WO2002025036A1 - Grossmanipulator mit schwingungsdämpfer - Google Patents

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Kurt Rau
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Definitions

  • the invention relates to a large manipulator, in particular for concrete pumps, with a mast bracket arranged on a frame, preferably rotatable about a vertical axis of rotation, with an articulated mast composed of at least three mast arms, preferably designed as a concrete placing boom, which mast arms oppose each other in pairs around horizontal articulated axes that are parallel to one another the adjacent mast bracket or mast arm can be pivoted to a limited extent by means of one drive unit each, with a preferably remote-controllable control device for the mast movement with the aid of actuators assigned to the individual drive units, and with means for damping mechanical vibrations in the articulated mast.
  • the construction of the articulated mast of a large manipulator of this type is an elastic, oscillatory system that can be excited to vibrate naturally.
  • a resonant excitation of such vibrations can lead to the mast tip vibrating with amplitudes of one meter and more.
  • Vibration excitation is possible, for example, due to the pulsating operation of a concrete pump and the resulting periodic acceleration and deceleration of the concrete column pushed through the delivery line. As a result, the concrete can no longer be distributed evenly and the worker who runs the end hose is endangered.
  • a position control loop has been proposed in a known concrete pump with an articulated mast (DE-A 195 03 895) which stabilizes the level of the mast tip with respect to a fixed horizontal reference plane within a predefinable range of variation.
  • a sensor device is provided, via the output signals of which a coordinate actuator for compensatory deflection of the mast tip or the end hose can be controlled. It has been shown that these measures are quite complex and do not always lead to the desired result.
  • the arm movement sensor system required for the control only responds when the movement has already been carried out, ie when it is already too late. It is therefore not possible to achieve a sufficient control quality.
  • the object of the invention is to take precautions and procedural measures, with which optimal mast damping is possible with simple means.
  • the solution according to the invention is based on the idea that a time-dependent measured variable derived from the mechanical vibration of the mast arm in question is determined on at least one of the drive units or on the associated mast arm, processed in an evaluation unit to form a dynamic damping signal, and connected to an actuator which controls the associated drive unit.
  • the time-dependent pressure difference between the bottom and rod side of the hydraulic cylinder is determined as a measured variable and processed in the evaluation unit to form the dynamic damping signal.
  • the dynamic portion of the time-dependent pressure difference above a defined cutoff frequency is expediently filtered out and phase-shifted and / or amplified for the formation of the damping signal.
  • the border quenz is preferably set in the range of 0.2 to 10 Hz according to the mechanical natural frequency of the mast arm in question. In any case, the cut-off frequency of the high-pass filter should be selected somewhat lower than the natural frequency of the mast arm in question.
  • the mast damping without position control can lead to an undesirable drift of the mast tip
  • At least one of the drive units or mast arms has at least one sensor for determining a time-dependent measurement variable derived from the mechanical vibrations of the mast arm in question, as well as a downstream output sensor connected to the associated actuator Evaluation unit for generating a damping signal is assigned.
  • each drive unit has a double-acting hydraulic cylinder, with the hydraulic cylinders being pressurized with pressure oil via a proportional changeover valve forming the associated actuator.
  • at least one of the hydraulic cylinders is arranged at the rod and bottom ends of the hydraulic cylinders, which are connected to the evaluation unit via a comparator or differential element.
  • the evaluation unit advantageously comprises a high-pass filter, which can be designed digitally or analog.
  • the cut-off frequencies of the high-pass filters belonging to each mast arm are advantageously separated according to the natural frequencies of the respective mast arms adjustable. Typical cut-off frequencies of the high-pass filters are 0.2 to 10 Hz.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the high-pass filter is formed by a low-pass filter, the input of which is connected to its output via a differential element. To avoid overshoots, each high-pass filter forms an aperiodic transition function. Furthermore, each high-pass filter is advantageously followed by an evaluation and safety circuit or routine, which can additionally be acted upon on the input side by the output signals of the two pressure sensors of the assigned hydraulic cylinders.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the control device has a microcontroller with a coordinate transmitter for controlling the actuators, which can be supplied with driving data for the mast movement on the input side via a BUS system and a remote control device, and that each actuator is additionally assigned a transmitter which forms the damping unit , which can be acted upon on the input side with the measured variables belonging to the mast arm in question and is connected on the output side to the actuator.
  • the articulated mast is controlled by the pump driver on the basis of the driving data specified via the remote control device, while the mast damping takes place automatically during the movement process and in the working position of the articulated mast.
  • the damping units are coupled into the control circuits of the individual drive units.
  • the individual transformers are expediently designed as second-order high-pass filters, the transition function of which has an aperiodic behavior. This ensures that no additional disturbances are impressed on the system via the filter and its transformer.
  • a special feature of the damping device according to the invention is therefore that an independent damping unit is assigned to each mast arm.
  • Suitable pressure sensors are, for example, membrane sensors or piezo sensors, to which a measuring transducer with an analog-digital converter is assigned when a microcontroller is present. It is important that the pressure sensors have sufficient dynamics.
