(57)【要約】この発明は、大型マニピュレータに関し、また、このような大型マニピュレータを備えたトラック搭載型コンクリートポンプに関する。この大型マニピュレータは、いくつかの（２〜５の）、特に３〜５のセグメントで形成され、フレーム、特に車両のフレーム上に配置されるブーム（１）を含み、このブームは、特に、好ましくは旋回軌道輪（６）を含む、折り曲げ可能な分配ブームとして設計されて、駆動ユニットにより、実質的に垂直な回転軸を中心として回転することができ、ブームセグメントは、追加の駆動ユニットにより、実質的に水平であってかつ互いに平行な軸を中心として、互いに対しておよび旋回軌道輪に対して旋回することができる。駆動ユニットを操作して駆動ユニットおよび／またはブームセグメントおよび旋回軌道輪の所望の位置を設定するために、操縦部を含む遠隔操縦システムが設けられる。ブームセグメントに対し、操縦部によって設定された位置からのたわみを生じさせ、特にブームセグメントを振動させる、少なくとも１つのブームセグメントの外乱状態を記述するパラメータを突き止める少なくとも１つのモニタリングユニット（１５）と、操縦部によって設定された位置に対抗する、駆動ユニット（８）に作用する荷重を判断するための少なくとも１つの判断ユニット（２３，２４；２６）とを含む制御システムもまた設けられる。駆動ユニット（８）の動作によりブームセグメントの設定位置からの偏差が最小となって、外乱状態によって生じたブームセグメントの振動が減衰される態様で、少なくとも１つの駆動ユニット（８）を確実に制御するために、この制御システムは遠隔操縦システムと協働する。
2004516995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
いくつかの（２〜５の）、特に３〜５のセグメントで形成され、フレーム、特に車両のフレーム上に配置されるブーム（１）を備えた、特にトラック搭載型コンクリートポンプ用の大型マニピュレータであって、前記ブームは、好ましくは旋回軌道輪（６）を含む分配ブームとして好ましくは設計されて、駆動ユニットにより、実質的に垂直な回転軸を中心として回転することができ、ブームセグメント（２〜５）は、追加の駆動ユニット（８）により、実質的に水平であってかつ互いに平行な軸を中心として、互いに対しておよび前記旋回軌道輪（６）に対して旋回することができ、前記駆動ユニット（８）を操作して前記駆動ユニット（８）または前記ブームセグメント（２〜５）および前記旋回軌道輪（６）の所望の位置を設定する操縦部を含む遠隔操縦システムが設けられ、
前記ブームセグメント（２〜５）に対し、前記操縦部によって設定された位置からのたわみを生じさせ、特に前記ブームセグメントを振動させる、少なくとも１つのブームセグメントの外乱状態を記述するパラメータを突き止める少なくとも１つのモニタリングユニット（１５）と、前記操縦部によって設定された位置に対抗する、駆動ユニット（８）に作用する荷重を判断するための少なくとも１つの判断ユニット（２３，２４；２６）とを含む制御システムもまた設けられ、前記駆動ユニット（８）の動作により前記ブームセグメント（２〜５）の設定位置からの偏差が最小となって、前記外乱状態によって生じた前記ブームセグメント（２〜５）の振動が減衰される態様で、少なくとも１つの駆動ユニット（８）を確実に制御するために、前記制御システムは前記遠隔操縦システムと協働することを特徴とする、大型マニピュレータ。
【請求項２】
前記制御システムは、前記モニタリングユニットによってモニタされたパラメータを入力変数として用い、少なくとも１つの駆動ユニット（８）に対し、前記操縦部によって設定された位置とは異なる、前記駆動ユニット（８）の補正位置を前記パラメータから計算して前記外乱を打ち消す、外乱変数重畳機器（１１）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の大型マニピュレータ。
【請求項３】
前記制御システムによって前記外乱の影響が補償されるべき場所において前記外乱状態が生じる前に、前記モニタリングユニット（１５）が前記外乱状態を記述するパラメータを前もって判断して、前記制御システムが、前記外乱を打ち消す前記駆動ユニット（８）の位置を、適切な時に課し得ることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか１つに記載の大型マニピュレータ。
【請求項４】
前記ブームの先端から見て、補正されるべき前記ブームセグメントの前に位置付けられる、ブームセグメント（２〜５）上のセンサによって、前記モニタリングユニット（１５）が、前記外乱状態を特徴付けるパラメータを判断することを特徴とする、請求項３に記載の大型マニピュレータ。
