本发明涉及一种起重机、尤其旋转塔式起重机(turmdrehkran)，带有安置在提升绳索处的负载容纳工具、用于使多个起重元件运动且使所述负载容纳工具行进的驱动装置、用于控制所述驱动装置以使得所述负载容纳工具沿着行进路径行进的控制设备、以及用于缓冲所述负载容纳工具的摆动运动的摆动缓冲装置，其中所提及的摆动缓冲装置具有控制模块以用于取决于与摆动相关的(pendelrelevant)标准影响所述驱动装置的操控。本发明此外还涉及一种用于控制起重机的方法，在该方法中驱动装置由摆动缓冲装置取决于与摆动相关的参数影响所述驱动装置的操控。
背景技术
为了可使起重机的负载吊钩沿着行驶路径或者在两个目标点之间行进，通常必须操纵和控制不同的驱动装置。例如对于旋转塔式起重机(在旋转塔式起重机中提升绳索从滑车(laufkatze)卷开，该滑车可在起重机的悬臂处行进)而言，转动机构(借助于该转动机构塔与设置在其上的悬臂一起或者悬臂相对于塔围绕竖直的转动轴线转动)通常必须以及滑车驱动器(借助于该滑车驱动器滑车可沿着悬臂行进)和提升机构(借助于该提升机构可移动提升绳索且因此可使负载吊钩升起且降下)必须分别操纵和控制。所提及的驱动装置在此通常由起重机操作者经由如例如以操纵杆、拨动开关、旋钮和滑动件和类似者形式的相应的操作元件操纵和控制，这根据本发明需要大量感觉和经验，以为了快速且但是平缓地在没有负载吊钩的较大的摆动运动的情况下驶向目标点。在目标点之间应尽可能快速地行进以为了实现高的工作效率，而在分别的目标点处应平缓地停住，而不使负载吊钩与系住在该负载吊钩处的负载重新摆动。
起重机的驱动装置的这样的操控鉴于必要的专注度针对起重机操作者而言是疲劳的，特别是因为常常必须总是完成反复的行驶路径和单调的任务，例如当在浇灌混凝土时容纳在起重机吊钩处的混凝土吊斗经常必须在混凝土混合器(混凝土吊斗在该混凝土混合器处填充)和混凝土吊斗在其中被排空的混凝土区域之间往复行进。另一方面在专注度降低的情况下或还在相应的起重机类型的经验不足够的情况下，当起重机操作者不足够细腻地操作起重机的操作杆或者操作元件时，发生容纳的负载的较大的摆动运动且因此发生相应的危险潜力。
为了对付不期望的摆动运动的问题，已经建议，起重机的控制设备设有摆动缓冲装置，该摆动缓冲装置借助于控制模块干预控制且影响驱动装置的操控，例如阻止或减弱由于操作杆的过快或过强的操纵引起的驱动装置的过大的加速度或限制在较大的负载情况下的一定的行驶速度或以类似的方式干预行驶运动，以为了阻止负载吊钩的过强的摆动。
用于起重机的这样的摆动缓冲装置以各种各样的实施方式已知，例如通过操控转动机构驱动器、跷动驱动器和滑车驱动取决于一定的传感器信号，例如倾角信号和/或陀螺仪信号。例如文件de202008018260u1或de102009032270a1显示了在起重机处的已知的负载摆动缓冲，就此而言即在摆动缓冲装置的原理方面明确地参照其对象。在文件de202008018206u1中，例如借助于陀螺仪单元测量相对于垂线的绳索角度及其以绳索角速度行驶的变化，以为了在超过针对相对于垂线的绳索角速度的极限值时自动地干预控制。
此外从liebherr公司以“cycoptronic”已知用于海上起重机的负载摆动缓冲系统，该负载摆动缓冲系统预先计算负载运动和影响如风且基于这种预先计算自动地导入补偿运动，以为了避免负载的振动。具体而言在该系统中也借助于陀螺仪探测相对于垂线的绳索角度及其变化，以用于取决于陀螺仪信号干预控制。
