WO2021083727A1 - Method and device for controlling a movement of a lifting device, and lifting device - Google Patents

Method and device for controlling a movement of a lifting device, and lifting device Download PDF

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WO2021083727A1
WO2021083727A1 PCT/EP2020/079450 EP2020079450W WO2021083727A1 WO 2021083727 A1 WO2021083727 A1 WO 2021083727A1 EP 2020079450 W EP2020079450 W EP 2020079450W WO 2021083727 A1 WO2021083727 A1 WO 2021083727A1
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WO
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lifting device
movement
working element
signal
elements
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Application number
PCT/EP2020/079450
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French (fr)
Inventor
Udo Schulz
Andreas Fladee
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F11/00—Lifting devices specially adapted for particular uses not otherwise provided for
    • B66F11/04—Lifting devices specially adapted for particular uses not otherwise provided for for movable platforms or cabins, e.g. on vehicles, permitting workmen to place themselves in any desired position for carrying out required operations
    • B66F11/044—Working platforms suspended from booms
    • B66F11/046—Working platforms suspended from booms of the telescoping type

Definitions

  • the invention is based on a method and a device for controlling a movement of a lifting device and a lifting device according to the preamble of the independent claims.
  • the present invention also relates to a computer program.
  • DE 102018208 741 A1 describes an aerial work platform with a work platform and a method for controlling the work platform.
  • the method comprises a step of reading in and a step of determining.
  • a start signal and a target signal are read in.
  • the start signal represents a start position of the working element in a three-dimensional map depicting the surroundings of the lifting device.
  • the target signal represents a target position of the work item on the map.
  • a movement space comprising at least one trajectory for the collision-free movement of the working element from the starting position to the target position is determined using the start signal, the target signal, the map and a movement rule representing kinematics of the lifting device in order to determine the movement of the lifting device as a function of the to control the determined range of motion.
  • the movement of the lifting device can be controlled in such a way that the movement of the lifting device takes place within the determined movement space, for example along a trajectory belonging to the movement space.
  • the lifting device can be a lifting work platform or some other type of device in which a working element can be moved to different positions using several articulated elements.
  • the base can be implemented as a vehicle, for example.
  • the lifting device can stand on the floor above the base.
  • the work element can be shaped as a tool or work platform or work basket, which is connected to the base, for example by means of the plurality of elements.
  • An element can be a rod-shaped, optionally extendable part.
  • an element can be an arm, a telescopic arm or a boom.
  • the start signal can include, for example, start coordinates which represent the start position in a coordinate system of the three-dimensional map.
  • the starting position can also correspond to a rest position or a transport position.
  • the target signal can include target coordinates which represent the target position in the coordinate system of the three-dimensional map.
  • the target position can also be used as a work position, for example are designated.
  • the map can be referred to as an environment representation map, for example.
  • Outlines of the surroundings of the lifting device can be drawn in the three-dimensional map.
  • the three-dimensional map can include an outline of an object in the vicinity of which the lifting device is operated.
  • the trajectory can represent a movement path of the working element from the starting position to the target position.
  • the movement space can define a three-dimensional area within which the work element and the elements can move during the movement of the work element from the starting position to the target position without there being a risk of collision with an object drawn in the three-dimensional map.
  • the movement rule can include relationships that define movement possibilities of the lifting device. This means that the movement rule can define possible movements of the elements in relation to one another and as a whole. With knowledge of the movement rule, movements that can be carried out by the lifting device can be determined, for example calculated.
  • the movement rule can define degrees of freedom of movements of the elements with respect to one another.
  • the movements can include, for example, bending movements and / or linear movements.
  • the range of motion can advantageously be determined precisely as a result.
  • the method can include a step of providing at least one actuating signal for moving the plurality of elements and / or the working element along the at least one trajectory to an interface to a drive of the lifting device.
  • the drive can be implemented, for example, as a motor which is designed to move, for example, the working element and, additionally or alternatively, the majority of the elements.
  • the step of providing can be carried out repeatedly.
  • the trajectory running from the starting position to the target position can be used to provide an actuating signal that is suitable for moving the plurality of elements and the working element along the at least one trajectory from move back from the target position to the starting position or move back and forth several times between the positions.
  • the card in the reading-in step, can be read in via an interface to a storage device. This means that a map that has already been created in the past can be used.
  • the method can include a step of creating the map using a sensor signal from an environment sensor of the lifting device.
  • the environment sensor can be implemented, for example, as a distance meter and additionally or alternatively as an image capturing device, such as a camera.
  • the lifting device can advantageously have a plurality of surroundings sensors which can detect at least one area of the surroundings of the lifting device. In this way, the map can be created while the lifting device is in operation. This is advantageous if no suitable map material is available yet.
  • the movement space can be determined using a distance signal which can define a minimum distance between the elements and / or the working element and at least one object in the vicinity.
  • a safety distance can advantageously be maintained, which ensures that neither the working element nor the elements collide with the object.
  • a minimum distance to the object on which work processes are carried out can be determined.
  • the start signal and additionally or alternatively the target signal are read in via an interface of an input device that can be operated by a user.
  • the input device can be implemented, for example, as a display or a touch-sensitive display, so that an input made by the user can be read in. In this way, the user can advantageously enter further values or coordinates that are included in the determination of the range of motion.
  • a movement signal in that indicates a movement of the vehicle Shaped base represents, wherein in the step of determining the at least one trajectory can be determined using the movement signal. This means that, for example, a current movement of the base is taken into account directly when determining the trajectory, so that a collision is still avoided.
  • the method can comprise a step of storing a manually controlled travel path or an automatically determined and controlled travel path of the lifting device.
  • the work element in response to a reversal signal being read in, can be used along a stored travel path from a start position to a target position in order to move the work element back in the opposite direction from the target position to the start position.
  • the trajectory is reversible.
  • later use can be simplified as a result, for example.
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control device.
  • the approach presented here also creates a device which is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices.
  • the object on which the invention is based can also be achieved quickly and efficiently by means of this embodiment variant of the invention in the form of a device.
  • the device can have at least one processing unit for processing signals or data, at least one storage unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the Have actuator and / or at least one communication interface for reading in or outputting data, which are embedded in a communication protocol.
  • the computing unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the storage unit can be a flash memory, an EEPROM or a magnetic storage unit.
  • the communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and / or wired, wherein a communication interface that can input or output wired data can input this data, for example electrically or optically, from a corresponding data transmission line or output it into a corresponding data transmission line.
  • a device can be understood to mean an electrical device that processes sensor signals and outputs control and / or data signals as a function thereof.
  • the device can have an interface which can be designed in terms of hardware and / or software.
  • the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device.
  • the interfaces are separate, integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • the approach presented here also presents a lifting device which has a base, a working platform, a plurality of elements connecting the base and the working platform, and a device in one of the aforementioned variants.
  • the lifting device can be designed, for example, in order to be able to carry out work on a high-lying object, for example on a roof or a treetop.
  • the present approach can advantageously be used in connection with already known lifting devices.
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory, and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is also advantageous is used, especially when the program product or program is executed on a computer or device.
  • a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a lifting device with a device for controlling a movement of the lifting device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a device for a lifting device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a lifting device with a movement space of the lifting device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a lifting device in a rest position according to an exemplary embodiment
  • FIGS. 5 to 9 show a schematic representation of a lifting device in an intermediate position in each case according to an exemplary embodiment
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a lifting device in a target position according to an exemplary embodiment
  • FIG. 11 shows a flow chart of a method for controlling a movement of a lifting device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a lifting device 100 with a device 102 for controlling a movement of the lifting device 100 according to an exemplary embodiment.
  • the lifting device 100 is shown in a target position 104.
  • the target position 104 designates a working position or also an end position of the Working elements 106, so that, for example, work can be carried out on the object 112.
  • the lifting device 100 has the working element 106, a plurality of elements 108 and a base 110.
  • the base 110 is connected to the working element 106 by means of the plurality of elements 108.
  • the plurality of elements 108 are arranged in a row, successive elements 108 being movably connected to one another.
  • the working element 106 is implemented in the form of a basket, for example, so that a user can safely stay in it.
  • Such a work element 106 usually has a railing which, for example, protects a user from falling outside the work element 106.
  • the working element 106 is connected to the base 110 by means of the plurality of elements 108.
  • the plurality of elements 108 which is also referred to in simplified form as elements 108, is realized in a movable manner according to this exemplary embodiment.
  • the elements 108 can be implemented, for example, as telescopic arms or cantilevers. According to one exemplary embodiment, they are arranged rotatably next to one another, so that the lifting device 100 can be used very flexibly.
  • the base 110 is implemented, for example, as a vehicle or, alternatively, can be implemented at least as a part thereof.
  • the lifting device 100 is shaped in order to carry out repairs or other work at high locations and / or objects, for example.
  • an object 112 is, for example, a tree or a house.
  • the device 102 is in the form of a control device, for example.
  • the device 102 is designed to control the lifting device 100 by means of a method for controlling a movement of the lifting device 100.
  • the working part 106 proceeding from a starting position, can be safely moved into the target position 104.
  • a movement space 114 comprising the starting position and the target position 104 is determined, which according to this exemplary embodiment is guided halfway around the object 112.
  • the movement space 114 is determined in such a way that a collision with the object 112 and other objects, for example also with objects in the outer movement space, is avoided if the working part 106 and all elements 108 are moved exclusively within the movement space 114.
  • the movement space 114 thus comprises at least one trajectory to the collision-free movement of the working element from the starting position to the target position 104.
  • the movement space 114 is determined with knowledge of the starting position and the target position 104 using a three-dimensional map and a movement rule that represents the kinematics of the lifting device.
  • the movement specification defines, for example, possible movements of the elements 108, the working part 106 and the base 110 with respect to one another. For example, using the movement rule, an effect of a movement of the element 108 connected to the base 110 on the remaining elements 108 and the working part 106 can be determined.
  • the lifting device 100 has at least one environment sensor 116, which is designed to detect the environment of the lifting device 100.
  • the lifting device 100 has a plurality of environment sensors 116, which are arranged, for example, in a distributed manner on the elements 108 and on the working part 106. Using the plurality of surroundings sensors 116, for example, distances to the object 112 can be determined from different directions. If a plurality of surroundings sensors 116 are used, these can be designed to detect the same or different physical variables. In this way, different types of sensors can be combined.
  • an environment sensor 116 is arranged on the working element 106. This is advantageous because the working element 106 is typically located in the foremost or leading position when the kinematics are moving along the trajectory to the target position 104. If the object 112 was captured three-dimensionally during the process, with knowledge of the kinematics and trajectory, there cannot be a collision of the elements 108 with the object 112 when moving back, unless objects have subsequently moved into the movement space 114. In order to reliably detect such changes, the monitoring of the movement space 114 with more than one environment sensor 116 can be useful.
  • the device 102 creates a possibility of planning and / or learning trajectories for the lifting device 100, which is also referred to as a working platform.
  • a three-dimensional map is used according to this exemplary embodiment, which for example, is implemented as a dynamic or semantic map.
  • the at least one environment sensor 116 is used on the lifting device 100, which scans a topology of the environment and identifies drivable and / or accessible areas and enters them on the map.
  • the topology of the environment is recorded by means of the at least one environment sensor 116, which can also be referred to here as a laser scanner, laser, radar sensor or stereo camera, and the drivable flat areas are extracted and entered in the dynamic map.
  • a determination of the current location for example of a vehicle or, according to this exemplary embodiment, the base 106 within the dynamic map, takes place according to an exemplary embodiment in normal operation again by means of the at least one environment sensor 116 extracted drivable area with the initially created dynamic map.
  • This dynamic map is constantly updated, for example by entering recognized obstacles and objects.
  • a long-term filter for example, these locally changing or moving or being transported in or out of obstacles or objects can be filtered out and usually result in an additional map that only contains the permanently installed objects and obstacles, such as permanently installed machines or buildings.
  • no GNSS signals that can be used for localization are necessary, which in any case cannot be received in covered areas or areas shaded with regard to satellite reception, or cannot be received directly.
  • the at least one environment sensor 116 as a stereo camera, it is possible to localize surfaces in less structured surroundings, such as in tunnel tubes, using a texture.
  • a three-dimensional recording and planning of the trajectories of the lifting device 100 in a three-dimensionally recorded environment with all of its objects 112 is made possible.
  • a possibility is created to prevent a collision of one of the elements 108, which can also be referred to as the extension arm of the lifting device 100, with the object 112.
  • the collision is also advantageously prevented if the user does not see the activated element 108, for example when working on roofs or bridges.
  • manual Activation of the object 112 is recorded and entered in the three-dimensional map so that the plurality of elements 108 and the object 112 are referenced, for example, in a common coordinate system.
  • Knowing the kinematics of the lifting device 100 it is determined on the basis of the map whether a collision with the object 100 is imminent, or the collision-free trajectory is determined accordingly, so that the collision is based on measurement data, such as distance values, and knowledge of the kinematics the object 112 is prevented.
  • the kinematics and dynamics of the lifting device 100 that is to say of the elements 108, the working element 106 and / or the base 110, for example of (telescopic) arms, booms, work platform and / or vehicle, by means of the at least one environment sensor 116, for example by means of a so-called inertial measurement unit (IMU), which is designed as a 3D measurement system with an inertial measurement unit, angle sensors and / or displacement sensors, are measured and calculated on the moving parts.
  • IMU inertial measurement unit
  • map for example in a 3D map and / or in a 3D GNSS-based map, for example on the display of the operator of the lifting device 100.
