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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von Verfahren oder einer Vorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Auf Baustellen sind heute oft zahlreiche Baumaschinen im Einsatz, die teilweise mit beweglichen Auslegern agieren, wie etwa Krane, Hebebühnen oder Betonpumpen. Die Ausleger oder die daran befestigten Lasten können im Zuge ihrer Bewegung mit verschiedenen Objekten auf und neben dem Baustellengelände kollidieren. Die Position und Gestalt dieser Objekte kann sich mit der Zeit in verschiedenen Geschwindigkeiten verändern. Die Gestalt der Bausubstanz selbst ändert sich vergleichsweise langsam, während mobile Baumaschinen ihre Position schnell verändern können. Bewegliche Teile wie Ausleger und angehängte Lasten können ihre Position in diesem Kontext sehr schnell verändern.
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Es könnten verschiedene Systeme eingesetzt werden, die vor solchen Kollisionen warnen können und gegebenenfalls automatisch einen Stopp der Bewegung des Auslegers herbeiführen können. Diese Kollisionswarnsysteme könnten beispielsweise auf optischen oder akustischen Sensoren basieren, die etwa an einem beweglichen Anlagenteil angebracht sein können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Modellieren eines dreidimensionalen Bewegungsraumes zumindest einer Lastentransporteinrichtung und/oder zumindest einer Komponente der Lastentransporteinrichtung und/oder zumindest eines von der Lastentransporteinrichtung transportierten Transportguts, ein Verfahren zum Betreiben einer Lastentransporteinrichtung, weiterhin eine Vorrichtung, die diese Verfahren verwendet, ein Kollisionswarnsystem sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Es wird ein Verfahren zum Modellieren eines dreidimensionalen Bewegungsraumes zumindest einer Lastentransporteinrichtung und/oder zumindest einer Komponente der Lastentransporteinrichtung und/oder zumindest eines von der Lastentransporteinrichtung transportierten Transportguts vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bestimmen zumindest eines Referenzpunktes in einem einer geografischen Umgebung der Lastentransporteinrichtung zugeordneten dreidimensionalen Koordinatensystem;
Einlesen von Koordinaten einer Kontur der Lastentransporteinrichtung und/oder der Komponente und/oder des Transportguts und/oder zumindest eines in der geografischen Umgebung befindlichen Hindernisses; und
Ermitteln eines dreidimensionalen Modells des Bewegungsraumes unter Verwendung des Referenzpunktes und der Koordinaten in dem dreidimensionalen Koordinatensystem, um den dreidimensionalen Bewegungsraum zu modellieren.
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Unter einem dreidimensionalen Bewegungsraum kann ein (beispielsweise geografischer) Raum verstanden werden, in dem die Lastentransporteinrichtung, die Komponente oder das Transportgut bewegt werden kann, ohne dass es hierbei zu Kollisionen mit einem oder mehreren anderen Objekten kommt. Der Bewegungsraum kann in Abhängigkeit von einer Topografie oder von Bodenerhebungen der geografischen Umgebung bestimmt sein, die beispielsweise auch durch auf dem Boden stehende Gebäude in einer Reichweite der Lasttransporteinrichtung (108) verursacht ist. Unter einer Lastentransporteinrichtung kann etwa ein Kran, eine Hebebühne, eine Betonpumpe oder eine sonstige zum Transportieren eines Transportguts geeignete Baumaschine oder Hebeeinrichtung für Lasten verstanden werden. Unter einer Komponente der Lastentransporteinrichtung kann insbesondere ein beweglicher Teil wie beispielsweise ein Ausleger, eine Laufkatze oder eine Hebebühne verstanden werden. Unter einem Referenzpunkt kann beispielsweise ein Ursprung des dreidimensionalen Koordinatensystems oder auch ein sonstiger fester bzw. fixer Bezugspunkt im Koordinatensystem verstanden werden. Beispielsweise kann der Referenzpunkt einem unbeweglichen oder mit dem Boden verbundenen Teil der Lastentransporteinrichtung oder einem unbeweglichen Objekt in der Umgebung wie etwa einem Bauwerk oder Ähnlichem zugeordnet sein. Bei den Koordinaten kann es sich beispielsweise um x-, y- oder z-Koordinaten eines dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatensystems handeln. Bei der geografischen Umgebung kann es sich beispielsweise um eine Örtlichkeit wie eine Baustelle oder einen Umschlagsplatz eines Containerterminals handeln. Unter einer Kontur kann ein äußerer Umriss oder eine Hüllfläche verstanden werden, durch den sich die Lastentransporteinrichtung, die Komponente, das Transportgut oder das Hindernis von der Umgebung abgrenzt. Die Kontur kann somit einer maximalen räumlichen Ausdehnung der Lastentransporteinrichtung, der Komponente, des Transportguts oder des Hindernisses entsprechen. Die Kontur kann beispielsweise durch die Koordinaten bestimmt sein, die Stützpunkte bilden, durch die die Kontur als äußerer Umriss oder Hüllfläche aufgespannt ist. Das Hindernis kann beispielsweise ein Bauwerk, eine Stromleitung, ein Strommast, ein Fahrzeug oder eine Baumaschine sein. Unter einem dreidimensionalen Modell kann vorliegend ein Modell eines dreidimensionalen Bewegungsraumes verstanden werden.
