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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von Maschinen, die ein bewegliches Element aufweisen, das von einem Bediener gesteuert zumindest in einer Raumrichtung verfahren werden kann. Bei Kranen ist dies beispielsweise das die Last aufnehmende Lastaufnahmemittel (Haken), das sich am Ende einer kinematischen Kette befindet, die sich über mehrere Freiheitsgrade definiert, und das somit über die Bewegung der Glieder der Kette bewegt werden kann.
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Stand der Technik
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Beispielsweise für den Hochbau kommen sogenannte Turmdrehkrane zum Einsatz. Die Elemente, die für die Bewegung des Hakens eines Turmdrehkranes entscheidend sind, sind der Ausleger, mit dem die Rotation bzw. der Winkel verändert wird, die Laufkatze, mit der die Entfernung des Hakens zum Turm verändert wird, und das Hubwerk, mit dem die vertikale Position bzw. die Höhe des Hakens verändert wird. Bei Turmdrehkranen steuert der Kranführer den Kran durch Bedienelemente, die konventionell den einzelnen mechanischen Freiheitsgraden (Gelenken) des Krans zugeordnet sind, also z. B. mittels eines Bedienelements für die Laufkatze, eines Bedienelements für das Hubwerk und eines Bedienelements für den Ausleger. Die resultierende Bewegung des Kranhakens hängt somit von der Kinematik und der momentanen Stellung des Krans ab. Der Kranführer muss deshalb gedanklich die gewünschte Bewegung der Last auf die notwendige Bewegung der Gelenke des Krans umrechnen. Beispielsweise ist zum Bewegen der Last entlang einer geraden Linie im Allgemeinen die Betätigung mehrerer Bedienelemente gleichzeitig nötig.
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Beim klassischen Baustellenkran befindet sich der Kranführer in einer Kabine, die am Turm des Krans befestigt ist. Somit ist, da sich die Kabine im Zentrum des zylindrischen Koordinatensystems des Krans befindet und mit dem Turm rotiert, die Durchführung der gedanklichen Koordinatentransformation verhältnismäßig einfach möglich.
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Neben dem Turmdrehkran existieren zahlreiche weitere Konstruktionsformen für Maschinen mit einem zu steuernden beweglichen Element, die sich durch unterschiedliche Kombinationen von rotatorischen und translatorischen Freiheitsgraden auszeichnen, wie beispielsweise Wippausleger, Portalkrane, Fahrzeugkrane usw.
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In der Praxis sind für die Steuerung im Turmdrehkran in einer Kabine für den Kranführer in der Regel zwei Joysticks vorgesehen, einer für die rechte und einer für die linke Hand. Mit dem Joystick der rechten Hand verändert der Kranführer durch beispielsweise eine Links-/Rechtsbewegung die Position des Krans auf der Gleisanlage, durch eine Vor-/Zurückbewegung die Höhe des Hakens bzw. steuert das Hubwerk. Mit dem Joystick der linken Hand steuert der Kranführer durch eine Links-/Rechtsbewegung den Ausleger nach links bzw. rechts und durch eine Vor-/Zurückbewegung die Position der Laufkatze.
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Ferner gibt es Systeme zur kartesischen Steuerung von Kranen, welche es ermöglichen, dass für verschiedenen Krankinematiken der Haken auf einfache Weise auf einer geraden Linie bewegt wird. Die Steuervorgaben des Kranführers werden dabei als Richtungsvorgaben aufgefasst und die erforderlichen Bewegungen der Krangelenke berechnet. Dies geschieht auf Basis einer sogenannten Rückwärtskinematik, die durch das Steuerungssystem selbständig berechnet wird.
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Ferner existieren Steuerungen, bei denen der Kranführer den Kran über eine tragbare Fernbedienung steuert. Das bedeutet, die Position und die Ausrichtung des Kranführers zum beweglichen Element bzw. Lastaufnahmemittel sind nicht festgelegt. Allerdings kann der Kranführer zu jeder Zeit einen guten Blick auf die Last haben und sie auch durch enge geometrische Begrenzungen manövrieren. Aufgrund der Tatsache, dass die Fernbedienung mobil und tragbar ist (z. B. hat der Kranführer die Fernbedienung bzw. tragbare Bedieneinrichtung mit einem Umhängegurt um den Hals vor dem Bauch befestigt), kann sich der Kranführer dabei relativ zum Kran und zur Last frei bewegen.
