AT528683A1

AT528683A1 - Großmanipulator und Verfahren zum fortlaufenden Ableiten eines dreidimensionalen Umgebungsmodells der Umgebung eines Großmanipulators

Info

Publication number: AT528683A1
Application number: ATA50819/2024A
Authority: AT
Inventors: Henikl Johannes; Brocanelli Alex; Fletzer Martin; Glira Philipp; Hofbauer Clemens
Original assignee: Schwing Gmbh F
Priority date: 2024-10-14
Filing date: 2024-10-14
Publication date: 2026-04-15
Also published as: WO2026082642A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Großmanipulator, insbesondere eine Autobetonpumpe, mit einem um eine vertikale Achse mittels eines Drehantriebs drehbaren Mastbock, der auf einem Gestell angeordnet ist, einem Knickmast, der zwei oder mehr Mastsegmente umfasst, wobei die Mastsegmente über Knickgelenke mit dem jeweils benachbarten Mastbock oder Mastsegment mittels je eines Schwenkantriebs schwenkbeweglich verbunden sind und einer Steuereinrichtung, die zur Ansteuerung des Drehantriebes und der Schwenkantriebe des Großmanipulators ausgebildet ist. Am Knickmast ist mindestens Umgebungs-Erfassungs- Sensor zur fortlaufenden Erfassung von Umgebungsinformationen des Großmanipulators während der Bewegung des Knickmasts beziehungsweise des Betriebs des Großmanipulators angeordnet. Aus den Umgebungsinformationen des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors wird ein dreidimensionales Umgebungsmodell des Großmanipulators fortlaufend abgeleitet. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum fortlaufenden Ableiten eines dreidimensionalen Umgebungsmodells der Umgebung eines entsprechenden Großmanipulators.

Description

Beschreibung

GROßMANIPULATOR UND VERFAHREN ZUM FORTLAUFENDEN ABLEITEN EINES DREIDIMENSIONALEN UMGEBUNGSMODELLS DER UMGEBUNG EINES GROßMANIPULATORS

[0001] Die Erfindung betrifft einen Großmanipulator, insbesondere eine Autobetonpumpe, mit einem um eine vertikale Achse mittels eines Drehantriebs drehbaren Mastbock, der auf einem Gestell angeordnet ist, einem Knickmast, der zwei oder mehr Mastsegmente umfasst, wobei die Mastsegmente über Knickgelenke mit dem jeweils benachbarten Mastbock oder Mastsegment mittels je eines Schwenkantriebs schwenkbeweglich verbunden sind und einer Steuereinrichtung, die zur Ansteuerung des Drehantriebes und der Schwenkantriebe des Großmanipulators ausgebildet ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum fortlaufenden Ableiten eines dreidimensionalen Umgebungsmodells der Umgebung eines entsprechenden Großmanipulators.

[0002] Gattungsgemäße Großmanipulatoren sind beispielsweise als Autobetonpumpe zur Förderung von Beton zu einem Ausbringungsort auf Baustellen bekannt, sie können aber beispielsweise auch als Hubarbeitsbühne, Drehleiter, Mobilkran oder irgendeine andere Form von Hebeoder Arbeitsgerät mit einem Werkzeug an der Spitze des Knickmasts mit gelenkig und / oder ausfahrbar miteinander verbunden Mastsegmenten ausgebildet sein.

[0003] Bei der Steuerung derartiger GroRßmanipulatoren, zum Beispiel beim manuellen Betrieb oder beim automatischen Ein- und Ausfaltvorgang, wie beispielsweise in der EP3559374A1 vorgestellt, tritt immer wieder das Problem auf, dass Hindernisse beziehungsweise Objekte in der Umgebung des Großmanipulators berücksichtigt werden sollten. Diese Hindernisse können beispielsweise aus einem Bauwerkdatenmodell, sofern es existiert, ausgelesen werden. Dabei stellt sich das Problem, dass diese Daten nicht aktuell beziehungsweise ausreichend vollständig sind und keine beweglichen Objekte, zum Beispiel Fahrzeuge, berücksichtigen. Das zu lösende Problem besteht also darin, die Umgebung des Großmanipulators so zu erfassen, dass der Großmanipulator beziehungsweise dessen Knickmast automatisch oder manuell steuerbar ist, ohne mit Hindernissen in der Umgebung zu kollidieren.

[0004] Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einem Großmanipulator der eingangs genannten Art dadurch, dass am Knickmast mindestens ein mit der Steuereinrichtung verbundener Umgebungs-Erfassungs-Sensor angeordnet ist, der zur laufenden Erfassung von Umgebungsinformationen des Großmanipulators ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung weiter dazu ausgebildet ist, aus den während der Bewegung des Knickmasts und / oder dem Betrieb des Großmanipulators erfassten Umgebungsinformationen des mindestens einen UmgebungsErfassungs-Sensors ein dreidimensionales Umgebungsmodell des Großmanipulators fortlaufend abzuleiten beziehungsweise ein dreidimensionales Umgebungsmodell zu generieren und fortlaufend zu ergänzen beziehungsweise zu aktualisieren. Dadurch, dass ein Sensor am Knickmast angeordnet ist, der die Umgebung des Großmanipulators während der Bewegung des Knickmasts laufend erfasst, also fortwährend während der Erfassung der Umgebung an unterschiedlichen Stellen im Raum positioniert ist, kann aus den Umgebungsinformationen ein sehr genaues und detailliertes dreidimensionales Umgebungsmodell fortlaufend abgeleitet beziehungsweise erstellt werden, sodass der Knickmast unter Berücksichtigung des dreidimensionalen Umgebungsmodells automatisch oder auch manuell sicher gesteuert werden kann, sodass Kollisionen mit Hindernissen in der Umgebung verhindert werden.

[0005] Durch die Erfassung während der Bewegung gelangen unterschiedliche Bereiche der Umgebung ins Blickfeld des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors und die erfassten Umgebungsinformationen können so in das dreidimensionale Umgebungsmodell integriert werden, sodass ein vollständigeres Umgebungsmodell erzeugt wird.

[0006] Unter dem Begriff «Umgebung» ist in diesem Zusammenhang insbesondere das direkte Umfeld beziehungsweise der Bereich um den Aufstellort des Großmanipulators zu verstehen. Insofern könnte beispielsweise auch der Begriff «Umfeld» oder ähnliches verwendet werden. Insbesondere handelt es sich um den Bereich um den Großmanipulator, der mit einem vollständig ausgefaltetem Knickmast, der bei heutigen Großmanipulatoren eine Reichweite von 60 Metern

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und mehr erreichen kann, noch erreichbar ist, beispielsweise zuzüglich eines gewissen Sicherheitsabstandes, der beispielsweise zu Hochspannungsleitungen einzuhalten ist. Dies bezieht sich auch auf die erreichbare Höhe des Knickmasts des Großmanipulators. Für das Ausfalten beziehungsweise das Bewegen des Knickmasts ist es in der Regel notwendig, den Großmanipulator mit der Abstützung zuvor abzustützen. Das bedeutet, dass die Erfassung der Umgebung des Großmanipulators vor beziehungsweise während des Abstützvorgangs nicht Gegenstand der hier beschriebenen Erfindung ist.

[0007] Unter dem Begriff «Erfassen» ist zu verstehen, dass der Umgebungs-Erfassungs-Sensor beispielsweise dazu geeignet sein soll, aus den vom Sensor generierten Daten durch geeignete Weiterverarbeitung ein virtuelles, räumliches Abbild der Umgebung zu erstellen. Insofern könnte statt der Bezeichnung «dreidimensionales Umgebungsmodell» beispielweise auch der Begriff «virtuelle, räumliche Abbildung des Umfeldes» oder ähnlich verwendet werden.

[0008] Unter der Bezeichnung «fortlaufend ableiten» ist zu verstehen, dass ständig aus den von dem mindestens einem Umgebungs-Erfassungs-Sensor fortlaufend erfassten Umgebungsinformationen ein ständig aktualisiertes dreidimensionales Umgebungsmodell erstellt wird. Oder anders ausgedrückt, die fortlaufend erfassten Umgebungsinformationen werden ständig aggregiert, um aus den Umgebungsinformationen ständig ein möglichst aktuelles Abbild der Umgebung zur Verfügung zu haben.

[90009] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen

[0010] In einer ersten Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, das dreidimensionale Umgebungsmodell während der Bewegung des Knickmasts beziehungsweise während des Betriebs des Großmanipulators fortlaufend zu ergänzen und / oder zu aktualisieren. Dadurch, dass das dreidimensionale Umgebungsmodell, basierend auf den von dem mindestens einen Umgebung-Erfassungs-Sensor zur Verfügung gestellten Umgebungsinformationen fortlaufend ergänzt und/oder aktualisiert wird, ist das dreidimensionale Umgebungsmodell nicht statisch, sondern immer an die aktuelle Situation angepasst, sodass eine Kollision mit Hindernissen sehr effektiv vermieden werden kann. Andererseits können bei der Aktualisierung nicht mehr vorgefundene Hindernisse aus dem dreidimensionalen Umgebungsmodell gestrichen werden, sodass der Bewegungsraum des Knickmasts unter Umständen vergrößert wird.

[0011] Vorteilhafterweise detektiert der mindestens eine Umgebungs-Erfassungs-Sensor als Umgebungsinformationen Punkte im Raum. Die detektierten Punkte im Raum geben die Koordinaten im Raum von Objekten wieder, die beispielweise durch vom Umgebungs-Erfassungs-Sensor ausgesandten Strahlen reflektiert werden.

[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Punkte im Raum detektierende Umgebungs-Erfassungs-Sensor ein Radar- oder LiDaR-Sensor. Radar- oder LiDaR-Sensoren sind besonders gut für die Detektion von Punkten im Raum geeignet.

[0013] Vorteilhafterweise kann der mindestens eine Umgebungs-Erfassungs-Sensor auch als bildgebender Sensor ausgebildet sein, also beispielsweise eine Kamera, die eine digitale Abbildung der Umgebung als Umgebungsinformation erstellt. Die Kamera kann beispielsweise als Stereokamera ausgebildet sein, um dreidimensionale Aufnahmen zu machen. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich, denn insbesondere durch die während der Bewegung des Knickmasts nacheinander aufgenommenen Abbildungen kann auch ein dreidimensionales Umgebungsmodell generiert werden.

