KR100838748B1 - 진동감폭기능을 갖는 대형 매니퓰레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2∼5개 특히 3∼5개의 세그멘트들로 이루어지고 프레임 특히 자동차 프레임에 배열된 붐(boom)을 포함하는 대형 매니퓰레이터(manipulator), 및 이러한 매니퓰레이터를 갖춘 트럭 장착형 콘크리트 펌프에 관한 것이다. 상기 붐은 회전 트랙 링(6)을 포함하는 접힘가능한 분배 붐으로서 설계되고, 따라서 구동 유니트에 의해 대체적으로 수직한 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 이때, 붐 세크멘트들은 다른 구동 유니트들에 의해 서로에 대하여 그리고 회전 트랙 링에 대하여 대체적으로 수평을 이루고 서로 평행한 축들을 중심으로 선회할 수 있다. 구동 유니트들을 작동시키고 구동 유니트 및/또는 붐 세그멘트들과 회전 트랙 링을 원하는 위치에 위치설정하기 위하여, 조향기구를 갖는 거리 조향장치가 제공된다. 하나 이상의 붐 세그멘트의 디스터번스 조건을 나타내는 매개변수를 확인하기 위한 적어도 하나의 모니터링 유니트(15), 및 조향 기구에 의해서 설정된 위치에 대향하여 구동 유니트(8)상에 작용하는 하중을 측정하기 위한 적어도 하나의 측정 유니트(23,24;26)를 포함하는 제어장치가 제공된다. 이때, 상기 디스터번스 조건이란 붐 세그멘트들로 하여금 조향기구에 의해 설정된 위치로부터 벗어나게 하는 것, 특히 붐 세그멘트들이 진동하게 하는 것을 의미한다. 붐 세그멘트들이 설정위치로부터 벗어나는 것을 구동 유니트(8)의 작동을 통해서 최소화하는 방식으로 적어도 하나의 구동 유니트(8)가 제어되고 디스터번스 조건에 의해 야기된 붐 세그멘트들의 진동이 감쇄되도록 하기 위하여, 제어장치는 거리 조향장치와 공동으로 작동한다.

대형 매니퓰레이터, 진동, 하중, 디스터번스, 붐 세그멘트, 콘크리트 펌프

Description

진동감폭기능을 갖는 대형 매니퓰레이터{Large-size manipulator with vibration damping}

본 발명은 하기 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 대형 매니퓰레이터 및/또는 그 대형 매니퓰레이터를 갖춘 트럭장착형 콘크리트 펌프 그리고 그 대형 매니퓰레이터의 작동방법에 관한 것이다.

대형 매니퓰레이터들이 적용된 트럭장착형 콘크리트 펌프의 동작 예를 살펴보면, 콘크리트는 콘크리트 펌프에 의해서 펌핑된후 다중-세그멘트 분배 붐을 갖는 콘크리트 이송도관을 통해서 이송되는데, 이때 콘크리트는 특정 목표지점까지 상당한 거리를 정확하게 이송될 수 있다. 통상적으로, 분배 붐(distribution boom)은 하나 또는 그 이상의 세그멘트들로 이루어지며, 편향 링크장치를 갖는 유압 실린더들의 작동에 의해 관절형 조인트 위치에서 접혀질 수 있다. 붐(BOOM)은 통상적으로 트럭 섀시와 같은 차량 하부구조에 장착되거나 또는 고정 플랫폼에 장착되며, 수직축을 중심으로 선회될 수 있다.

통상적인 콘크리트 펌프의 경우에 있어서, 운전자는 도관의 호스단부가 콘크 리트 타설위치를 향하도록 거리 조향장치를 이용하여 조향한다(대략적인 위치선정). 이러한 작업은 유압장치의 개별적인 실린더들에 연관된 밸브들의 직접적인 동작에 의해서 수행된다. 다른 운전자는 실제적인 타설위치까지 도관의 호스단부를 이끌게 된다(정밀한 위치선정). 특정 설계에 따라 분배 붐의 세그멘트들에서 탄성변형이 발생할 수 있으며, 그 결과 붐이 진동하게 된다. 트윈 실린더 시크 슬러리 펌프들(twin-cylinder thick-slurry pump)을 이용하여 콘크리트를 계속으로가 아니라 간헐적으로 이송하는 경우, 말단 호스로부터 콘크리트가 배출될때 분배 붐 특히 분배 붐의 마지막 부재가 진동하게 되고, 그에 따라 말단 호스에서 1미터 이상의 진동 진폭이 발생하게 된다. 펌핑 주기가 분배 붐의 고유진동수 영역에 해당하는 경우, 공진 진동이 조성된다. 분배붐을 갖는 통상적인 콘크리트 펌프에 있어서, 펌프의 콘크리트 처리량, 즉 펌핑주기는 붐 팁에서 발생하는 진동을 일정한도 내에서 유지시키기에 충분하게 억제되며, 그 결과 말단 호스를 끄는 운전자에 대한 위험성이 제거된다.