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Bei konventionellen solcher mobilen Bedieneinrichtungen sind den Bedienelementen jedoch ebenfalls direkt die einzelnen Freiheitsgrade des Krans zugeordnet, so dass der Kranführer bei der Bestimmung der erforderlichen Betätigungsrichtung der Bedienelemente neben der Krankinematik und der aktuellen Stellung des Krans zusätzlich auch noch seine Ausrichtung relativ zum Kran berücksichtigen muss, um das bewegliche Element zu steuern.
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Die oben erwähnten Systeme zur kartesischen Steuerung sind grundsätzlich auch bei tragbaren Fernbedienungen anwendbar. Allerdings wird auch dabei nicht die Ausrichtung des Kranführers relativ zum Kran berücksichtigt, d. h., der Kranführer steuert den Kran weiterhin in einem stationären Koordinatensystem. Er muss also die gewünschte Bewegungsrichtung des Hakens zunächst in das stationäre Koordinatensystem des Krans transformieren und dann das Bedienelement in die entsprechende Richtung betätigen, die im Allgemeinen von der „realen” Bewegungsrichtung aus Sicht des Kranführers abweicht. Eine „Vorwärtsbewegung” des Bedienelements kann also beispielsweise einer Seitwärtsbewegung des Hakens aus Sicht des Kranführers entsprechen.
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Aus der
DE 10 2004 060 484 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Krans bekannt. Der in der
DE 10 2004 060 484 A1 beschriebene Kran, nämlich ein Turmdrehkran oder ein Brückenkran, enthält eine ortsbewegliche, mobile Steuereinrichtung, deren Position und Orientierung relativ zur Position und Orientierung des Krans bestimmbar ist. D. h., der Kranführer kann sich zwar in begrenztem Maß relativ zum Kran zusammen mit der Bedieneinrichtung bewegen, jedoch nicht vollständig frei im Raum bewegen. Die Steuerung enthält Mittel zur Bestimmung der Position und Orientierung der Steuereinrichtung relativ zur Position und Orientierung des Brückenkrans. Ferner umfasst der Kran Mittel zur Bestimmung seiner absoluten horizontalen und vertikalen Position. Mittels einer im Steuermodul integrierten elektronischen Schaltung oder einem computerimplementierten Algorithmus wird eine relative Position und Orientierung der Steuereinrichtung zum Brückenkran bestimmt und den Richtungssteuerungselementen des Krans eine entsprechende Steuerungsfunktion der Bewegung des Brückenkrans zugewiesen. Die Zuordnung zwischen dem Steuerelement und dem beweglichen Element erfolgt dabei als eins-zu eins Zuordnung zwischen dem Steuerelement und einer Maschinenachse.
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Bei der Steuerung gemäß der
DE 10 2004 060 484 A1 wird somit in Abhängigkeit von der Ausrichtung und der Position der Steuereinrichtung relativ zu dem beweglichen Element des Krans einem Element, das für die Bewegung des Hakens am Kran entscheidend sein kann, also beispielsweise Ausleger, Laufkatze und Hubwerk, eine kartesische Richtung des Richtungssteuerungselements zugeordnet. Der Kranführer muss also nach wie vor bei der Bestimmung der erforderlichen Betätigungsrichtung der Bedienelemente die Krankinematik berücksichtigen.
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Aus der
DE 42 17 989 C2 ist eine Steuereinrichtung für ein flurbedientes Hebezeug bekannt, mit der unabhängig von der Stellung des Bedienungsteils immer die durch den Bedienungsknopf vorgegebene Bewegungsrichtung vollführt wird. Einer Bewegung des Bedienungsteils in einer Richtung bzgl. der Fernsteuerung wird somit in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Fernbedienung eine erste Bewegungsrichtung oder eine zweite Bewegungsrichtung, entgegengesetzt zur ersten Bewegungsrichtung, zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt als eins-zu-eins Zuordnung zwischen einem Steuerelement und einer Maschinenachse.