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Der hier beschriebene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Nachbildung einer dreidimensionalen Struktur von Erhebungen in einer Umgebung einer Lastentransporteinrichtung, etwa einer Baustelle, ein Bewegungsraum der Lastentransporteinrichtung oder davon transportierter Lasten so bestimmt werden kann, dass Kollisionen zwischen der Lastentransporteinrichtung oder den Lasten und anderen Objekten in der Umgebung verhindert werden können, wenn zur Steuerung der Lasttransporteinrichtung dieses Modell bzw. die dreidimensionale Struktur als Steuerungsgrundlage verwendet wird.
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Die Sensoren heutiger Kollisionswarnsysteme sind üblicherweise an beweglichen Anlagenteilen, insbesondere an deren Spitze, angebracht. Indem nun die dreidimensionale Struktur der Erhebungen auf beispielsweise einer Baustelle erfasst wird und in einem dreidimensionalen Modell abgebildet wird, kann der Überwachungsbereich ausgehend von einer unmittelbaren Umgebung der Sensoren an den beweglichen Anlagenteilen auf die gesamte Struktur der Baustelle oder auch ihrer durch bewegliche Teile der Lasttransporteinrichtung erreichbaren Umgebung ausgedehnt werden. Dadurch kann beispielsweise die gesamte bewegliche Struktur bzw. der Bereich, der durch Komponenten der Lasttransproteinrichtung bzw. der betreffenden Baumaschine erreicht oder durchfahren wird, also auch eine daran angehängte Last, gegen Kollisionen gesichert werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mittels eines derartigen Modells auch sehr dünne Objekte wie beispielsweise gespannte Seile oder Stromleitungen in diesem Modell nachgebildet und bei der Überwachung entsprechend berücksichtigt werden können. Beispielsweise können bei kritischen Annäherungen an derartige Objekte Warnungen an das Bedienpersonal ausgegeben werden oder automatische Stopps der bewegten Anlagenteile ausgelöst werden.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Schritte des Einlesens und Ermittelns zumindest ein weiteres Mal wiederholt werden. Dadurch ist es möglich, das dreidimensionale Modell fortlaufend an Veränderungen der Umgebung der Lasttransporteinrichtung, etwa aufgrund eines Baufortschritts, oder an Positionsänderungen der Lastentransporteinrichtung, der Komponente oder des Transportguts anzupassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können im Schritt des Einlesens Koordinaten eingelesen werden, die unter Verwendung zumindest eines Sensors der Lastentransporteinrichtung ermittelte Koordinaten repräsentieren. Dadurch kann die Genauigkeit beim Ermitteln des dreidimensionalen Modells verbessert werden.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn im Schritt des Einlesens Koordinaten eingelesen werden, die unter Verwendung einer Stereokamera und/oder eines Drehwinkelsensors und/oder eines Neigungswinkelsensors und/oder eines Lastensensors und/oder eines Seillängensensors ermittelte Koordinaten repräsentieren. Somit können die Koordinaten durch eine Mehrzahl unterschiedlicher Sensoren ermittelt sein. Durch eine derartige Redundanz kann die Zuverlässigkeit der Ergebnisse des hier vorgestellten Verfahrens erhöht werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn im Schritt des Einlesens ferner Konstruktionsdaten bezüglich einer Konstruktion der Lastentransporteinrichtung eingelesen werden. Zusätzlich oder alternativ können Konstruktionsdaten bezüglich einer Konstruktion der Komponente oder des Hindernisses eingelesen werden. Unter Konstruktionsdaten können vorliegend Daten verstanden werden, die vor der Durchführung der Schritte des Verfahrens durch einen Einlesevorgang aus einem Bauplan der Lasttransporteinrichtung (beispielsweise durch die vorgegebene Länge des Schwenkarms eines Krans als Lasttransporteinrichtung) oder des Hindernisses (beispielsweise einer Höhe oder Ausladung eines Bauwerks in einem von der Lasttransporteinrichtung erreichbaren Bereich) entnommen und dem Verfahren zur Verfügung stellt werden. Im Schritt des Ermittelns kann das dreidimensionale Modell ferner unter Verwendung der Konstruktionsdaten ermittelt werden. Durch diese Ausführungsform kann der Bewegungsraum besonders detailliert nachgebildet werden, da durch die Verwendung der Konstruktionsdaten die Sensormesswerte einerseits verifiziert werden können oder andererseits auch noch Daten berücksichtigt werden können, die beispielsweise durch eine optische Verdeckung durch Hindernisse nicht von Sensoren erfasst werden können.