[0014] Es ist insbesondere von Vorteil, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Trajektorie des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors zu ermitteln. Die Trajektorie beschreibt den Weg, den der Umgebungs-Erfassungs-Sensor im Raum über die Zeit zurücklegt und stellt eine Zuordnung zwischen Zeitpunkt und Position sowie Orientierung des UmgebungsErfassungs-Sensors im Raum dar. Diese Information ist beispielsweise hilfreich, um aus den vom Umgebungs-Erfassungs-Sensor erfassten Umgebungsinformationen fortlaufend ein möglichst präzises dreidimensionales Umgebungsmodell abzuleiten.

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[0015] In einer Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, auf der Basis der ermittelten Trajektorie des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors und der von dem mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensor im Raum detektierten Punkte eine Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators zu erstellen. Dadurch, dass die einzelnen detektierten Punkte zu einer Punktwolke zusammengefasst werden, ist es besonders einfach möglich, gewisse Strukturen in der Umgebung des Großmanipulators zu identifizieren

[0016] Bevorzugterweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, aus der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators solche Punkte zu eliminieren, die durch den Großmanipulator selbst verursacht werden. Die Punkte im Raum detektierenden Umgebungs-Erfassungs-Sensoren detektieren während der Bewegung, insbesondere beispielsweise während des Ausfaltvorgangs des Knickmasts, regelmäßig Elemente des Großmanipulators, insbesondere des Knickmastes, die bei der Generierung des dreidimensionalen Umgebungsmodells stören, weil diese Punkte nicht der Umgebung des Großmanipulators zuzuordnen sind.

[0017] Vorteilhafterweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, durch den Großmanipulator verursachte Punkte in der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators mithilfe eines virtuellen Modells des Großmanipulators zu eliminieren. Ein virtuelles Modell des Großmanipulators ist besonders gut für das Eliminieren von Punkten in der Punktwolke geeignet, die durch den Großmanipulator selbst verursacht werden.

[0018] Die Steuereinrichtung ist vorteilhafterweise dazu ausgebildet, die Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators für die Erstellung des dreidimensionalen Umgebungsmodells auszuwerten. Die Punkte der Punktwolke, das heißt, die Rohdaten der Umgebungs-Erfassungs-Sensoren, sagen erst einmal noch nichts über Objekte in der Umgebung des Großmanipulators aus. Erst durch die Auswertung wird die Punktwolke beispielsweise für die Kollisionsvermeidung verwendbar.

[0019] Die Steuereinrichtung ist bevorzugterweise dazu ausgebildet, bei der Auswertung der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators Objekte zu identifizieren. Das bedeutet, dass innerhalb der Punktwolke beispielsweise eine Ansammlung von Punkten zu einem physikalisch vorhandenen Objekt zusammengefasst werden, wobei dieses Objekt später bei der Steuerung des Knickmasts für die Vermeidung einer Kollision berücksichtigt werden kann.

[0020] Bevorzugterweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, bei der Auswertung insbesondere horizontal oder vertikal ausgerichtete, linear ausgebildete Strukturen im dreidimensionalen Umgebungsmodell zu identifizieren. Damit können beispielsweise Leitungen, Gebäudekanten, das Tragseil eines Krans und Ähnliches erkannt und bei der Steuerung des Knickmasts berücksichtigt werden.

[0021] Insbesondere können bei der Auswertung des dreidimensionalen Umgebungsmodells identifizierte vertikal ausgerichtete und/oder linear ausgebildete Strukturen und / oder durchhängende Strukturen als Stromleitung identifiziert werden. Während ein beispielsweise als Bauwerk identifiziertes Objekt bei der Kollisionsvermeidung einfach mit einem relativ geringen Sicherheitsabstand berücksichtigt werden kann, sind Stromleitungen aufgrund der Gefahr von Lichtbögen, die auch noch bei größeren Entfernungen auftreten können, gesondert zu behandeln. Das bedeutet, dass ein weitaus größerer Sicherheitsabstand zu Stromleitungen eingehalten werden oder der Betrieb des Großmanipulators in der Nähe von Stromleitungen vollständig unterbunden werden muss.

[0022] In einer Ausführungsform wird das dreidimensionale Umgebungsmodell während der Bewegung des Knickmastes fortlaufend auf Basis der Trajektorie des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors und den Umgebungsinformationen des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors aktualisiert. Durch diese Maßnahme wird die Umgebung praktisch kontinuierlich aus unterschiedlichen Perspektiven für die Generierung des dreidimensionalen Umgebungsmodells aufgenommen, was einerseits die Genauigkeit beziehungsweise die Vollständigkeit, beispielsweise durch die Reduzierung von Abschattungen des dreidimensionalen Umgebungsmodells erhöht, andererseits ergibt sich hiermit die Möglichkeit, Änderungen in der

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Umgebung bei Aktualisierung des dreidimensionalen Umgebungsmodells zu berücksichtigen.

[0023] Vorteilhafterweise werden für die Ermittlung der Trajektorie des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors die von dem mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensor erfassten Umgebungsinformationen verwendet. Das bedeutet, dass aus den vom Umgebungs-Erfassungs-Sensor aus unterschiedlichen Positionen beziehungsweise Perspektiven heraus erfassten Umgebungsinformation durch Auswertung der fortlaufend erfassten Umgebungsinformationen die Position beziehungsweise die Positionsänderung des Umgebungs-Erfassungs-Sensors im Raum ermittelt wird, wodurch wiederum die Genauigkeit des dreidimensionalen Umgebungsmodells verbessert wird.

[0024] In einer bevorzugten Ausführungsform ist beispielsweise am Knickmast eine Mastsensorik zur Ermittlung der Pose des Knickmastes angeordnet und die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, für die Ermittlung der Trajektorie des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors die von der Mastsensorik ermittelte Pose des Knickmastes zu verwenden. Bei der Mastsensorik handelt es sich beispielsweise um am Mastbock und/oder an den Knickgelenken angeordnete Drehwinkelsensoren, und/oder an den Mastsegmenten angeordnete Neigungssensoren beziehungsweise Inertial-Messeinheiten (IMUs) oder ähnliche Sensoren, die für die Ermittlung der Pose des Knickmasts, das heißt der Stellung der einzelnen Mastsegmente des Knickmasts im Raum, geeignet sind. Zusammen mit der bekannten Anbauposition des beziehungsweise der Umgebungs-Erfassungs-Sensoren am Knickmast kann die Trajektorie des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors einfach erfasst und somit auch die Präzision des dreidimensionalen Umgebungsmodells verbessert werden.

[0025] Mit einem Satelliten-Navigations-Sensor, der zur Erfassung von Positionsdaten am Knickmast angeordnet ist, die von der Steuereinrichtung für die Ermittlung der Trajektorie des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors verwendet werden, kann die Genauigkeit des dreidimensionalen Umgebungsmodells weiter verbessert werden.

[0026] Mit einer Inertial-Messeinheit (IMU), die zur Erfassung von Beschleunigungen und / oder Drehraten ausgestaltet ist und beispielsweise bevorzugt in unmittelbarer Nähe eines Umgebungs-Erfassungs-Sensors angeordnet ist, kann die Genauigkeit der Erfassung der Trajektorie und damit die Genauigkeit des dreidimensionalen Umgebungsmodells weiter verbessert werden.

[0027] Vorteilhafterweise weist der mindestens eine Punkte im Raum detektierende UmgebungsErfassungs-Sensor in horizontaler Richtung einen 360-Grad-Sichtwinkel und in vertikaler Richtung einen Sichtwinkel von 0 bis 90 Grad auf. Zusammen mit der Bewegung im Raum, die der Umgebungs-Erfassungs-Sensor zusammen mit der Bewegung des Knickmasts ausführt, kann die Umgebung sehr gut erfasst werden, ohne dass zwingenderweise ein oder mehrere Sensoren benötigt werden, deren Sichtfeld die gesamte Umgebung zu jedem Zeitpunkt abdeckt.

[0028] In einer Ausführungsform der Erfindung sind am Knickmast mindestens zwei Punkte im Raum detektierende Umgebungs-Erfassungs-Sensoren mit jeweils einem 360-Grad- Sichtwinkel in horizontaler Richtung und einem Sichtwinkel von 0 bis 90 Grad in vertikaler Richtung angeordnet, wobei ein Umgebungs-Erfassungs-Sensor dazu ausgebildet ist, die Umgebung entlang der Ausfaltebene und ein Umgebungs-Erfassungs-Sensor dazu ausgebildet ist, die Umgebung orthogonal zur Ausfaltebene des Knickmasts zu erfassen. Mit dieser Anordnung kann die Umgebung des Großmanipulators sehr effektiv erfasst und damit zur Generierung und fortlaufenden Ableitung beziehungsweise Aktualisierung des dreidimensionalen Umgebungsmodells verwendet werden.

[0029] Es hat sich zudem als vorteilhaft herausgestellt, wenn mindestens ein Punkte im Raum detektierender Umgebungs-Erfassungs-Sensor ein Halbkugel-Sichtfeld aufweist, um die Umgebung des Großmanipulators effektiv und präzise zu erfassen.

[0030] Wenn mindestens zwei Punkte im Raum detektierende Umgebungs-Erfassungs-Sensoren mit Halbkugelsicht seitlich gegenüberliegend an einem ersten Mastsegment des Knickmastes angeordnet sind, lässt sich die Umgebung des Großmanipulators vorteilhafterweise schnell und genau erfassen, wobei keine oder nur eine geringe Bewegung des Knickmasts für die Erfassung

der Umgebung des Großmanipulators aus zumindest einer Perspektive erforderlich ist.

[0031] Vorteilhafterweise sind zwei weitere Punkte im Raum detektierende Umgebungs-Erfassungs-Sensoren mit Halbkugelsicht seitlich gegenüberliegend an einem zweiten Mastsegment des Knickmastes angeordnet, um mehr Umgebungsinformationen, insbesondere auch aus einer anderen Perspektive für die fortlaufenden Ableitung des dreidimensionalen Umgebungsmodells zur Verfügung zu haben. Das hat zudem den Vorteil im Vergleich mit nur einem Sensorpaar, dass die unmittelbare Umgebung des gesamten Knickmasts permanent erfasst werden kann, da Abschattungen, zum Beispiel Häuserkanten, nicht dazu führen, dass Teile der unmittelbaren Umgebung des Auslegers nicht mehr im Sichtfeld des Sensorpaars sind. Die permanente Erfassung hat zudem beispielsweise den Vorteil, dass dynamisch auftretende Hindernisse sicherer erkannt werden.

