraus der Zusammenhang $k_{red} = \frac{υ_{\max}^{EP}}{\sqrt{{\dot{q}}^{T} {(J_{q, N}^{EP})}^{T} J_{q, N}^{EP} \dot{q}}}$
folgt. Das Ergebnis für den modifizierten Fahrbefehl q̇ _red, d.h. mit gegenüber der bedienerseitigen Vorgabe q̇ reduzierten Geschwindigkeiten lautet schließlich ${\dot{q}}_{red} = \frac{υ_{\max}^{EP}}{\sqrt{{\dot{q}}^{T} {(J_{q, N}^{EP})}^{T} J_{q, N}^{EP} \dot{q}}} \dot{q} .$
Die Steuereinrichtung steuert die Hydraulikzylinder nach Maßgabe dieses modifizierten Fahrbefehls an und begrenzt deren Bewegungsgeschwindigkeit, so dass sich die Mastspitze EP niemals schneller als gesetzlich erlaubt bewegt. Gleichzeitig kann in jeder beliebigen Maststellung die Verfahrgeschwindigkeit innerhalb des gesetzlichen Rahmens maximal schnell sein, wodurch erheblich Zeit beim Aus- und Einfalten des Knickmastes 4, aber auch beim Verfahren des Mastes zwischen zwei Arbeitspositionen, gegenüber dem Stand der Technik eingespart werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden anstelle der Mastsensorik zur Erfassung der Schwenkwinkel Sensoren zur Erfassung der Positionen der Endpunkte der Mastarme relativ zum Mastbock bzw. Fahrwerk vorgeschlagen. Diese sind dem Fachmann allgemein bekannt und können beispielsweise als GPS-, Funk- oder Ultraschall-Sensoren ausgeführt sein. Wie in Fig. 2 für die Position des Endpunktes EP des letzten Mastelementes 8 gezeigt, wird z.B. der horizontale Abstand ρ^EP (der Radius) der Mastspitze zum Inertialkoordinatensystem messtechnisch erfasst. Soll lediglich die horizontale Bahngeschwindigkeit unabhängig von den Bewegungsvorgaben für die einzelnen Zylinder auf einen Wert $υ_{\max}^{EP}$
beschränkt werden, ergibt sich die besonders einfache Forderung nach der Einhaltung der Ungleichung ${\dot{θ}}^{d} \leq \frac{υ_{\max}^{EP}}{ρ^{EP}} .$
Des Weiteren ist zu erwähnen, dass für die Umsetzung der Erfindung nicht alle Gelenkwinkel erfasst werden müssen. Wird beispielsweise der Winkel des letzten Gelenks ϕ_N nicht erfasst, kann der Algorithmus dahingehend modifiziert werden, dass anstelle der Geschwindigkeit der Mastspitze die Geschwindigkeit des Endpunktes
des vorletzten Mastsegments mit dem Index N-1 überwacht wird. In Abhängigkeit von dessen Position kann eine für diesen Endpunkt maximal zulässige Geschwindigkeit bestimmt werden, bei dessen Einhaltung die maximal erlaubte Geschwindigkeit der Mastspitze unabhängig vom Gelenkwinkel ϕ_N nicht überschritten werden kann. Auch mit dieser Einschränkung ist eine wesentliche Zeitersparnis beim Auf- und Abbau der Maschine gegenüber dem Stand der Technik möglich.
Bei den beschriebenen Lösungsansätzen ist zu beachten, dass durch die höheren Verfahrgeschwindigkeiten in den einzelnen Gelenken sowie dem Drehwerk ein abruptes Abbremsen der hydraulischen Aktoren bei höheren Geschwindigkeiten und damit höherer kinetischer Energie unweigerlich zu höheren dynamischen Kräften im Vergleich zu derzeitigen Systemen führt. Es muss somit gewährleistet werden, dass durch die höheren dynamischen Kräfte nicht die Belastbarkeitsgrenzen der mechanischen Komponenten überschritten werden. Obgleich ein abruptes Abbremsen im Normalbetrieb der Maschine durch eine entsprechende Bedienung des Maschinisten nicht vorkommen sollte, ist mit dieser Möglichkeit, z.B. im Rahmen eines Notstopps, immerzu rechnen.
