WO2020191421A1 - Kran mit kransteuerung - Google Patents

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WO2020191421A1
WO2020191421A1 PCT/AT2020/060127 AT2020060127W WO2020191421A1 WO 2020191421 A1 WO2020191421 A1 WO 2020191421A1 AT 2020060127 W AT2020060127 W AT 2020060127W WO 2020191421 A1 WO2020191421 A1 WO 2020191421A1
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WO
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arm
crane
control
freedom
arm system
Prior art date
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PCT/AT2020/060127
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Christoph Hoffmann
Thomas DEIMER
Harald VIERLINGER
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Palfinger Ag
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    • B66C2700/0364—Cranes on road or off-road vehicles, on trailers or towed vehicles; Cranes on wheels or crane-trucks with a slewing arm

Definitions

  • the invention relates to a crane according to the preamble of claim 1 and to a vehicle with such a crane.
  • Cranes of the generic type with a crane control which is configured in an operating mode to carry out coordinate control of the arm system are known in the prior art.
  • the individual actuators of the arm system are controlled by the crane control in such a way that the user controls the behavior of the crane tip of the arm system instead of the individual actuators himself.
  • coordinate controls There are known designs of coordinate controls in which the crane is essentially controlled by the user with only two operating elements (e.g. joysticks), one for pivoting the crane column and one for performing a horizontal movement and a vertical movement of the crane tip.
  • the arm system can have more degrees of freedom than are at least necessary for the positioning and orientation of the crane tip in space.
  • the crane pillar of a generic crane is via a structurally specified crane pillar Swivel area mounted pivotably and has a degree of freedom due to its pivotable mounting.
  • the main arm is pivotably mounted on the crane column over a structurally predetermined pivoting range of the main arm and has a degree of freedom due to its pivotable mounting.
  • the articulated arm is pivotably mounted on the main arm over a structurally predetermined articulated arm pivoting range and has a degree of freedom due to its pivotable mounting.
  • the at least one push arm is mounted in the articulated arm so as to be displaceable over a structurally predetermined push area and has a degree of freedom due to its displaceable mounting.
  • the arm system of a generic crane accordingly has four degrees of freedom. In the prior art, such arm systems are known, for example, as redundant or overdetermined manipulators.
  • a so-called backward transformation or kinematic reversal is usually carried out by a processor or a computer unit of the crane control after the specification of a desired path of the crane tip, i.e. after the user has issued a corresponding control command (for example, movement of the crane tip in Cartesian coordinates) , from which the control commands suitable for the desired path for controlling the actuators of the arm system result (for example movement of the arm system along the degrees of freedom of the joints).
  • the backward transformation for generating control commands for the arm system must take place with the inclusion of optimization criteria (such as so-called cost functions with weighting matrices) and possibly with approximations and is associated with a high computational effort.
  • optimization criteria such as so-called cost functions with weighting matrices
  • the object of the invention is to provide a crane with a crane control which is configured in an operating mode to carry out coordinate control of the arm system, as well as a vehicle with such a crane in which the operator can influence the movement of the arm system in order to avoid unforeseen movements and in which the complexity of the calculation of the reverse transformation is reduced.
  • the crane control has a user interface, the user interface having at least one function that can be selected by a user and by which at least one of the degrees of freedom can be or is restricted in the coordinate control operating mode.
  • the movements of the arm system can be more predictable for the user by restricting at least one of the degrees of freedom by the at least one function that can be selected by a user. For example, by selecting a corresponding function, a user can specifically restrict and / or switch off degrees of freedom of movement of the arm system which he does not want to have involved in the movement of the arm system in the coordinate control operating mode.
  • the movements of the arm system can be specifically adapted to the planned lifting process.
  • the user can thus be given an opportunity to interact with the crane, whereby the user can influence the operation of the crane.
  • the user can thereby be given the option of making a selection of the arms of the arm system that are involved in the coordinate control.
  • a user can also be given the option of preferring or prioritizing different combinations of arms of the arm system involved in the coordinate control.
  • the arm system additionally has a second articulated arm, which is pivotably mounted on the push arm over a structurally predetermined second articulated arm pivoting range and has a degree of freedom due to its pivotable mounting, and which preferably comprises at least one second push arm which is mounted displaceably in the second articulated arm over a structurally predetermined second push arm push area and has a degree of freedom due to its displaceable mounting.
  • the second articulated arm expands the space for possible positioning of the crane tip and is often referred to as the so-called “fly jib”.
  • the arm system additionally has at least one main arm push arm, which is slidably mounted in the main arm over a structurally predetermined pushing area and has a degree of freedom due to its slidable mounting.
  • the main arm can be designed to be telescopic through the at least one main arm push arm.
  • At least one additional device in the form of an implement and / or a Arm extension, preferably a static arm extension that can optionally be arranged at a predeterminable angle, is arranged.
  • the coordinate control it is basically not a problem to take into account the geometric data of additional devices or attachments in the calculation. To do this, the coordinate control only needs to be supplied with information about an additional device attached to the arm system (e.g. information on the scope of functions, dimensions, angle positions) so that this information can be included in the calculation.
  • information about an additional device attached to the arm system e.g. information on the scope of functions, dimensions, angle positions
  • information preferably information on the scope of functions and / or dimensions and / or angular positions, for the at least one additional device can be transferred to the crane control via the user interface, the information being selectable from a database stored in a memory of the crane control and / or can be entered via the user interface, preferably via a setting mask.
  • information on an additional device that is already stored in the crane control can be selected via a menu or information can be entered by the user via a setting mask.
  • a security query can be provided to ensure that the crane is set up. It can thus be provided that the user has to confirm the set-up status of the crane via the user interface by selecting a corresponding function of the user interface.
  • the crane control is designed to carry out a coordinate control of the crane tip or a predetermined or predeterminable point of the arm system or a predetermined or predeterminable point supported by the arm system.
  • coordinate control of the crane tip is usually carried out.
  • any other point of the arm system or a point supported by the arm system can be used for which coordinate control is carried out. So a winch could be arranged on the arm system and a Coordinate control could be performed in relation to the attachment point of the cable winch on the arm system or in relation to the load hook on the cable end of the cable winch.
  • the coordinate control no longer relates to the crane tip itself, but rather directly regulates the position of the load at the end of the cable.
  • the change from a coordinate control of the crane tip to a coordinate control of a predefined or predefinable point of the arm system or a predefined or predefinable point supported by the arm system can be detected by the crane control and suggested to the operator, who can or must confirm this change. It can also be provided that this change can be activated by the operator by selecting a corresponding function of the user interface.
  • a suitable restriction is the restriction of degrees of freedom of the arm system.
  • At least one degree of freedom of the arm system can be or is limited by the at least one function that can be selected by the user in order to eliminate or reduce an overdetermination of the arm system.
  • the degree of freedom of the rotatable crane pillar to maintain the pivotability of the crane pillar is excluded from the set of restrictable or restricted degrees of freedom. This is particularly useful when executing coordinate controls in which the crane is controlled by the user with two operating elements (eg joysticks), one of the two operating elements for pivoting the crane column and the other operating element is used to perform a horizontal movement and a vertical movement of the crane tip.
  • two operating elements eg joysticks
  • Maintaining the pivotability of the crane column can be desirable, for example, if this degree of freedom of movement of the arm system is not redundant.
  • a degree of freedom of the arm system can or is limited by the at least one function that can be selected by the user, or that all degrees of freedom of the arm system can or are limited up to two degrees of freedom.
  • the restriction of one degree of freedom is sufficient to remove or reduce an overdetermination of the arm system, since exactly two degrees of freedom remain after the restriction of one degree of freedom to move the arm system horizontally and vertically. If the arm system includes additional arms (e.g.
  • the restriction of all degrees of freedom of the arm system up to two degrees of freedom is sufficient to remove or reduce an overdetermination of the arm system, since after such a restriction of the degrees of freedom exactly two degrees of freedom remain to make a horizontal movement and a vertical movement of the arm system.
  • the coordinate-controlled movements of the arm system are carried out with only two arms or crane sections or degrees of freedom, which means that these movements are clearly determined and easier for the user to understand.
  • restricting a degree or degrees of freedom of an undesirable arm can prevent unpredictable movements of the arm system.
  • the crane control in the coordinate control operating mode is configured to use an arm selection in the form of a subset of the arms of the arm system to perform the coordinate control of the arm system, the crane control having at least one operating profile in which at least two arm selections are stored in a predefined or specifiable sequence from a higher priority to a lower priority or are continuously determined, and the crane control is designed to use and control the arm selections stored in at least one operating profile according to their prioritization to carry out the coordinate control of the arm system, wherein the at least one operating profile can be selected through the at least one function that can be selected by the user.
  • An ongoing determination can take place during operation as a function of the current position of the arm system or the suitability of an arm selection for the flub movement carried out or to be carried out.
  • each of the at least two arm selections consists of two arms of the arm system.
  • One of the operating profiles can, for example, be a so-called standard prioritization that is always used when no other operating profile is specifically or specifically selected.
  • the following table 1 shows an example of such a standard prioritization for a crane with an arm system which, in addition to the main arm, articulated arm and push arm, comprises a second articulated arm and a second push arm.
  • the farm profile shown in the table includes 10 arm selections with different priorities.
  • the prioritization with the number 1 represents the highest prioritization and the prioritization with the number 10 the lowest.
  • HA corresponds to the main arm
  • KA corresponds to the articulated arm
  • SA corresponds to the push arm (of the articulated arm)
  • JKA corresponds to the second articulated arm
  • JSA corresponds to the second push arm (of the second articulated arm).
  • Table 1
  • the crane control is designed to use an arm selection for coordinate control as a function of a predeterminable and / or a predefined and / or a prevailing position of the arm system.
  • the arm selection with the prioritization 1 (articulated arm and push arm) could be used for coordinate control.
  • the arm selection with the next lower prioritization i.e. prioritization 2 (main arm and push arm) would be used for coordinate control. This would continue along the prioritization until an arm selection is found with which the movement desired by the user can be carried out.
  • prioritization 2 main arm and push arm
  • a first operating profile can be stored whose arm selections only include main arm and / or articulated arm and / or push arm and a second operating profile can be stored Arm selections are subsets of all existing arms.
  • Table 2 shown below shows an example of a first operating profile and Table 3 shown below shows an example of a second operating profile.
  • the first farm profile shown in Table 2 comprises 3 arm selections with different priorities.
  • the prioritization with the number 1 represents the highest prioritization and the prioritization with the number 3 represents the lowest prioritization.
  • the second operating profile shown in table 3 comprises 10 arm selections with different prioritizations.
  • the prioritization with the number 1 represents the highest prioritization and the prioritization with the number 10 the lowest.
  • this operating profile is explained below as an example. If the movement of the arm system desired by the user with the arm selection with the highest priority, i.e. prioritization 1 (main arm and articulated arm), is possible, this arm selection is always used to carry out the coordinate control of the arm system. If one of the arms of the arm selection reaches the end position or is otherwise blocked, the arm selection with the next lower priority is used. Should the arm selection with the prioritization 1 become available again in the course of the movement of the arm system (i.e. that the movement desired by the user would be possible again with this arm selection), the currently used arm selection is still used in order to constantly switch between the To avoid coordinate control used arm selections.
  • prioritization 1 main arm and articulated arm
  • the arm selection with prioritization 1 is only taken into account again when the movement is restarted (after a lever zero position) or when the arm selection is changed again due to an end position or block.
  • the following sequence can result: 1. Start with arm selection with prioritization 1 (main arm and articulated arm), since all arm selections of the operating profile are possible and this arm selection has the highest priority.
  • Arm selection with prioritization 1 (main arm and articulated arm) available again, arm selection with prioritization 2 (articulated arm and push arm) remains active.
  • Push arm reaches end position. 6. If possible, change to arm selection with priority 1 (main arm and articulated arm) if not stop.
  • sequence of the at least two arm selections of an operating profile can be changed.
  • the ranking can be determined continuously.
  • Table 4 shown below shows an example of a further operating profile. This includes 3 arm selections with different priorities. In the table, the prioritization with the number 1 represents the highest priority and the prioritization with the number 3 represents the lowest priority.
  • a target angle of 20 ° was specified in the example explained below for the degree of freedom of the pivoting movement of the main arm, for example by selecting a corresponding function of the user interface to determine the target angle of the main arm.
  • the crane is moved in a coordinate-controlled manner using the arm selections of the operating profile according to Table 4, and as the arm system moves, the main arm leaves its target angle and is at an angle of 50 °. Subsequently, the arm selection changes due to an end position or a restart of the movement.
  • the two arm selections that include the main arm i.e. the arm selection with prioritization 2 and the arm selection with prioritization 3 are then evaluated by the crane control to determine whether the target angle of the main arm can be approached again with the current user specification.
  • the arm selection that moves the main arm back into its target angular position the fastest is then temporarily placed in the first position (or receives the prioritization with the number 1).
  • the arm selection temporarily placed in the first position is set back to its original position according to Table 4 (or receives its original prioritization again).
  • the restriction of the at least one degree of freedom takes place in that it can be set or fixed to a predetermined or predeterminable value and / or can be restricted or restricted to a predeterminable or predefined sub-area and / or in relation to it Rate of change is restrictable or restricted.
  • At least one arm of the arm system can be blocked by the at least one function that can be selected by the user.
  • at least one arm of the arm system can thus be temporarily blocked so that this at least one blocked arm no longer takes part in the coordinate-controlled movement of the arm system and instead remains in its blocked position.
  • the fact that the at least one locked arm no longer takes part in the coordinate-controlled movement of the arm system is not intended to mean, for example, that it remains stationary in space, but rather that the degree or degrees of freedom of the at least one locked arm are no longer used to move the arm system.
  • the user interface comprises at least one operating element (for example a rotary knob, a linear lever or an axis of a multi-axis joystick) of the crane control and the selectable function is selected by actuating the at least one operating element by a user.
  • operating element for example a rotary knob, a linear lever or an axis of a multi-axis joystick
  • the crane control is configured in a further operating mode to carry out free control of the arm system.
  • This can correspond to conventional operation of a crane, in which the individual actuators of the arm system are individually controlled directly by a user by means of control commands issued by him.
  • the arm system can be freely controlled by at least one operating element of the crane control, with one operating element being provided for entering control commands for the movement of one arm of the arm system along a degree of freedom.
  • a control element for example a linear lever assigned to the movement or an axis of a multi-axis joystick
  • the degree of freedom of the arm system assigned to the control element in the further operating mode described above can be restricted is or is restricted.
  • the assignment of the function of the at least one operating element in the further operating mode for free control of the arm system can be used in the coordinate control operating mode to select a restriction of the corresponding degree of freedom of movement of the arm system.
  • a restriction can be canceled again by a corresponding actuation (for example by a movement in the opposite direction) of the operating element.
  • the main arm (or any other arm of the arm system) can be locked in order to simplify the sequence of movements for the user.
  • An input device of the user interface such as a button of a menu-driven user interface or operating elements such as a lever of a lever-operated user interface, can be used for locking and for releasing the lock of an arm.
  • a user interface of a crane control for a crane often also has individual operating levers (such as a joystick with, for example, two orthogonal axes or single-axis linear levers) for free control of the arm system in a further operating mode.
  • These operating levers which are not used to control the Arm systems used can be used to lock and unlock an arm.
  • the main arm can be blocked for the main arm movement (for example the main arm lever) via the operating element not used in the coordinate control.
  • the user can position the main arm in a desired position and then fix the main arm angle.
  • the operating element assigned to the main arm movement for example a joystick with, for example, two orthogonal axes or a single-axis linear lever
  • All further coordinate-controlled movements of a crane with main arm, articulated arm and push arm are then only carried out with the articulated arm and push arm.
  • a visualization can take place on a display of the crane control, in which locked arms or crane sections are marked accordingly. If the operator actuates the control element assigned to the main arm movement again (e.g. in the opposite direction), he can very conveniently release the lock or fixation of the main arm again.
  • Such a lock or fixation can take place in an analogous manner for every other arm or every degree of freedom of movement of the arm system.
  • the main arm can be positioned high (e.g. 70 ° - 80 °) and then locked.
  • the coordinate-controlled crane movements are thus only carried out with an articulated arm and push arm and a very large range of movement can be covered.
  • the main arm can be prevented from colliding with superstructures on a carrier vehicle or a truck on which the crane is mounted due to unforeseen movements.
  • the degree of freedom of the articulated arm can be restricted or restricted to a prescribable or predetermined sub-area, preferably to a prescribable or predetermined quadrant, so that the articulated arm in the coordinate control operating mode is in an overstretched pivot position above a imaginary extension of the main arm is positioned or positioned.
  • An imaginary extension of the main arm (main arm line) and an imaginary line running perpendicular to it through the pivot bearing of the articulated arm on the main arm (pivot bearing line) form four areas or quadrants.
  • Quadrant 1 is the area between the main arm line and the pivot bearing line above the main arm line and in the direction of the imaginary extension of the main arm.
  • Quadrant 2 is the area between the main arm line and the pivot bearing line above the main arm line and in the direction of the main arm.
  • Quadrant 3 is the area between the main arm line and the pivot bearing line below the main arm line and in the direction of the main arm.
  • Quadrant 4 is the area between the main arm line and the pivot bearing line below the main arm line and in the direction of the imaginary extension of the main arm.
  • a lack of conventional coordinate controls is the lack of a clear solution for the so-called overstretching of the articulated arm, in which the articulated arm is to move from a pivot position below an imaginary extension of the main arm (quadrant 4) to a pivot position above the imaginary extension of the main arm (quadrant 1) .
