JP4580617B2 - 防振装置を備えた大型マニピュレータ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、台架上に配置され、鉛直方向の回転軸線のまわりに回転可能なマストサポートと、少なくとも３つのマストアームから組み立てられ、分配マストとして構成されている屈曲マストであって、マストアームが、それぞれ駆動アッセンブリにより、隣接するマストサポートまたはマストアームに対し、互いに平行な水平方向の屈曲軸線のまわりを対を成して制限的に回動可能になっている前記屈曲マストと、遠隔操作可能で、個々の駆動アッセンブリに付設されている調整部材を用いてマストの運動を制御するための制御装置と、屈曲マストの機械的な振動を緩衝するための緩衝手段とを備えた大型マニピュレータ、特にコンクリートポンプのための大型マニピュレータに関するものである。
【０００２】
この種の大型マニピュレータの屈曲マストは構造的には弾性振動性のシステムであり、励起すると固有振動になる。このような振動が共振励起すると、マスト先端部が１メートル以上の振幅で振動する。振動の励起はたとえばコンクリートポンプの脈動作動およびその結果生じる、搬送管により突き押されるコンクリート柱の周期的な加速と減速により起こる。その結果コンクリートを均等に分配することができず、終端ホースを操作している作業者は危険に曝される。これを防止するため、屈曲マストを備えた公知のコンクリートポンプ（ドイツ連邦共和国特許公開第１９５０３８９５号公報）では、定置の水平参照面に対するマスト先端部のレベルを予め設定可能な変化範囲内で安定化させる姿勢制御回路を使用することが提案された。このためにセンサ装置が設けられ、センサ装置の出力信号を介してマスト先端部または終端ホースを補正変位させる座標調整駆動部を制御することができる。しかしこの処置はコストがかかり、必ずしも所望の結果に至らないことが判明した。制御に必要なアーム運動検知センサ装置は、運動が実施されたときにはじめて応答し、すなわち応答が遅すぎる。したがって十分な制御クオリティを得ることができない。
【０００３】
本発明の課題は、簡単な手段で最適なマスト緩衝を可能にする装置および方法を提供することである。
本発明は、上記課題を解決するため、請求項１，１４に記載した構成要件の組合せを提案する。本発明の他の有利な構成は従属項から明らかである。
【０００４】
本発明による解決法の基本的な思想は、駆動アッセンブリの少なくとも１つにおいて、または、これに付属のマストアームにおいて、マストアームの機械的振動から導出される時間依存性測定量を測定し、緩衝ユニットで処理して動的緩衝信号を形成させ、駆動アッセンブリを制御する調整部材に割り込ませることにある。
【０００５】
本発明の有利な構成によれば、駆動アッセンブリが液圧シリンダとして構成されている場合、液圧シリンダの底部側とピストン棒側との時間依存性圧力差を測定量として測定し、緩衝ユニットで選別して緩衝信号を形成させる。信号の選別にあたっては、緩衝ユニットにおいて所定の制限振動数以上の測定量動的成分をフィルタリングし、緩衝信号を形成させるために位相シフトおよび（または）増幅させるのが合目的である。制限振動数はマストアームの機械的固有振動数に応じて有利には０．２Ｈｚないし１０Ｈｚに設定する。いかなる場合も、高域フィルタの制限振動数はマストアームの固有振動数よりもいくぶん低く選定する必要がある。位置制御をしないでマスト緩衝すると、マスト先端部がシフトして望ましくないことがあるので、本発明の有利な択一的な構成によれば、屈曲マストが作動位置に送出しているときに終端アームの傾斜度または地面からの距離を所定の時間間隔で測定し、予め記憶されている目標値と比較させ、目標値からのずれが生じた場合、調整部材の少なくとも１つを制御することにより屈曲マストを追値制御する。
【０００６】
以上説明した本発明による方法を実施するため、本発明によれば、駆動アッセンブリまたはマストアームの少なくとも一つに、マストアームの機械的振動から導出される時間依存性測定量を特定するための少なくとも１つのセンサと、該少なくとも１つのセンサの下流側に配置され、出力側を付属の調整部材に接続されている緩衝信号発生用の緩衝ユニットとが付設されていることが提案される。
【０００７】