[0032] Insbesondere ist von Vorteil, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, das dreidimensionale Umgebungsmodell des Knickmastes während des Ausfaltens und/oder während des Arbeitsbetriebes und/oder während des Einfaltens des Knickmastes fortlaufend abzuleiten. Sowohl das Ausfalten sowie die Bewegung des Knickmasts während des Arbeitsbetriebes und das Einfalten sind ohnehin beispielsweise für den Betrieb einer Autobetonpumpe zwingende Vorgänge, die genutzt werden können, die Umgebung des Großmanipulators zu erfassen, um ein dreidimensionales Umgebungsmodells fortlaufend abzuleiten beziehungsweise ein bereits erstelltes dreidimensionales Umgebungsmodell zu aktualisieren. So kann zum Beispiel das während des Ausfaltens des Knickmastes abgeleitete dreidimensionale Umgebungsmodell während des Arbeitsbetriebes und später während des Einfaltens des Knickmasts zur Vermeidung von Kollisionen des Knickmasts mit Objekten in der Umgebung verwendet werden.

[0033] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, auf der Basis des dreidimensionalen Umgebungsmodells eine Steuerungsabfolge für das automatische Ausfalten und / oder das automatische Einfalten des Knickmastes zu ermitteln. Das der Steuereinrichtung zur Verfügung stehende dreidimensionale Umgebungsmodell kann besonders gut verwendet werden, um eine Kollision des Knickmastes mit Hindernissen in der Umgebung beim automatischen Ein- und Ausfalten zu vermeiden.

[0034] Insbesondere ist vorteilhaft, wenn die Bewegungsabfolge für das automatische Ausfalten und/oder Einfalten des Knickmastes auf Basis des fortlaufend während des Ausfaltens und/oder während des Einfaltens des Knickmasts fortlaufend abgeleiteten dreidimensionalen Umgebungsmodells des Großmanipulators aktualisiert wird. Während der Bewegung des Knickmasts, die mit der fortlaufenden Aktualisierung beziehungsweise Ergänzung des dreidimensionalen Umgebungsmodells einhergeht, kann die Bewegungsabfolge durch die Aktualisierung laufend an die sich gegebenenfalls veränderte oder besser erkannte Umgebung angepasst werden.

[0035] Die Steuereinrichtung kann vorteilhafterweise auch beim manuell gesteuerten Betrieb des Knickmasts die Bewegung des Knickmastes auf der Basis des generierten dreidimensionalen Umgebungsmodells des Großmanipulators begrenzen, damit der Knickmast nicht mit Objekten in der Umgebung kollidiert.

[0036] Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum fortlaufenden Ableiten eines dreidimensionalen Umgebungsmodells der Umgebung eines Großmanipulators, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

- Ausfalten des Knickmasts

- laufendes Erfassen der von dem mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensor erfassten Umgebungsinformationen während des Ausfaltens des Knickmasts

- Erfassen der Trajektorie des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors während des Ausfaltens des Knickmasts,

- fortlaufendes Ableiten eines dreidimensionalen Umgebungsmodells des Großmanipulators auf der Basis der von dem mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensor laufend erfassten Umgebungsinformation und der Trajektorie des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors.

[0037] Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der

nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den folgenden Zeichnungen rein schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

[0038] Figur 1: Seitenansicht links eines erfindungs-gemäßen Großmanipulators

[0039] Figur 2: Seitenansicht rechts eines erfindungs-gemäßen Großmanipulators

[0040] Figur 3: Draufsicht erfindungsgemäßer Groß-manipulator mir eingefaltetem Knickmast

[0041] Figur 4: Draufsicht erfindungsgemäßer Groß-manipulator mir ausgefaltetem Knickmast

[0042] Figur 5: Schematische Darstellung des Ausfaltvorgangs eines erfindungsgemäß en Großmanipulators

[0043] Figur 6: Erfindungsgemäßer Großmanipulator beim Betoniervorgang

[0044] Figur 7a,b Draufsicht, Schnittansicht Umgebungs-Erfassungs-Sensoren in erster Variante

[0045] Figur 8a,b Draufsicht, Schnittansicht Umgebungs-Erfassungs-Sensoren in zweiter Variante

[0046] Figur 9 Darstellung der Gelenkwinkelkorrektur

[0047] Figur 10 schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung

[0048] Figur 11 Darstellung einer Punktwolke für die Generierung eines dreidimensionalen

Umgebungsmodells

[0049] Die Figur 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Großmanipulator in Form einer Autobetonpumpe, die insgesamt mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist. Im Rahmen dieser Offenbarung ist unter dem Begriff Großmanipulator 1 eine Arbeitseinrichtung beispielsweise mit einem Arm, einem Ausleger, einem Hubwerk, einem Hubgerüst oder einem Mast zu verstehen. Die Autobetonpumpe 1 umfasst beispielsweise ein Fahrgestell 12, auf dem der Knickmast 5 aufgebaut ist und ein Fahrerhaus 2. Der ausfaltbare Knickmast 5 ist auf einem um eine vertikale Achse drehbaren Mastbock 3 angeordnet. In den Darstellungen der Figuren 1, 2 und 3 ist der Knickmast 5 eingefaltet und auf der Mastauflage 15 abgelegt. Der Knickmast 5 ist über den Mastbock 3 auf einem Gestell 4, das auch als Unterbau bezeichnet werden kann, angeordnet, das im Fall einer Autobetonpumpe 1 insbesondere eine Betonpumpe 28 aufweist, die in den Aufgabetrichter 13 von einem Fahrmischer eingefüllten Frischbeton entlang einer Förderleitung 29 zur Mastspitze 9 beziehungsweise zum Endschlauch 14 (Fig.2) fördert. Die Drehung des Mastbocks 3 um die vertikale Achse wird über einen Drehantrieb 2 bewirkt, welcher beispielsweise aus einem Getriebe und einem vorzugsweise über ein proportionales Stellventil anzusteuernden Hydraulikmotor besteht. Der Knickmast 5 ist an dem Mastbock 3 angelenkt und weist eine Mehrzahl von im Ausführungsbeispiel insgesamt fünf Mastsegmenten 6a, 6b, 6c, 6d, 6e auf. Die Mastsegmente a, 6b, 6c, 6d, 6e welche an zueinander parallelen, horizontal ausgerichteten Knickgelenken 7a, 7b, 7c, 7d, 7e angeordnet sind, sind jeweils gegenüber einem benachbarten Mastsegment 6a, 6b, 6c, 6d, 6e oder dem Mastbock 3 mittels je eines Schwenkantriebes 8a‚,b,c,d,e verschwenkbar. Das erste Mastsegment 6a ist an dem Mastbock 3 um eine horizontale Achse im Knickgelenk 7a schwenkbeweglich angebracht. Die Schwenkbewegung des ersten Mastsegmentes 6a wird durch den ersten Schwenkantrieb 8a bewirkt. Die Schwenkantriebe 8b,c,d,e weisen jeweils einen oder mehrere Hydraulikzylinder oder andere geeignete Antriebe, beispielsweise ein Schneckengetriebe oder einen hydraulischen Drehantrieb, auf, die beispielsweise über proportional arbeitende Stellventile angesteuert werden. Diese sowie das Stellventil für den Hydraulikmotor des Drehantriebs 2 wiederum werden von einer Steuereinrichtung 50 (Fig. 10) für die Mastbewegung gesteuert. Die Schwenkantriebe 8a,‚b,c,d,e können beispielweise von einer Fernsteuerung 51, die beispielsweise mit einem Kabel oder einer Funkverbindung mit der Steuereinrichtung 50 verbunden ist,

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von einem Bediener angesteuert werden. Die Steuerung des Knickmasts 5 kann für den Bediener beispielsweise durch die Steuereinrichtung 50 vereinfacht werden, indem die Steuerungseinrichtung 50 Vorgaben des Bedieners für die Bewegung der Mastspitze 9 (zum Beispiel Auf/Ab; Rechts/Links) im Rahmen einer sogenannten kartesischen Steuerung in Steuerbefehle für die einzelnen Schwenkantriebe 8a,‚,b,c,d,e umwandelt, was auch als halb-automatischer Betrieb bezeichnet werden kann. Ferner kann die Steuereinrichtung 50 beispielsweise über die Fernsteuerung 51 aktivierte automatische Bewegungsabfolgen, beispielsweise zum automatischen Ausoder Einfalten des Knickmastes 5 ausführen. Im Ausführungsbeispiel weist das Gestell 4 des Großmanipulators 1 ein aus vier ausfahrbaren Stützen bestehende Abstützung 11 zur Abstützung auf dem Untergrund auf. Die Stützen der Abstützung 11 sind zur Vergrößerung der Aufstandsfläche über Stützausleger ausfahr- beziehungsweise abklappbar, um ein Umstürzen der Autobetonpumpe 1 bei ausgefaltetem Knickmast 5 zu verhindern.

[0050] Der Großmanipulator 1 weist vorzugsweise eine Mastsensorik 44 auf, beispielsweise in Form von Winkelsensoren für die Knickgelenke 7a,b,c,d,e oder Wegsensoren zur Erfassung der Kolbenpositionen der einzelnen Hydraulikzylinder, des Drehwinkels des Mastbocks 3 sowie der Schwenkwinkel der Knickgelenke 7a,b,c,d,e, wobei die Steuereinrichtung 50 vorzugsweise durch entsprechende Ansteuerung der Ventile der Hydraulikzylinder und des Hydraulikmotors des Drehantriebs 2 die Geschwindigkeit der Mastbewegung abhängig vom Drehwerkwinkel und den momentanen Schwenkwinkeln der Knickgelenke 7a,b,c,d,e steuert. Zusätzlich oder alternativ können geodätische Neigungssensoren beziehungsweise Inertial- Messeinheiten (Inertial Measurement Units IMU) 42 an einem oder mehreren der Mastsegmente 6a,‚b,c,d,e für die Erfassung der Pose des Knickmastes 5, das heißt der Stellung der Mastsegmente 6a,‚,b,c,d,e zueinander angeordnet sein.