그러므로, 본 발명의 목적은 분배 붐, 특히 분배 붐의 최종 부재와 말단 호스의 진동을 감쇄시키는데 있고, 또한 최대 진동 진폭을 바람직하게는 10 내지 20cm의 범위로 최소화하는 방식으로 펌프추진시 발생하는 붐 팁의 편향을 감소시키는 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 과제는 제조비용이 저렴하고 구성이 간단하면서도 안전하고 효과적으로 작동할 수 있는 대형 매니퓰레이터를 제공하는데 있다.

이러한 기술적 과제는 하기 특허청구범위 제1항의 특징부에 기재된 대형 매니퓰레이터, 특허청구범위 제18항에 따른 트럭장착형 콘크리트 펌프 및 특허청구범위 제19항에 따른 작동방법에 의해서 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속항들에 기재되어 있다.

본 발명의 개념은, 종래 형식의 분배 붐에 있어서, 몇가지 디스터번스 조건들, 예를들면 콘크리트 펌프의 경우에 불연속적인 펌프 추진과 같은 조건에 의해서 야기되는 진동을 최소화하고, 편향의 진폭, 다시말해서 대형 매니퓰레이터가 원하는 위치로부터 벗어난 거리를 줄이는 방식으로, 매니퓰레이터를 작동시키는데 유용한 구동 유니트들을 제어하기 위해 단지 2개의 상이한 매개변수만을 모니터함으로써 자동 제어장치를 이용하여 대형 매니퓰레이터의 위치조정이 가능한 거리 조향장치를 제공하는 것이다. 이러한 방식에 있어서는, 단지 적은양의 데이타만 모니터(기록)하면 되기 때문에 조절장치의 단순화가 가능하다. 또한, 대형 매니퓰레이터를 작동시키는데 추가적인 부품들이 필요치 않으므로, 디스터번스 조건들에 의해 야기된 진동들이 유용한 구동유니트에 의해서 해소될 수 있다.

이를 위해서, 제어장치는 미리정해진 위치로부터 벗어나게 하는 디스터번스 조건, 예를 들면 붐의 적어도 하나의 세그멘트에서 발생한 진동을 나타내는 매개변수를 모니터한다. 이에 의해, 콘크리트 분배 붐에 있어서 콘크리트 이송 도관 내에서의 압력변동을 측정할 수 있게 된다.

또한, 제어장치는 붐 세그멘트들을 이동시키기 위한 구동유니트들중 적어도 하나에 가해지는 하중을 측정한다. 구동 유니트에 가해지는 하중 및 모니터된 디스 터번스 변수들과 같은 이러한 데이타를 기초로하여, 원하는 위치로부터 벗어난 위치편차를 최소화하고 붐 세그멘트들의 진동을 감쇄시키는 방식으로 구동 유니트의 동작이 이루어지도록 구동 유니트들중 적어도 하나가 제어장치에 의해서 조절된다. 이러한 목적을 위해서, 제어장치는 디스터번스 조건을 나타내는 매개변수를 모니터링 하기위한 적어도 하나의 모니터링 유니트 및 구동유니트에 가해지는 하중을 측정하기 위한 적어도 하나의 측정 유니트를 구비한다.

바람직하게는, 제어장치는 측정된 하중을 입력변수로 이용하여 구동 유니트에 대한 제어 매개변수를 출력변수로서 생성하는 댐핑 최소화 수단을 포함한다. 예를 들면, 콘크리트 분배 붐의 경우에 있어서, 붐 세그멘트들에 대한 구동 유니트들 은 유압 실린더들로 구성되며, 제어 매개변수는 실린더 피스톤의 이동 속도가 될 수 있다.

바람직하게는, 댐핑 최소화 수단은 평행하게 연결된 적어도 하나의 스프링 요소와 적어도 하나의 댐퍼 요소를 포함하는 가상의 스프링-댐퍼 요소(virtual spring-damper element)로 구성된다. 가상의 스프링-댐퍼 요소는 구동 유니트, 예를 들면 콘크리트 분배 붐의 경우에 있어서의 유압 실린더를 나타낸다. 가상의 스프링-댐퍼 요소에 기초한 제어 개념은 만일 구동 유니트, 예를 들면 유압 실린더가 평행하게 연결된 스프링 댐퍼 요소처럼 거동할때 유효한 댐핑이 얻어진다는 사상에 기초한다. 구동 유니트에 대한 적절한 제어 매개변수는 스프링-댐퍼 요소의 힘성분과 구동 유니트 상에 작용하는 힘성분의 평형을 기초로 계산해 낼 수 있다. 이러한 개념을 이용함으로써 적은 수의 센서들만을 적용할 수 있고 그에 따라 매니퓰레이터의 전체적인 구조를 약간만 확장해도 되는 잇점 이외에, 댐핑 최소화 수단의 전체적인 제어개념에 있어서의 안전성 확보를 추가적인 잇점으로 얻을 수 있다. 제어장치가 적절하게 기능하고 구동 유니트가 스프링-댐퍼 요소처럼 거동한다고 가정하면, 디스터번스 조건에 기인하여 붐에 가해지는 에너지가 분산되기 때문에 붐은 안정적인 모드로 거동하게 된다. 스프링 요소의 강성과 댐핑 요소의 댐핑상수는 자유로이 선택될 수 있다. 그러나, 구동 유니트의 안내 거동이 가능한한 급속하게 이루어지는 경우 매니퓰레이터의 진동경향이 최소화하기 때문에 일정한 한계가 존재한다. 최적의 매개변수 한계는 붐의 위치와 크기에 의존한다.

