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DE102023110203A1 - Crane and method for automated positioning and/or movement of the load-carrying device of such a crane - Google Patents

Crane and method for automated positioning and/or movement of the load-carrying device of such a crane Download PDF

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Publication number
DE102023110203A1
DE102023110203A1 DE102023110203.6A DE102023110203A DE102023110203A1 DE 102023110203 A1 DE102023110203 A1 DE 102023110203A1 DE 102023110203 A DE102023110203 A DE 102023110203A DE 102023110203 A1 DE102023110203 A1 DE 102023110203A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
crane
load
handling device
path
training data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023110203.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Mark Burkhardt
Joachim Lena
Andreas Gienger
Norbert Haala
Uwe Sörgel
Oliver Sawodny
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Werk Biberach GmbH
Original Assignee
Liebherr Werk Biberach GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Werk Biberach GmbH filed Critical Liebherr Werk Biberach GmbH
Priority to DE102023110203.6A priority Critical patent/DE102023110203A1/en
Priority to EP24715487.5A priority patent/EP4676867A1/en
Priority to PCT/EP2024/057903 priority patent/WO2024217825A1/en
Priority to CN202480027128.9A priority patent/CN121100102A/en
Publication of DE102023110203A1 publication Critical patent/DE102023110203A1/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kran sowie ein Verfahren zum automatisierten Positionieren und/oder automatisierten Verfahren des Lastaufnahmemittels eines solchen Krans, mit folgenden Schritten in einer Kalibrierphase:
- Sammeln von Trainingsdaten, die Positionierfehler des Lasthakens in verschiedenen Bereichen des Arbeitsbereichs des Krans und bei verschiedenen Hublasten am Lastaufnahmemittel charakterisieren, mittels folgender Schritte:
◯ Anfahren verschiedener Soll-Positionen und/oder Abfahren verschiedener Soll-Pfade des Lastaufnahmemittels durch Ansteuern der Antriebe des Krans durch eine Kransteuerung,
◯ Erfassen der tatsächlich angefahrenen Ist-Positionen und/oder des abgefahrenen Ist-Pfads des Lastaufnahmemittels mittels einer Positionserfassungseinrichtung in Absolutkoordinaten,
- Bestimmen eines Kranmodells, das die Positionierfehler des Krans über dessen Arbeitsbereich für verschiedene Hublasten beschreibt, durch Regression der gesammelten Trainingsdaten, sowie folgenden Schritten in einer Kompensations- und/oder Arbeitsbetriebsphase:
- Erfassen einer am Lastaufnahmemittel aufgenommenen und/oder aufzunehmenden Hublast,
- Korrigieren der Soll-Zielposition und/oder des Soll-Pfads eines Lasthubs anhand des bestimmten Kranmodells in Abhängigkeit der erfassten Hublast, und
- Ansteuern der Antriebe des Krans durch die Kransteuerung anhand der korrigierten Soll-Zielposition und/oder des korrigierten Soll-Zielpfads.

Figure DE102023110203A1_0000
The present invention relates to a crane and a method for the automated positioning and/or automated movement of the load-carrying device of such a crane, with the following steps in a calibration phase:
- Collecting training data characterising positioning errors of the load hook in different areas of the crane's working range and at different lifting loads on the load handling device, by means of the following steps:
◯ Approaching different target positions and/or following different target paths of the load handling device by controlling the crane drives via a crane control system,
◯ Recording the actual positions reached and/or the actual path travelled by the load-handling device using a position recording device in absolute coordinates,
- Determining a crane model that describes the positioning errors of the crane over its working range for different lifting loads by regression of the collected training data, and the following steps in a compensation and/or work operation phase:
- Detection of a lifting load picked up and/or to be picked up on the load-handling device,
- Correcting the target position and/or the target path of a load lift based on the specific crane model depending on the detected lifting load, and
- Controlling the crane drives via the crane control system based on the corrected target position and/or the corrected target path.
Figure DE102023110203A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kran, insbesondere in Form eines Turmdrehkrans, mit einem Ausleger, der um eine aufrechte Achse schwenkbar ist, sowie einem Hubseil, das von dem Ausleger abläuft, ein Lastaufnahmemittel wie beispielsweise einen Lasthaken trägt und von einem Hubwerk absenkbar und anhebbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum automatisierten Positionieren und/oder Verfahren des Lastaufnahmemittels eines Krans, bei dem das Lastaufnahmemittel von einer Ausgangsposition zu einer Zielposition verfahren und/oder entlang eines Pfads automatisiert verfahren wird. Die Erfindung betrifft dabei insbesondere auch ein Verfahren und ein System zum Korrigieren von Positionsfehlern und/oder Abweichungen des Pfads des Lastaufnahmemittels in den absoluten Koordinaten einer Baustelle.The present invention relates to a crane, in particular in the form of a tower crane, with a boom that can be pivoted about an upright axis, and a hoist rope that runs from the boom, carries a load-carrying device such as a load hook, and can be lowered and raised by a hoist. The invention further relates to a method for the automated positioning and/or movement of the load-carrying device of a crane, in which the load-carrying device is moved from a starting position to a target position and/or is moved automatically along a path. The invention also relates in particular to a method and a system for correcting position errors and/or deviations in the path of the load-carrying device in the absolute coordinates of a construction site.

Für den automatisierten Bau von Gebäuden ist es wichtig, Lasthübe eines Krans automatisiert ausführen zu können, wobei die am Lastaufnahmemittel angeschlagene Last mit ausreichend hoher Präzision an der gewünschten Zielposition abgesetzt und/oder entlang eines gewünschten Hubpfads versetzt werden muss. Auch die Aufnahme der Last an der gewünschten Startposition muss das Lastaufnahmemittel mit ausreichend hoher Präzision ausführen können.For the automated construction of buildings, it is important to be able to carry out load lifts with a crane automatically, whereby the load attached to the load-handling device must be set down at the desired target position and/or moved along a desired lifting path with sufficiently high precision. The load-handling device must also be able to pick up the load at the desired starting position with sufficiently high precision.

Dabei ist es wichtig, dass die transportierten Lasten in den absoluten Koordinaten der Baustelle präzise positioniert bzw. verfahren werden können, da die Planung einer Baustelle in einem festgelegten, georeferenzierten Baustellenkoordinatensystem durchgeführt wird. Andererseits arbeitet ein Kran üblicherweise in seinem eigenen Kran-Koordinatensystem. Um mit dem Lasthaken bzw. -aufnahmemittel eine Zielposition anzufahren bzw. einen bestimmten Hubpfad abzufahren oder auch vorab zu berechnen, gibt die Kransteuerung den Kranantrieben Zielkoordinaten bzw. Hubpfadkoordinaten als Antriebskoordinaten im Krankoordinatensystem vor, sodass die Kranantriebe dann entsprechend betätigt und der Lasthaken die Hubpfadpunkte bzw. die Zielposition anfährt. Diese Antriebskoordinaten des Krans umfassen bei einem Turmdrehkran typischerweise den Drehwinkel um die aufrechte Turmachse, die Katzposition entlang des Auslegers und die Seillänge und bei einem Mobilkran mit wippbarem Teleskopausleger ebenfalls den Drehwinkel um die aufrechte Achse, den Wippwinkel des Auslegers und die Seillänge sowie ggf. die Teleskoplänge. Durch Einmessen der Kranposition auf der Baustelle kann an sich das Krankoordinatensystem mit dem georeferenzierten Baustellenkoordinatensystem bzw. dem Absolutkoordinatensystem abgeglichen werden und beispielsweise eine Zielposition einer Last in den georeferenzierten Baustellenkoordinaten in Krankoordinaten transformiert werden.It is important that the transported loads can be positioned or moved precisely in the absolute coordinates of the construction site, since the planning of a construction site is carried out in a fixed, georeferenced construction site coordinate system. On the other hand, a crane usually works in its own crane coordinate system. In order to move to a target position with the load hook or lifting device or to travel a specific lifting path or to calculate it in advance, the crane control system gives the crane drives target coordinates or lifting path coordinates as drive coordinates in the crane coordinate system, so that the crane drives are then actuated accordingly and the load hook moves to the lifting path points or the target position. For a tower crane, these drive coordinates of the crane typically include the angle of rotation around the upright tower axis, the trolley position along the boom and the rope length, and for a mobile crane with a luffing telescopic boom, also the angle of rotation around the upright axis, the luffing angle of the boom and the rope length and, if applicable, the telescopic length. By measuring the crane position on the construction site, the crane coordinate system can be compared with the georeferenced construction site coordinate system or the absolute coordinate system and, for example, a target position of a load in the georeferenced construction site coordinates can be transformed into crane coordinates.

In der Praxis kommt es bislang jedoch aufgrund verschiedener Umstände oft zu signifikanten Positionierfehlern bzw. Abweichungen vom gewünschten Hubpfad.In practice, however, significant positioning errors or deviations from the desired stroke path often occur due to various circumstances.

Zum einen kommen Positionierfehler des Lasthakens bzw. -aufnahmemittels durch Verformungen der Kranstruktur zustande. Auf Baustellen verwendete Krane wie Turmdrehkrane oder auch Mobilkrane mit Teleskopauslegern sind hinsichtlich ihrer Traglast ambitioniert ausgelegt und haben lange, schlanke Strukturen, die sich durch die im Vergleich dazu hohen Traglasten und auch durch die nicht vernachlässigbaren dynamischen Beanspruchungen beträchtlich verformen. Bei einem Turmdrehkran treten insbesondere Verformungen des Turms auf, der sich nach vorne bzw. in radialer Richtung, das heißt in einer aufrechten Längsmittelebene durchbiegt, wenn eine Last am Ausleger aufgenommen wird, was zu einer Art Nickbewegung des Auslegers führt und die Senktiefe bzw. Hubhöhe des Lasthakens beeinflusst. Auch der Ausleger selbst biegt sich unter der Last bzw. den vom Hubseil eingeleiteten Hubkräften durch. Hinzu kommen Querbiegungen quer zur aufrechten Längsmittelebene des Krans, die durch die Turmlängsachse und die Auslegerlängsachse verläuft, aufgrund von dynamischen Belastungen, die beispielsweise beim Abbremsen oder Beschleunigen des Drehwerks auftreten, oder aufgrund von Windlasten. Die dynamischen Belastungen können dabei multiaxial wirken, wenn die Last pendelt oder durch Betätigen des Hubseils beschleunigt wird.On the one hand, positioning errors of the load hook or lifting device are caused by deformations of the crane structure. Cranes used on construction sites, such as tower cranes or mobile cranes with telescopic booms, are designed ambitiously in terms of their load capacity and have long, slender structures that deform considerably due to the comparatively high load capacities and also due to the non-negligible dynamic stresses. In the case of a tower crane, deformations of the tower in particular occur, which bends forwards or in a radial direction, i.e. in an upright longitudinal center plane, when a load is picked up on the boom, which leads to a kind of pitching movement of the boom and influences the lowering depth or lifting height of the load hook. The boom itself also bends under the load or the lifting forces introduced by the hoist rope. In addition, there are transverse bends across the upright longitudinal center plane of the crane, which runs through the tower's longitudinal axis and the boom's longitudinal axis, due to dynamic loads that occur, for example, when the slewing gear is decelerated or accelerated, or due to wind loads. The dynamic loads can have a multiaxial effect if the load swings or is accelerated by operating the hoist rope.

Zum anderen treten Positionierfehler auch systembedingt durch die Steuerung des Hubwerks auf. Üblicherweise kalibriert der Kranführer die Senktiefe „Null“ durch einen Tastendruck, wenn sich der Lasthaken direkt unter dem Ausleger bzw. 1 m oder 2 m unter dem Ausleger befindet, und andererseits auch das Bodenniveau, wenn der Lasthaken ganz abgesenkt ist, beispielsweise -60 m. Zwischen diesen beiden Referenzpunkten berechnet die Kransteuerung die Senktiefen oft durch lineare Interpolation und steuert den Hubwerksantrieb entsprechend an, was aber in der Praxis nicht exakt stimmt bzw. signifikante Fehler mit sich bringen kann, da eine Umdrehung der Seilwindentrommel nicht über den gesamten Senktiefenbereich die gleiche Abspullänge bzw. Einhollänge bewirkt. Dies kommt durch mehrlagiges Wickeln des Hubseils auf der Trommel zustande, was den tatsächlichen Wickelradius verändert.On the other hand, positioning errors also occur due to the system's control of the hoist. The crane operator usually calibrates the lowering depth "zero" by pressing a button when the load hook is directly under the boom or 1 m or 2 m under the boom, and also the ground level when the load hook is fully lowered, for example -60 m. Between these two reference points, the crane control often calculates the lowering depths using linear interpolation and controls the hoist drive accordingly, but in practice this is not exactly correct and can lead to significant errors, since one revolution of the cable winch drum does not result in the same unwinding or retrieving length over the entire lowering depth range. This is caused by the hoist rope being wound in multiple layers on the drum, which changes the actual winding radius.

Hinzu kommen Bahnfehler aufgrund von Fehlern in der Sensorauswertung oder Sensorabweichungen, sobald die Kranhakenposition in einem festen georeferenzierten Baustellensystem berücksichtigt wird.In addition, path errors due to errors in the sensor evaluation or sensor deviations occur as soon as the crane hook position is taken into account in a fixed georeferenced construction site system.

