WO2015032864A1 - Bestimmung der position eines verlagerbaren messpunktes an einer maschine - Google Patents

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WO2015032864A1
WO2015032864A1 PCT/EP2014/068849 EP2014068849W WO2015032864A1 WO 2015032864 A1 WO2015032864 A1 WO 2015032864A1 EP 2014068849 W EP2014068849 W EP 2014068849W WO 2015032864 A1 WO2015032864 A1 WO 2015032864A1
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transmitting
mast
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machine according
evaluation unit
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PCT/EP2014/068849
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Reiner VIERKOTTEN
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Schwing Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • 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
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/62—Constructional features or details
    • B66C23/72—Counterweights or supports for balancing lifting couples
    • B66C23/78—Supports, e.g. outriggers, for mobile cranes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
    • E04G21/04—Devices for both conveying and distributing
    • E04G21/0418—Devices for both conveying and distributing with distribution hose
    • E04G21/0445—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms
    • E04G21/0463—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms with boom control mechanisms, e.g. to automate concrete distribution

Definitions

  • the invention relates to a machine with a base frame and a position detection system for determining the position of at least one relative to the base frame two- or three-dimensionally displaceable measuring point, in particular at a mast top of a plurality of articulated mast segments having articulated mast, wherein the position detection system comprises a plurality of at least three transmitting / receiving units and an evaluation unit, which is connected to the transmitting / receiving units and is set up for the evaluation of measuring signals of the transmitting receiving units and for deriving the actual position of the measuring point from the measuring signals.
  • a machine is e.g. a large manipulator, such as a mast of a stationary or mobile concrete pump, a crane, a lift or the like.
  • a articulated mast is provided, which is articulated on a rotatable preferably about a vertical axis turntable and which has at least three mast segments which are limited by respective horizontal, mutually parallel bending axes relative to the fifth wheel or an adjacent mast segment by means of a respective drive unit pivotally limited.
  • the articulated mast is operated by an operator responsible for positioning the mast top of the articulated mast (or end hose thereon) via a remote control device.
  • the operator has to do each of the rotational degrees of freedom of the articulated mast over the associated drive units (hydraulic drives) with movement of the articulated mast in the available working space under consideration of the site boundary conditions to operate.
  • This single-axis actuation has the disadvantage that each joint of the articulated mast and the turntable is associated with a possibility of remote control, so that when three or more mast segments actuation becomes confusing and cumbersome.
  • EP 1 537 282 B1 proposes a control device which activates a buckling mast in accordance with a predetermined path / swivel characteristic by detecting earth-twisted angles of rotation of geodetic angle sensors arranged on the mast segments and subjected to a coordinate transformation in order to determine the relative bending angles between to close the individual mast segments.
  • the angle sensors can thus detect the inclination of each pole segment with respect to the vertical.
  • Task is to provide a machine in which a position determination of a two- or three-dimensionally displaceable measuring point in a simple and accurate way possible.
  • the invention on the basis of a machine of the type specified at the outset in that the transceiver units are designed to communicate with one another and from this a measurement signal from which the distance between each two of the transmitting / receiving units can be derived, wherein the evaluation unit for deriving the actual position of the measuring point from the measurement signals is set by triangulation
  • the transmitting / receiving units communicate with each other and thereby measure the distance each two of the transmitting receiving units have from each other. From the distance measuring signals can then be easily deduced by means of the evaluation by triangulation on the position of the measuring point.
  • One of the transmitting receiving units is expediently located at the measuring point or in a defined position relative to the measuring point.
  • one or two of the transceiver units are expediently arranged on the base frame at one or two known reference positions.
  • triangulation is an evaluation method in which the unknown position of one of the transmitting receiving units is calculated on the basis of the known positions of at least two further transmitting receiving units.
  • the position determination according to the invention can advantageously also be used for the (redundant) detection of movements, oscillations and / or deflections of the articulated mast or individual pole segments. In this way, for example, a deviation of the actual mast position from a determined by angular measurement using one or more angle sensors mast position can be determined.
  • the machine according to the invention additionally corresponding angle sensors, for example, determine the relative bending angle of the mast segments.
  • the distances between the transmitting / receiving units can be measured in a manner known per se by measuring the strength (amplitude), the phase and / or the transit time of communication signals exchanged between the transmitting receiving units.
  • a transmission receiving unit is set up according to the invention (i) for transmitting or (ii) for receiving or (iii) for transmitting and receiving communication signals.
  • the transceiver units can communicate with each other wirelessly and optionally also wired.
  • the communication can e.g. via radio, ultrasound or optically, in particular via infrared radiation.
  • the determination of the distances may e.g. advantageously carried out by evaluation of propagation time differences or signal strength differences between the wireless and wired communication signals exchanged, possibly taking into account the transmission medium (usually air).
  • a cable connection may also be used to power the transceiver units and / or to control and synchronize the communication between the transceiver units.
  • the evaluation unit of the machine according to the invention is designed to carry out the position determination on the basis of the measured distances and a further measured variable, in particular a measured rotational or inclination angle.
  • the position detection system expediently has a suitable sensor, for example an angle sensor.
  • an angle of relative rotation about an axis of rotation of a joint (for example, the axis of rotation of the bogie of the articulated mast) is to be understood as the angle of rotation.
  • the inclination angle is the absolute angle of a mast segment with respect to a predefined plane, in particular the horizontal.
  • the evaluation unit is set up to derive a signal from the temporal change of at least one of the measurement signals of the transmission receiving units, which signal is fed to an actuator connected to the evaluation unit for vibration damping.
  • the position detection system is designed to detect vibrations of the mast structure and to use the vibration measurement values for vibration damping. Such vibrations can occur especially in concrete pumps due to the pulsating concrete flow and can lead to disturbing and possibly even dangerous movements of the end hose. These vibrations can be suppressed according to the invention by a derived from the position measurement damping of the mast.