또한, 제어장치는 디스터번스 변수 부가장치를 포함하는데, 이 장치는 모니터링 유니트에 의해서 탐지된 디스터번스를 나타내는 매개변수를 입력 변수로 사용하고 그것으로부터 구동 유니트의 설정값을 계산해내고, 최종적으로는 운전자에 의해서 설정된 설정값을 기초로 보정하여 디스터번스를 보상한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 측정 유니트는 제어장치에 의해서 보상이 얻어지는 위치에서 디스터번스 조건이 발생되기 전에 디스터번스 요소를 제거하기 위한 구동 유니트의 설정값을 제공하기에 충분한 시간에 대한 매개변수로부터 디스터번스 조건을 측정한다.

예를 들면, 만일 콘크리트 분배 붐의 경우에 있어서 압력파가 콘크리트 이송 도관을 통해 전파되는 사실이 측정 유니트를 통해서 알려지면, 디스터번스 변수 부가장치에 의해서 구동 유니트의 보정된 설정치가 부여될 수 있고, 이에 의해 붐의 주어진 세그멘트가 압력파에 대향하는 위치로 제공된다. 그러므로, 측정 유니트는, 세그멘트가 보정되기 전에 붐 팁으로부터 판별할 수 있는 위치에 대한 디스터번스 조건을 특징짓는 매개변수를 측정하기 위한 센서들을 구비하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 만일 붐 팁에서의 위치편향이 보상되면, 콘크리트 펌프용 분배 붐의 바닥에 압력 센서들을 제공하는 것이 바람직하며, 이러한 압력센서들을 통해 보상 위치에서 디스터번스 요소를 모니터링한 정확도 및 그에 충분한 시간으로 반응할 수 있는 가능성 사이의 절충안을 알아낼 수 있다.

이와는 달리, 디스터번스 변수는 콘크리트 펌프가 전환되는 지점에서 직접적으로 측정될 수 있고, 이때의 측정은 펌프에서 수행될 수 있으며, 콘크리트 이송 도관에서 이루어지는 유동 속도 측정과 결합될 수 있다.

디스터번스 변수 부가장치와 댐핑 최소화수단은, 측정된 디스터번스를 기초로하여 디스터번스 변수 부가장치에 의해 측정된 구동 유니트의 보정된 위치설정이 댐핑 최소화 수단에서의 계산을 목적으로한 목표치로서 설정되도록 사용되기 전에 운전자에 의해 선택된 설정값을 갖는 방식으로, 제어장치에서 결합되는 것이 바람직하다. 이것은 예를 들어 진동수, 진동의 진폭과 같은 진동들이 댐핑 최소화 수단에 의해서 감소되게 한다. 예를 들면, 공명진동을 회피할 수 있게 한다. 또한, 디스터번스 변수에 기인하는 원하는 위치에 대한 직접적인 위치편향에 대항할 수 있게 한다. 이때, 댐핑 최소화 수단의 계산을 통해 얻어진 보정된 설정치에서 구동 유니트의 불필요한 움직임에 기인한 추가적인 진동값은 제외된다.

디스터번스 변수의 측정 및/또는 댐핑 최소화 수단에 의한 댐핑이 미리 측정되는 경우, 대형 매니퓰레이터의 경우에 있어서 제어는 구동 유니트를 참조할 필요 없이 진동과 진폭들이 가능한한 작게 유지되도록 하기 위한 붐 세그멘트의 작동, 예를 들면 다른 세그멘트 대신에 붐 팁에서 볼 수 있는 붐 세그멘트가 보정되기 전의 붐 세그멘트의 작동에 직접적으로 관여하는 것이 바람직하다.

제어장치의 실현은 가변 센서들과 측정장치들이 적절한 구동 유니트의 선택 및 대형 매니퓰레이터가 사용되는 목적에 어느정도 의존한다는 점을 것을 고려하여 이루어진다. 유압 실린더에 의해 작동되는 관절형 조인트들을 갖는 콘크리트 분배 붐의 형태로 이루어진 대형 매니퓰레이터에 있어서, 실린더 피스톤의 이동속도는 제어 매개변수로서 조절되는 것이 바람직하다.

가상의 스프링-댐퍼 요소가 댐핑 최소화수단으로 사용되는 바람직한 실시 예에 따르면, 구동 유니트의 이동 속도는 제어 매개변수로서 측정된다. 이것은 다음과 같은 뉴튼의 원리로부터 도출된다.

< 방정식 1 >

구동 유니트가 스프링-댐퍼 요소로서 거동하는 경우, 다음과 같이 나타낼 수 있다.

< 방정식 2 >

여기에서 F_t(t)은 디스터번스의 결과로서 구동 유니트에 작용하는 힘을 시간의 함수로 나타낸 것이며, d는 댐핑 상수, s(t)는 이동 속도를 시간의 함수로 나타낸 것이며, c는 스프링 상수이고 s(t)는 구동 유니트의 위치를 시간의 함수로 나타낸 것이다. 이러한 방정식은 이동 속도 s(t)를 계산해내기 위해 다음과 같이 표현할 수 있다.