  • the work element 106 starting from the starting position on its way to the destination, i.e. the destination position 104, bypasses the object 112 or an obstacle, such as a building or a bridge, then, according to one embodiment, the object 112 or the obstacle or parts thereof along the trajectory with respect to its 3D dimensions absolutely and also relative to the elements 108, the working element 106 and / or the base 110, for example by means of distance-measuring environment sensors, such as ultrasonic, radar and / or camera sensors, on or on the working element 106 recorded externally and shown in a 3D map.
  • distance-measuring environment sensors such as ultrasonic, radar and / or camera sensors
  • the trajectory according to this exemplary embodiment of the elements 108 between the base 110 and the working element 106 results in the movement space 114 of the elements 108 and / or of the working element 106 relative to the base 110. If the base 110 also moves, for example when the working element 106 is extended, the movement space 114 thus increases along the vehicle trajectory.
  • the trajectory of the lifting device 110 is calculated in advance in such a way that no collisions with objects 112 to be bypassed and surrounding objects occur during the movements. According to this exemplary embodiment, these trajectories are followed automatically.
  • the movements of the lifting device 110 and associated control commands are recorded and stored during the 3D movement to the target position 104 in a captured 3D environment. If the operator now wants to go back to the starting position, then, according to an exemplary embodiment, he has the recorded movements and associated control commands automatically processed in reverse. This is particularly advantageous if the lifting device 110 is completely or partially covered by objects 112 or surrounding objects during or after the movement on the recorded trajectories.
  • the lifting device 110 Due to the accelerated masses of the lifting device 110 and elasticities of these, the lifting device 110 overshoots. According to one exemplary embodiment, this leads to an expansion of the kinematically determined movement spaces. Since all relevant physical quantities are measured and derived, an overshoot behavior is also simulated or predicted in advance and thus taken into account in a (pre) control of the kinematics, so that exceeding the permissible movement space 114 and thus collisions are avoided. Thus, according to one exemplary embodiment, the movement rule also maps the masses and elasticities of at least the elements 108 of the lifting device 108 in addition to the pure kinematics.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a device 102 for a lifting device according to an exemplary embodiment.
  • the device 102 can accordingly be used in a lifting device as shown in FIG. 1 has been described.
  • the device 102 is designed to carry out a method for controlling the lifting device.
  • the device 102 has a read-in unit 202 and a determination unit 204.
  • the read-in unit 202 is designed to read in a start signal 206 and a target signal 208.
  • the start signal 206 represents a start position of the working element of the lifting device in a three-dimensional map 209 depicting the surroundings of the lifting device.
  • the target signal 208 represents a target position of the working element in the map 209.
  • both the start signal 206 and the target signal 208 are transmitted an interface of an input device 210 that can be operated by a user is read in and / or provided to a storage device 212 so that, for example, a travel path of the lifting device can be controlled manually.
  • the determination unit 204 is designed to determine a movement space comprising at least one trajectory 213 for the collision-free movement of the working element from the starting position to the target position.
  • the movement space is determined using the start signal 206, the target signal 208, the map 209 and a movement rule representing the kinematics of the lifting device.
  • the movement rule defines degrees of freedom of movements of the elements with respect to one another.
  • the movement regulation is given.
  • the read-in unit 202 is also designed to read in the card 209 via an interface to the memory device 212.
  • the map 209 is designed, for example, as a three-dimensional environment representation map which is implemented according to this exemplary embodiment in order to map an environment of the lifting device.
  • the user is shown an image of the card 209 on a display.
  • the read-in unit 202 is designed to read in a movement signal 214.
  • the movement signal 214 represents a movement of the base, which is formed, for example, as a vehicle. This is advantageous since a movement of the base also results in a movement of the working element and all other elements, provided that the movement of the base is not compensated for by a suitable movement of the elements of the lifting device.
  • the determination unit 204 is designed accordingly to determine the at least one trajectory 213 using the movement signal 214. In this way, the movement of the base can flow into the determination of the movement space.
  • the determination unit 204 is optionally designed to determine the movement space using a distance signal 216 which defines a minimum distance between the elements and the object in the vicinity.
  • the distance signal 216 enables, for example, tolerances in the movement of the elements of the lifting device or environmental influences that can lead to a rocking movement of the working part, for example.
  • the distance signal is adjustable so that the minimum distance for an object in the form of a tree can be set, for example, smaller than for an object in the form of a building.
  • the distance signal 216 is provided to the device 102 by a setting device 218 that can be operated by the user. Alternatively, the distance signal 216 is read out from a memory device or the card 209.
  • the determination unit 204 is optionally designed to determine a plurality of possible trajectories that lie within the movement space, can be implemented on the basis of the kinematics of the lifting device 100, and enable a collision-free movement of the lifting device 100 to move the working element from the starting position to the target position.
  • the determination unit 204 is designed to select the trajectory 213 to be used from the plurality of possible trajectories in an automated or user-controlled manner.
  • a selection criterion is preset for this purpose or can be set by the user.
  • Such a selection criterion can take into account, for example, the travel time, the travel distance or the energy requirement.
  • the travel path can be understood as the type of movement from the start to the destination.
  • both or further movements can take place at the same time.
  • a movement can be carried out, for example, in the middle of the available movement space, as close as possible to the object, for example at a predetermined distance, or as far as possible away from the object. If the distance is as great as possible, the goal should still be achievable with the work element, for example a basket. This is useful, for example, for the fire brigade when working on dangerous objects.
  • the device 102 has a creation unit 220 which is designed to create the card 209 using a sensor signal 222 of the environment sensor 116 of the lifting device and to provide it to the reading unit 202 and / or the storage device 212.
  • the map 209 can either be based on currently determined map data or it can be predetermined.
  • the creation unit 220 is used to update and / or check the map 209 stored in the memory device 212, for example by comparing object data contained in the map 209 with object data currently recorded using the environment sensor 216.
  • the device 102 also has a provision unit 226 which is designed to provide an actuating signal 228 for moving the working element along the at least one trajectory to an interface to a drive 230 of the lifting device.
  • a provision unit 226 which is designed to provide an actuating signal 228 for moving the working element along the at least one trajectory to an interface to a drive 230 of the lifting device.
  • a movement of the elements of the lifting device can also be controlled.
  • the actuating signal 228 is suitable for controlling a movement of the lifting device in such a way that collisions of the lifting device on the trajectory to a target position and back are avoided, while a user, who is also referred to as the operator, does not at least partially or temporarily remove parts of the lifting device sees.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a lifting device 100 with a movement space 114 of the lifting device 100 according to an exemplary embodiment.
  • the lifting device 100 shown here can be that in FIG. 1 described lifting device 100 correspond.
  • only the object 112 deviates from the previously illustrated object 112 in that, according to this exemplary embodiment, it is a building.
  • a plurality of intermediate positions 300 are sketched in the movement space 114, which start from a starting position 302 and lead to the target position 104 of the lifting device 100.
  • the intermediate positions 300 shown represent only an exemplary selection.
  • Each of the intermediate positions 300 can also be used as a new starting position or target position.
  • the plurality of elements 108 are implemented, for example, as telescopic arms or cantilever elements and can be moved relative to one another.
  • the elements 108 and / or the working element 106 are at a minimum distance from the object 112 during the movement of the working element 106 to the target position 104.
  • the work element 106 can be moved closer to the object 112 manually or automatically, the minimum distance being undershot. It can be seen from FIG. 3 that, due to the kinematics of the lifting device 100, the movement space 114 is wider in the area of the base 110, that is, near the starting position 302, than in the area of the intermediate positions 300 and / or the target position 104.
  • the start position 302 is also referred to as the rest position and the target position 104 as the end position.
  • the target position 104 is such a position in which work can be carried out on the object 112.
  • the start position 302, on the other hand, according to this exemplary embodiment, for example, is such a position in which the plurality of elements 108 and also the working element 106 of the lifting device 100 are transported.
  • the starting position 302 is an intermediate position of the, for example, partially unfolded or extended elements 108, for example to enable the operator to get on.
  • a summed movement sequence of the lifting device 100 is shown schematically.
  • the movement space 114 is illustrated here. This is due to the kinematics and the object contour recorded, for example, on the map and / or detected by the environment sensors, such as for example a house and roof contour, predictable.
  • the movement sequence that is, the trajectories and associated control commands for moving the movable parts of the lifting device 100 are stored according to an exemplary embodiment and are executed by the controller in the reverse order when the working element 106 returns to the starting position 302 later. As a result, the lifting device 100 follows the same trajectories back to the starting position 302.
  • a stored trajectory can also be repeated one or more times, also automatically, forwards. For example, if the work element has to move people and / or material from the start to the destination and back several times. This is useful, for example, for longer work processes in the same place.
  • these objects in the environment are also detected by distance-measuring environment sensors, preferably 360 ° around the lifting device 100, and a maximum external movement space 114 is defined. According to one embodiment, these objects in the environment are also shown in an already existing map.
  • the associated trajectories are searched for and planned in advance using a search method with knowledge of the kinematics of the lifting device 100, for example with knowledge of the kinematics of the base 110, the elements 108 in the form of cantilevers and / or arms and the working element enable movement of the working element from the starting position to the target position.
  • a movement of the base 110 during the movement of the elements 108 and the working element 106 is specifically included in the determination of the trajectories, if possible and permissible.
  • the lifting device 100 has a 3D development plan of the surroundings and a localization of the lifting device 100, an optimal starting vehicle location for the lifting device 100 is automatically searched for. For this purpose, at least the target positions 300 to be approached by the lifting device 100 or trajectories that comprise a sequence of target positions 300 are specified.
  • the video and / or LIDAR-based maps and / or GNSS-based maps required for this and the optional use of 3D construction drawings can be predetermined and stored, for example, in a memory device.
  • a specification such as “along the outer boundary” or “along the inner boundary” or “centrally within the boundaries or the movement space” or “at a certain distance” is used, for example, according to this exemplary embodiment along the object contour to be bypassed ”.
  • further criteria and / or the order of their priorities such as, for example, “fastest trajectory” or “energy-saving trajectory” or “trajectory with the smallest changes in working element direction” or “trajectory with the least wear”.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a lifting device 100 in a rest position 302 according to an exemplary embodiment.
  • the lifting device 100 shown here can correspond to the lifting device 100 described in FIG. 3.
  • a direction of movement 400 of the elements 108 and of the working element 106 starting from the rest position 302 into the intermediate position 300 is shown.
  • FIGS. 5 to 9 show schematic representations of a lifting device 100 in different intermediate positions 300 according to an exemplary embodiment.
  • the lifting device 100 shown here can correspond to the lifting device 100 described in FIG. 3, with the exception of the starting position, since according to these exemplary embodiments this represents the intermediate position 300 that was reached in the figure shown above.
  • each of the intermediate positions 300 can be controlled as the starting position or target position.
  • FIGS. 5 to 9 show an exemplary sequence of movements or a trajectory of the working element 106 when crossing a roof ridge. It is indicated here that the entire lifting device 100 moves at a certain distance from the object 112 and in particular the roof. The distance is ensured by the aforementioned environment sensors and the device, which is also referred to as a control system.
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a lifting device 100 in a target position 104 according to an exemplary embodiment.
  • the lifting device 100 shown here can correspond to one of the lifting devices 100 described in FIGS. It is merely depicted differently in the target position 104 in accordance with this exemplary embodiment. This means that the lifting device 100 is in a position in order to be able to carry out work on the object.
  • FIG. 11 shows a flow chart of a method 1100 for controlling a movement of a lifting device according to an exemplary embodiment. According to this exemplary embodiment, the method can be carried out in a lifting device and / or a device as described in one of FIGS. 1 to 10.
  • the method 1100 comprises a step 1102 of reading in and a step 1104 of determining.
  • a start signal and a target signal are read in.
  • the start signal represents a start position of the working element in a three-dimensional map (3D) depicting the surroundings of the lifting device.
  • the target signal represents a target position of the work item on the map.
  • a movement space comprising at least one trajectory for collision-free movement of the working element from the starting position to the target position is determined using the start signal, the target signal, the map and a movement rule representing kinematics of the lifting device.
  • the method 1100 further comprises a step 1106 of storing a manually controlled travel path of the lifting device that was entered, for example, by a user.
  • the map is created using a sensor signal from an environment sensor of the lifting device.
  • both step 1106 of storing and step 1108 of creating can be carried out before step 1104 of determining.
  • the method 1100 further comprises a step 1110 of providing.
  • step 1110 of providing an actuating signal or a plurality of actuating signals for moving the working element and the remaining elements along the at least one trajectory is provided to an interface to a drive of the lifting device. If more than one possible trajectory was determined in step 1104, one of these trajectories can be selected in step 1104 for use in step 1110.
  • the selection can be automated, for example, taking into account a selection criterion that can be preset, for example, or can be set by a user as a function of the situation.
  • Step 1110 can be performed repeatedly.
  • a stored travel path or a stored trajectory from a starting position to a target position is used to determine and provide at least one further actuating signal that is suitable for controlling the drive of the lifting device in such a way that the working element and the other elements move be that the stored travel path or the stored trajectory is followed in the opposite direction, that is, from the previously reached target position back to the original starting position.