Diese systematischen Abweichungen bringen Positionierfehler im absoluten Baustellenkoordinatensystem mit sich, die bei automatisierten Hüben des Krans ein Problem darstellen. Ohne Korrektur können Positionierfehler in signifikanten Größenordnungen zustande kommen, beispielsweise bei der Senktiefe von 1 m oder auch 2 m, was beim Absetzen einer Last dramatische Folgen haben kann.These systematic deviations result in positioning errors in the absolute construction site coordinate system, which pose a problem for automated crane lifts. Without correction, positioning errors of significant magnitude can occur, for example with a lowering depth of 1 m or even 2 m, which can have dramatic consequences when setting down a load.

Moderne Krane haben Pendeldämpfungssysteme, die mittels einer umfassenden Sensorik und Sensorauswertung Kranbewegungen überwachen und korrigierend in die Ansteuerung der Kranantriebe eingreifen, insbesondere die Ansteuerung des Drehwerks, mit dem der Ausleger um die aufrechte Achse verdreht wird, des Katzfahrantriebs, mit dem eine Laufkatze entlang des Auslegers verfahren werden kann, und des Hubwerks, mit dem der Lasthaken angehoben und abgesenkt werden kann. Dabei wurde auch bereits vorgeschlagen, für die Pendeldämpfung Strukturverformungen des Krans zu berücksichtigen, insbesondere die Durchbiegung des Turms und des Auslegers, vgl. beispielsweise EP 37 84 616 A1 . Die genannten Positionierfehler im georeferenzierten Baustellensystem wie zuvor beschrieben, können jedoch nicht eliminiert werden.Modern cranes have sway damping systems that use comprehensive sensors and sensor evaluation to monitor crane movements and intervene to correct the control of the crane drives, in particular the control of the slewing gear, which is used to rotate the boom around the upright axis, the trolley drive, which can be used to move a trolley along the boom, and the hoist, which can be used to raise and lower the load hook. It has also already been proposed that structural deformations of the crane should be taken into account for sway damping, in particular the deflection of the tower and the boom, see for example EP 37 84 616 A1 However, the positioning errors mentioned in the georeferenced construction site system as described above cannot be eliminated.

Diesen systematischen Positionierfehlern im Absolutkoordinatensystem wird bislang dadurch begegnet, dass die tatsächliche, absolute Kranhakenposition in georeferenzierten Baustellenkoordinaten überwacht wird, wofür spezielle Positionssensoriken verwendet werden, beispielsweise ein GNSS-Sensormodul am Kranhaken oder ein Tachymeter oder auch lokale, im Ultrabreitbandbereich arbeitende Sensortags, die einen oder mehrere Tags an einkalibrierten Positionen der Baustelle sowie einen oder mehrere Tags am Kran umfassen können. Solche absoluten Positionserfassungssysteme sind jedoch sehr teuer und können bei bestimmten Einsatzbedingungen wie beispielsweise ungünstigen Witterungs- oder Umweltbedingungen oder störenden Objekten wie Stahlstrukturen oder Sender in unmittelbarer Umgebung fehlerbehaftet arbeiten. Dabei werden oft auch Installationen von Peripheriegeräten und Kabeln verlangt, die je nach Baustelle zum Teil nur schwer oder gar nicht umgesetzt werden können.These systematic positioning errors in the absolute coordinate system have so far been countered by monitoring the actual, absolute crane hook position in georeferenced construction site coordinates, for which special position sensors are used, for example a GNSS sensor module on the crane hook or a tachymeter or local sensor tags operating in the ultra-wideband range, which can include one or more tags at calibrated positions on the construction site and one or more tags on the crane. However, such absolute position detection systems are very expensive and can operate with errors under certain operating conditions, such as unfavorable weather or environmental conditions or interfering objects such as steel structures or transmitters in the immediate vicinity. This often also requires the installation of peripheral devices and cables, which, depending on the construction site, can be difficult or even impossible to implement.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kran sowie ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Insbesondere sollen automatisierte Hübe ohne oder mit nur vernachlässigbar kleinen Positionierfehlern bzw. -abweichungen vom Hubpfad ermöglicht werden, ohne eine permanente Überwachung durch teure absolute Sensorsysteme zu benötigen.The present invention is therefore based on the object of creating an improved crane and an improved method of the type mentioned at the beginning, which avoid the disadvantages of the prior art and develop the latter further in an advantageous manner. In particular, automated lifts should be made possible with no or only negligible positioning errors or deviations from the lift path, without the need for permanent monitoring by expensive absolute sensor systems.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1, einen Kran nach Anspruch 12, ein Korrekturverfahren nach Anspruch 13 sowie ein Korrektursystem nach Anspruch 14 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, the above object is achieved by a method according to claim 1, a crane according to claim 12, a correction method according to claim 13 and a correction system according to claim 14. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Es wird also vorgeschlagen, den Kran vor dem regulären Kranbetrieb mit automatisierten Hüben in einer Kalibrierphase zu betreiben, in der mit einer in georeferenzierten Absolutkoordinaten arbeitenden Sensorik die beim Verfahren des Lastaufnahmemittels tatsächlich angefahrenen bzw. abgefahrenen Positionen überwacht und mit den im Krankoordinatensystem erfassten und/oder vorgegebenen Positionen abgeglichen werden, um auftretende Positionierfehler in den georeferenzierten Absolutkoordinaten zu bestimmen. Aus den in der Kalibrierphase aufgenommenen Trainingsdaten wird ein Modell bestimmt, mit Hilfe dessen Positionierfehler auch für Positionen und/oder Hubpfade geschätzt bzw. bestimmt werden können, für die keine Positionsdaten der in Absolutkoordinaten arbeitenden Sensorik vorliegen, so dass der Kran in einer späteren regulären Kranbetriebsphase mit automatisierten Hüben ohne Überwachung durch die Absolutsensorik arbeiten und eine Korrektur der Positionierfehler auf Basis der mittels des Modells geschätzten Positionierfehlern vorgenommen werden kann.It is therefore proposed to operate the crane in a calibration phase before regular crane operation with automated lifts, in which a sensor system working in georeferenced absolute coordinates monitors the positions actually approached or travelled to when the load handling device is moved and compares them with the positions recorded and/or specified in the crane coordinate system in order to determine any positioning errors that occur in the georeferenced absolute coordinates. A model is determined from the training data recorded in the calibration phase, with the help of which positioning errors can also be estimated or determined for positions and/or lifting paths for which no position data from the sensors working in absolute coordinates is available, so that the crane can work with automated lifts in a later regular crane operation phase without monitoring by the absolute sensors and the positioning errors can be corrected on the basis of the positioning errors estimated using the model.

Dabei kann in der Kalibrierphase und in der regulären Arbeitsbetriebsphase mit folgenden Schritten vorgegangen werden:

  • In der Kalibrierphase werden Trainingsdaten gesammelt, die Positionierfehler des Lasthakens in verschiedenen Abschnitten des Arbeitsbereichs des Krans und bei verschiedenen Hublasten am Lastaufnahmemittel charakterisieren, wobei zum Sammeln der Trainingsdaten verschiedene Soll-Positionen angefahren und/oder verschiedene Soll-Pfade mit dem Lastaufnahmemittel abgefahren werden, indem die Antriebe des Krans durch die Kransteuerung angesteuert werden, und die tatsächlich angefahrenen Ist-Positionen und/oder die tatsächlich abgefahrenen Ist-Pfade mittels einer in Absolutkoordinaten arbeitenden Positionserfassungseinrichtung erfasst werden. Anhand der gesammelten Trainingsdaten wird dann durch Regression der genannten Trainingsdaten ein Kranmodell bestimmt, das die Positionierfehler des Krans über dessen Arbeitsbereich für verschiedene Lasten beschreibt.
The following steps can be taken during the calibration phase and during the regular operation phase:
  • In the calibration phase, training data is collected that characterizes positioning errors of the load hook in different sections of the crane's working area and at different lifting loads on the load-handling device. To collect the training data, different target positions are approached and/or different target paths are followed with the load-handling device by controlling the crane's drives via the crane control system, and the actual positions actually approached and/or the actual paths actually followed are recorded using a position detection device working in absolute coordinates. Based on the collected training data, Then, by regression of the training data mentioned, a crane model is determined that describes the positioning errors of the crane over its working range for different loads.

In der regulären Arbeitsbetriebsphase mit automatisierten Lasthüben wird dann die jeweils am Lastaufnahmemittel aufgenommene bzw. aufzunehmende Hublast sensorisch erfasst, um in Abhängigkeit der erfassten Hublast und anhand des bestimmten Kranmodells die Soll-Zielposition und/oder der Soll-Pfad des Lastaufnahmemittels für den automatisierten Lasthub zu korrigieren und durch die Kransteuerung dann die Kranantriebe anhand der solchermaßen korrigierten Soll-Zielposition und/oder des Soll-Hubpfads anzusteuern.In the regular operating phase with automated load lifts, the lifting load picked up or to be picked up on the load handling device is then recorded by sensors in order to correct the target position and/or the target path of the load handling device for the automated load lift depending on the recorded lifting load and based on the specific crane model and then to control the crane drives via the crane control system based on the target position and/or the target lifting path corrected in this way.

Das durch Regression der Trainingsdaten bestimmte Kranmodell gestattet es, den in den georeferenzierten Baustellenkoordinaten auftretenden Positionierfehler über den gesamten Arbeitsbereich des Krans zu schätzen und damit auch für Positionen bzw. Abschnitte des Arbeitsbereichs zu bestimmen, in denen zuvor in der Kalibrierphase keine Messungen mit der Absolutsensorik gemacht worden sind. Unabhängig davon, ob ein in der Kalibrierphase zu Trainingszwecken angefahrene Position oder ein zu Trainingszwecken überfahrener Abschnitt des Arbeitsbereichs angefahren bzw. abgefahren werden soll, kann der Kran im regulären Kranbetrieb mit automatisierten Hüben ohne die Überwachung einer in Absolutkoordinaten arbeitenden Positionserfassungssensorik arbeiten und dennoch den systemischen bzw. durch Durchbiegungen auftretenden Positionierfehler in Absolutkoordinaten bestimmen und die anzufahrende Zielposition bzw. den abzufahrenden Hubweg anhand des geschätzten bzw. bestimmten Positionierfehlers korrigieren.The crane model determined by regression of the training data makes it possible to estimate the positioning error occurring in the georeferenced construction site coordinates over the entire working area of the crane and thus also to determine it for positions or sections of the working area in which no measurements were previously made with the absolute sensors in the calibration phase. Regardless of whether a position approached in the calibration phase for training purposes or a section of the working area traveled over for training purposes is to be approached or traveled away from, the crane can work in regular crane operation with automated lifts without the monitoring of a position detection sensor system working in absolute coordinates and still determine the systemic positioning error or the positioning error caused by deflections in absolute coordinates and correct the target position to be approached or the lifting distance to be traveled based on the estimated or determined positioning error.

Damit erreicht die vorliegende Erfindung den wesentlichen Vorteil, dass nach einer Kalibrierphase die Positioniergenauigkeit des Krans in georeferenzierten Koordinaten ohne zusätzliche und üblicherweise sehr teure Messsysteme verbessert werden kann. Damit kann eine permanente und oft umständliche Installation solcher Messsysteme eingespart werden. Die genannten Kalibrier- und Kompensationsphasen können generell auf beliebige Krantypen angewendet werden, sind jedoch besonders vorteilhaft für Krane mit langen, schlanken und ambitioniert ausgelegten Strukturen, die unter Lasten signifikante Verformungen zeigen und mit langen Hubseillängen arbeiten können. Zudem kann durch das System an sich eine erhöhte Sicherheit erreicht werden und es kann die Automatisierung des Baus von Gebäuden, die in einem festen Baustellenkoordinatensystem geplant werden, weitergetrieben werden.The present invention thus achieves the significant advantage that, after a calibration phase, the positioning accuracy of the crane in georeferenced coordinates can be improved without additional and usually very expensive measuring systems. This means that a permanent and often cumbersome installation of such measuring systems can be avoided. The calibration and compensation phases mentioned can generally be applied to any type of crane, but are particularly advantageous for cranes with long, slender and ambitiously designed structures that show significant deformation under loads and can work with long hoist rope lengths. In addition, the system itself can achieve increased safety and the automation of the construction of buildings that are planned in a fixed construction site coordinate system can be further advanced.

In Weiterbildung der Erfindung werden in der Kalibrierphase zum Sammeln von Trainingsdaten die am Lastaufnahmemittel aufgenommenen Hublasten und die angefahrenen Zielpositionen bzw. abgefahrenen Hubpfade in großen Bereichen innerhalb des Traglastbereichs und des Arbeitsbereichs des Krans variiert, um möglichst aussagekräftige Trainingsdaten zu erhalten. Beispielsweise können verschiedene Hublasten aufgenommen und in der Ausladung des Krans beispielsweise durch Verfahren des Katzantriebs verändert werden, um zumindest 75% des Traglastbereichs als Trainingsdaten abzubilden. Alternativ oder zusätzlich können Hubpfade abgefahren und/oder Zielpositionen angefahren werden, die zumindest 75% der radialen Ausladung abbilden. Alternativ oder zusätzlich können Hubpfade abgefahren und/oder Zielpositionen angefahren werden, die zumindest 75% der Hubhöhe abbilden, das heißt Lasten werden beispielsweise vom Bodenniveau bis nahe zum Ausleger gehoben bzw. umgekehrt abgesenkt. Auch in der horizontalen Ebene können große Bereiche abgefahren werden, wobei vorzugsweise zumindest die Randbereiche des Arbeitsbereichs des Krans mit Trainingsfahrten abgefahren werden können.In a further development of the invention, in the calibration phase for collecting training data, the lifting loads recorded on the load-handling device and the target positions approached or lifting paths traveled are varied over large areas within the load-bearing range and the working range of the crane in order to obtain the most meaningful training data possible. For example, different lifting loads can be recorded and the crane's radius can be changed, for example by moving the trolley drive, in order to represent at least 75% of the load-bearing range as training data. Alternatively or additionally, lifting paths can be traveled and/or target positions approached that represent at least 75% of the radial radius. Alternatively or additionally, lifting paths can be traveled and/or target positions approached that represent at least 75% of the lifting height, i.e. loads are lifted from ground level to close to the boom, for example, or lowered conversely. Large areas can also be traveled in the horizontal plane, whereby preferably at least the edge areas of the crane's working range can be traveled with training runs.