  • the articulated arm angle is 0 °, i.e. the articulated arm is arranged in an exactly straight extension to the main arm).
  • One possibility would be to overstretch the articulated arm with the help of manual override by selecting a corresponding function of the user interface.
  • the crane control provides an assistance function in the coordinate control operating mode, through which the articulated arm is moved from quadrant 4 into quadrant 1 when approaching dead center and the degree of freedom of the articulated arm is restricted to quadrant 1. As soon as the articulated arm is in quadrant 1, it will only move in this quadrant in order to keep the calculation clear.
  • the transition from an overstretched pivot position of the articulated arm (pivot position above the imaginary extension of the main arm) to a pivot position below the imaginary extension of the main arm can be carried out in the opposite manner respectively.
  • the assistance function can be selected through the at least one function that can be selected by the user.
  • the predeterminable or predefined partial area is less than or equal to 2 °, preferably less than or equal to 0.5 °, or less than or equal to 10 cm, preferably less than or equal to 2.5 cm, and / or the rate of change is less than or equal to 0.2 ° per second, preferably less than or equal to 0.05 ° per second, or less than or equal to 2 cm per second, preferably less than or equal to 0.5 cm per second.
  • a restriction of one of the degrees of freedom of the arm system can thus correspond to a greatly decelerated movement of a respective arm along a respective degree of freedom.
  • the crane control has a, preferably portable, control panel and the user interface is formed on the control panel.
  • the control panel can have a display and operating elements in the form of a rotary knob, a linear lever and a button. The operating elements can be used to navigate the menu-supported user interface, to select the function that can be selected by a user or to issue control commands by a user.
  • a portable control panel can be understood to mean an independent operating unit with which a user can essentially move freely around a crane or a hydraulic lifting device in a certain environment.
  • data or information can be exchanged between such a control panel and the crane or the hydraulic lifting device, for example via radio and / or cable-based connections.
  • the user interface is menu-driven and / or comprises at least one operating element of the crane control.
  • the menu-driven User interface can follow a hierarchical structure. It is conceivable that the menu entries of the user interface can be modeled and displayed graphically.
  • a menu-guided user interface can enable a user to select different functions, for example from a list of predefined or predefinable functions.
  • the crane control includes a display. If the crane control is displayed as a touch display, the user interface can be executed directly via the touch display. In this case, the corresponding degree of freedom can be limited, for example, by touching a crane arm of an arm system shown on the display once. For example, the color of the crane arm shown can change from white to black on the display to visualize the restriction of the degree of freedom. If the crane arm is touched again, this restriction can be lifted again and the display of the crane arm can, for example, change again from black to white. If the display is not designed as a touch display or the like, the possibly menu-guided user interface can be navigated using an operating element of the crane control. The display can take on the function of a status display for the operator, on which it can be seen at a glance which crane arms or degrees of freedom are restricted.
  • the crane control is configured in a further operating mode to carry out a free control of the arm system on the basis of control commands entered by a user, with a change to the further operating mode taking place starting from the coordinate control operating mode as long as how a predeterminable or predetermined operating element of the crane control, preferably a dead man's switch of the crane control, remains actuated by a user. It may therefore be possible for a user to temporarily switch from the coordinate control operating mode to the further operating mode for free control of the arm system by actuating an operating element of the crane control provided for this purpose. In this way, for example, individual arms of the arm system can be brought into a desired position in a targeted and free manner or obstacles can be driven manually.
  • the crane geometry i.e. the relative position of the crane arms to one another in a plane or relative to the crane column and the pivoting position of the crane arms including the crane column relative to a crane base
  • the user can, for example, change the relative position of the crane arms by actuating corresponding operating elements and pivot the crane arms together with the crane column relative to the crane base.
  • the crane operation is usually monitored by safety devices, which intervene when the user actuates operating elements that lead to a safety-critical state. For example, the stability of the crane can be monitored.
  • the crane control has several operating modes.
  • a working position operating mode in which the crane geometry can be changed in a predetermined sequence of movements by the crane control in order to easily convert the crane to a predetermined one To bring the working position and / or a predetermined parking position.
  • the crane control can also be configured to remember the last operating mode used before the crane is folded into its parking position. It can be provided that after the crane has been unfolded into its working position by means of the working position operating mode, the coordinate control operating mode is automatically switched to if the coordinate control operating mode was last active before the crane was folded into its parking position.
  • Protection is also desired for a vehicle with a crane of the type described above.
  • the vehicle can be a truck and the crane can be a loading crane.
  • FIG. 1 a to 1 c side views of different versions of one on one
  • Vehicle mounted crane 2a to 2c side views of various designs of a crane
  • 3a to 3e are side views showing degrees of freedom of movement of different arms of different arm systems
  • 5a and 5b show two versions of the arm system which can be arranged
  • FIG. 7 shows an exemplary display of the crane control of a proposed crane with selection options for operating modes displayed thereon
  • FIGS. 9a to 9c show possible application examples that of operating profiles
  • FIGS. 10a to 10e show embodiments of user interfaces
  • Fig. 1 1 a to 1 1 d further versions of user interfaces and a
  • FIG. 12 shows a possible restriction of the degree of freedom ⁇ of the articulated arm
  • FIG. 13a shows the display of a crane control of a proposed crane
  • FIG. 13b shows a control panel of the crane control according to FIG. 13a
  • FIG. 12 shows a possible restriction of the degree of freedom ⁇ of the articulated arm
  • FIG. 13a shows the display of a crane control of a proposed crane
  • FIG. 13b shows a control panel of the crane control according to FIG. 13a
  • FIG. 12 shows a possible restriction of the degree of freedom ⁇ of the articulated arm
  • FIG. 13a shows the display of a crane control of a proposed crane
  • FIG. 13b shows a control panel of the crane control according to FIG. 13a
  • FIG. 14 shows a further embodiment of a user interface.
  • FIGS. 1 a to 1 c side views of various designs of a crane 1 mounted on a vehicle 19 are shown.
  • Figures 2a to 2c show the cranes 1 of Figures 1 a to 1 c in isolation.
  • the degrees of freedom a, ⁇ , cp, y, L, J, H of the movement of the individual arms 2, 3, 4, 5, 7, 8, 24 of the various arm systems of the cranes 1 are shown in FIGS. 3a to 3e and in FIG illustrated.
  • FIG. 1 a A first embodiment of a proposed crane 1 is shown in FIG. 1 a, the crane 1 being designed as a loading crane or knuckle-boom crane and being arranged on a vehicle 19.
  • the crane 1 has a crane column 2 that can be rotated about a first vertical axis v1 by means of a slewing gear 20, one about a first horizontal axis Pivot axis h1 pivotably mounted on the crane column 2 main arm 3 and an articulated arm 4 pivotably mounted on the main arm 3 about a second horizontal pivot axis h2 with at least one push arm 5.
  • a hydraulic master cylinder 21 is provided for pivoting the main arm 3 relative to the crane column 2 (illustrated articulation angle position a1 of the degree of freedom a).
  • a hydraulic articulated cylinder 22 is provided for pivoting the articulated arm 4 relative to the main arm 3 (illustrated articulation angle position b1 of the degree of freedom ⁇ ).
  • the crane tip 14 can be formed from the tip of the push arm 5.
  • the arm system of the crane 1 shown accordingly has a crane column 2, a main arm 3, an articulated arm 4 and at least one push arm 5.
  • the crane 1 has a schematically illustrated crane control 6 which, in a coordinate control operating mode, is configured to carry out coordinate control of the arm system.
  • the crane control 6 has a user interface not shown here, the user interface having at least one function that can be selected by a user, through which in the coordinate control operating mode at least one of the degrees of freedom a, ⁇ , cp, L (see FIGS. 3a to 3e and FIG ) is or is restricted.
  • FIG 1b a second embodiment of a proposed crane 1 is shown, the crane 1 shown therein, in addition to equipping the embodiment shown in Figure 1 a, pivotable about a third horizontal pivot axis h3 on the push arm 5 of the articulated arm 4 second articulated arm 7 with a has a second push arm 8 mounted therein.
  • An articulated cylinder 23 is provided for pivoting the second articulated arm 7 relative to the articulated arm 4 (illustrated articulation angle position g1 of the degree of freedom y).
  • the crane tip 14 can be formed from the tip of the push arm 8.
  • the arm system of the crane 1 shown in FIG. 1 b accordingly has a crane column 2, a main arm 3, an articulated arm 4 with at least one push arm 5, and a second articulated arm 7 with at least one push arm 8.
  • a crane column 2 a main arm 3
  • an articulated arm 4 with at least one push arm 5
  • a second articulated arm 7 with at least one push arm 8.
  • one of the degrees of freedom a, ⁇ , f, g, L, J can be selected for the crane 1 shown in FIG. 1 b in the coordinate control operating mode by a function selectable by a user 4) be or be restricted.
  • FIG 1c a third embodiment of a proposed crane 1 is shown, the crane 1 shown therein, in addition to the configuration of the embodiment shown in Figure 1b, a further articulated arm attached to the second push arm 8 of the second articulated arm 7 pivotable about a fourth horizontal pivot axis a4 24 has.
  • An articulated cylinder 25 is provided for pivoting the further articulated arm 24 relative to the second articulated arm 7 (illustrated articulation angle position d1 of the degree of freedom of the pivoting movement of the further articulated arm 24).
  • the crane tip 14 can be formed from the tip of the further articulated arm 24.
  • the arm system of the crane 1 shown in Figure 1c accordingly has a crane column 2, a flake arm 3, an articulated arm 4 with at least one push arm 5, a second articulated arm 7 with at least one push arm 8, and a further articulated arm 24 (which can be designed to be adjustable in length if necessary can).
  • At least one of the degrees of freedom a, ⁇ , cp, y, L, J can be used for the crane 1 shown in FIG. 1 c in the coordinate control operating mode by a function that can be selected by a user 3a to 3e and FIG. 4) as well as the degree of freedom of the pivoting movement of the further articulated arm 24 can be or are limited.
  • FIGS. 2a to 2c each show a detailed view of a crane 1 designed according to FIGS. 1a to 1c.
  • FIGS. 3a to 3e the degrees of freedom a, ⁇ , f, g, L, J of the movement of different arms of different arm systems are illustrated in side views.
  • the design of the crane 1 shown in FIGS. 3a to 3c corresponds to that of FIGS. 1a and 2a.
  • the articulated arm 7 shown in FIGS. 3e and 3b corresponds to that of the second articulated arms 7 in FIGS. 1b and 2b.
  • the further articulated arm 24 of FIGS. 1c and 2c can also be designed in accordance with the articulated arm 7 shown in FIGS. 3e and 3b.
  • the crane column 2 rotatable about the axis of rotation in the form of the first vertical axis v1 is mounted pivotably over a structurally specified crane column pivot range cp1-cp2 and has a degree of freedom cp due to its pivotable mounting.
  • the crane pillar swivel range extends over an interval from 0 ° to 360 °, that is to say that the crane pillar is designed to be endlessly pivotable.
  • the main arm 3 is pivotably mounted on the crane column 2 over a structurally specified main arm pivoting range cd-a2 and has a degree of freedom a due to its pivotable mounting.
  • the articulated arm 4 is pivotably mounted on the main arm 3 over a structurally predetermined articulated arm pivot range ⁇ 1- ⁇ 2 and has a degree of freedom ⁇ due to its pivotable mounting.
  • the push arm 5 is mounted in the articulated arm 4 so as to be displaceable over a structurally predetermined push area L1-L2 and has a degree of freedom L due to its displaceable mounting.
  • an articulated arm 7 is shown in isolation, which can be pivoted via a connection area 28 on the push arm 5 of the crane 1 of Figures 3a to 3c over a structurally predetermined second articulated arm pivoting range g1 -g2 and a pivotable mounting Degree of freedom g, and which comprises at least one second push arm 8, which is slidably mounted in the second articulated arm 7 over a structurally predetermined second push arm push area J1 - J2 and has a degree of freedom J due to its displaceable mounting.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a crane 1 whose arm system, in contrast to the embodiments discussed above, additionally has at least one main arm push arm 18, which in the main arm 3 has a structurally predetermined (and only shown schematically) thrust area H1-H2 is displaceably mounted and has a degree of freedom H due to its displaceable mounting.
  • the arm system of the crane 1 shown in FIG. 4 accordingly has a crane column 2, a main arm 3 with at least one main arm push arm 18, and an articulated arm 4 with at least one push arm 5.
  • At least one of the degrees of freedom a, ⁇ , f, H, L can be restricted or restricted by a function selectable by a user.
  • the degrees of freedom a, ⁇ , cp, Y, L, J, H of the movement of different arms can be set to a given or predefinable value aq, bq, fq, gq, L0, J0 , HO can be or are fixed, and / or to a predeterminable or predefined sub-range cd ⁇ a3 - a4 ⁇ a2; ß1 ⁇ ß3 - ß4 ⁇ ß2; cp1 ⁇ cp3 - cp4 ⁇ f2; g1 ⁇ Y 3 - g4 ⁇ g2; L1 ⁇ L3 - L4 ⁇ L2; J1 ⁇ J3 - J4 ⁇ J2; H1 ⁇ H3 - H4 ⁇ H2 be or be restricted.
  • FIGS. 5a and 5b two designs of additional devices that can be arranged on the arm system are shown in the form of a working device 9, exemplarily designed as brick pile tongs, and a static arm extension 10.
  • FIG. 5a shows an embodiment of a working device 9 which can be arranged on a push arm of a crane. Dimensions and functional scope of the working device can be stored in a crane control (not shown here) and included in the calculations of the crane control.
  • the static arm extension 10 shown in FIG. 5b can be arranged on a push arm of a crane via a corresponding receptacle.
  • the arm extension 10 can be arranged on a push arm at an angle Q (shown here opposite an imaginary vertical one).
  • the arm extension 10 can be designed to be variable in length.
  • the information about the arm extension 10, such as the length of the arm extension 10 and the angle q can be stored in a crane control (not shown here) and included in the calculations of the crane control, especially with regard to the position of the crane tip (see FIGS. 11 b and 11 d).
  • FIG 6a an embodiment of the crane 1 according to Figure 1 a or 2a is shown.
  • a schematic representation of the crane control 6 is shown, which is configured in a coordinate control operating mode to carry out a coordinate control of the arm system.
  • the crane control 6 has a user interface not shown here, the user interface having at least one function that can be selected by a user and by which at least one of the degrees of freedom a, ⁇ , cp, L can be or is restricted in the coordinate control operating mode.
  • the crane control 6 shown schematically here has several signal inputs to which signals from the sensors installed on the crane 1 can be fed.
  • the crane control 6 also has a memory 11 in which, for example, program data on operating modes and calculation models of the crane control 6 as well as incoming signals can be stored, and a computing unit 12 with which, among other things, incoming signals and data stored in the memory 11 can be processed.
  • the crane control 6 can also include a display 16. Communication between the crane control 6 and the display 16 can take place in a wired and / or wireless manner. In the embodiment shown in FIG.
  • the sensor system for detecting the geometry of the crane 1 includes a rotation angle sensor f1 for detecting the rotation angle f1 of the crane column 2, a bending angle sensor k1 for detecting the bending angle a1 of the main arm 3 to the crane column 2, a bending angle sensor k2 for detecting the Articulation angle b1 of the articulated arm 4 to the main arm 3 and a push position sensor s1 for detecting the push position x1 of the push arm 5.
  • FIG 6b an embodiment of the crane 1 according to Figure 1b or 2b is shown analogously to Figure 6a.
  • the configuration of the crane 1 comprises, as shown, a second articulated arm 7 arranged on the push arm 5 of the articulated arm 4.
  • An articulation angle sensor k3 for acquiring the articulation angle g1 of the second articulated arm 7 to the articulated arm 5 and a are used as additional sensors for detecting the operating parameters of the crane 1
  • Push position sensor s2 for detecting the push position x2 of the second push arm 8 is provided.
  • FIGS. 6a and 6b A similar embodiment of the arrangement shown in FIGS. 6a and 6b comprising a crane 1 according to FIGS. 1c or 2c and a crane control 6 is also conceivable.
  • FIG. 7 shows an example of a display 16 of the crane control 6 of a proposed crane 1.
  • the display 16 can be used purely for display, but can also be designed as a touch display and thus simultaneously represent a menu-guided user interface of the crane control 6.
  • Various operating modes of the crane control 6 can be selected via operating mode functions 26a, 26b, 26c that can be selected by a user.
  • a first selectable operating mode function 26a can be used to select a working position operating mode in which the crane geometry of the crane 1 is brought into a working position in a predetermined sequence of movements.
  • a second selectable operating mode function 26b can be used to select a parking position operating mode in which the crane geometry of the crane 1 is brought into a parking position in a predetermined sequence of movements.
  • the coordinate control operating mode in which the crane control 6 is configured to carry out coordinate control of the arm system can be selected via a third selectable operating mode function 26c.
  • Settings of the coordinate control operating mode can be changed via the fourth selectable operating mode function 26d (for example, configuration and / or sequence of operating profiles, specifications for different degrees of freedom, etc.).
  • FIGS. 8a, 8b and 8c show exemplary embodiments of user interfaces which are each formed by displays 16 of crane controls 6, which can be designed as touch displays.
  • the functions 27a, 27b, 27c, 27d, 27e, 27f, 27g, 27h, 27i, 27j, 27k shown here, which can be selected by a user, are each used to select one with the respective function 27a, 27b, 27c, 27d, 27e, 27f , 27g, 27h, 27i, 27j, 27k linked operating profile of the crane control 6 in the coordinate control Operation mode.
