AT514116A1

AT514116A1 - Regelsystem und Verfahren zum Steuern der Orientierung eines Segments eines Manipulators

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Publication number: AT514116A1
Application number: ATA50240/2013A
Authority: AT
Original assignee: Ttcontrol Gmbh
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-10-15
Also published as: WO2014165889A1; US20160076263A1; US10106994B2; CN105247148A; CN105247148B; EP2984254A1

Abstract

Regelsystem zum Steuern der Orientierung eines Segments (5.3) eines Manipulators, insbesondere eines Großmanipulators für Autobetonpumpen, wobei das Segment (5.3) über ein Gelenk (5.5) mit einer Basis (5.4) oder einem Vorgängersegment (5.3) des Manipulators verbunden ist und an dem Gelenk (5.5) gegenüber der Basis (5.4) bzw. dem Vorgängersegment (5.3) um zumindest eine Drehachse mittels zumindest eines Stellorgans (5.6), vorzugsweise hydraulischen Stellorgans, schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem zumindest umfasst:- einen ersten Sensor (4.1), welcher an einem an dem Gelenk (5.5) angebundenen Segment (5.3) angeordnet ist und ein einer Deformation des Segments (5.3) entsprechendes erstes Messsignal - als „Deformationssignal" bezeichnet - liefert,- einen zweiten Sensor (4.2, 4.3), welcher ein der räumlichen Orientierung des an dem Gelenk (5.5) angebundenen Segments (5.3) entsprechendes zweites Messsignal - als „Orientierungssignal" bezeichnet - liefert, und- zumindest ein dem Gelenk (5.5) zugeordnetes Stellorgan (5.6);und dazu eingerichtet ist, das Deformationssignal und das Orientierungssignal als Eingangsgrößsen zu verarbeiten und aus diesen unter Berücksichtigung einer Sollorientierung des dem Gelenk (5.5) zugeordneten Segments (5.3) ein Stellsignal zu bestimmen, welches dem zugeordneten Stellorgan (5.6) zugeführt ist.

Description

P13118

Regelsystem und Verfahren zum Steuern der Orientierung eines Segments eines

Manipulators

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem zum Steuern der Orientierung eines Segments eines Manipulators, insbesondere eines Großmanipulators für Λυtobetonpumpen, wobei das Segment über ein Gelenk mit einer Basis oder einem Vorgängersegment des Manipulators verbunden ist und an dem Gelenk gegenüber der Basis bzw. dem Vorgängersegment um zumindest eine Drehachse mittels zumindest eines Stellprgans, vorzugsweise hydraulischen Stellorgans, schwenkbar ist.

Des Weiteren betrifft die Erfindung einen elektrohydraulischen Steuerkreis zum Ansteuern eines hydraulisch betätigten Stellorgans, mittels dessen ein Segment eines Manipulators, insbesondere eines Großmanipulators für Autobetonpumpen, hinsichtlich seiner Orientierung verstellbar ist.

Derzeit eingesetzte elektrohydraulische Steuerkreise bzw. damit in Zusammenhang stehende Regelsysteme, wie diese beispielsweise zum Ansteuern von mehrgliedrigen Großmanipulatoren für Autobetonpumpen verwendet werden, verfügen im Allgemeinen über einen zentralen Steuerblock, wobei einzelnen Segmente einzeln angesteuert werden können. Hierzu sind den Segmenten hydraulische Stellorgane zugeordnet, welche wahlweise elektrohydraulisch mittels Pilotventilen oder manuell über ITandhebel bedient werden können. Die hydrauIischen Stellorgane sind in der Regel als HydrauIikzy 1 inder ausgeführt, wobei die Auslenkung eines im Zylinder aufgenommenen Kolbens mit der Auslenkung eines zu geordneten Segments korreliert. Zur Dämpfung von elastischen Schwingungen werden in den derzeit eingesetzten Systemen Algorithmen verwendet, gemäß welchen die Druckdifferenz des Kammerndruckes des jeweiligen Zylinders auf das dem Zylinder zugehörige Steuerventil rückführt wird. Um einen durch die Rückführung bedingten Drift der Segmente zu verhindern und eine 1 -astenregelung zu ermöglichen, werden bekannte Systeme häufig mit geodätischen Winkel- bzw. Neigungssensoren ausgerüstet.

Die eingangs beschriebenen elektrohvdraulischen Steuerkreise bzw. damit in Zusammenhang stehende Regelsysteme weisen zahlreiche Nachteile auf, die wie folgt erörtert werden. Der Einsatz eines zentralen Steuerblocks erfordert beträchtliche Leitungslängen, z.B. bis zu 2/29 -2- P13118 70m, zwischen den Hydraulikzylindern und den sie steuernden Ventilen. Lange Leitungen verschlechtern allerdings das Ansprechverhalten des elektrohydraulischen Steuerkreises aufgrund von Verzögerungen, erhöhen die Anfälligkeit für Leitungsbrüche, schränken den an den Segmenten verfügbaren Raum ein und erhöhen die Kosten des elektrohydraulischen Steuerkreises. Weiters müssen zur Vermeidung eines ungewollten Absinkens eines Segmentes häufig Senkbremsventile eingesetzt werden, welche nur bei einem entsprechenden Druck in den zugehörigen hydraulischen Zuleitungen (und damit betätigtem Steuerventil) öffnen. Da jeder Öffnungsvorgang mit einer zeitlichen Dauer behaftet ist, führen diese zu einer zusätzlichen Verzögerung und einer weiteren Verschlechterung des Ansprechverhaltens. Die bei einer aktiven Regelung zu erwartenden häufigen Wechsel der Verfahrrichtung bewirken ein unablässiges Öffnen und Schließen der Senkbremsventile. Insbesondere ein bei langsamen Verfahrgeschwindigkeiten Undefinierter Öffnungszustand der beteiligten Ventile induziert elastische Schwingungen der Segmente. Da die Druckversorgung des elektrohydraulischen Steuerkreises kein Konstantdrucksystem darstellt und der Versorgungsdruck das Ansprechverhalten beeinflusst, können zusätzliche Verzögerungen aufgrund der Höhe des Versorgungsdruckes aufireten, Elektroh yd rau 1 ischen Steuerkreise, die ausschließlich in Hardware umgesetzt sind, sind nicht flexibel einsetzbar und können nicht an den jeweiligen Betrieb angepasst werden.

Aufgrund dieser Schwächen sind die derzeit eingesetzten elektrohydraulischen Steuerkreise bzw. damit in Zusammenhang stehende Regelsysteme für die Umsetzung von hochdynamischen Regelungsstrategien nicht geeignet. Das durch die beschriebenen Effekte verzögerte Anspreehverhdlten wirkt sich insbesondere bei kleinen Verfahrgeschwindigkeiten negativ auf die Steuerung der Segmente aus.