但是在带有规模大的承载负载设计的长的、纤细的起重机结构的情况下(如尤其在旋转塔式起重机时为这种情况)，利用传统的摆动缓冲装置下列情况有时是困难的：以正确的方式干预驱动器的操控以为了实现期望的起缓冲摆动作用的效果。在此当驱动器加速或制动时，在结构部件、尤其塔的区域中发生结构部件的动态效果和弹性变形，从而干预驱动装置(例如制动或加速滑车驱动器或转动机构)不直接以期望的方式影响负载吊钩的摆动运动。一方面当驱动器以起缓冲摆动作用的方式被操纵时，由于在结构部件中的动态效果在传递到提升绳索和负载吊钩上可发生时间延迟。另一方面，提及的动态效果也可对负载摆动具有过度的或甚至不良的作用。当例如负载通过滑车驱动器的首先过快的操纵而朝向塔摆动且摆动缓冲装置通过使滑车驱动器延迟而采取对策时，可发生悬臂的俯仰运动，因为塔相应变形，由此可影响期望的起缓冲摆动作用的效果。
技术实现要素：
以此为出发点本发明的任务是，创造改进的起重机以及改进的用于控制起重机的方法，其避免现有技术的缺点且以有利的方式改进现有技术。尤其应在旋转塔式起重机的情况下实现改进的摆动缓冲，该摆动缓冲更好地考虑起重机结构的各种各样的影响。
根据本发明所提及的任务通过根据权利要求1的起重机以及权利要求15的方法解决。本发明的优选的设计方案是从属权利的对象。
因此建议，在起缓冲摆动作用的措施中不仅考虑绳索本身的实际的摆动运动，而且考虑起重机的钢结构和起重机的传动系的动力学。所述起重机不再假定为不可动的刚性体，该刚性体将所述驱动装置的驱动运动直接且一致地即以1∶1转换为提升绳索的悬挂点的运动。换而言之，摆动缓冲装置将起重机视作软结构，该软结构在其钢构件如例如塔网格中且在传动系中在加速时展现弹性和挠性，且在影响所述驱动装置的操控时考虑所述起重机的结构部件的这种动态。
根据本发明，所述摆动缓冲装置包括确定器件以用于确定结构构件在动态负载下的动态变形和运动，其中所述摆动缓冲装置的控制模块(该控制模块以起缓冲摆动作用的方式影响所述驱动装置的操控)构造成在影响所述驱动装置的操控时考虑所述起重机的结构构件的确定的动态变形。
因此，所述摆动缓冲装置不将起重机或者机械结构视作刚性的、在某种程度上可以说无限硬的结构，而是以可弹性变形的和/或柔性的和/或相对软的结构为出发点，该结构除了机械的设定运动轴线如例如悬臂跷动轴线或塔转动轴线之外附加地允许通过结构构件的变形引起的运动和/或位置改变。
机械结构的由于在负载或动态负荷下的结构变形引起的可动性的考虑恰好对于纵向延伸的、纤细的且从静态和动态边缘条件意识到-在考虑必要的安全性的情况下-引起的(ausgereizt)结构如在旋转塔式起重机的情况下是重要的，因为在此例如对于悬臂的可察觉的运动份额和由此负载吊钩位置通过所述结构构件的变形添加。为了可更好地克制摆动起因，摆动缓冲考虑机械结构在动态负荷下的这样的变形和运动。
由此可实现显著的优点：
首先所述结构构件的振动动态通过控制装置的调节行为降低。在此通过操作行为主动地缓冲振动或者通过调节行为甚至不激励振动。
同样钢结构受到保护且受到较小的应力。尤其冲击负荷通过调节行为减小。
此外通过该方法可限定操作行为的影响。
通过了解结构动态和调节器方法可尤其减小且缓冲俯仰振动。由此负载表现地更平稳且稍后在静止位置中不再上下往复摇摆。
上文提及的所述结构构件和驱动系的弹性变形和运动和由此出现的固有运动可原则上以各种方式确定。在本发明的改进方案中，所提及的确定器件可包括评价装置
