KR101015010B1 - 관절 마스트 작동 장치 - Google Patents

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푸츠마이스터 엔지니어링 게엠베하
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Abstract

본 발명은 특히 대형 매니퓰레이터 및 콘크리트 펌프를 위한 분절 마스트를 작동하기위한 장치에 관한 것이다. 상기 분절 마스트(22)는 서로 평행하게 위치되는 수평 분절 축(28-32)에 대해 제한된 범위로 회전가능한 셋이상의 마스트암(23-27)에 회전가능하게 연결되며, 상기 회전 운동은 마스트 베이스(21) 또는 인접 마스트암(23-27)에 대한 것이고 각 구동유닛(34-38)에 의해 수행된다.
본 발명에 따른 장치는 또한 마스트운동을 위해 구동 유닛을 작동시키기 위해 제어유닛을 포함한다. 제어유닛은 마스트 암(23-27)에 위치되는 각센서944-48)에으해 결정되는 주어진 안내 매개변수 r 과 측정된 각도 값 εr에 응답하는 좌표 변환기(74, 76)가 형성된다. 좌표변환기(74, 76)는 미리 정의된 경로/회전 특성에 따라 구동유닛(34-38)을 위한 운동신호(Δαv)로 변환되고 상기 운동신호는 분절축에 관련된다. 본 발명의 장치를 더욱 가볍고 제조하기 쉽게 하기 위해, 개별 마스트암(23-27)에 할당된 정지궤도 측정 각도값 εr을 결정하는 측지학적 각센서가 마스트암(23-27)에 단단하게 배치된다.
매니퓰레이터, 마스트, 콘크리트 펌프

Description

관절 마스트 작동 장치{Device for actuating an articulated mast}
본 발명은, 차량섀시의 섀시수직축에 대해 회전가능한 마스트 베이스에 연결된 관절 마스트를 작동시키기 위한 대형 매니퓰레이터로서, 상기 관절마스트는 세 개이상의 마스트암들을 포함하고, 상기 마스트암들은 각각의 구동유닛에 의해 상기 마스트베이스 또는 근접한 마스트암에 대해 평행한 수평의 관절축주위에서 제한적으로 회전가능하며, 마스트암의 자유단부가 마스트팁을 가지고, 마스트암들의 운동을 위한 상기 구동유닛을 작동시키는 제어유닛을 포함하며, 상기 제어유닛은 좌표변환기들을 포함하고, 상기 좌표변환기들은 차량섀시를 기준으로 하는 좌표시스템내에서 상기 마스트팁 또는 마스트팁에 위치한 단부호스의 거리와 높이에 응답하고, 미리 정해진 경로/회전특성에 따라 상기 구동유닛을 위한 관절축기준 관절각으로 변환하기 위하여 상기 마스트암의 경사각 센서들에 의해 결정되는 측정각들에 응답하는 대형 매니퓰레이터를 가진다.
상기 형태의 장치가 대형 매니퓰레이터 특히 콘크리트 펌프조립체에서 이용된다. 상기 형태의 대형 매니퓰레이터는 관절 마스트 팁에 형성된 단부 호스의 위치설정 및 펌프의 제어를 위해 담당 작업자가 원격제어장치를 이용하여 조절된다.
상기 작업자는 건설현장(construction site)의 경계조건 또는 구속을 고려하여 삼차원 작업공간내에서 관절마스트암의 운동을 위한 관련 구동유닛을 통해 관절마스트에 관한 다수의 회전자유도를 제어해야한다.
개별 축의 제어는 회전 범위로 제한된 개별 마스트암이 의도하는 위치로 각각 개별적으로 이동시킬 수 있는 장점을 가진다. 관절 마스트 또는 마스트 베이스의 각 축은 이 경우 원격 제어 장치의 원격 제어요소의 주 조정방향에 할당되어, 세 개이상의 마스트암이 존재하는 경우, 상기 작업은 제어될 수 없다.
상기 작업자는, 단부호스의 운동이 제어되지 못하는 위험과 이에 관련된 건설현장 인원의 수고를 피하기 위해 단부호스와 관절 축을 계속적으로 주의해야 한다.
이에 대해 조작을 단순화하기 위한 제어장치가 제안된다.(DE-A-4306127) 이는 관절 마스트암의 잔여 관절 축이 이들의 회전축과 관계없이 마스트 베이스의 각 회전 위치에서 제어요소의 단일 제어운동과 결합하여 제어된다. 따라서, 작업자가 감독할 수 있는 연장 및 후퇴운동이 관절마스트에 의해 수행되고, 마스트 팁의 상승은 일정하게 유지된다.