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Aus der
DE 102 07 880 C1 ist eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Hebezeugs bekannt. Ein Paar am Bedienungsteil angeordnete Steuerelemente steuert den Querlauf jeweils in zwei entgegen gesetzte Bewegungsrichtungen, wobei den beiden Bewegungsrichtungen selbsttätig je eines der Steuerelemente eines Paars zugeordnet ist, so dass die Anordnung der Steuerelemente jeweils ein seitenbildrichtiges Abbild der Bewegungsrichtungen bildet. Es ist ein gerichtetes äußeres Magnetfeld vorgesehen, mittels dessen die Zuordnung der Steuerelemente zu den Bewegungsrichtungen anhand der Ausrichtung des Bedienteils zur Richtung des Magnetfelds erfolgt. Die Zuordnung erfolgt dabei so, dass in Abhängigkeit von der mittels des Magnetsfelds erfassten Ausrichtung des Bedienteils eine Verfahrrichtung in beispielsweise der Kranbrücke zwischen der positiven und der negativen Y-Richtung ungeschaltet werden kann und die Verfahrrichtung der Laufkatze (X-Richtung) ebenfalls zwischen positiver und negativer X-Richtung umgeschaltet werden kann. Eine wechselweise Zuordnung zwischen X- und Y-Richtungen bzw. Bewegungsrichtungen von Kranbrücke und Laufkatze ist nicht vorgesehen, vielmehr ist die Zuordnung eine eins-zu eins Zuordnung zwischen Steuerelement und Maschinenachse.
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Aufgabe der Erfindung
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Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Steuerungssystem vorzuschlagen, mittels dessen eine intuitive Steuerung einer Maschine mit mindestens einem beweglichen Element, insbesondere eines Krans, mittels einer mobilen bzw. tragbaren Fernbedienungseinheit möglich ist, so dass die Gefahr von Fehlbedienungen verringert wird. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Steuerungsverfahren für Maschinen, insbesondere Krane, vorzusehen.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen den Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein System zur kartesischen Steuerung von Kranen bzw. Maschinen mit einem beweglichen Element derart zu modifizieren, dass die Ausrichtung des Maschinenführers bzw. Kranführers relativ zur Maschine bzw. zum Kran berücksichtigt wird, d. h., dass der Maschinenführer die Maschine in einem sich mitdrehenden bzw. mitbewegenden Koordinatensystem steuern kann und er die Bewegungsrichtung des beweglichen Elements der Maschine, z. B. des Kranhakens, nicht gedanklich in das stationäre Koordinatensystem der Maschine transformieren muss, sondern dass die Bewegungsrichtung des beweglichen Elements der realen Betätigungsrichtung aus Sicht des Maschinenführers entspricht. Eine Bedienung des Richtungssteuerungsbedienelements in einer Richtung führt somit zu einer im Wesentlichen dazu parallelen Bewegung des beweglichen Elements der Maschine, was die Notwendigkeit von gedanklichen Transformationen des Maschinenführers verringert.
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Dies geschieht insbesondere dadurch, dass die Rotationsposition der Fernbedienungseinheit bzgl. einer vertikalen Achse erfasst wird, was die Rotationsposition der Fernbedienungseinheit im Raum bzw. zur Maschine angibt. Diese Rotationsposition wird an die z. B. im Steuermodul der Maschine integrierte Steuereinheit übermittelt, vorzugsweise drahtlos, die angepasst ist, eine Bewegungsrichtung des Richtungssteuerungsbedienelements einer Bewegungsrichtung des beweglichen Elements der Maschine, z. B. dem Kranhaken, zuzuordnen.
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Die Steuereinheit kann alternativ auch in der tragbaren Fernbedienungseinheit vorgesehen sein. Maschinenseitig kann in diesem Fall dann ein lineares Steuerungssystem vorgesehen sein.
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Diese Zuordnung geschieht ausschließlich in Abhängigkeit von der erfassten Rotationsposition und ist vorzugsweise so, dass die Bewegungsrichtung des Richtungssteuerungsbedienelements und des beweglichen Elements parallel sind. Eine Erfassung bzw. Auswertung der Position der Fernbedienungseinheit bzw. der Relativposition der Fernbedienungseinheit zur Maschine ist nicht erforderlich. Die Ausrichtung, also die Rotationsposition, ist ausreichend.