  • the control valves of the hydraulic drive cylinder of the articulated mast are subjected to a damping signal, which is derived from the vibration signal.
  • a control device having a processor which is connected to the evaluation of the position detection system and adapted to compare transmitted from the evaluation unit actual position data with a predetermined target position and a deviation of the Ist- of the desired position to control at least one actuator for the displacement of the measuring point.
  • a control device having a processor which is connected to the evaluation of the position detection system and adapted to compare transmitted from the evaluation unit actual position data with a predetermined target position and a deviation of the Ist- of the desired position to control at least one actuator for the displacement of the measuring point.
  • one of the transmitting / receiving units is arranged at a fixed position on the base frame, for example on the chassis or on the fifth wheel of the articulated mast of a truck-mounted concrete pump, wherein at least one further of the transmitting receiving units is arranged on a mast segment, for example the first mast segment of the articulated mast , And wherein at least one more of the transmitting / receiving units at the mast top, ie at the measuring point or in a fixed predetermined position is arranged relative to the measuring point.
  • the evaluation unit can carry out at least a two-dimensional position determination of the mast top of the mast, in any case taking into account the inclination angle of the mast segment on which one of the transceiver units is arranged.
  • the evaluating unit can perform a three-dimensional position determination of the mast tip, in particular with reference to the angle of rotation of the (via the turntable) connected to the base frame mast segment.
  • the machine according to the invention in which e.g. to act a construction machine, such as a crane or a truck-mounted concrete pump, one or more laterally extendable supports, which should prevent tipping over of the machine.
  • At least one transmitting / receiving unit can be arranged on one, several or each of the supports.
  • the transmitting / receiving units are each arranged at a far outward point on the respective support.
  • a security system can be realized which prevents the operation of the boom as long as the supports are not extended, or restricts the operation of the boom to an area in which a secure support is ensured.
  • This security system can be used redundantly to another conventional system, which is provided for determining the support position.
  • a base frame 10 of a machine on which a articulated mast 10a is articulated, the four mast segments 1 1, 12, 13, 14 and at the end of the fourth mast segment 14 has a mast top 15.
  • the mast segments 1 1, 12, 13, 14 are rotatably coupled to each other in joints 1 1 .1, 12.1, 13.1, 14.1.
  • a transmitting receiving unit A arranged, and on the first pole segment 1 1, a further transmitting / receiving unit B is arranged, and on the fourth pole segment 14, a further SendeVEmpfangsillon C is arranged.
  • the transmitting / receiving unit C is arranged in the region of the mast top 15.
  • the transmitting / receiving units A and B have in the illustrated mast position a distance b from each other, and the distance of the transmitting / receiving units A and C from each other is a, while the transmitting / receiving units B and C are arranged at a distance c from each other , All distances a, b, c are variable when the mast tip 15 is displaced.
  • the transmitting receiving units A, B, C communicate with each other via the exchange of signals (eg radio signals). In this case, for example, the transmitting / receiving unit C emits a signal which is received by the transmitting / receiving units A and B, wherein the distances a and c can be derived from the respective transit time of the signal.
  • the transmission receiving unit A additionally receives a signal transmitted by the transmitting / receiving unit B so as to be able to determine the distance b.
  • the communication can also take place bidirectionally between pairs of transmission receiving units A, B, C in order to be able to determine the distances redundantly and thus more reliably and more accurately.
  • the three distances a, b, c define clearly the triangle with the vertices A, B, CZB by additional inclusion of the inclination angle of the first mast segment 1 1, the position of the triangle in space and thus the (two-dimensional) position of the mast top 15 can be determined , In this sense, according to the invention, the position is determined by triangulation.
  • the inclination angle can be determined, for example, by means of a rotary angle sensor (not shown) provided in the first joint 11.
  • the position is determined by an evaluation unit 3, which is in connection with the transmitting receiving units A, B, C, be it wired and / or wireless.
  • the respective connection is not shown for reasons of clarity.
  • two transmitting / receiving units A and B are arranged at predefined, fixed predetermined positions, and another SendeVEmpfangsaku C is at the mast top 15 or in the mast top 15 in a defined, fixed predetermined distance to the mast top 15th arranged.
  • An angle sensor 6 in the form of a rotary encoder detects a rotation angle ß of a fifth wheel 10b of the articulated mast 10a about a vertical axis. Thereby, the distances a and c can be determined, and the position of the mast top 15 can be uniquely determined with respect to all three dimensions.
  • the transmitting / receiving units A, B and C are in communication with an evaluation unit 3, which is part of a position detection system 4.
  • control device 5 controls this drive units (hydraulic cylinder, not shown) of the articulated mast 10 a and the rotary drive (not shown) of the fifth wheel 10 b.
  • Fig. 2b the articulated mast 10a is shown in a side view.
  • FIG. 3 shows a vehicle 1 corresponding to the embodiment shown in FIG. 2b, but this embodiment differs in the number of transmitting receiving units.
  • At least one further transmitting / receiving unit D is arranged on one of the pole segments 12, and further distances can be determined by means of the further transmitting / receiving unit D, in particular a distance g between the transmitting / receiving units C and D and a distance h between the two Transmitting / receiving units A and D.
  • the position of all mast segments can be determined. This information can be used to implement automatic collision protection, e.g. by specifying maximum, not to be exceeded x, y and / or z coordinates for individual mast segments or for the mast as a whole.
  • FIG. 4 shows a vehicle 1 with an arrangement with five transmitting / receiving units A, B, C, D and E, in which at least eight Distances can be determined, in particular the distances b, c, d, e, f, g, h and i, wherein the distance d between the transmitting / receiving units D and E, the distance e between the Sendevempfangsakuen B and E, the distance f between the transmitting receiving units C and E, and the distance i between the transmitting / receiving units A and E is present.