Zur Vermeidung hoher dynamischer Belastungen im Normalbetrieb werden eine Rampensteuerung sowie ein System zur aktiven Schwingungsdämpfung vorgeschlagen. Durch eine aktive Schwingungsdämpfung kann die dynamische Belastung reduziert werden, da damit auftretende Schwingungen schnell ausgeregelt werden können. Der erste Ausschlag einer durch eine vom Benutzer vorgegebenen abrupten Bewegungsänderung verursachten Schwingung bleibt auch trotz einer Schwingungsdämpfung weitestgehend erhalten, kann jedoch z.B. durch eine Rampensteuerung effektiv reduziert werden. Diese kann z. B. als Stellratenbegrenzung implementiert werden, bei welcher der Betrag der Änderungsrate der Geschwindigkeitssollwerte auf einen Maximalwert begrenzt wird. Bezeichnen ${\dot{ϕ}}_{i}^{d} ({kT}_{a})$
und ${\dot{ϕ}}_{i}^{d} ((k - 1) T_{a})$
die Geschwindigkeitsvorgaben zu den Abtastzeitpunkten t = kT_a und t = (k - 1)T _a mit der Abtastzeit T_a , so lässt sich die Stellratenbegrenzung in der Form $\frac{|{\dot{ϕ}}_{i}^{d} ({kT}_{a}) - {\dot{ϕ}}_{i}^{d} ((k - 1) T_{a}|}{T_{a}} \leq R_{\max},$
mit einer maximal erlaubten Stellrate R_max beschreiben. Eine weitere Ausgestaltungsform einer Rampensteuerung stellt ein zeitverzögertes Halteglied erster Ordnung dar. Bei dieser wird die Tatsache genutzt, dass die vom Benutzer vorgegebene Sollgeschwindigkeit ${\dot{ϕ}}_{i, B}^{d}$
mit einer langsameren Zeitkonstante T_B = v_TT_a für v_T ≫ 1 und $υ_{T} \in ℕ$
abgetastet wird. Damit kann zwischen zwei Benutzervorgaben ein quasikontinuierlicher Verlauf der Stellgröße ${\dot{ϕ}}_{i, S}^{d}$
vorgegeben werden. Dieser Verlauf wird bei der hier vorgestellten Implementierungsvariante als Gerade gewählt. Wird mit k der Abtastschritt für die Abtastung mit der Zeitkonstante T_a, und mit k der Abtastschritt für die Abtastung der Benutzervorgabe mit der Zeitkonstante T_B , so kann das resultierende Stellsignal durch ${\dot{ϕ}}_{i, S}^{d} ({kT}_{a}) = {\dot{ϕ}}_{i, B}^{d} ((\overline{k} - 1) T_{B}) + \frac{{\dot{ϕ}}_{i, B} (\overline{k} T_{B}) - {\dot{ϕ}}_{i, B} ((\overline{k} - 1) T_{B})}{T_{B}} ({kT}_{a} - (\overline{k} - 1) T_{B})$
dargestellt werden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass sich für den Benutzer ein einheitliches Verzögerungsverhalten des Systems für den gesamten Stellbereich ergibt.
Da die vorgeschlagene Rampensteuerung sowie eine aktive Schwingungsdämpfung im Falle eines Notstopps der Maschine nicht wirksam sein können, kann ein weiteres System vorgesehen werden, bei dem zusätzlich zur Begrenzung der Geschwindigkeit der Mastspitze die sich aus den Sollgeschwindigkeiten ergebende kinetische Energie des Auslegers begrenzt wird. Betrachtet man den Ausleger vereinfacht als Starrkörpersystem, kann die sich aus den Bewegungsvorgaben ergebende kinetische Energie durch $E_{kin} = \frac{1}{2} {\dot{q}}^{T} M (q) \dot{q}$
mit der generalisierten Massenmatrix M(q) dargestellt werden. Die generalisierte Massenmatrix ergibt sich aus der aktuellen Stellung des Mastes und der Massenverteilung der einzelnen Mastarme. Sie kann mit den in der Robotik bekannten Methoden zur Beschreibung der Dynamik von Mehrkörpersystemen ermittelt werden. Überschreitet die sich ergebende kinetische Energie einen maximal erlaubten Wert E_kin,max, für diesen kann z. B. die kinetische Energie bei gestrecktem Mast und Maximalgeschwindigkeit aller Gelenke gewählt werden, werden alle Benutzereingaben durch das System gleichmäßig reduziert. Es wird damit ein Vektor q̇ _red gesucht, für den $\frac{1}{2} {\dot{q}}_{red}^{T} M (q) {\dot{q}}_{red} = E_{kin, \max}$
