WO1997045357A1 - Verfahren und anordnung zur vermeidung vom lastschwingungen bei einem drehbewegungen ausführenden hängelastbewegungsgerät - Google Patents

Verfahren und anordnung zur vermeidung vom lastschwingungen bei einem drehbewegungen ausführenden hängelastbewegungsgerät Download PDF

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WO1997045357A1
WO1997045357A1 PCT/DE1997/001033 DE9701033W WO9745357A1 WO 1997045357 A1 WO1997045357 A1 WO 1997045357A1 DE 9701033 W DE9701033 W DE 9701033W WO 9745357 A1 WO9745357 A1 WO 9745357A1
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movement
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suspended
suspended load
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PCT/DE1997/001033
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Inventor
Uwe Wienkop
Christof Meier
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Classifications

    • 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
    • B66C13/063—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads electrical

Definitions

  • the invention relates to load movement devices which carry the load on a rope so that a pendulum movement is possible.
  • load movement devices which carry the load on a rope so that a pendulum movement is possible.
  • these are construction cranes with a horizontally rigid crane boom and a trolley, as well as construction cranes which have a vertically pivotable boom on which the load is movably guided.
  • the object on which the invention is based is therefore to specify an arrangement and a method by means of which pendulum vibrations of loads which are transported by suspended load movement devices which generate a rotational movement component can be avoided.
  • Another object of the invention is to provide a method and an arrangement with which a targeted control of the path of the load on such a suspended load movement device is possible.
  • a particular advantage of the method according to the invention is that the crane operator does not have to have direct visual contact with the moving load.
  • a further advantage of the method according to the invention is that the operator does not have to operate separate works of the suspended load movement device, but that it only starts from a starting point
  • this path is advantageously traversed by overlaying the respective translational and rotary motion components by suitable control of the drives in such a way that a straight path is created for the load and thus optimal and known damping methods for pendulums which are moved linearly are used can be.
  • This method is also particularly advantageously suitable for the three-dimensional entry of a start and end point, in that a side view of the work area of the suspended load movement device is advantageously used in order to display or enter the height dimension of the end point. In this way it is achieved that only two representations of the working area are necessary, which can be displayed, for example, on two separate screens or two separate windows of a computer.
  • the movement in the third dimension is also advantageously combined with the movements in the other two dimensions in such a way that a linear path is described by the suspended load.
  • a three-dimensional coordinate system is advantageously used to control the suspended load movement device and the path of the suspended load, in which the planned path is entered in the form of a target vector, which can then be processed advantageously by a multi-axis control system known from industrial applications for robots.
  • an arrangement according to the invention for avoiding load vibrations in a suspended load movement device carrying out rotary movements has suitable means in order to be able to carry out the individual features of the method according to the invention separately.
  • a camera is particularly suitable for displaying a top view and a side view.
  • a touchscreen, a computer mouse, a joystick or similar input devices are particularly suitable for entering a target point on one of the representations.
  • means are particularly advantageously provided which break down the movement into its rotational and into its translation component. Since the position of the crane and the position of the crane boom to be swiveled are known, the angle between the starting point and the destination point can be determined very easily.
  • the position of a trolley can also be determined in this way be that the difference between the position of the trolley at the starting point and the position of the trolley on the crane boom at the destination is determined.
  • the already known and currently used options for operating such a suspended load transport device are advantageously included in the calculation according to the invention when planning the path.
  • means are advantageously provided in the arrangement according to the invention which coordinate the movement according to the invention in a suitable manner so that a straight path of the suspended load to be moved is created.
  • a multi-axis control can also be provided particularly advantageously, which is known from the area of application for industrial robots, in which a target vector is entered as the path and this automatically determines the required speed components for the individual motion components.
  • Known means for damping linear pendulum movements are also advantageously used in this arrangement, since there is no development effort for new methods.
  • means are particularly advantageously provided which provide a three-dimensional representation of the working area, ie. H. thus the work space in which this load handling device is operated.
  • a three-dimensional representation by screens known from CAD application is possible with the aid of LCD shutter-controlled 3-D glasses which overlay the images of the work space from two cameras from different positions.
  • less expensive representations in the form of a top view and a side view are also possible, which can be displayed, for example, in two windows of a computer or on two separate screens.
  • the movement trajectory ie the planned course of the path, is particularly advantageous in this spatial representation Shown load so that an operator can determine whether, for example, the load collides with any obstacles while driving off the track.
  • Known means for the three-dimensional input of coordinates are preferably used for the input of the target vector.
  • these are from the CAD area 3D joysticks, light pens, trackballs or the like.
  • means are particularly advantageously provided which automatically exclude a collision of the hanging load with existing obstacles on the path trajectory.
  • Figure 1 shows an example of a suspended load movement device in
  • FIG. 2 illustrates the known method for moving a load with the help of such a device.