Die Druckschrift EP 1 882 795 Bl zeigt einen Großmanipulator, insbesondere für Betonpumpen mit einem auf einem Gestell angeordneten, vorzugsweise um eine vertikale Drehachse drehbaren Mastbock, mit einem aus mindestens drei Mastarmen zusammengesetzten Knickmast. Zur Bestimmung einer von den mechanischen Schwingungen eines betreffenden Mastarms abgeleiteten zeitabhängigen Messgröße sind Drucksensoren vorgesehen, wobei an einem bodenseitigen und an einem stangenseitigen Ende eines Kolbens je ein Drucksensor angebracht ist und die Druckdifferenz das entsprechende zeitabhängige Messsignal liefert. 3/29 -3- P13118

Die verwendeten Systeme, welche typischerweise zur aktiven Dämpfung von elastischen Schwingungen eingesetzt werden, haben folgende Nachteile: Darin eingesetzte Drucksensoren messen nicht direkt die dynamischen Zustände des Segments. Schwingungen, die auf (beispielsweise aufgrund einer I laftreibung) feststehende Hydraulikzylinder wirken, können so nicht festgestellt werden. Des Weiteren können nicht berücksichtigte dynamische Effekte, welche z.B. durch eine nichtideale Druckversorgung verursacht werden, einen direkten Einfluss auf rückzuführende Messsignale haben und reduzieren damit die Leistungsfähigkeit des elektrohydrau 1 ischen Steuerkreises bzw. des zugehörigen Kegelsystems.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen elektrohyd rau Iischen Steuerkreis zum Ansteuern eines hydraulisch betätigten Stellorgans bzw. ein Regelsystem zu schaffen, mit dem die oben genannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt.

In einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem erfindungsgemäßen elektrohyd rau I ischen Steuer kreis der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem ein elektrisch angesteuertes erstes Ventil, welches mit hydraulischen Arbeitsleitungen des Stellorgans zu dessen Ansteuerung verbunden ist, sowie in den Arbeitsleitungen des Stellorgans vorgesehenen Sperrventile, die an dem Stellorgan oder dem diesem Stellorgan zugeordneten Segment angeordnet und für den Normalbetrieb des Stellorgans entsperrbar sind, wobei das Entsperren der Sperrventile durch eine von dem ersten Ventil und den Sperrventilen gesonderte elektronische Steuereinrichtung angesteuert wird.

Dank dieser erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, die eingangs angeführten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und einen elektrohydraulischen Steuerkreis zu schaffen, der sicher und robust ist, eine hohe Zuverlässigkeit aufweist und effizient an den jeweiligen Einsatz angepasst sowie flexibel eingesetzt werden kann. Besonders günstig ist es hierbei, wenn die Sperrventile leckagefrei sind. Der Einsatz einer elektronischen Steuereinrichtung erlaubt die Verwendung von Software, wodurch die Erfindung besonders flexibel einsetzbar ist und rasch an gegebene Erfordernisse angepasst werden kann. Des Weiteren erlaubt die elektronische Steuereinrichtung eine einfache Steuerung/Regelung der Verfahrgeschwindigkeit sowie der Stellkraft des Stellorgans. Generell sind die Begriffe „Ansteuern", „Steuern" und „Regeln" im Zuge dieser Anmeldung nicht als einschränkend aufzufassen, sofern dies nicht explizit angegeben ist. So kann eine Steuerung durch Rückkopplung von Signalen auch zur Regelung verwendet werden, eine Regelung Steueraufgaben übernehmen 4/29 -4- Ρ131Ί8 und unter dem Begriff „Ansteuern" sowohl ein Regeln als auch ein Steuern verstanden werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das erste Ventil an dem Stellorgan oder dem Stellorgan zugeordneten Segment angeordnet. Hierdurch werden die Leitungslängen der Ärbeitsleitungen zwischen dem Stellorgan und dem ersten Ventil auf ein Minimum reduziert. Dies verbessert das Ansprechverhalten des elektrohydraulischen Steuerkreises, senkt die Anfälligkeit für Leitungsbrüche, reduziert die Anzahl der (Arbeits-)Leitungen, die entlang eines Segments oder mehreren Segmenten geführt werden, erhöht somit den an dem Segment/den Segmenten verfügbaren Raum und senkt die Kosten des elektrohydraulischen Steuerkreises.

Um einen besonders kompakten und robusten Aufbau des Steuerkreises zu realisieren, kann es vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung als eine für das Segment dedizierte elektronische Einrichtung ausgebildet ist, die vorzugsweise an dem Stellorgan oder an dem Stellorgan zugeordneten Segment angeordnet ist. Alternativ dazu könnte die elektronische Einrichtung ebenso an einem dem Segment zugeordneten Stellorgan oder in dessen unmittelbarer Nähe angebracht sein.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Arbeitsleitungen des Stellorgans mit Drucksensoren ausgestattet sind, deren Signale der Steuereinrichtung zur Überwachung der am Stellorgan wirkenden Kräfte und/oder Momente und/ oder Belastung zu geführt sind. Die Überwachung der am Stellorgan wirkenden Kräfte und/oder Momente und/oder Belastung erlaubt die Implementierung zahlreicher Hilfsfunktionen. So kann der Steuerkreis beispielsweise eine an dem Stellorgan wirkende Stellgröße (insbesondere einen Zustand bzw. eine Stellung des elektrisch angesteuerten ersten Ventils) unmittelbar dem Betrieb und/oder einer Last angepasst werden. Beispielhaft seien hier Maßnahmen zum Erreichen einer konstanten Verfahrgeschwindigkeit eines Segments („Servokompensation") oder auch diverse Fail-Safe-Funktionen (z.B. die automatische Erkennung von Überdruck und das Einleiten sicherheitsrelevanter Maßnahmen) erwähnt. ln einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Steuerkreis, welcher von einer Druckversorgung versorgt ist weiterentwickelt, indem ein Drucksensor zur Überwachung der Druckversorgung vorgesehen ist, zum Erzeugen eines Signals, das der Steuereinrichtung 5/29 - i- PI 3118 zur Anpassung der Ansteuerung des ersten Ventils an durch den Drucksensor erfasste Druckschwankungen zugeführt ist. Dies ermöglicht eine Anpassung der Druckversorgung an den Betrieb und/oder die Last.

Eine einfache und doch besonders zweckmäßige Ausgestaltung' der Erfindung ist gegeben, indem das erste Ventil als proportional wirkendes Ventil, insbesondere als Proportionaivem til ausgeführt ist. Das erste Ventil kann als sogenanntes „Stetigventil" ausgeführt sein, welches nicht diskret geschaltet wird, sondern einen stetigen Übergang von Schaltstellungen zulässt. Damit ist ein Volumenstrom eines Fluids einstellbar.

Die Entsperrung der Sperrventile kann direkt oder indirekt erfolgen. So kann in einer günstigen Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung ein Schaltventil ansteuert, welches hydraulische EntSperrleitungen der Sperrventile versorgt. In einer alternativen Variante steuert die Steuereinrichtung die Entsperrung der Sperrventile über elektromagnetische Betätigung an. Dies erlaubt den Verzicht auf zusätzliche hydraulische Bauteile/ Leitungen.

Um die Anzahl der elektrischen Steuereinrichtungen zu minimieren und eine einfache Zugänglichkeit derselben zu ermöglichen, kann es vorteilhaft sein, eine zentrale elektronische Steuereinrichtung, die zum Steuern mehrerer Steuerkreise einer Vielzahl von Segmenten eines Manipulators ausgelegt ist, vorzusehen.