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Abstract

The invention relates to a method for controlling a movement of a lifting device (100) that comprises a base (110), a working element (106) and a plurality of elements (108), wherein the base (110), the working element (106) and the plurality of elements (108) are articulated together. The method comprises a step of reading in a start signal and a target signal, wherein the start signal represents a starting position of the working element (106) in a three-dimensional map that images the surroundings of the lifting device (100). The target signal represents a target position (104) of the working element (106) in the map. The method further comprises a step of determining a movement space (114), which comprises at least one trajectory for collision-free movement of the working element (106) from the starting position to the target position (104), using the start signal, the target signal, the map and a movement instruction representing the kinematics of the lifting device (100) in order to control the movement of the lifting device (100) on the basis of the determined movement space (114).

Description

Beschreibung description
Titel title
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Bewegung einer Hebevorrichtung und Hebevorrichtung Method and device for controlling a movement of a lifting device and lifting device
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung geht von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Steuern einer Bewegung einer Hebevorrichtung sowie von einer Hebevorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm. The invention is based on a method and a device for controlling a movement of a lifting device and a lifting device according to the preamble of the independent claims. The present invention also relates to a computer program.
Die DE 102018208 741 Al beschreibt eine Hubarbeitsbühne mit einer Arbeitsbühne sowie ein Verfahren zur Ansteuerung der Arbeitsbühne. DE 102018208 741 A1 describes an aerial work platform with a work platform and a method for controlling the work platform.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein verbessertes Verfahren zum Steuern einer Bewegung einer Hebevorrichtung sowie eine verbesserte Hebevorrichtung, weiterhin eine verbesserte Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Against this background, with the approach presented here, an improved method for controlling a movement of a lifting device and an improved lifting device, furthermore an improved device using this method, and finally a corresponding computer program according to the main claims are presented. The measures listed in the dependent claims enable advantageous developments and improvements of the device specified in the independent claim.
Durch den vorgestellten Ansatz kann eine Arbeitssicherheit für einen Nutzer der Hebevorrichtung erhöht werden. Zudem kann während eines Betriebs der Hebevorrichtung die Gefahr des Auftretens von Schäden an der Hebevorrichtung oder einem sich in dem Umfeld der Hebevorrichtung befindlichen Objekt verringert werden. Es wird ein Verfahren zum Steuern einer Bewegung einer Hebevorrichtung mit einer Basis, einem Arbeitselement und einer Mehrzahl von Elementen vorgestellt, wobei die Basis, das Arbeitselement und die Mehrzahl von Elementen gelenkig miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Einlesens und einen Schritt des Ermittelns. Im Schritt des Einlesens werden ein Startsignal und ein Zielsignal eingelesen. Das Startsignal repräsentiert dabei eine Startposition des Arbeitselements in einer eine Umgebung der Hebevorrichtung abbildenden dreidimensionalen Karte. Das Zielsignal repräsentiert eine Zielposition des Arbeitselements in der Karte. Im Schritt des Ermittelns wird ein zumindest eine Trajektorie zum kollisionsfreien Bewegen des Arbeitselements von der Startposition zu der Zielposition umfassender Bewegungsraum unter Verwendung des Startsignals, des Zielsignals, der Karte und einer eine Kinematik der Hebevorrichtung repräsentierenden Bewegungsvorschrift ermittelt, um die Bewegung der Hebevorrichtung abhängig von dem ermittelten Bewegungsraum zu steuern. Das heißt, mit anderen Worten, die Bewegung der Hebevorrichtung kann derart gesteuert werden, dass die Bewegung der Hebevorrichtung innerhalb des ermittelten Bewegungsraums, bspw. entlang einer zu dem Bewegungsraum gehörenden Trajetorie, erfolgt. The approach presented can increase occupational safety for a user of the lifting device. In addition, during operation of the lifting device, the risk of damage occurring to the lifting device or to an object located in the vicinity of the lifting device can be reduced. A method is presented for controlling a movement of a lifting device having a base, a working element and a plurality of elements, wherein the base, the working element and the plurality of elements are articulated to one another. The method comprises a step of reading in and a step of determining. In the reading-in step, a start signal and a target signal are read in. The start signal represents a start position of the working element in a three-dimensional map depicting the surroundings of the lifting device. The target signal represents a target position of the work item on the map. In the determination step, a movement space comprising at least one trajectory for the collision-free movement of the working element from the starting position to the target position is determined using the start signal, the target signal, the map and a movement rule representing kinematics of the lifting device in order to determine the movement of the lifting device as a function of the to control the determined range of motion. In other words, the movement of the lifting device can be controlled in such a way that the movement of the lifting device takes place within the determined movement space, for example along a trajectory belonging to the movement space.
Bei der Hebevorrichtung kann es sich um eine Hebearbeitsbühne oder um ein andersartiges Gerät handeln, bei dem ein Arbeitselement unter Verwendung mehrerer gelenkig miteinander verbundener Elemente an unterschiedliche Positionen verfahren werden kann. Die Basis kann dabei beispielsweise als ein Fahrzeug realisiert sein. Über die Basis kann die Hebevorrichtung auf dem Boden stehen. Das Arbeitselement kann als ein Werkzeug oder Arbeitsbühne oder Arbeitskorb ausgeformt sein, die beispielsweise mittels der Mehrzahl von Elementen mit der Basis verbunden ist. Ein Element kann ein stabförmiges, optional ausfahrbares, Teil sein. Beispielsweise kann ein Element ein Arm, ein teleskopierbarer Arm oder ein Ausleger sein. Es können Elemente unterschiedlicher oder gleicher Art vorgesehen sein. Das Startsignal kann beispielsweise Startkoordinaten umfassen, welche die Startposition in einem Koordinatensystem der dreidimensionalen Karte repräsentieren. Die Startposition kann auch einer Ruheposition oder Transportposition entsprechen. Das Zielsignal kann dabei analog zu dem Startsignal Zielkoordinaten umfassen, welche die Zielposition in dem Koordinatensystem der dreidimensionalen Karte repräsentieren. Die Zielposition kann beispielsweise auch als Arbeitsposition bezeichnet werden. Die Karte kann beispielsweise als eine Umfeldrepräsentationskarte bezeichnet werden. In der dreidimensionalen Karte können Umrisse eines Umfelds der Hebevorrichtung verzeichnet sein. Insbesondere kann die dreidimensionale Karte einen Umriss eines Objekts umfassen, in dessen Umfeld die Hebevorrichtung betrieben wird. Die Trajektorie kann eine Bewegungsbahn des Arbeitselements von der Startposition zu der Zielposition repräsentieren. Der Bewegungsraum kann einen dreidimensionalen Bereich definieren, innerhalb dessen sich das Arbeitselement und die Elemente während der Bewegung des Arbeitselements von der Startposition zu der Zielposition bewegen können, ohne das eine Kollisionsgefahr mit einem in der dreidimensionalen Karte verzeichneten Objekt besteht. Denkbar ist, dass der Bewegungsraum aus der mindestens einen Trajektorie besteht. Die Bewegungsvorschrift kann Bewegungsmöglichkeiten der Hebevorrichtung definierende Zusammenhänge umfassen. Das bedeutet, dass die Bewegungsvorschrift mögliche Bewegungen der Elemente zueinander und insgesamt definieren kann. Unter Kenntnis der Bewegungsvorschrift können von der Hebevorrichtung ausführbare Bewegungen bestimmt, beispielsweise berechnet, werden. The lifting device can be a lifting work platform or some other type of device in which a working element can be moved to different positions using several articulated elements. The base can be implemented as a vehicle, for example. The lifting device can stand on the floor above the base. The work element can be shaped as a tool or work platform or work basket, which is connected to the base, for example by means of the plurality of elements. An element can be a rod-shaped, optionally extendable part. For example, an element can be an arm, a telescopic arm or a boom. Elements of different or the same type can be provided. The start signal can include, for example, start coordinates which represent the start position in a coordinate system of the three-dimensional map. The starting position can also correspond to a rest position or a transport position. Analogously to the start signal, the target signal can include target coordinates which represent the target position in the coordinate system of the three-dimensional map. The target position can also be used as a work position, for example are designated. The map can be referred to as an environment representation map, for example. Outlines of the surroundings of the lifting device can be drawn in the three-dimensional map. In particular, the three-dimensional map can include an outline of an object in the vicinity of which the lifting device is operated. The trajectory can represent a movement path of the working element from the starting position to the target position. The movement space can define a three-dimensional area within which the work element and the elements can move during the movement of the work element from the starting position to the target position without there being a risk of collision with an object drawn in the three-dimensional map. It is conceivable that the movement space consists of the at least one trajectory. The movement rule can include relationships that define movement possibilities of the lifting device. This means that the movement rule can define possible movements of the elements in relation to one another and as a whole. With knowledge of the movement rule, movements that can be carried out by the lifting device can be determined, for example calculated.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Bewegungsvorschrift Freiheitsgrade von Bewegungen der Elemente zueinander definieren. Je nach Verbindung der Elemente zueinander können die Bewegungen dabei beispielsweise Knickbewegungen und/oder Linearbewegungen umfassen. Vorteilhafterweise kann dadurch der Bewegungsraum präzise ermittelt werden. According to one embodiment, the movement rule can define degrees of freedom of movements of the elements with respect to one another. Depending on the connection of the elements to one another, the movements can include, for example, bending movements and / or linear movements. The range of motion can advantageously be determined precisely as a result.
Das Verfahren kann gemäß einer Ausführungsform einen Schritt des Bereitstellens zumindest eines Stellsignals zum Bewegen der Mehrzahl von Elementen und/oder des Arbeitselements entlang der zumindest einen Trajektorie an eine Schnittstelle zu einem Antrieb der Hebevorrichtung umfassen. Der Antrieb kann beispielsweise als ein Motor realisiert sein, der ausgebildet ist, um beispielsweise das Arbeitselement und zusätzlich oder alternativ die Mehrzahl der Elemente zu bewegen. According to one embodiment, the method can include a step of providing at least one actuating signal for moving the plurality of elements and / or the working element along the at least one trajectory to an interface to a drive of the lifting device. The drive can be implemented, for example, as a motor which is designed to move, for example, the working element and, additionally or alternatively, the majority of the elements.
Der Schritt des Bereitstellens kann wiederholt ausgeführt werden. Beispielsweise kann die von der Startposition zu der Zielposition verlaufende Trajektorie genutzt werden, um ein Stellsignal bereitzustellen, das geeignet ist, um die Mehrzahl von Elementen und das Arbeitselement entlang der zumindest einen Trajektorie von der Zielposition zu der Startposition zurückzubewegen oder mehrmals zwischen den Positionen hin und zurück zu bewegen. The step of providing can be carried out repeatedly. For example, the trajectory running from the starting position to the target position can be used to provide an actuating signal that is suitable for moving the plurality of elements and the working element along the at least one trajectory from move back from the target position to the starting position or move back and forth several times between the positions.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Einlesens die Karte über eine Schnittstelle zu einer Speichereinrichtung eingelesen werden. Somit kann auf eine bereits in der Vergangenheit erstellte Karte zurückgegriffen werden. According to one embodiment, in the reading-in step, the card can be read in via an interface to a storage device. This means that a map that has already been created in the past can be used.
Das Verfahren kann einen Schritt des Erstellens der Karte unter Verwendung eines Sensorsignals eines Umfeldsensors der Hebevorrichtung umfassen. Der Umfeldsensor kann beispielsweise als ein Abstandmesser und zusätzlich oder alternativ als eine Bilderfassungseinrichtung, wie beispielsweise eine Kamera realisiert sein. Vorteilhafterweise kann die Hebevorrichtung eine Mehrzahl von Umfeldsensoren aufweisen, die zumindest einen Bereich des Umfelds der Hebevorrichtung erfassen können. Auf diese Weise kann die Karte während eines Betriebs der Hebevorrichtung erstellt werden. Dies ist vorteilhaft, wenn noch kein geeignetes Karten material zur Verfügung steht. The method can include a step of creating the map using a sensor signal from an environment sensor of the lifting device. The environment sensor can be implemented, for example, as a distance meter and additionally or alternatively as an image capturing device, such as a camera. The lifting device can advantageously have a plurality of surroundings sensors which can detect at least one area of the surroundings of the lifting device. In this way, the map can be created while the lifting device is in operation. This is advantageous if no suitable map material is available yet.
Im Schritt des Ermittelns kann der Bewegungsraum unter Verwendung eines Abstandsignals ermittelt werden, das einen Mindestabstand der Elemente und/oder des Arbeitselements zu zumindest einem Objekt in der Umgebung definieren kann. Vorteilhafterweise kann dadurch ein Sicherheitsabstand eingehalten werden, der sicherstellt, dass weder das Arbeitselement noch die Elemente mit dem Objekt kollidieren. Dabei kann insbesondere ein Mindestabstand zu dem Objekt ermittelt werden, an dem Arbeitsvorgänge ausgeführt werden. In the determination step, the movement space can be determined using a distance signal which can define a minimum distance between the elements and / or the working element and at least one object in the vicinity. In this way, a safety distance can advantageously be maintained, which ensures that neither the working element nor the elements collide with the object. In particular, a minimum distance to the object on which work processes are carried out can be determined.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Einlesens das Startsignal und zusätzlich oder alternativ das Zielsignal über eine Schnittstelle einer von einem Nutzer bedienbaren Eingabeeinrichtung eingelesen wird. Die Eingabeeinrichtung kann beispielsweise als ein Display oder ein berührungsempfindliches Display realisiert sein, sodass eine von dem Nutzer getätigte Eingabe eingelesen werden kann. Vorteilhafterweise kann der Nutzer dadurch weitere Werte oder Koordinaten eingeben, die in die Ermittlung des Bewegungsraums mit einfließen. Method according to one of the preceding claims, in which, in the reading-in step, the start signal and additionally or alternatively the target signal are read in via an interface of an input device that can be operated by a user. The input device can be implemented, for example, as a display or a touch-sensitive display, so that an input made by the user can be read in. In this way, the user can advantageously enter further values or coordinates that are included in the determination of the range of motion.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Einlesens ein Bewegungssignal eingelesen werden, das eine Bewegung der als ein Fahrzeug ausgeformten Basis repräsentiert, wobei im Schritt des Ermittelns die zumindest eine Trajektorie unter Verwendung des Bewegungssignals ermittelt werden kann. Das bedeutet, dass beispielsweise eine aktuelle Bewegung der Basis direkt bei der Ermittlung der Trajektorie berücksichtigt wird, sodass weiterhin eine Kollision vermieden wird. According to one embodiment, in the reading-in step, a movement signal can be read in that indicates a movement of the vehicle Shaped base represents, wherein in the step of determining the at least one trajectory can be determined using the movement signal. This means that, for example, a current movement of the base is taken into account directly when determining the trajectory, so that a collision is still avoided.