【請求項５】
前記制御システムは、前記ブームセグメント（２〜５）の振動を減衰するための減衰最小化手段（１２）を含み、前記減衰最小化手段は、前記駆動ユニット（８）が支え、かつ、前記判断ユニット（２３，２４；２６）によって判断された荷重を入力変数として用い、前記駆動ユニット（８）に対する制御パラメータ（ｄｓ／ｄｔ）を出力変数として生成することを特徴とする、請求項１に記載の大型マニピュレータ。
【請求項６】
前記減衰最小化手段（１２）は、ばねおよびダンパー要素（１９，２０）が平行に接続された仮想ばねダンパー要素を含み、前記駆動ユニット（８）に対する制御パラメータ（ｄｓ／ｄｔ）は、前記駆動ユニット（８）に作用する力の成分、すなわち力Ｆｔ（ｔ）と、結果として生じる、前記ばねおよびダンパー要素（１９，２０）の力の成分との間の平衡から計算されることを特徴とする、請求項５に記載の大型マニピュレータ。
【請求項７】
前記モニタリングユニット（１５）によって判断されたパラメータに基づき、前記外乱変数重畳機器（１１）によって判断された前記駆動ユニット（８）の補正位置（Ｓ０）は、前記減衰最小化ユニット（１２）による減衰のために、前記駆動ユニット（８）に対する前記制御パラメータ（ｄｓ／ｄｔ）を計算する際に、所望の位置として用いられることを特徴とする、請求項２〜４のうちの１つ、および請求項５または６の１つに記載の大型マニピュレータ。
【請求項８】
前記制御システムによって制御される前記駆動ユニット（８）は、前記ブームの先端から見て、補正されるべき前記ブームセグメントの前に位置付けられる前記ブームセグメントを操作することを特徴とする、請求項１〜７の１つに記載の大型マニピュレータ。
【請求項９】
前記制御システムは、前記駆動ユニット（８）の位置を判断する少なくとも１つの位置センサ（２５）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜８の１つに記載の大型マニピュレータ。
【請求項１０】
前記減衰最小化手段（１２）によって影響を受ける可能性のある前記制御パラメータ（ｄｓ／ｄｔ）は、前記駆動ユニットの変位速度であることを特徴とする、請求項５〜９のいずれか１つに記載の大型マニピュレータ。
【請求項１１】
前記制御システムは、前記減衰最小化手段（１２）によって判断された、前記駆動ユニットの前記変位速度を制御する速度コントローラ（１３）を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の大型マニピュレータ。
【請求項１２】
前記制御システムは、少なくとも１つのセンサをさらに含み、前記駆動ユニット（８）の前記変位速度は、モニタされ得るか、または、前記センサによって判断されたパラメータから計算され得ることを特徴とする、請求項１０または１１の１つに記載の大型マニピュレータ。
【請求項１３】
前記ブームセグメントを操作する前記駆動ユニット（８）は、油圧式または気圧式のシリンダであることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の大型マニピュレータ。
【請求項１４】
前記シリンダピストン（２８）に軸方向に作用する力の形で前記シリンダが支える荷重は、前記ピストンロッド（１６）上に位置付けられた力センサ（２６）によって判断され得るか、または、シリンダチャンバ（１７，１８）内に設けられた圧力センサ（２３，２４）によって圧力差として判断され得ることを特徴とする、請求項１３に記載の大型マニピュレータ。
【請求項１５】
前記シリンダ（８）は、前記シリンダを圧力供給源（１９）に接続する弁（１４）によって作動され得ることを特徴とする、請求項１３または１４の１つに記載の大型マニピュレータ。
【請求項１６】
前記分配ブーム（１）は、流体、好ましくは粘性の材料、特にコンクリートを分配するための輸送導管を含み、前記ブームセグメントの設定位置の外乱は、前記材料の断続的な流れによって生じ、前記外乱を特徴付けるパラメータは、前記輸送導管内の圧力であり、前記輸送導管内の圧力を測定するために、少なくとも１つの圧力センサ（１５）が設けられることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１つに記載の大型マニピュレータ。
【請求項１７】
輸送ダクト内の２つの地点における圧力を測定する少なくとも２つの圧力センサが、前記輸送ダクト内に設けられて、圧力差が前記制御システムによって判断され得ることを特徴とする、請求項１５に記載の大型マニピュレータ。
【請求項１８】