本発明の有利な構成によれば、各駆動アッセンブリが複動液圧シリンダを有し、複動液圧シリンダが付属の調整部材を形成しているそれぞれ１つの比例切換え弁を介して圧力油で付勢可能である。この場合、本発明によれば、複動液圧シリンダのうち少なくとも１つの複動液圧シリンダのピストン棒側端部と底部側端部とに、有利には比較器または差検出器を介して緩衝ユニットに接続されているそれぞれ１つの圧力検知センサ（圧力ピックアップ）が配置されている。有利には、緩衝ユニットがアナログまたはデジタルに構成されている高域フィルタを有しているのがよい。有利には、各マストアームに属している高域フィルタの制限振動数はそれぞれのマストアームの固有振動数に応じて別個に調整可能であるのがよい。高域フィルタの典型的な制限振動数は０．２Ｈｚないし１０Ｈｚである。
【０００８】
本発明の有利な構成によれば、各高域フィルタは、比較器を介して該比較器の出力部に入力部が割り込んでいる低域フィルタによって形成されている。オーバーシュートを避けるため、各高域フィルタは非周期伝達関数を成している。さらに、各高域フィルタの下流側には評価・安全回路または評価・安全ルーチンが配置されている。評価・安全回路または評価・安全ルーチンは入力側を両圧力検知センサの出力信号で付勢可能である。
【０００９】
本発明の有利な構成によれば、制御装置は調整部材を制御するための座標設定器を備えたマイクロコントローラを有し、マイクロコントローラは入力側をバスシステムと遠隔制御装置とを介してマスト運動用の移動データで付勢可能であり、各調整部材に補助的に緩衝ユニットを形成するトランスミッターが付設され、トランスミッターは入力側をマストアームに属する測定量で付勢可能である。この処置により、屈曲マストは遠隔制御装置を介して予め設定された走行データに基づきポンプ操作者によって制御され、他方運動工程中と屈曲マストが作動位置にあるときのマスト緩衝は自動的に行なわれる。この場合、緩衝ユニットは個々の駆動アッセンブリの制御回路にカップリングされている。個々のトランスミッターは第２次高域フィルタとして構成されているのが合目的であり、その伝達関数は非周期的な挙動を持つ。これにより、フィルタとそのトランスミッターとを介してシステムに付加的な障害が生じないよう保証される。したがって本発明による緩衝ユニットの特徴は、各マストアームに独立の緩衝ユニットが付設されていることにある。
【００１０】
圧力検知センサとしてはたとえばダイヤフラムセンサ或いは圧電センサが考えられ、これらセンサには、マイクロコントローラが設けられている場合、アナログデジタル変換器を備えた測定変換器が付設される。
【００１２】
図面には本発明の実施形態が図示されており、以下にこれを詳細に説明する。 自動コンクリートポンプ１０は、搬送車両１１と、たとえば２シリンダピストンポンプとして構成された濃厚物質脈動ポンプ１２と、車両に固定された高さ方向軸線１３のまわりに回転可能で、コンクリート搬送管１６を担持する担持体として用いられる分配マスト１４とを有している。コンクリート化している間に装入容器１２内へ連続的に装入される液状コンクリートは、コンクリート搬送管１６を介して搬送車両１１の現在位置から離れた位置に配置されるコンクリート使用個所１８へ搬送される。
【００１３】
分配マスト１４は、液圧回転駆動部１９を用いて高さ方向軸線１３のまわりに回転可能なマストサポート２１と、マストサポート２１において回動可能な屈曲マスト２２とを有している。屈曲マスト２２は搬送車両１１とコンクリート使用個所１８との高低差および可変な到達距離に対し連続的に調整することができる。図示した実施形態の場合、屈曲マスト２２は互いに枢着結合される５本のマストアーム２３ないし２７を有し、これらマストアームは互いに平行で且つマストサポート２１の高さ方向軸線１３に対し直角に延びている軸線２８ないし３２のまわりに回動可能である。枢着軸線２８ないし３２によって形成されている屈曲枢着部の屈曲角度ε_１ないしε_５（図２）と屈曲枢着部の相互配置とは互いに整合しており、図１から明らかな多重折畳み状態に対応する省スペースの搬送配置状態で分配マスト１４を搬送車両１１上に載せることができる。個々の枢着軸線２８ないし３２に割り当てられている駆動アッセンブリ３４ないし３８の動作をプログラム制御することにより、屈曲マスト２２を種々の距離および（または）コンクリート使用個所１８と搬送車両現在位置との高低差で展開させることができる（図２）。
【００１４】
マスト操作者はたとえば無線遠隔操作部５０を用いてマスト運動を制御し、終端ホース４３を備えたマスト先端部３３を、コンクリート使用領域を越える位置まで案内する。終端ホース４３は典型的には３ｍないし４ｍの長さで、マスト先端部３３の領域で枢着吊設され且つ固有弾性があるので、ホース操作者は終端ホースの出口端をもってコンクリート使用個所１８に対し好ましい位置で保持することができる。