Die elektronische Steuereinrichtung/en ermöglicht eine flexible und effiziente Berücksichtung von zusätzlichen Parametern, die zur Verbesserung der Performance des Steuerkreises beitragen können. Tn einer Weiterbildung des Steuerkreises können daher dem Stellorgan Sensormittel zugeordnet sein, die den Betriebszustand des Stellorgans und/oder die räumliche Orientierung des zu geordneten Segments erfassen und entsprechende Messsignale erzeugen, welche an eine dem Segment und/oder dem Manipulator zugeordnete Orientierungssteuer/ regeleinrichtung geführt sind.

Um die Betriebssicherheit des Steuerkreises weiter zu erhöhen, kann ein Xotkreis vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise weist dieser in einer vorteilhaften Ausgestaltung einen zu dem ersten Ventil parallel geschalteten hydraulischen Notkreis auf. Außerdem kann der Notkreis bevorzugt zumindest ein steuerbares Schaltventil, welches an dem Stellorgan oder 6/29 -6- P13118 dem Stellorgan /,ugeordneten Segment angeordnet ist und vorzugsweise über eine eigene Druckversorgungsleitung versorgt ist, sowie gegenseitig verkoppelte Ventile zum Erreichen einer Lasthaltefunktion bzw. einer Senkbremsfunktion aufweist.

In einer günstigen Weiterbildung des Steuerkreises weist der Notkreis zusätzlich Drosseln auf, die vorzugsweise jeweils in Serie mit je einem der Ventile des Notkreises geschaltet sind.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, in welcher zumindest das erste Ventil durch eine Druckversorgung über eine Zulaufleitung versorgt ist, kann in der Zulaufleitung ein für den Normalbetrieb entsperrbares Sperrventil angeordnet sein, dessen Entsperrung durch die elektronische Steuereinrichtung gesteuert wird. Dies ermöglicht eine Trennung der dem entsperrbaren Sperrventil nachgeordneten Bauteile/ Leitungen von der Druckversorgung, sodäss beispielsweise eine Abschaltung der Druckversorgung bei einem Fehlerfall der Bauteile/Leitungen (z.B. Leitungsbruch) nicht zwingend erforderlich ist. Somit können andere an die Druckversorgung angeschlossene Bauteile/ Leitungen weiterhin versorgt werden.

Um die Betriebssicherheit des Steuerkreis weiter zu erhöhen, kann es vorgesehen sein, dass die Arbeitsleitungen des Stellorgans durch ein erstes Druckversorgungs- und Rücklaufsystem versorgt sind, während ein von dem ersten System unabhängiges zweites Druckversorgungs- und Rücklaufsystem zur Versorgung von Steuerleitungert des Steuerkreises

Die Erfindung gemäß dem ersten Aspekt betrifft des Weiteren einen Manipulator, insbesondere Großmanipulator für Autobetonpumpen, welcher zumindest ein Segment, vorzugsweise zwei oder mehr Segmente, umfasst und auf einer vorzugsweise um eine vertikale Drehachse drehbaren Basis angeordnet ist, wobei das Segment bzw. ein erstes der Segmente mit der Basis sowie die Segmente miteinander jeweils über ein Gelenk verbunden sind, an dem das betreffende Segment gegenüber der Basis bzw. zueinander um festgelegte Drehachsen mittels zumindest eines hydraulisch betätigten Stellorgans schwenkbar sind, mit einem elektrohydrauIischen Steuerkreis zum Steuern des Stellorgans bzw. zumindest eines der Stellorgane, wie vorangehend diskutiert. 7/29 -7- PI 3118

In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die oben gestellte Aufgabe mit einem erfindungsgemäßen Regelsystem der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem das Regelsystem zumindest Folgendes umfasst: - einen ersten Sensor, welcher an einem an dem Gelenk angebundenen Segment angeordnet ist und ein einer Deformation des Segments entsprechendes erstes Messsignal - als „Deformationssignal" bezeichnet - liefert, - einen zweiten Sensor, welcher ein der räumlichen Orientierung des an dem Gelenk angebundenen Segments entsprechendes zweites Messsignal - als „Orientierungssignal" bezeichnet - liefert, und - zumindest ein dem Gelenk zugeordnetes Stellorgan; und dazu eingerichtet ist, das Deformationssignal und das Orientierungssignal als Eingangsgrößen zu verarbeiten und aus diesen unter Berücksichtigung einer Sollorientierung des dem Gelenk zugeordneten Segments ein Stellsignal zu bestimmen, welches dem zu geordneten Stellorgan zugeführt ist.

Dank dieser erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, Schwingungen in den Segmenten deutlich zu reduzieren und Segmente dynamisch und exakt zu positionieren bzw. zu orientieren. Das Regelsystem kann dabei vorzugsweise in einer in weiterer Folge beschriebenen elektronischen Steuereinrichtung abgebildet sein, die die Messsignale erfasst und effizient und rasch verarbeitet und die Stellsignale ausgibt. Dies ermöglicht einen digitalen Aufbau des Regelsystems, welches dadurch rasch und effizient parametriert und vielseitig eingesetzt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der zweite Sensor einen ein- Oder mehr-achsigen Drehratensensor in Kombination mit einem zwei- oder dreiachsigen Beschleunigungssensor umfasst, deren Messsignale zur Bestimmung des Orientierungssignals verarbeitet werden. Bevorzugt wird ein dreiachsiger Drehratensensor in Kombination mit einem dreiachsigen Beschleunigungssensor verwendet. Dieser Sensoraufbau erlaubt eine besonders exakte Bestimmung des Orientierungssignals.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann zur Verarbeitung der Signale ein Beobachter, insbesondere ein erweitertes Kalman-Filter, verwendet werden. Damit kann die Qualität der Signale zusätzlich gesteigert werden, 8/29 - 8- PI 3118

Um eine besonders kompakte und robuste Ausgestaltung der Erfindung zu ermöglichen, kann es vorgesehen sein, dass der zweite Sensor einen Inertialsensor, vorzugsweise eine inertiale Messeinheit (IMU), umfasst.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Magnetfeldsensor zur Bestimmung eines dritten Winkels der Orientierung des Segments verwendet werden, wodurch die Qualität des gemessenen Orientierungssignals weiter gesteigert werden kann.

Um eine möglichst effiziente, genaue und robuste Messung des Deformationssignals zu ermöglichen, ist es in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der erste Sensor einen Dehnungssensor, beispielsweise einen Dehnmessstreifen, umfasst.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Sensor an dem Segment an einer von dem dem Gelenk zugeordneten Stellorgan gesonderten Position angeordnet ist. Der erste Sensor kann an dem Körper des Segments an geordnet sein.