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Zudem können im Schritt des Einlesens Koordinaten eingelesen werden, die Koordinaten der Kontur der Lastentransporteinrichtung wie z. B. Koordinaten einer Kontur eines Krans, einer Hebebühne oder einer Betonpumpe repräsentieren. Zusätzlich oder alternativ können die Koordinaten der Kontur des Hindernisses Koordinaten einer Kontur eines Bauwerks, einer Stromleitung, eines Strommasten, mindestens einer weiteren Lastentransporteinrichtung, zumindest einer Komponente der weiteren Lastentransporteinrichtung oder eines von der weiteren Lastentransporteinrichtung transportierten weiteren Transportguts repräsentieren. Dadurch können unterschiedliche Objekte in der geografischen Umgebung beim Ermitteln des dreidimensionalen Modells sehr detailliert berücksichtigt werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer Lastentransporteinrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Empfangen eines Modells eines dreidimensionalen Bewegungsraumes der Lastentransporteinrichtung und/oder zumindest einer Komponente der Lastentransporteinrichtung und/oder eines von der Lastentransporteinrichtung transportierten Transportguts; und
Bereitstellen eines Warnsignals zum Wiedergeben einer Warnung und/oder eines Steuersignals zum Steuern der Lastentransporteinrichtung unter Verwendung des dreidimensionalen Modells, wenn sich die Lastentransporteinrichtung und/oder die Komponente und/oder das Transportgut weniger als einen vorgegebenen Abstand zu einer Grenze des Bewegungsraumes aufweist.
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Unter einem Modell des dreidimensionalen Bewegungsraumes kann vorliegend beispielsweise ein mit dem vorstehend genannten Ansatz modelliertes Modell verstanden werden. Hierbei kann das Modell beispielsweise den Bewegungsbereich repräsentieren, in dem sich die Lasttransporteinrichtung und/oder die Komponente und/oder die Last kollisionsfrei gegenüber einem anderen Objekt bewegen kann. Unter einem vorgegebenen Abstand kann vorliegend beispielsweise ein Bereich von 1 oder 5 Metern verstanden werden, den die Lastentransporteinrichtung und/oder die Komponente und/oder das Transportgut in Bezug zu einem Hindernis nicht unterschreiten sollte und wobei bei der Bewegung der Lastentransporteinrichtung und/oder die Komponente und/oder das Transportgut in diesen Bereich das entsprechende Warn- und/oder Steuersignal ausgegeben wird.
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Diese Verfahren können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät in beispielsweise je einer Vorrichtung implementiert sein.
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Beispielsweise schafft der hier vorgestellte Ansatz eine Vorrichtung zum Modellieren eines dreidimensionalen Bewegungsraumes zumindest einer Lastentransporteinrichtung und/oder zumindest einer Komponente der Lastentransporteinrichtung und/oder zumindest eines von der Lastentransporteinrichtung transportierten Transportguts, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale umfasst:
eine Einrichtung zum Bestimmen zumindest eines Referenzpunktes in einem einer geografischen Umgebung der Lastentransporteinrichtung zugeordneten dreidimensionalen Koordinatensystem;
eine Schnittstelle zum Einlesen von Koordinaten einer Kontur der Lastentransporteinrichtung und/oder der Komponente und/oder des Transportguts und/oder zumindest eines in der geografischen Umgebung befindlichen Hindernisses; und
eine Einrichtung zum Ermitteln eines Modells des dreidimensionalen Bewegungsraumes unter Verwendung des Referenzpunktes und der Koordinaten in dem dreidimensionalen Koordinatensystem, um den dreidimensionalen Bewegungsraum zu modellieren.