이를 위해, 상기 제어장치는 원격제어요소의 한 주조정방향에서, 관절 축의 구동유닛이 마스트 팁의 미리 설정된 높이로 관절 마스트의 연장 및 후퇴운동을 수행하는 마스트 베이스의 회전축의 구성유닛과 관계없이 제어가능함에 따라 원격 제어 요소를 통해 제어가능한 구동유닛을 위해 컴퓨터지원 좌표변환기를 포함한다.
다른 주조정방향 또는 주 위치설정 방향에서 관절 축의 구동유닛은 마스트팁의 상승 및 하강운동을 수행하는 회전축의 구동유닛과 관계없이 제어가능하다. 운동시퀀스를 최적화하기 위해 연장 또는 후퇴 과정동안 관절 마스트의 잔여 관절 축의 구동유닛이 경로/회전 특성에 따라 각각 제어할 수 있는 것이 중요하다. 좌표 변환기내의 경로/회전특성이 개별 마스트암에서 작용하는 굽힘 또는 비틀림 모멘트의 영역으로 인해 변형된다는 것이 내부에 포함된다.
관절 마스트내의 운동시퀀스를 탐지하기 위해 관절각을 측정하는 각센서가 마스트암에 장착된다. 개별 각센서는 각각 한 관절 축의 두 마스트 암 사이의 관절각만을 측정한다.상기 형태의 각도 측정은 시스템이 축 영역내에서 비교적 단단하고 각센서가 높은 정밀도의 실제 관절을 제공하기 때문에 신뢰성이 있다. 축 관련 측정 값은 다른 축에서의 측정값과는 관계가 없다.
이에따라, 한편으로는 관절각사이의 비교적 단순한 기계적 관계가 얻어지고 다른 한편으로 단부호스의 순간 위치가 구해진다. 장치의 단부호스가 움직이는 차량섀시를 기준으로 하는 실린더좌표와 관절축 관련 각도좌표사이의 좌표 변형으로 이를 참조한다.
관절 축 관련 각도 측정값은 역시 이들에 작용하는 하중으로 인해 개별 마스트암의 굽힘과는 관계없다. 상기 굽힘은 보완적으로 수학적 고려대상이다. 이를 위해 먼저 특히 콘크리트와 함께 관련된 분배 파이프를 채우는 개별 암 부분의 질량을 결정하여야 한다. 굽힘은 좌표변환에 대해 단순히 수학적 입력이며, 이것은 단점으로 고려된다.
다른 한편으로, 역학적 관점에서, 관절축 관련 각도측정값은 회전 상태에 대한 어떠한 정보 요소를 포함하지 않아서 각도 측정값에 관해 역학적으로 분해될 수 있으므로 유리하다.
비교적 안정된 축 각도는 따라서 예를들어 관련된 제어 실린더내의 역학적 압력 진행인 개별 축내의 스위벨 상태에 대한 보완적인 정보에 따른 에러값의 피드백이 가능하다. 따라서 효과적인 진동댐핑이 가능하다.(DE-A-10046546 참조)
마스트암의 각도가 차량섀시를 기준으로 하는 좌표시스템내에서 관절축기준으로 측정되는 공지기술의 장치는 하기 문제점을 가진다.
a) 축 영역내에 각센서의 부착을 방해하는 많은 요소를 가지는 설계로 인해 관절축 영역내에서 각센서의 조립이 어렵다.
b) 케이블링이 포함된 축 관련 각센서의 중량은 비교적 높은 약 축당 50kg이다.
c) 관절축 관련 각센서와 함께 관절축이 측정되고 이것은 개별 마스트암의 굽힘을 고려하지 않는다. 비틀림 모멘트로 인한 굽힘을 위해 콘크리트로 분배 파이프의 충진 및 비움에 따라 보완적인 기계적 모델이 필요하며 에러가 발생될 수 있다.
본 발명의 목적은 관절 마스트를 제어하기 위한 장치를 개선하기 위한 것으로 특히, 대형 매니퓰레이터를 위해 측정장치(센서), 고정요소 및 케이블링은 더 적은 중량을 가지며 단순한 방법으로 장착가능하고, 제어기술에서 마스트암의 굽힘과 시스템의 동력에 관한 측정 기술로 정보를 탐지 및 사용할 수 있다. 상기 목적을 위해 청구항 제 1 항 및 제 11항에서 제시된 특징을 조합한다. 본 발명의 바람직한 실시예와 다른 개선예가 종속항에서 제안된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따라 측지학적으로 각을 측정하는 각센서가 마스트암에 비탄성적으로 제공된다. 바람직하게는 관절 축과는 관계없이 관련된 개별 마스트암을 위해 지면기준 각도 측정값을 제공한다.