gilt. Durch die Forderung nach der gleichmäßigen Reduktion der Geschwindigkeiten lässt sich dieses Problem eindeutig lösen und auf die Bestimmung eines Faktors $k_{red} \in ℝ$
mit
_red = k_red
vereinfachen. Damit gilt $k_{red}^{2} \frac{1}{2} {\dot{q}}^{T} M (q) \dot{q} = E_{kin, \max},$
woraus der Zusammenhang $k_{red} = \sqrt{\frac{E_{kin, \max}}{\frac{1}{2} {\dot{q}}^{T} M (q) \dot{q}}}$
folgt. Das Ergebnis für den modifizierten Fahrbefehl q̇ _red, d.h. mit gegenüber der bedienerseitigen Vorgabe 4 reduzierten Geschwindigkeiten lautet schließlich ${\dot{q}}_{red} = \sqrt{\frac{E_{kin, \max}}{\frac{1}{2} {\dot{q}}^{T} M (q) \dot{q}}} \dot{q} .$
Die sich durch die Beschränkung der kinetischen Energie ergebenden maximalen Verfahrgeschwindigkeiten sind geringer als es die Norm verlangt. Bei ausgefaltetem Mast 4 in typischen Stellungen auf Baustellen ergeben sich dadurch nur geringe Erhöhungen der Maximalgeschwindigkeiten gegenüber dem Stand der Technik. Ist der Mast jedoch weitestgehend eingefaltet (zeitkritisch ist beim Auf- und Abbau des Mastes insbesondere das Schwenken des Drehwerks), sind dennoch wesentlich höhere Geschwindigkeiten möglich. Beim Aus- und Einfalten des Knickmastes 4 kann somit ebenso erheblich Zeit gegenüber dem Stand der Technik eingespart werden.
Bei der Ermittlung der kinetischen Energie kann zudem berücksichtigt werden, dass sich beim Auf- und Abbau der Betonpumpe kein Beton in der Betonförderleitung befindet, wodurch höhere Verfahrgeschwindigkeiten ermöglicht werden als während des Betoniervorganges, bei dem der Beton in der Förderleitung die kinetische Energie des Mastes erheblich erhöht.
Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild mit einer Ausführungsform der Mastsensorik zur Ansteuerung des Mastarmes 4 eines Großmanipulators 1 gemäß der Erfindung, bei der die Steuerung bzw. Begrenzung der Geschwindigkeit der Mastbewegung abhängig von der momentanen Maststellung erfolgt.
Der Knickmast 4 wird von einer Fernsteuerung 10 aus von einem Bediener über die zwei Joysticks 11a und 11b gesteuert. Mit dem Joystick 11a wird beispielsweise die Drehbewegung des Drehantriebes des Knickmastes 4 gesteuert und mit dem Joystick 11b werden beispielsweise die Schwenkantriebe der einzelnen Knickgelenke des Knickmastes 4 angesteuert. Mit dem Wählschalter 12 kann der Bediener verschiedene Verfahrgeschwindigkeiten (A = Langsame Geschwindigkeit; B = Normalgeschwindigkeit und C = hohe Geschwindigkeit) auswählen. Die Stellung A wird insbesondere während des Betoniervorganges ausgewählt. Hierbei sind für die einzelnen Antriebe des Knickmastes 4 sehr niedrige Grenzgeschwindigkeiten voreingestellt. Die Stellung B entspricht der einfachen Steuerung des Mastarmes 4 wie im Stand der Technik.
Bei der Stellung C wird die Mastgeschwindigkeit gemäß der Erfindung optimiert beziehungsweise maximiert.
Die Steuersignale der Joysticks 11a, 11b sowie die Schaltstellung des Drehschalters 12 werden über eine Funkschnittstelle 13/14 an die Maststeuerung 15 mit Prozessor 17 geleitet. Der Prozessor 17 empfängt über die Signalleitungen 26a-d die Ausgangssignale der Mastsensorik, die den Schwenkwinkeln ϕ₁ bis ϕ₄ der einzelnen Knickgelenke des Knickmastes 4 entsprechen oder daraus abgeleitet werden können. Die Winkel können beispielsweise direkt mittels Drehwinkelsensoren erfasst werden, die auch berührungslos (z.B. nach dem Hall-Prinzip) arbeiten. Die Knickwinkel des Knickmastes 4 können im Prozessor 17 auch anhand von Signalen von geodätischen Neigungssensoren ermittelt werden, die auf den einzelnen Mastarmen 5-8 angebracht sind.