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Auch schafft der hier vorgestellte Ansatz eine Vorrichtung zum Betreiben einer Lastentransporteinrichtung, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale umfasst:
einer Schnittstelle zum Empfangen eines Modells eines dreidimensionalen Bewegungsraumes der Lastentransporteinrichtung und/oder zumindest einer Komponente der Lastentransporteinrichtung und/oder eines von der Lastentransporteinrichtung transportierten Transportguts; und
eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Warnsignals zum Wiedergeben einer Warnung und/oder eines Steuersignals zum Steuern der Lastentransporteinrichtung unter Verwendung des Modells, wenn die Lastentransporteinrichtung und/oder die Komponente und/oder das Transportgut weniger als einen vorgegebenen Abstand zur Grenze des dreidimensionalen Bewegungsraumes aufweist.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft somit ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Vorrichtungen und/oder Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts bzw. entsprechend ausgestalteten Vorrichtungen kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, aufweisen. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend somit ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Schließlich schafft der hier beschriebene Ansatz ein Kollisionswarnsystem mit folgenden Merkmalen:
zumindest einer Vorrichtung gemäß einer hier beschriebenen Ausführungsform; und
zumindest einem mit der Vorrichtung verbundenen Sensor zum Bereitstellen von die Koordinaten repräsentierenden Sensordaten.
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Bei dem Kollisionswarnsystem handelt es sich beispielsweise um ein integriertes Baustellenkollisionswarnsystem. Durch das Kollisionswarnsystem kann beispielsweise ein Aufprall eines bewegten Systems auf ein stillstehendes System auf einer Baustelle verhindert werden, indem sowohl das bewegte System als auch das stillstehende System in entsprechender Weise angesteuert werden können, etwa um das bewegte System zu stoppen oder das stillstehende System in Bewegung zu versetzen.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Kollisionswarnsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Modellieren eines Bewegungsraumes; und
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3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Lastentransporteinrichtung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kollisionswarnsystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Kollisionswarnsystem 100 umfasst ein Steuergerät 102 sowie einen mit dem Steuergerät 102 verbundenen Sensor 104, hier eine Stereokamera, die am Ende eines beweglichen Auslegers 106 oder einer an diesem Ausleger verfahrbar angeordneten Laufkatze einer Lastentransporteinrichtung 108 in Form eines Krans angebracht ist. An dem Ausleger 106 ist ein Transportgut 110 angehängt. Die Lastentransporteinrichtung 108 befindet sich auf einer Baustelle 111, auf der sich neben der Lastentransporteinrichtung 108 ein Bauwerk 112, Strommasten 114 mit Hochspannungsleitungen 116 sowie zwei weitere Lastentransporteinrichtungen in Form einer Arbeitsbühne 118 und eines weiteren Krans 120 befinden. An einem Ausleger 122 des weiteren Krans 120 ist ein weiteres Transportgut 124 angehängt.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Sensor 104 ausgebildet, um eine Kontur der Lastentransporteinrichtung 108, insbesondere des Auslegers 106, und des Transportguts 110 zu erfassen und entsprechende Koordinaten 126 an das Steuergerät 102 zu senden. Optional ist der Sensor 104 ausgebildet, um ferner Koordinaten einer Kontur potenzieller Hindernisse der Lastentransporteinrichtung 108 an das Steuergerät 102 zu senden, beispielsweise des Bauwerks 112, der Arbeitsbühne 118 und des weiteren Krans 120 mit dem daran angehängten weiteren Transportgut 124, die sich in 1 in der Nähe der Lastentransporteinrichtung 108 befinden.
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Das Steuergerät 102 ist ausgebildet, um die Baustelle 111 in einem dreidimensionalen Koordinatensystem 128 abzubilden. Hierzu bestimmt das Steuergerät 102 einen Referenzpunkt 130, der beispielsweise einem Koordinatenursprung des Koordinatensystems 128 entspricht. Unter Verwendung des Referenzpunktes 130 und der Koordinaten 126 ermittelt das Steuergerät 102 im Koordinatensystem 128 ein dreidimensionales Modell eines Bewegungsraumes 131, in dem sich die Lastentransporteinrichtung 108 bewegen kann, ohne dass es hierbei zu Kollisionen der Lastentransporteinrichtung 108 oder des Transportguts 110 mit einem auf der Baustelle 111 befindlichen Hindernis, in 1 etwa der Arbeitsbühne 118 oder dem Bauwerk 112, kommt.