이를 수행하는 차량섀시와 마스트 베이스의 비수평 경사를 좌표 변환시 고려할 수 있도록 마스트베이스 또는 차량섀시와 관련된 지면기준의 각도 측정값을 위해 마스트 베이스 또는 섀시상에 하나이상의 측지학적 각센서를 장착하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 측지학적 각센서는 지구의 중력에 응답하는 경사각 센서이다. 본 발명의 경사각 센서로 결정된 지면기준 각도측정값은, 본 발명의 제어장치에서 다양한 방법으로 평가되거나 이용될 수 있다.
a) 정적으로 개별 관절각이 계산되거나 이로부터 도출될 수 있다. 관절각을 가짐에 따라 섀시에 고정된 실린더 좌표관계가 형성된다. 종래기술의 좌표 변환은 관절각으로부터 공간내의 개별 마스트암의 경사를 결정하고 이로부터 방사상 방향에서 단부호스의 순간위치와 기질위의 높이를 결정한다.
b) 본 발명을 따른 마스트암의 측지학적 각도 측정은, 관절각의 이용없이 직접 단부호스의 실린더 좌표로 변환될 수 있다.
c) a) 및 b) 두 경우에서 정적 변형 효과는 하중 또는 비틀림 모멘트가 이미 측정값내에 포함되기 때문에 유효하다. 심지어 기질 또는 차대내부의 변형이 고려된다.
d) 관절 마스트가 열리거나 접히는 동안 a)에 따른 관절 축내의 각도 위치는 알려져야하며, 마스트암은 진동없이 서로에 대해 움직일 수 있다. 이것은 역시 자체진동 즉, 개별 마스트 암과 이들의 추가 요소사이의 진동을 포함한다.
상기 구성을 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 좌표 변환기가 지면기준 고정 마스트암의 각도 측정값을 관절각으로 변환하기 위한 소프트웨어 루틴을 포함하는 것이 제안된다.
또한, 좌표 변환기는 관절 마스트의 미리 정해진 경로/회전 특성에 따라 섀시 고정 실린더좌표시스템내의 안내 관절각으로 안내 매개변수를 변환하는 소프트웨어 루틴을 포함한다.
마스트암의 경사각 센서를 사용할 때, 선행하는 마스트암의 경사 및 경사의 변화가 이어지는 마스트암의 각도 측정값에 직접 작용한다. 따라서, 제 1 마스트암의 경우 그 경사각내에서 변화하고 이어서 후속 마스트 암의 경사는 상응하는 양에 따라 변화한다. 이것은 정적 상태를 고려할 뿐만 아니라 역학적 경사 변화를 고려한다. 중량 효과와 관성효과는 경사의 변화시 발생되고 개별 마스트암에 역학적으로 분포된다. 좌표 변환동안 경사각도 변화가 측정 암자체에 기인될 수 있는 것인지 선행하는 마스트암에 기인될 수 있는 것인지가 구별되어야 한다.
이것은 다음과 같은 문제를 초래한다.
개별 마스트암에서 각각의 측정된 각도변화를 위해, 마스트암에 관련되는 변화요소가 결정되어야 한다. 이를 위해, 수학적 모델이 필요하며 개별 마스트암내의 측지학적 각도 측정값이 분해된다. 본 발명에 따라, 이를 위한 관절축 기준 각도 좌표로 변환된 신호가 역학적으로 분해된다.
이를 위해, 본 발명에 따라 저 주파수와 고주파수 각도 측정요소로 분해하기 위한 역학적 각도 측정값에 응답하는 소프트웨어 루틴이 제공된다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 관절 축 기준 제어 비교 그룹이 제공되어 조절되거나 목표값과 같은 안내 관절각 및 실제 또는 순간값으로 관절각의 정적 또는 저 주파수 요소에 의해 작용하고 출력측에서 관련된 관절축의 구동유닛을 제어하기 위한 안내 매개변수의 안내값 제어기와 연결된다.
이 경우, 상기 에러값 제어기는 개별 관절각의 고주파수 요소를 결정하기 위한 관절각의 총 고주파수 요소 및 지면기준 각도 측정값에 응답하는 소프트웨어 루틴으로 제공될 수 있다.
상기 역학적 각도 측정값의 분해는 다양한 제어신호가 다른 범주에 할당되고 다른 제어회로에서 평가되도록 한다.