这样的评价装置可例如采样数据模型，在该数据模型中存储了所述起重机的结构变量如塔高度、悬臂长度、刚度、平面转动惯量和类似者和/或这些结构变量相互关联，以为了然后借助于具体的负载情况、即容纳在所述负载吊钩处的负载的重量和当前的跨距(ausladung)评价，针对驱动装置的一定的操纵在钢结构中且在传动系中得到如何的动态效果、即变形。取决于以如此程度评价的动态效果，所述摆动缓冲装置则可干预所述驱动装置的操控且影响所述驱动装置的驱动调节器的设定变量，以为了避免或者降低所述负载吊钩和所述提升绳索的摆动运动。
尤其地，所述确定单元可具有计算单元用于确定这样的结构变形，该计算单元借助于存储的计算模型取决于在控制台处输入的控制指令计算结构变形和由此得出的结构件运动。这样的模型可类似于有限元模型(finite-elemente-modell)构建或为有限元模型，其中但是有利地，使用相对于有限元模型明显简化的模型，该简化的模型可例如依据经验在真实的起重机或者真实的机械处在一定的控制指令和/或负荷状态下通过探测结构变形确定。这样的计算模型可例如利用图表工作，在所述图表中一定的控制指令与一定的变形相关联，其中控制指令的中值可借助于内插设备换算为相应的变形。
针对评价或计算所述结构构件的弹性变形和动态运动备选地或附加地，所述摆动缓冲装置还可包括合适的传感机构，借助于该传感机构探测结构构件在动态负荷下的这样的弹性变形和运动。这样的传感机构可在起重机的钢结构、例如所述塔和/或所述悬臂的网格构架处例如包括变形传感器、如应变测量片。备选地或附加地，可设置有加速度和/或速度传感器，以为了探测结构构件的一定的运动、如例如悬臂顶端的俯仰运动和/或在悬臂处的旋转动态效果。备选地或附加地，还可例如在所述塔处、尤其在所述塔的上区段处(所述悬臂支承在该上区段处)设置有倾角传感器或回转仪，以用于探测所述塔的动态。例如冷不防的提升运动导致所述悬臂的俯仰运动，所述俯仰运动伴随所述塔的弯曲运动，其中所述塔的后振动又导致所述悬臂的后振动，这伴随相应的负载吊钩运动。备选地或附加地，传动系也可关联有运动和/或加速度传感器，以为了可探测传动系的动态。例如滑车的用于提升绳索的转向辊子和/或用于跷动悬臂的锚索(abspannseil)的转向辊子可关联有旋转编码器，以为了可探测在相关的点处的实际的绳索速度。
有利地所述驱动装置本身也关联有合适的运动和/或速度和/或加速度传感器，以为了可相应地探测所述驱动装置的驱动运动且可使该驱动运动与所述结构构件如所述钢结构和在传动系中的评价的和/或探测的变形结合。
尤其地在本发明的改进方案中，所述摆动缓冲装置可具有滤波装置或者观察器(beobachter)，该观察器观察起重机反应，该起重机反应在所述驱动调节器的一定的设定变量的情况下出现且在考虑所述起重机的动态模块(该动态模块可原则上具有不同性质且可通过分析和模拟钢结构获取)的预定的合法性的情况下借助于观察的起重机反应影响所述调节器的设定变量。
这样的滤波器或者观察装置可尤其以所谓的卡尔曼滤波器的形式构造，所述起重机的驱动调节器的设定变量和起重机运动、尤其负载吊钩运动、尤其其摆动运动作为输入变量输送给该卡尔曼滤波器且该卡尔曼滤波器从所述输入变量中借助于卡尔曼等式(这些卡尔曼等式模拟起重机、尤其其钢构件和传动系的动力学系统)相应地影响驱动调节器的设定变量，以为了实现期望的缓冲摆动的效果。