  • At least two arm selections in the form of a subset of the arms 2, 3, 4, 5, 7, 8, 18 of the arm system of the crane 1 are or will be stored in a predefined or predefinable order from a higher priority to a lower priority continuously determined during operation.
  • the crane control 6 is designed to use and control the arm selections stored in the selected operating profile according to their prioritization to carry out the coordinate control of the arm system.
  • the respectively selected function 27a, 27d and 27h in FIGS. 8a to 8c is marked on the display 16 by a black point (filled circle) so that the user can immediately see which operating profile is selected.
  • the crane shown in the pictograms of FIGS. 8a and 8b can be related to an embodiment of a crane 1 according to FIGS. 1 a and 2a and the crane shown in FIG. 8c to an embodiment of a crane 1 according to FIGS. 1b and 2b . The same is conceivable for an embodiment of a crane 1 according to FIGS. 1c and 2c.
  • the menus shown in FIGS. 8a to 8c can, for example, each correspond to a submenu which can be reached by selecting function 26d in the menu in FIG.
  • an arm system of a crane 1 can be held in a preferred arm position in a coordinate control operating mode.
  • a selection of the function 27a can correspond, for example, to a standard configuration of the crane 1 in which the arm system is held in an arm position that is optimized for utilization and range. Further details on this can be found in FIG. 9a.
  • a selection of the function 27b can correspond, for example, to a configuration of the crane 1 in which the arm system is held in an arm position which is ideally suited for transporting bulky loads. Details on this can be found in FIG. 9b.
  • a selection of the function 27c can correspond, for example, to a configuration of the crane 1 in which the main arm 3 of the arm system is specifically held in a preferred position. Details on this can be found in FIG. 9c.
  • a selection of the functions 27d to 27g in FIG. 8b can, when carrying out the coordinate control of the arm system of a crane 1 according to FIG. 1 a or 2a, use an arm selection in the form of a subset (3, 4, 5; 4, 5; 5; 3,4) the amount of arms (3, 4, 5) of the arm system.
  • a selection of the function 27d can correspond to an arm selection in which the main arm 3 and the articulated arm 4, the articulated arm 4 and the push arm 5, or the main arm 3 and the push arm 5 are used depending on suitability or prioritization when the coordinate control is carried out.
  • a selection of the function 27e can correspond to an arm selection in which the articulated arm 4 and the push arm 5 are used when the coordinate control is carried out.
  • a selection of the function 27f can correspond to an arm selection in which the main arm 3 and the push arm 5 are used when the coordinate control is carried out.
  • a selection of the function 27g can correspond to an arm selection in which the main arm 3 and the articulated arm 4 are used when the coordinate control is carried out.
  • a selection of the respective functions restricts the remaining degrees of freedom of movement of the arms of the arm system.
  • FIGS. 9a to 9c show possible application examples that make use of operating profiles.
  • a target angle aq is defined for the degree of freedom a of the pivoting movement of the main arm 3, which is located in an angular range which is optimized for capacity and range (e.g. 20 °), for example by using a corresponding function of the user interface to define the target angle aq of the degree of freedom a of the pivoting movement of the main arm 3 was selected.
  • the crane 1 thus essentially achieves the maximum lifting force and the maximum range.
  • an arm selection is always used in this application example, which includes articulated arm 4 and push arm 5.
  • Such a configuration is ideal for transporting bulky loads. If possible, in this application example, priority is always given to an arm selection which comprises the main arm 3 and push arm 5.
  • the main arm 3 is held in its desired position (eg> 60 °) for as long as possible. This is equivalent to an at least temporary restriction for the degree of freedom a of the pivoting movement of the main arm 3 to a partial area a3-a2 (see also FIG. 3a in this regard). If the main arm 3 leaves its target position downwards (in the direction of 0 °), it is repeatedly positioned back to its target angle if or as soon as the movement allows it. A permanent lowering of the main arm 3 when working in the steep position can thus be prevented.
  • This reset function of the main arm 3 can be achieved, for example, using the arm selections of the operating profile according to Table 4, in which the arm selection with prioritization 1 (articulated arm 4 and push arm 5) is always used if possible.
  • the crane 1 is moved, for example, in a coordinate-controlled manner using the arm selections of the operating profile according to Table 4 and in the course of the movement of the arm system, the main arm 3 leaves its target position and is at an angular position of 50 °. Subsequently, the arm selection changes due to an end position or a restart of the movement.
  • the two arm selections that include the main arm 3 i.e.
  • the arm selection with the prioritization 2 and the arm selection with the prioritization 3) are then evaluated by the crane control 6 to determine whether the target position of the main arm 3 can be approached again with the current user specification.
  • the arm selection that moves the main arm 3 back into the target position the fastest is then temporarily (dynamically) placed in the first position (or receives the prioritization with the number 1).
  • the arm selection temporarily placed in the first position is set back to its original position in accordance with Table 4 (or receives its original prioritization again).
  • FIGS. 10a to 10e show exemplary embodiments of user interfaces which are each formed by displays 16 of crane controls 6, which can be designed as touch displays.
  • the user interface can be executed directly via the touch display. For example, by touching a crane arm 2, 3, 4, 5, 7, 8 shown on the display 16 once, the corresponding degree of freedom can be limited. To visualize the restriction, the color of the correspondingly restricted crane arm 2, 3, 4, 5, 7, 8 can change from white to black. If the crane arm 2, 3, 4, 5, 7, 8 is touched again, the restriction can be lifted again and the display of the crane arm 2, 3, 4, 5, 7, 8 changes from black to white.
  • An implementation of the user interface as shown in FIGS. 10a to 10e is particularly advantageous when the user interface is implemented via the touch display.
  • this display 16 is not designed as a touch display or the like, the menu-guided user interface can be navigated using an operating element.
  • an embodiment as shown in FIGS. 8a to 8c is advantageous.
  • An embodiment as shown in FIGS. 10a to 10e can in such a case serve, for example, as a kind of status display for the user who can thus see at a glance which crane arms 2, 3, 4, 5, 7, 8 or degrees of freedom are restricted are.
  • the functions 27I, 27m, 27n, 27o, 27p, 27q of the crane control 6 in the coordinate control operating mode that can be selected by a user are each used to select an arm of the arm system of the crane 1, the degree of freedom of which is determined by a preset or presettable value (or Area) should be restricted. In other words, can be done by by a user Selectable functions 27I, 27m, 27n, 27o, 27p, 27q can be selected which arms of the arm system are to be locked, the locked arms no longer participate in the coordinate-controlled movement of the arm system and instead remain in their locked position.
  • an arm system of a crane 1 similar to the embodiment of FIG.
  • the arm systems of the cranes 1 shown on the displays 16 of FIGS. 10c to 10e additionally include a second articulated arm 7 and a second push arm 8.
  • the arms are each locked via the functions 27I, 27m, 27n, 27o, 27p, 27q that can be selected by a user shown in black in the illustrations of the arm systems.
  • FIGS. 11 a to 11 c show exemplary embodiments of user interfaces which are each formed by displays 16 of crane controls 6, which can be designed as touch displays.
  • the selectable functions 27r and 27s shown in FIG. 11a lead to a menu, for example, via which information on an additional device in the form of an arm extension 10 or a work device 9 (see FIGS. 5a and 5b) is stored in a memory 11 of the crane control 6 Database are selectable. Via the selectable function 27t shown in FIG.
  • a setting mask for example, via which information on additional devices not stored in the memory 11 of the crane control 6 can be entered.
  • a setting mask for example, via which information on additional devices not stored in the memory 11 of the crane control 6 can be entered.
  • an angular position (angle Q) of an additional device attached to the arm system in the form of an arm extension 10 can be selected or entered.
  • the selectable functions 27y, 27z shown in FIG. 11 c are used to select the set-up state of an additional device attached to the arm system in the form of, for example, one or more manually actuatable extension extensions.
  • FIG. 11d shows an embodiment of an input mask 13 displayed on a display 16, via which information on the scope of functions and / or dimensional information and / or angular positions to the at least one Additional device 9, 10 can be selected or entered and transferred to the crane control 6.
  • Figure 12 shows an example of the restriction of the degree of freedom ⁇ of the articulated arm 4 to a sub-area ⁇ 1 ⁇ 3 - ⁇ 2, in order to enable so-called overstretching of the articulated arm 4, in that the crane control 6 provides an assistance function in the coordinate control operating mode, which can be selected by the user Function of the user interface is selectable.
  • Quadrant 1 is the area between the main arm line and the pivot bearing line above the main arm line and in the direction of the main arm 3.
  • Quadrant 3 is the area between the main arm line and the pivot bearing line below the main arm line and in the direction of the main arm 3.
  • Quadrant 4 is the area between the main arm line and the pivot bearing line below the main arm line and in the direction of the imaginary extension of the main arm 3.
  • the articulated arm 4 is in quadrant 4.
  • the articulated arm angle is 180 °, that is, the articulated arm 4 is arranged in an exactly straight extension to the main arm 3
  • the articulated arm 4 is moved into quadrant 1 and the degree of freedom ⁇ of the articulated arm 4 is restricted to quadrant 1 (see right figure).
  • FIG. 13a shows the display 16 of a crane control 6 of a proposed crane 1.
  • the representation on the display 16 of the crane control 6 can be a representation in Corresponding operating mode in which a free control of the arm system of the crane 1 on the basis of control commands entered by a user is possible.
  • the representation shown in FIG. 13 a contains graphic representations of a plurality of linear levers 30 in order to visualize the functional assignments that apply in this operating mode.
  • FIG. 13b shows an embodiment of a control panel 15 of the crane control 6.
  • the control panel 15 has at least one display 16 and operating elements 17 in the form of a rotary knob 29, a linear lever 30 and a button 31.
  • the operating elements can be used to navigate the menu-supported user interface, to select the function that can be selected by a user or to issue control commands by a user.
  • the control panel 15 can have a predetermined operating element 17, for example in the form of a button 31 configured as a dead man's switch.
  • a predetermined operating element 17 for example in the form of a button 31 configured as a dead man's switch.
  • the crane control 6 is in the coordinate control operating mode, it is possible to switch to the further operating mode by actuating the operating element 17 in the form of the button 31 configured in this way.
  • This change into the further operating mode lasts as long as the operating element 17 in the form of, for example, the button 31 remains actuated by the user.
  • the display 16 shown in FIG. 13a can be displayed, for example, if the dead man's switch described above is pressed in the coordinate control operating mode, the crane control changing to the further - freely controllable - operating mode. This can be made evident to the operator by means of the representation on the display 16. This can take place independently of the variant (whether a touch display or not) of the display 16.
  • a display 16 is shown with a security query shown on it, which, for example, has to be confirmed by a user when he changes to the coordinate control operating mode. As shown in FIG. 7, this security query can be made when the operating mode function 26c is selected to switch to the coordinate disturbance operating mode.

Abstract

Kran (1), insbesondere Ladekran, mit einem mehrere Arme aufweisenden Armsystem, und wobei der Kran (1) eine Kransteuerung (6) aufweist, welche in einem Koordinatensteuerung-Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, eine Koordinatensteuerung des Armsystems durchzuführen, wobei die Kransteuerung (6) eine Benutzerschnittstelle aufweist, wobei die Benutzerschnittstelle wenigstens eine durch einen Benutzer wählbare Funktion aufweist, durch welche im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus wenigstens einer der Freiheitsgrade (α, ß, cp, L) des Armsystems beschränkbar ist oder beschränkt ist.

Description

Kran mit Kransteuerung
Die Erfindung betrifft einen Kran gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit einem solchen Kran.
Gattungsgemäße Krane mit einer Kransteuerung, welche in einem Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, eine Koordinatensteuerung des Armsystems durchzuführen, sind im Stand der Technik bekannt.
Bei einer herkömmlichen Bedienung eines Krans, bei welcher die einzelnen Aktuatoren des Armsystems einzeln von einem Benutzer bzw. Bediener durch von diesem abgegebene Steuerbefehlen direkt angesteuert werden, ergibt sich die Bewegung der Kranspitze des Armsystems aus den einzelnen durch den Benutzer gesteuerten Stellbewegungen. Eine Bewegung der Kranspitze des Armsystems entlang etwa einer idealen vertikalen Bahn erfordert somit eine komplexe Abgabe von einzelnen Steuerbefehlen durch den Benutzer.
Bei einer Koordinatensteuerung des Armsystems hingegen werden die einzelnen Aktuatoren des Armsystems von der Kransteuerung so angesteuert, dass der Benutzer das Verhalten der Kranspitze des Armsystems anstelle der einzelnen Aktuatoren selbst ansteuert. Es sind Ausführungen von Koordinatensteuerungen bekannt, bei welchen der Kran durch den Benutzer im Wesentlichen mit nur zwei Bedienelementen (z.B. Joysticks) gesteuert wird, eines zum Schwenken der Kransäule und eines zur Durchführung einer horizontalen Bewegung und einer vertikalen Bewegung der Kranspitze.
Aufgrund der hohen Komplexität mancher Armsysteme, welche beispielsweise eine Kransäule, einen schwenkbar an der Kransäule angeordneten Hauptarm (auch als Hubarm bezeichnet) und einen schwenkbar am Hauptarm angeordneten Knickarm mit einem verschiebbar in diesem gelagerten Schubarm umfassen können, kann das Armsystem mehr Freiheitsgrade besitzen, als für die Positionierung und Orientierung der Kranspitze im Raum mindestens notwendig sind. So ist die Kransäule eines gattungsgemäßen Krans über einen konstruktiv vorgegebenen Kransäulen- Schwenkbereich verschwenkbar gelagert und weist durch ihre verschwenkbare Lagerung einen Freiheitsgrad auf. Der Hauptarm ist an der Kransäule über einen konstruktiv vorgegebenen Hauptarm-Schwenkbereich verschwenkbar gelagert und weist durch seine verschwenkbare Lagerung einen Freiheitsgrad auf. Der Knickarm ist am Hauptarm über einen konstruktiv vorgegebenen Knickarm-Schwenkbereich verschwenkbar gelagert und weist durch seine verschwenkbare Lagerung einen Freiheitsgrad auf. Der zumindest eine Schubarm ist im Knickarm über einen konstruktiv vorgegebenen Schubbereich verschiebbar gelagert und weist durch seine verschiebbare Lagerung einen Freiheitsgrad auf. Das Armsystem eines gattungsgemäßen Krans weist demnach vier Freiheitsgrade auf. Im Stand der Technik sind solche Armsysteme beispielsweise als redundante oder überbestimmte Manipulatoren bekannt.
Dadurch können bei jeder Vorgabe einer Bahn, welcher die Kranspitze bei einer Koordinatensteuerung folgen soll, unendlich viele Gelenktrajektorien - also wiederum Bahnen, welchen die Gelenke des Armsystems folgen sollen - möglich sein. Der Überschuss an Beweglichkeit durch die Überbestimmtheit wird häufig genutzt, um zum Beispiel den Bewegungsablauf des Armsystems zu optimieren oder um Hindernissen auszuweichen.
Bei einer solchen genannten Steuerung wird üblicherweise nach der Vorgabe einer gewünschten Bahn der Kranspitze, also nach Abgabe eines entsprechenden Steuerbefehls durch den Benutzer (beispielsweise Bewegung der Kranspitze in kartesischen Koordinaten), von einem Prozessor oder einer Recheneinheit der Kransteuerung eine sogenannte Rückwärtstransformation oder kinematische Umkehr durchgeführt, aus welcher sich die für die gewünschte Bahn geeigneten Steuerbefehle zur Ansteuerung der Aktuatoren des Armsystems ergeben (beispielsweise Bewegung des Armsystems entlang der Freiheitsgrade der Gelenke). Um eine eindeutige Lösung für eine solche Rückwärtstransformation für ein überbestimmtes Armsystem zu erlangen, muss die Rückwärtstransformation zur Generierung von Steuerbefehlen für das Armsystem unter Einbeziehung von Optimierungskriterien (wie beispielsweise sogenannten Kostfunktionen mit Gewichtungsmatrizen) und gegebenenfalls mit Näherrungen erfolgen und ist mit hohem Rechenaufwand verbunden. Bei einer so erfolgenden Ansteuerung des Armsystems kann es für den Bediener zu nicht direkt vorhersehbaren Bewegungen des Armsystems des Krans kommen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kran mit einer Kransteuerung, welche in einem Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, eine Koordinatensteuerung des Armsystems durchzuführen, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Kran anzugeben, bei welchem der Bediener Einfluss auf die Bewegung des Armsystems nehmen kann um unvorhergesehene Bewegungen zu vermeiden und bei welchem die Komplexität der Berechnung der Rückwärtstransformation verringert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Kran mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit einem solchen Kran gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Bei einem erfindungsgemäßen Kran ist vorgesehen, dass die Kransteuerung eine Benutzerschnittstelle aufweist, wobei die Benutzerschnittstelle wenigstens eine durch einen Benutzer wählbare Funktion aufweist, durch welche im Koordinatensteuerung- Betriebsmodus wenigstens einer der Freiheitsgrade beschränkbar ist oder beschränkt ist.
Durch die Beschränkung wenigstens eines der Freiheitsgrade des Armsystems können im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus unvorhersehbare Bewegungen des Armsystems verhindert werden und die Komplexität der Berechnung der Rückwärtstransformation deutlich verringert werden.
Die Bewegungen des Armsystems können durch die Beschränkung wenigstens eines der Freiheitsgrade durch die wenigstens eine durch einen Benutzer wählbare Funktion für den Benutzer besser vorhersehbar sein. Ein Benutzer kann so beispielsweise durch die Auswahl einer entsprechenden Funktion gezielt Freiheitsgrade der Bewegung des Armsystems beschränken und/oder ausschalten, die er nicht an der Bewegung des Armsystems im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus beteiligt haben möchte.