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Um die Koordinaten dieser Kontur zu ermitteln, erfasst der Sensor 104 beispielsweise in z-Richtung einen vertikalen Abstand zwischen einem am Ausleger 106 angebrachten Gewicht 132 und einem Boden der Baustelle 111, der sich hier entlang einer x-Achse des Koordinatensystems 128 erstreckt. Ferner erfasst der Sensor 104 einen vertikalen Abstand zwischen dem Ausleger 106 und dem Boden der Baustelle 111, einen vertikalen Abstand zwischen dem Transportgut 110 und dem Boden der Baustelle 111 sowie in x-Richtung einen horizontalen Abstand zwischen dem Gewicht 132 und einem Kranturm 134 der Lastentransporteinrichtung 108, einen horizontalen Abstand zwischen einer dem Gewicht 132 gegenüberliegenden Spitze des Auslegers 106 und dem Kranturm 134 und einen horizontalen Abstand zwischen einem Seil 135, an dem das Transportgut 110 befestigt ist, und dem Kranturm 134. Optional erfasst der Sensor 104 zusätzlich eine Höhe der Arbeitsbühne 118 in Bezug auf den Boden der Baustelle 111. Dabei kann auch z. B. auch aktuelle Hubhöhe der Hebebühne 118, die durch eine Sensorik der Hebebühne 118 an das Steuergerät 102 übermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich bezieht das Steuergerät 102 die genannten Abstände aus entsprechenden Konstruktionsdaten der Lastentransporteinrichtung 108, des Bauwerks 112 bzw. der Arbeitsbühne 118. Die Konstruktionsdaten sind beispielsweise im Steuergerät 102 hinterlegt oder können von diesem von einer externen Datenquelle eingelesen werden.
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Zur Ermittlung des dreidimensionalen Modells bestimmt das Steuergerät 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel zusätzlich zum Referenzpunkt 130 einen oder mehrere Fixpunkte zum Verorten eines unbeweglichen Teils der Lastentransporteinrichtung 108 oder zumindest eines der Hindernisse im Koordinatensystem 128. Beispielhaft ist gemäß 1 ein erster Fixpunkt dem Kranturm 134, ein zweiter Fixpunkt einer Stützstruktur der Arbeitsbühne 118 und ein dritter Fixpunkt einem der Strommasten 114 zugeordnet. Die drei Fixpunkte sind im Koordinatensystem 128 durch ihren jeweiligen Abstand in x-Richtung zum Referenzpunkt 130 definiert.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 102 ausgebildet, um zusätzlich zu den Koordinaten 126 die Koordinaten einer Kontur des weiteren Krans 120, des weiteren Transportguts 124, der Strommasten 114 und der Hochspannungsleitungen 116 einzulesen. Die Koordinaten werden etwa von einem entsprechenden Sensor des weiteren Krans 120 bereitgestellt. Entsprechend ermittelt das Steuergerät 102 das dreidimensionale Modell des Bewegungsraums ferner unter Verwendung dieser zusätzlichen Koordinaten. Dadurch kann das dreidimensionale Modell des Bewegungsraums auf eine gesamte Fläche der Baustelle 111 ausgedehnt werden.
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Ferner ist das Steuergerät 102 ausgebildet, um unter Verwendung des dreidimensionalen Modells ein Steuersignal 136 zum Steuern der Lastentransporteinrichtung 108 bereitzustellen, wenn sich die Kontur der Lastentransporteinrichtung 108 mit dem daran angehängten Transportgut 110 innerhalb eines vorgegebenen Abstands von beispielsweise 0,5 m, 1 m oder 2 m einer Grenze des Bewegungsraums nähert. Beispielsweise dient das Steuersignal 136 zum Abbremsen oder Stoppen einer Bewegung des Auslegers 106 oder des Transportguts 110 durch Aktivieren entsprechender Aktoren der Lastentransporteinrichtung 108. Je nach Ausführungsbeispiel kann das Steuergerät 102 in entsprechender Weise auch weitere Steuersignale 137, 138 zum Steuern der Arbeitsbühne 118 bzw. des weiteren Krans 120 bereitstellen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 102 ausgebildet, um zusätzlich oder alternativ zum Steuersignal 136 bzw. zu den weiteren Steuersignalen 137, 138 in dazu analoger Weise ein beispielsweise optisches oder akustisches Warnsignal zum Warnen vor einer drohenden Kollision bereitzustellen.