  • the transmitting / receiving units A to D are each arranged on one of the laterally extendable supports 2 a, 2 b, 2 c, 2 d, so that it can be determined by position determination according to the invention, whether the supports 2 a, 2 b, 2 c and 2 d are extended, the vehicle. 1 thus secured against tipping.
  • the position determination can be provided in addition to other conventional systems for detecting the extended state of the supports 2a, 2b, 2c, 2d in order to increase the reliability.
  • FIG. 5 shows a vehicle 1 with a control device 5, which according to the invention comprises a position detection system 4 and an evaluation unit 3 as well as a single-lever operating element 5.1 and a processor 5.2.
  • the one-lever operating element 5.1 is integrated, for example, by means of one or more control levers (joysticks) 5.2 in a remote control, which is connected by means of the illustrated radio link or cable connection to the control device 5.
  • the articulated mast can be controlled, for example, in a polar coordinate system or a Cartesian coordinate system.
  • Einhebelbedienelement is due to the fact that each with a control lever 5.2 of the mast, for example in the Cartesian coordinate system in each case in the x-direction (forward / backward), y-direction (sideways) or z-direction (up / down) is controlled. In the polar coordinate system, the control is analogous with multiple control levers. It is also conceivable to control several directions with a single control lever 5.2.
  • the control device 5 actuators (not shown), for example, the control valves of the hydraulic drives of the articulated mast 10 a, on.
  • the position detection system 4 delivers via the evaluation unit 3 actual position data of the articulated mast 10a to the processor 5.3, which performs a setpoint-actual comparison and controls the actuators in the event of a deviation from the desired position in such a way that the setpoint predetermined by the control lever -5.2 Position of the mast tip 15 is automatically approached and held.
  • the evaluation unit 3 may be configured to derive a signal from the time profile of at least one of the measurement signals of the transmission receiving units A, B, C, D, E, which is fed to the drive units of the articulated mast 10a connected to the evaluation unit 3 for vibration damping ,
  • the control valves of the hydraulic drive cylinder of the articulated mast 10a are acted upon by the measurement signals of the transmitting / receiving units A, B, C, D, E derived in a suitable manner signals.
  • the transmitting / receiving units A, B, C, D, E are thus used to detect vibrations of the mast structure, which occur especially in concrete pumps due to the pulsating concrete flow, and to use the vibration measurements for vibration damping. These vibrations are accordingly suppressed by a derived from the position measurement damping of the articulated mast 10a.
  • a first transceiver unit (node) A first transceiver unit (node)
  • E Fifth transmission / reception unit (node) a Distance between the first and third transmission / reception unit b Distance between the first and second transmission / reception unit c Distance between the second and third transmission / reception unit d Distance between the fourth and fifth transmission reception unit e Distance between the second and fifth transmission receiving units f Distance between the third and fifth transmitting / receiving units g Distance between the third and fourth transmitting / receiving units h Distance between the first and fourth transmitting / receiving units i Distance between the first and fifth transmitting / receiving units / receive unit angle

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Maschine mit einem Grundrahmen (10) und einem Positionserfassungssystem (4) zur Bestimmung der Position wenigstens eines relativ zum Grundrahmen (10) zwei- oder dreidimensional verlagerbaren Messpunktes, insbesondere an einer Mastspitze (15) eines mehrere gelenkig miteinander verbundene Mastsegmente (11, 12, 13, 14) aufweisenden Knickmastes (10a), wobei das Positionserfassungssystem (4) eine Mehrzahl von mindestens drei Sende-/Empfangseinheiten (A, B, C, D, E) und eine Auswerteeinheit (3) umfasst, die mit den SendeVEmpfangseinheiten (A, B, C, D, E) verbunden ist und zur Auswertung von Messsignalen der Sende- /Empfangseinheiten (A, B, C, D, E) und zur Ableitung der Ist-Position des Messpunktes aus den Messsignalen eingerichtet ist. Aufgabe der Erfindung ist, eine Maschine bereitzustellen, bei der eine Positionsbestimmung eines zwei- oder dreidimensional verlagerbaren Messpunktes auf einfache und möglichst genaue Weise möglich ist. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, dass die SendeVEmpfangseinheiten (A, B, C, D, E) dazu ausgebildet sind, untereinander zu kommunizieren und daraus ein Messsignal zu erzeugen, aus dem der Abstand zwischen jeweils zwei der SendeVEmpfangseinheiten (A, B, C, D, E) ableitbar ist, wobei die Auswerteeinheit (3) zur Ableitung der Ist-Position des Messpunktes aus den Messsignalen durch Triangulation eingerichtet ist.

Description

Bestimmung der Position eines verlaaerbaren Messounktes an einer Maschine Die Erfindung betrifft eine Maschine mit einem Grundrahmen und einem Positionserfassungssystem zur Bestimmung der Position wenigstens eines relativ zum Grundrahmen zwei- oder dreidimensional verlagerbaren Messpunktes, insbesondere an einer Mastspitze eines mehrere gelenkig miteinander verbundene Mastsegmente aufweisenden Knickmastes, wobei das Positionserfassungssystem eine Mehrzahl von mindestens drei Sende- /Empfangseinheiten und eine Auswerteeinheit umfasst, die mit den Sende- /Empfangseinheiten verbunden ist und zur Auswertung von Messsignalen der SendeVEmpfangseinheiten und zur Ableitung der Ist-Position des Messpunktes aus den Messsignalen eingerichtet ist. Eine solche Maschine ist z.B. ein Großmanipulator, wie z.B. ein Mast einer stationären oder verfahrbaren Betonpumpe, ein Kran, eine Hebebühne oder dergleichen.