Dadurch, dass ein Benutzer wenigstens eine Funktion zur Beschränkung wenigstens eines der Freiheitsgrade des Armsystems auswählen kann, können die Bewegungen des Armsystems gezielt an den geplanten Hubvorgang angepasst werden. Dem Benutzer kann so eine Möglichkeit zur Interaktion mit dem Kran gegeben werden, wodurch der Benutzer die Arbeitsweise des Krans beeinflussen kann.
In einer Ausführung der Erfindung kann dem Benutzer dadurch die Möglichkeit gegeben werden, eine Auswahl der an der Koordinatensteuerung beteiligten Arme des Armsystems zu treffen. In einer Weiterbildung dieser Ausführung der Erfindung kann einem Benutzer zudem die Möglichkeit gegeben werden, eine Bevorzugung oder Priorisierung unterschiedlicher Kombinationen von an der Koordinatensteuerung beteiligten Armen des Armsystems vorzunehmen.
Dadurch, dass eine Benutzerschnittstelle vorgesehen ist, kann einem Benutzer die Auswahl der wenigstens einen Funktion leicht möglich gemacht werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass das Armsystem zusätzlich einen zweiten Knickarm aufweist, welcher am Schubarm über einen konstruktiv vorgegebenen zweiten Knickarm-Schwenkbereich verschwenkbar gelagert ist und durch seine verschwenkbare Lagerung einen Freiheitsgrad aufweist, und welcher vorzugsweise zumindest einen zweiten Schubarm umfasst, welcher im zweiten Knickarm über einen konstruktiv vorgegebenen zweiten Schubarm- Schubbereich verschiebbar gelagert ist und durch seine verschiebbare Lagerung einen Freiheitsgrad aufweist. Der zweite Knickarm erweitert den Raum der möglichen Positionierung der Kranspitze und wird häufig auch als sogenannter „Fly-Jib“ bezeichnet.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Armsystem zusätzlich zumindest einen Hauptarm-Schubarm aufweist, welcher im Hauptarm über einen konstruktiv vorgegebenen Schubbereich verschiebbar gelagert ist und durch seine verschiebbare Lagerung einen Freiheitsgrad aufweist. Durch den zumindest einen Hauptarm- Schubarm kann der Hauptarm teleskopierbar ausgebildet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass am Armsystem zumindest eine Zusatzvorrichtung in Form eines Arbeitsgeräts und/oder einer Armverlängerung, vorzugsweise einer statischen und ggf. unter einem vorgebbaren Winkel anordenbaren Armverlängerung, angeordnet ist.
Für die Koordinatensteuerung ist es grundsätzlich kein Problem, die geometrischen Daten von Zusatzvorrichtungen oder Anbaugeräten in der Berechnung zu berücksichtigen. Dafür muss die Koordinatensteuerung lediglich mit Informationen zu einer am Armsystem angebrachten Zusatzvorrichtung (z.B. Informationen zum Funktionsumfang, Dimensionsangaben, Winkelstellungen) versorgt werden, sodass diese Informationen in die Berechnung einfließen können.
Es kann daher vorgesehen sein, dass über die Benutzerschnittstelle Informationen, vorzugsweise Informationen zum Funktionsumfang und/oder Dimensionsangaben und/oder Winkelstellungen, zu der zumindest einen Zusatzvorrichtung an die Kransteuerung übergebbar sind, wobei die Informationen aus einer in einem Speicher der Kransteuerung hinterlegten Datenbank auswählbar sind und/oder über die Benutzerschnittstelle, vorzugsweise über eine Einstellmaske, eingebbar sind. So können beispielsweise bereits in der Kransteuerung hinterlegte Informationen zu einer Zusatzvorrichtung über ein Menü ausgewählt werden oder Informationen können über eine Einstellmaske vom Benutzer eingegeben werden. Dadurch kann der Rüstzustand des Krans richtig konfiguriert werden und es kann ermöglicht werden, dass im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus eine Koordinatensteuerung der Spitze der Zusatzvorrichtung durchgeführt wird. Um den Rüstzustand des Krans sicherzustellen, kann eine Sicherheitsabfrage vorgesehen sein. So kann vorgesehen sein, dass der Benutzer den Rüstzustand des Krans über die Benutzerschnittstelle bestätigen muss, indem eine entsprechende Funktion der Benutzerschnittstelle ausgewählt wird.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Kransteuerung zur Durchführung einer Koordinatensteuerung der Kranspitze oder eines vorgegebenen oder vorgebbaren Punkts des Armsystems oder eines vorgegebenen oder vorgebbaren vom Armsystem gelagerten Punkts ausgebildet ist. Im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus wird zumeist eine Koordinatensteuerung der Kranspitze durchgeführt. Anstatt der Kranspitze kann aber auch ein beliebiger anderer Punkt des Armsystems oder ein vom Armsystem gelagerter Punkt herangezogen werden, für den eine Koordinatensteuerung vorgenommen wird. So könnte am Armsystem eine Seilwinde angeordnet sein und eine Koordinatensteuerung könnte in Bezug auf den Anbringungspunkt der Seilwinde am Armsystem oder in Bezug auf den Lasthaken am Seilende der Seilwinde vorgenommen werden. Dadurch kann bei einem Seilwindenbetrieb vorgesehen sein, dass sich die Koordinatensteuerung nicht mehr auf die Kranspitze selbst bezieht, sondern direkt die Position der Last am Seilende regelt. Der Wechsel von einer Koordinatensteuerung der Kranspitze zu einer Koordinatensteuerung eines vorgegebenen oder vorgebbaren Punkts des Armsystems oder eines vorgegebenen oder vorgebbaren vom Armsystem gelagerten Punkts kann von der Kransteuerung detektiert und dem Bediener vorgeschlagen werden, der diesen Wechsel bestätigen kann oder muss. Es kann auch vorgesehen sein, dass dieser Wechsel vom Bediener aktiviert werden kann, indem eine entsprechende Funktion der Benutzerschnittstelle ausgewählt wird.
Da die Kinematik eines gattungsgemäßen Krans, bei dem es sich um einen Ladekran handeln kann, für die Koordinatensteuerung aufgrund der vorhandenen Freiheitsgrade des Armsystems überbestimmt ist, müssen für eine eindeutige Lösung der Rückwärtstransformation Einschränkungen und/oder Vorgaben getroffen werden, um diese Überbestimmtheit aufzulösen oder zu reduzieren. Eine geeignete Einschränkung stellt dabei die Beschränkung von Freiheitsgraden des Armsystems dar.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann daher vorgesehen sein, dass durch die wenigstens eine durch den Benutzer wählbare Funktion wenigstens ein Freiheitsgrad des Armsystems beschränkbar ist oder beschränkt ist, um eine Überbestimmung des Armsystems aufzuheben oder zu reduzieren. Durch eine Aufhebung der Überbestimmung bzw. Redundanz des Armsystems kann die Komplexität der Berechnung der Rückwärtstransformation, aus welcher sich die für die gewünschte Bahn geeigneten Steuerbefehle zur Ansteuerung der Aktuatoren des Armsystems ergeben, stark reduziert werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Freiheitsgrad der drehbaren Kransäule zur Beibehaltung der Verschwenkbarkeit der Kransäule von der Menge der beschränkbaren oder beschränkten Freiheitsgrade ausgenommen ist. Dies ist insbesondere bei Ausführungen von Koordinatensteuerungen sinnvoll, bei denen der Kran durch den Benutzer mit zwei Bedienelementen (z.B. Joysticks) gesteuert wird, wobei eines der beiden Bedienelemente zum Schwenken der Kransäule und das andere Bedienelement zur Durchführung einer horizontalen Bewegung und einer vertikalen Bewegung der Kranspitze verwendet wird.
Eine Beibehaltung der Verschwenkbarkeit der Kransäule kann beispielsweise wünschenswert sein, wenn dieser Freiheitsgrad der Bewegung des Armsystems nicht redundant vorhanden ist.
Dass der Freiheitsgrad der drehbaren Kransäule zur Beibehaltung der Verschwenkbarkeit der Kransäule von der Menge der beschränkbaren oder beschränkten Freiheitsgrade ausgenommen ist, kann insbesondere bei Abstützsituationen des Krans, bei welchen die Drehachse der verschwenkbaren Kransäule von der Vertikalen abweicht, vorteilhaft sein.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass durch die wenigstens eine durch den Benutzer wählbare Funktion ein Freiheitsgrad des Armsystems beschränkbar ist oder beschränkt ist oder alle Freiheitsgrade des Armsystems bis auf zwei Freiheitsgrade beschränkbar sind oder beschränkt sind. Bei einer Koordinatensteuerung des Armsystems, bei der die Koordinatensteuerung durch Ansteuerung von Flauptarm, Knickarm und Schubarm vorgenommen werden kann, ist die Beschränkung eines Freiheitsgrads ausreichend, um eine Überbestimmung des Armsystems aufzuheben oder zu reduzieren, da nach der Beschränkung eines Freiheitsgrads genau zwei Freiheitsgrade übrig bleiben, um eine horizontale Bewegung und eine vertikale Bewegung des Armsystems vorzunehmen. Wenn das Armsystem zusätzliche Arme umfasst (z.B. einen zweiten Knickarm), ist die Beschränkung aller Freiheitsgrade des Armsystems bis auf zwei Freiheitsgrade ausreichend, um eine Überbestimmung des Armsystems aufzuheben oder zu reduzieren, da nach einer solchen Beschränkung der Freiheitsgrade genau zwei Freiheitsgrade übrig bleiben, um eine horizontale Bewegung und eine vertikale Bewegung des Armsystems vorzunehmen. Mit anderen Worten werden dadurch die koordinatengesteuerten Bewegungen des Armsystems nur mit zwei Armen bzw. Kransektionen oder Freiheitsgraden ausgeführt, wodurch diese Bewegungen eindeutig bestimmt und für den Benutzer leichter nachvollziehbar sind. Außerdem können durch eine Beschränkung eines Freiheitsgrads oder der Freiheitsgrade eines unerwünschten Arms unvorhersehbare Bewegungen des Armsystems verhindert werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Kransteuerung in dem Koordinatensteuerung-Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, zur Durchführung der Koordinatensteuerung des Armsystems eine Armselektion in Form einer Teilmenge der Arme des Armsystems heranzuziehen, wobei die Kransteuerung wenigstens ein Betriebsprofil aufweist, in welchem wenigstens zwei Armselektionen in einer vorgegebenen oder vorgebbaren Reihung von einer höheren Priorisierung zu einer niedereren Priorisierung hinterlegt sind oder laufend ermittelt werden, und die Kransteuerung dazu ausgebildet ist, die im wenigstens einen Betriebsprofil hinterlegten Armselektionen entsprechend ihrer Priorisierung zur Durchführung der Koordinatensteuerung des Armsystems heranzuziehen und anzusteuern, wobei durch die wenigstens eine durch den Benutzer wählbare Funktion das wenigstens eine Betriebsprofil auswählbar ist. Eine laufende Ermittlung kann während des Betriebs in Abhängigkeit der für die momentane Stellung des Armsystems oder die Eignung einer Armselektion für die durchgeführte oder durchzuführende Flubbewegung erfolgen.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass jede der wenigstens zwei Armselektionen aus zwei Armen des Armsystems besteht.
Bei einem der Betriebsprofile kann es sich beispielsweise um eine sogenannte Standardpriorisierung handeln, die immer dann zum Einsatz kommt, wenn kein anderes Betriebsprofil speziell oder gezielt ausgewählt wird. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt ein Beispiel für eine solche Standardpriorisierung für einen Kran mit einem Armsystem, das zusätzlich zu Hauptarm, Knickarm und Schubarm einen zweiten Knickarm und einen zweiten Schubarm umfasst. Das in der Tabelle dargestellte Betriebsprofil umfasst 10 Armselektionen mit verschiedenen Priorisierungen. In der Tabelle stellt die Priorisierung mit der Nummer 1 die höchste Priorisierung und die Priorisierung mit der Nummer 10 die niedrigste Priorisierung dar.
In den nachfolgenden Tabellen sind die Arme des Armsystems folgendermaßen abgekürzt: HA entspricht dem Hauptarm, KA entspricht dem Knickarm, SA entspricht dem Schubarm (des Knickarms), JKA entspricht dem zweiten Knickarm, JSA entspricht dem zweiten Schubarm (des zweiten Knickarms). Tabelle 1
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Kransteuerung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer vorgebbaren und/oder einer vorgegebenen und/oder einer vorherrschenden Stellung des Armsystems eine Armselektion zur Koordinatensteuerung heranzuziehen.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Kransteuerung dazu ausgebildet ist, dass das Heranziehen und Ansteuern einer Armselektion aus den wenigstens zwei Armselektionen zusätzlich in einer Abhängigkeit von der Durchführbarkeit der Koordinatensteuerung mit der jeweiligen Armselektion erfolgt.
So könnte beispielsweise bei Verwendung der in Tabelle 1 beispielhaft dargestellten Standardpriorisierung abhängig von der Stellung des Armsystems und von der Durchführbarkeit der Koordinatensteuerung zunächst die Armselektion mit der Priorisierung 1 (Knickarm und Schubarm) zur Koordinatensteuerung herangezogen werden. Wenn die vom Benutzer gewünschte Bewegung mit dieser Armselektion nicht möglich ist, würde die Armselektion mit der nächstniedrigeren Priorisierung, also Priorisierung 2 (Hauptarm und Schubarm) zur Koordinatensteuerung herangezogen werden. Dies würde sich entlang der Priorisierungen so lange fortsetzen, bis eine Armselektion gefunden ist, mit der sich die vom Benutzer gewünschte Bewegung durchführen lässt. Es kann auch vorgesehen sein, dass abhängig von den vorhandenen Armen bzw. Kransektionen verschiedene Betriebsprofile hinterlegt sind. So kann bei einem Kran mit einem Armsystem umfassend Hauptarm, Knickarm, Schubarm, zweiter Knickarm und zweiter Schubarm beispielsweise ein erstes Betriebsprofil hinterlegt sein, dessen Armselektionen nur Hauptarm und/oder Knickarm und/oder Schubarm umfassen und es kann ein zweites Betriebsprofil hinterlegt sein, dessen Armselektionen Teilmengen aller vorhandener Arme sind. Die nachfolgend dargestellte Tabelle 2 zeigt beispielhaft ein erstes Betriebsprofil und die nachfolgend dargestellte Tabelle 3 zeigt beispielhaft ein zweites Betriebsprofil.
Das in der Tabelle 2 dargestellte erste Betriebsprofil umfasst 3 Armselektionen mit verschiedenen Priorisierungen. In der Tabelle stellt die Priorisierung mit der Nummer 1 die höchste Priorisierung und die Priorisierung mit der Nummer 3 die niedrigste Priorisierung dar. Das in der Tabelle 3 dargestellte zweite Betriebsprofil umfasst 10 Armselektionen mit verschiedenen Priorisierungen. In der Tabelle stellt die Priorisierung mit der Nummer 1 die höchste Priorisierung und die Priorisierung mit der Nummer 10 die niedrigste Priorisierung dar.
Tabelle 2
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Tabelle 3
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Anhand des ersten Betriebsprofils gemäß Tabelle 2 wird nachfolgend beispielhaft eine mögliche Verwendung dieses Betriebsprofils erläutert. Sofern die vom Benutzer gewünschte Bewegung des Armsystems mit der am höchsten priorisierten Armselektion, also Priorisierung 1 (Hauptarm und Knickarm), möglich ist, wird immer diese Armselektion zur Durchführung der Koordinatensteuerung des Armsystems herangezogen. Erreicht einer der Arme der Armselektion die Endlage oder wird anderweitig gesperrt, wird die Armselektion mit der nächstniedrigeren Priorisierung verwendet. Sollte die Armselektion mit der Priorisierung 1 im Laufe der Bewegung des Armsystems wieder verfügbar werden (d.h. dass die vom Benutzer gewünschte Bewegung mit dieser Armselektion wieder möglich wäre), wird trotzdem mit der aktuell verwendeten Armselektion weiter verfahren, um ein ständiges Wechseln der zur Durchführung der Koordinatensteuerung herangezogenen Armselektionen zu vermeiden. Erst bei einem Neustart der Bewegung (nach einer Hebelnullstellung) oder einem erneuten Wechsel der Armselektion aufgrund einer Endlage oder Sperre wird die Armselektion mit der Priorisierung 1 wieder in Betracht gezogen. So kann sich bei dieser Verwendung des ersten Betriebsprofils gemäß Tabelle 2 beispielsweise folgender Ablauf ergeben: 1. Start mit der Armselektion mit der Priorisierung 1 (Hauptarm und Knickarm), da alle Armselektionen des Betriebsprofils möglich sind und diese Armselektion die höchste Priorisierung hat.
2. Hauptarm erreicht Endlage.
3. Auf die nächst mögliche Priorisierung, z.B. Armselektion mit der Priorisierung 2 (Knickarm und Schubarm), wechseln.
4. Armselektion mit der Priorisierung 1 (Hauptarm und Knickarm) wieder verfügbar, es bleibt die Armselektion mit der Priorisierung 2 (Knickarm und Schubarm) aktiv.
5. Schubarm erreicht Endlage. 6. Sofern möglich Wechsel auf Armselektion mit der Priorisierung 1 (Hauptarm und Knickarm) wenn nicht Stopp.