In Weiterbildung der Erfindung werden in der Kalibrierphase zeitparallel in Echtzeit einerseits das Positionssignal der in Absolutkoordinaten arbeitenden Positionssensorik und andererseits Sensorsignale und/oder ausgewertete Sensorsignale und/oder Ansteuerungssignale erfaßt, die in Krankoordinaten von der Kransteuerung und/oder am Kran vorhandener Sensorik als Trainingsdaten gespeichert werden.In a further development of the invention, in the calibration phase, on the one hand the position signal of the position sensors operating in absolute coordinates and, on the other hand, sensor signals and/or evaluated sensor signals and/or control signals are recorded in parallel in real time, which are stored in crane coordinates by the crane control and/or sensors present on the crane as training data.

Als Trainingsdaten können dabei grundsätzlich verschiedene Krandaten gesammelt werden, insbesondere Positionsdaten, die die jeweilige Position der Kranantriebe und/oder der davon angetriebenen Krankomponenten bestimmen, beispielsweise den Drehwinkel des Auslegers um die aufrechte Achse, die Katzposition entlang des Auslegers und die Abspullänge des Hubseils und/oder die rotatorische Stellung der Hubseiltrommel. Je nach Sensorik, die am Kran vorhanden ist, können auch andere Kranbetriebsparameter als Trainingsdaten gesammelt werden, beispielsweise Dehnungen der Kranstruktur wie beispielsweise Dehnungen in den Längsgurten des Turms, Biegeverformungen des Turms und/oder des Auslegers in einer oder mehreren Achsen, und insbesondere auch Verfahrgeschwindigkeiten der genannten Kranantriebe, also Drehgeschwindigkeiten um die aufrechte Achse und/oder Katzfahrgeschwindigkeiten und/oder Hubseilgeschwindigkeiten. Alternativ oder zusätzlich können auch Beschleunigungen sensorisch erfasst und/oder aus anderen sensorisch erfassten Größen abgeleitet und als Trainingsdaten gesammelt werden, beispielsweise Hubseilbeschleunigungen, Lasthakenbeschleunigungen, Katzbeschleunigungen und/oder Drehbeschleunigungen um die aufrechte Achse.In principle, various crane data can be collected as training data, in particular position data that determine the respective position of the crane drives and/or the crane components driven by them, for example the angle of rotation of the boom around the upright axis, the trolley position along the boom and the unwinding length of the hoist rope and/or the rotary position of the hoist rope drum. Depending on the sensors present on the crane, other crane operating parameters can also be collected as training data, for example strains of the crane structure such as strains in the longitudinal belts of the tower, bending deformations of the tower and/or the boom in one or more axes, and in particular also travel speeds of the crane drives mentioned, i.e. rotation speeds around the upright axis and/or trolley travel speeds and/or hoist rope speeds. Alternatively or additionally, accelerations can also be recorded by sensors and/or derived from other sensor-recorded variables and collected as training data, for example Hoist rope accelerations, load hook accelerations, trolley accelerations and/or rotational accelerations around the upright axis.

Die in der Kalibrierphase verwendete, in Absolutkoordinaten arbeitende Sensorik kann grundsätzlich verschieden ausgebildet sein. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zumindest ein GNSS-Sensor Verwendung finden, beispielsweise am Lasthaken bzw. dem Lastaufnahmemittel befestigt werden. Alternativ oder zusätzlich können solche GNSS-Sensoren auch an anderen Krankomponenten wie beispielsweise der Laufkatze und/oder Auslegerspitze angebracht werden.The sensors used in the calibration phase, which work in absolute coordinates, can fundamentally be designed in different ways. In an advantageous development of the invention, at least one GNSS sensor can be used, for example attached to the load hook or the load-carrying device. Alternatively or additionally, such GNSS sensors can also be attached to other crane components such as the trolley and/or boom tip.

Alternativ oder zusätzlich zu solchen GNSS-Sensoren kann auch ein Tachymetersystem Verwendung finden, um die Position des Lastaufnahmemittels des Krans und ggf. auch anderer Krankomponenten wie der Laufkatze in Absolutkoordinaten erfassen, wobei hier optische und/oder elektronische Tachymeter eingesetzt werden können. Vorzugsweise können Tachymeter mit automatischer Zielerfassung Verwendung finden.Alternatively or in addition to such GNSS sensors, a tachymeter system can also be used to record the position of the crane's load-carrying device and possibly other crane components such as the trolley in absolute coordinates, whereby optical and/or electronic tachymeters can be used here. Tachymeters with automatic target detection can preferably be used.

Alternativ oder zusätzlich kann die Absolutsensorik auch mit optischen Erfassungssystemen wie beispielsweise Kameras arbeiten, die die Position des Lasthakens und ggf. auch anderer relevanter Krankomponenten wie der Laufkatze in Absolutkoordinaten bestimmen.Alternatively or additionally, the absolute sensor technology can also work with optical detection systems such as cameras, which determine the position of the load hook and possibly other relevant crane components such as the trolley in absolute coordinates.

Alternativ oder zusätzlich kann die Absolutsensorik auch lokale, drahtlose Signal-Sende-/Empfangseinrichtungen aufweisen, die beispielsweise Signallaufzeiten und/oder Signalstärken erfassen können. Beispielsweise können Ultrabreitbandtags vorgesehen werden, die einerseits an einem im georeferenzierten Koordinatensystem eingemessenen Ort bzw. an mehreren georeferenzierten Positionen montiert werden und andererseits an einer oder mehreren Positionen am Kran angebracht werden, beispielsweise am Lasthaken und an einer oder mehreren Stellen des Auslegers, um aus den zwischen den Tags ausgetauschten Signalen, deren Laufzeiten und/oder deren empfangenen Signalstärken die Absolutposition des Lastaufnahmemittels zu bestimmen.Alternatively or additionally, the absolute sensor system can also have local, wireless signal transmission/reception devices that can, for example, record signal propagation times and/or signal strengths. For example, ultra-wideband tags can be provided that are mounted on the one hand at a location measured in the georeferenced coordinate system or at several georeferenced positions and on the other hand are attached to one or more positions on the crane, for example on the load hook and at one or more points on the boom, in order to determine the absolute position of the load-handling device from the signals exchanged between the tags, their propagation times and/or their received signal strengths.

Bei der Regression der Trainingsdaten kann in Weiterbildung der Erfindung eine lineare Regression vorgenommen werden, vorzugsweise mit nichtlinearen Basisfunktionen.In a further development of the invention, when regressing the training data, a linear regression can be carried out, preferably with non-linear basis functions.

Vorzugsweise können bei der Regression Laufkatzenpositionen in der zweiten Potenz und/oder dritten Potenz berücksichtigt werden, um bessere Genauigkeiten zu erzielen, insbesondere Verformungen des Auslegers besser abzubilden. Quadrierte und kubische Laufkatzenpositionen erlauben eine präzisere Vorhersage von Biegungen des Auslegers in vertikaler Richtung, da die Biegekurve des Auslegers durch ein Polynom dritter Ordnung beschrieben werden kann, zumindest wenn man davon ausgeht, dass es keine Lastverteilung gibt bzw. sämtliche über den Ausleger verteilten Streckenlasten vernachläßigt werden.Preferably, trolley positions can be taken into account in the regression to the second power and/or third power in order to achieve better accuracy, in particular to better represent deformations of the boom. Squared and cubic trolley positions allow a more precise prediction of bending of the boom in the vertical direction, since the bending curve of the boom can be described by a third-order polynomial, at least if one assumes that there is no load distribution or that all line loads distributed over the boom are neglected.

Insbesondere kann bei der Regression ein sogenannter Lasso-Algorithmus eingesetzt werden, das heißt „least absolute shrinkage and selection operator“, um die relevantesten Parameter bzw. Eigenschaften der Trainingsdaten zu selektieren.In particular, a so-called Lasso algorithm, i.e. “least absolute shrinkage and selection operator”, can be used in regression to select the most relevant parameters or properties of the training data.

In der Kompensationsphase kann der Positionierfehler auf verschiedene Art und Weise korrigiert werden. Beispielsweise können einen Hubpfad definierende Pfadpunkte korrigiert werden, indem Punkt für Punkt die den Hubpfad definierenden Positionen bzw. Koordinaten verschoben werden.In the compensation phase, the positioning error can be corrected in various ways. For example, path points defining a stroke path can be corrected by shifting the positions or coordinates defining the stroke path point by point.

Alternativ oder zusätzlich kann bei der Positionierkorrektur auch eine Korrektur der Trajektorie vorgenommen werden, die den Soll-Pfad des Lasthakens charakterisiert.Alternatively or additionally, the positioning correction can also include a correction of the trajectory, which characterizes the desired path of the load hook.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

  • 1: eine Seitenansicht eines Krans nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung in Form eines Turmdrehkrans,
  • 2: eine schematische, perspektivische Darstellung des Krans aus 1 zur Verdeutlichung der Freiheitsgrade und des Krankoordinatensystems,
  • 3: eine Darstellung eines Hubpfades, der von einem Hubpfadplaner entlang mehrerer Pfadpunkte bestimmt wurde,
  • 4: eine schematische Seitenansicht des Krans aus den 1 und 2 zur Verdeutlichung der auftretenden Positionierfehler,
  • 5: eine perspektivische Darstellung eines Hubpfads um verschiedene Objekte herum, wobei Arbeitsbegrenzungen durch einen schwarzen Rahmen dargestellt sind,
  • 6: eine Darstellung eines Hubpfads, der in der Kalibrierphase mit am Lasthaken angebrachtem GNSS-Sensor abgefahren wird,
  • 7: eine Darstellung des Positionierfehlers in Polarkoordinaten in gemessenen Absolutkoordinaten im Vergleich zu dem durch das Kranmodell geschätzten Positionierfehler,
  • 8: eine Darstellung der Lasthakenpositionen im festen Krankoordinatensystem, wobei neben dem Soll-Pfad die Korrekturpfade in strichlierten Linien und der in Absolutkoordinaten gemessene Soll-Pfad dargestellt sind, und
  • 9: eine Darstellung des Positionierfehlers in polaren Koordinaten entsprechend den Darstellungen in 8.
The invention is explained in more detail below using a preferred embodiment and associated drawings. In the drawings:
  • 1 : a side view of a crane according to an advantageous embodiment of the invention in the form of a tower crane,
  • 2 : a schematic, perspective view of the crane from 1 to clarify the degrees of freedom and the crane coordinate system,
  • 3 : a representation of a lifting path determined by a lifting path planner along several path points,
  • 4 : a schematic side view of the crane from the 1 and 2 to clarify the positioning errors that occur,
  • 5 : a perspective view of a lifting path around various objects, with work boundaries shown by a black frame,
  • 6 : a representation of a lifting path that is travelled during the calibration phase with the GNSS sensor attached to the load hook,
  • 7 : a representation of the positioning error in polar coordinates in measured absolute coordinates compared to the positioning error estimated by the crane model,
  • 8 : a representation of the load hook positions in the fixed crane coordinate system, where in addition to the target path, the correction paths are shown in dashed lines and the target path measured in absolute coordinates, and
  • 9 : a representation of the positioning error in polar coordinates according to the representations in 8 .

Wie 1 zeigt, kann der Kran 1 als Turmdrehkran ausgebildet sein, dessen Turm 2 einen Ausleger 3 trägt, der um eine aufrechte Achse 4, insbesondere die Turmlängsachse, durch ein Drehwerk verdreht werden kann. Entlang des Auslegers 3 kann eine Laufkatze 5 durch ein Katzantriebsseil 6 verfahren werden, um die Ausladung des Lasthakens 7 verändern zu können. Das Katzfahrseil 6 kann durch einen entsprechenden Katzfahrantrieb verstellt werden.How 1 shows, the crane 1 can be designed as a tower crane, the tower 2 of which carries a boom 3 which can be rotated about an upright axis 4, in particular the longitudinal axis of the tower, by a slewing gear. A trolley 5 can be moved along the boom 3 by a trolley drive cable 6 in order to be able to change the outreach of the load hook 7. The trolley travel cable 6 can be adjusted by a corresponding trolley travel drive.

Der Lasthaken 7 kann durch ein Hubseil 9 vom Ausleger 3 abgelassen bzw. angehoben werden, um entlang der aufrechten Achse 10 abgesenkt und angehoben zu werden, vgl. 1.The load hook 7 can be lowered or raised from the boom 3 by a hoist rope 9 in order to be lowered and raised along the upright axis 10, cf. 1 .