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In diesem Zusammenhang kann angemerkt werden, dass die Funktion des Modellierens des dreidimensionalen Bewegungsraums 131 und die Funktion des Betreibens der Lasttransporteinrichtung 108 separate Funktionen des Steuergeräts 102 sein können, die auch an verschiedenen Orten ausgeführt werden können. Denkbar ist beispielsweise, dass das Steuergerät 102 eine Vorrichtung 102a zum Modellieren eines dreidimensionalen Bewegungsraumes 131 zumindest einer Lastentransporteinrichtung 108 und/oder zumindest einer Komponente 106, 132, 134 der Lastentransporteinrichtung 108 und/oder zumindest eines von der Lastentransporteinrichtung 108 transportierten Transportguts 110 und eine Vorrichtung 102b zum Betreiben einer Lastentransporteinrichtung 108 aufweist.
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Die Vorrichtung 102a zum Modellieren kann hierbei ein einem Ausführungsbeispiel direkt in einem gemeinsamen Chipgehäuse mit der Vorrichtung 102b zum Betreiben eingebettet sein, oder in einem anderen Ausführungsbeispiel in einem anderen Staat lokalisiert über eine Internetverbindung mit der Vorrichtung 102 zum Betreiben verbunden sein.
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Um die ihnen zugewiesenen Funktionen ausführen zu können, weisen die hier genannten Vorrichtungen 102a und 102b unterschiedliche Einrichtungen und/oder Schnittstellen auf, die beispielsweise als Prozessoren, Mikrocontroller, Signalprozessoren ASICs oder anderen Rechnerbausteinen oder Teilen davon ausgestaltet sein können.
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Beispielsweise kann die Vorrichtung 102a zum Modellieren eines dreidimensionalen Bewegungsraumes 131 eine Einrichtung zum Bestimmen zumindest des Referenzpunktes 130 in einem der geografischen Umgebung 111 der Lastentransporteinrichtung 108 zugeordneten dreidimensionalen Koordinatensystem 128 und eine Schnittstelle 160 zum Einlesen von Koordinaten 126 der Kontur der Lastentransporteinrichtung 108 und/oder der Komponente 106, 132, 134 und/oder des Transportguts 110 und/oder zumindest eines in der geografischen Umgebung 111 befindlichen Hindernisses 112, 114, 116, 118, 120 aufweisen. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung 102a zum Modellieren eine Einrichtung 165 zum Ermitteln eines Modells des dreidimensionalen Bewegungsraumes 131 unter Verwendung des Referenzpunktes 130 und der Koordinaten 126 in dem dreidimensionalen Koordinatensystem 128, um den dreidimensionalen Bewegungsraum 131 zu modellieren, um ein Modell 170 des dreidimensionalen Bewegungsraumes zu erhalten. Das Modell 170 des dreidimensionalen Bewegungsraumes kann dann einer Vorrichtung 102b zum Betreiben der Lasttransporteinrichtung 108 übersandt werden. In der Vorrichtung zum Betreiben 102b wird dieses Modell 170 über eine Schnittstelle 175 zum Empfangen des Modells 170 des dreidimensionalen Bewegungsraumes 131 der Lastentransporteinrichtung 108 und/oder zumindest einer Komponente 106, 132, 134 der Lastentransporteinrichtung 108 und/oder eines von der Lastentransporteinrichtung 108 transportierten Transportguts 110 eingelesen und in einer Einrichtung 180 zum Bereitstellen eines Warnsignals 185 zum Wiedergeben einer Warnung und/oder eines Steuersignals 136 zum Steuern der Lastentransporteinrichtung 108 unter Verwendung des Modells verwendet, wenn die Lastentransporteinrichtung 108 und/oder die Komponente 106, 132, 134 und/oder das Transportgut 110 weniger als einen vorgegebenen Abstand zur Grenze des dreidimensionalen Bewegungsraumes 131.
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Das Kollisionswarnsystem 100 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als ein integriertes Baustellenkollisionswarnsystem mit einer vernetzten Sensorik zur Echtzeitpositionserfassung, mit einem Zentralrechner als Steuergerät 102 zur Erzeugung eines dreidimensionalen Baustellenmodells und Koordination von Warnmeldungen und automatisierten Systemreaktionen sowie mit einer vernetzten Aktorik an beweglichen Arbeitsmaschinen zur Anzeige von Warnmeldungen an das Bedienpersonal und zur Ausführung der automatisierten Systemreaktionen, etwa dem Stoppen einer aktuellen Bewegung eines Auslegers, ausgeführt.