  • an arrangement for drift compensation of the articulated mast is provided according to an alternative or advantageous embodiment of the invention, which has at least one inclination or distance sensor arranged on one of the mast arms, a setpoint memory and one on the input side with the setpoint memory and with the Output of the inclination or distance sensor connected comparator for controlling at least one of the actuators.
  • the inclination or distance sensor is advantageously arranged on the end arm of the articulated mast, while the setpoint value memory can be loaded with the digital output signal of the inclination or distance sensor via a control routine.
  • the control routine ensures that the current inclination value or ground clearance of the end arm is stored in the setpoint memory when a working position of the articulated mast is reached.
  • Fig. 1 is a side view of a truck-mounted concrete pump with a folded mast
  • FIG. 2 shows the truck-mounted concrete pump according to FIG. 1 with an articulated mast in the working position
  • FIG. 3 shows a diagram of a control device for mast movement and damping
  • Fig. 4 is a schematic with a flow chart of the software transmitter contained in the microcontroller for mast damping.
  • the truck-mounted concrete pump 10 comprises a transport vehicle 11, e.g. B. designed as a two-cylinder piston pump pulsating thick matter pump 12 and a rotatable about a vehicle-mounted vertical axis 13 boom 14 as a support for a concrete delivery line 16. Via the delivery line 16, liquid concrete, which is continuously introduced into a feed container 12 during concreting, to one of the Location of the vehicle 11 promoted remote pouring 18.
  • the placing boom 14 consists of a mast bracket 21 which can be rotated about the vertical axis 13 by means of a hydraulic rotary drive 19 and an articulated mast 22 which can be pivoted thereon and which can be continuously adjusted to a variable range and height difference between the vehicle 11 and the concreting site 18.
  • the articulated mast 22 consists of five articulated mast arms 23 to 27 which can be pivoted about axes 28 to 32 running parallel to one another and at right angles to the vertical axis 13 of the mast bracket 21.
  • the articulation angles ⁇ to ⁇ 5 (FIG.
  • the mast leader controls z. B. by means of a radio remote control 50 the mast movements through which the mast tip 33 with the end hose 43 is guided over the area to be concreted.
  • the end hose 43 has one typical length of 3 to 4 m and because of its articulated suspension in the area of the mast tip 33 and because of its inherent flexibility with its outlet end, a hose man can hold it in the favorable position relative to the concreting point 18.
  • the remote control 50 contains a plurality of control elements 60, which are designed as control levers and can be adjusted forwards and backwards in two mutually perpendicular adjustment directions by emitting control signals.
  • the control signals are transmitted via a radio link 61 to the vehicle-mounted radio receiver 62, which is connected on the output side to the microcontroller 52 via a bus system 63, for example a CAN bus.
  • the microcontroller 52 contains, inter alia, a computer-aided coordinate transmitter 64 in which the driving data transmitted by the radio receiver 62 are converted into coordinate signals for the drive units 19, 34 to 38 of the six axes 13, 28 to 32.
  • the size of the deflection of the operating elements 60 can be converted into speed-determining signals.
  • the actuation of the drive units 34 to 38 takes place via the actuators 68 to 76 designed as proportional changeover valves, which are connected with their output lines 78, 80 on the bottom and rod side to the drive units 34 to 38 designed as double-acting hydraulic cylinders.
  • the drive unit 19 for the mast bracket 21 is designed as a hydraulic rotary drive which is controlled via the actuator 66.
  • the individual drive units 19, 34 to 36 can also be operated directly via the control elements 60 and the associated ones Actuators 66 to 76 are controlled.
  • the articulated mast 22, together with the transport vehicle 11, represents an oscillatory system which, in operation, operates from the pulsating tendency thick matter pump 12 can be excited to forced vibrations.
  • the vibrations can lead to deflections of the mast tip 33 and the end hose 43 hanging thereon, with amplitudes of one meter and frequencies between 0.5 and a few Hz.
  • the microcontroller 52 additionally contains a number of software-supported damping units 82 which are connected to the pilot control input of one of the actuators 68 to 76, respectively.
  • the damping units 82 are acted upon by a time-dependent measurement variable derived from the mechanical vibrations of the respective mast arm 23 to 27.
  • the measurement signal ⁇ p (t) is fed to a digital high-pass filter 90, 92 in a predetermined time cycle.
  • the high-pass filter is formed by a digital low-pass filter 90 with a downstream comparator 92, to the latter of which the input signal of the low-pass filter 90 is also applied.
  • the corner frequency of the high-pass filter 90, 92 is set separately for each mast arm 23 to 27 and selected to be somewhat lower than its mechanical natural frequency.
  • the damping units 82 additionally contain an evaluation and safety algorithm 93 arranged downstream of the digital high-pass filter 90, 92 for setting the degree of amplification required for vibration damping.
  • the safety algorithm also monitors the movement limit values of the mast arm, for example via a stop control.