< 방정식 3 >

만일, 구동 유니트가 상기 방정식 3에 의해서 결정되는 이동 속도(ds/dt)를 설정하는 방식으로 제어되면, 유니트는 스프링-댐퍼 요소의 특성들을 모사하게 된다. 최적의 댐핑은 매개변수 c와 d의 정특성 조정에 의해서 얻어질 수 있다.

만일 이동 속도가 제어되면, 제어장치는, 댐핑 최소화 수단에 의해서 측정된 이동 속도를 부가함으로써 구동 유니트를 제어할 수 있는 속도 제어기를 구비하는 것이 요구된다. 또한, 제어장치는 구동 유니트의 위치설정을 측정할 수 잇는 적어도 하나의 위치센서를 구비하여야 한다. 적절한 위치센서는 경로 측정장치로서 설계되고, 구동 유니트의 초기위치로부터 최적의 위치를 결정해 낼 수 있다. 이와 동시에, 이러한 경로측정장치는 구동 유니트의 이동 속도를 모니터할 수 있으며, 구동 유니트의 위치변화로부터 이동 속도를 측정해낼 수 있다. 이와는 달리, 구동 유 니트의 이동 속도를 효과적으로 직접 측정할 수 있는 별도의 속도센서를 제공하는 것이 바람직하다.

콘크리트 분배 붐의 바람직한 실시예에 있어서, 붐 세그멘트들에 대한 구동 유니트는 유압 또는 공기압 작동식 실린더들이며, 측정 유니트는 피스톤 로드에 부착된 힘 센서들 또는 실린더 챔버들과 연관된 압력 센서들을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 힘 센서들 또는 압력 센서들은 실린더 챔버 내에서의 힘이나 압력 편차를 직접적으로 측정함으로써 구동 유니트가 받는 하중을 직접 측정할 수 있다.

이러한 바람직한 실시예에 있어서의 모니터링 장치는 적어도 하나의 압력 센서, 바람직하게는 콘크리트 이송 도관에 존재하는 둘 또는 그이상의 압력센서들을 포함한다. 이러한 압력 센서들을 통해서 콘크리트 이송도관에서의 압력 요동이 디스터번스 변수로서 측정될 수 있다.

바람직하게는, 구동 유니트의 이동속도를 조절하는 속도 제어기는 실린더 챔버들과 유압 오일공급원 사이에 배열된 밸브를 통해서 유압 작동식 실린더의 이동 속도를 제어하게 된다. 이때, 유압장치에서의 속도 제어기와 밸브는 댐핑 최소화 수단에 의해서 측정된 이동 속도를 가능한한 정확하게 설정하기 위하여 충분한 정확도과 신속성으로 작동하게 된다.

전술한 바와 같은 대형 매니퓰레이터는 자동차 섀시 상에 장착된 이동식 콘크리트 펌프들에 대하여 특히 적합하다. 이러한 종류의 장비에 있어서 트윈 실린더 덴스 슬러리 펌프들(twin-cylinder dense-slurry pumps)에 의해서 야기된 디스터번스들은 그에 상응하는 대형 매니퓰레이터가 관여함에 따라서 이상적으로 감소된다.

또한, 이러한 종류의 대형 매니퓰레이터의 작동은 운전자가 붐 세그멘트들 및/또는 대형 매티퓰레이터의 선회 트랙 링을 원하는 위치로의 위치설정을 계속적으로 수행할 수 있게 하는 잇점을 제공한다. 또한, 원하는 위치로부터 벗어난 위치편차는 운전자가 진동이 감쇄될 위치로의 위치조정을 수행할 필요없이 자동적으로 보상된다. 붐이 이러한 방식으로 작동하는 경우, 규칙적으로 재발하는 디스터번스들이나 콘크리트 펌프들에서의 압력 충격에 무관하게 운전자에 의해서 붐의 위치를 원하는 위치로 변화시킬 수 있다. 또한, 디스터번스들은 자동적으로 보상되며, 대형 매니퓰레이터는 목표지점에 정확하게 정렬될 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 목적들과 다른 특징 및 장점들은 첨부된 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해 질 것이다, 첨부된 도면에서;

도 1은 콘크리트 분배 붐으로서 설계된 대형 매니퓰레이터의 전개상태와 접힘상태를 나타낸 측면도;

도 2는 2개의 인접한 붐 세그멘트들을 기울이기 위해서 구동 유니트로서 사용된 실린더의 제어방식을 나타낸 개략적인 다이아그램; 그리고

도 3은 가상의 스프링-댐퍼 요소를 기초로한 구동 유니트의 제어 개념을 보여주는 개략도이다.

도 1은 일부가 회전 트랙 링(6) 상에 장착된 4개의 붐 세그멘트들(2∼5)로 이루어진 콘크리트 분배 붐(1)의 측면도이다. 이때, 회전 트랙 링(6)은 프레임, 특히 트럭 섀시의 형태로 차량 프레임(도시되지 않음) 상에 회전가능하게 장착된다.

각각의 붐 세그멘트들(2∼5)은 서로 연결되고, 회전 및 선회가능한 방식으로 최종적으로 회전 트랙 링(6)에 연결된다. 이때, 회전축(10)은 거의 수평방향, 즉 도면의 평면에 대하여 직각으로 서로에 대하여 평행하게 연장된다.