Ferner kann das Verfahren gemäß einer Ausführungsform einen Schritt des Speicherns eines manuell gesteuerten Verfahrwegs oder eines automatisch ermittelten und gesteuerten Verfahrwegs der Hebevorrichtung umfassen. Beispielsweise kann ansprechend auf ein Einlesen eines Umkehrsignals das Arbeitselement entlang eines gespeicherten Verfahrwegs von einer Startposition zu einer Zielposition verwendet werden, um das Arbeitselement in umgekehrter Richtung von der Zielposition zu der Startposition zurückzuverfahren. Das bedeutet beispielsweise, dass die Trajektorie umkehrbar ist. Vorteilhafterweise kann dadurch beispielsweise eine spätere Benutzung vereinfacht werden. Furthermore, according to one embodiment, the method can comprise a step of storing a manually controlled travel path or an automatically determined and controlled travel path of the lifting device. For example, in response to a reversal signal being read in, the work element can be used along a stored travel path from a start position to a target position in order to move the work element back in the opposite direction from the target position to the start position. This means, for example, that the trajectory is reversible. Advantageously, later use can be simplified as a result, for example.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein. This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control device.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The approach presented here also creates a device which is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. The object on which the invention is based can also be achieved quickly and efficiently by means of this embodiment variant of the invention in the form of a device.
Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einiesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einiesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann. For this purpose, the device can have at least one processing unit for processing signals or data, at least one storage unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the Have actuator and / or at least one communication interface for reading in or outputting data, which are embedded in a communication protocol. The computing unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the storage unit can be a flash memory, an EEPROM or a magnetic storage unit. The communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and / or wired, wherein a communication interface that can input or output wired data can input this data, for example electrically or optically, from a corresponding data transmission line or output it into a corresponding data transmission line.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. In the present case, a device can be understood to mean an electrical device that processes sensor signals and outputs control and / or data signals as a function thereof. The device can have an interface which can be designed in terms of hardware and / or software. In the case of a hardware design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are separate, integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In the case of a software-based design, the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
Der hier vorgestellte Ansatz stellt weiterhin eine Hebevorrichtung vor, die eine Basis, eine Arbeitsbühne, eine die Basis und die Arbeitsbühne verbindende Mehrzahl von Elementen sowie eine Vorrichtung in einer der zuvor genannten Varianten aufweist. The approach presented here also presents a lifting device which has a base, a working platform, a plurality of elements connecting the base and the working platform, and a device in one of the aforementioned variants.
Die Hebevorrichtung kann beispielsweise ausgeformt sein, um Arbeiten an einem hoch gelegenen Objekt, wie beispielsweise an einem Dach oder einer Baumkrone durchführen zu können. Vorteilhafterweise kann der vorliegende Ansatz im Zusammenhang mit bereits bekannten Hebevorrichtungen eingesetzt werden. The lifting device can be designed, for example, in order to be able to carry out work on a high-lying object, for example on a roof or a treetop. The present approach can advantageously be used in connection with already known lifting devices.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt: A computer program product or computer program with program code, which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory, and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is also advantageous is used, especially when the program product or program is executed on a computer or device. Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the description below. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Hebevorrichtung mit einer Vorrichtung zum Steuern einer Bewegung der Hebevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 shows a schematic illustration of a lifting device with a device for controlling a movement of the lifting device according to an exemplary embodiment;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für eine Hebevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; 2 shows a schematic representation of a device for a lifting device according to an exemplary embodiment;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Hebevorrichtung mit einem Bewegungsraum der Hebevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; 3 shows a schematic illustration of a lifting device with a movement space of the lifting device according to an exemplary embodiment;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Hebevorrichtung in einer Ruheposition gemäß einem Ausführungsbeispiel; 4 shows a schematic representation of a lifting device in a rest position according to an exemplary embodiment;
Fig. 5 bis 9 eine schematische Darstellung einer Hebevorrichtung in je einer Zwischenposition gemäß einem Ausführungsbeispiel; FIGS. 5 to 9 show a schematic representation of a lifting device in an intermediate position in each case according to an exemplary embodiment;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Hebevorrichtung in einer Zielposition gemäß einem Ausführungsbeispiel; und 10 shows a schematic illustration of a lifting device in a target position according to an exemplary embodiment; and
Fig. 11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Bewegung einer Hebevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. 11 shows a flow chart of a method for controlling a movement of a lifting device according to an exemplary embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. In the following description of advantageous exemplary embodiments of the present invention, identical or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, a repeated description of these elements being dispensed with.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Hebevorrichtung 100 mit einer Vorrichtung 102 zum Steuern einer Bewegung der Hebevorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist die Hebevorrichtung 100 in einer Zielposition 104. Die Zielposition 104 bezeichnet gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Arbeitsposition oder auch Endposition des Arbeitselements 106, sodass beispielsweise Arbeiten an dem Objekt 112 verrichtbar sind. 1 shows a schematic illustration of a lifting device 100 with a device 102 for controlling a movement of the lifting device 100 according to an exemplary embodiment. The lifting device 100 is shown in a target position 104. According to this exemplary embodiment, the target position 104 designates a working position or also an end position of the Working elements 106, so that, for example, work can be carried out on the object 112.
Die Hebevorrichtung 100 weist neben der Vorrichtung 102 das Arbeitselement 106, eine Mehrzahl von Elementen 108 sowie eine Basis 110 auf. Die Basis 110 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels der Mehrzahl von Elementen 108 mit dem Arbeitselement 106 verbunden. Die Mehrzahl von Elementen 108 sind in einer Reihe angeordnet, wobei aufeinanderfolgende Elemente 108 beweglich miteinander verbunden sind. Das Arbeitselement 106 ist beispielsweise korbförmig realisiert, sodass ein Nutzer sich sicher darin aufhalten kann. Üblicherweise weist ein solches Arbeitselement 106 ein Geländer auf, das beispielsweise einen Nutzer vor Stürzen nach außerhalb des Arbeitselements 106 schützt. Das Arbeitselement 106 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels der Mehrzahl von Elementen 108 mit der Basis 110 verbunden. Die Mehrzahl von Elementen 108, die weiterhin auch vereinfacht als Elemente 108 bezeichnet wird, ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel beweglich realisiert. Die Elemente 108 sind beispielsweise als Teleskoparme oder Ausleger realisierbar. Sie sind gemäß einem Ausführungsbeispiel verdrehbar aneinander angeordnet, sodass die Hebevorrichtung 100 sehr flexibel einsetzbar ist. Die Basis 110 ist beispielhaft als ein Fahrzeug realisiert oder alternativ zumindest als ein Teil dessen realisierbar. In addition to the device 102, the lifting device 100 has the working element 106, a plurality of elements 108 and a base 110. According to this exemplary embodiment, the base 110 is connected to the working element 106 by means of the plurality of elements 108. The plurality of elements 108 are arranged in a row, successive elements 108 being movably connected to one another. The working element 106 is implemented in the form of a basket, for example, so that a user can safely stay in it. Such a work element 106 usually has a railing which, for example, protects a user from falling outside the work element 106. According to this exemplary embodiment, the working element 106 is connected to the base 110 by means of the plurality of elements 108. The plurality of elements 108, which is also referred to in simplified form as elements 108, is realized in a movable manner according to this exemplary embodiment. The elements 108 can be implemented, for example, as telescopic arms or cantilevers. According to one exemplary embodiment, they are arranged rotatably next to one another, so that the lifting device 100 can be used very flexibly. The base 110 is implemented, for example, as a vehicle or, alternatively, can be implemented at least as a part thereof.
Die Hebevorrichtung 100 ist ausgeformt, um beispielsweise Reparaturen oder anderweitige Arbeiten an hoch gelegenen Orten und/oder Objekten zu verrichten. Ein solches Objekt 112 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise ein Baum oder ein Haus. Die Vorrichtung 102 ist beispielsweise als ein Steuergerät ausgeformt. Die Vorrichtung 102 ist ausgebildet, um die Hebevorrichtung 100 mittels einem Verfahren zum Steuern einer Bewegung der Hebevorrichtung 100 zu steuern. Dadurch kann das Arbeitsteil 106 ausgehend von einer Startposition sicher in die Zielposition 104 verfahren werden. Dazu wird ein die Startposition und die Zielposition 104 umfassender Bewegungsraum 114 ermittelt, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel halb um das Objekt 112 herumgeführt ist. Der Bewegungsraum 114 ist so ermittelt, dass eine Kollision mit dem Objekt 112 und weiteren Objekten, beispielsweise auch mit Objekten am äußeren Bewegungsraum, vermieden wird, wenn das Arbeitsteil 106 und alle Elemente 108 ausschließlich innerhalb des Bewegungsraumes 114 bewegt werden. Der Bewegungsraum 114 umfasst somit zumindest eine Trajektorie zum kollisionsfreien Bewegen des Arbeitselements von der Startposition zu der Zielposition 104. Der Bewegungsraum 114 wird unter Kenntnis der Startposition und der Zielposition 104 unter Verwendung einer dreidimensionalen Karte und einer Bewegungsvorschrift ermittelt, die eine Kinematik der Hebevorrichtung repräsentiert. Die Bewegungsvorschrift definiert beispielsweise mögliche Bewegungen der Elemente 108, des Arbeitsteils 106 und der Basis 110 zueinander. Beispielsweise kann unter Verwendung der Bewegungsvorschrift eine Auswirkung einer Bewegung des mit der Basis 110 verbundenen Elements 108 auf die übrigen Elemente 108 und das Arbeitsteil 106 bestimmt werden. The lifting device 100 is shaped in order to carry out repairs or other work at high locations and / or objects, for example. According to this exemplary embodiment, such an object 112 is, for example, a tree or a house. The device 102 is in the form of a control device, for example. The device 102 is designed to control the lifting device 100 by means of a method for controlling a movement of the lifting device 100. As a result, the working part 106, proceeding from a starting position, can be safely moved into the target position 104. For this purpose, a movement space 114 comprising the starting position and the target position 104 is determined, which according to this exemplary embodiment is guided halfway around the object 112. The movement space 114 is determined in such a way that a collision with the object 112 and other objects, for example also with objects in the outer movement space, is avoided if the working part 106 and all elements 108 are moved exclusively within the movement space 114. The movement space 114 thus comprises at least one trajectory to the collision-free movement of the working element from the starting position to the target position 104. The movement space 114 is determined with knowledge of the starting position and the target position 104 using a three-dimensional map and a movement rule that represents the kinematics of the lifting device. The movement specification defines, for example, possible movements of the elements 108, the working part 106 and the base 110 with respect to one another. For example, using the movement rule, an effect of a movement of the element 108 connected to the base 110 on the remaining elements 108 and the working part 106 can be determined.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Hebevorrichtung 100 zumindest einen Umfeldsensor 116 auf, der ausgebildet ist, um ein Umfeld der Hebevorrichtung 100 zu erfassen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Hebevorrichtung 100 eine Mehrzahl von Umfeldsensoren 116 auf, die beispielhaft verteilt an den Elementen 108 sowie dem Arbeitsteil 106 angeordnet sind. Unter Verwendung der Mehrzahl von Umfeldsensoren 116 können beispielsweise Abstände zu dem Objekt 112 aus unterschiedlichen Richtungen bestimmt werden. Wird eine Mehrzahl von Umfeldsensoren 116 eingesetzt, so können diese ausgebildet sein, um dieselbe oder unterschiedliche physikalische Größen zu erfassen. Auf diese Weise können unterschiedliche Sensortypen kombiniert werden. According to one exemplary embodiment, the lifting device 100 has at least one environment sensor 116, which is designed to detect the environment of the lifting device 100. According to this exemplary embodiment, the lifting device 100 has a plurality of environment sensors 116, which are arranged, for example, in a distributed manner on the elements 108 and on the working part 106. Using the plurality of surroundings sensors 116, for example, distances to the object 112 can be determined from different directions. If a plurality of surroundings sensors 116 are used, these can be designed to detect the same or different physical variables. In this way, different types of sensors can be combined.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Umfeldsensor 116 am Arbeitselement 106 angeordnet. Dies ist vorteilhaft, da sich das Arbeitselement 106 typischerweise an vorderster oder führender Position bei der Bewegung der Kinematik entlang der Trajektorie zur Zielposition 104 befindet. Wenn das Objekt 112 während des Verfahrens dreidimensional erfasst wurde, so kann es mit Kenntnis der Kinematik und Trajektorie keine Kollision der Elemente 108 mit dem Objekt 112 beim Zurückverfahren geben, außer es haben sich nachträglich Objekte in den Bewegungsraum 114 begeben. Um solche Veränderungen sicher zu erkennen, kann die Überwachung des Bewegungsraums 114 mit mehr als einem Umfeldsensor 116 sinnvoll sein. According to one embodiment, an environment sensor 116 is arranged on the working element 106. This is advantageous because the working element 106 is typically located in the foremost or leading position when the kinematics are moving along the trajectory to the target position 104. If the object 112 was captured three-dimensionally during the process, with knowledge of the kinematics and trajectory, there cannot be a collision of the elements 108 with the object 112 when moving back, unless objects have subsequently moved into the movement space 114. In order to reliably detect such changes, the monitoring of the movement space 114 with more than one environment sensor 116 can be useful.