車両のシャシと、前記車両のシャシ上に取付けられたコンクリートポンプと、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の大型マニピュレータとして設計される分配ブームとを備えた、可動式コンクリートポンプ。
【請求項１９】
前記オペレータは、前記遠隔操縦システムを用いて、前記ブームセグメント（２〜５）および／または前記旋回軌道輪（６）の所望の位置、特に、前記ブームの先端の位置を設定し、外乱によって生じた、前記所望の位置からのあらゆる偏差が自動的に補償され、特に、前記ブームの先端のあらゆる振動が減衰されることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の大型マニピュレータを操作する方法。
【請求項２０】
特に、コンクリート分配ブームの前記輸送導管内の圧力変動の際に、規則的に繰返し生じる外乱から独立して、前記オペレータは、前記遠隔操縦システムによって前記所望の位置を変更することができ、前記所望の位置の変更に関係なく、前記外乱によって生じた、前記所望の位置からの偏差も自動的に補償されることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、請求項１のプリアンブルに従った大型マニピュレータおよび／またはこのような大型マニピュレータを備えたトラック搭載型コンクリートポンプに加え、このような大型マニピュレータを操作する方法に関する。
【０００２】
大型マニピュレータは、たとえば、多セグメント分配ブーム上に支持されたコンクリート輸送管を介し、コンクリートをコンクリートポンプによって汲み出して、コンクリートを正確にかつかなりの距離にわたって特定の目標地点まで輸送することのできるトラック搭載型コンクリートポンプに適用される。通常、分配ブームは１つ以上のセグメントを含み、たわみリンク装置を備えた適切な油圧シリンダにより、その連接継手部分において折り曲げることができる。ブームは、可動式の車台、一般にはトラックのシャシ、または定置式の台のいずれかの上に取付けることができ、垂直軸を中心として旋回することができる。
【０００３】
従来のコンクリートポンプの場合、遠隔操縦システムよってコンクリートが配置されるべき場所に、オペレータが導管のホース端部を方向付ける（大まかな位置付け）。これは、油圧システムの個々のシリンダに関連する弁を直接操作することによって行なわれる。別のオペレータが、末端ホースを実際の配置場所の全体に導く（正確な位置付け）。特定の設計に依存して、分配ブームのセグメントに弾性変形が生じ、ブームに振動が生じやすい。特に、高濃度スラリー用の双シリンダポンプによるコンクリートの輸送が、連続的にではなく拍動的に行なわれるという事実により、分配ブームの、特に最後の部分に、末端ホースからのコンクリートの流出に伴って振動が誘発され、末端ホースにおける振動の振幅が１メートルを超えることが生じ得る。ポンピングの振動数が分配ブームの固有振動数（自然振動数）の範囲内にある場合は、共振振動が生じ得る。分配ブームを備えた従来のコンクリートポンプでは、ブーム先端での振動を限度内に保つように、ポンプによるコンクリート排出量およびポンピングの振動数を十分に抑制することによって、末端ホースを誘導するオペレータに対する危険性を解消する。
【０００４】
したがって、この発明の課題は、分配ブームの振動、特にその最後の部分および末端ホースの振動を減衰して、ポンプの推力に際して最大振動振幅を最小にし、好ましくはそれを１０〜２０ｃｍに制限する態様で、ブーム先端のたわみを減じることである。これに加え、この発明の課題は、合理的な低コスト、特に低い建設コストでこの結果を達成して、簡単かつ安全で効果的な操作を保証する、大型マニピュレータを提供することである。
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴を有する大型マニピュレータによって、また、請求項１８に従ったトラック搭載型コンクリートポンプおよび請求項１９に従った方法によって、解決される。従属請求項によって、有利な実施例が説明される。
【０００６】
この発明の基礎をなす考えとは、従来型の分配ブームを仮定すると、コンクリートポンプの場合における何らかの外乱状態、たとえばポンプの断続的な推力によって生じる振動を最小にして、たわみの振幅、すなわち、大型マニピュレータがその所望の位置からずれる距離を減じるようにマニピュレータを操作するために、既に利用可能な駆動ユニットを制御するために、オペレータによる大型マニピュレータの位置付けを保証する遠隔操縦システムに対し、２つの異なったパラメータをモニタするだけでよい自動制御システムを加えることである。このようにすると、わずかなデータをモニタ（記録）するだけでよく、それによって調整システムの単純化を促すこと、さらに、大型マニピュレータを操作するために追加の構成要素を必要とせず、すなわち、既に利用可能な駆動ユニットを用いて、外乱状態によって生じる振動を打ち消し得ることが達成される。