Bei einer Betonpumpe ist beispielsweise ein Knickmast vorgesehen, der an einem vorzugsweise um eine Hochachse drehbaren Drehschemel angelenkt ist und der mindestens drei Mastsegmente aufweist, die um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen gegenüber dem Drehschemel oder einem benachbarten Mastsegment mittels je eines Antriebsaggregats begrenzt verschwenkbar sind. Der Knickmast wird durch einen Bediener betätigt, der über ein Fernsteuergerät für die Positionierung der Mastspitze des Knickmasts (bzw. des daran angeordneten Endschlauchs) verantwortlich ist. Der Bediener hat dazu jeden der rotatorischen Freiheitsgrade des Knickmasts über die zugehörigen Antriebsaggregate (Hydraulikantriebe) unter Bewegung des Knickmastes im zur Verfügung stehenden Arbeitsraum unter Beachtung der Baustellenrandbedingungen zu betätigen. Diese Einzelachsenbetätigung hat den Nachteil, dass jedem Gelenk des Knickmastes und dem Drehschemel eine Stellmöglichkeit der Fernsteuerung zugeordnet ist, so dass bei drei und mehr Mastsegmenten die Betätigung unübersichtlich und umständlich wird.
Um die Handhabung in dieser Hinsicht zu erleichtern, wurde eine sogenannte Einhebelsteuerung vorgeschlagen, bei der die Position der Mastspitze (bzw. des Endschlauchs) direkt vom Bediener gesteuert werden kann. Die Stellmöglichkeiten der Fernsteuerung sind direkt den Koordinaten der Mastspitze im Raum zugeordnet, so dass entsprechend die Anzahl der Stellmöglichkeiten gegenüber der herkömmlichen Lösung reduziert ist.
Die Einhebelsteuerung macht es erforderlich, die Position jedes einzelnen Mastsegmentes sensorisch zu erfassen und die Antriebsaggregate des Mastes einzeln nach Maßgabe der Steuerbefehle des Bedieners anzusteuern, um die Position der Mastspitze entsprechend zu regeln. Hierfür schlägt beispielsweise die EP 1 537 282 B1 eine Regeleinrichtung vor, die einen Knickmast gemäß einer vorgegebenen Weg-/Schwenk-Charakteristik ansteuert, indem von an den Mastsegmenten angeordneten geodätischen Winkelsensoren erdfeste Verdrehwinkel erfasst und einer Koordinatentransformation unterzogen werden, um auf die relativen Knickwinkel zwischen den einzelnen Mastsegmenten schließen zu können. Die Winkelsensoren können auf diese Weise die Neigung jedes Mastsegmentes in Bezug auf die Vertikale erfassen. Hierdurch wird eine vollständige Positionserfassung zur Realisierung einer Einhebelsteuerung bereitgestellt.
Aufgabe ist, eine Maschine bereitzustellen, bei der eine Positionsbestimmung eines zwei- oder dreidimensional verlagerbaren Messpunktes auf einfache und möglichst genaue Weise möglich ist.
Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einer Maschine der eingangs angegebenen Art dadurch, dass die Sende-/Empfangseinheiten dazu ausgebildet sind, untereinander zu kommunizieren und daraus ein Messsignal zu erzeugen, aus dem der Abstand zwischen jeweils zwei der Sende- /Empfangseinheiten ableitbar ist, wobei die Auswerteeinheit zur Ableitung der Ist-Position des Messpunktes aus den Messsignalen durch Triangulation eingerichtet ist Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Sende-/Empfangseinheiten untereinander kommunizieren und dabei den Abstand, den jeweils zwei der SendeVEmpfangseinheiten voneinander haben, messen. Aus den Abstandsmesssignalen kann dann mittels der Auswerteeinheit per Triangulation einfach auf die Position des Messpunktes zurückgeschlossen werden. Zweckmäßig befindet sich dabei eine der SendeVEmpfangseinheiten im Messpunkt oder in einer definierten Position relativ zum Messpunkt. Zweckmäßig sind des Weiteren eine oder zwei der Sende-/Empfangseinheiten am Grundrahmen an einer bzw. zwei bekannten Referenzpositionen angeordnet. Unter Triangulation ist im Sinne der Erfindung ein Auswerteverfahren zu verstehen, bei dem die unbekannte Position einer der SendeVEmpfangseinheiten basierend auf den bekannten Positionen wenigstens zweier weiterer SendeVEmpfangseinheiten berechnet wird.
Dies kann vorteilhaft für die Positionsbestimmung der Mastspitze zur Realisierung der oben angesprochenen Einhebelsteuerung genutzt werden. Es ist dabei insbesondere nicht erforderlich, an jedem einzelnen Mastsegment eine Messung durchzuführen, um darauf basierend auf die Position der Mastspitze zurückzuschließen. Im einfachsten Fall reicht es aus, eine Sende- /Empfangseinheit an der Mastspitze (oder in einer fest vorgegebenen geometrischen Position relativ zur Mastspitze) anzuordnen, wobei wenigstens zwei weitere Sende-/Empfangseinheiten am Grundrahmen an fest vorgegebenen und daher bekannten Referenzpositionen angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Positionsbestimmung kann vorteilhaft auch zur (redundanten) Erfassung von Bewegungen, Schwingungen und/oder Durchbiegungen des Knickmastes oder einzelner Mastsegmente genutzt werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine Abweichung der tatsächlichen Maststellung von einer per Winkelmessung mittels eines oder mehrerer Winkelsensoren ermittelten Maststellung festgestellt werden. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Maschine entsprechend zusätzlich Winkelsensoren auf, die z.B. die relativen Knickwinkel der Mastsegmente ermitteln.
Die Abstände zwischen den Sende-/Empfangseinheiten können in an sich bekannter Weise durch Messen der Stärke (Amplitude), der Phase und/oder der Laufzeit von zwischen den SendeVEmpfangseinheiten ausgetauschten Kommunikationssignalen gemessen werden.