Solange sich der Drehschalter 12 in der Stellung B befindet, wird der Prozessor 17 die Schwenkwinkel ϕ₁ bis ϕ₄ bei der Steuerung des Knickmastes 4 nicht berücksichtigen und die Hydraulikventile 20 und 21a-c so ansteuern, dass die vorgebbaren Bewegungsgeschwindigkeiten der einzelnen Antriebe auf fixe Werte begrenzt sind, welche die Einhaltung gesetzlichen Normen unabhängig von den momentanen Schwenkwinkeln gewährleistet, d.h. der Knickmast verhält sich bei der Steuerung wie im Stand der Technik bekannt. Die Steuersignale vom Prozessor 17 werden über die Steuerleitungen 24a - 24d und 25 an die Proportional-Hydraulikventile 20 und 21a bis 21d geleitet, wobei das Hydraulikventil 20 beispielsweise einen Hydraulikmotor 22 ansteuert, der den Mastbock 3 in eine Drehbewegung versetzt und die Hydraulikventile 21a - 21d die Hydraulikzylinder 23a-d ansteuern, die das Verschwenken der Mastarme 5 - 8 des Knickmastes 4, ggfs. unter Zuhilfenahme geeigneter Umlenkhebel, hervorrufen.
Wenn der Drehschalter 12 in der Stellung C für optimierte/maximierte Mastgeschwindigkeit steht, ermittelt der Prozessor 17 auf der Basis der ermittelten Knickwinkel ϕ₁ bis ϕ₄ die Maststellung des Knickmastes 4. Er steuert dann die Bewegung des Knickmastes 4 über die Hydraulikventile 20, 21a-21d so, dass die Bahngeschwindigkeit des Knickmastes 4 am Endpunkt EP eine vorgegebene Geschwindigkeit des Endpunktes EP nicht überschreitet.
Der Prozessor 17 ermittelt zudem aus der Maststellung und der berechneten Mastgeschwindigkeit die kinetische Energie des Mastes 4 und berücksichtigt dies, wie oben erläutert, bei der Ansteuerung der Hydraulikventile 20, 21a-21d. Hierdurch wird eine maximal erlaubte kinetische Energie des bewegten Knickmastes 4 nicht überschritten.
Ferner kann der Prozessor 17 einen Algorithmus zur Schwingungsdämpfung anwenden, womit Schwingungen des Knickmastes 4, z.B. beim Abbremsen oder bei Betonierarbeiten verringert werden. Hierdurch lässt sich auch insbesondere beim Abbremsen des Mastes, wie oben bereits erläutert, die Belastung des Knickmastes 4 verringern. Ferner kann der Prozessor 17 bei der Ansteuerung des Knickmastes 4 bei der Beschleunigung und Verzögerung der Bewegung des Knickmastes 4 eine Rampensteuerung, wie weiter oben detailliert beschrieben, vorsehen. Die Rampensteuerung verringert die Belastung des Knickmastes 4 weiter.

Bezuaszeichenliste

1: Großmanipulator / Autobetonpumpe
2: Fahrgestell
3: Mastbock
4: Knickmast
5, 6, 7, 8: erster bis vierter Mastarm
10: Fernsteuerung
11a: linker Joystick für Mastbewegung
11b: rechter Joystick für Mastbewegung
12: Drehschalter Mastgeschwindigkeit
13: Antenne Funkverbindung Fernsteuerung
14: Antenne Funkverbindung Maststeuerung
15: Maststeuerung
16: HF-Eingangsschaltung
17: Prozessor Maststeuerung
20: Hydraulik-Proportionalventil Mastdrehung
21a - 21d: Hydraulik-Proportionalventile Antrieb Knickgelenke
22: Hydraulikmotor Drehantrieb
23a - 23d: Mastzylinder
24a-d: Ansteuerung Hydraulikventile Knickgelenke
25: Ansteuerung Hydraulikventil Maststeuerung
26a-d: Messsignalleitungen Knickwinkel Mast
30: Endschlauch
P: Hydraulik Versorgungsleitung
T: Hydraulik Tankleitung
Θ: Drehwinkel
ϕ4- ϕ4: Schwenkwinkel der Mastgelenke

Claims

Großmanipulator (1), insbesondere Autobetonpumpe, mit einem um eine vertikale Achse mittels eines Drehantriebs drehbaren Mastbock (3), der auf einem Gestell (2) angeordnet ist, einem Knickmast (4), der zwei oder mehr Mastarme (5, 6, 7, 8) umfasst, wobei die Mastarme (5, 6, 7, 8) über Knickgelenke mit dem jeweils benachbarten Mastbock (3) oder Mastarm (5, 6, 7, 8) mittels je eines Schwenkantriebs schwenkbeweglich verbunden sind, mit einer die Antriebe ansteuernden Steuereinrichtung (17) für die Mastbewegung, und einer Mastsensorik zur Erfassung der Lage mindestens eines Punktes des Knickmastes (4) oder eines Schwenkwinkels (ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃, ϕ₄) zumindest eines Knickgelenks, wobei die Steuereinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, die Geschwindigkeit der Mastbewegung basierend auf dem Ausgangssignal der Mastsensorik zu begrenzen,