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Entsprechend kann mittels der vorliegenden Erfindung die Erfassung der wesentlichen Parameter zur Steuerung der Maschine bzw. zum Zuordnen von Koordinatensystemen und Korrelieren des Koordinatensystems der mobilen Fernbedienungseinheit zu dem Koordinatensystem der Maschine vereinfacht werden, da es ausreicht, die Rotationsposition zu erfassen und die Zuordnung einer Bewegungsrichtung des Richtungssteuerungsbedienelements zu einer Bewegungsrichtung des beweglichen Elements der Maschine ausschließlich anhand der Rotationsposition der Fernbedienungseinheit vorzunehmen. Die Steuereinheit ermittelt nach der Korrelation der Bewegungsrichtung des Richtungssteuerungsbedienelements der Fernbedienungseinheit zu der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements der Maschine die erforderlichen Bewegungen der Maschinengelenke, beispielsweise Krangelenke, insbesondere und vorzugsweise auf der Basis einer sogenannten Rückwärtskinematik. Dies bedeutet insbesondere, dass anders als bei einer eins-zu eins Zuordnung zwischen einem Steuerelement und einer Maschinenachse eine Linearisierung, das heißt ein gleichzeitiges Verfahren mehrerer Maschinenachsen, erfolgt, so dass eine geradlinige Bewegung des beweglichen Elements der Maschine in Betätigungsrichtung des Richtungssteuerungsbedienelements erfolgt.
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Vorzugsweise kann auch die Auslenkung des Richtungssteuerungsbedienelements erfasst werden und in Abhängigkeit davon z. B. die Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Maschinenelements festgelegt werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Modul zum Erfassen der Rotationsposition bzgl. einer vertikalen Achse in der Fernbedienungseinheit angeordnet, insbesondere in Form eines Kompasses, weiter bevorzugt in Form eines nicht magnetischen Kompasses, wie beispielsweise eines Gyroskops, eines Kreiselkompasses oder eines faseroptischen Kreiselinstruments. Diese Geräte sind geeignet, die Rotationsposition der Fernbedienungseinheit in Bezug zur stationären Umgebung zu erfassen. Eine Erfassung von Relativpositionen ist nicht erforderlich. Ein nicht magnetischer Kompass hat den Vorteil, dass dieser die Rotation um eine vertikale Achse unabhängig von einer etwaigen Beeinflussung durch die industrielle Umgebung oder Baustelle (Felder bzw. Abschirmung) erfasst. Solche Trägheits- bzw. Inertialsensoren können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
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Weiter bevorzugt enthält die Vorrichtung ein Referenziermodul für die mobile Fernbedienungseinheit, mit dem eine Anfangsausrichtung der tragbaren Fernbedienungseinheit zur Maschine gespeichert wird. Eine solche Referenzierung muss einmalig vor Inbetriebnahme des Systems durchgeführt werden.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Richtungssteuerungsbedienelement ein Joystick. Mit diesem können eine Vielfalt von Raumrichtungen, nicht nur solche, die zueinander orthogonal sind, durch den Maschinenbediener angesteuert werden, und somit Bewegungen des beweglichen Elements der Maschine vom Bediener veranlasst werden, die nicht notwendigerweise zueinander orthogonale Richtungen haben bzw. eindimensional sind.
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Di- oder monoaxiale Joysticks sind dabei in stufiger oder proportional-stufenloser Ausführung geeignet.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Rotationsposition der Fernbedienungseinheit bezüglich der vertikalen Achse jedes Mal dann durchgeführt, wenn eine neue Bedienung des Richtungssteuerungsbedienelements erfasst wird. Damit kann sichergestellt werden, dass jeder Bedienwunsch des Bedieners korrekt am beweglichen Element der Maschine umgesetzt wird. Alternativ wäre auch eine zeitlich getaktete, regelmäßige Erfassung der Rotationsposition denkbar.
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Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Skizze der Vorrichtung zur Steuerung von Maschinen gemäß der Erfindung ist;
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2 eine Skizze zum Erklären der Richtungszuordnungen zwischen mobiler Fernbedienungseinheit und beweglichem Element gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
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3 eine weitere Skizze zum Erklären der Richtungszuordnung ist;
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4 eine weitere Skizze zum Erklären der Richtungszuordnung ist; und
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5 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt schematisch den Aufbau eines Systems, mit dem ein Turmdrehkran 10, der ein Beispiel für eine Maschine mit einem beweglichen Element ist, mittels einer erfindungsgemäßen Steuerung gesteuert werden kann.