Eine SendeVEmpfangseinheit im Sinne der Erfindung ist gemäß der Erfindung (i) zum Aussenden oder (ii) zum Empfangen oder (iii) zum Aussenden und Empfangen von Kommunikationssignalen eingerichtet. Die Sende- /Empfangseinheiten können dabei kabellos und optional zusätzlich auch kabelgebunden miteinander kommunizieren. Die Kommunikation kann z.B. über Funk, Ultraschall oder optisch, insbesondere über infrarote Strahlung erfolgen. Die Bestimmung der Abstände kann z.B. vorteilhaft durch Auswertung von Laufzeitdifferenzen oder Signalstärkedifferenzen zwischen den kabellos und kabelgebunden ausgetauschten Kommunikationssignalen erfolgen, ggf. unter Berücksichtigung des Übertragungsmediums (in der Regel Luft). Eine Kabelverbindung kann au ßerdem genutzt werden, um die Sende- /Empfangseinheiten mit Energie zu versorgen und/oder um die Kommunikation zwischen den SendeVEmpfangseinheiten zu steuern und zu synchronisieren.
Bevorzugt ist die Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Maschine dazu ausgebildet, die Positionsbestimmung anhand der gemessenen Abstände und einer weiteren Messgröße, insbesondere einem gemessenen Dreh- oder Neigungswinkel vorzunehmen. Hierzu weist dann das Positions- erfassungssystem zweckmäßig einen geeigneten Sensor, beispielsweise einen Winkelsensor auf. Als Drehwinkel ist dabei insbesondere ein Winkel einer relativen Drehung um eine Drehachse eines Gelenks (beispielsweise die Drehachse des Drehschemels des Knickmastes) aufzufassen. Der Neigungswinkel ist der absolute Winkel eines Mastsegments gegenüber einer vordefinierten Ebene, insbesondere der Horizontalen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, aus der zeitlichen Änderung wenigstens eines der Messsignale der SendeVEmpfangseinheiten ein Signal abzuleiten, das zur Schwingungsdämpfung einem mit der Auswerteeinheit verbundenen Aktuator zugeführt wird. Mit anderen Worten ist das Positionserfassungssystem dazu ausgebildet, Schwingungen der Maststruktur zu erfassen und die Schwingungsmesswerte zur Schwingungsdämpfung zu nutzen. Derartige Schwingungen können insbesondere bei Betonpumpen aufgrund des pulsierenden Betonförderstromes auftreten und können zu störenden und ggf. sogar gefährlichen Bewegungen des Endschlauchs führen. Diese Schwingungen können erfindungsgemäß durch eine aus der Positionsmessung abgeleitete Bedämpfung des Mastes unterdrückt werden. Hierzu werden beispielweise die Steuerventile der hydraulischen Antriebszylinder des Knickmastes mit einem Dämpfungssignal beaufschlagt, das aus dem Schwingungssignal abgeleitet wird. Zur Realisierung der oben angesprochenen Einhebelsteuervorrichtung kann vorteilhaft eine Steuervorrichtung vorgesehen sein, die einen Prozessor aufweist, der mit der Auswerteeinheit des Positionserfassungssystems verbunden und dazu eingerichtet ist, von der Auswerteeinheit übermittelte Ist- Positionsdaten mit einer vorgebbaren Soll-Position zu vergleichen und bei einer Abweichung der Ist- von der Soll-Position mindestens einen Aktuator zur Verlagerung des Messpunktes anzusteuern. Mittels einer solchen Steuervorrichtung kann eine beliebige Baumaschine, insbesondere eine stationäre oder fahrbare Betonpumpe ausgerüstet werden, wobei der oder die Aktuatoren denjenigen Aktuatoren entsprechen können, die die Baumaschine üblicherweise aufweist, wie z.B. die hydraulischen Antriebsaggregate des Knickmastes und der Drehantrieb des Drehschemels.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine der Sende-/Empfangseinheiten an einer fest vorgegebenen Position am Grundrahmen, beispielsweise am Fahrgestell oder am Drehschemel des Knickmastes einer Autobetonpumpe, angeordnet, wobei wenigstens eine weitere der SendeVEmpfangseinheiten an einem Mastsegment, beispielsweise dem ersten Mastsegment des Knickmastes angeordnet ist, und wobei mindestens noch eine weitere der Sende- /Empfangseinheiten an der Mastspitze, d.h. im Messpunkt oder in einer fest vorgegebenen Position relativ zum Messpunkt angeordnet ist. Hierdurch kann mit minimalem Aufwand eine Positionsbestimmung erfolgen. Die Auswerteeinheit kann bei dieser Ausgestaltung zumindest eine zweidimensionale Positionsbestimmung der Mastspitze des Mastes vornehmen, jedenfalls unter Einbezug des Neigungswinkels des Mastsegmentes, an dem eine der Sende-/Empfangseinheiten angeordnet ist.
Sind mindestens zwei SendeVEmpfangseinheiten ortsfest am Grundrahmen angeordnet und ist mindestens eine weitere Sende-/Empfangseinheit an der Mastspitze des Mastes angeordnet, so kann die Auswerteeinheit eine dreidimensionale Positionsbestimmung der Mastspitze vornehmen, insbesondere unter Einbezug des Drehwinkels des (über den Drehschemel) mit dem Grundrahmen verbundenen Mastsegments.