Des weiteren betrifft die Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt einen Manipulator, insbesondere Großmanipulator für Autobetonpumpen, welcher zumindest ein Segment, vorzugsweise zwei oder mehr Segmente, umfasst und auf einer vorzugsweise um eine vertikale Drehachse drehbaren Basis angeordnet ist, wobei das Segment bzw. ein erstes der Segmente mit der Basis sowie die Segmente miteinander jeweils über ein Gelenk verbunden sind, an dem das betreffende Segment gegenüber der Basis bzw. zueinander um festgelegte Drehachsen mittels zumindest eines vorzugsweise hydraulischen Stellorgans schwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Gelenke ein Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu geordnet ist. Die eingangs beschriebene Problematik im Hinblick auf Schwingungen von Großmanipulatoren ist ein besonders geeignetes Einsatzgebiet des Regelsystems, welches eine deutliche Verbesserung der Einsatzfähigkeit von Großmanipulatoren ermöglicht.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Regelsystems können besonders umfangreich genutzt werden, wenn einer Vielzahl der Gelenke des Manipulators, insbesondere jedem der Gelenke, jeweils ein Regelsystem zugeordnet ist. 9/29 -9- F13118

Der zweite Aspekt der Erfindung kann auch in Form eines Verfahrens zum Steuern der Orientierung eines Segments eines Manipulators, insbesondere eines Großmanipulators für Autobetonpumpen genutzt werden, wobei das Segment über ein Gelenk mit einer Basis oder einem Vorgängersegment des Manipulators verbunden ist, wobei das Segment an dem Gelenk gegenüber der Basis bzw. dem Vorgängersegment um zumindest eine Drehachse mittels zumindest eines vorzugsweise hydraulischen Stellorgans schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem ersten Sensor, welcher an einem an dem Gelenk angebundenen Segment angeordnet ist, ein einer Deformation des Segments entsprechendes erstes Messsignal - als „Deformationssignal" bezeichnet - gewonnen wird, und - in einem zweiten Sensor ein der räumlichen Orientierung des an dem Gelenk angebundenen Segments entsprechendes zweites Messsignal - als „Orientierungssignal" bezeichnet - gewonnen wird, - unter Verwendung des Deformationssignals und des Orientierungssignals als Eingangsgrößen unter Berücksichtigung einer Sollorientierung des dem Gelenk zugeordneten Segments ein Stellsignal bestimmt wird, - das Stellsignal einem dem Gelenk zugeordneten Stellorgan zugeführt wird.

Dieses Verfahren ist vielseitig einsetzbar und besonders geeignet, die Orientierung von Segmenten eines Manipulators zu steuern (sowie zu regeln).

Die Erfindung samt weiteren Ausgestaltungen und Vorteilen ist im Folgenden an Hand mehrerer beispielhafter, nicht einschränkender Ausführungsformen näher erläutert, die in den Figuren veranschaulicht sind. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Transportfahrzeuges mit einem Großmanipulator in einem

Transportzustand,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Transportfahrzeuges gemäß Fig, 1 mit dem Großmanipulator in einem Betriebszustand,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemä-ßen elektrohydrau lischen Steuerkreises, 10/29 -10 - P13118

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Steuerkreises,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Regelsystems und

Fig. 6 eine Seitenansicht auf einen Ausschnitt eines Auslegers des Großmanipulator gemäß

In Fig. 1 ist ein Transportfahrzeug 5.1 in einer Seitenansicht dargestellt, welches einen Großmanipulator 5.2 aufweist, wobei der Großmanipulator 5.2 mehrere Segmente 5.3 aufweist. Fig. 1 zeigt eine Mehrzahl an Segmenten 5.3, wobei zur einfacheren Lesbarkeit in der Darstellung nur ein erstes Segment 5.3 mit Bezugszeichen versehen ist. Die weiteren Segmente 5.3 können im Wesentlichen gleichartig aufgebaut sein, jedoch ist jedes weitere Segment 5.3 mit einem Vorgängersegment 5.3 verbunden. Das erste Segment 5.3 ist darin mit einer Basis 5.4 über ein Gelenk 5.5 Verbunden, wobei die Basis 5.4 z.B. als um eine fahrzeug-feste Hochachse drehbares Drehwerk ausgeführt ist. Alternativ dazu könnte die Basis 5.4 allerdings auch auf beliebige andere Art und Weise ausgestaltet sein - wesentlich ist, dass das erste Segment 5.3 über ein Gelenk 5.5 mit der Basis 5.4 verbunden ist.

Zwischen der Basis 5.4 und dem ersten Segment 5.3 ist ein erstes Stellorgan 5.6 angeordnet, das vorzugsweise als Hydraulikzylinder ausgebildet ist; selbstverständlich kann das Stellorgan 5.6 auch in anderer Weise ausgeführt sein, z.B. als 1 lydraulikmotor. Das erste Stellorgan 5.6 ist dazu eingerichtet, das erste Segment 5.3 zu verschwenken. Die Verschwenkposition wird durch den konstruktiven Aufbau des ersten Segments 5.3, der Basis 5.4 sowie des Gelenks 5.5 und durch eine Auslenkung des Stellorgans 5.6 festgelegt. Um das erste Segment 5.3 zu verschwenken, wird vorzugsweise ein mit dem ersten Segment 5.3 und innerhalb des Hydrau 1 ikzy 1 inders angeordneter Kolben mithilfe von auf den Hydraulikzylinder wirkenden Druckdifferenzen verschoben. Das erste Segment 5.3 ist in der gezeigten Ausführungsform mit weiteren Segmenten 5.3 gelenkig verbunden, wobei jeweils ein Stellorgan 5.6 zwischen dem Vorgängersegment und dem Nachfolgesegment angeordnet ist, wobei das Stellorgan 5.6 in der zuvor beschriebenen Art und Weise ein Verschwenken der einzelnen Segmente 5.3 zueinander ermöglicht. 11/29 - 11 - P13118

Im Rahmen dieser Offenbarung wird unter dem Begriff „Manipulator'' eine Arbeitseinrichtung wie z.B. ein Arm, ein Ausleger, ein Hubwerk, ein Hubgerüst oder ein Mast verstanden, die zum Ansteuern der Position und/oder einer Orientierung mindestens eines mittels mindestens einem Stellorgan 5.6 bewegbaren Segments 5.3 geeignet ist, wobei die Position und/oder Orientierung relativ zu einem Vorgängersegment 5.3 oder der Basis 5.4 erfolgt.

Fig. 2 zeigt das Transportfahrzeug 5.1 mit dem Großmanipulator 5.2 in einem beispielhaften Betriebszustand. Die einzelnen Segmente 5.3 sind darin dergestalt verschwenkt, dass diese gemeinsam eine Art Brücke bilden, die dazu geeignet ist, einen Massetransport über die Verbindung der einzelnen Segmente 5.3 hin zu einer von dem Transportfahrzeug 5.1 abgelegenen Stelle zu ermöglichen, Dieses Erfordernis ist insbesondere bei Großmanipulatoren für Autobetonpumpen gegeben, bei welchen flüssiger Beton über weite Strecken gepumpt werden soll, wie folgend genauer ausgeführt wird.