Die Planungsebene der Baustelle arbeitet üblicherweise mit einem lokal fixierten, georeferenzierten Koordinatensystem, das von automatisierten Turmdrehkranen eine absolute Positionierung der transportierten Nutzlast verlangt. Der Fehler, der Biegeverschiebungen, Sensorversatz und Sensorauswertungsfehler enthält, kann jedoch auch von modernen Steuerungen, die nur mit relativen Sensoren am Turmdrehkran arbeiten, bislang nicht kompensiert werden. Der entsprechende Bahnfehler führt dazu, dass die Nutzlast von der gewünschten Bahn abweicht, was zu Kollisionen mit Hindernissen führen kann.The planning level of the construction site usually works with a locally fixed, georeferenced coordinate system that requires automated tower cranes to position the transported payload absolutely. However, the error, which includes bending displacements, sensor offsets and sensor evaluation errors, cannot yet be compensated for by modern controls that only work with relative sensors on the tower crane. The corresponding path error causes the payload to deviate from the desired path, which can lead to collisions with obstacles.

Die Freiheitsgrade und das Kran-Koordinatensystem K sind in 2 hervorgehoben.The degrees of freedom and the crane coordinate system K are in 2 highlighted.

Der Turmdrehkran 1 transportiert dabei Nutzlasten mit Masse mpl indem er sie am Kranhaken 7 anhängt. Der Turmdrehkran1 kann mit zumindest drei Antriebssystemen ausgestattet sein. Der Schwenkantrieb betätigt ein Gelenk unterhalb der Turmkrankabine oder verschwenkt, bei einem Untendreher, den ganzen Turm 2 samt Ausleger 3, das den Schwenkwinkel γ des Auslegers bestimmt. Der Katzfahrantrieb steuert die Katzstellung xtr und der Hubantrieb verändert die Seillänge lr. The tower crane 1 transports payloads with mass m pl by hanging them on the crane hook 7. The tower crane 1 can be equipped with at least three drive systems. The slewing drive actuates a joint below the tower crane cabin or, in the case of a bottom-slewing crane, slews the entire tower 2 including the boom 3, which determines the slewing angle γ of the boom. The trolley travel drive controls the trolley position x tr and the hoist drive changes the rope length l r .

Das Bewegen der Antriebe kann dabei ein Schwingen der Nutzlast mit den Schwenkwinkeln ϕx in senkrechter Richtung und ϕy in radialer Richtung des Auslegers bewirken. Der Ursprung des Krankoordinatensystems K befindet sich gemäß 2 oberhalb der Kabine.The movement of the drives can cause the payload to swing with the swivel angles ϕ x in the vertical direction and ϕ y in the radial direction of the boom. The origin of the crane coordinate system K is located according to 2 above the cabin.

Für den Turmdrehkran 1 kann ein per se bekannter schwankungsdämpfender Regler sowie ein Trajektorienverfolgungsregler vorgesehen sein, um automatisierte Lasthübe durchzuführen. Dabei kann vorgesehen sein, die elastischen Freiheitsgrade, die der Biegung des Turms 2 in radialer Richtung qvx ∈ R

Figure DE102023110203A1_0001
und in tangentialer Richtung qvy sowie die des Auslegers 3 in tangentialer Richtung qwy und in vertikaler Richtung qwz zugrundeliegen, zu berücksichtigen.For the tower crane 1, a known vibration damping controller and a trajectory tracking controller can be provided in order to carry out automated load hoists. In this case, the elastic degrees of freedom that correspond to the bending of the tower 2 in the radial direction q vx ∈ R
Figure DE102023110203A1_0001
and in the tangential direction q vy as well as those of the boom 3 in the tangential direction q wy and in the vertical direction q wz shall be taken into account.

Im Folgenden wird hierzu der Vektor, der alle Freiheitsgrade des Turmdrehkrans enthält, wie folgt betrachtet q = [ ϕ x , ϕ y , q vxT , q vy , q wy , q wz ] R 7

Figure DE102023110203A1_0002
wobei der Zustandsvektor des Turmdrehkrans definiert wird als x = [q, q̇]T, während die entsprechende Soll-Zustandstrajektorie wie folgt bezeichnet wird: xd.In the following, the vector containing all degrees of freedom of the tower crane is considered as follows q = [ ϕ x , ϕ y , q vxT , q vy , q wy , q wz ] R 7
Figure DE102023110203A1_0002
where the state vector of the tower crane is defined as x = [q, q̇] T , while the corresponding desired state trajectory is denoted as follows: x d .

Sensoren der Antriebssysteme messen die Positionen qd = [γ, xtr, lr]T und die Geschwindigkeiten q̇dr = [γ̇, ẋtr, l̇̇r]T. Die Soll-Positionen und -geschwindigkeiten der Antriebssysteme werden durch qdr,d und q dr ,d

Figure DE102023110203A1_0003
die Steuereingänge zu den Antriebssystemen mit u indiziert.Sensors of the drive systems measure the positions q d = [γ, x tr , l r ] T and the speeds q̇ dr = [γ̇, ẋ tr , l̇̇ r ] T . The target positions and speeds of the drive systems are given by q dr,d and q dr ,d
Figure DE102023110203A1_0003
the control inputs to the drive systems are indexed with u.

Der vollautomatische Nutzlasttransport bzw. automatisierte Nutzlasthub wird durch die Planung einer kollisionsfreien Kranhakenbahn zu einem vorgegebenen Zielort, die im Weiteren dem Hubpfad entspricht, und die Berechnung der entsprechenden Trajektorie im Koordinatensystem K vorbereitet. Für die Bahnplanung kann dabei ein per se bekannter Algorithmus verwendet werden. Der Bahnplanungsalgorithmus errechnet dabei vorzugsweise eine Sequenz P = ( p 1 , , p N p )

Figure DE102023110203A1_0004
von Np sogenannten Bahnpunkten pi, die einen kollisionsfreien Weg von einem Startort zu einem Zielort in Bezug auf das gemeinsame georeferenzierte Bodenkoordinatensystem G darstellen und nach bestimmten Kriterien optimiert werden können. Der Hubpfad kann dabei mit einem ebenfalls per se bekannten Algorithmus zwischen jedem aufeinanderfolgenden Punktpaar pi und pi+1 berechnet werden, wobei die Hakenposition dem flachen Ausgang z des Systems entsprechen kann. Aus der gewünschten Hubtrajektorie und ihren Ableitungen z d = [ z d , , z d ( 4 ) ]
Figure DE102023110203A1_0005
kann die Ableitung der Soll-Zustandstrajektorie x d = ψ x ( Z d , , Z d )
Figure DE102023110203A1_0006
und der Vorwärtssteuerungseingangstrajektorie u F F = ψ u ( Z d )
Figure DE102023110203A1_0007
unter Verwendung der flachen Parametrisierungen ψx, ψu gewonnen werden.The fully automatic payload transport or automated payload lifting is prepared by planning a collision-free crane hook path to a specified destination, which further corresponds to the lifting path, and calculating the corresponding trajectory in the coordinate system K. A known algorithm can be used for the path planning. The path planning algorithm preferably calculates a sequence P = ( p 1 , , p N p )
Figure DE102023110203A1_0004
of N p so-called trajectory points p i , which represent a collision-free path from a starting point to a destination in relation to the common georeferenced ground coordinate system G and can be optimized according to certain criteria. The lifting path can be calculated using an algorithm that is also known per se between each successive pair of points p i and p i+1 , whereby the hook position can correspond to the flat output z of the system. From the desired lifting trajectory and its derivatives z d = [ z d , , z d ( 4 ) ]
Figure DE102023110203A1_0005
the derivation of the target state trajectory x d = ψ x ( Z d , , Z d )
Figure DE102023110203A1_0006
and the feedforward control input trajectory u F F = ψ u ( Z d )
Figure DE102023110203A1_0007
using the flat parameterizations ψ x , ψ u .

Um eine kontinuierliche Bewegung des Hakens zu gewährleisten, wird eine Kugel mit einem bestimmten Radius um den Kugelmittelpunkt pi definiert für alle i = 1, ..., Np. Sobald der Kranhaken die Kugel durchschneidet, während er die Zieltrajektorie pi verfolgt, bestimmt der Kran eine aktualisierte Hubbahn bei pi+1. Ein beispielhafter Hubpfad ist in 3 dargestellt.To ensure continuous movement of the hook, a sphere with a certain radius around the sphere center p i is defined for all i = 1, ..., N p . Once the crane hook cuts through the sphere while following the target trajectory p i , the crane determines an updated lifting path at p i+1 . An example lifting path is shown in 3 shown.

Insgesamt arbeitet der Kran in seinem eigenen kranzentrierten Koordinatensystem K, aber alle anderen Vorgänge auf der Baustelle werden durch die Planungsebene in Bezug auf das gemeinsame georeferenzierte Bodenkoordinatensystem G geplant. In einem vorherigen Schritt wird daher die Transformation zwischen dem Bodenkoordinatensystem G und dem Kransystem K durch Messungen bestimmt, vorzugsweise für den Fall, dass keine Last am Haken hängt, das Hubseil so kurz wie möglich ist und die Laufkatze nahe des Turms unter dem Ausleger steht. Dabei kann G die lokale UTM-Projektion sein. Innerhalb von G kann die tatsächliche Hakenposition z = F K ( x , q d ) + e bend + e o f f + e o b s

Figure DE102023110203A1_0008
durch die Vorwärtskinematik FK(x, qd) basierend auf dem nominellen Starrkörpermodell und einem Fehler berechnet werden, der durch die Biegung ebend des Turms 2 und des Auslegers 3 des Turmdrehkrans 1 sowie die Dehnung des Hubseils 5, Sensorabweichungen eoff und Sensorauswertefehler eobs zustandekommen kann. Diese Fehlerquellen sind in 4 dargestellt.Overall, the crane operates in its own crane-centered coordinate system K, but all other operations on the construction site are planned by the planning layer in relation to the common georeferenced ground coordinate system G. In a previous step, the transformation between the ground coordinate system G and the crane system K is therefore determined by measurements, preferably for the case where there is no load hanging on the hook, the hoist rope is as short as possible and the trolley is close to the tower under the boom. Here, G can be the local UTM projection. Within G, the actual hook position can be z = F K ( x , q d ) + e bend + e O f f + e O b s
Figure DE102023110203A1_0008
by the forward kinematics FK(x, q d ) based on the nominal rigid body model and an error that can arise from the bending e bend of the tower 2 and the boom 3 of the tower crane 1 as well as the stretching of the hoist rope 5, sensor deviations e off and sensor evaluation errors e obs . These error sources are in 4 shown.

Der Bahnfehler ist dann definiert als e = z d z = F K ( x d , q d r , d ) F K ( x , q ) e b e n d e o f f e o b s

Figure DE102023110203A1_0009
The orbit error is then defined as e = z d z = F K ( x d , q d r , d ) F K ( x , q ) e b e n d e O f f e O b s
Figure DE102023110203A1_0009

Der Bahnfehler e umfasst auch den Regelfehler FK(xd, qdr,d) - FK(x, q) des Trajektorienfolgereglers. Die Sensorabweichungen führen dazu, dass die Antriebssysteme an ständig verschobenen Positionen anhalten. Außerdem sind die Sensorauswertefehler nicht zu vernachlässigen, denn Validierungsmessungen haben gezeigt, dass der Pendelwinkel in radialer Richtung ϕy um bis zu 3° falsch ausgewertet wird, was insbesondere bei Übergängen zu einem Bahnfehler führt.The trajectory error e also includes the control error FK(x d , q dr,d ) - FK(x, q) of the trajectory follower controller. The sensor deviations lead to the drive systems stopping at constantly shifted positions. In addition, the sensor evaluation errors cannot be neglected, because validation measurements have shown that the pendulum angle in the radial direction ϕ y is incorrectly evaluated by up to 3°, which leads to a trajectory error, especially during transitions.

Um den genannten Bahnfehler e zu kompensieren, kann ein erster Schritt darin bestehen, diesen Bahnfehler vorherzusagen. Die Vorhersage des Fehlers e wird mit einem Regressionsmodell durchgeführt.In order to compensate for the mentioned trajectory error e, a first step can be to predict this trajectory error. The prediction of the error e is carried out using a regression model.