Die Vorrichtung 102 schafft eine Möglichkeit, um Trajektorien für die Hebevorrichtung 100, die auch als Hubarbeitsbühne bezeichnet wird, zu planen und/oder zu lernen. Um dies zu erreichen, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine dreidimensionale Karte herangezogen, die beispielsweise als dynamische oder semantische Karte realisiert ist. Dazu wird beispielsweise der zumindest eine Umfeldsensor 116 an der Hebevorrichtung 100 verwendet, der eine Topologie des Umfelds scannt und befahrbare und/oder begehbare Bereiche identifiziert und in die Karte einträgt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise mittels des zumindest einen Umfeldsensors 116, der hier auch als Laserscanner, Laser, Radarsensor oder Stereokamera bezeichnet werden kann, die Topologie der Umgebung erfasst und die befahrbaren ebenen Bereiche extrahiert und in die dynamische Karte eingetragen. Eine Bestimmung des aktuellen Standortes beispielsweise eines Fahrzeugs oder gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Basis 106 innerhalb der dynamischen Karte erfolgt gemäß einem Ausführungsbeispiel im Normalbetrieb wiederum mittels des zumindest einen Umfeldsensors 116. Dabei tastet der zumindest eine Umfeldsensor 116 die Umgebung ab und vergleicht das erkannte Profil oder den extrahierten befahrbaren Bereich mit der initial erstellten dynamischen Karte. Diese dynamische Karte wird ständig aktualisiert, indem beispielsweise erkannte Hindernisse und Gegenstände eingetragen werden.The device 102 creates a possibility of planning and / or learning trajectories for the lifting device 100, which is also referred to as a working platform. In order to achieve this, a three-dimensional map is used according to this exemplary embodiment, which for example, is implemented as a dynamic or semantic map. For this purpose, for example, the at least one environment sensor 116 is used on the lifting device 100, which scans a topology of the environment and identifies drivable and / or accessible areas and enters them on the map. According to one embodiment, for example, the topology of the environment is recorded by means of the at least one environment sensor 116, which can also be referred to here as a laser scanner, laser, radar sensor or stereo camera, and the drivable flat areas are extracted and entered in the dynamic map. A determination of the current location, for example of a vehicle or, according to this exemplary embodiment, the base 106 within the dynamic map, takes place according to an exemplary embodiment in normal operation again by means of the at least one environment sensor 116 extracted drivable area with the initially created dynamic map. This dynamic map is constantly updated, for example by entering recognized obstacles and objects.
Über beispielsweise einen Langzeitfilter können diese sich lokal veränderlichen oder beweglichen oder zu- oder abtransportierten Hindernisse oder Gegenstände herausgefiltert werden und ergeben in der Regel eine weitere Karte, die nur die fest verbauten Gegenstände und Hindernisse enthält, wie beispielsweise fest installierte Maschinen oder Gebäude. Dafür sind beispielsweise keine für eine Lokalisierung verwendbaren GNSS-Signale notwendig, die ohnehin in überdachten Bereichen oder bezüglich des Satellitenempfangs abgeschatteten Bereichen nicht empfangen werden kann nicht oder nicht direkt empfangen werden können sind. Im Falle des zumindest einen Umfeldsensors 116 als Stereokamera bieten die Möglichkeit, eine Lokalisierung über eine Textur von Oberflächen in wenig strukturierten Umgebungen zu machen, wie beispielsweise in Tunnelröhren. Kurzum wird eine dreidimensionale Erfassung und Planung der Trajektorien der Hebevorrichtung 100 in einer dreidimensional erfassten Umgebung mit all seinen Objekten 112 ermöglicht. Using a long-term filter, for example, these locally changing or moving or being transported in or out of obstacles or objects can be filtered out and usually result in an additional map that only contains the permanently installed objects and obstacles, such as permanently installed machines or buildings. For this purpose, for example, no GNSS signals that can be used for localization are necessary, which in any case cannot be received in covered areas or areas shaded with regard to satellite reception, or cannot be received directly. In the case of the at least one environment sensor 116 as a stereo camera, it is possible to localize surfaces in less structured surroundings, such as in tunnel tubes, using a texture. In short, a three-dimensional recording and planning of the trajectories of the lifting device 100 in a three-dimensionally recorded environment with all of its objects 112 is made possible.
In anderen Worten wird eine Möglichkeit geschaffen, um eine Kollision eines der Elemente 108, die auch als Ausleger der Hebevorrichtung 100 bezeichnet werden können, mit dem Objekt 112 zu verhindern. Vorteilhafterweise wird die Kollision auch dann verhindert, wenn der Nutzer das angesteuerte Element 108 nicht sieht, wie beispielsweise bei Arbeiten an Dächern oder Brücken. Hierzu wird gemäß einem Ausführungsbeispiel beispielsweise bei manueller Ansteuerung das Objekt 112 erfasst und in die dreidimensionale Karte eingetragen, damit die Mehrzahl der Elemente 108 und das Objekt 112 beispielsweise in einem gemeinsamen Koordinatensystem referenziert werden. Durch Kenntnis der Kinematik der Hebevorrichtung 100 wird anhand der Karte ermittelt, ob eine Kollision mit dem Objekt 100 bevorsteht, bzw. die kollisionsfreie Trajektorie wird entsprechend ermittelt, sodass die Kollision basierend auf Messdaten, wie beispielsweise Abstandswerte, und der Kenntnis der Kinematik die Kollision mit dem Objekt 112 verhindert wird. In other words, a possibility is created to prevent a collision of one of the elements 108, which can also be referred to as the extension arm of the lifting device 100, with the object 112. The collision is also advantageously prevented if the user does not see the activated element 108, for example when working on roofs or bridges. For this purpose, according to an exemplary embodiment, manual Activation of the object 112 is recorded and entered in the three-dimensional map so that the plurality of elements 108 and the object 112 are referenced, for example, in a common coordinate system. Knowing the kinematics of the lifting device 100, it is determined on the basis of the map whether a collision with the object 100 is imminent, or the collision-free trajectory is determined accordingly, so that the collision is based on measurement data, such as distance values, and knowledge of the kinematics the object 112 is prevented.
Dazu wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel vorausgesetzt, dass die Kinematik und Dynamik der Hebevorrichtung 100, das bedeutet von den Elementen 108, dem Arbeitselement 106 und/oder der Basis 110, also beispielsweise von (Teleskop-) Armen, Auslegern, Arbeitsbühne und/oder Fahrzeug, mittels des zumindest einen Umfeldsensors 116, beispielsweise mittels einer so genannten Inertial Measurement Unit (IMU), die als 3D- Messsystem mit einer inertialen Messeinheit ausgeformt ist, Winkelsensoren und/oder Wegsensoren, an den beweglichen Teilen gemessen und berechnet wird. Dadurch werden räumliche Positionen und Bewegungen beschrieben.For this purpose, it is assumed, according to this exemplary embodiment, that the kinematics and dynamics of the lifting device 100, that is to say of the elements 108, the working element 106 and / or the base 110, for example of (telescopic) arms, booms, work platform and / or vehicle, by means of the at least one environment sensor 116, for example by means of a so-called inertial measurement unit (IMU), which is designed as a 3D measurement system with an inertial measurement unit, angle sensors and / or displacement sensors, are measured and calculated on the moving parts. This describes spatial positions and movements.
Diese werden beispielsweise in der Karte, beispielsweise in einer 3D-Karte und/oder in einer 3D-GNSS-basierten Karte abgebildet, gespeichert und visualisiert, wie beispielsweise auf dem Display des Bedieners der Hebevorrichtung 100. These are, for example, mapped, stored and visualized in the map, for example in a 3D map and / or in a 3D GNSS-based map, for example on the display of the operator of the lifting device 100.
Umfährt das Arbeitselement 106 ausgehend von der Startposition auf ihrem Weg zum Ziel, also der Zielposition 104, das Objekt 112 oder ein Hindernis, wie beispielsweise ein Gebäude oder eine Brücke, so wird gemäß einem Ausführungsbeispiel das Objekt 112 oder das Hindernis, bzw. Teile davon entlang der Trajektorie bezüglich seiner 3D-Abmessungen absolut und auch relativ zu den Elementen 108, dem Arbeitselement 106 und/oder der Basis 110 beispielsweise mittels abstandsmessender Umfeldsensoren, wie beispielsweise Ultraschall-, Radar- und/oder Kamera-Sensoren, auf oder an dem Arbeitselement 106 äußerlich erfasst und in einer 3D-Karte abgebildet. Da aufgrund der Bewegung der Hebevorrichtung 100 auch andere Objekte in der Umgebung des zu umfahrenden Objektes 112 kollisionsgefährdet sind, ist eine Rundumsicht der abstandsmessenden Sensoren sinnvoll. Umfahren auf der weiteren Trajektorie nun die Elemente 108, das Arbeitselement 106 und/oder die Basis 110 das Objekt 112, so wird aufgrund der Kinematik ihrer und dem bisher erfassten Objekt 112 berechnet, ob die Elemente 108, das Arbeitselement 106 und/oder die Basis 110 mit dem zu umfahrenden Objekt 112 zu kollidieren drohen. Im Grunde ergibt die Trajektorie gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Elemente 108 zwischen der Basis 110 und dem Arbeitselement 106 den Bewegungsraum 114 der Elemente 108 und/oder des Arbeitselements 106 relativ zur Basis 110. Bewegt sich auch noch die Basis 110, beispielsweise bei ausgefahrenem Arbeitselement 106, so vergrößert sich der Bewegungsraum 114 entlang der Fahrzeugtrajektorie. If the work element 106, starting from the starting position on its way to the destination, i.e. the destination position 104, bypasses the object 112 or an obstacle, such as a building or a bridge, then, according to one embodiment, the object 112 or the obstacle or parts thereof along the trajectory with respect to its 3D dimensions absolutely and also relative to the elements 108, the working element 106 and / or the base 110, for example by means of distance-measuring environment sensors, such as ultrasonic, radar and / or camera sensors, on or on the working element 106 recorded externally and shown in a 3D map. Since other objects in the vicinity of the object 112 to be bypassed are also at risk of collision due to the movement of the lifting device 100, an all-round view of the distance-measuring sensors is useful. If the elements 108, the working element 106 and / or the base 110 now circumnavigate the object 112 on the further trajectory, then based on the kinematics of their and that previously detected Object 112 calculates whether the elements 108, the work element 106 and / or the base 110 threaten to collide with the object 112 to be bypassed. Basically, the trajectory according to this exemplary embodiment of the elements 108 between the base 110 and the working element 106 results in the movement space 114 of the elements 108 and / or of the working element 106 relative to the base 110. If the base 110 also moves, for example when the working element 106 is extended, the movement space 114 thus increases along the vehicle trajectory.
Ist die Zielposition 104 des Arbeitselements 106 bekannt, bzw. vorgegeben, so wird die Trajektorie der Hebevorrichtung 110 vorab so berechnet, dass während der Bewegungen keine Kollisionen mit zu umfahrenden und umgebenden Objekten 112 erfolgen. Diese Trajektorien werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel automatisch abgefahren. Die Bewegungen der Hebevorrichtung 110 und zugehörigen Steuerbefehlen werden während der 3D- Bewegung zur Zielposition 104 in einer erfassten 3D-Umgebung aufgezeichnet und gespeichert. Möchte der Bediener nun zurück zur Startposition, so lässt er gemäß einem Ausführungsbeispiel die aufgezeichneten Bewegungen und zugehörigen Steuerbefehle automatisch umgekehrt abarbeiten. Dieses ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Hebevorrichtung 110 komplett oder teilweise durch umfahrende Objekte 112 oder umgebende Objekte während oder nach der Bewegung auf den aufgezeichneten Trajektorien verdeckt sind. If the target position 104 of the working element 106 is known or specified, the trajectory of the lifting device 110 is calculated in advance in such a way that no collisions with objects 112 to be bypassed and surrounding objects occur during the movements. According to this exemplary embodiment, these trajectories are followed automatically. The movements of the lifting device 110 and associated control commands are recorded and stored during the 3D movement to the target position 104 in a captured 3D environment. If the operator now wants to go back to the starting position, then, according to an exemplary embodiment, he has the recorded movements and associated control commands automatically processed in reverse. This is particularly advantageous if the lifting device 110 is completely or partially covered by objects 112 or surrounding objects during or after the movement on the recorded trajectories.