Es kann vorgesehen sein, dass die Reihung der wenigstens zwei Armselektionen eines Betriebsprofils veränderbar ist. Insbesondere kann die Reihung laufend ermittelt werden.
Die nachfolgend dargestellte Tabelle 4 zeigt beispielhaft ein weiteres Betriebsprofil. Dieses umfasst 3 Armselektionen mit verschiedenen Priorisierungen. In der Tabelle stellt die Priorisierung mit der Nummer 1 die höchste Priorisierung und die Priorisierung mit der Nummer 3 die niedrigste Priorisierung dar.
Tabelle 4
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Ergänzend zur Verwendung des in Tabelle 4 gezeigten Betriebsprofils wurde im nachfolgend erläuterten Beispiel für den Freiheitsgrad der Schwenkbewegung des Hauptarms ein Sollwinkel von 20° festgelegt, beispielsweise indem eine entsprechende Funktion der Benutzerschnittstelle zur Festlegung des Sollwinkels des Hauptarms ausgewählt wurde.
Der Kran wird koordinatengesteuert unter Heranziehung der Armselektionen des Betriebsprofils gemäß Tabelle 4 bewegt und im Zuge der Bewegung des Armsystems verlässt der Hauptarm seinen Sollwinkel und befindet sich bei einer Winkelstellung von 50°. In weiterer Folge kommt es aufgrund einer Endlage oder einem Neustart der Bewegung zu einem Wechsel der Armselektion. Es werden darauf die beiden Armselektionen, die den Hauptarm umfassen (also die Armselektion mit der Priorisierung 2 und die Armselektion mit der Priorisierung 3) von der Kransteuerung dahingehend bewertet, ob der Sollwinkel des Hauptarms mit der aktuellen Benutzervorgabe wieder angefahren werden kann. Daraufhin wird jene Armselektion, die den Hauptarm am schnellsten wieder in dessen Sollwinkelstellung bewegt, vorübergehend an die erste Stelle gesetzt (bzw. erhält die Priorisierung mit der Nummer 1 ). Bei Erreichen des Sollwinkels des Hauptarms wird die vorübergehend an die erste Stelle gesetzte Armselektion wieder an ihre ursprüngliche Position gemäß Tabelle 4 gesetzt (bzw. erhält wieder ihre ursprüngliche Priorisierung).
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Beschränkung des wenigstens einen Freiheitsgrads dadurch erfolgt, dass dieser auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert festlegbar oder festgelegt ist und/oder auf einen vorgebbaren oder vorgegebenen Teilbereich einschränkbar oder eingeschränkt ist und/oder in Bezug auf dessen Änderungsrate einschränkbar oder eingeschränkt ist.
Es kann daher vorgesehen sein, dass durch die wenigstens eine durch den Benutzer wählbare Funktion wenigstens ein Arm des Armsystems sperrbar ist. Mit anderen Worten kann damit wenigstens ein Arm des Armsystems vorübergehend gesperrt werden, sodass dieser wenigstens eine gesperrte Arm nicht mehr an der koordinatengesteuerten Bewegung des Armsystems teilnimmt und stattdessen in seiner gesperrten Position verbleibt. Dass der wenigstens eine gesperrte Arm nicht mehr an der koordinatengesteuerten Bewegung des Armsystems teilnimmt soll jedoch nicht bedeuten, dass dieser beispielsweise ortsfest im Raum verbleibt, sondern vielmehr das der bzw. die Freiheitsgrade des wenigstens einen gesperrten Arms nicht mehr zur Bewegung des Armsystems herangezogen werden.
Für den Kran kann vorgesehen sein, dass die Benutzerschnittstelle zumindest ein Bedienelement (beispielsweise einen Drehknopf, einen Linearhebel oder eine Achse eines mehrachsigen Joysticks) der Kransteuerung umfasst und eine Auswahl der wählbaren Funktion durch eine Betätigung des zumindest einen Bedienelements durch einen Benutzer erfolgt.
Es kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass die Kransteuerung in einem weiteren Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, eine freie Steuerung des Armsystems durchzuführen. Dies kann einer herkömmlichen Bedienung eines Krans entsprechen, bei welcher die einzelnen Aktuatoren des Armsystems einzeln von einem Benutzer durch von diesem abgegebene Steuerbefehlen direkt angesteuert werden. In einem solchen weiteren Betriebsmodus kann eine freie Ansteuerung des Armsystems durch zumindest ein Bedienelement der Kransteuerung erfolgen, wobei jeweils ein Bedienelement zur Eingabe von Steuerbefehlen für die Bewegung jeweils eines Arms des Armsystems entlang eines Freiheitsgrads vorgesehen ist. Es kann also zur freien Ansteuerung des Armsystems für die jeweilige Bewegung eines Arms des Armsystems entlang dessen jeweiligen Freiheitsgrads jeweils ein Bedienelement (beispielsweise ein der Bewegung zugewiesener Linearhebel oder eine Achse eines mehrachsigen Joysticks) vorgesehen sein.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass durch eine Betätigung (beispielsweise durch Bewegung in eine bestimmte Richtung) des zumindest einen Bedienelements durch einen Benutzer, während sich die Kransteuerung im Koordinatensteuerung- Betriebsmodus befindet, der dem Bedienelement im zuvor beschriebenen weiteren Betriebsmodus zugewiesene Freiheitsgrad des Armsystems beschränkbar ist oder beschränkt wird. Die Zuweisung der Funktion des zumindest einen Bedienelements im weiteren Betriebsmodus zur freien Ansteuerung des Armsystems kann im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus für eine Auswahl einer Beschränkung des entsprechenden Freiheitsgrads der Bewegung des Armsystems herangezogen werden.
Analog dazu kann vorgesehen sein, dass eine Beschränkung durch eine entsprechende Betätigung (beispielsweise durch eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung) des Bedienelements wieder aufgehoben werden kann.
So kann beispielsweise der Hauptarm (oder jeder beliebige andere Arm des Armsystems) gesperrt werden, um den Bewegungsablauf für den Benutzer zu vereinfachen. Für die Sperre sowie für die Aufhebung der Sperre eines Arms kann eine Eingabevorrichtung der Benutzerschnittstelle verwendet werden, wie beispielsweise ein Knopf einer menügeführten Benutzerschnittstelle oder Bedienelemente wie etwa ein Hebel einer hebelbedienbaren Benutzerschnittstelle. Neben den Eingabevorrichtungen für den Koordinatensteuerung-Betriebsmodus weist eine Benutzerschnittstelle einer Kransteuerung für einen Kran häufig auch einzelne Bedienhebel (etwa einen Joystick mit beispielsweise zwei orthogonalen Achsen oder einachsige Linearhebel) für eine freie Steuerung des Armsystems in einem weiteren Betriebsmodus auf. Diese Bedienhebel, die im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus nicht zur Steuerung des Armsystems verwendet werden, können für die Sperre sowie für die Aufhebung der Sperre eines Arms verwendet werden. So kann zum Beispiel der Hauptarm über das in der Koordinatensteuerung nicht verwendete Bedienelement für die Hauptarmbewegung (beispielsweise den Hauptarmhebel) gesperrt werden.
Der Benutzer kann den Hauptarm in eine gewünschte Stellung positionieren und danach den Hauptarmwinkel fixieren. Hierzu kann vorgesehen sein, dass er lediglich das der Hauptarmbewegung zugewiesene Bedienelement (etwa ein Joystick mit beispielsweise zwei orthogonalen Achsen oder ein einachsiger Linearhebel) in eine Richtung auslenken muss und so die Bewegungssperre aktivieren kann. Alle weiteren koordinatengesteuerten Bewegungen eines Krans mit Hauptarm, Knickarm und Schubarm werden dann nur mehr mit Knickarm und Schubarm ausgeführt. Zusätzlich kann eine Visualisierung auf einem Display der Kransteuerung erfolgen, in der gesperrte Arme bzw. Kransektionen entsprechend gekennzeichnet sind. Betätigt der Bediener das der Hauptarmbewegung zugewiesene Bedienelement erneut (z.B. in die entgegengesetzte Richtung), kann er sehr komfortabel die Sperre bzw. Fixierung des Hauptarms wieder aufheben. Eine solche Sperre oder Fixierung kann auf analoge Art und Weise für jeden anderen Arm bzw. jeden Freiheitsgrad der Bewegung des Armsystems erfolgen.
Als Beispiel kann der Hauptarm hoch positioniert (z.B. 70° - 80°) und danach gesperrt werden. Die koordinatengesteuerte Kranbewegungen werden somit nur mehr mit Knickarm und Schubarm ausgeführt und es kann damit ein sehr großer Bewegungsraum abgedeckt werden. Zusätzlich kann so verhindert werden, dass der Hauptarm durch unvorhergesehene Bewegungen mit Aufbauten an einem Trägerfahrzeug oder einem LKW, auf dem der Kran montiert ist, kollidiert.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass durch eine Beschränkung des wenigstens einen Freiheitsgrads der Freiheitsgrad des Knickarms auf einen vorgebbaren oder vorgegebenen Teilbereich, vorzugsweise auf einen vorgebbaren oder vorgegebenen Quadranten, einschränkbar oder eingeschränkt ist, sodass der Knickarm im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus in einer überstreckten Schwenkstellung oberhalb einer gedachten Verlängerung des Hauptarms positionierbar oder positioniert ist. Eine gedachte Verlängerung des Hauptarms (Hauptarmlinie) und eine senkrecht dazu verlaufende gedachte Linie durch das Schwenklager des Knickarms am Hauptarm (Schwenklagerlinie) bilden vier Bereiche bzw. Quadranten. Als Quadrant 1 wird dabei der Bereich zwischen der Hauptarmlinie und der Schwenklagerlinie oberhalb der Hauptarmlinie und in Richtung der gedachten Verlängerung des Hauptarms bezeichnet. Als Quadrant 2 wird der Bereich zwischen der Hauptarmlinie und der Schwenklagerlinie oberhalb der Hauptarmlinie und in Richtung des Hauptarms bezeichnet. Als Quadrant 3 wird der Bereich zwischen der Hauptarmlinie und der Schwenklagerlinie unterhalb der Hauptarmlinie und in Richtung des Hauptarms bezeichnet. Als Quadrant 4 wird der Bereich zwischen der Hauptarmlinie und der Schwenklagerlinie unterhalb der Hauptarmlinie und in Richtung der gedachten Verlängerung des Hauptarms bezeichnet.
Ein Mangel herkömmlicher Koordinatensteuerungen ist das Fehlen einer eindeutigen Lösung für das sogenannte Überstrecken des Knickarms, bei dem sich der Knickarm von einer Schwenkstellung unterhalb einer gedachten Verlängerung des Hauptarms (Quadrant 4) zu einer Schwenkstellung oberhalb der gedachten Verlängerung des Hauptarms (Quadrant 1 ) bewegen soll. Insbesondere gibt es beim Totpunkt (der Knickarmwinkel beträgt 0°, d.h. der Knickarm ist in exakt gerader Verlängerung zum Hauptarm angeordnet) eine Unstetigkeit in der Berechnung.
Eine Möglichkeit wäre das Überstrecken des Knickarms mithilfe einer manuellen Übersteuerung, indem eine entsprechende Funktion der Benutzerschnittstelle ausgewählt wird.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Kransteuerung im Koordinatensteuerung- Betriebsmodus eine Assistenzfunktion bereitstellt, durch die der Knickarm bei Annäherung an den Totpunkt ausgehend von Quadrant 4 in den Quadrant 1 bewegt wird und der Freiheitsgrad des Knickarms auf Quadrant 1 eingeschränkt wird. Sobald sich der Knickarm in Quadrant 1 befindet, wird er sich nur mehr in diesem Quadranten bewegen, um die Berechnung eindeutig zu halten. Der Übergang von einer überstreckten Schwenkstellung des Knickarms (Schwenkstellung oberhalb der gedachten Verlängerung des Hauptarms) zu einer Schwenkstellung unterhalb der gedachten Verlängerung des Hauptarms kann in umgekehrter Weise entsprechend erfolgen. Es kann vorgesehen sein, dass durch die wenigstens eine durch den Benutzer wählbare Funktion die Assistenzfunktion auswählbar ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der vorgebbare oder vorgegebene Teilbereich kleiner oder gleich 2°, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5°, ist bzw. kleiner oder gleich 10 cm, vorzugsweise kleiner oder gleich 2,5 cm, ist, und/oder die Änderungsrate kleiner oder gleich 0,2° pro Sekunde, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,05° pro Sekunde, ist bzw. kleiner oder gleich 2 cm pro Sekunde, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5 cm pro Sekunde, ist. Eine Beschränkung eines der Freiheitsgrade des Armsystems kann somit einer stark verlangsamten Bewegung eines jeweiligen Arms entlang eines jeweiligen Freiheitsgrads entsprechen. Von einem Benutzer kann bei einer Ansteuerung des Armsystems im Koordinatensteuerung- Betriebsmodus ein dementsprechend in seiner Bewegung beschränkter Arm bzw. ein dementsprechend beschränkter Freiheitsgrad als im Wesentlichen an der Bewegung des Armsystems unbeteiligt angesehen werden. Es kommt also aus der Sicht des Benutzers im Wesentlichen zu keinen unvorhersehbaren Bewegungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Kransteuerung ein, vorzugsweise tragbares, Steuerpult aufweist und die Benutzerschnittstelle an dem Steuerpult ausgebildet ist. Das Steuerpult kann eine Anzeige und Bedienelemente in Form etwa eines Drehknopfs, eines Linearhebels und eines Tasters aufweisen. Die Bedienelemente können zur Navigation der menügestützten Benutzerschnittstelle, zur Auswahl der durch einen Benutzer wählbaren Funktion oder zur Abgabe von Steuerbefehlen durch einen Benutzer dienen.
Unter einem tragbaren Steuerpult kann eine eigenständige Bedieneinheit verstanden werden, mit welcher sich ein Benutzer im Wesentlichen frei in einem gewissen Umfeld um einen Kran bzw. eine hydraulische Hebevorrichtung bewegen kann. Selbstverständlich können zwischen einem solchen Steuerpult und dem Kran bzw. der hydraulischen Hebevorrichtung Daten bzw. Informationen ausgetauscht werden, beispielsweise über Funk und/oder kabelgestützte Verbindungen.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Benutzerschnittstelle menügeführt ist und/oder zumindest ein Bedienelement der Kransteuerung umfasst. Die menügeführte Benutzerschnittstelle kann einer hierarchischen Struktur folgen. Es ist denkbar, dass die Menüeinträge der Benutzerschnittstelle grafisch modelliert und dargestellt werden können. Eine menügeführte Benutzerschnittstelle kann einem Benutzer die Auswahl unterschiedlicher Funktionen, beispielsweise aus einer Liste aus vorgegebenen oder vorgebbaren Funktionen, ermöglichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Kransteuerung eine Anzeige umfasst. Ist die Anzeige der Kransteuerung als Touchdisplay ausgeführt, dann kann die Benutzerschnittstelle direkt über das Touchdisplay ausgeführt werden. Dabei kann beispielsweise durch einmaliges Berühren eines auf der Anzeige dargestellten Kranarms eines dargestellten Armsystems der entsprechende Freiheitsgrad beschränkt werden. Auf der Anzeige kann dabei zur Visualisierung der Beschränkung des Freiheitsgrads beispielsweise die Farbe des dargestellten Kranarms von weiß auf schwarz wechseln. Bei einem weiteren Berühren des Kranarms kann diese Beschränkung wieder aufgehoben werden und die Anzeige des Kranarms beispielsweise wieder von schwarz auf weiß wechseln. Ist die Anzeige nicht als Touchdisplay oder ähnliches ausgeführt, kann die gegebenenfalls menügeführte Benutzerschnittstelle über ein Bedienelement der Kransteuerung navigiert werden. Die Anzeige kann die Funktion einer Statusanzeige für den Bediener übernehmen, auf welcher auf einen Blick erkennbar ist, welche Kranarme bzw. Freiheitsgrade beschränkt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Kransteuerung in einem weiteren Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, eine freie Steuerung des Armsystems auf Basis von durch einen Benutzer eingegebenen Steuerbefehlen durchzuführen, wobei ausgehend vom Koordinatensteuerung-Betriebsmodus so lange ein Wechsel in den weiteren Betriebsmodus erfolgt, wie ein vorgebbares oder vorgegebenes Bedienelement der Kransteuerung, vorzugsweise ein Totmannschalter der Kransteuerung, von einem Benutzer betätigt bleibt. Es kann also für einen Benutzer möglich sein, vorübergehend durch Betätigung eines dafür vorgesehenen Bedienelements der Kransteuerung aus dem Koordinatensteuerung-Betriebsmodus in den weiteren Betriebsmodus zur freien Steuerung des Armsystems zu wechseln. Dadurch können sich beispielsweise einzelne Arme des Armsystems gezielt und frei in eine gewünschte Position bringen lassen oder Hindernisse manuell fahren werden. Im weiteren Betriebsmodus zur freien Steuerung des Armsystems kann die Krangeometrie, das heißt die relative Stellung der Kranarme zueinander in einer Ebene bzw. relativ zur Kransäule und die Schwenkstellung der Kranarme samt Kransäule relativ zu einem Kransockel, durch einen Benutzer frei verändert werden. Der Benutzer kann beispielsweise durch Betätigen von entsprechenden Bedienelementen die relative Stellung der Kranarme ändern und die Kranarme samt Kransäule relativ zum Kransockel verschwenken. Im Hintergrund wird üblicherweise der Kranbetrieb durch Sicherheitsvorrichtungen überwacht, welche bei Betätigung von Bedienelementen durch den Benutzer, die zu einem sicherheitskritischen Zustand führen, eingreifen. Zum Beispiel kann die Standsicherheit des Krans überwacht werden.