Die drei Komponenten [Δγe, Δxtr,e, ΔZe]T die e in Polarkoordinaten darstellen, werden als Ergebnisse des Regressionsmodells betrachtet. Der Fehler des Drehwinkels Δγe wird in Bezug auf den Ursprung des am Turmkran befestigten Koordinatensystems berechnet. Auf der Grundlage einer linearen Regression wird die Ausgabe y des Regressionsmodells daher wie folgt definiert y = [ Δ γ e , Δ x t r , e , Δ Z e ] T = [ f γ T Θ γ , f t r T Θ t r , f Z T Θ Z ] T

Figure DE102023110203A1_0010
wobei f ξ = [ 1, f ξ , 1 , , f ξ , N ξ ] T R N ξ X 1
Figure DE102023110203A1_0011
Θ ξ = [ θ ξ , 0 , , θ ξ , N ξ ] T R N ξ X 1
Figure DE102023110203A1_0012
für ξ ∈ (γ, xtr, Z). Die Konstanten Nξ beschreiben die Anzahl der Merkmale, die für die Vorhersage jeder Komponente verwendet werden. Die Koeffizienten Θξ werden durch einen Regressionsanpassungsalgorithmus ermittelt, der auf die Trainingsdaten angewendet wird. Die Trainingsdaten umfassen vorzugsweise Messungen von Merkmalen fξ und die jeweiligen Fehler Δγe, Δxtr,e und ΔZe. Mögliche Merkmale sind die Soll-Zustandstrajektorie xd, der Zustandsvektor x , der durch die Sensorauswertung berechnet wird, die Positionen qdr, sowie die Geschwindigkeiten qd, der Antriebssysteme des Turmdrehkrans, die vom Lastsensor gemessene Nutzlast mpl, und die Steuerbefehle, die vom implementierten Regler berechnet werden. Weitere Merkmale sind die quadratische und kubische Katzposition x t r 2
Figure DE102023110203A1_0013
und x t r 3
Figure DE102023110203A1_0014
sowie die angenäherten Nutzlastschwankungsabstände lrϕx und lrϕy. Die quadratische und kubische Laufkatzenposition kann eine genauere Vorhersage der Biegung des Auslegers in vertikaler Richtung ermöglichen, da die Durchbiegungskurve des Auslegers ein Polynom dritter Ordnung ist in xtr unter der Annahme, dass es keine verteilte Last gibt.The three components [Δγ e , Δx tr,e , ΔZ e ] T representing e in polar coordinates are considered as the results of the regression model. The error of the angle of rotation Δγ e is calculated with respect to the origin of the coordinate system attached to the tower crane. Therefore, based on linear regression, the output y of the regression model is defined as follows y = [ Δ γ e , Δ x t r , e , Δ Z e ] T = [ f γ T Θ γ , f t r T Θ t r , f Z T Θ Z ] T
Figure DE102023110203A1_0010
where f ξ = [ 1, f ξ , 1 , , f ξ , N ξ ] T R N ξ X 1
Figure DE102023110203A1_0011
Θ ξ = [ θ ξ , 0 , , θ ξ , N ξ ] T R N ξ X 1
Figure DE102023110203A1_0012
for ξ ∈ (γ, x tr , Z). The constants N ξ describe the number of features used to predict each component. The coefficients Θ ξ are determined by a regression fitting algorithm applied to the training data. The training data preferably includes measurements of features f ξ and the respective errors Δγ e , Δx tr,e and ΔZ e . Possible features are the target state trajectory x d , the state vector x , which is calculated by the sensor evaluation, the positions q dr , as well as the speeds q d , of the drive systems of the tower crane, the payload m pl measured by the load sensor, and the control commands calculated by the implemented controller. Other features are the quadratic and cubic trolley position x t r 2
Figure DE102023110203A1_0013
and x t r 3
Figure DE102023110203A1_0014
and the approximate payload sway distances l r ϕx and l r ϕ y. The quadratic and cubic trolley position can provide a more accurate prediction of the boom deflection in the vertical direction since the boom deflection curve is a third order polynomial in x tr assuming that there is no distributed load.

Alle berücksichtigten Merkmale werden wie folgt zusammengefaßt d = [ x T , q d r T , q d r T ˙ , m p l , u T , x d T , q d r , d T , q d r , d T ˙ , x t r 2 , x t r 3 , l r ϕ x , l r ϕ y ] T

Figure DE102023110203A1_0015
mit 48 Einträgen. Um die relevantesten Merkmale für jede Ausgabe zu identifizieren und eine Überanpassung zu vermeiden, wird eine sog. LASSO-Regularisierung für jede Ausgabe Ψ ∈ (Δγe, Δxtr,e, ΔZe) unter Verwendung von Trainingsdaten berechnet. Genauer gesagt, kann das Optimierungsproblem m i n ( ω ξ ) ( 1 2 N k = 1 N ( Ψ k [ 1, d k ] ω ξ ) 2 + λ j = 1 N ξ | w ξ , j | )
Figure DE102023110203A1_0016
für verschiedene Werte von λ mit Matlab-Simulink gelöst werden. Dabei steht der Index k für den Zeitschritt der Trainingsdaten. Die Koeffizienten ωξ ∈ .R
Figure DE102023110203A1_0017
und seine Komponenten ωξ,j bezeichnen den unbekannten Koeffizientenvektor, wenn alle 48 Merkmale und ein konstanter Offset berücksichtigt werden.All features considered are summarized as follows d = [ x T , q d r T , q d r T ˙ , m p l , u T , x d T , q d r , d T , q d r , d T ˙ , x t r 2 , x t r 3 , l r ϕ x , l r ϕ y ] T
Figure DE102023110203A1_0015
with 48 entries. To identify the most relevant features for each output and avoid overfitting, a so-called LASSO regularization is computed for each output Ψ ∈ (Δγ e , Δx tr,e , ΔZ e ) using training data. More specifically, the optimization problem can be m i n ( ω ξ ) ( 1 2 N k = 1 N ( Ψ k [ 1, d k ] ω ξ ) 2 + λ j = 1 N ξ | w ξ , j | )
Figure DE102023110203A1_0016
for different values of λ using Matlab-Simulink. The index k stands for the time step of the training data. The coefficients ω ξ ∈ .R
Figure DE102023110203A1_0017
and its components ω ξ,j denote the unknown coefficient vector when all 48 features and a constant offset are considered.

Je höher der Wert für λ, desto mehr Koeffizienten ωξ sind Null, während die verbleibenden Koeffizienten den quadratischen Fehler zwischen dem gemessenen Output und den Outputs des Regressionsmodells hinreichend minimieren und damit die Merkmale angeben, die für die Rekonstruktion des jeweiligen Outputs am besten geeignet sind.The higher the value of λ, the more coefficients ω ξ are zero, while the remaining coefficients sufficiently minimize the squared error between the measured output and the outputs of the regression model and thus indicate the features that are best suited for reconstructing the respective output.

Nach der Untersuchung der Nicht-Null-Koeffizienten der Lösung für mehrere Werte von λ erhält man die folgenden Merkmale für die Vorhersage der Fehler durch Regression f γ = [ 1, ϕ x , q w y , γ ˙ , ϕ x . , x t r , l r , u γ , x t r , d , l r , d , l d . , ϕ x , d ] T ,

Figure DE102023110203A1_0018
f t r = [ 1, ϕ y , q v x T , ϕ y . , l r , m p l , u t r , u r , x t r 3 ] T ,
Figure DE102023110203A1_0019
f Z = [ 1, q v x T , l r , m p l , u t r , u r , l r , d . , x t r 3 ] T .
Figure DE102023110203A1_0020
After examining the non-zero coefficients of the solution for several values of λ, the following features are obtained for predicting the errors by regression f γ = [ 1, ϕ x , q w y , γ ˙ , ϕ x . , x t r , l r , u γ , x t r , d , l r , d , l d . , ϕ x , d ] T ,
Figure DE102023110203A1_0018
f t r = [ 1, ϕ y , q v x T , ϕ y . , l r , m p l , u t r , u r , x t r 3 ] T ,
Figure DE102023110203A1_0019
f Z = [ 1, q v x T , l r , m p l , u t r , u r , l r , d . , x t r 3 ] T .
Figure DE102023110203A1_0020

Die Merkmale (10a) für die Vorhersage Δγe enthalten nicht die Nutzlast mpl. Der Einfluss der Biegung des Auslegers in tangentialer Richtung qwy übertrifft den Einfluss von mpl. Der Pendelwinkel ϕx und der Sollwinkel ϕx,d sind beides relevante Merkmale, denn ihre Differenz bestimmt direkt Δγe bestimmt, der ebenfalls ein Winkel ist. Die Merkmale (10b) zur Vorhersage von Δxtr,e enthalten nicht das Produkt ϕ y l r

Figure DE102023110203A1_0021
und enthalten den Pendelwinkel in radialer Richtung ϕy und die Kranseillänge lr, stattdessen. Die radiale Biegung des Turms qvx ist wichtiger als die vertikale Biegung qwz des Auslegers. In Bezug auf ΔZe sind die wichtigsten Merkmale in (10c) die Last mpl, und die kubische Katzstellung x t r 3
Figure DE102023110203A1_0022
die die Durchbiegungskurve in Abhängigkeit von der Fahrwerksposition darstellt.The features (10a) for the prediction Δγ e do not include the payload m pl . The influence of the bending of the boom in the tangential direction q wy exceeds the influence of m pl . The pendulum angle ϕ x and the target angle ϕ x,d are both relevant features because their difference directly determines Δ γe , which is also an angle. The features (10b) for the prediction of Δx tr,e do not include the product ϕ y l r
Figure DE102023110203A1_0021
and contain the pendulum angle in the radial direction ϕ y and the crane rope length l r , instead. The radial deflection of the tower q vx is more important than the vertical deflection q wz of the boom. In relation to ΔZ e the most important Features in (10c) the load m pl , and the cubic cat position x t r 3
Figure DE102023110203A1_0022
which represents the deflection curve depending on the chassis position.

In einem weiteren Schritt der Ableitung des Regressionsmodells werden die Koeffizienten Θξ mit Hilfe des iterativ neu gewichteten Algorithmus zur Anpassung nach den kleinsten Quadraten berechnet. Das Ergebnis des Regressionsmodells wird somit wie folgt formuliert y ( x , q d r , q d r . , m p l , u , x d , q d r , d , q d r , d . , x t r 3 ) = [ f γ T Θ γ , f t r T Θ t r , f Z T Θ Z ] T .

Figure DE102023110203A1_0023
In a further step of deriving the regression model, the coefficients Θ ξ are calculated using the iteratively reweighted least squares fitting algorithm. The result of the regression model is thus formulated as follows y ( x , q d r , q d r . , m p l , u , x d , q d r , d , q d r , d . , x t r 3 ) = [ f γ T Θ γ , f t r T Θ t r , f Z T Θ Z ] T .
Figure DE102023110203A1_0023

Zur Kompensation von Bahn- bzw. Positionierfehlern können mehrere Ansätze zur Berechnung eines korrigierenden Hubpfads z d ˜

Figure DE102023110203A1_0024
sowie die entsprechende Hubtrajektorie z d * ˜
Figure DE102023110203A1_0025
angewendet werden, wobei die Soll-Zustandstrajektorie x d ˜
Figure DE102023110203A1_0026
und Vorwärtssteuerung u F F ˜
Figure DE102023110203A1_0027
des Turmdrehkrans zur genaueren Verfolgung der geplanten Bahn in georeferenzierte Koordinaten umgerechnet warden kann. Die korrigierten Trajektorien werden bezeichnet mit z d ˜ , x d ˜  und  u F F ˜
Figure DE102023110203A1_0028
To compensate for path or positioning errors, several approaches can be used to calculate a corrective stroke path z d ˜
Figure DE102023110203A1_0024
and the corresponding lifting trajectory z d * ˜
Figure DE102023110203A1_0025
be applied, whereby the target state trajectory x d ˜
Figure DE102023110203A1_0026
and forward control u F F ˜
Figure DE102023110203A1_0027
of the tower crane can be converted into georeferenced coordinates for more precise tracking of the planned path. The corrected trajectories are denoted by z d ˜ , x d ˜ and u F F ˜
Figure DE102023110203A1_0028

Die Korrektur und die Messergebnisse eines Lasthubs durch zwei unterschiedliche Ansätze sind dabei in 4 dargestellt. Die korrigierte Hakenstellung z d ˜

Figure DE102023110203A1_0029
ist jeweils rot und blau gestrichelt hervorgehoben und ergibt sich durch Verschiebung der Soll-Hakenposition zd um den vorhergesagten Bahnfehler y als Ergebnis von (11). Die Steuerung des Turmdrehkrans zielt darauf ab, den Haken an der Ausgleichsposition z d ˜
Figure DE102023110203A1_0030
zu positionieren. Aufgrund des noch vorhandenen Bahnfehlers wird die Hakenposition gleich der gewünschten Hakenposition zd (schwarz in 4), was das Gesamtziel ist.The correction and measurement results of a load stroke using two different approaches are shown in 4 The corrected hook position z d ˜
Figure DE102023110203A1_0029
is highlighted in red and blue dashed lines and is obtained by shifting the target hook position z d by the predicted path error y as a result of (11). The control of the tower crane aims to position the hook at the compensation position z d ˜
Figure DE102023110203A1_0030
Due to the remaining path error, the hook position is equal to the desired hook position z d (black in 4 ), which is the overall goal.

Der mit dem Bahnplanungsalgorithmus [8] berechnete Weg besteht nur aus einer Folge von Punkten im Arbeitsraum des Turmdrehkrans. Daher sind die einzigen bekannten Merkmale von (10) die Positionen der Antriebssysteme qdr und die permanent gemessene Last mpl, an diesen Punkten. Daher wird in einem ersten Ansatz (blau in 4) das Regressionsmodell an der Position jedes Bahnpunktes unter der Annahme ausgewertet, dass sich der Haken im stationären Zustand befindet. Die übrigen Merkmale, die für die Vorhersage durch das Regressionsmodell erforderlich sind, sind nicht bekannt. Angenommen, der durch den verwendeten Bahnplanungsalgorithmus berechnete Weg wird als eine Menge P = ( p 1 , , p N p )

Figure DE102023110203A1_0031
wobei die Np Punkte die Bahnpunkte in Polarkoordinaten in K beschreiben, erhält man die korrigierten Bahnpunkte durch p l ˜ = p i + y ( 0, p i ,0, m p l ,0,0, p i ,0, x t r 3 ) .
Figure DE102023110203A1_0032
The path calculated with the path planning algorithm [8] consists only of a sequence of points in the working space of the tower crane. Therefore, the only known features of (10) are the positions of the drive systems q dr and the permanently measured load m pl at these points. Therefore, in a first approach (blue in 4 ) the regression model is evaluated at the position of each trajectory point, assuming that the hook is in a stationary state. The remaining features required for the prediction by the regression model are not known. Suppose that the path calculated by the trajectory planning algorithm used is represented as a set P = ( p 1 , , p N p )
Figure DE102023110203A1_0031
where the N p points describe the trajectory points in polar coordinates in K, the corrected trajectory points are obtained by p l ˜ = p i + y ( 0, p i ,0, m p l ,0,0, p i ,0, x t r 3 ) .
Figure DE102023110203A1_0032

Darin werden die Antriebssysteme qdr, eingestellt auf pi. Die Vernachlässigung aller anderen Merkmale reduziert die Güte des vorhergesagten Fehlers y in (12) und das Regressionsmodell beschreibt daher nur statische Auslenkungen und Sensorverschiebungen. Der korrigierte Hubpfad z d ,1 ˜

Figure DE102023110203A1_0033
und die entsprechende Hubtrajektorie z d ,1 ˜
Figure DE102023110203A1_0034
werden durch Anwendung des zuvor beschriebenen Algorithmus zur Erzeugung von Bahnen auf den Satz von Ausgleichsbahnpunkten P 1 ˜ = { p 1 ˜ , , p N p ˜ }
Figure DE102023110203A1_0035
verwendet. Die flachen Parametrisierungen ψx, ψu ergeben dann die Soll-Zustandstrajektorie x d ,1 ˜
Figure DE102023110203A1_0036
und die Vorwärtssteuerungseingabe u F F ,1 ˜ ,
Figure DE102023110203A1_0037
die dem Trajektorienfolgeregler zugeführt werden.In it, the drive systems q dr are set to p i . Neglecting all other features reduces the quality of the predicted error y in (12) and the regression model therefore only describes static deflections and sensor displacements. The corrected stroke path z d ,1 ˜
Figure DE102023110203A1_0033
and the corresponding lifting trajectory z d ,1 ˜
Figure DE102023110203A1_0034
are obtained by applying the previously described algorithm for generating trajectories to the set of adjustment trajectory points P 1 ˜ = { p 1 ˜ , , p N p ˜ }
Figure DE102023110203A1_0035
used. The flat parameterizations ψ x , ψ u then yield the target state trajectory x d ,1 ˜
Figure DE102023110203A1_0036
and the forward control input u F F ,1 ˜ ,
Figure DE102023110203A1_0037
which are fed to the trajectory follower controller.