[0051] Bei den Darstellungen des als Autobetonpumpe 1 ausgeführten Großmanipulators 1 ist am Knickmast 5 mindestens ein mit der Steuereinrichtung 50 verbundener Umgebungs-Erfassungs-Sensor 40a,‚,b,c,d,e,f, 41a,b angeordnet, der zur laufenden Erfassung von Umgebungsinformationen des Großmanipulators 1 während der Bewegung des Knickmasts 5 beziehungsweise des Betriebs des Großmanipulators 1 ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung 50 ist dazu ausgebildet, aus den fortlaufend erfassten Umgebungsinformationen des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors 40a,‚,b,c,d,e,f, 41 a,b ein dreidimensionales Umgebungsmodell des Großmanipulators 1 fortlaufend abzuleiten. Für die Bewegung muss der Knickmast 5 nicht gezielt mit einer vordefinierten Abfolge von Bewegungen verfahren werden, sondern es ist ohne weiteres möglich, dass die Steuereinrichtung 50 das dreidimensionale Umgebungsmodell fortlaufend ableitet, während der Knickmast 5 aus- oder eingefaltet wird und / oder während der Knickmast 5 im Arbeitsbetrieb bewegt wird. Insbesondere dadurch, dass die Umgebungsinformationen während der Bewegung des Knickmastes 5 erfasst werden, wird die Umgebung des Großmanipulators 1 laufend aus unterschiedlichen Perspektiven erfasst, wodurch sich Vorteile bei der Erstellung des dreidimensionalen Umgebungsmodells ergeben, wie aus den folgenden Erläuterungen der Erfindung deutlich wird. Der mindestens eine Umgebungs-Erfassungs-Sensor 40a,b,c,d,e,f, 41 a,b erfasst die Umgebungsinformationen aber auch schon, sobald der Großmanipulator (1) beziehungsweise die Autobetonpumpe 1 in Betrieb genommen wird, also beispielsweise während der Knickmast 5 noch auf der Mastauflage 15 abgelegt ist. In dieser Zeit erfasst der mindestens eine Umgebungs-Erfassungs-Sensor 40a,‚b,c,d,e,f, 41a,b schon ein erstes Abbild der Umgebung, das während der Bewegung des Knickmasts 5 zusammen mit dem mindestens einem Umgebungs-Erfassungs-Sensor 40a,‚b,c,d,e,f, 41 a,b weiter vervollständigt beziehungsweise aggregiert wird.

[0052] Bei den beispielhaften Darstellungen in den Figuren 1, 2, 3, 4 und 5 sind jeweils vier als LiDaR- oder Radarsensoren ausgebildete Umgebungs-Erfassungs-Sensoren 40a,b,c,d am Knickmast 5 angeordnet, die jeweils ein halbkugelförmiges Sichtfeld aufweisen, wie dies beispielsweise in der Figur 7a anhand einer Draufsicht auf ein Mastsegment 6b mit zwei LiDaRSensoren 40a,b dargestellt ist.

[0053] LiDaR steht für „Light Detection and Ranging“ und ist eine bekannte Methode zur Umgebungserfassung. Dabei wird Licht in Form eines gepulsten Lasers eingesetzt, um Objekte zu er-

kennen und zu kategorisieren. LiDaR-Sensoren erzeugen präzise, dreidimensionale Informationen über die Form und Oberflächeneigenschaften der umgebenden Objekte, indem Laserstrahlen im augensicheren Bereich ausgesendet werden, um eine dreidimensionale Darstellung der erfassten Umgebung fortlaufend abzuleiten. Ein LiDaR-Sensor, der die Umgebung abtastet und in einem virtuellen 3D-Format abbildet, besteht in erster Linie aus einer Laserquelle, die Laserpulse aussendet, einem Scanner, der das Licht ablenkt, und einem Detektor, der das reflektierte Licht wieder aufnimmt. Weitere Elemente sind zum Beispiel optische Linsen. Üblicherweise folgt ein LiDaR-Sensor einem Prinzip, das auch als Laufzeit-Prinzip bekannt ist. Er sendet gepulste Lichtwellen in die Umgebung aus, die von umgebenden Objekten reflektiert werden und zum Detektor des Sensors zurückkehren. Die Zeit, die jeder Impuls bis zur Rückkehr benötigt, wird zur Berechnung der zurückgelegten Strecke verwendet. Aus der Zeitdauer des Impulses bis zur Rückkehr kann auf die Entfernung des Sensors zu dem Objekt geschlossen werden. Durch die sich fortlaufende Änderung der Ausrichtung des Laserstrahls, einerseits durch Umlenkmechanismen im Sensor, zum Beispiel MEMS-(micro-electro-mechanical system) Spiegel sowie durch die fortlaufende Bewegung des Umgebungs-Erfassungs-Sensors 40a,b,c,d mit dem Knickmast 5 wird die Umgebung Punkt für Punkt abgetastet, also Punkte im Raum detektiert. Aus diesen einzeln von den LiDaR-Sensoren erfassten Punkten im Raum generiert die in der Figur 10 dargestellte Steuereinrichtung 50 zunächst eine Punktwolke, indem die einzeln erfassten Punkte zu einer Punktwolke zusammengesetzt werden. Durch weitere Bearbeitung und Auswertung dieser Punktwolke entsteht letztendlich ein dreidimensionales Umgebungsmodell, das beispielsweise für die Kollisionsvermeidung verwendet werden kann. Für die Umwandlung der Punktwolke in ein dreidimensionales Umgebungsmodell werden einzelne Punkte beispielsweise in Voxel umgewandelt, die in der in der Computergrafik einen Gitterpunkt in einem dreidimensionalen Gitter bezeichnen. Voxel entsprechen also praktisch einem Pixel in einem 2D-Bild. Die Umgebung der Autobetonpumpe 1 wird in Voxel unterteilt und auf Basis der Punktwolken wird entschieden, ob ein Voxel frei, also nicht als Hindernis H1, H2, H3, H4 aufzufassen ist, oder ob ein Voxel ein Hindernis H1, H2, H3, H4 darstellendes Objekt, darstellt. Aus den somit klassifizierten Voxeln wird dann auf die Position von Hindernissen H1, H2, H3, H4 in der Umgebung geschlossen.

[0054] Alternativ oder zusätzlich zu LiDaR-Sensoren 40a,‚,b,c,d,e,f können beispielsweise auch Radar- (Radio-detection and Ranging) Sensoren als Umgebungs-Erfassungs-Sensoren eingesetzt werden, die die Umgebung mit Funksignalen abtasten. Deren Messprinzip ist den optisch arbeitenden LiDaR-Sensoren insoweit ähnlich, weil auch aus den Messsignalen von Radar-Sensoren eine Punktwolke für die Erstellung eines dreidimensionalen Umgebungsmodells generierbar ist. Der Vorteil von Radar-Sensoren besteht zudem darin, dass auch bei schlechten Wetterbedingungen zum Beispiel Regen, Nebel, Schnee gute Ergebnisse erzielt werden.

[0055] Die Figur 7b zeigt eine entsprechende Schnittdarstellung durch das Mastsegment 6b auf Höhe der LiDaR-Sensoren 40a,b. Derartige Sensoren werden aufgrund des halbkugelförmigen Sichtfeldes beispielsweise als Dome-Sensoren bezeichnet. Das halbkugelförmige Sichtfeld eines Dome-Sensors 40a,‚b ergibt sich beispielsweise durch einen Sensor-Sichtwinkel a von 90 Grad in Verbindung mit der Rotation des Sensorstrahls um die Mittelachse m des Sensors, wie in der Figur 7b dargestellt. Die Umgebung-Erfassungs-Sensoren 40a,b,c,d sind hier beispielhaft an dem zweiten Mastsegment 6b und dem vierten Mastsegment 6d des Knickmasts 5 jeweils seitlich gegenüberliegend angeordnet. Damit die parallel zu den Mastsegmenten 6a,b,c,d,e verlaufende Betonförderleitung 29 nicht das Sichtfeld der Umgebungs-Erfassungs-Sensoren 40a,b,c,d verdeckt, sind die jeweils auf der Seite der Förderleitung 29 angeordneten Umgebungs-ErfassungsSensoren 40a,b an den Förderleitungshaltern 30 angeordnet, sodass die Sensoren freie Sicht auf die Umgebung haben. Durch die Anordnung von jeweils zwei an einem Mastsegment 6b,d gegenüberliegenden LiDaR-Sensoren 40a,b,c,d mit halbkugelförmigen Sichtfeld ist es möglich, einen nahezu kugelförmigen Bereich rund um die Position, auf welcher die Sensoren 40a,b,c,d am Knickmast 5 angeordnet sind, zu detektieren. Dies hat den Vorteil, dass ein Großteil der Umgebung permanent überwacht wird, was beispielsweise für eine dynamische Umgebung von Vorteil ist und damit beim Ausfalten des Knickmasts 5 schnell eine vollständige Erfassung der Umgebung ermöglicht wird. Ein einzelner LiDaR-Sensor kann beispielsweise 32 Scan-Ebenen mit einem vertikalen Winkelabstand von 2.8° aufweisen. Bei der horizontalen Winkelauflösung gibt

es je nach definierter Abtastfrequenz beispielsweise einen Winkelabstand von 0.1°, 0.2° oder 0.4°.