붐 세그멘트들(2∼5)을 서로에 대하여 그리고 회전 트랙 링(6)에 대하여 선회시키기 위한 유압 실린더(8)가 제공된다. 실린더(8)가 작동하는 경우, 유압 실린더(8)는 편향 링크장치(9)를 거쳐서 붐 세그멘트들(2∼5)을 서로에 대하여 그리고 회전 트랙 링(6)에 대하여 회전시키게 된다.

붐 팁은 호스파이프(7)의 형태로 콘크리트 이송도관의 단부로서 도시되어 있다. 선회 트랙 링(6) 및 붐 세그멘트들(2∼5)을 이동시킴으로써, 콘크리트 호스(7)는 원하는 지점, 예를 들면 천정 슬래브를 타설하기에 적당한 위치로 위치될 수 있다. 붐 세그멘트들(2∼5)의 이동은 유압 실린더들(8)에 의해서 수행되는데, 이때 유압 실린더들(8)은 운전자가 적절한 거리 조향장치를 조작함으로써 순서대로 활성화된다.

그러한 콘크리트 분배 붐(1)이 작동되는 경우, 예를 들면 트윈 실린더 덴스-슬러리 펌프에 의해 야기될 수 있는 콘크리트 이송도관에서의 압력 요동은 콘크리트 분배 붐으로 하여금 주기적인 하중을 받게하는데, 이로 인하여 전체 붐이 진동 을 하게 되고, 특히 붐 팁에서 상당한 진폭을 갖는 진동이 발생된다.

이것을 방지하기위하여, 본 발명에 따른 대형 매니퓰레이터는 진동들이 감쇄되고 붐 팁에서의 위치편향이 최소화되는 방식으로 거리 조향장치와 협동할 수 있는 제어장치를 구비한다. 도 2는 이러한 제어장치의 기능을 나타낸 개략적인 다이아그램이다.

도 2에 도시된 제어장치는 디스터번스 변수 부가장치(11), 댐핑 최소화 수단(12) 및 속도 제어기(13)를 포함한다. 이때, 속도 제어기(13)는 유압 실린더(8)에서의 피스톤(28)의 이동 속도를 제어한다. 또한, 가변 센서들과 측정장치들이 도 1에 도시된 대형 매니퓰레이터(1)에 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서는 단지 하나의 유압 실린더(8)가 제어장치에 의해서 제어되며, 특히 단지 하나의 유압 실린더가 붐(1)(도 1 참조)의 C-링크장치를 작동시킨다. 그러나, 다수 또는 전체의 유압 실린더(8)를 제어하는 것 또한 가능하다.

유압 실린더(8)는 붐 세그멘트들(2∼5)을 서로에 대하여 그리고 회전 트랙 링(6)에 대하여 선회시키는 기능을 수행하는 구동유닛으로 제공되며, 유압 실린더(8)의 실린더 챔버(17,18) 내에서의 압력을 측정하는 압력 센서들(23,24)을 구비한다. 실린더 피스톤(28)의 위치와 속도를 측정할 수 있는 경로 측정장치(25)가 피스톤 로드(16)에 제공된다. 실린더 챔버들(17,18) 내에 있는 압력 센서들에 추가적으로 또는 이를 대신하여, 피스톤 로드(16)에 작용하는 힘을 측정할 수 있는 힘 센서(26)가 피스톤 로드(16)에 제공될 수 있다.

경로 측정장치(25)는 실린더 피스톤의 위치를 결정할 수 있고, 그 결과 피스톤 속도는 피스톤 위치의 변화로부터 측정되거나 또는 이와는 달리 또는 이에 추가 적으로 피스톤 및/또는 피스톤 로드의 속도와 이동 방향을 측정함으로써 결정될 수 있다. 이때, 피스톤의 위치에 대한 정보는 초기 위치가 알려진 경우에 다시 계산해 낼 수 있다.

또한, 제어장치는 콘크리트 이송도관에서의 압력을 측정하기 위한 장치(15)를 포함하는데, 이 장치는 콘크리트 이송도관에 분포된 2개의 압력 센서들로 구성되며 콘크리트 이송도관 내의 압력차를 측정할 수 있다. 붐 팁의 진동과 위치편향을 줄이기 위해서는, 콘크리트 이송도관의 시작위치에 인접한 영역에 압력 센서들을 배치하는 것이 바람직하다. 그러면, 콘크리트 이송도관의 2개 지점에서의 압력측정이 가능하다. 예를 들면, 압력파가 콘크리트 이송도관을 통해서 전파되는 방식으로 압력차의 진행상황을 측정할 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 특정한 압력하중이 측정 지점들, 특히 마스트 팁(mast tip) 뒤에 있는 콘크리트 이송도관의 영역에 도달하는 경우를 정확하게 예측할 수 있다.