Generell kann vorgesehen sein, dass die Kransteuerung mehrere Betriebsmodi aufweist. So kann neben dem Koordinatensteuerung-Betriebsmodus und einem weiteren Betriebsmodus zur freien Steuerung des Armsystems beispielsweise auch ein Arbeitsposition-Betriebsmodus vorhanden sein, in welchem die Krangeometrie in einer vorbestimmten Abfolge von Bewegungen durch die Kransteuerung veränderbar ist, um den Kran in einfacher Weise in eine vorbestimmte Arbeitsposition und/oder in eine vorbestimmte Parkierposition zu bringen. Die Kransteuerung kann auch dazu konfiguriert sein, dass sie sich den zuletzt verwendeten Betriebsmodus vor dem Zusammenfalten des Krans in seine Parkierposition merkt. So kann vorgesehen sein, dass nach einem Ausfalten des Krans in seine Arbeitsposition mittels Arbeitsposition- Betriebsmodus automatisch in den Koordinatensteuerung-Betriebsmodus gewechselt wird, wenn vor dem Zusammenfalten des Krans in seine Parkierposition zuletzt der Koordinatensteuerung-Betriebsmodus aktiv war.
Schutz wird auch begehrt für ein Fahrzeug mit einem Kran der vorstehend beschriebenen Art. Beim Fahrzeug kann es sich um einen Lastkraftwagen handeln und beim Kran kann es sich um einen Ladekran handeln.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren diskutiert. Es zeigen:
Fig. 1 a bis 1 c Seitenansichten verschiedener Ausführungen eines auf einem
Fahrzeug montierten Krans, Fig. 2a bis 2c Seitenansichten verschiedener Ausführungen eines Krans,
Fig. 3a bis 3e Seitenansichten zu Freiheitsgraden der Bewegung von unterschiedlichen Armen verschiedener Armsysteme,
Fig. 4 einer Ausführung eines Krans mit einem längenveränderbaren Flauptarm,
Fig. 5a und 5b zwei Ausführungen von am Armsystem anordenbaren
Zusatzvorrichtungen,
Fig. 6a und 6b Seitenansichten verschiedener Ausführungen eines Krans und jeweils eine schematische Darstellung einer Kransteuerung mit Sensorik,
Fig. 7 eine beispielhafte Anzeige der Kransteuerung eines vorgeschlagenen Krans mit darauf angezeigten Auswahlmöglichkeiten für Betriebsmodi,
Fig. 8a bis 8c beispielhaft Ausführungen von Benutzerschnittstellen,
Fig. 9a bis 9c zeigen mögliche Anwendungsbeispiele, die von Betriebsprofilen
Gebrauch machen,
Fig. 10a bis 10e Ausführungen von Benutzerschnittstellen,
Fig. 1 1 a bis 1 1 d weitere Ausführungen von Benutzerschnittstellen und eine
Eingabemaske,
Fig. 12 eine mögliche Beschränkung des Freiheitsgrads ß des Knickarms, Fig. 13a die Anzeige einer Kransteuerungen eines vorgeschlagenen Krans, Fig. 13b ein Steuerpult der Kransteuerung gemäß Figur 13a, und
Fig. 14 eine weitere Ausführung einer Benutzerschnittstelle.
In den Figuren 1 a bis 1 c sind Seitenansichten verschiedener Ausführungen eines auf einem Fahrzeug 19 montierten Krans 1 gezeigt. Die Figuren 2a bis 2c zeigen die Krane 1 der Figuren 1 a bis 1 c in Isolation. Die Freiheitsgrade a, ß, cp, y, L, J, H der Bewegung der einzelnen Arme 2, 3, 4, 5, 7, 8, 24 der verschiedenen Armsysteme der Krane 1 sind in den Figuren 3a bis 3e und in Figur 4 illustriert.
In Figur 1 a ist eine erste Ausführung eines vorgeschlagenen Krans 1 gezeigt, wobei der Kran 1 als Ladekran bzw. Knickarmkran ausgebildet ist und auf einem Fahrzeug 19 angeordnet ist. Der Kran 1 weist wie gezeigt eine um eine erste vertikale Achse v1 mittels eines Drehwerks 20 drehbare Kransäule 2, einen um eine erste horizontale Schwenkachse h1 schwenkbar an der Kransäule 2 gelagerten Hauptarm 3 und einen um eine zweite horizontale Schwenkachse h2 schwenkbar am Hauptarm 3 gelagerten Knickarm 4 mit zumindest einem Schubarm 5 auf. Zum Verschwenken des Hauptarms 3 relativ zur Kransäule 2 (dargestellte Knickwinkelstellung a1 des Freiheitsgrads a) ist ein hydraulischer Hauptzylinder 21 vorgesehen. Zum Verschwenken des Knickarms 4 relativ zum Hauptarm 3 (dargestellte Knickwinkelstellung b1 des Freiheitsgrads ß) ist ein hydraulischer Knickzylinder 22 vorgesehen. In dieser Ausführung des Krans 1 kann die Kranspitze 14 von der Spitze des Schubarms 5 ausgebildet sein.
Das Armsystem des gezeigten Krans 1 weist demnach eine Kransäule 2, einen Hauptarm 3, einen Knickarm 4 und zumindest einen Schubarm 5 auf.
Der Kran 1 weist eine schematisch dargestellte Kransteuerung 6 auf, welche in einem Koordinatensteuerung-Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, eine Koordinatensteuerung des Armsystems durchzuführen. Die Kransteuerung 6 weist eine hier nicht näher dargestellte Benutzerschnittstelle auf, wobei die Benutzerschnittstelle wenigstens eine durch einen Benutzer wählbare Funktion aufweist, durch welche im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus wenigstens einer der Freiheitsgrade a, ß, cp, L (siehe Figur 3a bis 3e und Figur 4) beschränkbar ist oder beschränkt ist.
In Figur 1 b ist eine zweite Ausführung eines vorgeschlagenen Krans 1 gezeigt, wobei der darin gezeigte Kran 1 zusätzlich zur Ausstattung der in Figur 1 a gezeigten Ausführung einen um eine dritte horizontale Schwenkachse h3 schwenkbar am Schubarm 5 des Knickarms 4 angeordneten zweiten Knickarm 7 mit einem darin gelagerten zweiten Schubarm 8 aufweist. Zum Verschwenken des zweiten Knickarms 7 relativ zum Knickarm 4 (dargestellte Knickwinkelstellung g1 des Freiheitsgrads y) ist ein Knickzylinder 23 vorgesehen. In dieser Ausführung des Krans 1 kann die Kranspitze 14 von der Spitze des Schubarms 8 ausgebildet sein.
Das Armsystem des in Figur 1 b gezeigten Krans 1 weist demnach eine Kransäule 2, einen Hauptarm 3, einen Knickarm 4 mit zumindest einem Schubarm 5, sowie einen zweiten Knickarm 7 mit zumindest einem Schubarm 8 auf. Analog zur Ausführung der Figur 1 b kann für den in Figur 1 b gezeigten Kran 1 im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus durch eine durch einen Benutzer wählbare Funktion einer der Freiheitsgrade a, ß, f, g, L, J (siehe Figur 3a bis 3e und Figur 4) beschränkbar sein oder beschränkt werden.
In Figur 1 c ist eine dritte Ausführung eines vorgeschlagenen Krans 1 gezeigt, wobei der darin gezeigte Kran 1 zusätzlich zur Konfiguration der in Figur 1 b gezeigten Ausführung einen weiteren um eine vierte horizontale Schwenkachse a4 schwenkbar am zweiten Schubarm 8 des zweiten Knickarms 7 angebrachten weiteren Knickarm 24 aufweist. Zum Verschwenken des weiteren Knickarms 24 relativ zum zweiten Knickarm 7 (dargestellte Knickwinkelstellung d1 des Freiheitsgrads der Schwenkbewegung des weiteren Knickarms 24) ist ein Knickzylinder 25 vorgesehen. In dieser Ausführung des Krans 1 kann die Kranspitze 14 von der Spitze des weiteren Knickarms 24 ausgebildet sein.
Das Armsystem des in Figur 1 c gezeigten Krans 1 weist demnach eine Kransäule 2, einen Flauptarm 3, einen Knickarm 4 mit zumindest einem Schubarm 5, einen zweiten Knickarm 7 mit zumindest einem Schubarm 8, sowie einen weiteren Knickarm 24 (der gegebenenfalls längenveränderbar ausgebildet sein kann) auf.
Analog zu den Ausführungen der Figuren 1 a und 1 b kann für den in Figur 1 c gezeigten Kran 1 im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus durch eine durch einen Benutzer wählbare Funktion zumindest einer der Freiheitsgrade a, ß, cp, y, L, J (siehe Figur 3a bis 3e und Figur 4) sowie der Freiheitsgrad der Schwenkbewegung des weiteren Knickarms 24 beschränkbar sein oder beschränkt werden.
Alle gezeigten Ausführungen können selbstverständlich ein Drehwerk 20 aufweisen.
In den Figuren 2a bis 2c ist jeweils eine Detailansicht eines gemäß den Figuren 1 a bis 1 c ausgebildeten Krans 1 gezeigt.
In den Figuren 3a bis 3e sind in Seitenansichten die Freiheitsgrade a, ß, f, g, L, J der Bewegung unterschiedlicher Arme verschiedener Armsysteme illustriert. Der in den Figuren 3a bis 3c gezeigte Kran 1 entspricht in der Ausführung jener der Figuren 1 a und 2a. Der in den Figuren 3e und 3b gezeigte Knickarm 7 entspricht jenem der in den Figuren 1 b und 2b zweiten Knickarme 7. Der weitere Knickarm 24 der Figuren 1 c und 2c kann ebenso entsprechend dem in den Figuren 3e und 3b gezeigten Knickarm 7 ausgebildet sein.
Mit Bezugnahme auf Figur 3a bis 3c ist die um die Drehachse in Form der ersten vertikalen Achse v1 drehbare Kransäule 2 über einen konstruktiv vorgegebenen Kransäulen-Schwenkbereich cp1 - cp2 verschwenkbar gelagert und weist durch ihre verschwenkbare Lagerung einen Freiheitsgrad cp auf. Es ist denkbar, dass sich der Kransäulen-Schwenkbereich über ein Intervall von 0° bis 360° erstreckt, also die Kransäule endlos schwenkbar ausgebildet ist. Der Hauptarm 3 ist an der Kransäule 2 über einen konstruktiv vorgegebenen Hauptarm-Schwenkbereich cd - a2 verschwenkbar gelagert und weist durch seine verschwenkbare Lagerung einen Freiheitsgrad a auf. Der Knickarm 4 ist am Hauptarm 3 über einen konstruktiv vorgegebenen Knickarm-Schwenkbereich ß1 - ß2 verschwenkbar gelagert und weist durch seine verschwenkbare Lagerung einen Freiheitsgrad ß auf. Der Schubarm 5 ist im Knickarm 4 über einen konstruktiv vorgegebenen Schubbereich L1 - L2 verschiebbar gelagert und weist durch seine verschiebbare Lagerung einen Freiheitsgrad L auf.
In den Figuren 3d und 3e ist ein Knickarm 7 in Isolation gezeigt, welcher über einen Verbindungsbereich 28 am Schubarm 5 des Kran 1 der Figuren 3a bis 3c über einen konstruktiv vorgegebenen zweiten Knickarm-Schwenkbereich g1 -g2 verschwenkbar lagerbar ist und durch eine verschwenkbare Lagerung einen Freiheitsgrad g aufweist, und welcher zumindest einen zweiten Schubarm 8 umfasst, welcher im zweiten Knickarm 7 über einen konstruktiv vorgegebenen zweiten Schubarm-Schubbereich J1 - J2 verschiebbar gelagert ist und durch seine verschiebbare Lagerung einen Freiheitsgrad J aufweist.
In Figur 4 ist eine Ausführung eines Krans 1 gezeigt, dessen Armsystem im Unterschied zu den zuvor diskutierten Ausführungen zusätzlich zumindest einen Hauptarm- Schubarm 18 aufweisen, welcher im Hauptarm 3 über einen konstruktiv vorgegebenen (und lediglich schematisch dargestellten) Schubbereich H1 - H2 verschiebbar gelagert ist und durch seine verschiebbare Lagerung einen Freiheitsgrad H aufweist.
Das Armsystem des in Figur 4 gezeigten Krans 1 weist demnach eine Kransäule 2, einen Hauptarm 3 mit zumindest einem Hauptarm-Schubarm 18, einen Knickarm 4 mit zumindest einem Schubarm 5 auf.
Analog zu den zuvor diskutierten Ausführungen kann für den in Figur 4 gezeigten Kran 1 im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus durch eine durch einen Benutzer wählbare Funktion zumindest einer der Freiheitsgrade a, ß, f, H, L beschränkbar sein oder beschränkt werden.
Dabei können wie in den Figuren 3a bis 3e und 4 dargestellt ist, die Freiheitsgrade a, ß, cp, Y, L, J, H der Bewegung unterschiedlicher Arme auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert aq, bq, fq, gq, L0, J0, HO festlegbar sein oder festgelegt werden, und/oder auf einen vorgebbaren oder vorgegebenen Teilbereich cd < a3 - a4 < a2; ß1 < ß3 - ß4 < ß2; cp1 < cp3 - cp4 < f2; g1 < Y3 - g4 < g2; L1 < L3 - L4 < L2; J1 < J3 - J4 < J2; H1 < H3 - H4 < H2 einschränkbar sein oder eingeschränkt werden.
In den Figuren 5a und 5b sind zwei Ausführungen von am Armsystem anordenbaren Zusatzvorrichtungen in Form eines exemplarisch als Steinstapelzange ausgeführten Arbeitsgeräts 9 und einer statischen Armverlängerung 10 gezeigt.
In Figur 5a ist eine Ausführung eines Arbeitsgeräts 9 gezeigt, welches am einem Schubarm eines Krans angeordnet werden kann. Abmessungen und Funktionsumfang des Arbeitsgeräts können in einer hier nicht dargestellten Kransteuerung hinterlegt werden und in den Berechnungen der Kransteuerung einbezogen werden.
Die in Figur 5b dargestellte statische Armverlängerung 10 kann an einem Schubarm eines Krans über eine entsprechende Aufnahme angeordnet werden. Durch eine verstellbar ausgebildete Aufnahme kann die Armverlängerung 10 unter einem Winkel Q (hier gegenüber einer gedachten vertikalen eingezeichnet) an einem Schubarm angeordnet werden. Die Armverlängerung 10 kann längenveränderbar ausgebildet sein. Die Informationen zur Armverlängerung 10, wie etwa die Länge der Armverlängerung 10 und der Winkel q, können in einer hier nicht dargestellten Kransteuerung hinterlegt werden und in Berechnungen der Kransteuerung, speziell in Bezug auf die Lage der Kranspitze, einbezogen werden (siehe hierzu Figuren 11 b und 11 d).
In Figur 6a ist eine Ausführung des Krans 1 gemäß der Figur 1 a bzw. 2a gezeigt. Zudem ist eine schematische Darstellung der Kransteuerung 6 gezeigt, welche in einem Koordinatensteuerung-Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, eine Koordinatensteuerung des Armsystems durchzuführen. Die Kransteuerung 6 weist eine hier nicht näher dargestellte Benutzerschnittstelle auf, wobei die Benutzerschnittstelle wenigstens eine durch einen Benutzer wählbare Funktion aufweist, durch welche im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus wenigstens einer der Freiheitsgrade a, ß, cp, L beschränkbar ist oder beschränkt ist.
Die hier schematisch dargestellte Kransteuerung 6 verfügt über mehrere Signaleingänge, welchen Signale der am Kran 1 verbauten Sensorik zugeführt werden können. Weiter verfügt die Kransteuerung 6 über einen Speicher 11 , in welchem beispielsweise Programmdaten zu Betriebsmodi und Berechnungsmodellen der Kransteuerung 6 sowie eingehende Signale gespeichert sein können, und über eine Recheneinheit 12, mit welcher unter anderem eingehende Signale und im Speicher 11 abgelegte Daten verarbeitet werden können. Die Kransteuerung 6 kann auch eine Anzeige 16 umfassen. Eine Kommunikation der Kransteuerung 6 mit der Anzeige 16 kann kabelgebunden und/oder drahtlos erfolgen. Die Sensorik zur Erfassung der Geometrie des Krans 1 umfasst in der in Figur 6a gezeigten Ausführung einen Drehwinkelsensor f1 zur Erfassung des Drehwinkels f1 der Kransäule 2, einen Knickwinkelsensor k1 zur Erfassung des Knickwinkels a1 des Hauptarms 3 zur Kransäule 2, einen Knickwinkelsensor k2 zur Erfassung des Knickwinkels b1 des Knickarms 4 zum Hauptarm 3 sowie einen Schubstellungssensor s1 zur Erfassung der Schubstellung x1 des Schubarms 5.
In Figur 6b ist analog zur Figur 6a eine Ausführung des Krans 1 gemäß der Figur 1 b bzw. 2b gezeigt. Die Konfiguration des Krans 1 umfasst wie gezeigt einen am Schubarm 5 des Knickarms 4 angeordneten zweiten Knickarm 7. Als zusätzliche Sensorik zur Erfassung der Betriebsparameter des Krans 1 sind ein Knickwinkelsensor k3 zur Erfassung des Knickwinkels g1 des zweiten Knickarms 7 zum Knickarm 5und ein Schubstellungssensor s2 zur Erfassung der Schubstellung x2 des zweiten Schubarms 8 vorgesehen.