  • the absolute pressure values p s and p b measured by the bottom and rod-side pressure sensors 84, 86 can also be evaluated. Since the axial positions of the articulated axes are uncontrolled, it cannot be ruled out that due to structural tolerances, the articulated mast 22 will drift. This is particularly the case in the working position of the articulated mast during the pumping activity. The drift can be monitored and compensated. As can be seen from FIGS. 2 and 4, for this purpose a solid angle sensor 94 or a distance sensor, for example in the form of an inclination sensor, and a setpoint memory 96 are provided on the last mast arm 27.
  • the current angular position or the ground clearance of the mast tip 33 can be stored in the setpoint memory 96 in every working position, that is to say at the end of each driving operation.
  • a drift can be recognized in the further course of time and compensated for by actuating at least one of the actuators 68 to 76, for example via the coordinate transmitter 64.
  • the invention relates to a large manipulator, in particular of concrete pumps.
  • the large manipulator has an articulated mast 22 composed of at least three mast arms 23 to 27, preferably designed as a concrete placing mast, the mast arms of which can be pivoted to a limited extent about respective horizontal, mutually parallel articulation axes 28 to 32 by means of a drive unit 34 to 38.
  • a control device 50, 62, 52 for the mast movement with the aid of actuators assigned to the individual drive units and means for damping mechanical vibrations in the articulated mast are provided.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Großmanipulator insbesondere von Betonpumpen. Der Großmanipulator weist einen aus mindestens drei Mastarmen (23 bis 27) zusammengesetzten, vorzugsweise als Betonverteilermast ausgebildeten Knickmast (22) auf, dessen Mastarme um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen (28 bis 32) mittels je eines Antriebsaggregats (34 bis 38) begrenzt verschwenkbar sind. Weiter sind eine Steuereinrichtung (50, 62, 52) für die Mastbewegung mit Hilfe von den einzelnen Antriebsaggregaten zugeordneten Stellgliedern sowie Mittel zur Dämpfung von mechanischen Schwingungen im Knickmast vorgesehen.

Description

Großmanipulator mit Schwingungsdämpfer
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Großmanipulator, insbesondere für Betonpumpen, mit einem auf einem Gestell angeordneten, vorzugsweise um eine vertikale Drehachse drehbaren Mastbock, mit einem aus mindestens drei Mastarmen zusammengesetzten, vorzugsweise als Betonverteilermast ausgebildeten Knickmast, welche Mastarme um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen paarweise gegenüber dem benachbarten Mastbock oder Mastarm mittels je eines Antriebsaggregats begrenzt verschwenkbar sind, mit einer vorzugsweise fernbedienbaren Steuereinrichtung für die Mastbewegung mit Hilfe von den einzelnen Antriebsaggregaten zugeordneten Stellgliedern, und mit Mitteln zur Dämpfung von mechanischen Schwin- gungen im Knickmast.
Der Knickmast eines Großmanipulators dieser Art ist seiner Konstruktion nach ein elastisch schwingungsfähiges System, das zu Eigenschwingungen anregbar ist. Eine resonante Anregung solcher Schwingungen kann dazu führen, daß die Mastspitze mit Amplituden von einem Meter und mehr schwingt. Eine Schwingungsanregung ist zum Beispiel durch den pulsierenden Betrieb einer Betonpumpe und durch die hieraus resultierende periodische Beschleunigung und Verzögerung der durch die Förderleitung gedrängten Betonsäule möglich. Dies hat zur Folge, daß der Beton nicht mehr gleichmäßig verteilt werden kann und der Arbeiter, der den Endschlauch führt, gefährdet wird. Um dies zu vermeiden, wurde bei einer bekannten Betonpumpe mit Knickmast (DE-A 195 03 895) die Verwendung eines Lageregelkreises vorgeschlagen, der innerhalb eines vorgebbaren Variationsbereichs das Niveau der Mastspitze bezüglich einer ortsfesten horizontalen Bezugsebene stabilisiert. Hierzu ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, über deren Ausgangssignale ein Koordinatenstellantrieb zur kompensatori- schen Auslenkung der Mastspitze oder des Endschlauchs ansteuerbar ist. Es hat sich gezeigt, daß diese Maßnahmen recht aufwendig sind und nicht immer zu dem gewünschten Ergebnis führen. Die für die Regelung erforderliche Armbewegungssensorik spricht erst an, wenn die Bewegung bereits ausgeführt wird, wenn es also schon zu spät ist. Es läßt sich damit also keine ausreichende Regelgüte erzielen.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Vorkehrungen und Verfahrensmaßnahmen zu treffen, womit mit einfachen Mitteln eine op- timale Mastbedämpfung möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen 1 und 15 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, daß an mindestens einem der Antriebsaggregate oder am zugehörigen Mastarm eine von der mechanischen Schwingung des betreffenden Mastarms abgeleitete zeitabhängige Meßgröße bestimmt, in einer Auswerteeinheit unter Bildung eines dynamischen Dämpfungssignals aufgearbeitet und einem das zugehörige Antriebsaggregat ansteuernden Stellglied aufgeschaltet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei der das An- triebsaggregat als doppeltwirkender Hydrozylinder ausgebildet ist, wird als Meßgröße die zeitabhängige Druckdifferenz zwischen Boden- und Stangenseite des Hydrozylinders bestimmt und in der Auswerteeinheit zur Bildung des dynamischen Dämpfungssignals aufbereitet. Bei der Signalaufbereitung wird zweckmäßig der dynamische Anteil der zeitabhängigen Druckdifferenz oberhalb einer definierten Grenzfrequenz herausgefiltert und für die Bildung des Dämpfungssignals phasenverschoben und/oder verstärkt. Die Grenzfre- quenz wird nach Maßgabe der mechanischen Eigenfrequenz des betreffenden Mastarms vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 10 Hz eingestellt. Jedenfalls sollte die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters etwas niedriger als die Eigenfrequenz des betreffenden Mastarms gewählt werden. Da die Mast- dämpfung ohne Positionsregelung zu einer unerwünschten Drift der Mastspitze führen kann, wird gemäß einer vorteilhaften oder alternativen Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß bei einem in eine definierte Arbeitsposition ausgefahrenen Knickmast die Neigung oder der Bodenabstand des Endarms in vorgegebenen Zeitabständen gemessen und mit einem zu- vor abgespeicherten Sollwert verglichen wird, und daß beim Auftreten einer Drift der Knickmast durch Ansteuerung mindestens eines der Stellglieder nachgeführt wird.
Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß mindestens einem der Antriebsaggregate oder Mastarme mindestens ein Sensor zur Bestimmung einer von den mechanischen Schwingungen des betreffenden Mastarms abgeleiteten zeitabhängigen Meßgröße sowie eine dem mindestens einen Sensor nachgeordnete, aus- gangsseitig an das zugehörige Stellglied angeschlossene Auswerteeinheit zur Erzeugung eines Dämpfungssignals zugeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist jedes Antriebsaggregat einen doppeltwirkenden Hydrozylinder auf, wobei die Hydrozylinder über je ein das zugehörige Stellglied bildendes Proportionalwechselventil mit Drucköl beaufschlagbar sind. In diesem Falle ist gemäß der Erfindung am Stangen- und bodenseitigen Ende mindestens eines der Hydrozylinder je ein Druckaufnehmer angeordnet, die über ein Vergleicher- oder Differenzglied mit der Auswerteeinheit verbunden sind. Vorteilhafterweise umfaßt die Auswerteeinheit einen Hochpaßfilter, der digital oder analog ausgebildet sein kann. Vorteilhafterweise sind die Grenzfrequenzen der zu jedem Mastarm gehörenden Hochpaßfilter getrennt nach Maßgabe der Eigenfrequenzen der jeweiligen Mastarme einstellbar. Typische Grenzfrequenzen der Hochpaßfilter betragen 0,2 bis 10 Hz.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Hochpaßfil- ter durch einen Tiefpaßfilter gebildet ist, dessen Eingang über ein Differenzglied auf dessen Ausgang aufgeschaltet ist. Um Überschwingungen zu vermeiden, bildet jeder Hochpaßfilter eine aperiodische Übergangsfunktion. Weiter ist jedem Hochpaßfilter vorteilhafterweise eine Bewertungs- und Sicherheitsschaltung oder -routine nachgeordnet, die eingangsseitig zusätzlich mit den Ausgangssignalen der beiden Druckaufnehmer der zugeordneten Hydrozylinder beaufschlagt werden können.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Steuereinrichtung einen Mikrocontroller mit Koordinatengeber zur Ansteuerung der Stellglieder aufweist, der eingabeseitig über ein BUS-System und eine Fernsteuereinrichtung mit Fahrdaten für die Mastbewegung beaufschlagbar ist, daß jedem Stellglied zusätzlich ein die Dämpfungseinheit bildender Übertrager zugeordnet ist, der eingabeseitig mit den zum betreffenden Mastarm gehörenden Meßgrößen beaufschlagbar und ausgangsseitig mit dem Stellglied verbunden ist. Mit diesen Vorkehrungen wird der Knickmast aufgrund der über die Fernsteuereinrichtung vorgegebenen Fahrdaten durch den Pumpenfahrer gesteuert, während die Mastbedämpfung während des Bewegungsvorgangs und in der Arbeitsstellung des Knickmasts automatisch erfolgt. Die Dämpfungseinheiten sind dabei in die Steuerkreise der einzelnen Antriebsaggregate eingekoppelt. Die einzelnen Übertrager sind zweckmäßig als Hochpaßfilter zweiter Ordnung ausgebildet, deren Übergangsfunktion ein aperiodisches Verhalten aufweist. Damit wird gewährleistet, daß über den Filter und dessen Übertrager keine zusätzlichen Störungen dem System aufgeprägt werden. Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Dämpfungs- einrichtung besteht somit darin, daß jedem Mastarm eine unabhängige Dämpfungseinheit zugeordnet ist. Als Drucksensoren kommen beispielsweise Membransensoren oder Piezo- sensoren in Betracht, denen bei Vorhandensein eines MikroControllers ein Meßumwandler mit einem Analog-Digitalwandler zugeordnet ist. Wichtig ist, daß die Drucksensoren eine ausreichende Dynamik aufweisen.