Bei einer möglichen Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Maschine, bei der es sich z.B. um eine Baumaschine, wie einen Kran oder auch eine Autobetonpumpe handeln kann, eine oder mehrere seitlich ausfahrbare Stützen auf, die ein Umkippen der Maschine verhindern sollen. An einer, mehreren oder jeder der Stützen kann mindestens eine Sende-/Empfangseinheit angeordnet sein. Bevorzugt sind die Sende-/Empfangseinheiten jeweils an einem weit außen liegenden Punkt an der jeweiligen Stütze angeordnet. Durch Positionsbestimmung der an den Stützen angebrachten SendeVEmpfangs- einheiten kann festgestellt werden, ob die Stützen ausgefahren sind, bevor z.B. ein Ausleger der Maschine betätigt wird. Hierdurch lässt sich ein Sicherungssystem realisieren, das den Betrieb des Auslegers verhindert, solange die Stützen nicht ausgefahren sind, oder den Betrieb des Auslegers auf einen Bereich einschränkt, in dem eine sichere Abstützung gewährleistet ist. Dieses Sicherungssystem kann redundant zu einem weiteren, konventionellen System eingesetzt werden, das zur Feststellung der Stützenposition vorgesehen ist.
Anhand der Zeichnungen werden im Folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen: Figur 1 in einer Seitenansicht in schematischer
Darstellung einen Knickmast mit Positionserfassungssystem für eine zweidimensionale Messung der Position einer Mastspitze gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2a in einer Draufsicht in schematischer
Darstellung ein Baufahrzeug mit einem Positionserfassungssystem für eine dreidimensionale Bestimmung der Position einer Mastspitze gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2b in einer Seitenansicht in schematischer
Darstellung die Anordnung gemäß Fig. 2a; Figur 3 in einer Seitenansicht in schematischer
Darstellung ein Baufahrzeug mit einem Positionserfassungssystem für eine dreidimensionale Erfassung der Position einer Mastspitze sowie der Position eines einzelnen Mastsegments gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 4 in einer Draufsicht in schematischer
Darstellung ein Baufahrzeug mit einem Positionserfassungssystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Figur 5 in einer Seitenansicht in schematischer
Darstellung ein Fahrzeug mit Steuervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In der Fig. 1 ist ein Grundrahmen 10 einer Maschine gezeigt, an dem ein Knickmast 10a gelenkig befestigt ist, der vier Mastsegmente 1 1 , 12, 13, 14 und am Ende des vierten Mastsegments 14 eine Mastspitze 15 aufweist. Die Mastsegmente 1 1 , 12, 13, 14 sind in Gelenken 1 1 .1 , 12.1 , 13.1 , 14.1 drehbar aneinander gekoppelt. Am Grundrahmen 10 ist eine SendeVEmpfangseinheit A angeordnet, und am ersten Mastsegment 1 1 ist eine weitere Sende- /Empfangseinheit B angeordnet, und am vierten Mastsegment 14 ist eine weitere SendeVEmpfangseinheit C angeordnet. Die Sende-/Empfangseinheit C ist im Bereich der Mastspitze 15 angeordnet. Die Sende-/Empfangseinheiten A und B weisen in der dargestellten Maststellung einen Abstand b voneinander auf, und der Abstand der Sende- /Empfangseinheiten A und C voneinander beträgt a, während die Sende- /Empfangseinheiten B und C in einem Abstand c voneinander angeordnet sind. Alle Abstände a, b, c sind bei Verlagerung der Mastspitze 15 variabel. Die SendeVEmpfangseinheiten A, B, C kommunizieren miteinander über den Austausch von Signalen (z.B. Funksignalen). Dabei sendet z.B. die Sende- /Empfangseinheit C ein Signal aus, das von den Sende-/Empfangseinheiten A und B empfangen wird, wobei aus der jeweiligen Laufzeit des Signals die Abstände a und c ableitbar sind. Die SendeVEmpfangseinheit A empfängt zusätzlich ein von der Sende-/Empfangseinheit B ausgesendetes Signal, um auch den Abstand b bestimmen können. Die Kommunikation kann auch bidirektional zwischen Paaren von SendeVEmpfangseinheiten A, B, C erfolgen, um die Abstände redundant und damit zuverlässiger und genauer bestimmen zu können. Die drei Abstände a, b, c definieren eindeutig das Dreieck mit den Eckpunkten A, B, C. Z.B. durch zusätzliche Einbeziehung des Neigungswinkels des ersten Mastsegmentes 1 1 kann auch die Lage des Dreiecks im Raum und damit die (zweidimensionale) Position der Mastspitze 15 ermittelt werden. In diesem Sinne erfolgt gemäß der Erfindung die Positionsbestimmung durch Triangulation. Der Neigungswinkel kann z.B. mittels eines im ersten Gelenk 1 1 .1 vorgesehenen Drehwinkelgebers (nicht dargestellt) ermittelt werden. Die Positionsbestimmung erfolgt durch eine Auswerteeinheit 3, die in Verbindung mit den SendeVEmpfangseinheiten A, B, C steht, sei es kabelgebunden und/oder kabellos. Die jeweilige Verbindung ist aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt. In der Fig. 2a ist ein Fahrzeug 1 mit einem Grundrahmen 10 und vier Stützen 2a, 2b, 2c, 2d gezeigt, wobei am Grundrahmen 10 ein Knickmast 10a gelagert ist, der vier Mastsegmente 1 1 , 12, 13, 14 und eine Mastspitze 15 aufweist. Am Grundrahmen 10 bzw. am Fahrzeug 1 sind zwei Sende-/Empfangseinheiten A und B an vordefinierten, fest vorgegebenen Positionen angeordnet, und eine weitere SendeVEmpfangseinheit C ist an der Mastspitze 15 oder im Bereich der Mastspitze 15 in einem definierten, fest vorgegebenen Abstand zur Mastspitze 15 angeordnet. Ein Winkelsensor 6 in Form eines Drehwinkelgebers (in Fig. 2b dargestellt) erfasst einen Drehwinkel ß eines Drehschemels 10b des Knickmastes 10a um eine vertikale Achse. Hierdurch können die Abstände a und c ermittelt werden, und die Position der Mastspitze 15 kann in Bezug auf alle drei Dimensionen eindeutig bestimmt werden. Die Sende- /Empfangseinheiten A, B und C stehen in Verbindung mit einer Auswerteeinheit 3, die Teil eines Positionserfassungssystems 4 ist. Dieses ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wiederum eine Komponente einer Steuervorrichtung 5 zur Steuerung des Knickmastes 10a. Die Steuervorrichtung 5 steuert hierzu Antriebsaggregate (Hydraulikzylinder, nicht dargestellt) des Knickmastes 10a sowie den Drehantrieb (nicht dargestellt) des Drehschemels 10b an.