도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 유압 실린더는 다음과 같은 방식으로 제어된다. 먼저, 거리 조향장치에 있어서 유압 실린더(8)의 원하는 위치를 한정하고 그리하여 유압 실린더(8)에 의해서 붐 세그멘트가 선회될 수 있는 위치를 한정하는 목표값을 갖게 된다. 다음에는 압력 측정장치(15)가 콘크리트 이송도관에서의 압력 요동을 측정하는데, 이때의 측정을 통해서 디스터번스 변수 부가장치(11)에 대하여 예측된 디스터번스 조건을 제공하게 된다. 이와같은 예측된 디스터번스 조건을 기초로하여 디스터번스 변수 부가장치(11)는 목표치, 즉 유압 실린더의 원하는 위치를 변화시키고 보정한다. 예를 들면, 제어될 붐 세그멘트가 큰 하중을 받고 그리하여 이러한 큰 하중에 의해서 원하는 위치로부터의 탄성적인 위치편향을 겪게 되는 경우, 이것은 유압 실린더(8)를 보정된 위치로 이동시킴으로써 보정된다. 이를 위해서, 디스터번스 변수 부가장치는 보정된 위치값(S₀), 소위 스프링 기준점을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서 보정된 위치(S₀)가 스프링 기준점으로서 알려진 이유는 보정된 위치가 댐핑 최소화 수단에 대한 입력변수로서 사용되기 때문이다. 이러한 경우에, 가상의 스프링-댐퍼 요소는 평행하게 연결된 스프링 요소(19)와 댐퍼 요소(20)로 구성된다(도 3 참조).

도 3에 잘 도시된 바와 같이, 가상의 스프링-댐퍼 요소는 유압 실린더에 작용하는 힘이 평행하게 연결된 스프링 및 댐퍼 요소(19,20)에 의해서 제공되는 대향 힘과 평형을 이루는 경우에 붐(1) 또는 붐 세그멘트들(2∼5)의 진동들이 회피된다는 가정을 기초로 한다. 그러므로, 하중 에너지는 적절하게 설계된 복원력(resilience)에 의해서 흡수되고 분산된다.

힘의 균형 개념은 가상의 스프링-댐퍼 요소를 기초로 유압 실린더(8)에 대한 제어 변수를 계산할 수 있게 한다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 이것은 상기 방정식 3에 따른 이동 속도(ds/dt)로 결정되는데, 실린더(8)에 작용하는 힘F_t(t), 스프링 상수(c), 실린더의 댐핑 상수 d 및 위치 s(t)로부터 얻어질 수 있다. 실린더 피스톤(28)의 이동 속도 ds/dt가 도 3에 나타낸 방정식에 따라 조절되는 경우, 붐 세그멘트, 즉 붐 세그멘트들(4,5)에서의 진동은 최소화된다. 이러한 목적을 위해 요구되는 필요 데이타는 제어장치의 측정장치에 의해서 부분적으로 생성되는데, 예를 들면 힘 F_t(t)과 실린더 피스톤 위치 s(t)를 각각 제공하는 힘 센서(26)와 경로 측정장치(25)에 의해서 생성된다.

도 2를 참조하면, 댐핑 최소화 수단은 피스톤 로드(16)에 작용하는 힘 F_t(t), 주어진 시스템에서 일정하게 유지되거나 가변적으로 채택되고 각각 스프링 강성과 댐핑을 나타내는 상수 c와 d로부터 실린더 피스톤(28)의 원하는 이동속도(ds/dt)를 계산하도록 스프링-댐퍼 요소의 방정식을 사용하게 된다. 이와는 달리, 피스톤 로드(28) 상에 직접적으로 작용하는 힘을 힘 센서(26)를 통해 측정함으로서, 실린더(8)가 받는 하중을 실린더 챔버들(17,18) 사이의 압력차로부터 측정할 수 있다. 이를 위해서, 시스템은 실린더 챔버들(17,18) 내에서 정렬된 각각의 압력 센서들(23,24)에 의해 측정된 압력값들을 이용하게 된다.

전술한 바와 같은 바람직한 실시 예에 있어서, 댐핑 최소화 수단(12)에 의해 이루어지는 진동 댐핑은 디스터번스 변수 부가장치(11)와 바람직하게 조합된다. 그리하여, 본 발명에 따른 장치는 진동의 독립적인 댐핑을 제공할 뿐만아니라 원하는 위치로부터 벗어난 절대적인 위치편차를 보상하게 된다. 가상의 스프링-댐퍼 요소가 원하는 위치로부터의 큰 편차를 유도할 수 있는 일정한 복원력을 시스템으로 도입하기 때문에 특히 바람직하다. 그러나, 이것은 보정된 위치(S₀)가 측정된 하중으로부터 계산되고 댐핑 최소화 수단(12)에 대한 입력변수로서 유용하며 그리하여 소위 실린더 피스톤(28)의 원하는 이동속도(ds/dt)라는 제어변수의 계산을 위한 기초로서 이미 사용된다는 사실에 의해서 상쇄된다.