【０００７】
このため、制御システムは、予め規定された位置からの偏差を招く外乱状態、より具体的には、振動を生じる外乱状態を記述するパラメータをモニタする。このことは、ブームの少なくとも１つのセグメントに対するものである。たとえば、コンクリート分配ブームの場合、このことは、コンクリート輸送導管内の圧力変動の判断であり得る。
【０００８】
さらに、このシステムは、ブームのセグメントを変位させる働きをする駆動ユニットの少なくとも１つが支える荷重を判断する。これらのデータによって、すなわち、モニタされた外乱変数および駆動ユニットが支える荷重によって、当該の駆動ユニットの動作により、所望の位置からの偏差が最小となってブームのセグメントの振動が減衰されるように、駆動ユニットの少なくとも１つが制御システムによって調整される。このために、外乱状態を記述するパラメータをモニタするための、少なくとも１つのモニタリングユニットと、駆動ユニットが支える荷重を判断するための、少なくとも１つの判断ユニットとが、制御システムに設けられる。
【０００９】
好ましくは、制御システムは、判断された荷重を入力変数として用い、かつ、駆動ユニットに対する制御パラメータを出力変数として生成する、減衰を最小にするための手段を含む。たとえば、ブームのセグメントのための駆動ユニットが、油圧シリンダによって構成されるコンクリート分配ブームの場合、制御パラメータはシリンダピストンの変位速度であり得る。
【００１０】
好ましくは、減衰最小化手段は、平行に接続された少なくとも１つのばね要素と１つのダンパー要素とを含む仮想ばねダンパー要素によって構成される。ここで、仮想ばねダンパー要素は、駆動ユニット、たとえば、コンクリート分配ブームにおける油圧シリンダを指す。仮想ばねダンパー要素に基づいた制御の概念の基礎として、油圧シリンダ等の駆動ユニットが平行に接続されたばねダンパー要素と同様の動作をする場合に、効果的な減衰が得られるという考えがある。次に、駆動ユニットに作用する力の成分と、ばねダンパー要素の力の成分との平衡から、駆動ユニットに対する適切な制御パラメータを計算することができる。この概念が、いくつかのセンサを適用することによってマニピュレータの全体構造をわずかに拡大するのみでよいという利点以外にも、減衰最小化手段の全体の制御概念の安定性によって、さらに利点が示される。制御システムが適切に機能して、駆動ユニットがばねダンパー要素と同様の動作をすると仮定すると、ブームは安定した態様で動作をする。なぜなら、放散すべきものが、外乱状態によってブームに作用するエネルギに限られるためである。ばね要素の剛性および減衰要素の減衰定数は、自由に選択されてよい。しかしながら、マニピュレータの振動傾向が最小になり、すなわち、駆動ユニットの誘導動作が最大限に速くなる構成が実際に存在する。この最適なパラメータ構成は、次いで、ブームの位置およびブームのサイズに依存する。
【００１１】
さらに、制御システムは、モニタリングユニットによって入力変数として検出された外乱を記述するパラメータを用いた後に、オペレータによって用いられた設定に対して、補正された駆動ユニットの設定をパラメータから計算して外乱を補償する、外乱変数重畳機器を有利にも含む。
【００１２】
予定よりも早く、すなわち、制御システムによって補償を得るべき位置に外乱状態が生じる前に、判断ユニットがパラメータから外乱状態を判断する好ましい場合において、外乱を打ち消す駆動ユニットの設定を行なうのに十分な時間を利用することができる。たとえば、コンクリート分配ブームにおいて、コンクリート輸送導管を介して圧力波が伝搬されることが判断ユニットによって分かっている場合に、外乱変数重畳機器は、補正された駆動ユニットの設定を課すこと、すなわち、圧力波に対抗する位置にブームの所与のセグメントを配置することができる。したがって、ブームの先端から見て、補正されるべきセグメントの前に配置される位置での外乱状態を特徴付けるパラメータを測定するセンサが、判断ユニットに設けられると有利である。たとえば、ブーム先端のたわみを補償すべき場合は、コンクリートポンプ用の分配ブームの支持部にあらかじめ圧力センサを設けることが有利だが、このことは、補償すべき場所の外乱をモニタする正確さと、それに対して反応する十分な時間を有する可能性との間で妥協点を探ることを示唆する。代替的に、外乱が生じる地点で外乱変数を直接測定することもでき、たとえば、コンクリートポンプのスイッチを入れたときに、ポンプにおいて測定を行なって、その測定値をコンクリート輸送導管の流動速度の測定値と組合せることができる。