Für den Fall, daß eine Positionsregelung fehlt, ist gemäß einer alternativen oder vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Anordnung zur Driftkompensation des Knickmasts vorgesehen, die mindestens einen an einem der Mastarme angeordneten Neigungs- oder Abstandssensor, einen Sollwertspeicher sowie eine eingangsseitig mit dem Sollwertspeicher und mit dem Ausgang des Neigungs- oder Abstandssensors verbundenen Vergleicher zur Ansteuerung mindestens eines der Stellglieder aufweist. Der Neigungs- oder Abstandssensor ist vorteilhafterweise am Endarm des Knick- masts angeordnet, während der Sollwertspeicher über eine Steuerroutine mit dem digitalen Ausgangssignal des Neigungs- oder Abstandssensors beaufschlagbar ist. Die Steuerroutine sorgt dafür, daß der momentane Neigungswert oder Bodenabstand des Endarms bei Erreichen einer Arbeitsposition des Knickmasts im Sollwertspeicher abgespeichert wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Autobetonpumpe mit zusammengelegtem Knickmast;
Fig. 2 die Autobetonpumpe nach Fig. 1 mit Knickmast in Arbeitsstellung;
Fig. 3 ein Schema einer Steuereinrichtung für die Mastbewegung und -bedämpfung; Fig. 4 ein Schema mit Flußdiagramm des im Mikrocontroller enthaltenen Softwareübertragers für die Mastbedämpfung.
Die Autobetonpumpe 10 umfaßt ein Transportfahrzeug 11 , eine z. B. als Zweizylinder-Kolbenpumpe ausgebildete pulsierende Dickstoffpumpe 12 sowie einen um eine fahrzeugfeste Hochachse 13 drehbaren Verteilermast 14 als Träger für eine Betonförderleitung 16. Über die Förderleitung 16 wird Flüssigbeton, der in einen Aufgabebehälter 12 während des Betonierens fortlaufend eingebracht wird, zu einer von dem Standort des Fahrzeugs 11 entfernt angeordneten Betonierstelle 18 gefördert.
Der Verteilermast 14 besteht aus einem mittels eines hydraulischen Drehantriebs 19 um die Hochachse 13 drehbaren Mastbock 21 und einem an diesem schwenkbaren Knickmast 22, der auf variable Reichweite und Höhen- differenz zwischen dem Fahrzeug 11 und der Betonierstelle 18 kontinuierlich einstellbar ist. Der Knickmast 22 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus fünf gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen 23 bis 27, die um parallel zueinander und rechtwinklig zur Hochachse 13 des Mastbocks 21 verlaufende Achsen 28 bis 32 schwenkbar sind. Die Knickwinkel ε, bis ε5 (Fig. 2) der durch die Gelenkachsen 28 bis 32 gebildeten Knickgelenke und deren Anordnung zueinander sind so aufeinander abgestimmt, daß der Verteilermast 14 mit der aus Fig. 1 ersichtlichen, einer mehrfachen Faltung entsprechenden raumsparenden Transportkonfiguration auf dem Fahrzeug 1 ablegbar ist. Durch programmgesteuerte Aktivierung von Antriebsaggre- gaten 34 bis 38, die den Gelenkachsen 28 bis 32 einzeln zugeordnet sind, ist der Knickmast 22 in unterschiedlichen Distanzen und/oder Höhendifferenzen zwischen der Betonierstelle 18 und dem Fahrzeugstandort entfaltbar (Fig. 2).
Der Mastführer steuert z. B. mittels einer Funk-Fernbedienung 50 die Mast- bewegungen, durch die die Mastspitze 33 mit dem Endschlauch 43 über den zu betonierenden Bereich hinweggeführt wird. Der Endschlauch 43 hat eine typische Länge von 3 bis 4 m und kann wegen seiner gelenkigen Aufhängung im Bereich des Mastspitze 33 und aufgrund seiner Eigenflexibilität mit seinem Austrittsende von einem Schlauchmann in der günstigen Position zur Betonierstelle 18 gehalten werden.