안내값 제어기는 안내 관계 또는 작업자와 에러값 제어기에 의해 입력된 작동에 영향을 주고 진동작용에 영향을 준다. 두 제어그룹은 상기 분해에 의해 순간 값 요소로 작용한다. 안내값 제어기 세트 또는 목표값은 입력 데이터, 예를 들어 조이스틱과 같은 것으로 생성되고 따라서 작업자의 입력으로부터 미리 맞추어진 경로/회전 특성을 고려하여 보완적으로 생성된다. 한편, 세분된 에러 또는 간섭 값은 진동이 0으로 댐핑되도록 제어하기 위해 에러 또는 간섭 값 제어기를 통해 제어된다. 안내 작용은 본 발명에 따라 섀시 또는 베이스 프레임의 설정 경사와 마스트 암의 정적 변형을 보완적으로 포함한다.
제 2 선택적 해결책은 내부에 포함된다. 마스트암에는 각각 하나의 위성 지원 GPS 모듈이 개별 마스트암 관련 지면기준 위치측정값의 결정을 위해 비탄력적으로 제공된다. 좌표변환기는 GPS 모듈의 위치측정값으로 작용될 수 있다.
바람직하게, 마스트베이스와 관련된 GPS 모듈 및 특정 경우 섀시관련 지면 기준 위치 측정값 또는 마스트 베이스의 결정을 위한 한 개이상의 섀시관련 GPS 모듈이 제공된다. 마스트암 관련 지면기준 위치측정값은 좌표변환기의 소프트웨어 루틴에 의해 관절각으로 변환되는 것이 바람직하다. 또한, 좌표 변환기는 관절 마스트의 미리 정해진 경로/회전 특성에 따라 안내값을 섀시 고정된 안내 관절각으로 변환하는 것이 바람직하다.
위치 측정값이 역시 충분한 고주파수를 가지는 역학적 위치 정보를 포함할때, 저주파수 및 고주파수 위치측정값 요소로 분해하기 위한 역학적 위치측정값에 응답하는 소프트웨어 루틴을 제공하는 것이 바람직하다.
이 경우, 순간 값으로 관절각 및 목표값으로 안내 관절각의 정적 또는 저주파수 요소로 작용하는 제어 비교기들이 제공될 때, 관련된 관절축의 구동유닛을 제어하기 위해 관절축기준 안내값 제어기가 출력측에서 연결되는 것이 바람직하다.
안내값 제어기는, 예를 들어 조이스틱에 의해 작업자의 입력 또는 명령을 관절 마스트의 의도하는 후퇴 또는 연장 운동으로 변환하는 것을 보증한다. 진동 댐핑을 위해서는 관절축 기준 에러 진폭 또는 간섭 크기 제어기 그룹이 보완적으로 제공되고, 이는 역학적 각도 측정 값의 관절 축 기준 고주파수 요소와 함께 작용될 수 있으며, 에러값 회로입력을 형성하며 관절 축의 관련된 구동유닛의 신호입력에 연결된다.
에러값 제어기는 관절각의 관절축 기준 고주파수 요소를 결정하기 위해 관절각의 총 고주파 요소와 동력 지면 기준 위치측정값에 응답하는 소프트웨어 루틴에 의해 선행되는 것이 바람직하다.
하기에서 본 발명은 도면에 개략적으로 도시된 실시예를 기초로 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 관련된 관절 마스트를 가진 이동 콘크리트 펌프조립체의 측면도.
도 2는 작업위치에 배열된 관절마스트를 가진 도 1의 이동 콘크리트 펌프조립체를 도시한 도면.
도 3은 관절축 기반 각도 측정값으로 측지학적(지면 기준) 각도 측정값을 변환하는 개략도.
도 4는 관절 마스트의 제어 또는 작동을 위한 장치의 개략도.
* 부호설명
10: 이동 콘크리트 펌프 11: 섀시
12: 두꺼운 물질 펌프 13: 섀시 수직축
15: 콘크리트 분배 마스트 16: 이송 도관
17: 리셉터클 컨테이너 21: 마스트 베이스
22: 관절 마스트 23: 마스트 암
34-38: 구동유닛
이동 콘크리트 펌프조립체(10)는 차량 섀시(11), 예를 들어 두 개의 실린더-피스톤 펌프로서 제공되고 걸쭉한 재료를 위한 펌프(12) 및 콘크리트 이송 도관(16)을 위한 지지체로서 구성되는 분배 마스트(14)를 포함한다.