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Die Vorrichtung 100 zur Steuerung einer Maschine enthält ein mit 30 bezeichnetes Steuermodul bzw. eine Steuereinheit, in der eine Berechnungseinheit 35 vorgesehen ist. Die Steuereinheit 30 ist in der dargestellten Ausführungsform maschinenseitig, also im Turmdrehkran 10 integriert, vorgesehen, könnte jedoch auch separat davon vorgesehen sein und die Befehle an die entsprechenden beweglichen Elemente des Turmdrehkrans 10 übermitteln. Die Berechnungseinheit 35 ist angepasst, mittels eines maschinenseitigen Kommunikationsmoduls 34 Daten, die von einer mobilen Fernbedienungseinheit 20 empfangen werden, auszuwerten und eine mit den Daten empfangene Rotationsposition der Fernbedienungseinheit 20 und eine Bewegungsrichtung eines Richtungssteuerungsbedienelements 22, das auf der Fernbedienungseinheit 20 vorgesehen ist, beispielsweise ein Joystick, so zu korrelieren, dass eine Bewegung des Richtungssteuerungsbedienelements 22 einer Bewegungsrichtung des beweglichen Elements des Turmdrehkrans 10 entspricht. Ferner ist die Berechnungseinheit 35 angepasst, den mittels der Bewegungsrichtung des Richtungssteuerungsbedienelements 22 erfassten Bewegungswunsch für das bewegliche Element 13 in entsprechende geforderte Bewegungen der Gelenke 11, 12, 13 des Turmdrehkrans (Ausleger 11, Laufkatze 12 und Haken 13) zu übertragen und entsprechende Bewegungsbefehle an die Gelenke 11, 12, 13 auszugeben.
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Gemäß 1 enthält die Fernbedienungseinheit 20 neben dem Richtungssteuerungsbedienelement 22 in Form des Joysticks ferner ein Rotationspositionserfassungsmodul 23, mit dem die Rotationsposition der Fernbedienungseinheit 20 bezüglich einer vertikalen Achse (in 1 Achse senkrecht zur Zeichenebene) bestimmt werden kann. Das Rotationspositionserfassungsmodul 23 ist vorzugsweise ein nicht magnetischer Kompass, wie ein Gyroskop, Kreiselkompass, oder ein faseroptisches Kreiselinstrument. Außerdem enthält die mobile Fernbedienungseinheit, die ein Bediener des Turmdrehkrans 10 bei Benutzung beispielsweise mittels eines Umhängegurts um den Hals befestigt trägt, ein Kommunikationsmodul 24, mittels dessen die durch das Rotationspositionserfassungsmodul 23 erfasste Rotationsposition an das maschinenfertige Kommunikationsmodul 34 vorzugsweise drahtlos übertragen werden kann.
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Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lösung zur Zuordnung von Bewegungsrichtungen des Richtungssteuerungsbedienelements 22 der mobilen Fernbedienungseinheit 20 anhand des Beispiels des Turmdrehkrans 10 exemplarisch mittels 2 bis 4 und anhand des Ablaufdiagramms von 5 erklärt.
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Wenn ein Bedienwunsch zum Bewegen des beweglichen Elements, nämlich des Hakens 13, des Turmdrehkrans 10 erfasst wird (Schritt 201) wird als nächster Schritt die Ausrichtung des Kranführers 4 bzw. der mobilen Fernbedienungseinheit 20 erfasst. Dabei reicht es aus, nur die Rotation um die vertikale Achse bzw. Hochachse zu erfassen. Diese kann anhand eines Kompasses ermittelt werden, wobei andere Richtungserkennungen ebenso denkbar sind, beispielsweise ein nicht magnetischer Kompass wie ein Gyroskop, Kreiselkompass, oder ein faseroptisches Kreiselinstrument. Die Rotationsposition der Fernbedienungseinheit wird in Schritt 202 somit mittels des Moduls 23 zum Erfassen der Rotationsposition bzgl. einer vertikalen Achse erfasst. Da der Kranführer 4 die tragbare Bedieneinrichtung bzw. mobile Fernbedienungseinheit 20 in der Regel am Körper trägt, beispielsweise vor dem Bauch mit einem Umhängegurt um den Hals befestigt, entspricht die Ausrichtung der Fernbedienungseinheit 20 näherungsweise der Ausrichtung des Kransführers 4 und somit dessen Blickrichtung.
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Die Ausrichtung des Kranführers 4 oder der mobilen Fernbedienungseinheit 20 wird mittels des fernbedienungseinheitsseitigen Kommunikationsmoduls 24 und des maschinenseitigen Kommunikationsmoduls 34 an die Steuerungseinheit 30 bzw. das Steuermodul des Krans 10 übergeben (Schritt 203), welche den Haken 13 anhand einer Bewegung des Auslegers 11 und der Laufkatze 12, welche die Gelenke des Turmdrehkrans 10 bilden, steuert.