【００１３】
推定された外乱に基づいて外乱変数重畳機器によって判断された、駆動ユニットの補正設定（位置）が、減衰最小化手段における計算のための所望の設定として用いられる前に、その上に、オペレータによって選択された設定を重ね合わせる態様で、外乱変数重畳機器と減衰最小化手段とを制御システムにおいて組合せることが有利である。このことにより、たとえば共振振動をなくすことによって、たとえば振動数だけでなく振動の振幅に関して、減衰最小化手段によって振動が減じられるだけでなく、外乱変数による所望の位置からの直接のたわみに対抗することが確実となり、減衰最小化手段の計算の際に、補正された設定を含むことにより、駆動ユニットの不必要な動きによる付加的な振動もなくす。
【００１４】
好まれるように、外乱変数の判断および／または減衰最小化手段による減衰が前もって行なわれると、大型マニピュレータにおいて、振動および振幅をできるだけ小さく保つべきブームのセグメントの動作を直接支配する駆動ユニットに対して制御を必ずしも差し向ける必要がない場合にも有利である。このブームのセグメントとは、たとえばブームの先端であり、さらに、ブームの先端から見て、補正されるべきブームのセグメントの前に位置付けられた他のいくつかのセグメントである。
【００１５】
制御システムを実現するために、適切な駆動ユニットの選択と大型マニピュレータが用いられるべき目的とに或る程度依存する、さまざまなセンサおよび測定システム（の使用）が必要とされる。油圧シリンダによって作動する連接継手を備えたコンクリート分配ブームの形としての大型マニピュレータの場合、シリンダピストンの変位速度が制御パラメータとして調整されると有利である。
【００１６】
仮想ばねダンパー要素が減衰最小化手段として用いられる有利な一実施例によると、駆動ユニットの変位速度は制御パラメータとして判断されなければならない。このことは、ニュートンの（Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ）原理から生じる。
【００１７】
【数１】
2004516995.tif 000003
【００１８】
駆動ユニットがばねダンパー要素として機能する場合に、以下の式が得られる。
【００１９】
【数２】
2004516995.tif 000004
【００２０】
式中、Ｆｔ（ｔ）は時間関数として表わされて、外乱の結果として駆動ユニットに作用する力であり、ｄは減衰定数であり、ｓ（ｔ）は時間関数としての変位速度であり、ｃはばね定数であり、ｓ（ｔ）は時間関数としての駆動ユニットの位置である。この式を再び整理すると、変位速度ｓ（ｔ）に対して以下のように解くことができる。
【００２１】
【数３】
2004516995.tif 000005
【００２２】
式３によって求められた変位速度ｄｓ／ｄｔを設定する態様で駆動ユニットを制御する場合、このユニットは、ばねダンパー要素の特性をシミュレートする。次に、パラメータｃおよびｄの、ステーションに独自の調整により、最適な減衰を得ることができる。
【００２３】
変位速度が制御されるべき場合に、制御システムは、減衰最小化手段によって判断される変位速度を課すことによって駆動ユニットを制御することのできる速度コントローラも含まなければならない。さらに、制御システムは、駆動ユニットの位置（設定）を判断することのできる少なくとも１つの位置センサを含まなければならない。適切な位置センサを経路測定システムとして設計することもでき、駆動ユニットの最初の位置から始めて、センサはその効果的な位置を決定することが可能になる。それと同時に、このような経路測定システムは、駆動ユニットの変位速度をモニタするように働くこともでき、この場合、システムは、駆動ユニットの位置の変化から変位速度を判断しなければならない。代替的に、経路測定システムから独立した別の速度センサを設けて、駆動ユニットの変位速度を直接測定することが有利な場合もある。
【００２４】
ブームのセグメントのための駆動ユニットが、油圧式または気圧式に作動するシリンダである、コンクリート分配ブームの好ましい実施例において、判断ユニットは、好ましくは、それぞれ、力を直接測定することによって、または、シリンダチャンバ内の圧力差によって、駆動ユニットが支える荷重を判断することのできる、ピストンロッドに取付けられた力センサまたはシリンダチャンバに関連する圧力センサを含む。
【００２５】