콘크리트 타설작업동안 리셉터클 컨테이너(17)내부에 연속적으로 유입되는 액상의 콘크리트는, 콘크리트 이송 도관(16)을 통해 차량 섀시(11)의 위치로부터 떨어진 콘트리트 타설위치(18)로 운반된다. 상기 분배 마스트(14)는, 유압 회전드라이브(19)를 통해 섀시수직축(13)주위에서 회전가능한 마스트 베이스(21) 및 마스트베이스(21)위에서 회전가능한 관절 마스트(22)를 포함한다. 상기 관절마스트(22)는 차량섀시(11)와 콘크리트 타설위치(18)사이의 서로 다른 거리와 높이차에 대해 연속적으로 조절될 수 있다.
도시된 실시예에서, 관절마스트(22)는, 서로 관절연결된 5개의 마스트아암(23 내지 27)들로 구성되고, 상기 마스트아암들은 서로 평행하게 형성되고 마스트베이스(21)의 섀시수직축(13)에 대해 수직으로 배열된 관절축(28 내지 32)주위에서 회전할 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이 분배마스트(14)가 다중 폴드 공간(folded room)내부에 포개져 배열되도록, 상기 관절 축(28 내지 32)들에 의해 형성되는 관절연결부의 (도 2에 도시된) 관절각(α1 내지 α5)들 및 서로에 대한 배열이 조정된다.
개별 관절축(28 내지 32)과 연결된 구동유닛(34 내지 38)이 작동하면, 상기 관절마스트(22)는 콘크리트 타설위치(18)와 차량 섀시(11)의 위치사이에서 다양한 거리(r)와 높이(h)로 포개질 수 있다(도 2를 참고)
작업자는 무선 원격 제어장치(50)를 이용하여 상기 관절마스트의 운동을 제어하고, 상기 무선원격제어장치(50)에 의해 단부호스(43)를 가진 마스트팁(33)이 콘크리트가 타설되는 위치로 이동한다. 단부호스(43)는 통상 3m 내지 4m의 길이를 가진다. 상기 단부호스는 가요성을 가지며 상기 마스트팁(33)의 배열위치에서 관절연결된 상태로 매달리기 때문에, 상기 단부호스(43)는 호스조정 작업자에 의해 고정되며 단부호스의 유출단부는 콘크리트 타설위치(18)에 대해 원하는 위치에 배열된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 경사각 센서(44 내지 48)가 (도 3의)개별 마스트암과 관련된 지면기준각(εv)을 결정하기 위해 각각의 마스트암(23 내지 27)위에 강하게 (비탄성적으로) 제공된다. 또 다른 경사각 센서(49)가 마스트 베이스(21)상에 배열되어, 수직에 대한 섀시수직축(13)의 경사 및 기저층에 대한 차량 섀시(11)의 경사가 측정될 수 있다.
상기 경사각 센서(44 내지 48)는, 종래기술의 관절 마스트 제어장치에 제공된 관절축기반 각센서를 교체한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 정지된 상태일 때 관절축기준 관절각(αv)은 경사각 센서(44 내지 48)에 의해 결정되는 마스트암의 지면 기준각(εv)으로부터 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112010050247687-pct00001
αv=εv- αn v > 1일 때 및,
α1=ε1 v = 1일 때
여기서 설정(setup)된 경사각은 0이 된다. 경사각센서(44 내지 49)는 지구에 작용하는 중력에 대해 응답하여 경사각에 관한 신호를 제공하는 것이 선호된다.
마스트암(23 내지 27)상에서 관절축(28 내지 32)의 외부에 상기 경사각 센서가 제공되기 때문에, 경사각 센서의 측정값들은 관절마스트의 굽힘과 역학적 진동에 관한 정보를 포함한다. 또한, 상기 측정값들은, 베이스 프레임 또는 몸체내의 변형과 설정(setup)경사에 대한 추가 정보를 포함할 수 있고, 상기 추가정보는 마스트 베이스(21) 또는 차량섀시에 배열된 경사각 센서(49)를 이용하여 구해진다.
도 4에 도시된 실시예를 참고할 때, 무선원격 제어장치(50)는, 제어신호(62)를 출력하며 3 개의 주요방향들을 따라 전후로 이동하는 제어레버 형태인 적어도 한 개의 원격제어요소(60)를 포함한다. 상기 제어신호(62)는 라디오 경로(64)를 통해 차량에 장착된 라디오 리시버(66)로 전달된다. 상기 라디오 리시버는 출력측에서 예를 들어 캔버스(CAN-Bus) 형태의 버스시스템(68)에 의해 마이크로 제어기 형태의 제어유닛(70)에 연결된다.