[0056] Alternativ oder zusätzlich könnten beispielsweise zwei LiDaR-Sensoren 40e,‚f mit jeweils einem 360-Grad-Sichtwinkel, das heißt einem kreisförmigen Sichtbereich in horizontaler Richtung und beispielsweise einem Sichtwinkel a in vertikaler Richtung von 0 bis 90 Grad am Knickmast 5 an einer geeigneten Position angeordnet sein, wobei ein Umgebungs-Erfassungs-Sensor 40e dazu ausgebildet ist, die Umgebung entlang der Ausfaltebene und ein Umgebungs-ErfassungsSensor 40f dazu ausgebildet ist, die Umgebung in Richtung orthogonal zur Ausfaltebene des Knickmasts 5 zu erfassen, wie beispielsweise anhand der Figuren 8a und 8b dargestellt. Der vertikale Sichtwinkel a, der in den Darstellungen der Figuren 8a und 8b circa 60 Grad für beide LiDaR-Sensoren 40 e,f beträgt, muss nicht zwangsläufig symmetrisch zum Sensorgehäuse ausgerichtet sein. Je nach Sensortyp und Hersteller ist auch ein größerer Sichtwinkel a als 90 Grad, theoretisch bis zu 180 Grad möglich. Bei einem Sichtwinkel a von 0 Grad scannt der Sensor nur zweidimensional, wobei sich durch die Bewegung des Sensors im Raum zusammen mit dem Knickmast 1 ein dreidimensionaler Scan der Umgebung ergibt. Die LiDaR-Sensoren 40 e,f sind üblicherweise zylindrisch aufgebaut, wobei der Scanvorgang über die Mantelfläche des Zylinders erfolgt. Alternativ zur Anbringung dieser Sensoren an einem oder mehreren der Mastsegmente 6Sa,‚b,c,d,e könnten diese auch im Bereich der Knickgelenke 7a,b,c,d,e zum Beispiel an den Umlenkhebeln der Gelenk-Kinematiken des Knickmasts 5 angeordnet sein. Die jeweils beste Anordnung der Sensoren 40a,‚,b,c,d,e,f kann aufgrund der unterschiedlichen Faltungsarten eines Knickmasts 5, beispielsweise Z-Faltung, Rollfaltung, Roll-Z-Faltung usw. und anderer konstruktiver Unterschiede sehr unterschiedlich sein und ist an die jeweilige Konstruktion anzupassen. Vorteilhaft für die Anordnung wäre zum Beispiel, dass mindestens einer der Sensoren 40a,‚,b,c,d,e,f schon zu Beginn des Ausfaltvorganges des Knickmasts 5 eine gewisse Sicht in Richtung der geplanten Ausfaltrichtung und / oder seitlich zur Autobetonpumpe 1 hat, um von Anfang an zum Aufbau des dreidimensionalen Umgebungsmodells beizutragen und um dieses im Verlauf der weiteren Bewegungen des Knickmasts 5 zu vervollständigen.

[0057] In der Figur 5 ist der erfindungsgemäße Großmanipulator 1 schematisch in einer Baustellenumgebung dargestellt, in der der Knickmast 5 von einer eingefalteten Stellung 5a in eine ausgefaltete Stellung 5b ausgefaltet wird. In dieser Figur ist die beim Ausfaltvorgang des Knickmasts 5 entstehende Trajektorie B, das heißt der zeitliche Verlauf von Position und Orientierung des Umgebungs-Erfassungs-Sensors 40a beispielhaft dargestellt. Der Umgebungs-Erfassungs-Sensor 40a befindet sich beim eingefalteten Knickmast 5 in der Figur 5 noch auf der Rückseite des Großmanipulators 1 und beginnt mit der Erfassung der Umgebung schon, während der Knickmast 5 noch auf der Mastauflage 15 abgelegt ist. Zunächst wird für den Ausfaltvorgang der gesamte Knickmast 5, das heißt die zueinander eingefalteten Mastsegmente 6a,b,c,d,e als Mastpaket über das erste Mastgelenk 7a in eine annähernd senkrechte Stellung gebracht. Danach wird das zweite Mastgelenk 7b betätigt, bis der Umgebungs-Erfassungs-Sensor 40a beispielsweise seine höchste Position erreicht. Nach einer Drehung des Mastbocks 3 um ca. 180 Grad ist es möglich, den Knickmast 5 weiter nach vorne über das Fahrerhaus 10 auszufalten und in seine Arbeitsposition zu bringen. Wie aus der Figur 5 anhand der Darstellung der Trajektorie B gut zu erkennen ist, erfasst allein schon der Umgebungs-Erfassungs-Sensor 40a einen Großteil der Umgebung des Großmanipulators 1. Die in der Figur 5 nicht eingetragene Trajektorie des Umgebungs-Erfassungs-Sensors 40c am Mastsegment 6d umfasst üblicherweise noch mehr Richtungsänderungen als die Trajektorie B des Umgebungs-Erfassungs-Sensors 40a, ist in der Figur 5 aber aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

[0058] In der Figur 5 sind zudem erfindungsgemäß erkannte statische Hindernisse H1, H2 und ein dynamisches Hindernis H4 dargestellt, die im Verlauf des Ausfaltvorgangs des Knickmasts 5 erkannt und in das dreidimensionale Umgebungsmodell eingetragen wurden. Dabei sind im dreidimensionalen Umgebungsmodell nur die durchgehend dargestellten Kanten der Hindernisse beziehungsweise Objekte H1, H2 vorhanden. Die gestrichelt dargestellten Kanten des Hindernisses H2 sind durch das Hindernis selbst abgeschattet und für die die Sensoren 40a,‚,b,c,d nicht erfassbar.

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[0059] Um aus den von den Umgebungs-Erfassungs-Sensoren 40a,‚,b,c,d,e,f aufgenommenen Punkten ein dreidimensionales Umgebungsmodell generieren beziehungsweise fortlaufend ableiten zu können, sind die Trajektorien B der Umgebungs-Erfassungs-Sensoren 40a,b,c,d,e,f erforderlich, denn um den von den LiDaR-Sensoren erfassten Punkten eine Position im dreidimensionalen Umgebungsmodell zuzuordnen, muss zunächst die jeweils aktuelle Position und Ausrichtung der Sensoren 40a,‚b,c,d,e,f im Raum beziehungsweise der Umgebung möglichst genau bekannt sein. Eine einfache Möglichkeit für die Ermittlung der Trajektorien B der Sensoren 40a,b,c,d,e,f besteht darin, durch die Mastsensorik 44 die Pose des Knickmastes 5 zu erfassen. Weil die Anbauposition des beziehungsweise der Sensoren 40a,b,c,d,e,f am Knickmast 5 bekannt ist, kann so auf die Position der Sensoren 40a,b,c,d,e,f im Raum geschlossen werden. Aufgrund von Ungenauigkeiten der Mastsensorik des Knickmastes 5 im Betrieb, der Durchbiegung der Mastsegmente 6a,‚b,c,d,e, Toleranzen im Stahlbau und anderen Faktoren kann die Trajektorie B der Umgebungs-Erfassungs-Sensoren 40a,b,c,d,e,f allein mit der Mastsensorik 44 unter Umständen nicht ausreichend genau für die Erstellung eines ausreichend präzisen dreidimensionalen Umgebungsmodells verwendet werden. Eine hochgenaue Schätzung der Trajektorie B aller Sensoren 40a,b,c,d,e,f ist für die Kartierung von großer Bedeutung. Eine fehlerhafte Trajektorie B würde dazu führen, dass die Sensordaten, also die Punkte der Punktwolke, an einer falschen Position in das dreidimensionale Umgebungsmodell eingetragen werden, und in weiterer Folge könnten diese Daten beispielsweise fälschlicherweise als Hindernisse H1, H2 interpretiert werden.

[0060] Die Trajektorien B der Sensoren 40a,b,c,d,e,f werden deshalb insbesondere durch Sensorfusion von Daten der Neigungssensoren beziehungsweise Inertial-Messeinheiten 42, das heißt, die von diesen Sensoren 42 erfassten Beschleunigungen und Drehraten, zusammen mit der LiDaR-Odometrie geschätzt. Für die LiDaR-Odometrie werden beispielsweise PunktwolkenOdometrie-Algorithmen verwendet, mit denen es möglich ist, zeitlich aufeinanderfolgende Scans der LiDaR-Sensoren 40a,b,c,d,e,f zu matchen und darauf basierend die Bewegung dazwischen zu ermitteln. Dabei ist es natürlich vorteilhaft LiDaR-Sensoren mit einer möglichst hohen Auflösung einzusetzen. Aufgrund der hohen Kosten hochauflösender LiDaR-Sensoren ist es unter Umständen vorteilhafter, beziehungsweise ökonomischer, LiDaR-Sensoren mit einer geringeren Auflösung einzusetzen, wobei das eingesetzte Odometrie-Verfahren hierauf abzustimmen ist, um die Trajektorien B möglichst genau zu bestimmen.

[0061] Zusätzlich können die Positionsinformationen von einem oder mehreren Satelliten-Navigations-Sensoren 43, die an geeigneten Positionen am Knickmast 5 oder in direkter Nähe zu den LiDaR-Sensoren 40a,‚,b,c,d,e,f angeordnet sind zur weiteren Verbesserung der Schätzung der Trajektorien B der LiDaR-Sensoren 40a,b,c,d,e,f verwendet werden. Beschleunigung und / oder Drehraten erfassende Inertial-Messeinheiten (IMU) 42 können beispielsweise auch in unmittelbarer Nähe eines Umgebungs-Erfassungs-Sensors angeordnet sein, um durch die Erfassung der Beschleunigung und / oder Drehrate des Umgebungs-Erfassungs-Sensors dessen Positionsänderungen im Raum zu erfassen und damit eine verbesserte Ermittlung der Trajektorie zu erreichen.

[0062] Die Daten der LiDaR-Sensoren 40a,b,c,d,e,f werden in einem Faktor-Graphen mit geeigneten Bibliotheken für die LiDaR-Odometrie zusammengeführt. Die Daten der Inertial- Messeinheiten (IMU) 42 dienen dabei vor allem der Schätzung von hochfrequenten Bewegungen, zum Beispiel Vibrationen des Knickmasts 5, während die LiDaR-Odometrie wesentlich für die Schätzung der langfristigen Bewegung des Knickmastes 5 über den gesamten Kartierungsprozess ist. Für die Odometrie stehen dem Fachmann geeignete Lösungen zur Verfügung, die beispielweise unter der Bezeichnung Iterative Closest Point (ICP) bekannt sind. Um eine ausreichende Genauigkeit zu erzielen, können die Odometrie-Algorithmen beispielsweise speziell für die verwendete Sensorform, zum Beispiel Dome-Sensoren 40a,‚,b,c,d oder zylindrische Sensoren 40e,‚f optimiert werden.

[0063] Zusätzlich oder alternativ zu der auf den LiDaR-Sensoren 40a,b,c,d,e,f basierenden Odometrie können am Knickmast 5 an geeigneter Position auch mindestens ein oder mehrere bildgebende Umgebungs-Erfassungs-Sensoren 41, beispielsweise in Form einer einfachen oder ste-

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reoskopisch arbeitenden Kamera 41 angeordnet sein. Die Bild-Aufnahmen der mindestens einen Kamera 41 erfolgen mit der Bewegung des Knickmasts 5 aus unterschiedlichen Perspektiven, wie schon im Zusammenhang mit den LiDaR-Sensoren 40a,‚,b,c,d,e,f beschrieben und können einerseits zur optischen Verifizierung/Ergänzung des dreidimensionalen Umgebungsmodells verwendet werden, andererseits können die Kamerabilder auch zur Ergänzung/Verbesserung der Odometrie eingesetzt werden, in dem aus zeitlich aufeinander folgend aufgenommenen Bildern auf die Position beziehungsweise die Bewegung der Kamera 41 im Raum rückgeschlossen wird, die in Verbindung mit weiteren Daten dabei hilft, die Trajektorien B der LiDaR-Sensoren 40a,b,c,d,e,f zu schätzen beziehungsweise zu ermitteln.