  • FIG. 3 illustrates the method according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a lifting load movement device, here in the form of a lifting crane K.
  • This lifting crane K has a hoist HW and a jib AL, along which a trolley LK can move.
  • a suspension load SL is attached to this trolley LK by means of a lifting rope of rope length L.
  • the lifting crane K for example, a work area AB is provided.
  • loading cranes which, for example, do not have a rigid crane boom AL, but a vertically pivotable boom, as is indicated here by the angle PHI, which can be changed in such devices.
  • door cranes with a pivoting jib are also suitable for the use of the invention.
  • an operator moves the load SL over the working area AB, this is done, for example, by turning the crane K with the aid of a certain angular speed and by lifting or lowering the load SL at a specific speed of the rope or moving the barrel ⁇ cat LK, whereby, for example, the variable parameters relevant to the movement trajectories for hanging load movement of the hanging load movement device are given.
  • the rotational movement can cause undesirable and poorly damped pendulum vibrations of the suspended load.
  • a distance measuring sensor SEN should preferably point directly downwards. Further sensors could also be attached at a slight angle. Because of their preferred attachment to the trolley, these sensors are moved along with all movements of the crane. For example, sensors based on radar, ultrasound or light or infrared light and other measuring devices known and suitable from the prior art for distance measurement are conceivable. In addition, it is preferably assumed, for example, that current values about the jib height, the angle of rotation of the crane, the position of the trolley and the length of the extended rope are known.
  • this suspension load SL threatens to collide with an obstacle on its way, then, for example, a spatial distance requirement can be monitored in the form of a distance to this load, and if this distance is undershot, a warning signal is given, or one or more of the variable Parameters of the suspended load movement device can be changed.
  • the individual axes or movements of the crane i.e. Hoist, slewing gear and trolley are individually controlled by the crane operator. This results in a variety of movement options, such as linear movements (only trolley chassis involved), rotary movements (only swivel mechanism involved) as well as many possibilities of superimposition if several plants are operated at the same time without the load being leveled out.
  • FIG. 2 shows a plan view of a suspended load to be moved, here for example with a rotating crane K.
  • the starting point S and the destination point Z of the load are specified.
  • this starting point and this target point represent the position of a trolley at the outfeed AL of the slewing crane.
  • the load can be attached to this trolley with the aid of an arbitrarily long rope.
  • To transfer the load to a target To guide point Z an operator will first turn the crane along an arrow 15, the jib AL being pivoted in the direction of the arrow 15. The operator will then, for example, translate the trolley to the target point Z, which is represented by an arrow 16.
  • Common crane controls do not provide any possibilities to coordinate these movements, ie the rotation movement and the translation movement, in a coordinated manner.
  • FIG. 3 shows the example from FIG. 2, in which the method according to the invention is applied to the path of the load.
  • the method according to the invention takes advantage of the fact that when a start and destination point is entered, or a destination point when the starting point is known, the hanging load is automatically described as the destination vector.
  • This target vector is designated by 20 in FIG.
  • a computer is provided which, in a suitable manner, superimposes the rotational movement and the translational movement from FIG.
  • a direction vector or the target point for example by Cartesian target description, all axes of the crane, i.e. Swivel, trolley and hoist controlled simultaneously so that there is a linear movement in the direction of the target.
  • the crane operator should be given an effective user interface for this method so that he can specify the direction in which the crane is to move or the destination of the journey. This can be done using the following input techniques: l. (3D) joystick or similar
  • the crane operator can immediately indicate the direction in which the crane hook should move.
  • this direction vector is converted into the corresponding speeds of the swivel and trolley trolleys, with which the motors of the factories are then controlled simultaneously.
  • this operating mode can be increased in terms of its performance, since the crane operator can then immediately check whether he has taken the correct direction . This avoids directional corrections.

Abstract

Mit der Erfindung wird eine Anordnung und ein Verfahren beschrieben, welche Rotations- und Translationsbewegungen einer Hängelast in eine lineare Bewegung überführen, so daß Pendeldämpfungsmaßnahmen für linear bewegte Pendel ausreichen, um das Auftreten von Pendelschwingungen zu vermeiden. Dies hat den Vorteil, daß bereits optimale Verfahren für solche Dämpfungsmaßnahmen bekannt sind. Weiterhin können bekannte Mehrachsensteuerungen aus Industrieanwendungen zur Steuerung des Hängelastbewegungsgerätes eingesetzt werden. Es werden ebenfalls Mittel angegeben, mit welchen eine Darstellung des Arbeitsraumes und eine geeignete Eingabe der Zielkoordinate der Hängelast möglich ist.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Vermeidung von Lastschwingungen bei einem Drehbewegungen ausführenden Hängelastbewegungsgerat
Die Erfindung bezieht sich auf Lastbewegungsgeräte, welche die Last an einem Seil mitführen, so daß eine Pendelbewegung möglich ist. Insbesondere sind dies Baukrane mit einem waag¬ recht starren Kranausleger und einer Laufkatze, sowie Baukra- ne, welche einen vertikal verschwenkbaren Ausleger aufweisen, an welchem die Last bewegbar geführt wird.