尤其，借助于合适的传感机构探测负载吊钩的位置、尤其还探测负载吊钩相对于垂线的斜拉、即提升绳索相对于垂线的偏转且将该位置输送给卡尔曼滤波器。有利地，用于所述负载吊钩的位置探测的所述探测装置可包括给出图像的传感机构、例如摄像机，该传感机构从所述提升绳索的悬挂点、例如所述滑车基本上竖直向下观看。图像评估装置可在由所述给出图像的传感机构提供的图像中识别所述起重机吊钩且确定所述起重机吊钩的偏心距或者所述起重机吊钩从图像中心中的移动量，该偏心距或者移动量是针对所述起重机吊钩相对于垂线的偏转的量度且因此表征所述负载摆动。
有利地，位置传感机构可构造成，相对于固定的世界坐标系探测负载，和/或行进控制装置可构造成，相对于固定的世界坐标系定位负载。
通过负载位置定位可在此实现斜拉调节，该斜拉调节消除或者至少减小通过悬挂的负载引起的静态变形。为了减小振动动态或者甚至不可使振动动态发生，所述摆动缓冲装置可构造成，如此修正所述转动机构和所述滑车行驶机构，即使得即使所述起重机由于增大的负载力矩越来越多地向外倾斜，所述绳索也尽可能一直竖立垂直于负载。例如在将负载从地面升起时可考虑在负载下由于所述起重机的变形引起的所述起重机的俯仰运动且在考虑探测的负载位置的情况下如此跟踪所述滑车行驶机构或者在预测性地评价俯仰变形的情况下如此定位所述滑车行驶机构，即使得所述提升绳索在滑车变形产生的情况下在负载之上处于竖立垂直。最大的静态变形在此在这样的点处出现，即负载在该点处离开地面。那么斜拉调节不再是必要的。备选地或附加地，以相应的方式还可在考虑探测的负载位置的情况下如此跟踪所述转动机构和/或在预测性地评价横向变形的情况下如此定位所述转动机构，即使得所述提升绳索在滑车变形产生的情况下在负载之上处于竖立垂直。
这样的斜拉调节可在稍后的时刻由操作者再次激活，该操作者可由此使用起重机作为操纵器(manipulator)。由此，操作者可只通过推压和/或牵拉重新定位负载。斜拉调节在此尝试跟随由操作者造成的偏转由此可实现操纵器控制。
所提及的摆动缓冲装置可在通过相应的操作元件如操作杆和类似者手动操纵所述起重机时监视所述起重机操作者的输入指令且在需要时过调，尤其在这样的意义中，即当由所述起重机操作者预设的起重机运动已经导致或将导致所述负载吊钩的摆动时，由所述起重机操作者例如减小过强预设的加速或还自动地导入相反运动。
备选地或附加地，即使在自动操纵所述起重机时也可使用所述摆动缓冲装置，在该自动操纵中所述起重机的控制设备在自动驾驶(autopilot)的意义中使所述起重机的负载容纳工具自动在至少两个目标点之间沿着行驶路径行进。在这样的自动运行中(即在其中所述控制设备的行进路径确定模块例如在连续路径控制(bahnsteuerung)的意义中确定期望的行进路径且所述控制设备的自动的行进控制模块如此操控所述驱动调节器或者驱动装置，即使得所述负载吊钩沿着确定的行进路径行进)，所述摆动缓冲装置可通过所提及的行进控制模块干预所述驱动调节器的操控，以为了使起重机吊钩无摆动地行进方法或者缓冲摆动运动。
附图说明
下面借助于优选的实施例和所属的图纸进一步解释本发明。在图纸中：
图1显示了旋转塔式起重机的示意图，在该旋转塔式起重机中通过给出图像的传感机构探测负载吊钩位置和相对于垂线的绳索角度，且在该旋转塔式起重机中摆动缓冲装置影响驱动装置的操控，以为了阻止负载吊钩及其提升绳索的摆动运动，
图2显示了摆动缓冲装置的卡尔曼滤波器的示意图和由该卡尔曼滤波器执行的对驱动调节器的设定变量的影响，
图3显示了在负载下的旋转塔式起重机的变形和振动形式及其缓冲或者通过斜拉调节引起的避免的示意图，其中子图a.)显示了在负载下的旋转塔式起重机的俯仰变形和与此关联的提升绳索的斜拉，子图b.)和c.)以透视图以及以从上方观察的俯视图显示了旋转塔式起重机的横向变形，且子图d.)和e.)显示了提升绳索的这样的横向变形关联的斜拉。