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Die Sensorik umfasst zum einen Stereokameras, die beispielsweise an Auslegern von Baukranen angebracht sind, um aktuelle Positionen mobiler Arbeitsgeräte und eine äußere Form von an den Baukranen hängenden Lasten zu erfassen. Zum anderen umfasst die Sensorik Dreh- und Neigungswinkelsensoren, die an den Baukranen oder anderen entsprechend ausgestatteten Arbeitsmaschinen angeordnet sind, um die Positionen der beweglichen Ausleger zu erfassen. Mithilfe von Last- und Seillängensensoren an den Kranwinden der Baukrane wird ferner das Aufnehmen und Absetzen von Lasten erfasst.
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Das von dem Steuergerät 102 erstellte dreidimensionale Baustellenmodell setzt sich beispielsweise zusammen aus statischen Daten der Umgebung wie etwa von Gebäuden und Stromleitungen, aus definierten Fixpunkten der Baustelle, die individuell festgelegt sind und gegebenenfalls durch besondere optische Markierungen von den Stereokameras erfasst werden, aus quasistatischen Daten der Baustelle, etwa CAD-Daten, die einen aktuellen Baufortschritt der Gebäude repräsentieren, aus Echtzeitdaten der Stereokameras und Winkelsensoren, aus sogenannten Tabuzonen um die dreidimensionale Struktur der Baustelle sowie aus redundanten Daten der vernetzten Sensoren zur Plausibilisierung und Rekalibration. Bei den Tabuzonen handelt es sich um Bereiche in der dreidimensionalen Struktur der Baustelle, die von den Baukranen bzw. den davon transportierten Lasten nicht betreten werden dürfen.
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Die Koordination der Warnungen und Systemreaktionen erfolgt durch den Abgleich der Tabuzonen um die Momentanpositionen der beweglichen Arbeitsmaschinen mit anderen Tabuzonen der Baustelle und deren Umgebung.
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Die Reaktion ist von der technischen Ausstattung der beweglichen Arbeitsmaschinen abhängig und erfolgt beispielsweise gestuft als Warnung an einen Maschinenbediener oder als direkter Stopp der Bewegung.
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Zur Bewegung der Arbeitsmaschinen wird vorteilhafterweise eine bereits vorhandene Aktorik benutzt. Die Vernetzung erfolgt beispielsweise mithilfe eines Zusatzgeräts zur Funkkommunikation und entsprechender Softwareschnittstellen. Beispielsweise kann für einfache Arbeitsmaschinen eine vernetzte mobile Kommunikationseinheit bereitgestellt werden, die eine reine Warnfunktion übernimmt, ohne technisch in die Arbeitsmaschine eingebunden zu werden.
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Die Sensoren sind beispielsweise in kurzen Abständen über eine gesamte geometrische Gestalt der beweglichen Teile der Arbeitsmaschinen verteilt.
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Die Stereokameras des Kollisionswarnsystems 100 können auch zur Überwachung der Baustelle zu Ruhezeiten genutzt werden. Denkbar ist auch eine Kombination des Kollisionswarnsystems 100 mit einem Fußgängerschutzsystem bei Flurförderzeugen. Das System kann auch zur Dokumentation des Baufortschritts genutzt werden oder auf baustellenähnlichen Schauplätzen wie etwa in Containerterminals eingesetzt werden.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise des Kollisionswarnsystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Über das gesamte Gelände der Baustelle 111 wird das dreidimensionale Koordinatensystem 128 mit einem definierten Ursprung als Referenzpunkt 130 gelegt. Quasistationäre Objekte wie etwa die Lastentransporteinrichtungen 108, 118, 120, hier beispielhaft als Baukrane bzw. Hebebühne dargestellt, werden an einem festen Ort aufgestellt. Einem jeweiligen Bezugspunkt an diesen Objekten wird eine Position mit den Koordinaten x, y, z im Koordinatensystem 128 zugewiesen. Ausgehend vom entsprechenden Bezugspunkt wird nun eine äußere Form der Lastentransporteinrichtung 108 basierend auf deren konstruktiven Dimensionen, deren Drehwinkel um die z-Achse, einer Höhe des Transportguts 110 (basierend auf der Seillänge) sowie eine Entfernung einer Laufkatze zum Kranturm 134 durch eine Koordinatentransformation in den Dimensionen x, y, z angeben. Auf entsprechende Weise lassen sich auch die äußeren Formen des weiteren Krans 120 und der Arbeitsbühne 118 beschreiben.