상기 제어유닛(70)은 좌표변환기(74,76), 필터루틴(78) 및 정정루틴(80)의 소프트웨어 모듈들을 포함한다. 상기 무선원격 제어장치(50)로부터 수신된 상기 제어신호(62)(φ, r, h) 및 경사각 센서(44 내지 48)로부터 수신된 측정 신호(82)(εv)가 상기 소프트웨어 모듈들에 의해 해석되고 변환되며 작동명령 또는 안내값 제어기(84), 에러값 제어기(86) 및 하류의 신호제공기(88)에 의해 관절축(28 내지 32)들의 구동유닛(34 내지 38)들을 위한 작동신호(Δav)들로 변환된다.
도시된 실시예에서, 원격제어요소(60)의 출력신호는 세 개의 주요 서보 또는 제어방향, 즉 마스트 베이스(21)의 회전축(13)으로부터 마스트팁(33)의 반경 또는 거리(r)를 조정하기 위한 "전진/후퇴 경사"방향, 각도(Φ)만큼 마스트 베이스(21)의 섀시회전축(13)을 제어하기 위한 "좌/우 경사"방향 및 콘크리트 타설위치(18)상에서 마스트팁(33)의 높이(h)를 조정하기 위한 "좌/우 회전"방향으로 해석된다.
각 방향으로 형성되는 원격제어요소(60)의 굽힘은, 도면에 도시되지 않은 해석루틴에 의해 속도신호로 변환되고, 경계값 데이터에 의해 축들의 운동속도와 가속도는 미리 정해진 최대값을 초과하지 않는다.(DE-A-10060077 참조)
미리 설정된 시간 클록펄스(clock pulse)동안 "좌표변환기(74)"로 설명되는 소프트웨어모듈은, 원통 좌표(φ, r, h)들로 해석되고 입력되는 (목표값의) 제어신호들을 섀시회전축(13)과 관절축(28 내지 32)들의 각도 신호(φs,αsv)로 변환한다.
각각의 관절축(28 내지 32)은, 미리 정해진 경로-회전특성에 따라 상기 좌표변환기(74)내의 소프트웨어에 의해 제어되어, 마스트암들은 경로와 시간에 따라 서로에 대해 조화롭게 운동한다. 상기 마스트암들이 가지는 여분의 자유도가 프로그램 전략에 따라 제어되어, 운동시퀀스동안 근접한 마스트암(23 내지 27)들이 자체 충돌할 가능성은 제거된다.
미리 정해진 클록 사이클동안 상기 경사각 센서(44 내지 48)는 순간 지면기준각(εv)을 측정하고 상기 순간 지면기준각을 상기 버스시스템(68)을 통해 좌표변환기(74)로 전달한다. 좌표변환기(76)내에서 상기 순간 지면기준각(εv)은 순간 관절축기준 관절각(αiv)들로 변환된다.
시간에 의존하는 상기 순간 관절축 기준 관절각들은, "필터 루틴(78)"내에서 (준 정적인)관절각의 저주파수요소(αiv N) 및 관절각의 총 고주파수요소(αH)로 분해된다. 상기 저주파수요소(αiv N)는 제어비교기(90)내에서 목표값인 안내관절각(αSv)과 비교되고 구동유닛(34 내지 38)으로 전달되는 값 또는 크기를 제어하기 위해 신호 제공기(88)와 안내값 제어기(84)를 통과한다.
관절각의 총 고주파수요소(αH)는 마스트암의 지면 기준각(εv)을 이용하여 정정루틴(80)내에서 관절축 관련 고주파수요소(αv H)의 에러신호들로 변환되고, 상기 에러신호들은 에러값 회로입력을 감지하여 제어비교기(92) 및 에러값 제어기(86)를 통해 신호제공기(88)로 제공되고, 다음에 0으로 조정된다.
기본적으로, 경사각 센서대신에 위성제어식 GPS 위치센서가 마스트암에 구성될 수 있다. 순간 값으로 측정된 상기 위치값들은 좌표변환기(76)에 의해 관절각들로 변환될 수 있고 동일하게 제어유닛(70)에 의해 지면기준각의 측정값들로서 평가될 수 있다.
본 발명을 요약하면 다음과 같다.