この有利な実施例のモニタリング機器は、コンクリート輸送導管内に少なくとも１つの圧力センサ、好ましくは２つ以上の圧力センサをさらに含み、この態様において、コンクリート輸送導管内の圧力変動を、外乱変数として判断することができる。
【００２６】
好ましくは、駆動ユニットの変位速度を制御する速度コントローラは、シリンダチャンバと油圧オイル供給源との間に配置された弁を介して好ましくは油圧式に作動するシリンダの変位速度を制御するが、減衰最小化手段によって判断された変位速度をできるだけ正確に設定するために、油圧システム内の弁および速度コントローラの両方が、十分な精度および速度で機能しなければならない。
【００２７】
上述の大型マニピュレータは、特に、車両のシャシ上に取付けられた可動式コンクリートポンプに適している。なぜなら、対応する大型マニピュレータに関する限り、この種の装置を用いると、使用される高濃度スラリー用の双シリンダポンプによって生じる外乱を理想的に減じ得るためである。
【００２８】
さらに、ブームのセグメントおよび／または大型マニピュレータの旋回軌道輪の位置の設定をオペレータが連続して行なうことができるために、この種の大型マニピュレータの操作が有利であること、また、所望の位置からのどのような偏差も、オペレータが位置を調整する必要なく自動的に補償されること、また特に、振動が減衰されることが分かっている。ブームがこの態様で作動する場合、適切な例であるコンクリートポンプにおいて、規則的に繰返し生じる外乱および圧力の衝撃から独立して、オペレータがブームの所望の位置を変更できること、さらに、この場合も同様に、生じる外乱が自動的に補償され、大型マニピュレータを、その目標物と正確にアライメントし得ることが、特に有効である。
【００２９】
この発明の追加の利点、特徴、および特性は、この明細書に添付される図面を利用して提供される詳細な説明によって提示される。図面はすべて、完全な概略形式を取る。
【００３０】
図１は、ブームの４つのセグメント２〜５からなるコンクリート分配ブーム１の側面図を示し、ブームの４つのセグメント２〜５は、次いで、旋回軌道輪６上に取付けられる。旋回軌道輪６自体は、フレーム、特にトラックのシャシの形をとった車両フレーム上に、回転可能な態様で取付けられるが、このことは図面で示されていない。
【００３１】
ブームの個々のセグメント２〜５は、回転または旋回が可能な態様で、互いにおよび旋回軌道輪６に接続されており、回転軸１０は、実質的に水平方向に、すなわち、図面の平面に対して直角に、互いに平行に延びる。
【００３２】
ブームセグメント２〜５を、互いに対しておよび旋回軌道輪６に対して旋回させるために、油圧シリンダ８が設けられ、油圧シリンダ８は、たわみリンク装置９を介して作用して、シリンダ８の作動時に、ブームセグメント２〜５を、互いに対しておよび旋回軌道輪６に対して回転させることができる。
【００３３】
ブームの先端において、ホース管７の形でコンクリート輸送導管の末端が示される。旋回軌道輪６およびブームセグメント２〜５を変位させることにより、あらゆる所望の地点、たとえば天井のスラブを注入するための位置に、コンクリートホース７を配置することができる。ブームセグメント２〜５の変位は、油圧シリンダ８によって行なわれ、油圧シリンダ８は、次いで、適切な遠隔操縦システムを介し、オペレータによって操作される。
【００３４】
このようなコンクリート分配ブーム１が作動する場合、たとえば、高濃度スラリー用の双シリンダポンプによって生じ得る、コンクリート輸送導管内の圧力変動によって、コンクリート分配ブームは、ブーム全体に振動動作を行なわせる作用を有する周期的な荷重を受ける。また、特にブームの先端において、結果的に生じる振動はかなりの振幅を有する。
【００３５】
このことを防ぐために、この発明に従った大型マニピュレータには、振動を減衰してかつブーム先端のたわみを最小にする態様で遠隔操縦システムと協働する制御システムが設けられる。この制御システムの機能を示す概略図を、図２に示す。
【００３６】
図２に従った制御システムは、外乱変数重畳機器１１に加え、減衰最小化手段１２および油圧シリンダ８内のピストン２８の変位速度を制御する速度コントローラ１３を含む。このため、図１に示される大型マニピュレータ１には、さまざまなセンサおよび測定システムが設けられる。例示された実施例では、制御システム、より具体的には、ブーム１のＣ−リンク装置（図１参照）を操作する制御システムによって、１つの油圧シリンダ８のみが制御される。しかしながら、いくつかのまたはすべての油圧シリンダ８を制御することも同じく可能である。
【００３７】