Im Gegensatz zu weiten Bereichen der industriellen Fertigung, welche heute schon zu einem hohen Grad automatisiert sind, gibt es im Bereich des Verladens von Lasten und der Bewegung von Lasten z. B. auf Baustellen oder auf Contamerverladesta- tionen noch nicht diesen hohen Automatisierungsgrad. Speziel¬ le Probleme treten auf, wenn die Lasten durch den Aufbau des Lastbewegungsgerätes mittels einer Rotation verschwenkt wer- den müssen, da Rotationsbewegungen Pendelbewegungen der Last erzeugen können, welche durch Dämpfungsmethoden nur schwer bekämpfbar sind. Für den Fall, daß der Arbeitsbereich dieses Hangelastbewegungsgerätes aber durch viele Hindernisse ver¬ stellt ist und ein gezieltes Positionieren und Bewegen der Last erforderlich ist, müssen solche Pendelschwingungen auf jeden Fall zuverlässig vermieden werden können. Bislang wer¬ den die einzelnen Achsen bzw. Werke eines beispielsweise Krans, d.h. das Hubwerk, das Schwenkwerk und das Katzfahr¬ werk, von einem Kranführer einzeln gesteuert Hieraus ergeben sich eine Vielzahl von Bewegungsmoglichkeiten, wie z. B. li¬ neare Bewegungen, an welchen nur das Katzfahrwerk beteiligt ist, rotatorische Bewegungen, an welchen nur das Schwenkwerk beteiligt ist, sowie eine beliebige Möglichkeit von Kombina¬ tionen dieser Bewegungen, an welchen diese Werke zu unter- schiedlichen Zeiten bedient werden. Falls die bewegte Hänge¬ last dabei nicht ausgependelt ist können sehr komplizierte Pendelschwingungen in mehreren Richtungen auftreten. Wahrend für lineare Bewegungen effektive Pendeldampfungsverfahren be¬ reits bekannt sind, wie sich dies aus „D. R. Strip: Swmg- free transport of suspended objects: a general treatment, IEEEE Trans. Robot. Autom. , vol.5, no.2 p.234-6, April 1989" ergibt, gibt es für den rotatoπschen und den allgemeinen Fall praktisch keine guten Lösungen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Anordnung und ein Verfahren anzugeben, mit wel- chem Pendelschwingungen von Lasten, welche von Hängelastbewe- gungsgeraten transportiert werden, die einen rotatorischen Bewegungsanteil erzeugen, vermieden werden können. Eine wei¬ tere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit welchem eine gezielte Steuerung des Bahnverlaufs der Last an einem solchen Hängelastbewe- gungsgerat möglich ist .
Die Aufgabe wird für das Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst und für die Anordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 5 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein besonderer Vorteil des erfmdungsgemaßen Verfahrens be¬ steht darin, daß der Kranführer keinen direkten Sichtkontakt zur bewegten Last haben muß. Ein weiterer Vorteil des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Bedienperson nicht separate Werke des Hängelastbewegungsgerates bedienen muß, sondern daß lediglich von einem Startpunkt ausgehend ein
Zielpunkt eingegeben werden muß. Vorteilhaft wird erfindungs- gemaß diese Bahn abgefahren, indem durch geeignete Steuerung der Antriebe die jeweiligen translatorischen und rotatori¬ schen Bewegungsanteile so überlagert werden, daß für die Last eine gerade Bahn entsteht und somit optimale und bekannte Dämpfungsverfahren für Pendel, welche linear bewegt werden, eingesetzt werden können. Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren auch für die drei¬ dimensionale Eingabe eines Start- und Zielpunktes geeignet, indem vorteilhaft eine Seitenansicht des Arbeitsbereiches des Hängelastbewegungsgerätes verwendet wird, um die Hohendimen- sion des Zielpunktes anzuzeigen oder einzugeben. Auf diese Weise wird erreicht, daß lediglich zwei Darstellungen des Ar¬ beitsbereiches notwendig sind, welche beispielsweise auf zwei separaten Bildschirmen, oder zwei separaten Fenstern eines Computers dargestellt werden können. Vorteilhaft wird für diesen Fall auch die Bewegung in der dritten Dimension, mit den Bewegungen der anderen beiden Dimensionen so kombiniert, daß eine lineare Bahn durch die Hangelast beschrieben wird.