In der Fig. 2b ist der Knickmast 10a in einer Seitenansicht gezeigt.
In der Fig. 3 ist ein Fahrzeug 1 entsprechend dem in der Fig. 2b gezeigten Ausführungsbeispiel gezeigt, jedoch unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel in der Anzahl der SendeVEmpfangseinheiten. Mindestens eine weitere Sende-/Empfangseinheit D ist an einem der Mastsegmente 12 angeordnet, und mittels der weiteren Sende-/Empfangseinheit D können weitere Abstände bestimmt werden, insbesondere ein Abstand g zwischen den Sende- /Empfangseinheiten C und D sowie ein Abstand h zwischen den Sende- /Empfangseinheiten A und D. Durch Einbeziehung der bekannten Geometrie des Knickmastes 10a kann die Lage aller Mastsegmente bestimmt werden. Diese Informationen können zur Realisierung eines automatischen Kollisionsschutzes genutzt werden, z.B. indem für einzelne Mastsegmente oder für den Mast als Ganzes maximale, nicht zu überschreitende x-, y- und/oder z- Koordinaten vorgegeben werden.
In der Fig. 4 ist ein Fahrzeug 1 mit einer Anordnung mit fünf Sende- /Empfangseinheiten A, B, C, D und E gezeigt, bei welcher mindestens acht Abstände ermittelt werden können, insbesondere die Abstände b, c, d, e, f, g, h und i, wobei der Abstand d zwischen den Sende-/Empfangseinheiten D und E, der Abstand e zwischen den SendeVEmpfangseinheiten B und E, der Abstand f zwischen den SendeVEmpfangseinheiten C und E, sowie der Abstand i zwischen den Sende-/Empfangseinheiten A und E vorliegt. Die Sende- /Empfangseinheiten A bis D sind jeweils an einer der seitlich ausfahrbaren Stützen 2a, 2b, 2c, 2d angeordnet, so dass durch erfindungsgemäße Positionsbestimmung festgestellt werden kann, ob die Stützen 2a, 2b, 2c und 2d ausgefahren sind, das Fahrzeug 1 also gegen Kippen gesichert ist. Die Positionsbestimmung kann ergänzend zu anderen, herkömmlichen Systemen zum Erkennen des Ausfahrzustands der Stützen 2a, 2b, 2c, 2d vorgesehen sein, um die Betriebssicherheit zu erhöhen.
In der Fig. 5 ist ein Fahrzeug 1 mit einer Steuervorrichtung 5 gezeigt, die erfindungsgemäß ein Positionserfassungssystem 4 und eine Auswerteeinheit 3 sowie ein Einhebelbedienelement, 5.1 und einen Prozessor 5.2 umfasst. Das Einhebelbedienelement 5.1 ist beispielsweise mittels einem oder mehrerer Steuerhebel (Joysticks) 5.2 in eine Fernbedienung integriert, die mittels der dargestellten Funkstrecke oder Kabelverbindung mit der Steuervorrichtung 5 verbunden ist. Mit den Steuerhebeln 5.2 kann der Knickmast beispielsweise in einem Polarkoordinatensystem oder einem kartesischen Koordinatensystem gesteuert werden. Der Begriff Einhebelbedienelement ist darauf zurückzuführen, dass mit jeweils einem Steuerhebel 5.2 der Mast beispielsweise im kartesischen Koordinatensystem jeweils in x-Richtung (vor/zurück), y-Richtung (seitwärts) oder z-Richtung (hoch/runter) gesteuert wird. Im Polarkoordinatensystem erfolgt die Steuerung analog mit mehreren Steuerhebeln. Es ist auch denkbar, mehrere Richtungen mit einem einzelnen Steuerhebel 5.2 zu steuern.
Die Steuervorrichtung 5 steuert Aktuatoren (nicht dargestellt), z.B. die Steuerventile der Hydraulikantriebe des Knickmastes 10a, an. Das Positionserfassungssystem 4 liefert über die Auswerteeinheit 3 Ist- Positionsdaten des Knickmastes 10a an den Prozessor 5.3, welcher einen Soll- Ist-Abgleich durchführt und bei einer Abweichung von der Soll-Position die Aktuatoren derart ansteuert, dass die mittels der Steuerhebel -5.2 vorgegebene Soll-Position der Mastspitze 15 automatisch angefahren und gehalten wird. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Auswerteeinheit 3 dazu eingerichtet sein, aus dem zeitlichen Verlauf wenigstens eines der Messsignale der SendeVEmpfangseinheiten A, B, C, D, E ein Signal abzuleiten, das zur Schwingungsdämpfung den mit der Auswerteeinheit 3 verbundenen Antriebsaggregaten des Knickmastes 10a zugeführt wird. Hierzu werden beispielweise die Steuerventile der hydraulischen Antriebszylinder des Knickmastes 10a mit aus den Messsignalen der Sende-/Empfangseinheiten A, B, C, D, E in geeigneter Weise abgeleiteten Signalen beaufschlagt. Die Sende- /Empfangseinheiten A, B, C, D, E werden somit dazu genutzt, Schwingungen der Maststruktur, die insbesondere bei Betonpumpen aufgrund des pulsierenden Betonförderstromes auftreten, zu erfassen und die Schwingungsmesswerte zur Schwingungsdämpfung heranzuziehen. Diese Schwingungen werden demgemäß durch eine aus der Positionsmessung abgeleitete Bedämpfung des Knickmastes 10a unterdrückt.