[0064] Das dreidimensionale Umgebungsmodell kann von der Steuereinrichtung 50 beispielsweise in statische Objekte H1, H2, H3 und dynamische Objekte H4 unterteilt werden. Dynamische Objekte H4, etwa Personen, Fahrzeuge oder andere Baumaschinen, oder wie in Figur 5 dargestellt, ein Transportfahrzeug, dürfen nicht permanent in das dreidimensionale Umgebungsmodell eingetragen werden, da sie das Umgebungsmodell verfälschen würden und als permanentes Hindernis beziehungsweise. Objekt H1, H2 interpretiert werden könnten. Um dies zu vermeiden, kann beispielsweise ein sogenannter „Free Space Mapping“ Ansatz verwendet werden, der auf dem Ray Casting Prinzip basiert. Dabei werden alle Voxel entlang eines LiDaR-Strahls zwischen dem LiDaR-Sensor und dem detektierten LiDaR-Punkt (Echo) als „frei“ markiert. Damit wird sichergestellt, dass dynamische Objekte wieder aus dem Umgebungsmodell entfernt werden, Sobald zumindest einer der LiDaR-Sensoren 40a,b,c,d,e,f diese nicht mehr detektiert. Dabei ist zu beachten, dass ein LiDaR-Sensor, der zunächst ein Objekt / Hindernis detektiert hat, aufgrund der Bewegung des Knickmasts 5 unter Umständen dieses erkannte Objekt/Hindernis später überhaupt nicht mehr sieht und dass dieses Objekt/Hindernis dann in dem Sichtfeld eines anderen LiDaR-Sensors liegt. Dynamische Hindernisse H4 werden auch von dem mindestens einem fortlaufend die Umgebung erfassenden Umgebungs-Erfassungs-Sensor erfasst, während der Knickmast 5 nicht in Bewegung, aber der Großmanipulator 1 in Betrieb ist und im dreidimensionalen Umgebungsmodel berücksichtigt. So wird beispielsweise ein während einer Unterbrechung der Mastbewegung in der Nähe der Mastspitze 9 abgestelltes Fahrzeug erkannt und als Hindernis berücksichtigt, sobald der Knickmast 5 wieder Bewegungen ausführt.

[0065] Die Steuereinrichtung 50 kann insbesondere das dreidimensionale Umgebungsmodell nicht nur auswerten, um zwischen statischen Objekten H1, H2 und dynamischen Objekten H4 zu unterscheiden, sondern auch, um Objekte bestimmter Kategorien zu identifizieren. Dies ist insbesondere von Vorteil, weil dadurch beispielsweise zwischen, als einfache Hindernisse H1, H2 einzuordnenden Bauwerken, an die sich der Knickmast 5 relativ nah heranbewegen darf und beispielsweise Stromleitungen H3 unterschieden werden kann, zu denen ein besonders großer Sicherheitsabstand einzuhalten ist, wie beispielsweise in der Figur 6 dargestellt. Unter dem Begriff Stromleitungen H3 sind hier insbesondere oberirdisch verlaufende Hochspannungsleitungen zu verstehen, die für Autobetonpumpen 1 eine besondere Gefahr darstellen und zu denen deshalb ein besonders großer Sicherheitsabstand einzuhalten ist.

[0066] Zumindest die Anwesenheit und gegebenenfalls die Entfernung, nicht aber die genaue Position zu aktiven, Wechselstrom führenden Leitungen könnte beispielsweise auch mit geeigneten Feldstärke-Sensoren, zusätzlich zu der hier vorgestellten Umgebungs-Erfassungs-Sensorik, erkannt werden. Derartige Feldstärke-Sensoren können einen Hinweis darauf geben, ob eine im dreidimensionalen Umgebungsmodell erkannte Stromleitung tatsächlich stromführend oder vielleicht abgeschaltet ist. Dabei ist aber auch zu beachten, dass es katastrophal sein kann, wenn eine Stromleitung in Betrieb genommen wird, während der Knickmast 5 in der Nähe dieser Stromleitung ist. Zudem erfassen Feldstärkesensoren in der Regel nicht die Anwesenheit von Gleichstrom-Leitungen. Eine von einem Feldstärke-Sensor erfasste Hochspannung im Umfeld des Großmanipulators 1 könnte aber auch verwendet werden, um bei der Erfassung der Umgebung des Großmanipulators 1 verstärkt auf die Erkennung von Hochspannungsleitungen H3 zu achten und beispielsweise Algorithmen zu aktivieren, die die Erkennung von Stromleitungen H3 verbessern.

[0067] Insbesondere bei der Verwendung von einfachen und günstigen LiDaR-Sensoren 40a,b,c,

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d,e,f mit einer relativ geringen Auflösung wird eine in der Umgebung vorhandene Stromleitung H3 oft nicht beziehungsweise nur unvollständig mit einem einzelnen Sensor-Scan erfasst. Durch die fortlaufende Erfassung der Umgebungs-Erfassungs-Sensoren 40a,b,c,d,e,f während der Bewegung dieser im Raum und die zeitlich aufeinanderfolgende Überlagerung der Scans ergibt sich die Möglichkeit, auch sehr schmale beziehungsweise dünne Objekte, also beispielsweise auch Stromleitungen H3, zu erkennen.

[0068] Basierend auf den von den LiDaR-Sensoren 40a,b,c,d,e,f erfassten Daten, welche zur Detektion von Stromleitungen H3 verwendet werden, können diese auch automatisch innerhalb der Punktwolke identifiziert werden. Dabei wird beispielsweise die sogenannte „Catenary“ Eigenschaft der Stromleitungen H3 ausgenutzt, welche die geometrische Durchhängung beschreibt (Kettenlinie). Der Ablauf kann beispielsweise wie im Folgenden dargestellt in mehreren Schritten erfolgen. Der erste Schritt ist die Abgrenzung der Stromleitung H3 von anderen Elementen wie zum Beispiel Häuserkanten. Hierbei kann die Linearitätseigenschaft der Stromleitung H3 ausgenutzt werden. Dabei werden Punkte innerhalb der Punktwolke untersucht, welche einen linearen Verlauf aufweisen und horizontal ausgerichtet sind. Dadurch lassen sich vor allem Übergänge von Stromleitungen H3 zu anderen Elementen gut unterscheiden. In einem folgenden Schritt werden Bereiche in der Punktwolke in sogenannte Cluster unterteilt, welche dann genauer untersucht werden. Durch die Überprüfung der „Catenary“-Ähnlichkeit der Cluster kann jetzt zwischen „normalen“ Hindernissen beziehungsweise Objekten H1, H2, H4 und Stromleitungen H3 unterschieden werden.

[0069] Bei der Erstellung beziehungsweise fortlaufenden Ableitung des dreidimensionalen Umgebungsmodells durch die Steuereinrichtung 50 ist es zudem vorteilhaft, den Großmanipulator 1, insbesondere dessen Knickmast 5, dessen Unterbau 4, insbesondere bestehend aus dem Fahrerhaus 10, dem Fahrgestell 12, dem Aufgabetrichter 13 und der im Arbeitsbetrieb ausgefahrenen Abstützung 11 abzugrenzen und gesondert zu berücksichtigen. Dafür kann auf der Steuereinrichtung 50 ein virtuelles Modell des Großmanipulators 1, das auch als digitaler Zwilling bezeichnet werden kann, beispielsweise im URDF-Format (Unified Robotics Description Format) abgespeichert sein. Zusammen mit der bekannten Pose des Knickmasts 5 und der Ausfahrstellung der Abstützung 11 können konstruktive Elemente des Großmanipulators 1 in den Punktwolken der LiDaR-Sensoren erkannt und entsprechend eingeordnet beziehungsweise eliminiert werden. So kann zum Beispiel ein an einem der LiDaR- 40a,b,c,d,e,f sich vorbeibewegendes oder stehendes benachbartes Mastsegment 6a,b,c,d,e als Element des GroRmanipulators 1 und nicht als zu berücksichtigendes Hindernis H1, H2 eingeordnet werden. Das URDF-Modell enthält zudem beispielsweise auch die Position beziehungsweise Anordnung und Ausrichtung der LiDaR-Sensoren 40a,b,c,d,e,f und gegebenenfalls mindestens eines bildgebenden Sensors 41 am Großmanipulator 1 beziehungsweise an dessen Knickmast 5. Dies ist einerseits für die Erkennung von Elementen des Großmanipulators 1, wie oben beschrieben, erforderlich. Andererseits kann daraus die Position der Sensoren bei eingefaltetem Knickmast 5 als Ausgangspunkt für die weitere Erfassung der Trajektorien B dieser Sensoren 40a,‚,b,c,d,e,f, 41 bei der Bewegung des Knickmasts 5 verwendet werden.

[0070] Im Folgenden wird der Aufbau und die Funktion der Steuereinrichtung 50 für die erfindungsgemäße fortlaufende Aktualisierung, das heißt, die Generierung eines dreidimensionalen Umgebungsmodells eines GroRmanipulators 1 anhand der Figur 10 im Detail erläutert. Die in der Figur 10 dargestellte Steuereinrichtung 50 besteht in dieser beispielhaften Darstellung aus unterschiedlichen Modulen 50a,b,c,d,e,f,g,h, die gemeinsam oder verteilt auf einem oder mehreren Prozessoren ablaufen können. Dabei ist es auch möglich, dass die Steuereinheit 50 rechenintensive Prozesse an eine externe Recheneinheit, beispielsweise in eine Cloud, zum Beispiel über eine echtzeitfähige Funkverbindung, auslagert. Die hier vorgenommene Beschreibung auf der Basis der Module 50a,‚,b,c,d,e,f,g,h dient insbesondere zur anschaulichen Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Eine andere Aufteilung, Zusammenfassung oder Veränderung der Module der Steuereinrichtung 50 ist denkbar ohne von der Grundidee der Erfindung abzuweichen. Die in der Figur 10 beispielhaft dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Steuereinrichtung 50 beruht insbesondere auf einer bestimmten Technologie und Anzahl der Umgebungs-

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Erfassungssensoren und der weiteren Sensorik. Durch die Verwendung anderer Sensortechnologien könnte sich beispielsweise ein völlig anderer Aufbau der Steuereinrichtung 50 ergeben. Ebenso könnte auf einzelne Module, beispielsweise das Modul 50f für das automatische Ansteuern des Knickmasts 5 oder das Modul 50g für eine Kollisionsvermeidung bei der manuellen Maststeuerung, verzichtet werden. Es ist auch denkbar, dass erfindungsgemäß erstellte dreidimensionale Umgebungsmodell des Großmanipulators für andere, hier nicht dargestellte Applikationen zu nutzen, die beispielsweise von der Steuereinrichtung 50 ausgeführt werden könnten.