ブームセグメント２〜５を互いに対しておよび旋回軌道輪６に対して旋回させるための駆動ユニットとして包括的に働く油圧シリンダ８上に、油圧シリンダ８のシリンダチャンバ１７および１８内の圧力を測定する圧力センサ２３および２４が設けられる。シリンダピストン２８の速度および位置を判断することのできる経路測定システム２５もまた、ピストンロッド１６上に設けられる。シリンダチャンバ１７および１８内の圧力センサに加え、または圧力センサの代わりに、ピストンロッド１６に作用する力を測定することのできる力センサ２６をピストンロッド１６に設けることもできる。
【００３８】
この接続において、経路測定システム２５は、ピストンの位置の変化からピストンの速度が判断されるように、シリンダピストンの位置のみを判断するようなものであってよく、または、代替的にもしくはそれに加えて、ピストンおよび／またはピストンロッドの速度ならびに動作の方向を判断して、ピストンの最初の位置が分かっている場合に、その情報からピストンの位置を再び計算することのできるようなものであってよい。
【００３９】
さらに、制御システムは、コンクリート輸送導管上に配置された２つの圧力センサを好ましくは含んで内部の圧力差を判断することのできる、コンクリート輸送導管内の圧力を測定するための機器１５も含む。特に、ブームの先端のたわみおよび振動を減じることが意図されているために、コンクリート輸送ダクトの始端付近の領域に圧力センサを設けて、輸送導管の２つの地点の圧力を測定することにより、たとえば、圧力差の発生、および、このような圧力波がコンクリート輸送ダクトを介して伝搬される態様を推測し得ることは、有利である。このようにして、測定地点の後ろにある輸送ダクトの領域、より具体的には、マストの先端に、特定の圧力荷重がいつ及ぶかという正確な予測を立てることができる。
【００４０】
図２に従った好ましい実施例において、油圧シリンダは以下の態様で制御される。すなわち、まず、油圧シリンダ８の所望の位置を規定し、したがって、油圧シリンダ８によって旋回させることのできるブームセグメントの位置も規定する目標値を、遠隔操縦システムを介して制御システムに与える。コンクリート輸送導管内の圧力変動を判断する圧力測定システム１５によって次の入力が与えられ、圧力測定システム１５は、外乱変数重畳機器１１に対し、予測される外乱状態を与える。予測される外乱状態に基づいて、外乱変数重畳機器１１は次に、目標値、すなわち、油圧シリンダの所望の位置を変更して補正する。たとえば、制御されるべきブームセグメントがより大きな荷重を支えなければならず、したがって、このより大きな荷重によって生じる、所望の位置からの弾性たわみを被ることが予測される場合に、油圧シリンダ８を補正位置に移動させることによって、これが打ち消される。このために、外乱変数重畳機器は、いわゆるばねの基点である、補正された位置Ｓ０を提供する。
【００４１】
補正された位置Ｓ０がばねの基点として既知であるのは、示された実施例において、補正された位置を減衰最小化手段のための入力変数として用いるためであり、この場合、減衰最小化手段は、ダンパー要素１９およびダンパー要素２０を含む仮想ばねダンパー要素であり、これらの２つの要素は平行に接続される（図３参照）。
【００４２】
図３からより良く分かるように、仮想ばねダンパー要素は、油圧シリンダに作用する力が、平行に接続されたばねならびにダンパー要素１９および２０によって利用され得る対抗する力と平衡状態にあるときに、ブーム１またはブームセグメント２〜５の振動を解消することができるという仮定に基づく。したがって、適切に設計された弾性ひずみエネルギによって荷重エネルギが吸収され、消散する。
【００４３】
力の均衡の概念により、仮想ばねダンパー要素によって記述される、油圧シリンダ８に対する制御変数を計算することができる。示された実施例において、これは変位速度ｄｓ／ｄｔによって構成され、この変位速度は、図３に再現された式に従って、シリンダ８に作用する力Ｆｔ（ｔ）、ばね定数ｃ、減衰定数ｄ、およびシリンダの位置ｓ（ｔ）から得ることができる。シリンダピストン２８の変位速度ｄｓ／ｄｔを図３の式に従って制御すると、ブームセグメントの振動、この場合はブームセグメント４および５の振動が、最小となる。このために必要とされるデータは、制御システムの測定機器、たとえば、それぞれ力Ｆｔ（ｔ）およびシリンダピストンの位置ｓ（ｔ）を提供する力センサ２６および経路測定システム２５によって、部分的に利用可能となる。ばね定数ｃおよび減衰定数ｄは仮想システムにおいて自由に選択することができ、したがって、最適な減衰を与えるように適合することができる。
【００４４】