Eine analoge Ausführung der in den Figuren 6a und 6b gezeigten Anordnung aus einem Kran 1 gemäß der Figur 1c bzw. 2c und einer Kransteuerung 6 ist ebenso denkbar.
Figur 7 zeigt beispielhaft eine Anzeige 16 der Kransteuerung 6 eines vorgeschlagenen Krans 1. Die Anzeige 16 kann rein der Anzeige dienen, kann aber auch als Touchdisplay ausgebildet sein und somit gleichzeitig eine menügeführte Benutzerschnittstelle der Kransteuerung 6 darstellen. Über durch einen Benutzer wählbare Betriebsmodus-Funktionen 26a, 26b, 26c können verschiedene Betriebsmodi der Kransteuerung 6 ausgewählt werden. So kann in diesem Beispiel über eine erste wählbare Betriebsmodus-Funktion 26a ein Arbeitsposition-Betriebsmodus ausgewählt werden, in welchem die Krangeometrie des Krans 1 in einer vorbestimmten Abfolge von Bewegungen in eine Arbeitsposition gebracht wird. Über eine zweite wählbare Betriebsmodus-Funktion 26b kann ein Parkierposition -Betriebsmodus ausgewählt werden, in welchem die Krangeometrie des Krans 1 in einer vorbestimmten Abfolge von Bewegungen in eine Parkierposition gebracht wird. Über eine dritte wählbare Betriebsmodus-Funktion 26c kann der Koordinatensteuerung-Betriebsmodus ausgewählt werden, in welchem die Kransteuerung 6 dazu konfiguriert ist, eine Koordinatensteuerung des Armsystems durchzuführen. Bei einer Auswahl der Betriebsmodus-Funktion 26c kann gegebenenfalls eine wie in Figur 14 dargestellte, von einem Benutzer zu bestätigende Sicherheitsabfrage erfolgen. Über die vierte wählbare Betriebsmodus-Funktion 26d können Einstellungen des Koordinatensteuerung- Betriebsmodus verändert werden (beispielsweise Konfiguration und/oder Reihung von Betriebsprofilen, Vorgaben für unterschiedliche Freiheitsgrade usw.).
Die Figuren 8a, 8b und 8c zeigen beispielhaft Ausführungen von Benutzerschnittstellen, die jeweils durch Anzeigen 16 von Kransteuerungen 6, die als Touchdisplay ausgebildet sein können, gebildet sind. Die hierbei dargestellten, durch einen Benutzer wählbaren Funktionen 27a, 27b, 27c, 27d, 27e, 27f, 27g, 27h, 27i, 27j, 27k dienen jeweils der Auswahl eines mit der jeweiligen Funktion 27a, 27b, 27c, 27d, 27e, 27f, 27g, 27h, 27i, 27j, 27k verknüpften Betriebsprofils der Kransteuerung 6 im Koordinatensteuerung- Betriebsmodus. In jedem der auswählbaren Betriebsprofile sind wenigstens zwei Armselektionen in Form einer Teilmenge der Arme 2, 3, 4, 5, 7, 8, 18 des Armsystems des Krans 1 in einer vorgegebenen oder vorgebbaren Reihung von einer höheren Priorisierung zu einer niedereren Priorisierung hinterlegt oder werden laufend während dem Betrieb ermittelt. Die Kransteuerung 6 ist dabei dazu ausgebildet, die im ausgewählten Betriebsprofil hinterlegten Armselektionen entsprechend ihrer Priorisierung zur Durchführung der Koordinatensteuerung des Armsystems heranzuziehen und anzusteuern.
Die in den Figuren 8a bis 8c jeweils ausgewählte Funktion 27a, 27d und 27h ist auf der Anzeige 16 durch einen schwarzen Punkt (ausgefüllter Kreis) markiert, sodass der Benutzer sofort sieht, welches Betriebsprofil ausgewählt ist. Der in den Piktogrammen der Figuren 8a und 8b dargestellte Kran kann auf eine Ausführung eines Kran 1 gemäß den Figuren 1 a bzw. 2a bezogen sein und der in der Figur 8c dargestellte Kran auf eine Ausführung eines Krans 1 gemäß den Figuren 1 b bzw. 2b. Analoges ist für eine Ausführung eines Krans 1 gemäß den Figuren 1 c bzw. 2c denkbar.
Die in den Figuren 8a bis 8c gezeigten Menüs können beispielsweise jeweils einem Untermenü entsprechen, welches durch Auswahl der Funktion 26d im Menü der Figur 7 erreicht werden kann.
Mit den in Figur 8a gezeigten Funktionen 27a, 27b und 27c kann ein Armsystem eines Kran 1 in einem Koordinatensteuerung-Betriebsmodus in einer bevorzugten Armstellung gehalten werden. Eine Auswahl der Funktion 27a kann beispielsweise einer Standardkonfiguration des Krans 1 entsprechen, in welcher das Armsystem in einer auslastungs- und reichweitenoptimiert Armstellung gehalten wird. Nähere Details hierzu sind der Figur 9a zu entnehmen.
Eine Auswahl der Funktion 27b kann beispielsweise einer Konfiguration des Krans 1 entsprechen, in welcher das Armsystem in einer Armstellung gehalten wird, welche ideal zum Transport sperriger Lasten geeignet ist. Details hierzu sind der Figur 9b zu entnehmen. Eine Auswahl der Funktion 27c kann beispielsweise einer Konfiguration des Krans 1 entsprechen, in welcher speziell der Hauptarm 3 des Armsystems in einer bevorzugten Position gehalten wird. Details hierzu sind der Figur 9c zu entnehmen.
Eine Auswahl der Funktionen 27d bis 27g in der Figur 8b kann bei Durchführung der Koordinatensteuerung des Armsystems eines Krans 1 gemäß der Figur 1 a bzw. 2a ein Heranziehen einer Armselektion in Form einer Teilmenge (3, 4, 5; 4, 5; 3, 5; 3,4) der Menge der Arme (3, 4, 5) des Armsystems bewirken. Eine Auswahl der Funktion 27d kann einer Armselektion entsprechen, bei welcher bei Durchführung der Koordinatensteuerung der Hauptarm 3 und der Knickarm 4, der Knickarm 4 und der Schubarm 5, oder der Hauptarm 3 und Schubarm 5 je nach Eignung bzw. Priorisierung herangezogen werden. Eine Auswahl der Funktion 27e kann einer Armselektion entsprechen, bei welcher bei Durchführung der Koordinatensteuerung der Knickarm 4 und der Schubarm 5 herangezogen werden. Eine Auswahl der Funktion 27f kann einer Armselektion entsprechen, bei welcher bei Durchführung der Koordinatensteuerung der Hauptarm 3 und der Schubarm 5 herangezogen werden. Eine Auswahl der Funktion 27g kann einer Armselektion entsprechen, bei welcher bei Durchführung der Koordinatensteuerung der Hauptarm 3 und der Knickarm 4 herangezogen werden. Eine Auswahl der jeweiligen Funktionen werden die übrigen Freiheitsgrade der Bewegung der Arme des Armsystems beschränkt.
Analog dazu kann für eine Auswahl der Funktionen 27h bis 27k in der Figur 8c bei Durchführung der Koordinatensteuerung des Armsystems eines Krans 1 gemäß der Figur 1 b bzw. 2b ein Heranziehen einer Armselektion einer entsprechenden Teilmenge der Menge der Arme (3, 4, 5, 7, 8) des Armsystems erfolgen.
Die Figuren 9a bis 9c zeigen mögliche Anwendungsbeispiele, die von Betriebsprofilen Gebrauch machen.
Im Beispiel der Figur 9a ist für den Freiheitsgrad a der Schwenkbewegung des Hauptarms 3 ein Sollwinkel aq festgelegt, der sich in einem Winkelbereich befindet, welcher auslastungs- und reichweitenoptimiert ist (z.B. 20°), beispielsweise indem eine entsprechende Funktion der Benutzerschnittstelle zur Festlegung des Sollwinkels aq des Freiheitsgrads a der Schwenkbewegung des Hauptarms 3 ausgewählt wurde. Somit erreicht der Kran 1 im Wesentlichen die maximale Hubkraft und die maximale Reichweite. Sofern möglich, wird bei diesem Anwendungsbeispiel immer mit einer Armselektion verfahren, welche Knickarm 4 und Schubarm 5 umfasst.
Im Beispiel der Figur 9b ist in Bezug auf den Knickarm 4 festgelegt, dass der Knickarm 4 zur Vermeidung einer vollständigen Durchstreckung (180°) desselben immer um einen einstellbaren Wert WK vor 180° stehen bleibt, beispielsweise indem eine entsprechende Funktion der Benutzerschnittstelle zur Einschränkung des Freiheitsgrads ß der Schwenkbewegung des Knickarms 4 auf einen Teilbereich ß1 - ß4 < ß2 (vergleiche hierzu auch Figur 3b; ß4 = 180° - WK) ausgewählt wurde. Eine derartige Konfiguration ist ideal zum Transport sperriger Lasten. Sofern möglich, wird bei diesem Anwendungsbeispiel immer priorisiert mit einer Armselektion verfahren, welche Hauptarm 3 und Schubarm 5 umfasst.
Im Beispiel der Figur 9c wird der Hauptarm 3 so lange wie möglich in seiner Sollposition (z.B. > 60°) gehalten. Dies kommt einer zumindest temporären Beschränkung für den Freiheitsgrad a der Schwenkbewegung des Hauptarms 3 auf einen Teilbereich a3 - a2 (siehe hierzu auch Figur 3a) gleich. Verlässt der Hauptarm 3 seine Sollposition nach unten (in Richtung 0°), wird er, sofern oder sobald die Bewegung es zulässt, immer wieder zu seinem Sollwinkel zurück positioniert. Damit kann ein permanentes Senken des Hauptarms 3 bei Arbeiten in der Steilstellung verhindert werden. Diese Rückstellfunktion des Hauptarms 3 kann beispielsweise unter Heranziehung der Armselektionen des Betriebsprofils gemäß Tabelle 4 erzielt werden, bei dem wenn möglich immer mit der Armselektion mit der Priorisierung 1 (Knickarm 4 und Schubarm 5) verfahren wird. Der Kran 1 wird zum Beispiel koordinatengesteuert unter Heranziehung der Armselektionen des Betriebsprofils gemäß Tabelle 4 bewegt und im Zuge der Bewegung des Armsystems verlässt der Hauptarm 3 seine Sollposition und befindet sich bei einer Winkelstellung von 50°. In weiterer Folge kommt es aufgrund einer Endlage oder einem Neustart der Bewegung zu einem Wechsel der Armselektion. Es werden darauf die beiden Armselektionen, die den Hauptarm 3 umfassen (also die Armselektion mit der Priorisierung 2 und die Armselektion mit der Priorisierung 3) von der Kransteuerung 6 dahingehend bewertet, ob die Sollposition des Hauptarms 3 mit der aktuellen Benutzervorgabe wieder angefahren werden kann. Daraufhin wird jene Armselektion, die den Hauptarm 3 am schnellsten wieder in die Sollposition bewegt, vorübergehend (dynamisch) an die erste Stelle gesetzt (bzw. erhält die Priorisierung mit der Nummer 1 ). Bei Erreichen der Sollposition des Hauptarms 3 wird die vorübergehend an die erste Stelle gesetzte Armselektion wieder an ihre ursprüngliche Position gemäß Tabelle 4 gesetzt (bzw. erhält wieder ihre ursprüngliche Priorisierung).
Die Figuren 10a bis 10e zeigen beispielhaft Ausführungen von Benutzerschnittstellen, die jeweils durch Anzeigen 16 von Kransteuerungen 6, die als Touchdisplay ausgebildet sein können, gebildet sind.
Ist die Anzeige 16 der Kransteuerung 6 als Touchdisplay ausgeführt, dann kann die Benutzerschnittstelle direkt über das Touchdisplay ausgeführt werden. Dabei kann beispielsweise durch einmaliges Berühren eines auf der Anzeige 16 dargestellten Kranarms 2, 3, 4, 5, 7, 8 der entsprechende Freiheitsgrad beschränkt werden. Zur Visualisierung der Beschränkung kann die Farbe des entsprechend beschränkten Kranarms 2, 3, 4, 5, 7, 8 von weiß auf schwarz wechseln. Bei einem weiteren Berühren des Kranarms 2, 3, 4, 5, 7, 8 kann die Beschränkung wieder aufgehoben werden und die Darstellung des Kranarms 2, 3, 4, 5, 7, 8 wechselt von schwarz auf weiß. Eine wie in den Figuren 10a bis 10e dargestellte Ausführung der Benutzerschnittstelle ist insbesondere bei einer Ausführung der Benutzerschnittstelle über das Touchdisplay vorteilhaft.
Ist diese Anzeige 16 nicht als Touchdisplay oder ähnliches ausgeführt, kann die menügeführte Benutzerschnittstelle über ein Bedienelement navigiert werden. Bei einer solchen Ausführung der Benutzerschnittstelle ist eine wie in den Figuren 8a bis 8c gezeigte Ausführung vorteilhaft. Eine wie in den Figuren 10a bis 10e dargestellte Ausführung kann in einem solchen Fall beispielsweise als eine Art Statusanzeige für den Benutzer dienen, welcher so auf einen Blick erkennen kann, welche Kranarme 2, 3, 4, 5, 7, 8 bzw. Freiheitsgrade beschränkt sind.
Die dargestellten, durch einen Benutzer wählbaren Funktionen 27I, 27m, 27n, 27o, 27p, 27q der Kransteuerung 6 im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus dienen jeweils der Auswahl eines Arms des Armsystems des Krans 1 , dessen Freiheitsgrad durch Festlegung auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert (oder Teilbereich) beschränkt werden soll. Mit anderen Worten kann durch die durch einen Benutzer wählbaren Funktionen 27I, 27m, 27n, 27o, 27p, 27q ausgewählt werden, welche Arme des Armsystems gesperrt werden sollen, wobei die gesperrten Arme nicht mehr an der koordinatengesteuerten Bewegung des Armsystems teilnehmen und stattdessen in ihrer gesperrten Position verbleiben. Auf den Anzeigen 16 der Figuren 10a und 10b ist dazu jeweils grafisch ein Armsystem eines Krans 1 ähnlich der Ausführung der Figur 1 a bzw. 2a illustriert, das eine Kransäule 2, einen Flauptarm 3, einen Knickarm 4 und einen Schubarm 5 umfasst. Die Armsysteme der auf den Anzeigen 16 der Figuren 10c bis 10e dargestellten Krane 1 umfassen zusätzlich einen zweiten Knickarm 7 und einen zweiten Schubarm 8. Die jeweils über die durch einen Benutzer wählbaren Funktionen 27I, 27m, 27n, 27o, 27p, 27q gesperrten Arme sind in den Illustrationen der Armsysteme jeweils schwarz dargestellt.
Die Figuren 11 a bis 11 c zeigen beispielhaft Ausführungen von Benutzerschnittstellen, die jeweils durch Anzeigen 16 von Kransteuerungen 6, die als Touchdisplay ausgebildet sein können, gebildet sind. Die hierbei dargestellten, durch einen Benutzer wählbaren Funktionen 27r, 27s, 27t, 27u, 27v, 27w, 27x, 27y, 27z dienen jeweils der Eingabe von Informationen zu einer am Armsystem des Krans 1 angebrachten Zusatzvorrichtung. Über die in Figur 11 a dargestellten wählbare Funktionen 27r und 27s gelangt man beispielsweise zu einem Menü, über das Informationen zu einer Zusatzvorrichtung in Form einer Armverlängerung 10 oder einem Arbeitsgerät 9 (siehe Figuren 5a und 5b) aus einer im Speicher 11 der Kransteuerung 6 hinterlegten Datenbank auswählbar sind. Über die in Figur 11 a dargestellte wählbare Funktion 27t gelangt man beispielsweise zu einer Einstellmaske, über die Informationen zu nicht im Speicher 11 der Kransteuerung 6 hinterlegten Zusatzvorrichtungen eingebbar sind. Über die in Figur 11 b dargestellten wählbaren Funktionen 27u, 27v, 27w, 27x kann eine Winkelstellung (Winkel Q) einer am Armsystem angebrachten Zusatzvorrichtung in Form einer Armverlängerung 10 (siehe Figur 5b) ausgewählt bzw. eingegeben werden. Die in Figur 11 c dargestellten wählbaren Funktionen 27y, 27z dienen der Auswahl des Rüstzustandes einer am Armsystem angebrachten Zusatzvorrichtung in Form beispielsweise einer oder mehrerer manuell betätigbarer Ausschubverlängerungen.
In Figur 11 d ist eine Ausführung einer auf einer Anzeige 16 angezeigten Eingabemaske 13 gezeigt, über welche Informationen zum Funktionsumfang und/oder Dimensionsangaben und/oder Winkelstellungen zu der zumindest einen Zusatzvorrichtung 9, 10 auswählbar oder eingebbar und an die Kransteuerung 6 übergebbar sind.
Figur 12 zeigt beispielhaft die Beschränkung des Freiheitsgrads ß des Knickarms 4 auf einen Teilbereich ß1 < ß3 - ß2, um ein sogenanntes Überstrecken des Knickarms 4 zu ermöglichen, indem die Kransteuerung 6 im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus eine Assistenzfunktion bereitstellt, welche über eine durch den Benutzer wählbare Funktion der Benutzerschnittstelle auswählbar ist.