Entlang der Segmente 5.3 ist zu diesem Zwecke eine (nicht gezeigte) Betonleitung, z.B. ein Förderrohr geführt, die an ihrem Ende einen Auslass 5.7 aufweist, der beispielsweise als herabhängender Endschlauch ausgeführt ist und der anhand der Ausrichtung der Segmente 5.3 gezielt an eine gewünschte Stelle/Position herangeführt werden kann. Aufgrund der großen Entfernungen, die hierbei mittels des Großmanipulators 5.2 und darin angesteuerter Stellorgane 5.6 überbrückt werden, der Elastizität und der Deformation der die Brücke bildenden Bauteile, Änderungen des Druckes in der Betonleitung, äußerer Umwelteinflüsse wie beispielsweise der Einwirkung von Windstößen und dergleichen kommt es zu Schwingungen einschließlich Auf- und Abbewegungen des Großmanipulators 5.2, insbesondere der einzelnen Segmente 5,3 und/oder der Betonleitung, wodurch die Einsatzfähigkeit des Großmanipulators 5.2 eingeschränkt werden kann und/oder im schlimmsten Fall eine Gefährdung der beteiligten Personen gegeben sein kann. Des Weiteren gilt es bei Großmanipulatoren 5.2 Sicherheitsmaßnahmen vorzusehen, die ein ungewolltes Absenken einzelner Segmente 5.3, wie dies beispielsweise durch einen Leitungsbrücb einer Hydraulikleitung eines Hydraulikzylinders verursacht sein könnte, zu verhindern.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Steuerkreises, wie dieser insbesondere für die Anwendung bei obig beschriebenen Großmanipulatoren 5,2 verwendet werden kann. Zur einfacheren Lesbarkeit wurden die Bezugszeichen der vorangegangen Figuren weiter verwendet und 12/29 -12- P13118 cntsprechen, sofern nicht anders definiert, den vorangegangenen Elementen. Das bedeutet allerdings nicht, dass der elektrohydraulische Steuerkreis auf die in den vorangegangnen Figuren gezeigte Ausführungsform eingeschränkt zu betrachten ist. Darin ist ein elektrisch angesteuertes erstes Ventil 2.4 erkennbar, mit welchem ein Stellorgan 5.6, insbesondere der Hydraulikzylinder verfahren werden kann, indem dieses dem Stellorgan 5.6 zugeordnete Arbeitsleitungen Al, A2 mit einer Druckdifferenz beaufschlagt. 1 lierfür werden die Arbeitsleitungen wahlweise jeweils mit einem ersten Druckversorgungssystem P2 oder einem ersten Rücklaufsystem T2 verbunden. Das erste Ventil 2.4 kann beispielsweise als elektromechanisch angesteuertes 4/3-Proportionalwegeventil ausgeführt sein. Die Ansteuerung des ersten Ventils 2.4 kann beispielsweise direkt mit Proportionalmagneten oder hydraulisch über vorgesteuerte Pilotventile durch eine elektronische Steuereinrichtung ECU (electronic control unit) erfolgen. Die elektronische Steuereinrichtung ECU überwacht den Zustand des Systems, ermöglicht die Implementierung komplexer Algorithmen, bietet eine Schnittstelle zur Kommunikation nach außen über ein Bus-System (beispielsweise CAN) sowie die Möglichkeit eine Vielzahl an Sensoren mit dieser zu verbinden. Ein Schaltventil 1.1, welches beispielsweise als elektromechanisch aktuiertes 3/2-Schaltventil ausgeführt ist, fungiert als zentrales Freigabeventil (auf diese Funktion wird im Folgenden noch näher eingegangen) und wird von der elektronischen Steuereinrichtung ECU angesteuert. Bei Bestromung des Schaltventils 1,1 durch die elektronische Steuereinrichtung ECU schaltet das Schaltventil 1.1 den einem zweiten Druckversorgungssystem PI zugeordneten Steuerdruck auf die Sperrventile 2.1, 2.5 und 2.6, wodurch diese (zeitgleich) geöffnet werden und ermöglichen, dass ein dem Druckversorgu ngssystem P2 zu geordneter Versorgungsdruck abhängig von der Stellung/vom Zustand des ersten Ventils 2.4 auf eine Arbeitsleitung eines dem ersten Ventil 2.4 zu geordneten Stellorgans 5.6, insbesondere eines 1 lydraulikzylinders, beaufschlagt wird. Die Sperrventile 2.1, 2.5 und 2.6 sind vorzugsweise als entsperrbare Rückschlagventile ausgeführt. Die entsperrbaren Rückschlagventile verfügen vorzugsweise über eine Rückstellfeder, wodurch bei N ich tbes tro m u ng von dem dem Schaltventil 1.1 zu geordneten Elektromagneten ein definierter Zustand hergestellt wird, indem ein einem zweiten Rücklaufsystem TI zugeordneter (niedriger) Tankdruck auf die Sperrventile 2.1, 2.5 und 2.6 aufgeschaltet wird.

Die Sperrventile 2.5 und 2.6 erfüllen eine Lasthaltefunktion, wenn sich der Steuerkreis in einem inaktiven Zustand befindet. Das Sperrventil 2.1 hat ebenfalls eine Sicherheitsfunktion, insbesondere verhindert es ein Auf drücken der Sperrventile 2.5 oder 2.6 (durch den Versor- 13/29 -13- P13118 gungsdruck) im Falle eines klemmenden Kolbens im ersten Ventil 2.4 außerhalb der Mittellage. Ein weiteres Sperrventil 2.2, das als Rückschlagventil ausgebildet ist, dient als mechanische Absicherung des Steuerkreises gegenüber einem Bruch in einer dem ersten Druckversorgungssystem P2 zu geordneten Versorgungsleitung. Dem Stellorgan 5.6 sind zwei Druck-begrenzungsventile 2.9 und 2.10 vorgeschaltet, die das Stellorgan 5.6, insbesondere den 1 lydraulikzylinder vor Beschädigung durch zu hohe Kammerdrücke schützen und so als Überlastventile dienen. Darüber hinaus sind Drucksensoren 2.3, 2.7 und 2.8 vorgesehen, welche den Versorgungsdruek im aktiven Zustand des Steuerkreises und die Drücke messen, mit welchen das Stellorgan 5.6 (insbesondere die beiden Kammerdrücke/Arbeitsdrücke des 1 lydraulikzylinders) beaufschlagt wird. Der Steuerkreis weist in der gezeigten Ausführungsform weiters einen optionalen und besonders vorteilhaften zu dem ersten Ventil 2.4 parallel geschalteten hydraulischen Notkreis (Notbedienungszweig) auf, welcher aus Ver-fügbarkeitsgrünclen über eine separates dritte Druckversorgungsleitung P3 mit Öl versorgt. Der Notkreis ermöglicht ein Verfahren des Zylinders bei Ausfall der dem ersten Ventil 2.4 zugeordneten (oder vor- bzw. nachgeschalteten) Bauteile. Der Notkreis beinhaltet ein steuerbares Schaltventil 3.1, welches beispielsweise als elektromechanisch angesteuertes 4/3-Schaltventil 3.1 zur Steuerung der Verfahrrichtung vorgesehen ist, sowie zwei gegenseitig verkoppelte Ventile 3.2 und 3.3, welche vorzugsweise als Senkbremsventile in klassischer Verschaltung ausgeführt sind. Mithilfe nachgeschalteter Drosseln 3.4 und 3.5 kann die Verfahrgeschwindigkeit begrenzt werden.