Alternativ oder zusätzlich kann als zweiter Ansatz der korrigierte Hubpfad z d ,1 ˜

Figure DE102023110203A1_0038
und die Hubtrajektorie z d ,2 * ˜
Figure DE102023110203A1_0039
basierend auf der gewünschten Hubbahn des Hakens z d *
Figure DE102023110203A1_0040
berechnet warden. Die Zustandstrajektorie xd umfasst dabei die erwarteten Pendelwinkel, elastischen Freiheitsgrade und Fahrgeschwindigkeiten. Unter der Annahme, dass die Hubtrajektorie perfekt verfolgt wird, gilt x = xd und u = uFF. Dann sind die Sensorwerte der Positionen der Antriebssysteme qdr = qdr,d und die Geschwindigkeiten q d r . = q d r , d .
Figure DE102023110203A1_0041
ebenfalls gleich den Werten der entsprechenden Sollwerte. Die korrigierten Bahnpunkte können dann berechnet werden nach z d ,2 ˜ = z d + y ( x d , q d r , d , q d r , d . , m p l , u F F , x d , q d r , d , q d r , d . , x t r , d 3 ) .
Figure DE102023110203A1_0042
Alternatively or additionally, the corrected stroke path can be used as a second approach z d ,1 ˜
Figure DE102023110203A1_0038
and the lifting trajectory z d ,2 * ˜
Figure DE102023110203A1_0039
based on the desired lifting path of the hook z d *
Figure DE102023110203A1_0040
be calculated. The state trajectory x d includes the expected pendulum angles, elastic degrees of freedom and driving speeds. Assuming that the lifting trajectory is perfectly tracked, x = x d and u = u FF apply. Then the sensor values of the positions of the drive systems are q dr = q dr,d and the speeds q d r . = q d r , d .
Figure DE102023110203A1_0041
also equal to the values of the corresponding target values. The corrected path points can then be calculated according to z d ,2 ˜ = z d + y ( x d , q d r , d , q d r , d . , m p l , u F F , x d , q d r , d , q d r , d . , x t r , d 3 ) .
Figure DE102023110203A1_0042

Es ist jedoch zu beachten, dass nur die Position des Hakens in Polarkoordinaten korrigiert wird. Die Ableitungen żd, z̈d, stimmen nicht mit der kompensierten Position überein z d ˜ .

Figure DE102023110203A1_0043
Daher werden die Ableitungen z ˜ d ,2 . , z ˜ d ,2 .. ,
Figure DE102023110203A1_0044
des korrigierten Hubpfads z d ,2 ˜
Figure DE102023110203A1_0045
berechnet, indem der per se vorhandene Trajektoriengenerierungsalgorithmus für einen neuen Satz von Bahnpunkten, die wie folgt definiert sind, erneut verwendet wird P 2 ˜ = { p i R 3 | p i = z d ,2 ˜ ( t i ) , i = 0, , N t } ,
Figure DE102023110203A1_0046
wobei die Zeitschritte ti gleichmäßig über die Zeitspanne verteilt sind, die den Übergang zwischen Start- und Zielort beschreibt. Die Zeitschritte ti sind somit bestimmt durch t i = i Δ t  mit  Δ t = max { T γ , T t r , T Z } N t
Figure DE102023110203A1_0047
wobei Tγ, Ttr, TZ die Übergangszeit in jeder Koordinate von z d ,2 ˜
Figure DE102023110203A1_0048
ist. Die Anwendung des Trajektorienalgorithmus auf P 2 ˜
Figure DE102023110203A1_0049
liefert z d ,2 * ˜
Figure DE102023110203A1_0050
und damit die Soll-Zustandstrajektorie x d ,2 ˜
Figure DE102023110203A1_0051
sowie die Vorwärtssteuerungseingabe u F F ,2 ˜
Figure DE102023110203A1_0052
nach Verwendung der flachen Parametrisierungen.However, it should be noted that only the position of the hook is corrected in polar coordinates. The derivatives ż d , z̈ d , do not match the compensated position z d ˜ .
Figure DE102023110203A1_0043
Therefore, the derivatives z ˜ d ,2 . , z ˜ d ,2 .. ,
Figure DE102023110203A1_0044
the corrected stroke path z d ,2 ˜
Figure DE102023110203A1_0045
calculated by reusing the existing trajectory generation algorithm for a new set of trajectory points defined as follows P 2 ˜ = { p i R 3 | p i = z d ,2 ˜ ( t i ) , i = 0, , N t } ,
Figure DE102023110203A1_0046
where the time steps t i are evenly distributed over the time period that describes the transition between the start and destination locations. The time steps t i are thus determined by t i = i Δ t with Δ t = max { T γ , T t r , T Z } N t
Figure DE102023110203A1_0047
where T γ , T tr , T Z is the transition time in each coordinate of z d ,2 ˜
Figure DE102023110203A1_0048
The application of the trajectory algorithm to P 2 ˜
Figure DE102023110203A1_0049
delivers z d ,2 * ˜
Figure DE102023110203A1_0050
and thus the target state trajectory x d ,2 ˜
Figure DE102023110203A1_0051
and the forward control input u F F ,2 ˜
Figure DE102023110203A1_0052
after using the flat parameterizations.

Zur Validierung des Regressionsmodells (11) anhand experimenteller Daten und Untersuchung der Leistung der vorgestellten Ansätze zur Fehlerkompensation, wurde mit einem realen Großturmkran Liebherr 154 EC-H Litronic 6, wie in 1 dargestellt, eine Nutzlast mit einem Gewicht von 1000 kg von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt im Arbeitsbereich des Turmdrehkrans 1 bewegt. Der Start- und der Zielpunkt sind gegeben durch p 1 = [ 202 ° ,24.5 m ,16m ] T , p 105 = [ 29 ° ,34 m ,17 m ] T .

Figure DE102023110203A1_0053
To validate the regression model (11) using experimental data and to investigate the performance of the presented approaches for error compensation, a real Liebherr 154 EC-H Litronic 6 tower crane was used, as in 1 shown, a payload with a weight of 1000 kg is moved from a starting point to a destination point in the working area of the tower crane 1. The starting and destination points are given by p 1 = [ 202 ° ,24.5 m ,16m ] T , p 105 = [ 29 ° ,34 m ,17 m ] T .
Figure DE102023110203A1_0053

Der Bahnplanungsalgorithmus berechnet Bahnpunkte zwischen dem Start- und dem Zielort unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Nutzlast nicht durch eingeschränkte Bereiche im Arbeitsbereich des Turmdrehkrans bewegt werden darf, und minimiert die Gesamtbahnlänge. Die resultierenden Bahnpunkte bestehen aus 105 Punkten, die in 5 dargestellt sind.The path planning algorithm calculates path points between the start and destination locations, taking into account that the payload must not be moved through restricted areas in the tower crane's working area, and minimizes the total path length. The resulting path points consist of 105 points, which are divided into 5 are shown.

Es ist zu beachten, dass zwischen den letzten beiden Punkten p104 und p105 ein vertikaler Übergang von 1 m besteht. Die gewünschte Hakenbahn zd wird mit Hilfe des Trajektorienalgorithmus berechnet. Der Trajektorienfolgeregler des Turmdrehkrans wird für die Bahnverfolgung verwendet und dämpft das Schwanken der Nutzlast.It should be noted that there is a vertical transition of 1 m between the last two points p 104 and p 105. The desired hook path z d is calculated using the trajectory algorithm. The trajectory follower of the tower crane is used for path tracking and dampens the swaying of the payload.

Die Trainingsdaten können durch die Durchführung mehrerer Benchmark-Nutzlastübergänge vorzugsweise am Rande des Arbeitsbereichs des Turmdrehkrans gewonnen werden. Die Merkmale (10) und der Bahnverfolgungsfehler (4) werden aufgezeichnet, während ein GNSS-Sensor am Haken 7 des Turmdrehkrans 1 angebracht ist. Die georeferenzierte Position des GNSS-Sensors wird mit einer Echtzeit-Kinematik ermittelt, die eine Genauigkeit von bis zu 2 cm erreicht.The training data can be obtained by performing several benchmark payload transitions preferably at the edge of the tower crane's working area. The features (10) and the trajectory tracking error (4) are recorded while a GNSS sensor is attached to the hook 7 of the tower crane 1. The georeferenced position of the GNSS sensor is determined using real-time kinematics that achieves an accuracy of up to 2 cm.

Die Benchmark-Übergänge bestehen aus einem Übergang in Schwenkrichtung, einem Übergang in radialer Richtung, einer Kombination aus einem Schwenk- und einem radialen Übergang und einer Kombination aus einem Schwenk-, einem radialen und einem vertikalen Übergang. Die Soll-Hakenposition aller Benchmark-Übergänge ist in 6 rot hervorgehoben. Betrachtet man die Trainingsdaten insgesamt, so werden die Punkte 1 bis 6 nur für zwei verschiedene Seillängen und transportierte Nutzlasten von 0 t und 2,25 t durchlaufen. Letzteres ist die maximale Nutzlast, die mit dem Versuchskran bei einer Katzposition von 35 m gehoben werden darf.The benchmark transitions consist of a transition in the swivel direction, a transition in the radial direction, a combination of a swivel and a radial transition and a combination of a swivel, a radial and a vertical transition. The target hook position of all benchmark transitions is in 6 highlighted in red. Looking at the training data as a whole, points 1 to 6 are only run through for two different rope lengths and transported payloads of 0 t and 2.25 t. The latter is the maximum payload that can be lifted with the test crane at a trolley position of 35 m.

7 zeigt den mit dem Regressionsmodell vorhergesagten Fehler (11) und den Fehler e der anhand der Messdaten rekonstruiert wurde. 7 shows the error predicted by the regression model (11) and the error e reconstructed from the measured data.

Während t ∈ [70,215] biegt sich der Ausleger in horizontaler Richtung gegen die Schwenkrichtung, so dass Δγe wächst. Der Fehler Δxtr,e wird zu Beginn des automatisierten Lasthubs negativ, weil die radiale Soll-Hakenposition kleiner wird als die tatsächliche radiale Hakenposition. Dies wird durch eine falsche Bestimmung der tatsächlichen Hakenposition durch die Sensorauswertung des Turmdrehkrans verursacht, da die Sensorauswertung des Schwenkwinkels in radialer Richtung einen kleineren Wert als den tatsächlichen hat.During t ∈ [70,215] the boom bends in the horizontal direction against the slewing direction, so that Δγ e increases. The error Δx tr,e becomes negative at the beginning of the automated load lift because the radial target hook position becomes smaller than the actual radial hook position. This is caused by an incorrect determination of the actual hook position by the sensor evaluation of the tower crane, since the sensor evaluation of the slewing angle in the radial direction has a smaller value than the actual one.

Während der Schwenkbewegung bleibt Δxtr,e konstant, was bedeutet, dass die Position der Laufkatze 5 verschoben wird. Wird die Laufkatze 5 vom Turm 2 wegbewegt, ergibt sich derselbe Sensorauswertefehler wie bei der Bewegung der Laufkatze 5 zum Turm 2 hin. Da die Bewegungsrichtung gewechselt wird, wird Δxtr,e sogar noch größer bei t ≈ 215s.During the slewing movement, Δx tr,e remains constant, which means that the position of the trolley 5 is shifted. If the trolley 5 is moved away from the tower 2, the same sensor evaluation error occurs as when the trolley 5 moves towards the tower 2. Since the direction of movement is changed, Δ xtr,e becomes even larger at t ≈ 215s.