본 발명은 특히 대형 매니퓰레이터 및 콘크리트 펌프를 위한 관절마스트를 작동하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 관절마스트(22)는 수직축주위에서 회전가능한 마스트 베이스(21)에 회전가능하게 연결된다. 상기 관절마스트(22)는, 서로 평행하게 위치한 수평의 관절축(28 내지 32) 주위에서 제한된 범위로 회전가능한 세 개이상의 마스트암(23 내지 27)들을 포함한다. 상기 회전운동은 각 구동유닛(34 내지 38)에 의해 수행되고 상기 마스트베이스(21) 또는 근접한 마스트암(23 내지 27)들에 대해 형성된다.
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본 발명에 따른 장치는 또한, 마스트의 운동을 위해 구동 유닛을 작동시키기 위해 제어유닛을 포함한다. 상기 제어유닛은 좌표변환기(74, 76)를 포함하고, 상기 좌표변환기는, 마스트암(23 내지 27)에 배열된 각센서(44 내지 48)에 의해 결정되는 안내 매개변수의 거리(r)와 측정된 지면 기준각(εr)에 응답한다. 관절축에 관련되고 구동유닛(34 내지 38)을 위한 관절각(Δαv)이 미리 정해진 경로-회전 특성에 따라 좌표변환기(74, 76)에 의해 형성된다.
본 발명의 장치를 더욱 가볍고 제조하기 쉽게 하기 위해, 개별 마스트암(23 내지 27)에 해당하는 지면 기준각(εr)을 결정하는 경사각 센서가 마스트암(23 내지 27)에 단단하게 배열된다.

Claims (20)

  1. 차량섀시(11)의 섀시수직축(13)에 대해 회전가능한 마스트 베이스(21)에 연결된 관절 마스트(22)를 작동시키기 위한 대형 매니퓰레이터로서, 상기 관절마스트는 세 개이상의 마스트암(23 내지 27)들을 포함하고, 상기 마스트암(23 내지 27)들은 각각의 구동유닛(34 내지 38)에 의해 상기 마스트베이스(21) 또는 근접한 마스트암(23 내지 27)에 대해 평행한 수평의 관절축(28 내지 32) 주위에서 제한적으로 회전가능하며, 마스트암(27)의 자유단부가 마스트팁(33)을 가지고, 마스트암들의 운동을 위한 상기 구동유닛(34 내지 38)을 작동시키는 제어유닛(70)을 포함하며, 상기 제어유닛(70)은 좌표변환기(74,76)들을 포함하고, 상기 좌표변환기(74,76)들은 차량섀시를 기준으로 하는 좌표시스템내에서 상기 마스트팁(33) 또는 마스트팁에 위치한 단부호스(43)의 거리(r)와 높이(h)에 응답하고, 미리 정해진 경로/회전특성에 따라 상기 구동유닛(34 내지 38)을 위한 관절축기준 관절각(αv)으로 변환하기 위하여 상기 마스트암(23 내지 27)의 경사각 센서(44 내지 48)들에 의해 결정되는 측정각들에 응답하는 대형 매니퓰레이터에 있어서,
    상기 개별 마스트암(23 내지 27)의 지면 기준각(εv)을 결정하는 경사각 센서(44 내지 48)들이 상기 마스트암(23 내지 27)위에 단단히 배열되고, 상기 경사각 센서(44 내지 48)의 지면 기준각(εv)들에 의해 상기 좌표변환기가 작동되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 마스트 베이스(21)와 관련된 지면 기준각을 측정하기 위하여 상기 마스트 베이스(21)위에 경사각 센서(49)가 추가로 제공되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 차량섀시와 관련된 한 개이상의 지면 기준각을 측정하기 위해 한 개이상의 경사각 센서가 차량섀시(11)에 제공되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 경사각 센서(44 내지 48)는 지구중력에 응답하는 경사각센서인 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 좌표 변환기(76)는 마스트 베이스의 지면 기준각(εv)을 관절축 기준 관절각(αiv)으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 좌표 변환기(76)는, 마스트 베이스의 지면 기준각(εv)을 마스트팁(33) 또는 단부호스(43)의 실린더좌표에 관한 거리(r)와 높이(h)로 변환시키는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 좌표 변환기(74)는, 관절마스트(22)의 미리 설정된 경로/회전 특성에 따라 안내 또는 명령값을 안내 관절각(αsv)으로 변환시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  8. 제 5 항에 있어서, 관절축 기준 관절각을 저 주파수 및 고 주파수 각도 측정값의 요소들로 분리하기 위해 관절축 기준 관절각(αiv)에 응답하는 필터루틴(78)을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  9. 