Die Fernbedienung 50 enthält mehrere, als Steuerhebel ausgebildete Bedienorgane 60, die jeweils in zwei zueinander senkrechten Verstellrichtungen vor- und rückwärts unter Abgabe von Steuersignalen verstellt werden können. Die Steuersignale werden über eine Funkstrecke 61 zum fahrzeug- festen Funkempfänger 62 übertragen, der ausgangsseitig über ein beispielsweise als CAN-Bus ausgebildetes Bussystem 63 an den Mikrocontrol- ler 52 angeschlossen ist. Der Mikrocontroller 52 enthält u.a. einen rechnergestützten Koordinatengeber 64, in welchem die vom Funkempfänger 62 übertragenen Fahrdaten in Koordinatensignale für die Antriebsaggregate 19, 34 bis 38 der sechs Achsen 13, 28 bis 32 umgesetzt werden. Zusätzlich kann die Größe der Auslenkung der Bedienorgane 60 in geschwindigkeitsbestimmende Signale umgesetzt werden. Die Betätigung der Antriebsaggregate 34 bis 38 erfolgt über die als Proportionalwechselventile ausgebildeten Stellglieder 68 bis 76, die mit ihren Ausgangsleitungen 78, 80 bodenseitig und stangenseitig an die als doppeltwirkende Hydrozylinder ausgebildeten Antriebsaggregate 34 bis 38 angeschlossen sind. Das Antriebsaggregat 19 für den Mastbock 21 ist als hydraulischer Drehantrieb ausgebildet, der über das Stellglied 66 angesteuert wird. Neben der Ansteuerung über den Koordinatengeber 64, der die ankommenden Fahrdaten beispielsweise als Zylin- derkoordinaten interpretiert und entsprechend umsetzt (vgl. DE-A 43 06 127), können die einzelnen Antriebsaggregate 19, 34 bis 36 auch direkt über die Bedienorgane 60 und die zugehörigen Stellglieder 66 bis 76 angesteuert werden.
Der Knickmast 22 stellt zusammen mit dem Transportfahrzeug 11 ein schwingungsfähiges System dar, das im Betrieb von der pulsierend arbei- tenden Dickstoffpumpe 12 zu erzwungenen Schwingungen anregbar ist. Die Schwingungen können zu Auslenkungen der Mastspitze 33 und des an dieser hängenden Endschlauchs 43 führen, mit Amplituden um einen Meter und Frequenzen zwischen 0,5 und einigen Hz.
Um ein resonantes Aufschaukeln des Knickmasts 22 zu vermeiden, enthält der Mikrocontroller 52 zusätzlich eine Anzahl softwaregestützter Dämpfungseinheiten 82, die mit dem Vorsteuereingang jeweils eines der Stellglieder 68 bis 76 verbunden sind. Eingangsseitig sind die Dämpfungseinheiten 82 mit einer von den mechanischen Schwingungen des jeweiligen Mastarms 23 bis 27 abgeleiteten zeitabhängigen Meßgröße beaufschlagt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck am bodenseitigen und stangenseitigen Ende eines jeden als Hydrozylinder ausgebildeten Antriebsaggregats 34 bis 38 je ein Drucksensor 84, 86 angeordnet, deren Ausgänge ps und pb mit einem Vergleicher 88 verbunden sind, in welchem ein der Druckdifferenz Δp (t) = ps - pb entsprechendes zeitabhängiges Meßsignal erzeugt wird. Das Meßsignal Δp (t) wird in einem vorgegebenen Zeittakt einem digitalen Hochpaßfilter 90, 92 zugeleitet. Der Hochpaßfilter ist bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen digitalen Tiefpaßfilter 90 mit nachgeordnetem Vergleicher 92 gebildet, auf welch letzteren zusätzlich das Eingangssignal des Tiefpaßfilters 90 aufgeschaltet ist. Die Eckfrequenz des Hochpaßfilters 90, 92 wird für jeden Mastarm 23 bis 27 getrennt eingestellt und etwas niedriger als dessen mechanische Eigenfrequenz gewählt. Die Dämpfungseinheiten 82 enthalten zusätzlich einen dem digitalen Hoch- paßfilter 90, 92 nachgeordneten Bewertungs- und Sicherheitsaigorithmύs 93 zur Einstellung des für die Schwingungsdämpfung notwendigen Verstärkungsgrads. Weiter werden durch den Sicherheitsalgorithmus auch die Bewegungsgrenzwerte des Mastarms beispielsweise über eine Anschlagskontrolle überwacht. Dazu können auch die von den boden- und stangenseitigen Drucksensoren 84, 86 gemessenen absoluten Druckwerte ps und pb ausgewertet werden. Da die Achslagen der Knickachsen ungeregelt sind, ist nicht auszuschließen, daß aufgrund von Bautoleranzen eine Driftbewegung des Knickmasts 22 erfolgt. Dies ist insbesondere in der Arbeitsstellung des Knickmasts während der Pumptätigkeit der Fall. Die Drift kann überwacht und kompensiert werden. Wie aus Fig. 2 und 4 zu ersehen ist, ist zu diesem Zweck am letzten Mastarm 27 ein beispielsweise als Neigungssensor ausgebildeter Raumwinkelsensor 94 oder ein Abstandssensor sowie ein Sollwertspeicher 96 vorgesehen. Damit kann in jeder Arbeitsstellung, also am Schluß eines jeden Fahrvorgangs, die augenblickliche Winkellage oder der Bodenabstand der Mastspitze 33 im Sollwertspeicher 96 abgespeichert werden. Durch Vergleich eines Istwerts mit dem abgespeicherten Sollwert kann im weiteren Zeitverlauf eine Drift erkannt und durch Ansteuerung mindestens eines der Stellglieder 68 bis 76 z.B. über den Koordinatengeber 64 kompensiert wer- den.