Der Steuerkreis weist des Weiteren einen ersten Sensor bzw. ein erstes Sensormittel 4.1 auf, welches an einem Segment 5.3 angeördnet ist und ein einer Deformation des Segments 5.3 entsprechendes erstes Messsignal - als „Deformationssignal" bezeichnet - liefert. Zusätzlich ist ein zweiter Sensor bzw. ein zweites Sensormittel 4.2 vorgesehen, welches ein der räumlichen Orientierung des Segments 5.3 entsprechendes zweites Messsignal - als „Orientierungssignal" bezeichnet - liefert. Darüber hinaus kann ein weiteres Sensormittel 4.3 vorgesehen sein, dass ebenfalls zur Feststellung der Orientierung heran gezogen wird. Die Sensormittel 4.1, 4.2 und 4.3 können beispielsweise über Bussysteme (z.B. CAN) an die elektronische Steuereinrichtung ECU angebunden sein.

Die elektronische Steuereinrichtung ECU überwacht den Zustand und das Verhalten des Steuerkreises bzw. eines zugehörigen Regelsystems mittels der zur Verfügung stehenden 14/29 -14 - Ρ131Ί8

Sensoren. Wenn die elektronische Steuereinrichtung ECU ein Fehlverhalten erkannt, schaltet sie den Steuerkreis bzw. das Regelsystem eigenständig in einen sicheren Zustand.

Die Ansteuerung der elektronischen Steuereinrichtung ECU erfolgt über ein BUS-System (z.B CAK), über welches Steüeruügsbefehle und Sollwerte übertragen werden können, die beispielsweise über eine Benutzer Schnittstelle (z.B. mit Joystick, Hebeln usw.) von einem Benutzer vorgegeben werden können. Des Weiteren können Statusinformationen des Steuerkreises bzw. des Regelsystems an übergeordnete Steüeruhgsgeräte übermittelt werden. Die für eine gewünschte Verfahrgeschwindigkeit notwendige Stellung des ersten Ventils 2.4 kann mittels Software anhand gemessener Druckverhältnisse ermittelt werden. Aufgrund der eingesetzten Sensoren kann der erforderliche Versorgungsdruck dürch eine lokale elektronische Steuerungseinrichtung ECU an eine übergeordnete elektronische Steuerungseinrichtung ECU, welche beispielsweise eine Hydraulikpumpe steuert, über ein BUS-System übermittelt Werden.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Steuerkreises. Darin ist die Anzahl der für die Lasthaltefunk-tion zuständigen Ventile (2.5, 2.6, 3.2 und 3.3) dadurch verringert, dass das Freigabeventil 1.1 durch ein 6/2-Wegeschaltventil 2.11 als Selektor ersetzt wurde. Die Ansteuerung des Notkreises erfolgt über zwei Schaltventile 3.1a und 3.1 b. ln Fig. 4 ist die elektronische Steuerungseinrichtung ECU nicht explizit dargestellt, allerdings als gleichartig wie in Fig. 3 angebunden zu betrachten.

In Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Regelsystems erkennbar, welches vorzugsweise, aber nicht zwingenderweise auf den zuvor beschriebenen Steu-erkreis aufsetzen kann, und zur besseren Verständliehkeit in weiterer Folge aufbauend auf diesen Steuerkreis beschrieben wird (im 11 inblick auf die Bezugszeichen gilt das bereits zuvor Gesagte).

Ein dem Regelsystem zugeordneter Regelalgorithmus läuft auf der elektronischen Steuereinrichtung ECU ab, der zur Steuerung der Verfahrgeschwindigkeit des Zylinders eingerichtet ist, womit diese als eine Stellgröße des Regelsystems aufgenommen werden kann. Eine lokale Rückkopplung eines dynamischen Anteils eines ein Deformationssignal liefernden ersten Sensors 4.1, der insbesondere als Dehnmessstreifen ausgeführt ist, kann zur Dämp- 15/29 -15 - PI 3118 fung der gesamten Auslegerstruktur (bestehend aus einer Aneinanderreihung von Segmenten AL (die einen Ausleger bilden, entsprechend den Segmenten 5.3 - es kann aber auch nur ein einziges Segment AL vorgesehen sein) verwendet werden. Um einen stationären Anteil des Deformationssignals, dessen Rückkopplung keinen Dämpfungseffekt erzielt, zu eliminieren, werden geeignete Hochpassfilter verwendet. Die Gelenkstellungen der Gelenke 5.5 bzw. die Äuslenkung zumindest eines Steuerorgans 5.6 (und somit die Ausrichtung der Segmente 5.3) kann somit insbesondere beim Auftreten elastischer Schwingungen durch das Regelsystem aktiv beeinflusst werden. Bei einem Pumpbetrieb beispielsweise einer Autobetonpumpe könnte ein Lingriff des Regelsystems zu einer Driftbewegung der Segmente 5.3 und damit zu einer Abweichung von einer gewünschten Sollposition führen. Um eine stationäre Position dauerhaft einhalten zu können, sind daher zusätzliche Sensoren 4.2 und 4.3 vorgesehen, welche ein Orientierungssignal liefern und einen Rückschluss auf die Position einzelner Segmente 5.3 ermöglichen. Ein daraus resultierendes Regelgesetz ist in Fig. 5 erkennbar, in welches eine Rückkopplung eines lokalen Deformationssignals SDMs(t) (welches Z.B. durch einen lokal an einem Segment 5.3 angeordneten Sensor 4.2 oder 4.3 geliefert wird), einer gemessene Auslenkung .v_(/) und einem gewünschten Sollwert s'!(i) eines Stellorgans 5.6 (insbesondere die Kolbenposition eines 1 lydraulikzylinders) vorsieht und wie folgt lautet: «'(/) = A:,i;/)(WS (/) k? (s:(l) *;'(/)) // (/) bezeichnet dabei die vom Regelgesetz ermittelte Stellgröße bzw. eine gewünschte Verfahrgeschwindigkeit des Stellorgans 5.6. Das lokale Deformationssignals sDMS{t) repräsentiert den dynamischen Anteil des gemessenen Deformationssignals (insbesondere einer Balkenkrümmung eines Segments 5.3), welches durch einen Hochpassfilter HP von einem stationären Anteil getrennt wird. Die Faktoren ki und ki sind Verstärkungsfaktoren und dienen zur Parametrierung des Regelsystems. Für positive Verstärkungsfaktoren ki, k-> > 0 weist das Regelsystem ein asymptotisch stabiles Verhalten auf. Anstelle der Regelung der Auslenkung des Stellorgans 5.6 könnte ebenso die Auslenkung eines Gelenks 5.5 geregelt werden.

Die Eingangsgröße eines Stellorgans 5.6 ist durch das Signal s;,(f) dargestellt, welches beispielsweise die Kolbenposition eines Steuerventils beschreibt. Die elektronische Steuerein- 16/29 -16 - P13118 richtung ECU kann jene Ventilstellung/en ermitteln, welche eine gewünschten Verfahrgeschwindigkeit u(t) eines Stellorgans 5.6 (also die Änderungsrate einer Auslenkung) bewirken (Geschwindigkeitssteuerüng GS). Das Signal Ud(t) entspricht einer von einem Benutzer vorgegebenen gewünschten Verfahrgeschwindigkeit.