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Der Turmdrehkran 10 setzt sich aus dem Turm 14, dem Ausleger 11, einer Laufkatze 12 und dem Haken 13 zusammen. Grundsätzlich ist jedoch festzuhalten, dass die Erfindung auch beliebigen anderen Maschinen mit einem beweglichen Element, insbesondere anderen Typen von Kranen, eingesetzt werden kann. Dem Turmdrehkran 10 ist ein Koordinatensystem (X, Y) zugeordnet, wie in 2 gezeigt, d. h. die X-Richtung ist die Richtung des Auslegers 11 und positiv in der Richtung weg vom Turm 14.
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Dem Bediener bzw. dem Kranführer 4 ist ein Koordinatensystem X', Y' zugeordnet, das in 2 bis 4 gestrichelt dargestellt ist. Die Y'-Richtung ist die Richtung geradeaus vorwärts aus Sicht des Bedieners 4, die X'-Richtung ist senkrecht dazu in einer Ebene im Wesentlichen parallel zur Bodenfläche. In der Position gemäß 2 entspricht die X'-Achsenrichtung des Bedienerkoordinatensystems (X', Y') der X-Achsenrichtung des Turmdrehkrans 10 und die Y'-Achsenrichtung des Bedienerkoordinatensystems (X', Y') entspricht der Y-Achsenrichtung des Turmdrehkrankoordinatensystems (X, Y).
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Bei einer anderen Ausrichtung des Bedieners 4 bzgl. des Turmdrehkrans 10 (siehe 3 bzw. 4, beispielsweise) sind die X'- und Y'-Achsenrichtungen des Bedienerkoordinatensystems jedoch nicht parallel zur X- bzw. Y-Achsenrichtung des Turmdrehkrans.
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Vor Inbetriebnahme des Systems ist entsprechend eine Referenzierung der Ausrichtung des Bedienerkoordinatensystems (X', Y') zum Turmdrehkrankoordinatensystem (X, Y) erforderlich.
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Dazu ist in die Steuereinheit 30 der Vorrichtung 100 zur Steuerung einer Maschine ein Referenziermodul 36 integriert. Dieses Referenziermodul 36 dient dazu, eine Anfangsausrichtung der tragbaren Fernbedienungseinheit 20 relativ zum Turmdrehkran 10 einer Ausrichtung eines nicht mobilen Teils des Turmdrehkrans 10 zuzuordnen. Deshalb wird vor Inbetriebnahme des Systems eine Referenzierung durchgeführt, bei der eine Anfangsausrichtung 8 der mobilen Fernbedienungseinheit 22 in der Steuereinheit 30 als Referenzrichtung 7 gespeichert wird. Insbesondere werden dabei die X'- und Y'-Richtungen des Bedienerkoordinatensystems einer solchen Position des Turmdrehkrankoordinatensystems und damit des Turmdrehkrans zugeordnet, dass sie parallel zur X- bzw. Y-Richtung des Turmdrehkrankoordinatensystems sind. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass absolute Ausrichtungen 7 bzw. 8 der Fernbedienungseinheit 22 und des Turmdrehkrans 10, z. B. Himmelrichtungen, in Übereinstimmung gebracht werden oder derart korreliert werden, dass die Abweichungen in der Anfangsausrichtung rechnerisch kompensiert und in der Folge bei der Steuerung berücksichtigt werden.
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Wenn nach erfolgter Referenzierung im normalen Betrieb der Kranführer 4 nun das Richtungssteuerungsbedienelement 22, also den Joystick, bewegt in Richtung 5, wird die Betätigungsrichtung unter Berücksichtigung der aktuellen Ausrichtung der mobilen Fernbedienungseinheit 20 in das Koordinatensystem X, Y des Krans transformiert und führt zu einer Hakenbewegung in Richtung 6, die der Richtung 5 der Betätigung des Bedienelements 22 entspricht.