【００１５】
遠隔操作部５０は制御レバーとして構成された複数の操作機構６０を有しており、これらの操作機構６０はそれぞれ制御信号を放出しながら互いに垂直な２つの調整方向で前方および後方に調整できる。制御信号は無線経路６１を介して搬送車両に固定の無線受信器６２へ伝送され、無線受信器６２は出力側においてたとえばＣＡＮ−ＢＵＳとして構成されたバスシステム６３を介してマイクロコントローラ５２に接続されている。マイクロコントローラ５２は特にコンピュータで制御される座標設定器６４を有しており、座標設定器６４は無線受信器６２から伝送されてきた移動データを６つの軸線１３，２８ないし３２の駆動アッセンブリ１９，３４ないし３８のための座標信号に変換する。補助的に、操作機構６０の変位の大きさを速度決定信号に変換してもよい。駆動アッセンブリ３４ないし３８の操作は比例切換え弁として構成された調整部材を介して行なう。これらの調整部材はその出口管７８，８０が複動液圧シリンダとして構成された駆動アッセンブリ３４ないし３８の底部側およびピストン棒側に接続されている。マストサポート２１のための駆動アッセンブリ１９は液圧回転駆動部として構成され、調整部材６６を介して制御される。送られてくる走行データをたとえばシリンダ座標として解読して対応的に変換する座標設定器６４を介して制御する以外に（ドイツ連邦共和国特許公開第４３０６１２７号公報）、個々の駆動アッセンブリ１９，３４ないし３６を直接操作機構６０と付属の調整部材６６ないし７６とを介して制御してもよい。
【００１６】
屈曲マスト２２は搬送車両１１とともに振動性システムを成している。この振動性システムは脈動作動する濃厚物質ポンプ１２の作動中に強制振動することがある。振動はマスト先端部３３とこれに吊設されている終端ホース４３とを変位させ、１メートルの振幅と０．５Ｈｚないし数Ｈｚの振動数をもっている。
【００１７】
屈曲マスト２２の共振性振動増大を防止するため、マイクロコントローラ５２はさらに、ソフトウェアで制御される複数個の緩衝ユニット８２を有している。緩衝ユニット８２は各調整部材６８ないし７６のパイロット入力部と連結されている。緩衝ユニット８２は入力側を、それぞれのマストアーム２３ないし２７の機械的振動から導出される時間依存性測定量で付勢される。このため、図示した実施形態では、液圧シリンダとして構成されている各駆動アッセンブリ３４ないし３８の底部側端部およびピストン棒側端部にそれぞれ圧力センサ８４，８６が配置されている。圧力センサ８４，８６の出力部ｐ_ｓとｐ_ｂは比較器８８と接続され、比較器８８は圧力差Δｐ（ｔ）＝ｐ_ｓ−ｐ_ｂに対応する時間依存性測定信号を発生させる。測定信号Δｐ（ｔ）は所定の時間周期でデジタル高域フィルタ９０，９２に送られる。高域フィルタは、図４に図示した実施形態の場合、下流側に比較器９２を備えたデジタル低域フィルタ９０によって形成され、比較器９２にはさらに低域フィルタ９０の入力信号が割り込む。高域フィルタ９０，９２のカットオフ振動数は各マストアーム２３ないし２７に対し別個に設定され、マストアームの機械的固有振動数よりもいくぶん小さく選定される。緩衝ユニット８２はさらに、デジタル高域フィルタ９０，９２の下流側に配置される評価・安全アルゴリズム９４を有しており、評価・安全アルゴリズム９４は防振に必要な増幅度を設定するためのものである。さらにこの安全アルゴリズムにより、たとえばエンドストップコントローラを介してマストアームの運動制限値も監視される。このために、底部側およびピストン棒側の圧力センサ８４，８６によって測定した絶対圧力値ｐ_ｓとｐ_ｂを評価してもよい。
【００１８】
屈曲軸のストッパーは制御されていないので、構造公差による屈曲マスト２２のシフト運動を防止する必要がある。これはポンプ運転中に屈曲マストが作動位置にあるときに起きるケースである。このシフトは監視して修正することができる。このため、図２と図４からわかるように、最後のマストアーム２７に傾斜検知センサとして構成される立体角検知センサ９４または距離検知センサと、目標値記憶メモリ９６とが設けられている。これにより各作動位置で、すなわち各走行過程の最後で、マスト先端部３３の現在の角度位置または地面からの距離を目標値記憶メモリ９６に記憶させることができる。現在値を記憶した目標値と比較することにより、以後の時間経過においてシフトを検知して、調整部材６８ないし７６の少なくとも１つを制御することによりたとえば座標設定器６４を介して修正することができる。
【００１９】
総括すると以下のようになる。