댐핑 최소화수단(12)에 의해 측정된 실린더 피스톤(28)의 원하는 이동속도(ds/dt)는 속도 제어기(13)에 대한 제어변수를 구성하며, 이것은 계속해서 경로 측정장치(25)를 통해 실린더 피스톤(28)의 위치들을 수용하거나 또는 유압 공급원(29)의 압력과 유압 실린더(8)의 실린더 챔버(17,18) 내의 압력에 대한 데이타와 함께 실린더 피스톤(28)의 이동 속도를 직접 수용한다. 이러한 데이타로부터 속도 제어기(13)는 제어 전압(U)을 측정하는데, 이 제어전압은 밸브(14)를 작동하도록 사용되어 결국에는 유압 실린더(8)를 제어하게 된다. 유압 공급원(19)과 실린더 챔버(17,18) 사이에 위치한 밸브(14)는 유압오일이 실린더 챔버(17,18) 내로 도입되거나 그로부터 제거되는 것을 관장하고 그리하여 피스톤(28)의 원하는 이동속도가 설정될 수 있게 한다. 유압장치는 전체범위에 걸쳐서 직선형으로 거동하는 것을 특징으로 하지 않으며, 속도 제어기는 실린더 피스톤(28)의 원하는 이동속도(ds/dt)를 설정할 수 있도록 비선형 제어기로서 기능한다.

특별한 경우에 있어서, 밸브(14)는 자유로이 선택되고, 유압장치에 항상 제공되며, 제어될 대형 매니퓰레이터의 고유주기 이상의 고유 주기를 가지며 또한 유압 실린더(8)의 작동을 보장하도록 충분히 빠른 유압 오일 처리능력을 갖는다.

압력 센서들, 힘 센서들 등과 같은 제어장치의 부품들과는 별도로, 제어장치는 측정된 수치나 센서 데이타를 디지탈 신호로 바꿀 수 있는 공지된 하드웨어 부품들을 갖는다. 또한, 제어장치는 위에서 언급한 제어개념과 이송 및 처리과정을 프로그램화 할 수 있는 공지된 하드웨어 부품들을 포함한다.

위에서 언급한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서 전술한 바와 같은 제어방식에 따라 작동되는 유압 실린더가 전부가 아님을 알 수 있다. 하나의 유압 실린더(8)가 전술한 바와 같은 방식으로 분배 붐(1)의 두번째 세그멘트(4)를 작동시킨다(도 1에서 원형의 파선으로 나타냄).

소위 씨-링크장치(C-linkage)에서 실린더(8)의 제어는 붐 팁의 진동들을 감소시키는데 있어서 유효하며, 결과적으로는 콘크리트 호스(7)의 진동을 크게 감쇄시키고 그의 진폭을 최소화 시킨다. 그리하여, 콘크리트 호스를 정확하게 위치시키고자 조작하는 운전자는 상당한 진동이나 위치편차를 보상하지 않아도 된다.

Claims (20)

1. 2 내지 5의 세그멘트들(segments)로 이루어지고 프레임 상에 배열된 붐(boom)을 가지며, 상기 붐은 회전 트랙 링(6)을 포함하는 분배 붐으로서 설계되고 구동 유니트에 의해서 회전 수직축을 중심으로 회전하며, 상기 붐 세크멘트들(2∼5)은 구동 유니트(8)에 의해서 서로에 대하여 그리고 상기 회전 트랙 링(6)에 대하여 수평의 상호 평행한 축 중심으로 선회가 가능하며, 상기 구동 유니트(8)를 작동시키고 상기 구동 유니트(8)나 상기 붐 세그멘트들(2∼5) 그리고 상기 회전 트랙 링(6)의 원하는 위치를 설정하기 위한 조향기구를 포함하는 거리 조향장치를 구비한 트럭 장착형 콘크리트 펌프용 대형 매니퓰레이터(manipulator)에 있어서,

   상기 조향 기구에 의해서 설정된 위치로부터 상기 붐 세그멘트들(2∼5)이 벗어나게 하는 하나 이상의 붐 세그멘트의 디스터번스 조건을 나타내는 매개변수를 확인하는 하나 이상의 모니터링 유니트(15); 및 상기 조향 기구에 의해서 설정된 상기 위치에 대향하여 상기 구동 유니트(8) 상에 작용하는 하중을 측정하기 위한 하나 이상의 측정 유니트(23,24;26)를 포함하는 제어부를 구비하고,

   상기 구동 유니트(8)의 작동으로 인하여 상기 붐 세그멘트들(2∼5)의 설정위치로부터 벗어나는 위치편차를 최소화하고 디스터번스 조건들에 의해 야기된 상기 붐 세그멘트들(2∼5)의 진동이 감쇄되는 방식으로 하나 이상의 구동 유니트(8)가 제어되도록 상기 제어부는 상기 거리 조향장치와 공동으로 작동하고,

   상기 모니터링 유니트(15)는 디스터번스의 영향이 상기 제어부에 의해서 보상되는 위치에서 상기 디스터번스 조건이 발생하기 전에 디스터번스 조건을 나타내는 매개변수를 측정하고, 그리하여 상기 제어부는 상기 디스터번스에 대항하는 상기 구동 유니트(8)의 위치를 부여하고,