Eine gedachte Verlängerung des Flauptarms 3 (Flauptarmlinie) und eine senkrecht dazu verlaufende gedachte Linie durch das Schwenklager des Knickarms 4 am Hauptarm 3 (Schwenklagerlinie) bilden vier Bereiche bzw. Quadranten. Als Quadrant 1 wird dabei der Bereich zwischen der Hauptarmlinie und der Schwenklagerlinie oberhalb der Hauptarmlinie und in Richtung der gedachten Verlängerung des Hauptarms 3 bezeichnet. Als Quadrant 2 wird der Bereich zwischen der Hauptarm linie und der Schwenklagerlinie oberhalb der Hauptarmlinie und in Richtung des Hauptarms 3 bezeichnet. Als Quadrant 3 wird der Bereich zwischen der Hauptarm linie und der Schwenklagerlinie unterhalb der Hauptarmlinie und in Richtung des Hauptarms 3 bezeichnet. Als Quadrant 4 wird der Bereich zwischen der Hauptarm linie und der Schwenklagerlinie unterhalb der Hauptarmlinie und in Richtung der gedachten Verlängerung des Hauptarms 3 bezeichnet.
In der linken Abbildung befindet sich der Knickarm 4 in Quadrant 4. Bei Annäherung des Knickarms 4 an den Totpunkt (der Knickarmwinkel beträgt 180°, d.h. der Knickarm 4 ist in exakt gerader Verlängerung zum Hauptarm 3 angeordnet) ausgehend von Quadrant 4 wird der Knickarm 4 in den Quadrant 1 bewegt wird und der Freiheitsgrad ß des Knickarms 4 wird auf Quadrant 1 eingeschränkt (siehe rechte Abbildung).
Sobald sich der Knickarm 4 in Quadrant 1 befindet, wird er sich nur mehr in diesem Quadranten bewegen, um die Berechnung im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus eindeutig zu halten.
Figur 13a zeigt die Anzeige 16 einer Kransteuerungen 6 eines vorgeschlagenen Krans 1. Die Darstellung auf der Anzeige 16 der Kransteuerung 6 kann einer Darstellung im Betriebsmodus entsprechen, in dem eine freie Steuerung des Armsystems des Krans 1 auf Basis von durch einen Benutzer eingegebenen Steuerbefehlen möglich ist. Die in Figur 13a gezeigte Darstellung enthält zur Visualisierung der in diesem Betriebsmodus geltenden Funktionszuweisungen grafische Repräsentationen von mehreren Linearhebeln 30.
Figur 13b zeigt eine Ausführung eines Steuerpults 15 der Kransteuerung 6. Das Steuerpult 15 weist in der dargestellten Ausführung zumindest eine Anzeige 16 und Bedienelemente 17 in Form eines Drehknopfs 29, eines Linearhebels 30 und eines Tasters 31 auf. Die Bedienelemente können zur Navigation der menügestützten Benutzerschnittstelle, zur Auswahl der durch einen Benutzer wählbaren Funktion oder zur Abgabe von Steuerbefehlen durch einen Benutzer dienen.
Bei einer Ausführung des Steuerpults 15 gemäß der Ausführung der Kransteuerung 6 gemäß der Figur 13a kann das Steuerpult 15 ein vorgegebenes Bedienelement 17 beispielsweise in Form eines als Totmannschalter konfigurierten Tasters 31 aufweisen. Wenn sich die Kransteuerung 6 im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus befindet, kann durch Betätigung des Bedienelements 17 in Form des so konfigurierten Tasters 31 in den weiteren Betriebsmodus gewechselt werden. Dieser Wechsel in den weiteren Betriebsmodus dauert so lange, wie das Bedienelement 17 in Form beispielsweise des Tasters 31 vom Benutzer betätigt bleibt.
Die in Figur 13a dargestellte Anzeige 16 kann beispielsweise angezeigt werden, wenn im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus der zuvor beschriebene Totmannschalter gedrückt wird, wobei die Kransteuerung in den weiteren - frei steuerbaren - Betriebsmodus wechselt. Dies ist für den Bediener anhand der Darstellung auf der Anzeige 16 ersichtlich gemacht werden. Dies kann unabhängig von der Ausführungsvariante (ob Touchdisplay oder nicht) der Anzeige 16 erfolgen.
In Figur 14 ist eine Anzeige 16 mit einer auf dieser dargestellten Sicherheitsabfrage gezeigt, welche beispielsweise von einem Benutzer zu bestätigen ist, wenn dieser in den Koordinatensteuerung-Betriebsmodus wechselt. Wie in Figur 7 dargestellt, kann diese Sicherheitsabfrage bei einer Auswahl der Betriebsmodus-Funktion 26c zum Wechsel in den Koordinatenstörung-Betriebsmodus erfolgen. Bezugszeichenliste:
1 Kran
2 Kransäule
3 Hauptarm
4 Knickarm
5 Schubarm
6 Kransteuerung
7 zweiter Knickarm
8 zweiter Schubarm
9 Arbeitsgerät
10 Armverlängerung
1 1 Speicher
12 Prozessor
13 Einstellmaske
14 Kranspitze
15 Steuerpult
16 Anzeige
17 Bedienelement
18 Hauptarm-Schubarm
19 Fahrzeug
20 Drehwerk
21 Hauptzylinder
22, 23, 25 Knickzylinder
24 weiterer Knickarm
26a - 26d wählbare Betriebsmodus-Funktionen 27a - 27z wählbare Funktionen
28 Verbindungsbereich
29 Drehknopf
30 Linearhebel
31 Taster V1 , h1 , h2, h3 Achsen
a, ß, f, Y, L, J, H Freiheitsgrade Armsystem
fo, fi , V>2, y3, y4 Schwenkwinkel Kransäule
a0, a-i, a2, a3, a Schwenkwinkel Hauptarm
bq, bΐ, b2, b3, b4 Schwenkwinkel Knickarm
Uo, U1 , U2, U1 , U4 Schwenkwinkel zweiter Knickarm
Lo, Li, I_2, L3I L4 Schubstellungen Schubarm
Jo, Ji, J2, J3, J4 Schubstellungen zweiter Schubarm Ho, H-,, H2, H3I H4 Schubstellungen Hauptarm-Schubarm d Winkel Armverlängerung
a1 , b1 , g1 , d1 Winkel
x1 , x2 Schubstellung
s1 , s2 Schubstellungssensor
k1 , k2, k3 Knickwinkelsensor
f1 Drehwinkelsensor

Claims

Patentansprüche
1. Kran (1 ), insbesondere Ladekran, mit einem mehrere Arme aufweisenden Armsystem, wobei das Armsystem wenigstens aufweist:
- eine um eine Drehachse drehbare Kransäule (2), welche über einen konstruktiv vorgegebenen Kransäulen-Schwenkbereich (cpi - cp2) verschwenkbar gelagert ist und durch ihre verschwenkbare Lagerung einen Freiheitsgrad (cp) aufweist,
- einen Hauptarm (3), welcher an der Kransäule (2) über einen konstruktiv vorgegebenen Hauptarm-Schwenkbereich (CH - a2) verschwenkbar gelagert ist und durch seine verschwenkbare Lagerung einen Freiheitsgrad (a) aufweist
- einen Knickarm (4), welcher am Hauptarm (3) über einen konstruktiv vorgegebenen Knickarm-Schwenkbereich (ßi - ß2) verschwenkbar gelagert ist und durch seine verschwenkbare Lagerung einen Freiheitsgrad (ß) aufweist
- zumindest einen Schubarm (5), welcher im Knickarm (4) über einen konstruktiv vorgegebenen Schubbereich (Li - L2) verschiebbar gelagert ist und durch seine verschiebbare Lagerung einen Freiheitsgrad (L) aufweist und wobei der Kran (1 ) eine Kransteuerung (6) aufweist, welche in einem Koordinatensteuerung-Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, eine Koordinatensteuerung des Armsystems durchzuführen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kransteuerung (6) eine Benutzerschnittstelle aufweist, wobei die Benutzerschnittstelle wenigstens eine durch einen Benutzer wählbare Funktion aufweist, durch welche im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus wenigstens einer der Freiheitsgrade (a, ß, cp, L) des Armsystems beschränkbar ist oder beschränkt ist.
2. Kran nach Anspruch 1 , wobei das Armsystem zusätzlich einen zweiten Knickarm (7) aufweist, welcher am Schubarm (5) über einen konstruktiv vorgegebenen zweiten Knickarm-Schwenkbereich (gi -g2) verschwenkbar gelagert ist und durch seine verschwenkbare Lagerung einen Freiheitsgrad (g) aufweist, und welcher vorzugsweise zumindest einen zweiten Schubarm (8) umfasst, welcher im zweiten Knickarm (7) über einen konstruktiv vorgegebenen zweiten Schubarm- Schubbereich (Ji - J2) verschiebbar gelagert ist und durch seine verschiebbare Lagerung einen Freiheitsgrad (J) aufweist, wobei durch die wenigstens eine durch den Benutzer wählbare Funktion wenigstens einer der Freiheitsgrade (a, ß, cp, Y, L, J) des Armsystems beschränkbar ist oder beschränkt ist.
3. Kran nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Armsystem zusätzlich zumindest einen Hauptarm-Schubarm (18) aufweist, welcher im Hauptarm (3) über einen konstruktiv vorgegebenen Schubbereich (Hi - H2) verschiebbar gelagert ist und durch seine verschiebbare Lagerung einen Freiheitsgrad (H) aufweist, wobei durch die wenigstens eine durch den Benutzer wählbare Funktion wenigstens einer der Freiheitsgrade (a, ß, f, g, L, J, H) des Armsystems beschränkbar ist oder beschränkt ist.
4. Kran nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei am Armsystem zumindest eine Zusatzvorrichtung (9, 10) in Form eines Arbeitsgeräts (9) und/oder einer Armverlängerung (10), vorzugsweise einer statischen und ggf. unter einem vorgebbaren Winkel (q) anordenbaren Armverlängerung (10), angeordnet ist.
5. Kran nach Anspruch 4, wobei über die Benutzerschnittstelle Informationen, vorzugsweise Informationen zum Funktionsumfang und/oder Dimensionsangaben und/oder Winkelstellungen, zu der zumindest einen Zusatzvorrichtung (9, 10) an die Kransteuerung (6) übergebbar sind, wobei die Informationen aus einer in einem Speicher (11 ) der Kransteuerung (6) hinterlegten Datenbank auswählbar sind und/oder über die Benutzerschnittstelle, vorzugsweise über eine Einstellmaske (13), eingebbar sind.
6. Kran nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kransteuerung (6) zur Durchführung einer Koordinatensteuerung der Kranspitze (14) oder eines vorgegebenen oder vorgebbaren Punkts des Armsystems oder eines vorgegebenen oder vorgebbaren vom Armsystem gelagerten Punkts ausgebildet ist.
7. Kran nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei durch die wenigstens eine durch den Benutzer wählbare Funktion wenigstens ein Freiheitsgrad (a, ß, cp, Y, L, J, Fl) des Armsystems beschränkbar ist oder beschränkt ist, um eine Überbestimmung des Armsystems aufzuheben oder zu reduzieren.
8. Kran nach dem vorangehenden Anspruch, wobei der Freiheitsgrad (cp) der drehbaren Kransäule (2) zur Beibehaltung der Verschwenkbarkeit der Kransäule (2) von der Menge der beschränkbaren oder beschränkten Freiheitsgrade (a, ß, Y, L, J, Fl) ausgenommen ist.
9. Kran nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei durch die wenigstens eine durch den Benutzer wählbare Funktion ein Freiheitsgrad (a, ß, cp, Y, L, J, Fl) des Armsystems beschränkbar ist oder beschränkt ist oder alle Freiheitsgrade (a, ß, f, g, L, J, Fl) des Armsystems bis auf zwei Freiheitsgrade beschränkbar sind oder beschränkt sind.
10. Kran nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Kransteuerung (6) in dem Koordinatensteuerung-Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, zur Durchführung der Koordinatensteuerung des Armsystems eine Armselektion in Form einer Teilmenge der Arme (2, 3, 4, 5, 7, 8, 18) des Armsystems heranzuziehen, wobei die Kransteuerung (6) wenigstens ein Betriebsprofil aufweist, in welchem wenigstens zwei Armselektionen in einer vorgegebenen oder vorgebbaren Reihung von einer höheren Priorisierung zu einer niedereren Priorisierung hinterlegt sind oder laufend ermittelt werden, und die Kransteuerung (6) dazu ausgebildet ist, die im wenigstens einen Betriebsprofil hinterlegten Armselektionen entsprechend ihrer Priorisierung zur Durchführung der Koordinatensteuerung des Armsystems heranzuziehen und anzusteuern, wobei durch die wenigstens eine durch den Benutzer wählbare Funktion das wenigstens eine Betriebsprofil auswählbar ist.
11. Kransteuerung nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Kransteuerung (6) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer vorgebbaren und/oder einer vorgegebenen und/oder einer vorherrschenden Stellung des Armsystems eine Armselektion zur Koordinatensteuerung heranzuziehen.
12. Kran nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei die Kransteuerung (6) dazu ausgebildet ist, dass das Heranziehen und Ansteuern einer Armselektion aus den wenigstens zwei Armselektionen zusätzlich in einer Abhängigkeit von der Durchführbarkeit der Koordinatensteuerung mit der jeweiligen Armselektion erfolgt.
13. Kran nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschränkung des wenigstens einen Freiheitsgrads (a, ß, f, g, L, J, H) dadurch erfolgt, dass dieser
- auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert (a0, ßo, Fo, Yo, , Jo, H0) festlegbar oder festgelegt ist und/oder
- auf einen vorgebbaren oder vorgegebenen Teilbereich (CH < a3 - a4 < a2; ßi < ß3 - ß4 < ßa; yi < f3— f4 < y2; Ui < Yo— U4 < Y2i L-i < I_3 - I_ < l_2; Ji < J3 - J4 < J2; Hi < H3 - H4 < H2) einschränkbar oder eingeschränkt ist und/oder
- in Bezug auf dessen Änderungsrate (a, ß, f, g, L, J, H) einschränkbar oder eingeschränkt ist.
14. Kran nach dem vorangehenden Anspruch, wobei durch eine Beschränkung des wenigstens einen Freiheitsgrads (a, ß, f, g, L, J, H) der Freiheitsgrad (ß) des Knickarms (4) auf einen vorgebbaren oder vorgegebenen Teilbereich (ßi < ß3 - ß4 < ß2), vorzugsweise auf einen vorgebbaren oder vorgegebenen Quadranten, einschränkbar oder eingeschränkt ist, sodass der Knickarm (4) im Koordinatensteuerung-Betriebsmodus in einer überstreckten Schwenkstellung oberhalb einer gedachten Verlängerung des Hauptarms (3) positionierbar oder positioniert ist.
15. Kran nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei der vorgebbare oder vorgegebene Teilbereich (CH < a3 - a4 < a2; ßi < ß3— ß4 < ß2; cpi < cp3 - cp4 < y2; Yi < Y3— Y4 < Y2; L-i < l_3 - l_ < l_2; Ji < J3— J < J2; Hi < H3 - H < H2) kleiner oder gleich 2°, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5°, ist bzw. kleiner oder gleich 10 cm, vorzugsweise kleiner oder gleich 2,5 cm, ist, und/oder die Änderungsrate (a, ß, cp, Y, L, J, H) kleiner oder gleich 0,2° pro Sekunde, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,05° pro Sekunde, ist bzw. kleiner oder gleich 2 cm pro Sekunde, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5 cm pro Sekunde, ist.
16. Kran nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kransteuerung (6) ein, vorzugsweise tragbares, Steuerpult (15) aufweist und die Benutzerschnittstelle an dem Steuerpult (15) ausgebildet ist.
17. Kran nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Benutzerschnittstelle menügeführt ist und/oder zumindest ein Bedienelement (17) der Kransteuerung (6) umfasst.
18. Kran nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Benutzerschnittstelle zumindest ein Bedienelement (17) der Kransteuerung (6) umfasst und eine Auswahl der wählbaren Funktion durch eine Betätigung des zumindest einen Bedienelements (17) durch einen Benutzer erfolgt.
19. Kran nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Kransteuerung (6) in einem weiteren Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, eine freie Steuerung des Armsystems durchzuführen, wobei in dem weiteren Betriebsmodus eine freie Ansteuerung des Armssystems durch das zumindest eine Bedienelement (17) erfolgt, wobei jeweils ein Bedienelement (17) zur Eingabe von Steuerbefehlen für die Bewegung jeweils eines Arms des Armsystems entlang eines Freiheitsgrads (a, ß, cp, Y, L, J, Fl) vorgesehen ist, wobei durch eine Betätigung des zumindest einen Bedienelements (17) durch einen Benutzer im Koordinatensteuerung- Betriebsmodus der dem Bedienelement (17) im weiteren Betriebsmodus zugewiesene Freiheitsgrad (a, ß, f, g, L, J, Fl) des Armsystems beschränkbar ist oder beschränkt wird.
20. Kran nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kransteuerung (6) in einem weiteren Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, eine freie Steuerung des Armsystems auf Basis von durch einen Benutzer eingegebenen Steuerbefehlen durchzuführen, wobei ausgehend vom Koordinatensteuerung-Betriebsmodus so lange ein Wechsel in den weiteren Betriebsmodus erfolgt, wie ein vorgebbares oder vorgegebenes Bedienelement (17) der Kransteuerung (6), vorzugsweise ein Totmannschalter der Kransteuerung (6), von einem Benutzer betätigt bleibt.
21 . Fahrzeug (19) mit einem Kran (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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