Der vertikale Fehler ΔZe wird durch die statische Biegung des Auslegers 3 und die Dehnung des Kranseils dominiert. Bei weit ausladenden Katzpositionen ist das auf den Ausleger 3 wirkende Biegemoment größer, weshalb die Nutzlast tiefer hängt und der Fehler somit zunimmt. Da das Szenario durch das Absenken der Nutzlast um 1 m beendet wird, wird die Soll-Höhe kleiner. Da der Hubantrieb mit einer kurzen Verzögerung bewegt wird, ist die Soll-Höhe gleich der realen Höhe und verursacht ΔZe = 0 während einer kurzen Zeitspanne von etwa t ≈ 303s.The vertical error ΔZ e is dominated by the static bending of the boom 3 and the stretching of the crane rope. For wide-reaching trolley positions, the bending moment acting on the boom 3 is larger, which is why the payload hangs lower and the error thus increases. Since the scenario is terminated by lowering the payload by 1 m, the target height becomes smaller. Since the hoist drive is moved with a short delay, the target height is equal to the real height and causes ΔZ e = 0 for a short period of time of about t ≈ 303s.

Die mittleren absoluten Fehler (MAE) zwischen dem Ergebnis des Regressionsmodells und dem gemessenen Fehler sind gegeben durch MAEγ = 0.24°, MAEtr = 5.4cm, und MAEZ = 3cm. Alle MAEs werden von der Messgenauigkeit der GNSS-Sensoren beeinflusst, die im besten Fall etwa 2 cm beträgt. Da die MAEs fast die gleichen Werte haben wie die Messgenauigkeit, funktioniert die Vorhersage durch das Regressionsmodell beeindruckend gut. Der Rest der MAEs ergibt sich daraus, dass nur Messungen für unterschiedliche Übergänge und unterschiedliche Nutzlasten oder zufällige Störungen wie Wind oder das Lagerspiel des Drehantriebs einbezogen werden.The mean absolute errors (MAEs) between the regression model result and the measured error are given by MAE γ = 0.24°, MAE tr = 5.4cm, and MAE Z = 3cm. All MAEs are influenced by the measurement accuracy of the GNSS sensors, which is about 2 cm in the best case. Since the MAEs have almost the same values as the measurement accuracy, the prediction by the regression model works impressively well. The rest of the MAEs result from only including measurements for different transitions and different payloads or random disturbances such as wind or the bearing play of the rotary drive.

8 zeigt den gewünschten Hubpfad zd (schwarz), die korrigierten Hubpfade z d ,1 ˜ , z d ,2 ˜

Figure DE102023110203A1_0054
(gestrichelt) und die GNSS-Position des Kranhakens (durchgezogen), die während der Verfolgung des gewünschten Hubpfads (grün) und während der Verfolgung des durch den ersten (blau) und zweiten (rot) obengenannten Ansatzes Annäherung korrigierten Hubpfads gemessen wurde. Das Zeitraster für die Bestimmung der Ausgleichsbahn durch die zweite Annäherung zd,2 wird berechnet mit Nt = 105. 8 shows the desired stroke path z d (black), the corrected stroke paths z d ,1 ˜ , z d ,2 ˜
Figure DE102023110203A1_0054
(dashed) and the GNSS position of the crane hook (solid) measured during the tracking of the desired lifting path (green) and during the tracking of the lifting path corrected by the first (blue) and second (red) approach mentioned above. The time grid for the determination of the compensation trajectory by the second approach z d,2 is calculated with N t = 105.

Es ist zu beobachten, dass die Höhe der gestrichelten Ausgleichsbahnen umso mehr zunimmt, je weiter der Wagen vom Turm entfernt ist. Dies ist wichtig, weil die Biegeabweichung des Turms und des Auslegers umso größer ist, je weiter die Laufkatze vom Turm entfernt ist. Daher fällt die grüne Linie ab, während die durchgezogene rote und blaue Linie in der gleichen horizontalen Ebene bleiben. Die Biegung in vertikaler Richtung ist nicht vollständig eliminiert, da es einen Versatz zwischen der schwarzen und der durchgezogenen blauen bzw. roten Linie gibt. Dieser Versatz liegt im Bereich der im vorherigen Unterabschnitt ermittelten MAE und ist auch durch die negativ beeinflusste Messgenauigkeit der GNSS-Sensoren gerechtfertigt. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die Genauigkeit der verwendeten GNSS-Sensoren durch die Metallstruktur des Krans erheblich gestört wird: Obwohl Real Time Kinematic verwendet wird, treten große Spitzen in der durchgezogenen grünen, roten und blauen Linie in der Mitte und am Ende des Schwenkvorgangs auf.It can be observed that the height of the dashed compensation trajectories increases the more the trolley is from the tower. This is important because the bending deviation of the tower and boom is greater the further the trolley is from the tower. Therefore, the green line drops while the solid red and blue lines remain in the same horizontal plane. The bending in the vertical direction is not completely eliminated because there is an offset between the black and the solid blue and red lines, respectively. This offset is in the range of the MAE determined in the previous subsection and is also justified by the negatively affected measurement accuracy of the GNSS sensors. The results also show that the accuracy of the GNSS sensors used is significantly disturbed by the metal structure of the crane: although Real Time Kinematic is used, large peaks in the solid green, red and blue lines occur in the middle and at the end of the slewing operation.

In 9 sind die Komponenten des Bahnfehlers dargestellt. Es ist zu beachten, dass die Korrektur der einzelnen Bahnpunkte zu einer unterschiedlichen Übergangszeit zwischen den einzelnen Bahnpunktpaaren führt. Somit hat der durch Ansatz 1 und 2 erhaltene Gesamtpfad eine andere Übergangszeit als der ursprüngliche schwarze Pfad. Zur Bewertung des Bahnverfolgungsfehlers werden die Komponenten Δγe, Δxtr,e, und ΔZe durch Formulierung des Vektors bestimmt, der jede GNSS-Messung mit dem nächstgelegenen Punkt auf dem Soll-Pfad in Polarkoordinaten verbindet. Folglich sind die Fehler Δγe und Δxtr,e gleich Null während t ∈ [83,187] bzw. t ∈ [20,66], und t ∈ [211,294], was dadurch bedingt ist, dass die Komponenten durch den jeweils nächstgelegenen Punkt auf dem gewünschten Hubpfad bestimmt werden, der denselben Schwenkwinkel bzw. dieselbe Fahrwerksposition aufweist.In 9 the components of the trajectory error are shown. It should be noted that the correction of the individual trajectory points leads to a different transition time between the individual trajectory point pairs. Thus, the overall path obtained by approaches 1 and 2 has a different transition time than the original black path. To evaluate the trajectory tracking error, the components Δγ e , Δx tr,e, and ΔZ e are determined by formulating the vector that connects each GNSS measurement with the closest point on the desired path in polar coordinates. Consequently, the errors Δγ e and Δx tr,e are zero during t ∈ [83,187] and t ∈ [20,66], and t ∈ [211,294], respectively, because the components are determined by the nearest point on the desired lift path that has the same swing angle or the same chassis position.

Die Fehler Δγe und Δxtr,e sind aufgrund der guten Leistung des Nachführreglers bereits klein und werden auch von unerwarteten Störungen dominiert, die nur zu einer geringen Verbesserung der Ergebnisse führen. Zu diesen Störungen gehören Windböen, eine permanent auftretende Schwingung beim Bewegen der Nutzlast und Lagerspiel. Während der langen Drehung im Zeitintervall t ∈ [70,210]wird der Offset in der Fahrwerksposition Δxtr,e wird durch beide Ansätze eliminiert.The errors Δγ e and Δx tr,e are already small due to the good performance of the tracking controller and are also dominated by unexpected disturbances that lead to only a small improvement in the results. These disturbances include wind gusts, a permanent vibration when moving the payload and bearing play. During the long rotation in the time interval t ∈ [70,210], the offset in the landing gear position Δx tr,e is eliminated by both approaches.

Der Bahnfehler, der durch die Verfolgung der mit dem zweiten Ansatz erzeugten Ausgleichsbahn entsteht, ergibt relativ große Spitzen am Ende der langen Kurve beit ≈ 190s und nach dem Absenken der Nutzlast bei t ≈ 295s. Diese Spitzen werden durch die Anwendung des Algorithmus zur Erzeugung von Bahnen verursacht, der P2 Einführung von Kugeln mit einem Radius von 1 m. Aufgrund der Kugeln führt der Haken die Übergänge früher aus als die gewünschte Bahn. Die Kompensation mit beiden Ansätzen lohnt sich am meisten in Bezug auf den Fehler ΔZe in vertikaler Richtung aus. Der unkompensierte Fehler wächst beim betrachteten Beispiel bei weiter ausladenden Laufkatzenpositionen und zeigt einen durchschnittlichen Fehler von 22cm in ΔZe auf, während die Kompensation den Fehler während des gesamten Übergangs annähernd bei Null hält und den durchschnittlichen Bahnfehler in ΔZe auf 4,3 cm bzw. 5,1 cm.The trajectory error resulting from following the compensation trajectory generated with the second approach gives relatively large peaks at the end of the long curve at t ≈ 190s and after lowering the payload at t ≈ 295s. These peaks are caused by the application of the trajectory generation algorithm, which involves P 2 introduction of spheres with a radius of 1 m. Due to the spheres, the hook performs the transitions earlier than the desired trajectory. Compensation with both approaches is most worthwhile in terms of the error ΔZ e in the vertical direction. The uncompensated error in the considered example increases with more extended trolley positions and shows an average error of 22cm in ΔZ e , while compensation keeps the error almost zero during the entire transition and reduces the average trajectory error in ΔZ e to 4.3 cm and 5.1 cm, respectively.

Insgesamt funktioniert die vorgestellte Kompensation in vertikaler Richtung gut und verbessert die Bahnverfolgungsleistung in horizontaler Richtung hauptsächlich durch die Eliminierung von Offsets. Somit ist der Vorteil der Verwendung des korrigierten Hubpfades z d ,2 ˜

Figure DE102023110203A1_0055
für die Kompensation stattdessen z d ,1 ˜
Figure DE102023110203A1_0056
gering ist. Die MAE wird beim betrachteten Beispiel von 24cm auf 9cm bzw. 12cm reduziert, was einer durchschnittlichen Fehlerreduktion von 50% entspricht. Beide Kompensationsansätze sind besonders geeignet, um die Positioniergenauigkeit des Turmdrehkrans zu erhöhen, indem Offsets und Abweichungen durch Biegung eliminiert werden. Die MAE an der Zielposition des vorgestellten Experiments wird von 44 cm auf 10 cm und 5 cm reduziert.Overall, the presented compensation works well in the vertical direction and improves the tracking performance in the horizontal direction mainly by eliminating offsets. the advantage of using the corrected stroke path z d ,2 ˜
Figure DE102023110203A1_0055
for compensation instead z d ,1 ˜
Figure DE102023110203A1_0056
is low. The MAE is reduced from 24 cm to 9 cm and 12 cm in the example considered, which corresponds to an average error reduction of 50%. Both compensation approaches are particularly suitable for increasing the positioning accuracy of the tower crane by eliminating offsets and deviations due to bending. The MAE at the target position of the experiment presented is reduced from 44 cm to 10 cm and 5 cm.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 3784616 A1 [0009]EP 3784616 A1 [0009]

Claims (14)