本発明は、大型マニピュレータ、特にコンクリートポンプのための大型マニピュレータに関わる。本発明による大型マニピュレータは、少なくとも３つのマストアーム２３ないし２７から組み立てられ、有利にはコンクリート分配マストとして構成されている屈曲マスト２２を有している。屈曲マストのマストアーム２３ないし２７は、それぞれ駆動アッセンブリ３４ないし３８により、互いに平行な水平方向の屈曲軸線２８ないし３２のまわりを制限的に回動可能である。さらに、個々の駆動アッセンブリ３４ないし３８に付設されている調整部材および屈曲マストの機械的な振動を緩衝するための緩衝手段を用いてマストの運動を制御するための制御装置５０，６２，５２が設けられている。簡単な手段で効果的なマスト緩衝を達成するため、本発明は、有利には各駆動アッセンブリ３４ないし３８において、または、これに付属のマストアーム２３ないし２７において、マストアームの機械的振動から導出される時間依存性測定量を測定し、緩衝ユニットで処理して動的緩衝信号を形成させ、駆動アッセンブリを制御する調整部材に割り込ませることを提案するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】屈曲マストを折畳んだ状態で示した自動コンクリートポンプの側面図である。
【図２】図１の自動コンクリートポンプを、屈曲マストが作動位置にあるときに示した図である。
【図３】マストの運動と緩衝作用を制御するための制御装置の概略図である。
【図４】マイクロコントローラに含まれているマスト緩衝用ソフトウェアトランスミッターのフローチャートである。

Claims (17)

1. 台架（１１）上に配置され、鉛直方向の回転軸線（１３）のまわりに回転可能なマストサポート（２１）と、少なくとも３つのマストアーム（２３ないし２７）から組み立てられ、分配マストとして構成されている屈曲マスト（２２）であって、マストアーム（２３ないし２７）が、それぞれ駆動アッセンブリ（３４ないし３８）により、隣接するマストサポート（２１）またはマストアーム（２６ないし２８）に対し、互いに平行な水平方向の屈曲軸線（２８ないし３２）のまわりを対を成して制限的に回動可能になっている前記屈曲マスト（２２）と、遠隔操作可能で、個々の駆動アッセンブリ（３４ないし３８）に付設されている調整部材（６８ないし７６）を用いてマストの運動を制御するための制御装置（５０，６２，５２）と、屈曲マスト（２２）の機械的な振動を緩衝するための緩衝手段（８２，８４，８６）とを備えた大型マニピュレータにおいて、
   駆動アッセンブリ（３４ないし３８）またはマストアーム（２３ないし２７）の少なくとも一つに、マストアーム（２３ないし２７）の機械的振動から導出される時間依存性測定量（Δｐ）を特定するための少なくとも１つのセンサ（８４，８６）と、該少なくとも１つのセンサ（８４，８６）の下流側に配置され、出力側を付属の調整部材（６８ないし７６）に接続されている緩衝信号発生用の緩衝ユニット（８２）とが付設されていること、
   各駆動アッセンブリ（３４ないし３８）が複動液圧シリンダを有していること、
   複動液圧シリンダが付属の調整部材を形成しているそれぞれ１つの比例切換え弁（６８ないし７６）を介して圧力油で付勢可能であること、
   複動液圧シリンダのうち少なくとも１つの複動液圧シリンダのピストン棒側端部と底部側端部とに、比較器（８８）を介して緩衝ユニット（８２）に接続されているそれぞれ１つの圧力検知センサ（８４，８６）が、前記時間依存性測定量（Δｐ）としての時間依存性圧力差を特定するための前記少なくとも１つのセンサ（８４，８６）として配置されていること、
   を特徴とする大型マニピュレータ。
2. 緩衝ユニット（８２）がアナログまたはデジタルの高域フィルタ（９０，９２）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の大型マニピュレータ。
3. 個々のマストアーム（２３ないし２７）に付属している高域フィルタ（９０，９２）の制限振動数が互いに独立に調整可能であることを特徴とする、請求項２に記載の大型マニピュレータ。
4. 高域フィルタ（９０，９２）の制限振動数が付属のマストアーム（２３ないし２７）の固有振動数に応じて調整可能であることを特徴とする、請求項２または３に記載の大型マニピュレータ。
5. 高域フィルタ（９０，９２）の制限振動数を０．２Ｈｚないし１０Ｈｚの値に調整可能であることを特徴とする、請求項２から４までのいずれか一つに記載の大型マニピュレータ。