Vorteilhaft wird zur Steuerung des Hängelastbewegungsgerätes und des Bahnverlaufes der Hangelast ein dreidimensionales Ko¬ ordinatensystem verwendet, in welches die geplante Bahn in Form eines Zielvektors eingetragen wird, welcher dann vor¬ teilhaft durch ein aus Industrieanwendungen für Roboter be- kanntes Mehrachsensteuerungssystem verarbeitet werden kann.
Besonders vorteilhaft weist eine erfindungsgemäße Anordnung zur Vermeidung von Lastschwingungen bei einem Drehbewegungen ausführenden Hängelastbewegungsgerat, geeignete Mittel auf, um die einzelnen Merkmale des erfmdungsgemaßen Verfahrens separat ausführen zu können. Zur Darstellung einer Draufsicht und einer Seitenansicht ist beispielsweise eine Kamera beson¬ ders geeignet . Zur Eingabe eines Zielpunktes auf einer der Darstellungen sind beispielsweise ein Touchscreen, eine Com- putermaus, ein Joystick oder ähnliche Eingabegeräte besonders geeignet. Besonders vorteilhaft sind bei der erfmdungsgema¬ ßen Anordnung Mittel vorgesehen, welche die Bewegung in ihre Dreh- und in ihre Translationskomponente zerlegen. Da die Po¬ sition des Krans bekannt ist und die Position des zu ver- schwenkenden Kranauslegers, kann der Winkel zwischen Start- und Zielpunkt sehr einfach bestimmt werden. Weiterhin kann die Position beispielsweise einer Laufkatze dadurch ermittelt werden, daß die Differenz, zwischen der Position der Laufkat¬ ze am Startpunkt und der Position der Laufkatze am Kranausle¬ ger am Zielpunkt, bestimmt wird. Damit werden vorteilhaft die bereits bekannten und derzeit verwendeten Möglichkeiten zur Bedienung eines solchen Hängelasttransportgerätes in die er¬ findungsgemäße Berechnung bei der Bahnplanung mit einbezogen. Weiterhin sind bei der erfindungsgemäßen Anordnung vorteil¬ haft Mittel vorgesehen, welche die Bewegung erfindungsgemäß auf geeignete Weise koordinieren, damit eine gerade Bahn der zu bewegenden Hangelast entsteht. Besonders vorteilhaft kann bei dieser Anordnung auch eine Mehrachsensteuerung vorgesehen sein, welche aus dem Bereich der Anwendung für Industrierobo¬ ter bekannt ist, bei welcher ein Zielvektor als Bahnverlauf eingegeben wird und diese selbsttätig die benötigten Ge- schwindigkeitsanteile für die einzelnen Bewegungskomponenten ermittelt . Vorteilhaft werden bei dieser Anordnung auch be¬ kannte Mittel zur Dämpfung von linearen Pendelbewegungen ein¬ gesetzt, da dabei kein Entwicklungsaufwand für neue Methoden betrieben werden muß.
Besonders vorteilhaft sind bei der erfmdungsgemaßen Anord¬ nung zur Erleichterung der Eingabe des Zielpunktes Mittel vorgesehen, welche eine dreidimensionale Darstellung des Ar¬ beitsbereiches, d. h. also des Arbeitsraumes, in welchem die- se Hangelasttransportvorrichtung betrieben wird, ermöglichen. Beispielsweise ist eine dreidimensionale Darstellung durch aus der CAD-Anwendung bekannte Bildschirme mit Hilfe von LCD- verschlußgesteuerten 3-D-Brιllen möglich, welche die Bilder des Artbeitsraumes von zwei Kameras aus unterschiedlichen Po- sitionen überlagern. Es sind aber auch kostengünstigere Dar¬ stellungen m Form von einer Drauf- und einer Seitenansicht möglich, welche beispielsweise in zwei Fenstern eines Compu¬ ters oder auf zwei separaten Bildschirmen angezeigt werden können.
Besonders vorteilhaft wird in dieser räumlichen Darstellung die Bewegungstrajektorie, d. h. der geplante Bahnverlauf der Hangelast dargestellt, damit eine Bedienperson feststellen kann, ob beispielsweise während des Abfahrens der Bahn die Last mit irgendwelchen Hindernissen kollidiert.
Vorzugsweise werden zur Eingabe des Zielvektors bekannte Mit¬ tel für die dreidimensionale Eingabe von Koordinaten einge¬ setzt. Beispielsweise sind dies aus dem CAD-Bereich 3D- Joysticks, Lichtgriffel, Trackballs oder ähnliche.
Besonders vorteilhaft sind bei der erfindungsgemäßen Anord¬ nung Mittel vorgesehen, welche eine Kollision der Hängelast mit vorhandenen Hindernissen auf der Bahntrajektorie automa¬ tisch ausschließen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren weiter er¬ läutert . Figur 1 zeigt em Beispiel eines Hängelastbewegungsgerätes in
Form eines Drehkrans . Figur 2 verdeutlicht die bekannte Methode zur Bewegung einer Hangelast mit Hilfe eines solchen Gerätes.