- Bezugszeichenliste -
Bezugszeichenliste
I Fahrzeug
2a, 2b, 2c, 2d Stützen
3 Auswerteeinheit
4 Positionserfassungssystem
5 Steuervorrichtung
5.1 Einhebelbedienelement
5.2 Steuerhebel (Joystick)
5.3 Prozessor
6 Winkelsensor
10 Grundrahmen
10a Knickmast
10b Drehschemel
I I erstes Mastsegment
1 1 .1 erstes Gelenk
12 zweites Mastsegment
12.1 zweites Gelenk
13 drittes Mastsegment
13.1 drittes Gelenk
14 viertes Mastsegment
14.1 viertes Gelenk
15 Mastspitze
A erste Sende-/Empfangseinheit (Knoten)
B zweite SendeVEmpfangseinheit (Knoten)
C dritte Sende-/Empfangseinheit (Knoten)
D vierte SendeVEmpfangseinheit (Knoten)
E fünfte Sende-/Empfangseinheit (Knoten) a Abstand zwischen der ersten und dritten Sende-/Empfangseinheit b Abstand zwischen der ersten und zweite Sende-/Empfangseinheit c Abstand zwischen der zweiten und dritten Sende-/Empfangseinheit d Abstand zwischen der vierten und fünften SendeVEmpfangseinheit e Abstand zwischen der zweiten und fünften SendeVEmpfangseinheit f Abstand zwischen der dritten und fünften Sende-/Empfangseinheit g Abstand zwischen der dritten und vierten Sende-/Empfangseinheit h Abstand zwischen der ersten und vierten Sende-/Empfangseinheit i Abstand zwischen der ersten und fünften Sende-/Empfangseinheit Winkel
Drehwinkel des Mastes, insbesondere um eine vertikale Achse
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche
1 . Maschine mit einem Grundrahmen (10) und einem Positionserfassungssystem (4) zur Bestimmung der Position wenigstens eines relativ zum Grundrahmen (10) zwei- oder dreidimensional verlagerbaren Messpunktes, insbesondere an einer Mastspitze (15) eines mehrere gelenkig miteinander verbundene Mastsegmente (1 1 , 12, 13, 14) aufweisenden Knickmastes (10a), wobei das Positionserfassungssystem (4) eine Mehrzahl von mindestens drei Sende-/Empfangseinheiten (A, B, C, D, E) und eine Auswerteeinheit (3) umfasst, die mit den SendeVEmpfangseinheiten (A, B, C, D, E) verbunden ist und zur Auswertung von Messsignalen der Sende- /Empfangseinheiten (A, B, C, D, E) und zur Ableitung der Ist-Position des Messpunktes aus den Messsignalen eingerichtet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die SendeVEmpfangseinheiten (A, B, C, D, E) dazu ausgebildet sind, untereinander zu kommunizieren und daraus ein Messsignal zu erzeugen, aus dem der Abstand zwischen jeweils zwei der Sende-/Empfangseinheiten (A, B, C, D, E) ableitbar ist, wobei die Auswerteeinheit (3) zur Ableitung der Ist- Position des Messpunktes aus den Messsignalen durch Triangulation eingerichtet ist.
2. Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal eine Laufzeit, eine Phase oder eine Stärke eines zwischen jeweils zwei der SendeVEmpfangseinheiten (A, B, C, D, E) ausgetauschten Kommunikationssignals ist.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionserfassungssystem (4) einen Winkelsensor (6) umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Dreh- und/oder Neigungswinkel (cc, ß), insbesondere um eine ortsfeste Achse, zu erfassen, wobei die Auswerteeinheit (3) dazu eingerichtet ist, die Position des Messpunktes unter Einbezug des Dreh- und/oder Neigungswinkels (cc, ß) zu bestimmen.
4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (3) dazu eingerichtet ist, aus der zeitlichen Änderung wenigstens eines der Messsignale der Sende- /Empfangseinheiten (A, B, C, D, E) ein Schwingungssignal abzuleiten, das zur Schwingungsdämpfung einem mit der Auswerteeinheit (3) verbundenen Aktuator (5.3) zugeführt wird.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (5), die einen Prozessor (5.2) aufweist, der mit der Auswerteeinheit (3) des Positionserfassungssystems (4) verbunden und dazu eingerichtet ist, von der Auswerteeinheit (3) übermittelte Ist-Positionsdaten mit einer vorgebbaren Soll-Position zu vergleichen und bei einer Abweichung der Ist- von der Soll-Position mindestens einen Aktuator (5.3) zur Verlagerung des Messpunktes anzusteuern.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Sende-/Empfangseinheiten (A, B, C, D, E) an einer fest vorgegebenen Position am Grundrahmen (10) angeordnet ist, wobei wenigstens eine weitere der Sende-/Empfangseinheiten (A, B, C, D, E) an einem Mastsegment (1 1 , 12, 13, 14) des Knickmastes (10a) angeordnet ist, und wobei mindestens noch eine weitere der SendeVEmpfangseinheiten (A, B, C, D, E) an der Mastspitze angeordnet ist.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sende-/Empfangseinheiten (A, B, C, D, E) jeweils an einer fest vorgegebenen Position am Grundrahmen (10) angeordnet sind, wobei mindestens eine weitere SendeVEmpfangseinheit (A, B, C, D, E) an der Mastspitze des Knickmastes (10a) angeordnet ist.
8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der SendeVEmpfangseinheiten (A, B, C, D, E) an einer seitlich vom Grundrahmen (10) ausfahrbaren Stütze (2a, 2b, 2c, 2d) zur Sicherung der Maschine gegen Kippen angeordnet ist.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine fahrbare oder stationäre Betonpumpe ist.
- Zusammenfassung -
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