Aufgrund von beschleunigten Massen der Hebevorrichtung 110 und Elastizitäten dieser kommt es zum Überschwingen der Hebevorrichtung 110. Dies führt gemäß einem Ausführungsbeispiel zu einer Erweiterung der kinematisch bestimmten Bewegungsräume. Da alle relevanten physikalischen Größen gemessen und hergeleitet werden, wird auch ein Überschwingverhalten vorab simuliert oder prognostiziert und damit in einer (Vor-) Steuerung der Kinematik berücksichtigt, so dass ein Überschreiten des zulässigen Bewegungsraumes 114 und damit Kollisionen vermieden werden. Somit bildet die Bewegungsvorschrift gemäß einem Ausführungsbeispiel neben der reinen Kinematik auch die Massen und Elastizitäten zumindest der Elemente 108 der Hebevorrichtung 108 ab. Due to the accelerated masses of the lifting device 110 and elasticities of these, the lifting device 110 overshoots. According to one exemplary embodiment, this leads to an expansion of the kinematically determined movement spaces. Since all relevant physical quantities are measured and derived, an overshoot behavior is also simulated or predicted in advance and thus taken into account in a (pre) control of the kinematics, so that exceeding the permissible movement space 114 and thus collisions are avoided. Thus, according to one exemplary embodiment, the movement rule also maps the masses and elasticities of at least the elements 108 of the lifting device 108 in addition to the pure kinematics.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 102 für eine Hebevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 102 ist dementsprechend in einer Hebevorrichtung einsetzbar, wie sie in Fig. 1 beschrieben wurde. Die Vorrichtung 102 ist ausgebildet, um ein Verfahren zum Steuern der Hebevorrichtung durchzuführen. Die Vorrichtung 102 weist dabei eine Einleseeinheit 202 und eine Ermittlungseinheit 204 auf. FIG. 2 shows a schematic illustration of a device 102 for a lifting device according to an exemplary embodiment. The device 102 can accordingly be used in a lifting device as shown in FIG. 1 has been described. The device 102 is designed to carry out a method for controlling the lifting device. The device 102 has a read-in unit 202 and a determination unit 204.
Die Einleseeinheit 202 ist ausgebildet, um ein Startsignal 206 und ein Zielsignal 208 einzulesen. Dabei repräsentiert das Startsignal 206 eine Startposition des Arbeitselements der Hebevorrichtung in einer eine Umgebung der Hebevorrichtung abbildenden dreidimensionalen Karte 209. Das Zielsignal 208 repräsentiert eine Zielposition des Arbeitselements in der Karte 209. Optional werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel sowohl das Startsignal 206 als auch das Zielsignal 208 über eine Schnittstelle einer von einem Nutzer bedienbaren Eingabeeinrichtung 210 eingelesen und/oder an eine Speichereinrichtung 212 bereitgestellt, sodass beispielsweise ein Verfahrweg der Hebevorrichtung manuell gesteuert werden kann. The read-in unit 202 is designed to read in a start signal 206 and a target signal 208. The start signal 206 represents a start position of the working element of the lifting device in a three-dimensional map 209 depicting the surroundings of the lifting device. The target signal 208 represents a target position of the working element in the map 209. Optionally, according to this embodiment, both the start signal 206 and the target signal 208 are transmitted an interface of an input device 210 that can be operated by a user is read in and / or provided to a storage device 212 so that, for example, a travel path of the lifting device can be controlled manually.
Die Ermittlungseinheit 204 ist ausgebildet, um einen zumindest eine Trajektorie 213 zum kollisionsfreien Bewegen des Arbeitselements von der Startposition zu der Zielposition umfassenden Bewegungsraum zu ermitteln. Der Bewegungsraum wird unter Verwendung des Startsignals 206, des Zielsignals 208, der Karte 209 und einer eine Kinematik der Hebevorrichtung repräsentierenden Bewegungsvorschrift ermittelt. Die Bewegungsvorschrift definiert gemäß diesem Ausführungsbeispiel dabei Freiheitsgrade von Bewegungen der Elemente zueinander. Die Bewegungsvorschrift ist vorgegeben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Einleseeinheit 202 weiterhin ausgebildet, um die Karte 209 über eine Schnittstelle zu der Speichereinrichtung 212 einzulesen. Die Karte 209 ist beispielsweise als eine dreidimensionale Umfeldrepräsentiationskarte ausgebildet, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel implementiert wird, um ein Umfeld der Hebevorrichtung abzubilden. The determination unit 204 is designed to determine a movement space comprising at least one trajectory 213 for the collision-free movement of the working element from the starting position to the target position. The movement space is determined using the start signal 206, the target signal 208, the map 209 and a movement rule representing the kinematics of the lifting device. According to this exemplary embodiment, the movement rule defines degrees of freedom of movements of the elements with respect to one another. The movement regulation is given. According to this exemplary embodiment, the read-in unit 202 is also designed to read in the card 209 via an interface to the memory device 212. The map 209 is designed, for example, as a three-dimensional environment representation map which is implemented according to this exemplary embodiment in order to map an environment of the lifting device.
Optional wird dem Nutzer ein Abbild der Karte 209 auf einem Display angezeigt. Dadurch kann sich der Nutzer einen Überblick über die aktuelle Situation verschaffen und beispielsweise auch einen von einer aktuellen Position des Arbeitselements nicht einsehbaren Bereich eines Objekts zu betrachten. Dies ermöglicht es dem Nutzer auch, die Zielposition beispielsweise unter Verwendung eines berührungsempfindlichen Displays einzugeben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Einleseeinheit 202 ausgebildet, um ein Bewegungssignal 214 einzulesen. Das Bewegungssignal 214 repräsentiert dabei eine Bewegung der beispielsweise als ein Fahrzeug ausgeformten Basis. Dies ist vorteilhaft, da eine Bewegung der Basis auch eine Bewegung des Arbeitselements und aller übrigen Elemente zur Folge hat, sofern die Bewegung der Basis nicht durch eine geeignete Bewegung der Elemente der Hebevorrichtung ausgeglichen wird. Die Ermittlungseinheit 204 ist dem entsprechend ausgebildet, um die zumindest eine Trajektorie 213 unter Verwendung des Bewegungssignals 214 zu ermitteln. Auf diese Weise kann die Bewegung der Basis in die Ermittlung des Bewegungsraums einfließen. Optionally, the user is shown an image of the card 209 on a display. As a result, the user can get an overview of the current situation and, for example, also view an area of an object that cannot be seen from a current position of the work element. This also enables the user to enter the target position using a touch-sensitive display, for example. According to one exemplary embodiment, the read-in unit 202 is designed to read in a movement signal 214. The movement signal 214 represents a movement of the base, which is formed, for example, as a vehicle. This is advantageous since a movement of the base also results in a movement of the working element and all other elements, provided that the movement of the base is not compensated for by a suitable movement of the elements of the lifting device. The determination unit 204 is designed accordingly to determine the at least one trajectory 213 using the movement signal 214. In this way, the movement of the base can flow into the determination of the movement space.
Optional ist die Ermittlungseinheit 204 ausgebildet, um den Bewegungsraum unter Verwendung eines Abstandsignals 216 zu ermitteln, das einen Mindestabstand der Elemente zu dem Objekt in der Umgebung definiert. Das Abstandsignal 216 ermöglicht beispielsweise die Berücksichtigung von Toleranzen bei der Bewegung der Elemente der Hebevorrichtung oder Umwelteinflüsse, die beispielsweise zu einer Schaukelbewegung des Arbeitsteils führen können. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Abstandsignal einstellbar, sodass der Mindestabstand bei einem Objekt in Form eines Baums beispielsweise geringer eingestellt werden kann, als bei einem Objekt in Form eines Gebäudes. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Abstandsignal 216 von einer von dem Nutzer bedienbaren Einstelleinrichtung 218 an die Vorrichtung 102 bereitgestellt. Alternativ wird das Abstandsignal 216 aus einer Speichereinrichtung oder der Karte 209 ausgelesen. The determination unit 204 is optionally designed to determine the movement space using a distance signal 216 which defines a minimum distance between the elements and the object in the vicinity. The distance signal 216 enables, for example, tolerances in the movement of the elements of the lifting device or environmental influences that can lead to a rocking movement of the working part, for example. According to one embodiment, the distance signal is adjustable so that the minimum distance for an object in the form of a tree can be set, for example, smaller than for an object in the form of a building. According to this exemplary embodiment, the distance signal 216 is provided to the device 102 by a setting device 218 that can be operated by the user. Alternatively, the distance signal 216 is read out from a memory device or the card 209.
Optional ist die Ermittlungseinheit 204 ausgebildet, um eine Mehrzahl möglicher Trajektorien zu ermitteln, die innerhalb des Bewegungsraums liegen, aufgrund der Kinematik der Hebevorrichtung 100 umsetzbar sind, und zum Bewegen des Arbeitselements von der Startposition zu der Zielposition eine kollisionsfreie Bewegung der Hebevorrichtung 100 ermöglichen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Ermittlungseinheit 204 ausgebildet, um automatisiert oder nutzergesteuert, die zu verwendende Trajektorie 213 aus der Mehrzahl möglicher Trajektorien auszuwählen. Beispielsweise ist dazu ein Auswahlkriterium voreingestellt oder durch den Nutzer einstellbar. Ein solches Auswahlkriterium kann beispielsweise die Verfahrzeit, den Verfahrweg oder den Energiebedarf berücksichtigen. Unter dem Verfahrweg kann die Art und Weise der Bewegung vom Start zum Ziel verstanden werden. So kann beispielsweise die Bewegung immer nur in eine Richtung erfolgen, also z.B. erst senkrecht nach oben dann waagerecht nach links, usw. Alternativ können beide oder weitere Bewegungen gleichzeitig erfolgen. Dabei kann eine Bewegung beispielsweise mittig im zur Verfügung stehen Bewegungsraum, so dicht wie möglich am Objekt, beispielsweise mit vorgegebenem Abstand, oder so weit wie möglich weg vom Objekt durchgeführt werden. Bei einem möglichst großem Abstand soll, das Ziel aber mit dem Arbeitselement, beispielsweise einem Korb, immer noch erreichbar sein. Dies ist z.B. bei der Feuerwehr beim Einsatz an gefährlichen Objekten sinnvoll. The determination unit 204 is optionally designed to determine a plurality of possible trajectories that lie within the movement space, can be implemented on the basis of the kinematics of the lifting device 100, and enable a collision-free movement of the lifting device 100 to move the working element from the starting position to the target position. According to one exemplary embodiment, the determination unit 204 is designed to select the trajectory 213 to be used from the plurality of possible trajectories in an automated or user-controlled manner. For example, a selection criterion is preset for this purpose or can be set by the user. Such a selection criterion can take into account, for example, the travel time, the travel distance or the energy requirement. The travel path can be understood as the type of movement from the start to the destination. For example the movement only ever take place in one direction, for example first vertically upwards then horizontally to the left, etc. Alternatively, both or further movements can take place at the same time. A movement can be carried out, for example, in the middle of the available movement space, as close as possible to the object, for example at a predetermined distance, or as far as possible away from the object. If the distance is as great as possible, the goal should still be achievable with the work element, for example a basket. This is useful, for example, for the fire brigade when working on dangerous objects.
Optional oder alternativ weist die Vorrichtung 102 eine Erstelleinheit 220 auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung eines Sensorsignals 222 des Umfeldsensors 116 der Hebevorrichtung die Karte 209 zu erstellen und an die Einleseeinheit 202 und/oder die Speichereinrichtung 212 bereitzustellen. Somit kann es die Karte 209 entweder auf aktuell ermittelten Kartendaten basieren oder vorbestimmt sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Erstelleinheit 220 verwendet, um die in der Speichereinrichtung 212 gespeicherte Karte 209 zu aktualisieren und/oder zu überprüfen, beispielsweise durch einen Abgleich von in der Karte 209 umfassten Objektdaten mit aktuell unter Verwendung des Umfeldsensors 216 erfassten Objektdaten. Optionally or alternatively, the device 102 has a creation unit 220 which is designed to create the card 209 using a sensor signal 222 of the environment sensor 116 of the lifting device and to provide it to the reading unit 202 and / or the storage device 212. Thus, the map 209 can either be based on currently determined map data or it can be predetermined. According to one exemplary embodiment, the creation unit 220 is used to update and / or check the map 209 stored in the memory device 212, for example by comparing object data contained in the map 209 with object data currently recorded using the environment sensor 216.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 102 außerdem eine Bereitstelleinheit 226 auf, die ausgebildet ist, um ein Stellsignal 228 zum Bewegen des Arbeitselements entlang der zumindest einen Trajektorie an eine Schnittstelle zu einem Antrieb 230 der Hebevorrichtung bereitzustellen. Dazu kann neben einer direkten Bewegung des Arbeitselements auch eine Bewegung der Elemente der Hebevorrichtung gesteuert werden. According to this exemplary embodiment, the device 102 also has a provision unit 226 which is designed to provide an actuating signal 228 for moving the working element along the at least one trajectory to an interface to a drive 230 of the lifting device. For this purpose, in addition to a direct movement of the working element, a movement of the elements of the lifting device can also be controlled.