Um eine dynamisch anspruchsvolle Positionsregelung zu ermöglichen werden vorzugsweise Inertialsensoren in Form von IMUs bekannter Art an einzelnen Segmenten 5.3 angeordnet, die der Ermittlung der Stellung des Gelenks 5.5 und/oder der Auslenkung des Stellorgans 5.6 und/oder der Orientierung eines Segments 5.3 dienen können. Es kann auch jedem Segment 5.3 ein Inertialsensor zugeordnet sein. Ein solcher Inertialsensor besteht beispielsweise aus einem dreiachsigen Drehratensensor in Kombination mit einem dreiachsigen Beschleunigungssensor. Zusätzlich dazu kann auch ein Erdmagnetfeldsensor vorgesehen sein, der eine von der Vertikalen abweichende, feststehende Richtung im Raum bestimmen kann. Da translatorische Bewegungen nur einen sehr geringen Einfluss auf Drehratensensoren haben, können deren Messungen herangezogen werden, um eine Verfälschung (Abweichungen von den realen Werten) eines aus Beschleunigungswerten ermittelten Neigungswinkels zu erkennen und zu korrigieren. Der Neigungswinkel wird durch Integration der gemessenen Drehrate ermittelt und mittels der Messungen der Beschleunigungssensoren stationär abgeglichen. Damit wird bei dynamischen (raschen) Bewegungen der Sensoren der Messfehler minimiert. Zur Umsetzung wird z.B. ein Beobachter der Form ψ(0 ® ~k0 + ¥,m(0 + *,(VGs (0 ~¥(0) verwendet. Dabei bezeichnet ψ(ί) den geschätzten Neigungswinkel, ψυκ5(0 die gemessene Drehrate in der entsprechenden Achse und WttS(0 den mittels der Beschleunigungssensoren ermittelten Neigungswinkel. Durch den Schätzwert b(t) wird der Offset bzw. Bias des Λ Λ

Drehratensensors kompensiert. Mit den beiden Parametern kx und k2 wird die Dynamik des Beobachters beeinflusst. Werden mit t//);(7)und ψ„ (l) die geschätzten Neigungswinkel eines Segments 5.3 nach und vor einem dem Segment 5.3 zugeordneten Gelenk 5.5 bezeichnet, kann durch die Bildung der Differenz ein Gelenkwinkel <p(f)ermittelt werden, 17/29 -17- F13118 <p(0=r„(0-#v(0·

Bei Kenntnis der Geometrie einer dem Gelenk 5.5 zu geordneten Gelenkskonstruktion kann der Zusammenhang zwischen der Auslenkung .v (/)des Stellorgans 5.6 und dem Gelenkwinkel (p(t) durch eine Funktion ·*(/)-./'(</>(/)) dargestellt werden. Die Auslenkung sz(t) kann auf diese Weise analytisch oder alternativ dazu durch Messung ermittelt werden.

Durch die direkte Applikation von zumindest einem ersten Sensor 4.1 an einem Segment 5.3 wird eine qualitativ bessere Messung von elastischen Schwingungen möglich. So kann selbst bei Auftreten von Haftreibung im Stellorgan 5.6 eine dynamische Bewegung eines Segments 5.3 erfasst werden, im Gegensatz zu Messanordnungen basierend auf Drucksensoren. Des Weiteren wird die Messung systematisch Von Störeffekten, welche im hydraulischen System verursacht werden, entkoppelt.

Durch das beschriebene Verfahren zur Messung der Gelenkwinkel (p(t)bzw. der Auslenkung 5. (/) eines Stellorgans 5.6 kann der systematische Messfehler gegenüber bekannten Anordnungen signifikant reduziert werden. Dies ermöglicht eine Umsetzung einer Positionsregelung mit wesentlich höherer Güte. Die Vorteile einer kompakten und robusten Bauweise sind bei Inertialsensoren gegeben, welche im Zuge des erfindungsgemäßen Regelsystems bevorzugt eingesetzt werden.

Die Verwendung von Inertialsensoren bietet indessen noch weitere Vorteile. Zur Dämpfung eines Segments 5.3 können alternativ zur Rückkopplung des mit Dehnmessstreifen gemessenen Deformationssignals (beispielsweise eine Balkenkrümmung eines Segments 5.3) Beschleunigungswerte gemessen werden, da diese ebenso die auftretenden Kräfte an einzelnen Punkten eines Segments 5.3 repräsentieren. Durch die dreidimensionale Ausführung der Inertialsensoren kann damit mit den Sensoren neben der Dämpfung der Schwingungen sowie der Positionsregelung in der vertikalen F.bene ebenfalls eine Dämpfung der Schwingungen in der horizontalen Ebene erreicht werden, indem die gemessene horizontale Be- 18/29 -18 - P13118 sehleunigung auf das Stellglied des Drehwerks rückgekoppelt wird. Falls der Tnertialsensor zusätzlich mit einem Erdmagnetfeldsensor ausgestattet ist, so kann damit des Weiteren eine Überwachung und damit auch eine Regelung eine Drehwerkwinkels realisiert werden. Durch diese Multifunktionalität der Inertialsensoren können vielfältige Regelungs- und Steuerungsfunktionen daher mit insgesamt weniger Komponenten erfüllt werden, was zu einer Steigerung der Verfügbarkeit des Regelsystems führt.

Abschließend sei in Bezug auf Fig. 5 festgehalten, dass das Stellorgan 5.6 ebenso als „Aktor" bezeichnet werden könnte und zumindest ein Segment 5.3 einen sogenannten „Auslegef' bildet.

Eine bevorzugte Anordnung von Sensoren 4.2 und 4.3 an einem Masten (bzw. an Segmenten 5.3) ist in Fig. 6 dargestellt, welche eine Seitenansicht auf einen Ausschnitt eines Auslegers des Großmanipulator gemäß Fig. 1 zeigt. Die Sensoren 4.2 und 4.3 sind vorzugsweise als Inertialsensoren ausgeführt. Alternativ dazu kann auch lediglich ein Sensor 4.3 vorgesehen sein. Das Vorsehen beider Sensoren 4.2 und 4.3, die je vor bzw. nach dem Gelenk 5.5 angeordnet sind, erhöht allerdings die Redundanz der Messsignale zur Bestimmung der Orientierung des Segments 5.3, wodurch die Fehlertoleranz, des Regelsystem erhöht werden kann bzw, Messfehler erkannt und/oder korrigiert werden können. Des Weiteren ist der erste Sensor 4,1 erkennbar, der vorzugsweise als Dehn messstreifen ausgeführt ist und in einem Bereich des Segments 5.3 platziert wird, in welchem ein relevantes Deformationssignal den Maximalwert annimmt. Dieser Bereich liegt häufig in den ersten 20 % der Längserstreckung des jeweiligen Segments 5.3.