具体实施方式
如图1显示的那样，起重机可构造为旋转塔式起重机。在图1中显示的旋转塔式起重机可例如以本身已知的方式具有塔201，该塔承载悬臂202，该悬臂由配对悬臂203平衡，在该配对悬臂处设置有平衡重204。通过转动机构可使所提及的悬臂202与配对悬臂203一起围绕垂直的旋转轴线205(该旋转轴线可与塔轴线共轴)旋转。在悬臂202处可通过滑车驱动器使滑车206行进，其中提升绳索207从滑车206卷开，负载吊钩208固定在该提升绳索处。
如图1同样显示的那样，起重机2在此可具有电子控制设备3，该控制设备例如可包括安排在起重机本身处的控制计算机。所提及的控制设备3可在此操控在分别的工程机械处的不同的促动器(stellglieder)、液压回路、电动机、驱动设备和其它工作机组。这可例如在显示的起重机中为起重机的提升机构、起重机的转动机构、起重机的滑车驱动器、起重机的如有可能存在的悬臂跷动驱动器或类似者。
所提及的控制设备3可在此与终端设备4通信，该终端设备可安排在控制台处或者操作舱中且例如可具有带有触摸屏和/或操纵杆、旋钮、滑动开关和类似的操作元件的平板的形式，从而一方面控制计算机3的各种信息在终端设备4处显示且反之控制指令可经由终端设备4输入到控制设备3中。
起重机1的所提及的控制设备3可尤其构造成，即使当摆动缓冲装置340探测与摆动相关的运动参数时，也操控提升机构、滑车和转动机构的所提及的驱动设备。
为此，起重机1可具有探测装置60，该探测装置探测提升绳索207的斜拉
探测装置60的为此设置的确定器件62可例如光学地工作，以为了确定提及的偏转。尤其可在滑车206处安置摄像机63或另一给出图像的传感机构，其从滑车206垂直向下观察，从而在负载吊钩208未偏转时负载吊钩的图像反映处于由摄像机63提供的图像的中心。然而如果例如由于滑车206的冷不防的启动或转动机构的突然的制动负载吊钩208相对于垂线61偏转，则负载吊钩208的图像反映从摄像机图像的中心移出，这可通过图像评估装置64确定。
取决于探测的相对于垂线61的偏转，尤其在考虑偏转的方向和大小的情况下，控制设备3可借助于摆动缓冲装置340操控转动机构和滑车驱动器，以为了将滑车206再次或多或少精确地带到负载吊钩208之上且补偿或者降低摆动运动或甚至不可使摆动运动发生。
为此摆动缓冲装置430包括确定器件342以用于确定结构构件的动态变形，其中摆动缓冲装置340的控制模块341(该控制模块以起缓冲摆动作用的方式影响驱动装置的操控)构造成在影响驱动装置的操控时考虑起重机的结构构件的确定的动态变形。
在此确定器件342可包括评价装置343，该评价装置在考虑表征起重机结构的特征的条件的情况下评价机械结构在动态负荷下的变形和运动，其取决于在控制台处输入的控制指令和/或取决于驱动装置的确定的操控动作和/或取决于驱动装置的确定的速度和/或加速度特性曲线得出。尤其可计算单元348借助于存储的计算模型取决于在控制台处输入的控制指令计算结构变形和由此得出的结构件运动。