Figur 3 verdeutlicht die erfmdungsgemaße Methode.
In Figur 1 ist schematisiert, em Hangelastbewegungsgerät, hier in Form einen Hebekrans K dargestellt. Dieser Hebekran K besitzt em Hubwerk HW und einen Ausleger AL, an welchem sich eine Laufkatze LK entlangbewegen kann. An dieser Laufkatze LK ist eine Hangelast SL mittels eines Hubseils der Seillange L angebracht. Für dieses Hangelastbewegungsgerät, den Hebekran K ist beispielsweise em Arbeitsbereich AB vorgesehen. Durch Verdrehen des Krans, im Bereich des Offnungswmkels des Ar¬ beitsbereiches Omega OM und Bewegen der Laufkatze entlang dem Ausleger AL ist es möglich die Hängelast SL überall im Ar¬ beitsbereich des Krans K zu positionieren. Dem Fachmann ist klar, daß mit Hilfe unterschiedlicher Einzugsgeschwmdigkei- ten und Drehgeschwindigkeiten des Krans, sowie unterschiedli¬ cher Fahrgeschwindigkeiten der Laufkatze beliebige Bewe- O 97/45357 PC17DE97/01033
gungstrajektonen der Hangelast über dem Arbeitsbereich AB erzielt werden können.
Es ist hervorzuheben, daß die Anwendung der Erfindung nicht lediglich auf solche Hebekräne K beschränkt werden soll.
Durchaus denkbar für einen praktikablen Einsatz der Erfindung sind auch Verladekräne, welche beispielsweise nicht einen starren Kranausleger AL aufweisen, sondern einen vertikal verschwenkbaren Ausleger, wie dies hier durch den Winkel PHI angedeutet ist, welcher bei solchen Geraten geändert werden kann. Weiterhin sind auch Torkrane mit schwenkbarem Ausleger¬ für den Einsatz der Erfindung geeignet.
Falls nun em Bediener, die Last SL über den Arbeitsbereich AB bewegt, so geschieht dies beispielsweise durch Verdrehen des Krans K mit Hilfe einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit und durch Anheben oder Absenken der Last SL mit einer be¬ stimmten Geschwindigkeit des Seiles, bzw. Bewegung der Lauf¬ katze LK, wodurch beispielsweise die für die Bewegungstra- jektone relevanten variablen Kenngrößen zur Hängelastbewe¬ gung des Hängelastbewegungsgerätes gegeben sind. Hierbei kö- nen durch die Rotationsbewegung unerwünschte und schlecht be¬ dämpfbare Pendelschwingungen der Hangelast auftreten.
Zur Gewinnung eines Höhenprofils bei einem Kran sollte vor¬ zugsweise em Entfernungsmeßsensor SEN direkt nach unten zei¬ gen. Weitere Sensoren könnten auch leicht abgewinkelt ange¬ bracht sein. Diese Sensoren werden durch ihre bevorzugte An¬ bringung an der Laufkatze bei allen Bewegungen des Krans mit- bewegt. Denkbar sind dabei beispielsweise Sensoren auf Basis von Radar, Ultraschall oder Licht, bzw. Infrarotlicht und weitere aus dem Stand der Technik für Entfernungsmessung be¬ kannte und geeignet erscheinende Meßeinrichtungen. Darüber hinaus wird beispielsweise bevorzugt davon ausgegangen, daß jeweils aktuelle Werte über die Auslegerhöhe, den Drehwinkel des Krans, die Position der Katze und die Länge des ausgefah¬ renen Seils bekannt sind. Aus der Kenntnis von Auslegerhöhe, Drehwinkel, Katzenposition und damit auch Sensorposition (en) auf der Katze, der Sensorausrichtung und den gemessenen Sen¬ sordaten kann eindeutig auf die Höhe eines Punkts der Bau¬ stelle geschlossen werden. Durch die normalen Bewegungen des Krans beim Transportieren von Lasten wird so beispielsweise- mit der Zeit em vollständiges Höhenprofil der Baustelle ge¬ wonnen und auch ständig aktualisiert.