したがって、図２の表示に従い、減衰最小化手段１２は、ばねダンパー要素の式を用いて、ピストンロッド１６に作用する力Ｆｔ（ｔ）と、所与のシステムでは一定に保持されるか、または、変更可能な態様で適合され得る、それぞればねの剛性および減衰に対する定数ｃおよびｄとから、シリンダピストン２８の所望の変位速度ｄｓ／ｄｔを計算する。代替的に、ピストンロッド２８上の力センサ２６を利用して力を直接測定する代わりに、シリンダチャンバ１７と１８との間の圧力差から、シリンダ８が支える荷重を判断することもでき、そのために、このシステムは、それぞれシリンダチャンバ１７および１８内に配置された圧力センサ２３および２４によって判断される圧力値を用いる。
【００４５】
示された実施例では、減衰最小化手段１２による振動の減衰が、外乱変数重畳機器１１と有利な態様で組合されて、システムは、独立した振動減衰を提供するだけでなく、所望の位置からの絶対的な偏差も補償する。このことが特に有利である理由は、仮想ばねダンパー要素が、所望の位置からのより大きな偏差を招き得る一定の弾性ひずみエネルギを、システム内に導入するためである。しかしながら、推測された荷重から補正位置Ｓ０が計算されて、減衰最小化手段１２に対する入力変数として利用可能となり、この補正された位置が、制御変数、すなわち、シリンダピストン２８の所望の変位速度ｄｓ／ｄｔの計算の基礎として既に用いられているという事実により、このことは打ち消される。
【００４６】
減衰最小化手段１２によって判断されたシリンダピストン２８の所望の変位速度ｄｓ／ｄｔは、経路測定システム２５を介してシリンダピストン２８の位置を連続的に受取るか、または、油圧供給源２９の圧力ならびに油圧シリンダ８のシリンダチャンバ１７および１８内の圧力に関するデータとともにシリンダピストン２８の変位速度を直接受取る、速度コントローラ１３のための制御変数を構成する。これらのデータから、速度コントローラ１３は、弁１４を操作して、したがって、油圧シリンダ８を制御するために用いる制御電圧Ｕを決定する。弁１４は、油圧供給源１９とシリンダチャンバ１７および１８との間に配置されて、シリンダチャンバ１７および１８への油圧オイルの導入またはシリンダチャンバからの油圧オイルの除去を管理することにより、ピストン２８の所望の変位速度を確実に設定する。油圧システムは、全範囲にわたって線形の動作によって特徴付けられていないため、速度コントローラは、特に、シリンダピストン２８の所望の変位速度ｄｓ／ｄｔの設定を可能にする非線形コントローラであってもよい。
【００４７】
この特定の場合に、油圧システムにおいて、このシステムが、制御されるべき大型マニピュレータの自然周波数を超える自然周波数を有し、さらに、油圧シリンダ８の操作を確実に行なうのに十分な速度での油圧オイルの排出量を有するという条件を満たす限り、弁１４を自由に選択することができる。
【００４８】
制御システムの、圧力センサ、力センサ等の既に説明されたこのような構成要素以外にも、制御システムは、測定された値およびセンサのデータをデジタル信号に変換することのできる、周知のハードウェア構成要素も含む。さらに、制御システムは、記述された制御概念をプログラミングして、それを置換して処理することのできる公知のハードウェア構成要素も含む。
【００４９】
説明された実施例の場合、この明細書における上述の制御によると、油圧式で作動するすべてのシリンダを操作する必要のないことが分かっている。その代わりに、上述の態様で１つの油圧シリンダ８を制御すること、より具体的には、分配ブーム１の最後から２番目のセグメント４を作動させるシリンダ８（図１の破線で示した円を参照）を制御するだけで十分であることが分かっている。いわゆるＣ−リンク装置におけるシリンダ８の制御は、ブームの先端の振動、すなわち、コンクリートホース７の振動もまた著しく減衰して、それらの振幅を確実に最小にする際に極めて有効であり、正確な位置付けのためにコンクリートホースを取扱わなければならないオペレータが実質的な振動およびたわみを補償する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンクリート分配ブームとして設計された大型マニピュレータを、第１に伸長した状態で、第２に折り曲げた状態で、示す側面図である。
【図２】隣接する２つのブームセグメントを傾動させるための駆動ユニットとして用いられるシリンダの制御を示す概略図である。
【図３】仮想ばねダンパー要素の態様で機能するように駆動ユニットを制御するための概念を概略的に示した図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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