备选地或附加地，摆动缓冲装置340还可包括合适的传感机构344，借助于该传感机构探测结构构件在动态负荷下的这样的弹性变形和运动。这样的传感机构344可在起重机的钢结构、例如塔201或悬臂202的网格构架处例如包括变形传感器、如应变测量片。备选地或附加地，可设置有加速度和/或速度传感器，以为了探测结构构件的一定的运动、如例如悬臂顶端的俯仰运动或在悬臂202处的旋转动态效果。备选地或附加地，还可例如在塔201处、尤其在塔的上区段处(悬臂支承在该上区段处)设置有倾角传感器或陀螺仪，以用于探测塔201的动态。备选地或附加地，传动系也可关联有运动和/或加速度传感器，以为了可探测传动系的动态。例如滑车206的用于提升绳索的转向辊子和/或用于跷动悬臂的锚索(abspannseil)的转向辊子可关联有旋转编码器，以为了可探测在相关的点处的实际的绳索速度。
如图2显示的那样，摆动缓冲装置340具有滤波装置或者观察器345，该观察器观察起重机反应，该起重机反应在驱动调节器347的一定的设定变量的情况下出现且在考虑起重机的动态模块(该动态模块可原则上具有不同性质且可通过分析和模拟钢结构获取)的预定的合法性的情况下借助于观察的起重机反应影响调节器的设定变量。
这样的滤波器或者观察装置345b可尤其以所谓的卡尔曼滤波器346的形式构造，起重机的驱动调节器347的设定变量和起重机运动、尤其相对于垂线62的绳索拉角φ和/或绳索拉角的时间上的变化或者所提及的斜拉的角速度作为输入变量输送给该卡尔曼滤波器且该卡尔曼滤波器从输入变量中借助于卡尔曼等式(这些卡尔曼等式模拟起重机、尤其其钢构件和传动系的动力学系统)相应地影响驱动调节器347的设定变量，以为了实现期望的缓冲摆动的效果。
借助于这样的斜拉调节可尤其缓冲或者从一开始避免旋转塔式起重机在负载下的变形和振动形式，如其在图3中示例性地显示的那样，其中在该处子图a.)首先示意性地显示了旋转塔式起重机在负载下由于塔201的挠曲(durchbiegen)引起的俯仰变形以及随之而来的悬臂202的下降和与其关联的提升绳索的斜拉。
此外，图3的子图b.)和c.)示例性地以示意的方式以透视图以及以从上方观看的俯视图显示了旋转塔式起重机的横向变形以及塔201和悬臂202的在此出现的变形的。
最后，图3以其子图d.)和e.)显示了与这样的横向变形关联的提升绳索的斜拉。
为了抵抗相应的振动动态，摆动缓冲装置430可包括斜拉调节。尤其，借助于确定器件62探测负载吊钩208的位置、尤其还探测负载吊钩相对于垂线的斜拉、即提升绳索207相对于垂线的偏转且将该位置输送给卡尔曼滤波器346。
有利地，位置传感机构可构造成，相对于固定的世界坐标系探测负载或者负载吊钩208，和/或摆动缓冲装置430可构造成，相对于固定的世界坐标系定位负载。
通过负载位置定位可在此实现斜拉调节，该斜拉调节消除或者至少减小通过悬挂的负载引起的静态变形。为了减小振动动态或者甚至不可使振动动态发生，摆动缓冲装置430可构造成，如此修正转动机构和滑车行驶机构，即使得即使起重机由于增大的负载力矩越来越多地向外倾斜，绳索也尽可能一直竖立垂直于负载。
例如在将负载从地面升起时可考虑在负载下由于起重机的变形引起的起重机的俯仰运动且在考虑探测的负载位置的情况下如此跟踪滑车行驶机构或者在预测性地评价俯仰变形的情况下如此定位滑车行驶机构，即使得提升绳索在滑车变形产生的情况下在负载之上处于竖立垂直。最大的静态变形在此在这样的点处出现，即负载在该点处离开地面。那么斜拉调节不再是必要的。备选地或附加地，以相应的方式还可在考虑探测的负载位置的情况下如此跟踪转动机构和/或在预测性地评价横向变形的情况下如此定位转动机构，即使得提升绳索在滑车变形产生的情况下在负载之上处于竖立垂直。
这样的斜拉调节可在稍后的时刻由操作者再次激活，该操作者可由此使用起重机作为操纵器。由此，操作者可只通过推压和/或牵拉重新定位负载。斜拉调节在此尝试跟随由操作者造成的偏转由此可实现操纵器控制。