6. 各高域フィルタが、比較器（９２）を介して該比較器の出力部に入力部が割り込んでいる低域フィルタ（９０）によって形成されていることを特徴とする、請求項２から５までのいずれか一つに記載の大型マニピュレータ。
7. 各高域フィルタ（９０，９２）が非周期伝達関数を成していることを特徴とする、請求項２から６までのいずれか一つに記載の大型マニピュレータ。
8. 各高域フィルタ（９０，９２）の下流側に評価・安全回路または評価・安全ルーチン（９４）が配置されていることを特徴とする、請求項２から７までのいずれか一つに記載の大型マニピュレータ。
9. 評価・安全回路または評価・安全ルーチン（９４）が入力側を両圧力検知センサ（８４，８６）の出力信号（ｐ_ｓ，ｐ_ｂ）で付勢可能であることを特徴とする、請求項８に記載の大型マニピュレータ。
10. 制御装置が調整部材（６８ないし７６）を制御するための座標設定器（６４）を備えたマイクロコントローラ（５２）を有し、マイクロコントローラ（５２）が入力側をバスシステム（６３）と遠隔制御装置（５０，６４）とを介してマスト運動用の移動データで付勢可能であること、各調整部材に補助的に緩衝ユニット（８２）を形成するトランスミッターが付設され、トランスミッターは入力側をマストアーム（２３ないし２７）に属する測定量（Δｐ）で付勢可能であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載の大型マニピュレータ。
11. 屈曲マスト（２２）をシフト補正するためのシフト補正装置が設けられ、シフト補正装置は、マストアームの１つ（２７）に配置される少なくとも１つの立体角検知センサ（９４）または距離検知センサと、目標値記憶メモリ（９６）と、目標値記憶メモリと立体角検知センサまたは距離検知センサの出力部とに接続される、調整部材（６８ないし７６）の少なくとも１つを制御するための比較器とを有していることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一つに記載の大型マニピュレータ。
12. 立体角検知センサまたは距離検知センサが屈曲マスト（２２）の終端アーム（２７）に配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載の大型マニピュレータ。
13. 目標値記憶メモリ（９６）が制御ルーチンを介して立体角検知センサまたは距離検知センサ（９４）のデジタル出力信号で付勢可能であることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の大型マニピュレータ。
14. 屈曲マスト（２２）のマストアーム（２３ないし２７）がそれぞれ１つの駆動アッセンブリ（３４ないし３８）により互いに相対的に回動可能になっている大型マニピュレータの屈曲マスト（２２）の機械的振動を緩衝するための方法において、
    駆動アッセンブリ（３４ないし３８）の少なくとも１つにおいて、または、これに付属のマストアーム（２３ないし２７）において、マストアームの機械的振動から導出される時間依存性測定量（Δｐ）を測定し、評価ユニットとしての緩衝ユニット（８２）で処理して動的緩衝信号を形成させ、駆動アッセンブリを制御する調整部材（６８ないし７６）に割り込ませること、
    駆動アッセンブリ（３４ないし３８）が液圧シリンダとして構成され、液圧シリンダの底部側とピストン棒側との時間依存性圧力差（Δｐ）を測定量として測定し、評価ユニットとしての緩衝ユニット（８２）で評価して緩衝信号を形成させること、
    を特徴とする方法。
15. 緩衝ユニット（８２，９０，９２）において所定の制限振動数以上の測定量（Δｐ）動的成分をフィルタリングし、緩衝信号を形成させるために位相シフトさせおよび（または）増幅させることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. マストアームの機械的固有振動数に応じて制限振動数を０．２Ｈｚないし１０Ｈｚに設定することを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 屈曲マスト（２２）が作動位置に送出しているときに終端アームの傾斜度または地面からの距離を所定の時間間隔で測定し、予め記憶されている目標値と比較させること、目標値からのずれが生じた場合、調整部材（６８ないし７６）の少なくとも１つを制御することにより屈曲マストを追値制御することを特徴とする、請求項１４から１６までのいずれか一つに記載の方法。

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