[0071] Wie in der beispielhaften Darstellung der Figur 10 gezeigt, sind beispielsweise zwei LiDaR-Sensoren 40a,b, ein bildgebender Sensor in Form einer Kamera 41, eine Inertial-Messeinheit (IMU) 42, ein Satelliten-Navigationssensor 43 sowie die oben erläuterte Mastsensorik 44 mit einem Modul 50a zur Ermittlung der Trajektorien B der LiDaR-Sensoren 40a,b verbunden.

[0072] Weitere/andere LiDaR Sensoren 40c,d,e,f können für die Trajektorien-Ermittlung mit dem Modul 50a verbunden sein, sofern sie, wie beispielsweise in den Figuren 1 bis 5 und 6 dargestellt, für die Umgebungserfassung am Knickmast 5 angeordnet sind.

[0073] Im Modul 50a wird beispielsweise das weiter oben schon ausführlich erläuterte Odometrie-Verfahren unter Verwendung der von den LiDaR-Sensoren 40a,b bereitgestellten Punkte, einer Kamera 41, ein oder mehreren Inertial-Messeinheiten (IMU) 42, einem Satelliten-NavigationsSensor 43 und weiterer Mastsensorik 44 eingesetzt, um die Trajektorien B der zwei LiDaR-Sensoren 40a,b zu ermitteln. Die Ermittlung der Trajekorien B wäre beispielsweise bei ausreichender Präzision der Mastsensorik 44 auch ohne die Anwendung der LiDaR-Odometrie möglich. Wesentlich ist, dass das Modul 50a letztendlich die Trajektorien B der LiDaR-Sensoren 40a,b ausreichend genau wiedergibt, um die Daten der LiDaR-Sensoren 40a,b für die Erstellung beziehungsweise fortlaufende Ableitung eines dreidimensionalen Umgebungsmodells zu verwenden.

[0074] Das Modul 50a für die Trajektorien-Ermittlung gibt die Trajektorien B der LiDaR-Sensoren 40a,b an das Modul 50b, das aus von den LiDaR-Sensoren 40a und 40b erfassten Punkten im Raum und deren Trajektorien B zunächst eine dreidimensionale Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators 1 generiert. Eine optional vorhandene Feedback-Verbindung vom Modul 50b zum Modul 50a dient zur Verbesserung der Schätzung beziehungsweise der Ermittlung der Trajektorien B der LiDaR-Sensoren 40a,b. Die dreidimensionale Punktwolke im Modul 50b enthält quasi nur die Rohdaten der LiDaR-Sensoren 40a und 40b, aber noch keine nutzbaren Informationen über die physikalische Umgebung des Großmanipulators 1.

[0075] Das Modul 50e enthält ein virtuelles Modell des Großmanipulators 1, dass laufend zum Beispiel durch die Bewegung des Knickmasts 5 und unter Umständen durch das Ausbeziehungsweise Einfalten des Knickmasts 5 aktualisiert wird. In erster Linie dient dieses virtuelle Modell der Eliminierung von Eigendetektionen, das bedeutet, der Detektionen von Elementen des Großmanipulators 1 durch die LiDaR-Sensoren 40a und 40b in der Punktwolke des Moduls 50b. In dem Modul 50e wird beispielsweise durch die Sensordaten der Mastsensorik 44 und durch die im Modul 50a durchgeführte LiDaR-Odometrie die Stellung beziehungsweise die Pose des Knickmasts 5 laufend aktualisiert, das heißt, es wird ein virtuelles Modell des Großmanipulators 1 basierend auf den von der Mastsensorik 44 erfassten Winkeln der Knickgelenke 7a,b,c,d,e erstellt. Dies ist vor allem für zwei verschiedene Applikationen von Wichtigkeit. In beiden Fällen ist die Grundlage die zusätzliche Generierung einer gesampelten Punktwolke auf dem 3D-Modell des Großmanipulators 1. Mittels dieser Punktwolke lassen sich einerseits sämtliche Eigendetektionen von Laserstrahlen entfernen, andererseits wird diese als Distanzmessung zu der Umgebung verwendet, um festzustellen, wie weit der Großmanipulator 1 von anderen Elementen beziehungsweise Hindernissen H1, H2, H3, H4 im dreidimensionalen Umgebungsmodell entfernt ist.

[0076] Im Folgenden wird das Erstellen und die Positionierung des virtuellen Modells beziehungsweise des digitalen Zwillings des Großmanipulators 1 im dreidimensionalen Umgebungsmodell basierend auf der Anordnung mindestens eines LiDaR-Sensors 40g am Mastsegment 6e nahe am Knickgelenk 7e beispielhaft erläutert, wie in der Figur 9 dargestellt, wobei beispielsweise davon ausgegangen wird, dass die Mastsensorik 44 die Winkel der Knickgelenke 7a,b,c,d,e mit Hilfe von an den Knickgelenken 7a,b,c,d,e angeordneten Gelenkwinkelsensoren erfasst.

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[0077] Während des Kartierungsprozesses wird die Pose beziehungsweise die Trajektorie B des LiDaR-Sensors 40g laufend im dreidimensionalen Raum ermittelt. Basierend auf den durch die Mastsensorik 44 erfassten Winkeln der Knickgelenke 7a,b,c,d,e von dieser Sensorpose rückwirkend zum Fahrgestell 12 wird zunächst die Position des Großmanipulators 1 im Raum bestimmt. Aufgrund diverser Ungenauigkeiten in der Mastsensorik 44, wie beispielsweise Ungenauigkeiten beim Auslesen der Gelenkswinkel, Durchbiegungen der Mastsegmente 6a,b,c,d,e sowie ständigen Schwingungen beziehungsweise Vibrationen, ist dieser rückwirkende Vorgang von der Sensorpose bis hin zum Fahrgestell 12 relativ ungenau. Dadurch kommt es zu einer zu unpräzisen Abbildung des Knickmasts 5 im dreidimensionalen Umgebungsmodell.

[0078] Durch die im Folgenden beispielhaft erläuterte Gelenkswinkeloptimierung kann dieser Fehler weitestgehend eliminiert werden. Dabei ist das Ziel, die Fehler, welche sich schon am Beginn des Knickmasts 5 ergeben, über sämtliche Knickgelenke 7a,b,c,d,e gleichmäßig aufzuteilen. Um dies zu erreichen, wird zu Beginn der Generierung des dreidimensionalen Umgebungsmodells, beispielsweise nach dem Abstützen des Großmanipulators 1 und vor dem Ausfalten des Knickmasts 5, das heißt, während der eingefaltete Knickmast 5 noch in der Mastauflage 15 abgelegt ist, das Fahrgestell 12 des Großmanipulators 1 im dreidimensionalen Umgebungsmodell fixiert, denn zu diesem Zeitpunkt ist die Position und Orientierung der Sensorpose in Relation zum Fahrgestell 12 nahezu exakt bekannt, da Durchbiegungen der Mastsegmente Sa,‚b,c,d,e in diesem Zustand zu vernachlässigen sind. Sobald der Knickmast 5 ausgefaltet wird beziehungsweise wenn der Knickmast 5 ausgefaltet ist, werden sämtliche Winkel der Knickgelenke 7a,b,c,d,e beispielsweise mittels der Lösung eines nicht-linearen Optimierungsproblems auf der Basis der im Modul 50a durchgeführten LiDaR-Odometrie für den im Bereich des Mastgelenks 7e angeordneten LiDaR-Sensor 40g derart geschätzt, dass die Pose beziehungsweise Trajektorie B des LiDaR-Sensors 40g mit der Position beziehungsweise Orientierung des LiDaRSensors 40g im virtuellen Modell des Großmanipulators 1 übereinstimmt. Um einen Vergleich zwischen der originalen und der korrigierten Position des Großmanipulators 1 zu erkennen, sind beide Positionen des Großmanipulators 1 in der Figur 9 dargestellt. Hierbei ist vor allem beim Fahrgestell 12 zu erkennen, dass sich die originale, gestrichelt dargestellte, also nur durch die Winkelmessung erfasste Position des Fahrgestells 12 wesentlich höher im Raum befindet als die fixierte, das heißt mithilfe der erläuterten Gelenkwinkeloptimierung korrigierte Position. Die so ermittelte Struktur des Großmanipulators 1 beziehungsweise dessen Bauteile, können jetzt aus der Punktwolke in der dreidimensionalen Karte des Moduls 50b für die Unterbindung von Eigendetektionen eliminiert werden.

[0079] Für die Erstellung des dreidimensionalen Umgebungsmodells werden in der folgenden auf die Figur 10 weiter Bezug nehmende Beschreibung neben den Trajektorien B der LiDaRSensoren 40a, 40b in dieser beispielhaften Darstellung nur die Daten der LiDaR-Sensoren 40a, 40b verwendet.