Die Erfindung kann auf vielfältig eingesetzt werden und ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. So können beispielsweise die Anzahl der Segmente variiert und/ o-der die Stellorgane 5.6 pneumatisch oder elektrisch ausgeführt werden. Die Erfindung ist nicht auf Großmanipulatoren beschränkt sondern kann in zahlreichen anderen Bereichen angewendet werden. Wesentlich sind die der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken, welche in Anbetracht dieser Lehre durch einen Fachmann in mannigfaltiger Weise ausführbar sind und trotzdem als solche aufrechterhalten bleiben- 19/29 P13118 (nicht Teil der Anmeldung) 1.1 2.1 2.2 2.3 2.4

Schaltventil Sperrventil Sperrventil Drucksensor erstes Ventil 2.5,2.6 Sperrventile 2.7,2.8 Druc ksensoren 3.1 steuerbares Schaltventil 3.1a, 3.1b Schaltventile 3.2, 3.3 verkoppelte Ventile 3.4,3.5 Drosseln 4.1,4.2,4.3 erster Sensor bzw. erstes Sensormittel, zweiter Sensor bzw. zweites Sensormit- tel, Sensormittel 5.1 Transportfahrzeug 5.2 Großraummanipu lator 5.3 Segment 5.4 Basis 5.5 Gelenk 5.6 Stellorgan 5.7 Auslass AK Stellorgan ΛΤ Ausleger GS Geschwmdigkeitssteuerung HP Hochpassfilter P2, T2 Druckversorgung P2, Γ2 Erstes Druckversorgungs- und Rücklaufsystem PI, 11 zweites Druckversorgungs- und Rücklaufsystem P3 Druckversorgungsleitung ECU elektronische Steuereinrichtung 20/29 -24- P13118 uc(t) Stellgröße εΖ3Μ5'(0 Deformationssignal ^ DMS,stat stationärer Anteil des Deformationssignals ki, k2 V erstärkungsfaktoren φ(ί) Gelenkwinkel ψ(ί) geschätzter Neigungswinkel VdäsCO gemessene Drehrate ψΒ8( 0 mittels Beschleunigungssensoren ermittelter Neigungswinkel v(0 gemessene Auslenkung Sollwert der Auslenkung ud(t) vom Benutzer vorgegeben Verfahrgeschwindigkeit b(J) Schätzwert 21/29

Claims

-19- P13118 Ansfrüche 1. Regelsystem zum Steuern der Orientierung eines Segments (5.3) eines Manipulators, insbesondere eines Großmanipulators für Autobetonpumpen, wobei das Segment (5.3) über ein Gelenk (5.5) mit einer Basis (5.4) oder einem Vorgängersegment (5.3) des Manipulators verbunden ist und an dem Gelenk (5.5) gegenüber der Basis (5.4) bzw. dem Vorgängersegment (5.3) um zumindest eine Drehachse mittels zumindest eines Stellorgans (5.6), vorzugsweise hydraulischen Stellorgans, schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem zumindest umfasst: - einen ersten Sensor (4.1), welcher an einem an dem Gelenk (5.5) angebundenen Segment (5,3) angeordnet ist und ein einer Deformation des Segments (5.3) entsprechendes erstes Messsignal - als „Deformationssignal" bezeichnet - liefert, - einen zweiten Sensor (4.2, 4.3), welcher ein der räumlichen Orientierung des an dem Gelenk (5.5) angebundenen Segments (5.3) entsprechendes zweites Messsignal - als „Orientierungssignal" bezeichnet - liefert, und - zumindest ein dem Gelenk (5.5) zu geordnetes Stellorgan (5.6); und dazu eingerichtet ist, das Deformationssignal und das Orientierungssigna 1 als Eingangsgrößen zu verarbeiten und aus diesen unter Berücksichtigung einer Sollorientierung des dem Gelenk (5.5) zugeordneten Segments (5.3) ein Stellsignal zu bestimmen, welches dem zugeordneten Stellörgan (5.6) zugeführt ist.
2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (4.2, 4.3) einen ein- oder mehr-achsigen Drehratensensor in Kombination mit einem zwei- oder drei-achsigen Beschleunigungssensor umfasst, deren Messsignale zur Bestimmung des Orientierungssignals verarbeitet werden, und bevorzugt einen dreiachsigen Drehratensensor in Kombination mit einem dreiachsigen Beschleunigungssensor.
3. Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verarbeitung der Signale ein Beobachter, insbesondere ein erweitertes Kalman-Filter, verwendet wird,
4. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (4.2,4.3) einen Inertialsensor, vorzugsweise eine inertiale Messeinheit .(IMU),· umfasst. 22/29 -20- P13118
5. Rcgdsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetfeldsensor zur Bestimmung eines dritten Winkels der Orientierung des Segments (5.3) verwendet wird.
6. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (4.1) einen Dehnungssensor, beispielsweise einen Dehnmessstreifen, umfasst.
7. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (4.1) an dem Segment (5.3) an einer von dem dem Gelenk (5.5) zu geordneten Stellorgan (5.6) gesonderten Position angeordnet ist.
8. Manipulator, insbesondere Großmanipulator für Autobetonpumpen, welcher zumindest ein Segment (5.3), vorzugsweise zwei oder mehr Segmente (5.3), umfasst und auf einer vorzugsweise um eine vertikale Drehachse drehbaren Basis (5.4) angeordnet ist, wobei das Segment (5.3) bzw. ein erstes der Segmente (5.3) mit der Basis sowie die Segmente (5.3) miteinander jeweils über ein Gelenk (5.5) verbunden sind, an dem das betreffende Segment (5.3) gegenüber der Basis (5.4) bzw. zueinander um festgelegte Drehachsen mittels zumindest eines vorzugsweise hydraulischen Stellorgans (5.6) schwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Gelenke (5.5) ein Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche zugeordnet ist.
9. Manipulator nach Anspruch 8, in welchem einer Vielzahl der Gelenke (5.5) des Manipulators, insbesondere jedem der Gelenke (5,5), jeweils ein Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zugeordnet ist.
10. Verfahren zum Steuern der Orientierung eines Segments (5.3) eines Manipulators, insbesondere eines Großmanipulators für Autobetonpumpen, wobei das Segment (5.3) über ein Gelenk (5.5) mit einer Basis (5.4) oder einem Vorgängersegment (5.3) des Manipulators verbunden ist, wobei das Segment (5.3) an dem Gelenk (5.5) gegenüber der Basis (5.4) bzw. dem Vorgängersegment (5.3) um zumindest eine Drehachse mittels zumindest eines vorzugsweise hydraulischen Stellorgans (5.6) schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass 23/29 -21- P13118 - in einem ersten Sensor, welcher an einem an dem Gelenk (5.5) angebundenen Segment (5.3) angeordnet ist, ein einer Deformation des Segments (5.3) entsprechendes erstes Messsignal - als „Deformationssignal" bezeichnet - gewonnen wird, und - in einem zweiten Sensor ein der räumlichen Orientierung des an dem Gelenk (5.5) angebundenen Segments (5.3) entsprechendes zweites Messsignal - als „Orientierungssignal" bezeichnet - gewonnen wird, - unter Verwendung des Deformationssignals und des Orientierungssignals als Eingangsgrößen unter Berücksichtigung einer Sollorientierung des dem Gelenk (5.5) zugeordneten Segments (5.3) ein Stellsignal bestimmt wird, - das Stellsignal einem dem Gelenk (5.5) zugeordneten Stellorgan (5.6) zugeführt wird. 24/29