Das Stellsignal 228 ist geeignet, um eine Bewegung der Hebevorrichtung so zu steuern, dass Kollisionen der Hebevorrichtung auf der Trajektorie bis zu einer Zielposition und zurück vermieden werden, während ein Nutzer, der auch als Bediener bezeichnet wird, zumindest teilweise oder zeitweise Teile der Hebevorrichtung nicht sieht. The actuating signal 228 is suitable for controlling a movement of the lifting device in such a way that collisions of the lifting device on the trajectory to a target position and back are avoided, while a user, who is also referred to as the operator, does not at least partially or temporarily remove parts of the lifting device sees.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Hebevorrichtung 100 mit einem Bewegungsraum 114 der Hebevorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Hebevorrichtung 100 kann der in Fig. 1 beschriebenen Hebevorrichtung 100 entsprechen. Lediglich das Objekt 112 weicht gemäß diesem Ausführungsbeispiel von dem zuvor dargestellten Objekt 112 insofern ab, dass es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um ein Gebäude handelt. 3 shows a schematic illustration of a lifting device 100 with a movement space 114 of the lifting device 100 according to an exemplary embodiment. The lifting device 100 shown here can be that in FIG. 1 described lifting device 100 correspond. According to this exemplary embodiment, only the object 112 deviates from the previously illustrated object 112 in that, according to this exemplary embodiment, it is a building.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist skizzenhaft in dem Bewegungsraum 114 eine Mehrzahl von Zwischenpositionen 300 dargestellt, die von einer Startposition 302 ausgehen und zu der Zielposition 104 der Hebevorrichtung 100 führen. Dabei stellen die gezeigten Zwischenpositionen 300 lediglich eine beispielhafte Auswahl dar. Jede der Zwischenpositionen 300 kann auch als neue Startposition oder Zielposition verwendet werden. Die Mehrzahl von Elementen 108 sind beispielsweise als Teleskoparme oder Auslegerelemente realisiert und gegeneinander beweglich. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weisen die Elemente 108 und/oder das Arbeitselement 106 während des Verfahrens des Arbeitselements 106 zu der Zielposition 104 einen Mindestabstand zu dem Objekt 112 auf. Optional kann das Arbeitselement 106 nach Erreichen der Zielposition 104 manuell oder automatisiert näher an das Objekt 112 herangefahren werden, wobei der Mindestabstand unterschritten wird. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass der Bewegungsraum 114 aufgrund der Kinematik der Hebevorrichtung 100 im Bereich der Basis 110, das bedeutet nahe der Startposition 302, breiter als im Bereich der Zwischenpositionen 300 und/oder der Zielposition 104 ist. According to this exemplary embodiment, a plurality of intermediate positions 300 are sketched in the movement space 114, which start from a starting position 302 and lead to the target position 104 of the lifting device 100. The intermediate positions 300 shown represent only an exemplary selection. Each of the intermediate positions 300 can also be used as a new starting position or target position. The plurality of elements 108 are implemented, for example, as telescopic arms or cantilever elements and can be moved relative to one another. According to this exemplary embodiment, the elements 108 and / or the working element 106 are at a minimum distance from the object 112 during the movement of the working element 106 to the target position 104. Optionally, after reaching the target position 104, the work element 106 can be moved closer to the object 112 manually or automatically, the minimum distance being undershot. It can be seen from FIG. 3 that, due to the kinematics of the lifting device 100, the movement space 114 is wider in the area of the base 110, that is, near the starting position 302, than in the area of the intermediate positions 300 and / or the target position 104.
Die Startposition 302 wird auch als Ruheposition bezeichnet und die Zielposition 104 als Endposition. Die Zielposition 104 ist eine solche Position, in der Arbeiten an dem Objekt 112 verrichtet werden können. Die Startposition 302 dagegen ist beispielsweise gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine solche Position, in der die Mehrzahl der Elemente 108 sowie das Arbeitselement 106 der Hebevorrichtung 100 transportiert werden. Alternativ handelt es sich bei der Startposition 302 um eine Zwischenposition der beispielsweise teilweise ausgeklappten oder ausgefahrenen Elemente 108, beispielsweise um ein Einsteigen des Bedieners zu ermöglichen. The start position 302 is also referred to as the rest position and the target position 104 as the end position. The target position 104 is such a position in which work can be carried out on the object 112. The start position 302, on the other hand, according to this exemplary embodiment, for example, is such a position in which the plurality of elements 108 and also the working element 106 of the lifting device 100 are transported. Alternatively, the starting position 302 is an intermediate position of the, for example, partially unfolded or extended elements 108, for example to enable the operator to get on.
In anderen Worten ist ein summierter Bewegungsablauf der Hebevorrichtung 100 schematisch dargestellt. Hierbei wird der Bewegungsraum 114 verdeutlicht. Dieser ist aufgrund der Kinematik und der beispielsweise in der Karte verzeichneten und/oder durch die Umfeldsensoren erfasste Objektkontur, wie beispielsweise einer Haus- und Dach- Kontur, prognostizierbar. Der Bewegungsablauf, dass bedeutet die Trajektorien und zugehörigen Steuerbefehle zum Bewegen der verfahrbaren Teile der Hebevorrichtung 100 werden gemäß einem Ausführungsbeispiel gespeichert und bei der später erfolgenden Rückkehr des Arbeitselements 106 in die Startposition 302 in umgekehrter Reihenfolge von der Steuerung ausgeführt. Dadurch folgt die Hebevorrichtung 100 den gleichen Trajektorien zurück zur Startposition 302. In other words, a summed movement sequence of the lifting device 100 is shown schematically. The movement space 114 is illustrated here. This is due to the kinematics and the object contour recorded, for example, on the map and / or detected by the environment sensors, such as for example a house and roof contour, predictable. The movement sequence, that is, the trajectories and associated control commands for moving the movable parts of the lifting device 100 are stored according to an exemplary embodiment and are executed by the controller in the reverse order when the working element 106 returns to the starting position 302 later. As a result, the lifting device 100 follows the same trajectories back to the starting position 302.
Eine gespeicherte Trajektorie kann auch vorwärts einmal oder mehrmals, auch automatisch, wiederholt werden. Beispielsweise wenn das Arbeitselement um Personen und/oder Material zu befördern mehrmals vom Start zum Ziel und zurück muss. Dies ist beispielsweise bei längeren Arbeitsvorgängen am gleichen Ort sinnvoll. A stored trajectory can also be repeated one or more times, also automatically, forwards. For example, if the work element has to move people and / or material from the start to the destination and back several times. This is useful, for example, for longer work processes in the same place.
Weiterführend besteht eine Möglichkeit, dass auch das Umfeld außerhalb der Hebevorrichtung 100 durch Hindernisse so verstellt ist, dass der prognostizierte Bewegungsraum 114 mit diesen kollidieren könnte. Dazu werden diese Objekte im Umfeld ebenfalls durch abstandsmessende Umfeldsensoren, vorzugsweise 360° um die Hebevorrichtung 100, erfasst und ein maximaler äußerer Bewegungsraum 114 definiert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind diese Objekte im Umfeld ebenfalls in einer bereits bestehenden Karte verzeichnet. Furthermore, there is a possibility that the environment outside of the lifting device 100 is also adjusted by obstacles in such a way that the predicted movement space 114 could collide with them. For this purpose, these objects in the environment are also detected by distance-measuring environment sensors, preferably 360 ° around the lifting device 100, and a maximum external movement space 114 is defined. According to one embodiment, these objects in the environment are also shown in an already existing map.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden unter Verwendung eines Suchverfahrens vorab mit Kenntnis der Kinematik der Hebevorrichtung 100, also beispielsweise mit Kenntnis der Kinematik der Basis 110, der Elemente 108 in Form von Auslegern und/oder Armen und des Arbeitselements, die zugehörigen Trajektorien gesucht und geplant, die eine Bewegung des Arbeitselements von der Startposition zu der Zielposition ermöglichen. According to one embodiment, the associated trajectories are searched for and planned in advance using a search method with knowledge of the kinematics of the lifting device 100, for example with knowledge of the kinematics of the base 110, the elements 108 in the form of cantilevers and / or arms and the working element enable movement of the working element from the starting position to the target position.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird dabei eine Bewegung der Basis 110 während der Bewegung der Elemente 108 und des Arbeitselements 106 gezielt, sofern möglich und zulässig, in die Ermittlung der Trajektorien einbezogen. According to one embodiment, a movement of the base 110 during the movement of the elements 108 and the working element 106 is specifically included in the determination of the trajectories, if possible and permissible.
Wenn von einer aktuellen Fahrzeugstandposition keine kollisionsfreien Trajektorien der Hebevorrichtung 100 möglich sind, kann dies vorteilhafterweise vorab erkannt werden. Verfügt die Hebevorrichtung 100 über einen 3D-Bebauungsplan der Umgebung und eine Lokalisierung der Hebevorrichtung 100, so wird gemäß einem Ausführungsbeispiel ein optimaler Start- Fahrzeugstandort der Hebevorrichtung 100 automatisch gesucht. Dazu werden dann mindestens die von der Hebevorrichtung 100 anzufahrenden Zielpositionen 300 oder Trajektorien, die eine Reihenfolge von Zielpositionen 300 umfassen, angegeben. Die dazu notwendigen Video- und/oder LIDAR- basierten Karten und/oder GNSS-basierten Karten und optionale Verwendung von 3D-Konstruktionszeichnungen können vorbestimmt und beispielsweise in einer Speichereinrichtung gespeichert sein. If no collision-free trajectories of the lifting device 100 are possible from a current vehicle stationary position, this can advantageously be recognized in advance. If the lifting device 100 has a 3D development plan of the surroundings and a localization of the lifting device 100, an optimal starting vehicle location for the lifting device 100 is automatically searched for. For this purpose, at least the target positions 300 to be approached by the lifting device 100 or trajectories that comprise a sequence of target positions 300 are specified. The video and / or LIDAR-based maps and / or GNSS-based maps required for this and the optional use of 3D construction drawings can be predetermined and stored, for example, in a memory device.
Da die Trajektorien aufgrund der kinematischen Freiheitsgrade recht vielfältig sein können, wird beispielsweise gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Vorgabe wie „entlang der äußeren Begrenzung“ oder „entlang der inneren Begrenzung“ oder „mittig innerhalb der Begrenzungen bzw. des Bewegungsraumes“ oder „in einem bestimmten Abstand entlang der zu umfahrenden Objektkontur“ vorgegeben. Weiterhin ist auch denkbar, weitere Kriterien und/oder die Reihenfolge ihrer Prioritäten vorzugeben, wie beispielsweise „schnellste Trajektorie“ oder „energiesparende Trajektorie“ oder „Trajektorie mit den geringsten Arbeitselementrichtungsänderungen“ oder „Trajektorie mit dem geringsten Verschleiß“. Since the trajectories can be quite diverse due to the kinematic degrees of freedom, a specification such as “along the outer boundary” or “along the inner boundary” or “centrally within the boundaries or the movement space” or “at a certain distance” is used, for example, according to this exemplary embodiment along the object contour to be bypassed ”. Furthermore, it is also conceivable to specify further criteria and / or the order of their priorities, such as, for example, “fastest trajectory” or “energy-saving trajectory” or “trajectory with the smallest changes in working element direction” or “trajectory with the least wear”.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Hebevorrichtung 100 in einer Ruheposition 302 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Hebevorrichtung 100 kann der in Fig. 3 beschriebenen Hebevorrichtung 100 entsprechen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist dabei eine Bewegungsrichtung 400 der Elemente 108 und des Arbeitselements 106von der Ruheposition 302 ausgehend in die Zwischenposition 300 gezeigt. FIG. 4 shows a schematic illustration of a lifting device 100 in a rest position 302 according to an exemplary embodiment. The lifting device 100 shown here can correspond to the lifting device 100 described in FIG. 3. According to this exemplary embodiment, a direction of movement 400 of the elements 108 and of the working element 106 starting from the rest position 302 into the intermediate position 300 is shown.
Fig.5 bis Fig. 9 zeigen schematische Darstellungen einer Hebevorrichtung 100 in unterschiedlichen Zwischenpositionen 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Hebevorrichtung 100 kann der in Fig. 3 beschriebenen Hebevorrichtung 100 entsprechen mit Ausnahme der Ausgangsposition, da diese gemäß diesen Ausführungsbeispielen je die Zwischenposition 300 darstellt, die in der zuvor gezeigten Figur erreicht wurde. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist jede der Zwischenpositionen 300 als die Startposition oder Zielposition ansteuerbar. In anderen Worten ist in den Figuren 5 bis 9 ein beispielhafter Bewegungsablauf, bzw. eine Trajektorie des Arbeitselements 106 beim Überqueren eines Dachfirstes dargestellt. Angedeutet dabei ist, dass sich die gesamte Hebevorrichtung 100 in einem bestimmten Abstand vom Objekt 112 und insbesondere dem Dach bewegen. Der Abstand wird durch die erwähnten Umfeldsensoren und der Vorrichtung, die auch als Steuerungssystem bezeichnet wird, sichergestellt. 5 to 9 show schematic representations of a lifting device 100 in different intermediate positions 300 according to an exemplary embodiment. The lifting device 100 shown here can correspond to the lifting device 100 described in FIG. 3, with the exception of the starting position, since according to these exemplary embodiments this represents the intermediate position 300 that was reached in the figure shown above. According to an alternative embodiment, each of the intermediate positions 300 can be controlled as the starting position or target position. In other words, FIGS. 5 to 9 show an exemplary sequence of movements or a trajectory of the working element 106 when crossing a roof ridge. It is indicated here that the entire lifting device 100 moves at a certain distance from the object 112 and in particular the roof. The distance is ensured by the aforementioned environment sensors and the device, which is also referred to as a control system.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Hebevorrichtung 100 in einer Zielposition 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier gezeigte Hebevorrichtung 100 kann einer der in den Figuren 4 bis 9 beschriebenen Hebevorrichtungen 100 entsprechen. Lediglich ist sie gemäß diesem Ausführungsbeispiel abweichend in der Zielposition 104 abgebildet. Das bedeutet, dass sich die Hebevorrichtung 100 in einer Position befindet, um Arbeiten an dem Objekt durchführen zu können. FIG. 10 shows a schematic illustration of a lifting device 100 in a target position 104 according to an exemplary embodiment. The lifting device 100 shown here can correspond to one of the lifting devices 100 described in FIGS. It is merely depicted differently in the target position 104 in accordance with this exemplary embodiment. This means that the lifting device 100 is in a position in order to be able to carry out work on the object.