Verfahren zum automatisierten Positionieren und/oder automatisierten Verfahren des Lastaufnahmemittels (7) eines Krans (1), insbesondere des Lasthakens eines Turmdrehkrans, mit folgenden Schritten: in einer Kalibrierphase: - Sammeln von Trainingsdaten, die Positionierfehler des Lasthakens (7) in verschiedenen Bereichen des Arbeitsbereichs des Krans und bei verschiedenen Hublasten am Lastaufnahmemittel (7) charakterisieren, mittels folgender Schritte: ◯ Anfahren verschiedener Soll-Positionen und/oder Abfahren verschiedener Soll-Pfade des Lastaufnahmemittels (7) durch Ansteuern der Antriebe des Krans (1) durch eine Kransteuerung, ◯ Erfassen der tatsächlich angefahrenen Ist-Positionen und/oder des abgefahrenen Ist-Pfads des Lastaufnahmemittels (7) mittels einer Positionserfassungseinrichtung in Absolutkoordinaten, - Bestimmen eines Kranmodells, das die Positionierfehler des Krans über dessen Arbeitsbereich für verschiedene Hublasten beschreibt, durch Regression der gesammelten Trainingsdaten, in einer Kompensations- und/oder Arbeitsbetriebsphase: - Erfassen einer am Lastaufnahmemittel (7) aufgenommenen und/oder aufzunehmenden Hublast, - Korrigieren der Soll-Zielposition und/oder des Soll-Pfads eines automatisierten Lasthubs anhand des bestimmten Kranmodells in Abhängigkeit der erfassten Hublast, und - Ansteuern der Antriebe des Krans durch die Kransteuerung anhand der korrigierten Soll-Zielposition und/oder des korrigierten Soll-Zielpfads.Method for automated positioning and/or automated movement of the load-handling device (7) of a crane (1), in particular the load hook of a tower crane, with the following steps: in a calibration phase: - collecting training data that characterize positioning errors of the load hook (7) in different areas of the crane's working area and at different lifting loads on the load-handling device (7), by means of the following steps: ◯ approaching different target positions and/or traveling different target paths of the load-handling device (7) by controlling the drives of the crane (1) by a crane control, ◯ recording the actual positions actually approached and/or the actual path traveled by the load-handling device (7) by means of a position detection device in absolute coordinates, - determining a crane model that describes the positioning errors of the crane over its working area for different lifting loads, by regression of the collected training data, in a compensation and/or working operation phase: - detecting a lifting load picked up and/or to be picked up on the load-handling device (7), - correcting the target position and/or the target path of an automated load lift based on the specific crane model depending on the detected lifting load, and - controlling the drives of the crane by the crane control based on the corrected target position and/or the corrected target path. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei beim Sammeln der Trainingsdaten in der Kalibrierphase zeitparallel jeweils in Echtzeit die Ist-Positionen und/oder der Ist-Pfad in Absolutkoordinaten erfasst werden und Lastaufnahmemittelpositionen in Krankoordinaten erfasst werden.Method according to the preceding claim, wherein when collecting the training data in the calibration phase, the actual positions and/or the actual path are recorded in absolute coordinates in real time and load handling device positions are recorded in crane coordinates. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Absolutkoordinaten arbeitende Positionserfassungseinrichtung nur in der Kalibrierphase verwendet wird und in der Arbeitsbetriebsphase mit automatisierten Lasthüben der Kran (1) ohne die genannte, in Absolutkoordinaten arbeitende Positionserfassungseinrichtung betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the position detection device operating in absolute coordinates is only used in the calibration phase and in the working operation phase with automated load lifts the crane (1) is operated without said position detection device operating in absolute coordinates. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Kalibrierphase als Trainingsdaten Betriebsparameter der Kranantriebe einschließlich Stellpositionen und/oder Stellgeschwindigkeiten und/oder Zielpositionen in Krankoordinaten erfasst werden.Method according to one of the preceding claims, wherein in the calibration phase operating parameters of the crane drives including setting positions and/or setting speeds and/or target positions in crane coordinates are recorded as training data. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Kalibrierphase als Trainingsdaten Sensor- und/oder Steuerbefehlsdaten eines Pendeldämpfungssystems des Krans einschließlich der Positionen (qdr) sowie der Geschwindigkeiten ( q ˙ d r )
Figure DE102023110203A1_0057
der Antriebssysteme des Krans (1), die vom Lastsensor gemessene Nutzlast (mpl), Ansteuerbefehlen der Kransteuerung, der quadratischen und kubischen Katzpositionen ( x t r 2 )
Figure DE102023110203A1_0058
und ( x t r 3 )
Figure DE102023110203A1_0059
sowie der angenäherten Nutzlastschwankungsabstände (lrϕx) und (lrϕy) erfasst werden.
Method according to one of the preceding claims, wherein in the calibration phase, sensor and/or control command data of a pendulum damping system of the crane including the positions (q dr ) and the speeds ( q ˙ d r )
Figure DE102023110203A1_0057
the drive systems of the crane (1), the payload measured by the load sensor (m pl ), control commands of the crane control, the square and cubic trolley positions ( x t r 2 )
Figure DE102023110203A1_0058
and ( x t r 3 )
Figure DE102023110203A1_0059
and the approximate payload fluctuation distances (l r ϕ x ) and (l r ϕ y ).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Bestimmen des Kranmodells durch Regression der Trainingsdaten eine lineare Regression mit nicht-linearen Basisfunktionen vorgenommen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein when determining the crane model by regression of the training data, a linear regression with non-linear basis functions is carried out. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Bestimmen des Kranmodells durch Regression der Trainingsdaten Positionsdaten ( x t r 2 )
Figure DE102023110203A1_0060
und ( x t r 3 )
Figure DE102023110203A1_0061
einer Laufkatze (5) des Krans (1) in zweiter Potenz und/oder dritter Potenz verarbeitet werden.
Method according to one of the preceding claims, wherein when determining the crane model by regression of the training data, position data ( x t r 2 )
Figure DE102023110203A1_0060
and ( x t r 3 )
Figure DE102023110203A1_0061
a trolley (5) of the crane (1) in second power and/or third power.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Regression der Trainingsdaten die Zahl der unabhängigen Variablen verkleinert und eine Untergruppe von Variablen für das Kranmodell ausgewählt wird, wobei insbesondere ein Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO) angewendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in the regression of the training data the number of independent variables is reduced and a subgroup of variables is selected for the crane model, in particular a Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO) is applied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ist-Positionen und/oder der Ist-Pfad des Lastaufnahmemittels (7) in Absolutkoordinaten mittels zumindest eines GNSS-Sensors und/oder eines Tachymetersystems und/oder einem lokalen Ultrabreitband-Tagsystems erfasst werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the actual positions and/or the actual path of the load-carrying means (7) are recorded in absolute coordinates by means of at least one GNSS sensor and/or a tachymeter system and/or a local ultra-wideband tag system. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kalibrierphase auf der Baustelle ausgeführt wird, auf der auch die Arbeitsbetriebsphase ausgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the calibration phase is carried out on the construction site at which the operational phase is also carried out. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die Kalibrierphase auf einem Testgelände durchgeführt und die Arbeitsbetriebsphase mit automatisierten Lasthüben auf einem vom Testgelände unterschiedlichen Baustellengelände ausgeführt wird, wobei in der Kalibrierphase auf dem Testgelände ein Referenzort bestimmt und das Kranmodell darauf bezogen wird und der Aufstellort des Krans (1) im Baustellengelände für die Arbeitsbetriebsphase in Abhängigkeit des genannten Referenzpunkts und eines Referenzpunkts des georeferenzierten Baustellekoordinatensystems gewählt wird.Method according to one of the Claims 1 - 9 , wherein the calibration phase is carried out on a test site and the working operation phase is carried out with automated load lifts on a construction site different from the test site, wherein in the calibration phase on the test site a reference location is determined and the crane model is related to it and the installation location of the crane (1) in the construction site for the working operation phase is selected depending on the said reference point and a reference point of the georeferenced construction site coordinate system. Kran, insbesondere Turmdrehkran, mit einem Ausleger (3), der um eine aufrechte Achse (4) schwenkbar ist, sowie einem Hubseil (9), das von dem Ausleger (3) abläuft, ein Lastaufnahmemittel (7) wie beispielsweise einen Lasthaken trägt und von einem Hubwerk absenkbar und anhebbar ist, sowie einer elektronischen Kransteuerung zum Ansteuern der Antriebe des Krans, insbesondere eines Drehwerks, eines Katzfahrantriebs und eines Hubwerks, dadurch gekennzeichnet, dass die Kransteuerung ein Kalibriermodul und ein Kompensationsmodul aufweist, wobei das Kalibriermodul dazu ausgebildet ist, in einer Kalibrierphase: - Sammeln von Trainingsdaten, die Positionierfehler des Lasthakens (7) in verschiedenen Bereichen des Arbeitsbereichs des Krans und bei verschiedenen Hublasten am Lastaufnahmemittel (7) charakterisieren, mittels folgender Schritte: ◯ Anfahren verschiedener Soll-Positionen und/oder Abfahren verschiedener Soll-Pfade des Lastaufnahmemittels (7) durch Ansteuern der Antriebe des Krans (1) durch eine Kransteuerung, ◯ Sammeln von Positionsdaten der tatsächlich angefahrenen Ist-Positionen und/oder des abgefahrenen Ist-Pfads des Lastaufnahmemittels (7), bereitgestellt von einer Positionserfassungseinrichtung in Absolutkoordinaten, - Bestimmen eines Kranmodells, das die Positionierfehler des Krans über dessen Arbeitsbereich für verschiedene Hublasten beschreibt, durch Regression der gesammelten Trainingsdaten, und das genannte Kompensationsmodul dazu ausgebildet ist, in einer Arbeitsbetriebsphase: - Erfassen einer am Lastaufnahmemittel (7) aufgenommenen und/oder aufzunehmenden Hublast, - Korrigieren der Soll-Zielposition und/oder des Soll-Pfads eines automatisierten Lasthubs anhand des bestimmten Kranmodells in Abhängigkeit der erfassten Hublast, und - Ansteuern der Antriebe des Krans durch die Kransteuerung anhand der korrigierten Soll-Zielposition und/oder des korrigierten Soll-Zielpfads auszuführen.Crane, in particular a tower crane, with a boom (3) which can be pivoted about an upright axis (4), and a hoist cable (9) which runs from the boom (3), carries a load-carrying device (7) such as a load hook and can be lowered and raised by a hoist, and an electronic crane control for controlling the drives of the crane, in particular a slewing gear, a trolley drive and a hoist, characterized in that the crane control has a calibration module and a compensation module, wherein the calibration module is designed, in a calibration phase: - collecting training data which characterize positioning errors of the load hook (7) in different areas of the working area of the crane and at different lifting loads on the load-carrying device (7), by means of the following steps: ◯ moving to different target positions and/or traveling along different target paths of the load-carrying device (7) by controlling the drives of the crane (1) by a crane control, ◯ Collecting position data of the actual positions actually approached and/or the actual path traveled by the load handling device (7), provided by a position detection device in absolute coordinates, - determining a crane model which describes the positioning errors of the crane over its working range for different lifting loads, by regression of the collected training data, and said compensation module is designed to carry out the following in a working operation phase: - detecting a lifting load picked up and/or to be picked up on the load handling device (7), - correcting the desired target position and/or the desired path of an automated load lift based on the determined crane model depending on the detected lifting load, and - controlling the drives of the crane by the crane control based on the corrected desired target position and/or the corrected desired target path. Verfahren zum Korrigieren von Positionsfehlern und/oder Abweichungen des Pfads eines Lastaufnahmemittels (7) eines Krans in georeferenzierten Koordinaten einer Baustelle, mit folgenden Schritten: - Sammeln von Trainingsdaten, die Positionierfehler des Lasthakens (7) in verschiedenen Bereichen des Arbeitsbereichs des Krans und bei verschiedenen Hublasten am Lastaufnahmemittel (7) charakterisieren, mittels folgender Schritte: ◯ Anfahren verschiedener Soll-Positionen und/oder Abfahren verschiedener Soll-Pfade des Lastaufnahmemittels (7) durch Ansteuern der Antriebe des Krans (1) durch eine Kransteuerung, ◯ Erfassen der tatsächlich angefahrenen Ist-Positionen und/oder des abgefahrenen Ist-Pfads des Lastaufnahmemittels (7) mittels einer Positionserfassungseinrichtung in Absolutkoordinaten, - Bestimmen eines Kranmodells, das die Positionierfehler des Krans über dessen Arbeitsbereich für verschiedene Hublasten auch für Abschnitte des Arbeitsbereichs, in denen keine Soll-Positionen und/oder Soll-Pfade angefahren wurden, beschreibt, durch Regression der gesammelten Trainingsdaten.Method for correcting position errors and/or deviations in the path of a load-handling device (7) of a crane in georeferenced coordinates of a construction site, with the following steps: - Collecting training data that characterize positioning errors of the load hook (7) in different areas of the crane's working area and at different lifting loads on the load-handling device (7), by means of the following steps: ◯ Approaching different target positions and/or traveling different target paths of the load-handling device (7) by controlling the drives of the crane (1) by a crane control, ◯ Recording the actual positions actually approached and/or the actual path of the load-handling device (7) traveled by means of a position detection device in absolute coordinates, - Determining a crane model that calculates the positioning errors of the crane over its working area for different lifting loads, including for sections of the working area in which no target positions and/or target paths were approached, describes, by regression of the collected training data. System zum Korrigieren von Positionsfehlern und/oder Abweichungen des Pfads eines Lastaufnahmemittels (7) eines Krans (1) in georeferenzierten Koordinaten einer Baustelle, aufweisend ein Kalibriermodul und ein Kompensationsmodul, wobei das Kalibriermodul dazu ausgebildet ist, in einer Kalibrierphase: - Sammeln von Trainingsdaten, die Positionierfehler des Lasthakens (7) in verschiedenen Bereichen des Arbeitsbereichs des Krans und bei verschiedenen Hublasten am Lastaufnahmemittel (7) charakterisieren, mittels folgender Schritte: ◯ Anfahren verschiedener Soll-Positionen und/oder Abfahren verschiedener Soll-Pfade des Lastaufnahmemittels (7) durch Ansteuern der Antriebe des Krans (1) durch eine Kransteuerung, ◯ Erfassen der tatsächlich angefahrenen Ist-Positionen und/oder des abgefahrenen Ist-Pfads des Lastaufnahmemittels (7) mittels einer Positionserfassungseinrichtung in Absolutkoordinaten, - Bestimmen eines Kranmodells, das die Positionierfehler des Krans über dessen Arbeitsbereich für verschiedene Hublasten beschreibt, durch Regression der gesammelten Trainingsdaten, auszuführen, und das genannte Kompensationsmodul dazu ausgebildet ist, in einer Arbeitsbetriebsphase: - Erfassen einer am Lastaufnahmemittel (7) aufgenommenen und/oder aufzunehmenden Hublast, - Korrigieren der Soll-Zielposition und/oder des Soll-Pfads eines automatisierten Lasthubs anhand des bestimmten Kranmodells in Abhängigkeit der erfassten Hublast, auszuführen.System for correcting position errors and/or deviations of the path of a load-handling device (7) of a crane (1) in georeferenced coordinates of a construction site, comprising a calibration module and a compensation module, wherein the calibration module is designed to: - collect training data that characterize positioning errors of the load hook (7) in different areas of the working range of the crane and at different lifting loads on the load-handling device (7), by means of the following steps: ◯ approaching different target positions and/or traveling different target paths of the load-handling device (7) by controlling the drives of the crane (1) by a crane control, ◯ detecting the actual positions actually approached and/or the actual path traveled by the load-handling device (7) by means of a position detection device in absolute coordinates, - determining a crane model that describes the positioning errors of the crane over its working range for different lifting loads, by regression of the collected training data, and said compensation module is designed to: - detecting a lifting load picked up and/or to be picked up on the load handling device (7), - correcting the desired target position and/or the desired path of an automated load lift based on the specific crane model depending on the detected lifting load.
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