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf einen Großmanipulator insbesondere von Betonpumpen. Der Großmanipulator weist einen aus mindestens drei Mastarmen 23 bis 27 zusammenge- setzten, vorzugsweise als Betonverteilermast ausgebildeten Knickmast 22 auf, dessen Mastarme um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen 28 bis 32 mittels je eines Antriebsaggregats 34 bis 38 begrenzt verschwenkbar sind. Weiter sind eine Steuereinrichtung 50, 62, 52 für die Mastbewegung mit Hilfe von den einzelnen Antriebsaggregaten zugeordneten Stellgliedern sowie Mittel zur Dämpfung von mechanischen Schwingungen im Knickmast vorgesehen. Um mit einfachen Mitteln eine wirkungsvolle Mastbedämpfung zu erzielen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß vorzugsweise an jedem Antriebsaggregat 34 bis 38 oder am zugehörigen Mastarm 23 bis 27 eine von der mechanischen Schwingung des betreffen- den Mastarms abgeleitete zeitabhängige Meßgröße bestimmt, in einer Auswerteeinheit 82 unter Bildung eines dynamischen Dämpfungssignals aufge- arbeitet und einem das betreffende Antriebsaggregat ansteuernden Stellglied 68 bis 76 aufgeschaltet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Großmanipulator, insbesondere für Betonpumpen, mit einem auf einem Gestell (11) angeordneten, vorzugsweise um eine vertikale Drehachse (13) drehbaren Mastbock (21), mit einem aus mindestens drei Mastarmen (23 bis 27) zusammengesetzten, vorzugsweise als Betonverteilermast ausgebildeten Knickmast (22), welche Mastarme (23 bis 27) um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen (28 bis 32) paarweise gegenüber dem benachbarten Mastbock (21) oder Mastarm (28 bis 26) mittels je eines Antriebsaggregats (34 bis 38) begrenzt verschwenkbar sind, mit einer vorzugsweise fernbedienbaren Steuereinrichtung (50, 62, 52) für die Mastbewegung mit Hilfe von den einzelnen Antriebsaggregaten (34 bis 38) zugeordneten Stellgliedern (68 bis 76), und mit Mitteln (82, 84, 86) zur Dämpfung von mechanischen Schwin- gungen im Knickmast (22), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem der Antriebsaggregate (34 bis 38) oder Mastarme (23 bis 27) mindestens ein Sensor (84, 86) zur Bestimmung einer von den mechanischen Schwingungen des betreffenden Mastarms (23 bis 27) abgeleiteten zeitabhängigen Meßgröße (Δp) sowie eine dem mindestens ei- nen Sensor (84, 86) nachgeordnete, ausgangsseitig an das zugehörige
Stellglied (68 bis 76) angeschlossene Auswerteeinheit (82) zur Erzeugung eines Dämpfungssignals zugeordnet ist.
2. Großmanipulator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jedes Antriebsaggregat (34 bis 38) einen doppelt wirkenden Hydrozylinder aufweist, daß die Hydrozylinder über je ein das zugehörige Stellglied bildendes Proportionalwechselventil (68 bis 76) mit Drucköl beaufschlagbar sind, daß am stangenseitigen und bodenseitigen Ende mindestens eines der Hydrozylinder je ein Drucksensor (84, 86) ange- ordnet ist, die vorzugsweise über einen Vergleicher (88) mit der Auswerteeinheit (82) verbunden sind.
3. Großmanipulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (82) einen analogen oder digitalen Hochpaßfilter (90, 92) enthält.
4. Großmanipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenzen der zu den einzelnen Mastarmen (23 bis 27) gehörenden Hochpaßfilter (90, 92) unabhängig voneinander einstellbar sind.
5. Großmanipulator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenzen der Hochpaßfilter (90, 92) nach Maßgabe der Eigenfrequenz der zugehörigen Mastarme (23 bis 27) einstellbar sind.
6. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Grenzfrequenzen der Hochpaßfilter (90, 92) auf einen Wert von 0,2 bis 10 Hz einstellbar sind.
7. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hochpaßfilter durch einen Tiefpaßfilter (90) gebil- det ist, dessen Eingang über einen Vergleicher (92) auf dessen Ausgang aufgeschaltet ist.
8. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hochpaßfilter (90, 92) eine aperiodische Über- gangsfunktion bildet.
9. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Hochpaßfilter (90, 92) eine Bewertungs- und Sicherheitsschaltung oder -routine (93) nachgeordnet ist.
10. Großmanipulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungs- und Sicherungsschaltung oder -routine (94) eingangsseitig mit den Ausgangssignalen (ps, pb) der beiden Drucksensoren (84, 86) beaufschlagbar ist.
11. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Mikrocontroller (52) mit einem Koordinatengeber (64) zur Ansteuerung der Stellglieder (68 bis 76) aufweist, der eingabeseitig über ein BUS-System (63) und eine Fernsteuereinrichtung (50, 64) mit Fahrdaten für die Mastbewegung beaufschlagbar ist, daß jedem Stellglied zusätzlich ein die Dämpfungseinheit (82) bildender Übertrager zugeordnet ist, der eingabeseitig mit der zum betreffenden Mastarm (23 bis 27) gehörenden Meßgröße (Δp) beaufschlagbar ist.
12. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , gekennzeichnet durch eine Anordnung zur Driftkompensation des Knickmasts (22), die mindestens einen an einem der Mastarme (27) angeordneten Raumwinkelsensor (94) oder Abstandssensor, einen Sollwertspeicher (96) sowie einen mit dem Sollwertspeicher und dem Ausgang des Raumwinkel- oder Abstandssensors verbundenen Vergleicher zur Ansteuerung mindestens eines der Stellglieder (68 bis 76) aufweist.
13. Großmanipulator, insbesondere für Betonpumpen, mit einem auf einem Gestell (11) angeordneten, vorzugsweise um eine vertikale Drehachse
(13) drehbaren Mastbock (21), mit einem aus mindestens drei Mastarmen (23 bis 27) zusammengesetzten, vorzugsweise als Betonverteilermast ausgebildeten Knickmast (22), welche Mastarme (23 bis 27) um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen (28 bis 32) paar- weise gegenüber dem benachbarten Mastbock (21) oder Mastarm (28 bis 26) mittels je eines Antriebsaggregats (34 bis 38) begrenzt ver- schwenkbar sind, mit einer vorzugsweise fernbedienbaren Steuereinrichtung (50, 62, 52) für die Mastbewegung mit Hilfe von den einzelnen Antriebsaggregaten (34 bis 38) zugeordneten Stellgliedern (68 bis 76), und mit Mitteln (82, 84, 86) zur Dämpfung von mechanischen Schwin- gungen im Knickmast (22), gekennzeichnet durch eine Anordnung zur
Driftkompensation des Knickmasts (22), die mindestens einen an einem der Mastarme (27) angeordneten Raumwinkelsensor (94) oder Abstandssensor, einen Sollwertspeicher (96) sowie einen mit dem Sollwertspeicher und dem Ausgang des Raumwinkel- oder Ab- standssensors verbundenen Vergleicher zur Ansteuerung mindestens eines der Stellglieder (68 bis 76) aufweist.
14. Großmanipulator nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Raumwinkel- oder Abstandssensor am Endarm (27) des Knickmasts (22) angeordnet ist.
15. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertspeicher (96) über eine Steuerroutine mit dem digitalen Ausgangssignal des Raumwinkel- oder Abstandssen- sors (94) beaufschlagbar ist.
16. Verfahren zur Dämpfung mechanischer Schwingungen eines Knickmasts (22) in einem Großmanipulator, bei welchem die Mastarme (23 bis 27) des Knickmasts (22) mittels je eines Antriebsaggregats (34 bis 38) relativ zueinander verschwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem der Antriebsaggregate (34 bis 38) oder am zugehörigen Mastarm (23 bis 27) eine von der mechanischen Schwingung des betreffenden Mastarms abgeleitete zeitabhängige Meßgröße (Δp) bestimmt, in einer Auswerteeinheit (82) unter Bildung eines dyna- mischen Dämpfungssignals aufgearbeitet und einem das betreffende Antriebsaggregat ansteuernden Stellglied (68 bis 76) aufgeschaltet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei ei- nem als Hydrozylinder ausgebildeten Antriebsaggregat (34 bis 38) die zeitabhängige Druckdifferenz (Δp) zwischen Boden- und Stangenseite des Hydrozylinders als Meßgröße gemessen und in der Auswerteeinheit (82) unter Bildung des Dämfpungssignals ausgewertet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinheit (82, 90, 92) der dynamische Anteil der Meßgröße (Δp) oberhalb einer definierten Grenzfrequenz herausgefiltert und für die Bildung des Dämpfungssignals phasenverschoben und/oder verstärkt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz nach Maßgabe der mechanischen Eigenfrequenz des betreffenden Mastarms vorzugsweise auf einen Wert von 0,2 bis 10 Hz eingestellt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei in eine Arbeitsstellung ausgefahrenem Knickmast (22) die Neigung oder der Bodenabstand des Endarms in vorgegebenen Zeitabständen gemessen und mit einem zuvor abgespeicherten Sollwert verglichen wird, und daß beim Auftreten einer Abweichung vom Sollwert der Knickmast durch Ansteuerung mindestens eines der Stellglieder (68 bis 76) nachgeführt wird.
21. Verfahren zur Dämpfung mechanischer Schwingungen eines Knick- masts (22) in einem Großmanipulator, bei welchem die Mastarme (23 bis 27) des Knickmasts (22) mittels je eines Antriebsaggregats (34 bis 38) relativ zueinander verschwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei in eine Arbeitsstellung ausgefahrenem Knickmast (22) die Neigung oder der Bodenabstand des Endarms in vorgegebenen Zeitabständen gemessen und mit einem zuvor abgespeicherten Sollwert ver- glichen wird, und daß beim Auftreten einer Abweichung vom Sollwert der Knickmast durch Ansteuerung mindestens eines der Stellglieder (68 bis 76) nachgeführt wird.
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