Falls nun diese Hangelast SL droht mit einem Hindernis auf ihrem Weg zu kollidieren, so kann beispielsweise eine räumli- ehe Abstandsbedmgung in Form einer Entfernung zu dieser Last überwacht werden, und falls diese Entfernung unterschritten wird em Warnsignal abgegeben werden, oder einer oder mehrere der variablen Parameter des Hängelastbewegungsgerätes geän¬ dert werden. Bei Kranen werden bislang die einzelnen Achsen bzw. Werke des Krans, d.h. Hubwerk, Schwenkwerk und Katzfahrwerk vom Kran¬ führer einzeln gesteuert. Hieraus ergeben sich eine Vielzahl von Bewegungsmöglichkeiten, wie z.B. lineare Bewegungen (nur Katzfahrwerk beteiligt), rotatorische Bewegungen (nur Schwenkwerk beteiligt) sowie viele Möglichkeiten der Überla¬ gerung, wenn mehrere Werke gleichzeitig bedient werden, ohne daß die Last ausgependelt war. Wahrend für lineare Bewegungen effektive Pendeldämpfungsverfahren bekannt sind, gibt es für den rotatorischen und den allgemeinen Fall praktisch keine guten Losungen. Der unten beschriebene Ansatz hingegen ver¬ sucht unter Nutzung von konventionellen Pendeldampfungsver- fahren und aus der Robotik bekannten Mehrachsensteuerungsver- fahren zu vermeiden, daß es zu rotatorischen Bewegungen kommt .
Figur 2 zeigt eine Draufsicht einer zu bewegenden Hangelast, hier beispielsweise mit einem Drehkran K. Es ist der Start¬ punkt S und der Zielpunkt Z der Last angegeben. Beispielswei¬ se stellt dieser Startpunkt und dieser Zielpunkt die Position einer Laufkatze am Auslager AL des Drehkrans dar. An dieser Laufkatze kann beispielsweise die Last mit Hilfe eines belie¬ big langen Seiles angehängt sein. Um die Last an einen Ziel- punkt Z zu führen, wird eine Bedienperson zunächst eine Ver¬ drehung des Krans entlang eines Pfeiles 15 ausführen, wobei der Ausleger AL in Pfeilrichtung 15 verschwenkt wird. An¬ schließend wird die Bedienperson beispielsweise eine Transla- tion der Laufkatze zum Zielpunkt Z vornehmen, welche durch einen Pfeil 16 dargestellt ist. Gängige Kransteuerungen sehen keine Möglichkeiten vor, diese Bewegungen, d. h. die Rotati¬ onsbewegung und die Translationsbewegung koordiniert zu über¬ lagern. Es besteht jedoch die Möglichkeit, daß schrittweise zur Annäherung an den Zielpunkt von der Bedienperson einmal eine Translation und dann wieder eine Rotationsbewegung aus¬ geführt wird, um beispielsweise einen Zick-Zack-Kurs durch auf der Baustelle, oder auf einer Verladestation für Lastgü- ter vorhandene Hindernisse zu durchfahren. Diese in Figur 2 dargestellte gängige Methode hat den Nachteil, daß die Bewe¬ gung des Hängelastbewegungsgerätes einen Rotationsanteil auf¬ weist und daß dieser Rotationsanteil Pendelbewegungen er¬ zeugt, welche mit Hilfe gängiger Methoden nicht geeignet ge¬ dämpft werden können. Dies bedeutet einen Zeitverlust bei der Bewegung der Last durch eine Art Hindernisparcours, welchen Hindernisse im Arbeitsbereich des Gerätes bilden können, da Zwischenstopps ausgeführt werden müssen, wenn die Last zu stark schwingt und gewartet werden muß, bis das Pendel ausge¬ schwungen ist .
Wenn man die Bewegung der Last eines Krans etwas genauer be¬ trachtet, so stellt man fest, daß der Kranführer neben dem Hubwerk in den meisten Fällen zum Anfahren einer Zielposition das Schwenkwerk und das Katzfahrwerk einsetzen muß. Dies wird er zum Teil simultan und zum Teil nacheinander einsetzen.
Hieraus ergeben sich daher Bewegungen wie m Figur 2 darge¬ stellt. Hierbei kann der erste Teil der Fahrt bei Einsatz des Schwenkwerks nur schlecht in seiner Pendeltendenz kontrol¬ liert, der zweite Teil unter Einsatz des Katzfahrwerks hinge- gen gut kontrolliert werden Figur 3 zeigt das Beispiel aus Figur 2, m welchem auf die Bahn der Last das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird. Dabei macht sich das erfindungsgemaße Verfahren zunutze, daß bei Eingabe eines Start- und Zielpunktes, bzw. eines Ziel- punktes wenn der Startpunkt bekannt ist automatisch em Ziel¬ vektor der Hängelast beschrieben wird. Dieser Zielvektor ist in Figur 3 mit 20 bezeichnet. In der Kransteuerung beispiels¬ weise ist em Rechner vorgesehen, der auf geeignete Weise die Rotationsbewegung und die Translationsbewegung aus Figur 2, dort mit 15 und 16 bezeichnet, so überlagert, daß der gerade Bahnvektor 20 entsteht, welcher den Startpunkt S und den Zielpunkt Z direkt verbindet. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Last eine gerade Bahn verfolgt und daß bekannte Me¬ thoden zur Pendeldampfung von gerade bewegten Pendeln emge- setzt werden können. Vorzugsweise kann zur Ermittlung dieser Lastbahn eine Mehrachsensteuerung eingesetzt werden, welche kartesische Koordinaten verarbeitet. Hierzu ist der Arbeits¬ bereich bzw. der Arbeitsraurn des Hängelastbewegungsgerätes in Form von dreidimensionalen kartesischen Koordinaten zu be- schreiben. Es sind jedoch auch durchaus Steuerungen geeignet, welche aus Industrieanwendungen für Roboter bekannt sind und welche Polarkoordinaten verarbeiten, da diese Polarkoordma- ten einer Kombination aus Translation- und Rotationsbewegung mehr entsprechen.