제 8 항에 있어서, 순간 값인 관절축기준 관절각(αiv)의 정적 또는 저주파수 요소(αiv N) 및 목표값인 관절축기준 안내 관절각(αsv)에 의해 작동되는 제어비교기(90)들이 구성되고, 상기 제어비교기들은 출력측에서 관련 관절축(28 내지 32)의 구동유닛(34 내지 38)을 제어하거나 작동시키기 위한 안내값 제어기(84)와 연결되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  10. 제 9 항에 있어서, 관절축기준 관절각의 고주파수 요소(αv H)에 의해 작동되고 에러값 입력회로를 형성하며 관련 구동유닛(34 내지 38)의 신호제공기(88)와 연결되는 에러값 제어기(86)들이 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  11. 제 10 항에 있어서, 관절축기준 관절각(αiv)의 총 고주파수 요소(αH)와 지면 기준각(εv)에 응답하는 정정루틴(80)에 의해 관절각의 고주파수 요소(αv H)가 결정된 후에 상기 고주파수 요소가 상기 에러값 제어기(86)에 입력되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  12. 차량섀시(11)의 섀시수직축(13)에 대해 회전가능한 마스트 베이스(21)에 연결된 관절 마스트(22)를 작동시키기 위한 대형 매니퓰레이터로서, 상기 관절마스트는 세 개이상의 마스트암(23 내지 27)들을 포함하고, 상기 마스트암(23 내지 27)들은 각각의 구동유닛(34 내지 38)에 의해 상기 마스트베이스(21) 또는 근접한 마스트암(23 내지 27)에 대해 평행한 수평의 관절축(28 내지 32) 주위에서 제한적으로 회전가능하며, 마스트암(27)의 자유단부가 마스트팁(33)을 가지고, 마스트암들의 운동을 위한 상기 구동유닛(34 내지 38)을 작동시키는 제어유닛(70)을 포함하며, 상기 제어유닛(70)은 좌표변환기(74,76)들을 포함하고, 상기 좌표변환기(74,76)들은 차량섀시를 기준으로 하는 좌표시스템내에서 상기 마스트팁(33) 또는 마스트팁에 위치한 단부호스(43)에 관한 거리(r)와 높이(h)에 응답하고, 미리 정해진 경로/회전특성에 따라 상기 구동유닛(34 내지 38)을 위한 관절축기준 관절각(αv)으로 변환하기 위하여 상기 마스트암(23 내지 27)의 경사각 센서(44 내지 48)들에 의해 결정되는 측정각들에 응답하는 대형 매니퓰레이터에 있어서,
    개별 마스트암(23 내지 27)의 지면기준 위치 측정값을 결정하기 위해 각각 하나의 GPS 모듈이 각 마스트암에 제공되고, 상기 좌표 변환기가 상기 GPS 모듈의 위치 측정값에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  13. 제 12 항에 있어서, 마스트 베이스(21)와 관련한 지면기준 위치 측정값을 측정하기 위한 GPS 모듈이 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 차량섀시와 관련한 한 개이상의 지면기준 위치측정값을 측정하기 위한 한 개이상의 GPS 모듈이 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 좌표 변환기(74)는 마스트 베이스(21)의 지면기준 위치 측정값을 관절축기준 관절각(αiv)으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 좌표 변환기(74)는 관절마스트(22)의 미리 정해진 경로/회전특성에 따라 마스트팁 또는 단부호스의 거리(r)와 높이(h)를 안내 관절각(αsv)으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 위치 측정값에 응답하고 위치측정값을 저 주파수 및 고주파수 위치측정값 요소로 분해하는 필터루틴(78)을 포함하는 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  18. 제 17 항에 있어서, 순간 값인 관절축 기준 관절각(αiv)의 정적 또는 저주파수 요소(αiv N) 및 목표값인 관절축기준 안내 관절각(αsv)에 의해 작동되는 제어비교기(90)들이 구성되고, 상기 제어비교기들은 출력측에서 관련 관절축(28 내지 32)의 구동유닛(34 내지 38)을 작동시키기 위한 안내값 제어기(84)와 연결되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  19. 제 18 항에 있어서, 관절축기준 관절각의 고주파수 요소(αv H)에 의해 작동되고 에러값 입력회로를 형성하며 관련 구동유닛(34 내지 38)의 신호제공기(88)와 연결되는 에러값 제어기(86)들이 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
  20. 제 19 항에 있어서, 관절축기준 관절각(αiv)의 총고주파수 요소(αH)와 지면 기준 위치측정값에 응답하는 정정루틴(80)에 의해 관절각의 고주파수 요소(αv H)가 결정된 후에 상기 고주파수 요소가 상기 에러값 제어기(86)에 입력되는 것을 특징으로 하는 대형 매니퓰레이터.
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