   상기 모니터링 유니트(15)는 상기 붐 세그멘트가 보정되기 전에 상기 붐 팁으로부터 판별할 수 있는 위치에 대한 상기 디스터번스 조건을 나타내는 매개변수를 상기 붐 세그멘트들(2∼5)의 센서들을 통해서 측정하는 대형 매니퓰레이터.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 디스터번스 변수 부가장치(disturbance variable superimposition device)(11)를 포함하며, 상기 디스터번스 변수 부가장치(11)는, 상기 모니터링 유니트에 의해서 모니터된 매개변수를 입력 변수로서 사용하고 그로부터 하나 이상의 구동 유니트(8)에 대해서 상기조향 기구에 의해 설정된 위치와는 다르고 상기 디스터번스에 대하여 대항하는 상기 구동 유니트(8)의 보정된 위치를 계산해내는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 붐 세그멘트들(2∼5)의 진동을 감쇄시키기 위한 댐핑 최소화 수단(12)을 포함하며, 상기 댐핑 최소화 수단(12)은 상기 측정 유니트(23,24;26)에 의해서 측정되고 상기 구동 유니트(8)가 받는 하중을 입력 변수로서 사용하고 상기 구동 유니트(8)에 대한 제어 매개변수(ds/dt)를 출력 변수로서 만들어내는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
6. 제5항에 있어서, 상기 댐핑 최소화 수단(12)은 평행하게 연결된 스프링 요소(19)와 댐퍼 요소(20)를 구비한 가상 스프링-댐퍼 요소를 포함하며, 상기 구동 유니트(8)에 대한 상기 제어 매개변수(ds/dt)는 상기 구동 유니트(8)에 작용하는 힘 성분, 즉 힘(Ft(t))과 상기 스프링 및 상기 댐퍼 요소(19,20)의 합성 힘 성분 간의 평형관계로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
7. 제2항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모니터링 유니트(15)에 의해서 측정된 매개변수를 기초로 하여 상기 디스터번스 변수 부가장치(11)에 의해 결정된 상기 구동 유니트(8)의 보정된 위치(S₀)는 상기 댐핑 최소화 유니트(12)에 의해서 댐핑을 위한 상기 구동 유니트(8)에 대한 제어 매개변수(ds/dt)의 계산에서 원하는 위치로서 사용되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
8. 제1항에 있어서, 상기 제어부에 의해서 제어되는 상기 구동 유니트(8)는 상기 붐 세그멘트가 보정되기 전에 상기 붐 세그멘트를 작동시키는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
9. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 구동 유니트(8)의 위치를 측정하는 하나 이상의 위치 센서(25)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
10. 제5항에 있어서, 상기 댐핑 최소화 수단(12)에 의해서 영향을 받는 상기 제어 매개변수(ds/dt)는 상기 구동 유니트의 이동 속도인 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는 상기 댐핑 최소화 수단(12)에 의해서 측정된 상기 구동 유니트의 이동 속도를 제어하는 속도 제어기(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
12. 제10항에 있어서, 상기 제어부는 하나 이상의 센서를 더 포함하고, 이에 의해 상기 구동 유니트의 이동 속도는 상기 센서에 의해서 측정된 매개변수로부터 모니터되고 계산되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
13. 제1항에 있어서, 상기 붐 세그멘트들을 작동시키는 상기 구동 유니트(8)는 유압 또는 공기압 실린더인 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
14. 제13항에 있어서, 상기 실린더 피스톤(28) 상에 축방향으로 작용하는 힘의 형태로 상기 실린더에 가해지는 하중은 상기 피스톤 로드(16) 상에 위치된 힘 센서들(26)에 의해서 측정되거나 또는 상기 실린더 챔버(17,18) 내에 제공된 압력 센서들(23,24)에 의해서 압력차로서 측정되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
15. 제13항에 있어서, 상기 실린더(8)는 상기 실린더를 압력 공급원(19)에 연결시키는 밸브(14)에 의해서 작동되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
16. 제1항에 있어서, 상기 분배 붐(1)은 유체를 분배하기 위한 이송 도관을 포함하며, 상기 붐 세그멘트들의 설정 위치의 디스터번스는 상기 재료의 불연속적인 유동에 의해서 생성되고, 상기 디스터번스를 특징짓는 매개변수는 하나 이상의 압력 센서(15)가 제공된 이송도관에서의 측정 압력인 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
17. 제15항에 있어서, 2개 이상의 압력 센서들이 상기 이송 덕트에 제공되고, 상기 압력 센서들은 2개 지점에서 상기 이송 덕트에서의 압력을 측정하며, 이에 의해 압력차가 상기 제어부에 의해서 측정되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
18. 자동차 섀시, 상기 자동차 섀시에 장착된 콘크리트 펌프 그리고 제1항에 따른 대형 매니퓰레이터로서 고안된 분배 붐을 구비한 이동식 콘크리트 펌프.
19. 제1항에 따른 대형 매니퓰레이터를 작동시키기 위한 방법에 있어서,

    작동자는 거리 조향장치를 사용하여 붐 세그멘트들(2∼5) 및/또는 회전 트랙 링(6)의 원하는 위치를 설정하고, 이에 의해 디스터번스에 의해 야기된 원하는 위치로부터의 위치편차가 자동적으로 보상되고, 특히 상기 붐 팁의 진동이 감쇄되는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 작동자는, 독립적이고 규칙적으로 재발하는 디스터번스들, 콘크리트 분배 붐의 상기 이송도관에서의 압력 요동이 발생하는 경우에, 상기 거리 조향장치를 이용하여 원하는 위치를 변화시키고, 이에 의해 상기 원하는 위치에서의 변화에 관계없이 상기 디스터번스에 의해서 야기된 편차들이 자동적으로 보상되는 것을 특징으로 하는 방법.

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