Vorzugsweise werden durch Eingabe eines Richtungsvektors oder des Zielpunkts beispielsweise durch kartesische Zielbeschrei- bung alle Achsen des Krans, d.h. Schwenk- , Katz- und Hebewerk simultan so gesteuert, daß sich eine lineare Bewegung m Richtung des Ziels ergibt.
Aus Figur 3 sind unmittelbar einige Vorteile des erfmdungs- gemaßen Verfahrens erkennbar:
1.Durch die lineare Bewegung in Richtung des Zielpunkts ist es möglich, die gut funktionierenden Pendeldampfungsverfah- ren für lineare Bewegungen auch für Bewegungen zu nutzen, die sonst durch rotatorische Bewegungen gestört wurden. 2.Darüber hinaus ist auch zu erkennen, daß mit diesem Verfah¬ ren eine Steigerung der Krangeschwindigkeit erreicht wird, da die beiden Einzelbewegungen der Werke simultan durchge¬ führt werden. 3.
Aus Figur 3 ist aber auch ersichtlich, daß dem Kranführer für dieses Verfahren eine effektive Bedienschnittstelle gegeben werden sollte, damit er die Richtung, in der sich der Kran bewegen soll, oder den Zielpunkt der Fahrt vorgeben kann. Dies kann durch folgende Eingabetechniken geschehen: l. (3D-) Joystick oä .
Mit einem Joystick kann der Kranführer unmittelbar die Richtung angeben, in die sich der Kranhaken bewegen soll. Mit der Mehrachsensteuerung wird dieser Richtungsvektor in entsprechende Geschwindigkeiten von Schwenk- und Katzfahr- werk umgesetzt, mit der die Motoren der Werke dann simultan angesteuert werden. Mit einem 3D-Joystick kann sogar em dreidimensionaler Richtungsvektor angegeben werden, so daß alle drei Werke entsprechend simultan angesteuert werden. Durch Verwendung eines Bildschirms, auf dem em Bild der
Baustelle, überlagert mit der aktuellen Kranposition und der Anzeige des gerade mit dem Joystick eingestellten Rich¬ tungsvektor, dargestellt wird, kann diese Bedienart noch m ihrer Leistungsfähigkeit erhöht werden, da der Kranführer dann unmittelbar überprüfen kann, ob er die richtige Rich¬ tung eingeschlagen hat . Hierdurch werden Richtungskorrektu¬ ren vermieden. 2.Zielpunkteingabe mittels Lichtgriffel, Stift, Trackball, oä. Bei dieser Eingabetechnik kann dem Kranführer auf einem
Bildschirm em Bild der Baustelle angezeigt werden. Hier hat er dann nur noch den Punkt mit einem der oben genannten Eingabegeräte zu markieren und ggf . die Hohe des Kranhakens über diesem Punkt anzugeben. Aus der Kenntnis der aktuellen und der eingegebenen Zielposition kann nun leicht der Rich¬ tungsvektor ermittelt werden, auf dem sich der Kran bewegen soll. Für eine effektive Unterstützung dieser 2. Bedienart ist eine automatische Bahnplanung mit Hindernisvermeidung nö¬ tig, da eine effektive Trajektorienplanung Hindernisse be¬ rücksichtigt. Eine mögliche Gesamtbahn ergibt sich dann aus anemandergesetzten Trajektoriensegmenten, die jeweils li¬ near sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vermeidung von Lastschwingungen bei einem Drehbewegungen ausführenden Hangelastbewegungsgerät, mit fol- genden Merkmalen: a) es wird mindestens eine Draufsicht des Arbeitsbereiches (AB) des Hängelastbewegungsgerätes verwendet, in welcher der Startpunkt (S) der Hängelast (SL) bekannt ist; b) es wird mindestens in der Draufsicht ein Zielpunkt (Z) für die Hangelast (SL) festgelegt; c) die Bewegung der Hängelast vom Startpunkt zum Zielpunkt wird gemäß den Bewegungsmöglichkeiten des Hängelastbewe¬ gungsgerätes unter Verwendung der Draufsicht und des Start- und Zielpunktes (S, Z) , mindestens in eine transla- torische (16) und eine rotatorische Bewegung (15) zerlegt; d) die translatorische Bewegung und die rotatorische Bewegung werden simultan ausgeführt, wobei die jeweiligen Bewe¬ gungsgeschwindigkeiten so koordiniert werden, daß der Auf- hängepunkt der Hängelast eine im Wesentlichen lineare Bahn (20) beschreibt; e) zur Dämpfung von Pendelschwingungen werden bekannte Metho¬ den zur Dämpfung eines linear bewegten Pendels verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine Seiten- ansieht verwendet wird und darauf eine Eingabe der Höhe des Zielpunktes (Z) erfolgt, wobei unter Verwendung der Seitenansicht eine Hubbewegungskomponente der Hangelast bestimmt wird und die Hubbewegung in Verbindung mit der Dreh- und Translationsbewegung so koordiniert wird, daß der Aufhängepunkt der Hangelast eine im Wesentlichen li¬ neare Bahn beschreibt.