Fig. 11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 zum Steuern einer Bewegung einer Hebevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einer Hebevorrichtung und/oder einer Vorrichtung durchführbar, wie sie in einer der Figuren 1 bis 10 beschrieben wurden. 11 shows a flow chart of a method 1100 for controlling a movement of a lifting device according to an exemplary embodiment. According to this exemplary embodiment, the method can be carried out in a lifting device and / or a device as described in one of FIGS. 1 to 10.
Das Verfahren 1100 umfasst dabei einen Schritt 1102 des Einlesens und einen Schritt 1104 des Ermittelns. Im Schritt 1102 des Einlesens wird ein Startsignal und ein Zielsignal eingelesen. Das Startsignal repräsentiert dabei eine Startposition des Arbeitselements in einer eine Umgebung der Hebevorrichtung abbildenden dreidimensionalen Karte (3D). Das Zielsignal repräsentiert eine Zielposition des Arbeitselements in der Karte. Im Schritt 1104 des Ermittelns wird ein zumindest eine Trajektorie zum kollisionsfreien Bewegen des Arbeitselements von der Startposition zu der Zielposition umfassender Bewegungsraum unter Verwendung des Startsignals, des Zielsignals, der Karte und einer eine Kinematik der Hebevorrichtung repräsentierenden Bewegungsvorschrift ermittelt. The method 1100 comprises a step 1102 of reading in and a step 1104 of determining. In step 1102 of reading in, a start signal and a target signal are read in. The start signal represents a start position of the working element in a three-dimensional map (3D) depicting the surroundings of the lifting device. The target signal represents a target position of the work item on the map. In step 1104 of determining, a movement space comprising at least one trajectory for collision-free movement of the working element from the starting position to the target position is determined using the start signal, the target signal, the map and a movement rule representing kinematics of the lifting device.
Optional umfasst das Verfahren 1100 weiterhin einen Schritt 1106 des Speicherns eines manuell gesteuerten Verfahrwegs der Hebevorrichtung, das beispielsweise von einem Nutzer eingegeben wurde. In einem weiteren optionalen Schritt 1108 des Erstellens wird die Karte unter Verwendung eines Sensorsignals eines Umfeldsensors der Hebevorrichtung erstellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl der Schritt 1106 des Speicherns als auch der Schritt 1108 des Erstellens vor dem Schritt 1104 des Ermittelns durchführbar. Optionally, the method 1100 further comprises a step 1106 of storing a manually controlled travel path of the lifting device that was entered, for example, by a user. In a further optional creation step 1108, the map is created using a sensor signal from an environment sensor of the lifting device. According to this exemplary embodiment, both step 1106 of storing and step 1108 of creating can be carried out before step 1104 of determining.
Das Verfahren 1100 umfasst weiterhin gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Schritt 1110 des Bereitstellens. Im Schritt 1110 des Bereitstellens wird ein Stellsignal oder mehrere Stellsignale zum Bewegen des Arbeitselements und der übrigen Elemente entlang der zumindest einen Trajektorie an eine Schnittstelle zu einem Antrieb der Hebevorrichtung bereitgestellt. Wenn in dem Schritt 1104 mehr als eine mögliche Trajektorie ermittelt wurde, kann im Schritt 1104 eine dieser Trajektorien zur Verwendung in dem Schritt 1110 ausgewählt werden. Die Auswahl kann dabei automatisiert erfolgen, beispielsweise unter Berücksichtigung eines Auswahlkriteriums, das beispielsweise voreingestellt sein kann oder situationsabhängig von einem Nutzer eingestellt werden kann. Der Schritt 1110 kann wiederholt ausgeführt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein gespeicherter Verfahrweg oder eine gespeicherte Trajektorie von einer Startposition zu einer Zielposition verwendet, um zumindest ein weiteres Stellsignal zu bestimmen und bereitzustellen, das geeignet ist, um den Antrieb der Hebevorrichtung so anzusteuern, dass das Arbeitselement und die übrigen Elemente so bewegt werden, dass dem gespeicherten Verfahrweg oder der gespeicherten Trajektorie in umgekehrter Richtung gefolgt wird, also von der beispielsweise zuvor erreichten Zielposition zurück zu der ursprünglichen Startposition. According to this exemplary embodiment, the method 1100 further comprises a step 1110 of providing. In step 1110 of providing, an actuating signal or a plurality of actuating signals for moving the working element and the remaining elements along the at least one trajectory is provided to an interface to a drive of the lifting device. If more than one possible trajectory was determined in step 1104, one of these trajectories can be selected in step 1104 for use in step 1110. The selection can be automated, for example, taking into account a selection criterion that can be preset, for example, or can be set by a user as a function of the situation. Step 1110 can be performed repeatedly. According to one embodiment, a stored travel path or a stored trajectory from a starting position to a target position is used to determine and provide at least one further actuating signal that is suitable for controlling the drive of the lifting device in such a way that the working element and the other elements move be that the stored travel path or the stored trajectory is followed in the opposite direction, that is, from the previously reached target position back to the original starting position.
Somit besteht die Möglichkeit des Speicherns eines manuell und/oder automatisch gesteuerten Verfahrwegs der Hebevorrichtung und darauf basierend die Möglichkeit des Zurückverfahren des Verfahrwegs (umgekehrte Trajektorie). There is thus the possibility of storing a manually and / or automatically controlled travel path of the lifting device and, based on this, the possibility of moving back the travel path (reverse trajectory).

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren (1100) zum Steuern einer Bewegung einer Hebevorrichtung (100) mit einer Basis (110), einem Arbeitselement (106) und einer Mehrzahl von Elementen (108), wobei die Basis (110), das Arbeitselement (106) und die Mehrzahl von Elementen (108) gelenkig miteinander verbunden sind, und wobei das Verfahren (1100) die folgenden Schritte umfasst: A method (1100) for controlling a movement of a lifting device (100) having a base (110), a working element (106) and a plurality of elements (108), wherein the base (110), the working element (106) and the A plurality of elements (108) are hinged together, and wherein the method (1100) comprises the following steps:
Einlesen (1102) eines Startsignals (206) und eines Zielsignals (208), wobei das Startsignal (206) eine Startposition (302) des Arbeitselements (106) in einer eine Umgebung der Hebevorrichtung (100) abbildenden dreidimensionalen Karte (209) repräsentiert, und wobei das ZielsignalReading in (1102) a start signal (206) and a target signal (208), the start signal (206) representing a start position (302) of the working element (106) in a three-dimensional map (209) depicting the surroundings of the lifting device (100), and where the target signal
(208) eine Zielposition (104) des Arbeitselements (106) in der Karte(208) a target position (104) of the working element (106) in the map
(209) repräsentiert; und (209) represents; and
Ermitteln (1104) eines zumindest eine Trajektorie (213) zum kollisionsfreien Bewegen des Arbeitselements (106) von der Startposition (302) zu der Zielposition (104) umfassenden Bewegungsraums (114) unter Verwendung des Startsignals (206), des Zielsignals (208), der Karte (209) und einer eine Kinematik der Hebevorrichtung (100) repräsentierenden Bewegungsvorschrift, um die Bewegung der Hebevorrichtung (100) abhängig von dem ermittelten Bewegungsraum (114) zu steuern. Determining (1104) a movement space (114) comprising at least one trajectory (213) for collision-free movement of the working element (106) from the starting position (302) to the target position (104) using the start signal (206), the target signal (208), the map (209) and a movement rule representing kinematics of the lifting device (100) in order to control the movement of the lifting device (100) as a function of the determined movement space (114).
2. Verfahren (1100) gemäß Anspruch 1, bei dem die Bewegungsvorschrift Freiheitsgrade von Bewegungen der Elemente (108) zueinander definiert. 2. The method (1100) according to claim 1, wherein the movement rule defines degrees of freedom of movements of the elements (108) with respect to one another.
3. Verfahren (1100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (1110) des Bereitstellens zumindest eines Stellsignals (228) zum Bewegen der Mehrzahl von Elementen (108) und des Arbeitselements (106) entlang der zumindest einen Trajektorie (213) an eine Schnittstelle zu einem Antrieb (230) der Hebevorrichtung (100). 4. Verfahren (1100) gemäß Anspruch 3, bei dem der Schritt (1110) des Bereitstellens wiederholt ausgeführt wird, um die Mehrzahl von Elementen (108) und das Arbeitselement (106) entlang der zumindest einen Trajektorie (213) zurückzubewegen. 3. The method (1100) according to any one of the preceding claims, with a step (1110) of providing at least one actuating signal (228) for moving the plurality of elements (108) and the working element (106) along the at least one trajectory (213) an interface to a drive (230) of the lifting device (100). 4. The method (1100) according to claim 3, wherein the step (1110) of providing is carried out repeatedly in order to move the plurality of elements (108) and the working element (106) back along the at least one trajectory (213).
5. Verfahren (1100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (1102) des Einlesens die Karte (209) über eine Schnittstelle zu einer Speichereinrichtung (212) eingelesen wird. 5. The method (1100) according to any one of the preceding claims, in which in the step (1102) of reading the card (209) is read in via an interface to a storage device (212).
6. Verfahren (1100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (220) des Erstellens der Karte (209) unter Verwendung eines Sensorsignals (222) eines Umfeldsensors (116) der Hebevorrichtung (100). 6. The method (1100) according to any one of the preceding claims, with a step (220) of creating the map (209) using a sensor signal (222) of an environment sensor (116) of the lifting device (100).
7. Verfahren (1100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (204) des Ermittelns der Bewegungsraum (114) unter Verwendung eines Abstandsignals (216) ermittelt wird, das einen Mindestabstand der Elemente (108) und/oder des Arbeitselements (106) zu zumindest einem Objekt (112) in der Umgebung definiert. 7. The method (1100) according to any one of the preceding claims, in which in the step (204) of determining the movement space (114) is determined using a distance signal (216) which indicates a minimum distance between the elements (108) and / or the working element ( 106) to at least one object (112) in the environment.
8. Verfahren (1100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (1102) des Einlesens das Startsignal (206) und/oder das Zielsignal (208) über eine Schnittstelle einer von einem Nutzer bedienbaren Eingabeeinrichtung (210) eingelesen wird. 8. The method (1100) according to any one of the preceding claims, in which in the step (1102) of reading the start signal (206) and / or the target signal (208) is read in via an interface of an input device (210) that can be operated by a user.
9. Verfahren (1100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (1102) des Einlesens ein Bewegungssignal (214) eingelesen wird, das eine Bewegung der als ein Fahrzeug ausgeformten Basis (110) repräsentiert, wobei im Schritt (1104) des Ermittelns die zumindest eine Trajektorie (213) unter Verwendung des Bewegungssignals (214) ermittelt wird. 9. The method (1100) according to any one of the preceding claims, wherein in the step (1102) of reading a movement signal (214) is read in, which represents a movement of the base (110) shaped as a vehicle, wherein in step (1104) of Determining which at least one trajectory (213) is determined using the movement signal (214).
10. Verfahren (1100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (1106) des Speicherns eines Verfahrwegs der Hebevorrichtung (100) von der Startposition (302) zu der Zielposition (104). 11. Verfahren (1100) gemäß Anspruch 10, mit einem Schritt des Rückverfahrens der Hebevorrichtung (100) von der Zielposition (104) zu der Startposition (302) entlang des Verfahrwegs in umgekehrter Richtung . 10. The method (1100) according to any one of the preceding claims, with a step (1106) of storing a travel path of the lifting device (100) from the start position (302) to the target position (104). 11. The method (1100) according to claim 10, with a step of moving the lifting device (100) back from the target position (104) to the starting position (302) along the travel path in the opposite direction.
12. Vorrichtung (102), die eingerichtet ist, um die Schritte (1102, 1104, 1106, 1108, 1110) des Verfahrens (1100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten (202, 204, 220, 226) auszuführen und/oder anzusteuern. 12. The device (102) which is set up to carry out the steps (1102, 1104, 1106, 1108, 1110) of the method (1100) according to one of the preceding claims in corresponding units (202, 204, 220, 226) and / or to drive.
13. Hebevorrichtung mit den folgenden Merkmalen: eine Basis (110); eine Arbeitsbühne (106); eine die Basis und die Arbeitsbühne verbindende Mehrzahl von Elementen (108); und eine Vorrichtung (102) gemäß Anspruch 12. 13. A lifting device comprising: a base (110); a work platform (106); a plurality of members (108) interconnecting the base and the work platform; and an apparatus (102) according to claim 12.
14. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen und/oder anzusteuern. 14. Computer program which is set up to execute and / or control the steps of the method according to one of claims 1 to 11.
15. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist. 15. Machine-readable storage medium on which the computer program according to claim 14 is stored.
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