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Bei einer Bewegung des Richtungssteuerungsbedienelements 22, also des Joysticks, übernimmt der Haken 13 des Turmdrehkrans 10 das Koordinatensystem des Kranführers 4. Bewegt der Kranführer 4 seinen Joystick oder ein entsprechendes Eingabegerät, das dieselbe Funktion hat, in der Richtung nach vorne (Richtung 5 in 2), so bewegt sich auch der Haken 13 in der Richtung 6 nach vorne, d. h. in derselben Richtung bzw. einer zur Bewegungsrichtung des Joysticks parallelen Richtung. Dabei ist es unwichtig, wo der Kranführer 4 im Raum steht, solange er dieselbe Ausrichtung beibehält. Bei Bewegung des Richtungssteuerungsbedienelements 22 bzw. Joysticks in die gewünschte Richtung 5 bewegt sich der Haken stets in die gleiche Richtung 6.
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Dies geschieht dadurch, dass, nachdem der Kranführer 4 durch seine Bedieneingaben die gewünschte Bewegungsrichtung 6 des Hakens 13 vorgegeben hat, und die aktuelle Ausrichtung der Fernbedienungseinheit 20 an die Steuereinheit 30 übertragen ist (Schritte 202 und 203), zunächst die Steuereinheit 30 bzw. das Steuermodul in Schritt 204 die Bewegungsrichtung 5 des Richtungssteuerungsbedienelements 22 der Bewegungsrichtung 6 des beweglichen Elements 13 zuordnet. Anschließend bestimmt die Steuereinheit 30 in Schritt 205, welche Einzelbewegungen der Maschinengelenke 11, 12, 13 für die gewünschte Bewegung des beweglichen Elements 13 erforderlich sind. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist es zum Bewegen des Hakens 13 in der gewünschten Richtung erforderlich, dass der Kran 10 den Ausleger 11 zunächst im Gegenuhrzeigersinn und kurz danach die Laufkatze 12 weg vom Turm 14 bewegt. Diese Bewegungen der Maschinengelenke werden mittels Rückwärtskinematik vorzugsweise in Schritt 205 bestimmt. In Schritt 206 werden durch die Steuereinheit 30 schließlich die entsprechenden Bewegungsbefehle an die Maschinengelenke 11, 12, 13 ausgegeben.
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3 und 4 zeigen zwei weitere Beispiele, die erläutern, dass nur die Ausrichtung des Kranführers 4 bezüglich einer vertikalen Achse für die Steuerung entscheidend ist. Der Kranführer 4 hat eine bestimmte Ausrichtung, die durch das Bedienerkoordinatensystem X', Y' angedeutet ist und jedes Mal dann, wenn ein Bedienwunsch erfasst wird, ermittelt und an die Steuereinheit 30 übertragen wird. Mit der Bewegung in der Richtung 5 des Richtungsbedienelements 22 gibt der Kranführer 4 die Bewegungsrichtung 6 des Hakens 13 vor. Die Bewegungsrichtung 6 des Hakens 13 und die Bewegungsrichtung 5 des Joysticks (Richtungssteuerungsbedienelement 22) sind entsprechend parallel zueinander. Bei der Beibehaltung der Joystickbewegungsrichtung 5 durch den Kranführer 4 bleibt auch die Bewegungsrichtung des Hakens 13 gleich, so dass dieser sich entlang einer geraden Linie bewegt.
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Die Referenzrichtung 7 und die Anfangsausrichtung 8 sind beispielhaft in 2 dargestellt. Eine solche Referenzierung erfolgt, ehe die Steuerung den regelmäßigen Betrieb aufnimmt, bei dem jedes Mal dann, wenn ein Bedienwunsch zum Erkennen des beweglichen Elements 13 erkannt wird, die in 5 dargestellten Schritte durchgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 4
- Bediener
- X', Y'
- Koordinatensystem des Bedieners
- 5
- Bewegungsrichtung des Joysticks
- 6
- Bewegungsrichtung des Hakens
- 7
- Referenzrichtung
- 8
- Anfangsausrichtung
- 10
- Turmdrehkran
- 11
- Ausleger
- 12
- Laufkatze
- 13
- Haken
- 14
- Turm
- 20
- Fernbedienungseinheit
- 22
- Richtungssteuerungsbedienelement
- 23
- Rotationspositionserfassungsmodul
- 24
- Kommunikationsmodul der Fernbedienungseinheit
- 30
- Steuereinheit
- 34
- Kommunikationsmodul maschinenseitig
- 35
- Berechnungseinheit
- 36
- Referenziermodul
- 100
- Vorrichtung zur Steuerung von einer Maschine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004060484 A1 [0010, 0010, 0011]
- DE 4217989 C2 [0012]
- DE 10207880 C1 [0013]