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Andere Objekte auf oder neben der Baustelle 111 lassen sich direkt in den Koordinaten beschreiben, etwa das Bauwerk 112 entsprechend einem Baufortschritt, die Hochspannungsleitungen 116 und die dazugehörigen Strommasten 114.
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Die beweglichen Arbeitsgeräte in Form der Lastentransporteinrichtung 108, des weiteren Krans 120 und der Arbeitsbühne 118 übertragen die veränderbaren Parameter fortlaufend an einen Zentralrechner in Form des Steuergeräts 102, das zusammen mit den unveränderlichen Parametern der beweglichen Arbeitsgeräte die Koordinatentransformation ins Koordinatensystem 128 vornimmt. Damit steht in Echtzeit ein dreidimensionales Modell aller an das System der Baustelle 111 angeschlossenen Arbeitsmaschinen zur Verfügung.
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Am Ausleger 106 befindet sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Stereokamera als Sensor 104, die dazu dient, Objekte zu erfassen, die sich so häufig auf der Baustelle 111 bewegen, dass ihnen kein fester Referenzpunkt zugeordnet werden kann. Beispielsweise wird die mobile Arbeitsbühne 118 von einem Bildverarbeitungssystem im Steuergerät 102 erkannt. Dabei wird der Arbeitsbühne 118 ein aktueller Bezugspunkt zugeordnet, auf dessen Basis nun die genannte Koordinatentransformation durchgeführt wird. Je nach Ausführungsbeispiel können die Daten des Bildverarbeitungssystems zur Plausibilisierung und gegebenenfalls zur Korrektur der errechneten Koordinaten der Objekte herangezogen werden.
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Das Steuergerät 102 überprüft laufend die äußeren Konturen der auf der Baustelle 111 erfassten Objekte und kann so mögliche Kollisionen im Vorfeld erkennen. Als Reaktion kann beispielsweise eine Warnung an die jeweiligen Bediener ausgegeben werden oder ein Nothalt der beteiligten beweglichen Objekte ausgelöst werden. Bei einer vertikalen Annäherung einer Last von oben ist von einem gewollten Absetzen der Last auszugehen. In diesem Fall wird beispielsweise lediglich eine Meldung ohne Notfallcharakter über die Annäherung ausgegeben.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 200 zum Modellieren eines Bewegungsraumes zumindest einer Lastentransporteinrichtung, zumindest einer Komponente der Lastentransporteinrichtung oder zumindest eines von der Lastentransporteinrichtung transportierten Transportguts. Das Verfahren 200 kann beispielsweise im Zusammenhang mit einem anhand von 1 beschriebenen Kollisionswarnsystem durchgeführt werden. Hierbei wird in einem Schritt 210 zumindest ein Referenzpunkt in einem einer geografischen Umgebung der Lastentransporteinrichtung zugeordneten dreidimensionalen Koordinatensystem bestimmt. In einem weiteren Schritt 220 werden Koordinaten einer Kontur der Lastentransporteinrichtung, der Komponente, des Transportguts oder zumindest eines in der geografischen Umgebung befindlichen Hindernisses eingelesen. Schließlich wird in einem Schritt 230 ein dreidimensionales Modell des Bewegungsraumes unter Verwendung des Referenzpunktes und der Koordinaten in dem dreidimensionalen Koordinatensystem ermittelt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Schritte 220, 230 fortlaufend durchgeführt, um das dreidimensionale Modell an Veränderungen der geografischen Umgebung anpassen zu können.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zum Betreiben einer Lastentransporteinrichtung. Das Verfahren 300 kann beispielsweise im Zusammenhang mit einem anhand von 1 beschriebenen Kollisionswarnsystem durchgeführt werden. Insbesondere kann das Verfahren 300 in Kombination mit einem vorangehend anhand von 2 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. In dem Verfahren 300 wird in einem Schritt 310 zunächst ein dreidimensionales Modell des Bewegungsraumes der Lastentransporteinrichtung, der Komponente der Lastentransporteinrichtung oder des von der Lastentransporteinrichtung transportierten Transportguts empfangen. In einem weiteren Schritt 320 wird unter Verwendung des dreidimensionalen Modells ein Warnsignal zum Wiedergeben einer Warnung und, zusätzlich oder alternativ, ein Steuersignal zum Steuern der Lastentransporteinrichtung bereitgestellt, wenn sich die Lastentransporteinrichtung, die Komponente bzw. das Transportgut innerhalb eines vorgegebenen Abstands einer Grenze des Bewegungsraumes nähert.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