wobei die Steuereinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, die einzelnen Antriebe nach Maßgabe eines Fahrbefehls proportional anzusteuern, wobei der Fahrbefehl die Sollgeschwindigkeiten der Antriebe vorgibt, wobei die Steuereinrichtung (17) weiter dazu eingerichtet ist, die sich aus dem Fahrbefehl, den Längen der Mastarme (5, 6, 7, 8) und dem Ausgangssignal der Mastsensorik ergebende Geschwindigkeit der Spitze (EP) des Knickmastes (4) zu bestimmen, die Geschwindigkeitsvorgaben der einzelnen Antriebe gegenüber dem Fahrbefehl zu reduzieren, sobald der Fahrbefehl zu einer Überschreitung der Geschwindigkeit der Spitze (EP) des Knickmastes (4) über einen vorgegebenen Grenzwert führen würde und / oder den Grenzwert überschreitet, wobei die Steuereinrichtung (17) eingerichtet ist, die Geschwindigkeiten aller Antriebe gegenüber dem Fahrbefehl um denselben Faktor zu reduzieren, so dass die Geschwindigkeit der Spitze (EP) des Knickmastes (4) kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist und zwar unabhängig von der momentanen Maststellung, die sich aus den sensorisch erfassten Schwenkwinkeln (ϕ1, ϕ2, ϕ3, ϕ4) der Knickgelenke ergibt.
Großmanipulator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, die Geschwindigkeit mindestens eines der Antriebe zu begrenzen.
Großmanipulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, die Geschwindigkeit eines Punktes des Knickmastes (4) zu begrenzen.
Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mastsensorik die relative Lage des mindestens einen Punktes des Knickmasts (4) zum Mastbock (3) erfasst.
Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) eingerichtet ist, die Geschwindigkeit der Spitze (EP) des Knickmastes durch Ansteuerung der Antriebe auf einen Wert zu regeln, der kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist.
Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, einen Fahrbefehl aus einem Bediensignal abzuleiten, das die Sollbewegung der Spitze (EP) des Knickmastes (4) vorgibt.
Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, die kinetische Energie des Knickmastes (4) zu ermitteln und die Mastgeschwindigkeit so zu begrenzen, dass eine maximale kinetische Energie des Knickmastes (4) bei seiner Bewegung nicht überschritten wird.
Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (17) eine Rampensteuerung umfasst.
Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Knickmastes (4) eines Großmanipulators (1), insbesondere einer Autobetonpumpe, wobei der Schwenkwinkel (ϕ1, ϕ2, ϕ3, ϕ4) mindestens eines Knickgelenks des Knickmastes (4) oder die Lage mindestens eines Punktes des Knickmastes (4) sensorisch erfasst werden und die Geschwindigkeit des Knickmastes (4) basierend auf den sensorisch erfassten Signalen begrenzt wird,
wobei die einzelnen Antriebe der Knickgelenke nach Maßgabe eines Fahrbefehls proportional gesteuert werden, wobei der Fahrbefehl die Sollgeschwindigkeiten der Antriebe vorgibt und die Geschwindigkeit der Spitze (EP) des Knickmastes (4) aus dem Fahrbefehl, den Längen von Mastarmem (5, 6, 7, 8) des Knickmastes (4) und den momentanen Schwenkwinkeln (ϕ1, ϕ2, ϕ3, ϕ4) und / oder der Lage mindestens eines Punktes des Knickmastes (4) bestimmt wird, wobei die Geschwindigkeitsvorgaben der einzelnen Antriebe gegenüber dem Fahrbefehl reduziert werden, so dass die Geschwindigkeit der Spitze (EP) des Knickmastes (4) niemals einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wobei die Geschwindigkeiten aller Antriebe gegenüber dem Fahrbefehl um denselben Faktor reduziert werden, so dass die Geschwindigkeit der Spitze (EP) des Knickmastes (4) kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist und zwar unabhängig von der momentanen Maststellung, die sich aus den sensorisch erfassten Schwenkwinkeln (ϕ1, ϕ2, ϕ3, ϕ4) der Knickgelenke ergeben.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Spitze (EP) des Knickmastes (4) durch Ansteuerung der Antriebe auf einen Wert geregelt wird, der kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrbefehl aus einem Bediensignal abgeleitet wird, dass die Sollbewegung der Spitze (EP) des Knickmastes (4) vorgibt.