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Arbeitsraum des Hängelastbewegungsgerätes in einem mindestens dreidimensionalen Koordinatensystem dargestellt wird und der Zielpunkt ausgehend vom Startpunkt (S) durch einen Zielvektor (20) in diesem Koordinatensystem be- schrieben wird, wobei dieser Zielvektor (20) durch eine Mehrachsensteuerung verarbeitet wird, welche die Geschwin¬ digkeitsanteile für die jeweiligen Bewegungskomponenten (15, 16) ermittelt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das dreidimensionale Koordinatensystem der Ansicht des Arbeitsraumes überlagert wird und der eingegebene Zielvektor in dieser Darstellung angezeigt wird, damit der reale Bahnverlauf im Arbeitsraum betrachtet und/oder geändert werden kann.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem mit Hilfe eines Entfenungsmeßsensors (SEN) mindestens die Entfernung der Hangelast (SL) zu einem Hindernis ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem eine Kollision der Han¬ gelast (SL) mit einem Hindernis unterbunden wird, indem deren Bewegung beeinflußt wird.
7. Anordnung zur Vermeidung von Lastschwingungen bei einem Drehbewegungen ausführenden Hangelastbewegungsgerät, mit fol¬ genden Merkmalen: a) es sind Mittel (SEN) zur Aufnahme und/oder Darstellung mindestens einer Draufsicht des Arbeitsbereiches des Hän¬ gelastbewegungsgerätes (K) vorgesehen; b) es sind mindestens Mittel zur Eingabe eines Start- und Zielpunktes (S, Z) der Hängelast (SL) in bezug auf die Draufsicht vorgesehen,- c) es sind mindestens Mittel zur Zerlegung der Bewegungstra- jektorie (20) der Hängelast (SL) gemäß den Bewegungsmög¬ lichkeiten des Hängelastbewegungsgerätes (K) unter Verwen¬ dung der Draufsicht und des Start- und Zielpunktes (S, Z) , mindestens in eine translatorische (16) und eine rotatori- sehe Bewegung (15) vorgesehen,- d) es sind mindestens Mittel zur Steuerung der Bewegung (HW, LK) der Hängelast (SL) vorgesehen, welche die translatori- sehe Bewegung (16) und die rotatorische Bewegung (15) si¬ multan ausführen, wobei die jeweiligen Bewegungsgeschwin¬ digkeiten so koordiniert werden, daß der Aufhängepunkt der Hangelast eine im Wesentlichen lineare Bahn beschreibt,- e) es sind mindestens Mittel zur Bedämpfung von Schwingungen eines linear bewegten Pendels vorgesehen.
8. Anordnung nach Anspruch 7, mit folgenden Merkmalen: a) es sind Mittel zur dreidimensionalen Darstellung des Ar- beitsbereiches des Hängelastbewegungsgerätes vorgesehen; b) es sind mindestens Mittel zur dreidimensionalen Eingabe eines Start- und Zielpunktes (S, Z) der Hangelast (SL) m bezug auf den Arbeitsraum vorgesehen.
9. Anordnung nach Anspruch 8, bei der die Mittel zur dreidi¬ mensionalen Darstellung des Arbeitsbereiches m Form einer Anzeige für die Draufsicht und einer Anzeige für minde¬ stens eine Seitenansicht ausgestaltet sind.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der die Mittel zur dreidimensionalen Darstellung der Bewegungstra- jeκtorιe vorgesehen sind.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die Mittel zur dreidimensionalen Eingabe des Start- und Ziel¬ punktes als Joystick und/oder Lichtgriffel und /oder Trackball ausgestaltet sind.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei der Mit- tel zum Erfassen (SEN) und Ausweichen (HW,LK) von Hinder¬ nissen auf dem Weg der Hängelast vorgesehen sind.
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