[0080] Dem Modul 50b, das mit den Punktwolken zunächst nur die Rohdaten für das dreidimensionale Umgebungsmodell enthält, ist mit dem Modul 50c eine Auswertung dieser Rohdaten nachgeschaltet. In dem Auswertungsmodul 50c wird beispielsweise die bereits oben beschriebene auf Voxeln basierende Darstellung der Umgebung des Großmanipulators 1 aus der Punktwolke erzeugt. In dieser auf Voxeln basierenden Darstellung können vor allem großvoluminöse Hindernisse wie beispielsweise die in Figur 5 dargestellten Hindernisse H1, H2 und H4 einfach erkannt und abstrakt für die weitere Verarbeitung beschrieben werden. Um den Rechenaufwand beispielsweise bei der nachfolgenden Kollisionsvermeidung möglichst gering zu halten, sollten die einzelnen Voxel möglichst groß sein, andererseits ist die Auflösung des dreidimensionalen Umgebungsmodells umso größer, je kleiner die Voxel sind. Für die Minimierung des Rechenaufwands beispielsweise bei einer nachfolgenden Kollisionsvermeidung können aus zusammenhängenden Strukturen wie den Hindernissen H1, H2 und H4 von nicht freien Voxeln virtuelle Hüllkörper abgeleitet werden, welche alle nicht freien Voxel der Strukturen einschließen, beispielsweise als Quader zur Abstraktion von Gebäuden. Ferner können über den zeitlichen Verlauf der Auswertung die erkannten Hindernisse H1, H2, H4 in dynamische Hindernisse H4 und statische Hindernisse H1, H2 aufgeteilt werden, wobei dynamische Hindernisse H4 aufgrund der voxel-basier-

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ten Auswertung einfach aus dem Umgebungsmodell wieder eliminiert werden, sobald diese nicht mehr erfasst werden.

[0081] Ferner kann beispielsweise ein im Modul 50c ablaufender Algorithmus Stromleitungen wie bereits weiter oben beschrieben in der Punktwolke des Moduls 50b erkennen und entsprechend klassifiziert an das im Modul 50d abgelegte dreidimensionale Umgebungsmodell weitergeben. Im dreidimensionalen Umgebungsmodell 50d können so klassifizierte Stromleitungen mit einem erhöhten Sicherheitsabstand versehen werden, den der Knickmast 5 einhalten muss. Die Ergebnisse der Auswertung der Punktwolke des Moduls 50b im Modul 50c können gegebenenfalls zur Verbesserung in die Generierung der Punktwolke im Modul 50b zurückgeführt werden.

[0082] Das Modul 50d mit dem dreidimensionalen Umgebungsmodell kann zusätzlich mit einem Display verbunden sein, auf dem der Großmanipulator 1 in der bisher erfassten Umgebung dargestellt ist. Ein Bediener kann anhand dieser Darstellung erkennen, welche Bereiche um den Großmanipulator 1 schon gut erfasst sind, wo der Knickmast 1 also beispielsweise sicher automatisch bewegt werden kann. Auf dem Display können auch die notwendigen Sicherheitsabstände zu Objekten H1, H2, H4 und insbesondere zu erkannten Stromleitungen H4 dargestellt sein, um zum Beispiel zu erkennen, ob unter Berücksichtigung der dargestellten Sicherheitsabstände beispielsweise die beabsichtigte Stellung des Knickmastes 5 für den Arbeits-Betonierbetrieb überhaupt erreichbar ist.

[0083] Das Modul 50f ermittelt ausgehend vom im Modul 50d abgelegtem dreidimensionalen Umgebungsmodell eine automatische Bewegungsabfolge für das Ein- und/oder Ausfalten und/ oder den automatischen Arbeitsbetrieb des Knickmasts 5. Beim Ein- und Ausfalten des Knickmasts 5 können die Informationen aus dem dreidimensionalen Umgebungsmodell des Moduls 50d über Hindernisse H1, H2, H3, H4 sehr einfach berücksichtigt und der Knickmast 5 entsprechend angesteuert werden. Beim automatischen Ausfalten des Knickmasts kann der Ausfaltvorgang durch geschicktes Ansteuern des Knickmasts 5 so gesteuert werden, dass die am Knickmast 5 angeordneten LiDaR-Sensoren die Umgebung insbesondere in Richtung des geplanten Arbeits-/Betonierbereichs möglichst schnell und detailliert erfassen.

[0084] Im automatischen Arbeitsbetrieb kann beispielsweise eine im dreidimensionalen Umgebungsmodell identifizierte oder beispielsweise über eine Verbindung zu einem Baustellendatenmodell (BIM) in das dreidimensionale Umgebungsmodell eingefügte Schalung für Betonwände automatisch von der Mastspitze 9 des Knickmasts 5 abgefahren werden. Entsprechend könnte beispielsweise beim Gießen einer Bodenplatte für ein Gebäude der Knickmast 5 auf der Basis des ausgewerteten dreidimensionalen Umgebungsmodells beispielsweise während der Betonausbringung mäanderförmig automatisch mit gleichbleibender Höhe über das Betonierfeld verfahren werden. In Verbindung mit einem BIM-Modell (Baustellen-Daten-Modell) der Umgebung, dass beispielsweise Information über ein zu erstellendes Gebäude, also die Position von Wänden usw. erhält, kann der Knickmast 5, der beispielsweise statt mit einem Endschlauch 14 mit einem Beton-Druckkopf an der Mastspitze 9 ausgestattet ist, zum automatischen Drucken von Betonwänden unter automatischer Berücksichtigung der aktuellen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden.

[0085] Ferner verfügt die Steuereinheit 50 in dieser beispielhaften Darstellung über ein Modul 50g zur Kollisionsvermeidung im manuellen und / oder halbautomatischen Betrieb, die auf dem im Modul 50d abgelegtem, dreidimensionalen Umgebungsmodell beruht. Das Modul 50g zur Kollisionsvermeidung im manuellen Betrieb empfängt beispielsweise Steuerbefehle zur Ansteuerung des Knickmastes 5 von einem Bediener, beispielsweise von der Fernsteuerung 51, und überprüft, ob die eingegebenen Steuerbefehle zu einer Kollision mit einem Hindernis H1, H2, H4 oder in die Nähe einer Stromleitung H3 führen könnten. Bei Hindernissen H1, H2, H4 wird die Geschwindigkeit der Bewegung des Knickmastes 5 gegebenenfalls zunächst in deren Umgebung reduziert und die Bewegung bei zu starker Annäherung an das Hindernis gestoppt. Auf der Fernsteuerung 51 kann zusätzlich ein Warnton oder Warnhinweis aktiviert werden, der auf die Kollisionsgefahr hinweist. Ferner könnte dem Bediener beispielsweise anhand der Ampelfarben grün, gelb und rot oder in ähnlicher geeigneter Art und Weise dargestellt werden, ob sich die Mastspitze 9 bezie-

hungsweise der Knickmast 5 in einem schon sehr gut kartographierten Bereich befindet (grün) oder beispielsweise in einem nicht kartographierten Bereich (rot), beispielsweise hinter Gebäuden/Gebäudekanten, die von den Sensoren noch nicht erfasst werden konnten. Nur teilweise kartographierte Bereiche, in denen ein Bediener sich noch nicht auf eine vollständige Hinderniserkennung verlassen kann, können beispielsweise gelb gekennzeichnet werden.

[0086] Im Fall eines als Stromleitung erkannten Hindernisses H3 ist ein wesentlich größerer Abstand des Knickmasts 5 einzuhalten. Bei einer räumlich relativ nah gelegenen Stromleitung kann unter Umständen schon das Ausfalten des Knickmastes 5 sowohl automatisch oder auch manuell von vorneherein von der Steuereinrichtung 50 unterbunden werden. Sowohl das Modul 50f, das automatische Bewegungsabfolgen ermittelt, als auch das Modul 50g für die Kollisionsvermeidung beim manuellen/halbautomatischen Betrieb geben die Steuerinformationen an ein Modul zur Mastansteuerung 50f weiter, dass daraus beispielsweise die Steuerbefehle beispielsweise für die Hydraulikventile des Drehwerkantriebs 2 und die Schwenkantriebe 8a‚,b,c,d,e generiert.

[9087] In der Figur 11 ist ein mit der hier vorgestellten Erfindung während des realen Ausfaltens eines Knickmastes 5 eines Großmanipulators 5 erstellte Punktwolke dargestellt, die von der Steuereinrichtung 50 für die Generierung eines dreidimensionalen Umgebungsmodells verwendet werden kann. Die Position des Großmanipulators 1 selbst ist in diesem virtuellen Modell in der Mitte nur zur Veranschaulichung als weißes Kästchen angedeutet. Tatsächlich ist der Großmanipulator 1 in diesem virtuellen Modell nicht sichtbar, weil, wie oben erläutert, mithilfe des virtuellen Modells des Großmanipulators 1 im Modul 50e die Elemente des Großmanipulators 1 eliminiert wurden. Dies gilt ebenso für den Knickmast 5, denn die vom Knickmast 5 selbst reflektierten Punkte der Punktwolken wurden, wie weiter oben erläutert, anhand des virtuellen Modells des Großmanipulators 1 des Moduls 50e der Steuereinheit 50 aus der Punktwolke eliminiert. Zur Veranschaulichung sind die Trajektorien B von zwei LiDaR-Sensoren 40a und 40c (siehe Figur 4) in der Figur 11 dargestellt, die den zeitlichen Verlauf der Positionen der zwei LiDaR Sensoren 40a und 40c während des Ausfaltvorgangs des Knickmastes 5 zeigen. Erst durch die Auswertung im Modul 50c der Steuereinheit 50 werden aus den einzelnen Punkten der Punktwolke Objekte, beispielsweise eine Halle H1 und Silos H2, die im Bewegungsraum des Knickmasts 5 zu berücksichtigende Hindernisse darstellen. Die Dichte der Punkte der Punktwolke ist im direkten Umfeld des Großmanipulators 1 am größten und nimmt mit zunehmender Entfernung zum Großmanipulator 1 ab. Es ist leicht verständlich, dass das dreidimensionale Umgebungsmodell durch die fortlaufende Erfassung und auch die Bewegung des Knickmasts 5 und fortlaufende Aktualisierung und Ergänzung immer präziser wird, weil immer mehr erkannte Punkte im Raum für die Ableitung des dreidimensionalen Umgebungsmodells herangezogen werden können. Wie oben schon erläutert, kann durch geschickte Positionierung und Ausrichtung mindestens eines UmgebungsErfassungs-Sensors 40a auch schon zu Beginn des Ausfaltvorganges des Knickmastes 5 ein zunächst sehr einfaches dreidimensionales Umgebungsmodell erstellt werden, mit dem der Ausfaltvorgang vom Beginn an unterstützt wird. Eine gegebenenfalls vorab berechnete und fest vorgegebene Bewegungsabfolge für das automatische Ausfalten und/oder Einfalten des Knickmastes 5, mit der die Spitze 9 des Knickmasts 5 beispielsweise in minimaler Zeit zum Ausbringungsort für den Beton bewegt werden soll, wird auf Basis des fortlaufend während des Ausfaltens des Knickmasts 5 aktualisierten dreidimensionalen Umgebungsmodells des Großmanipulators 1 aktualisiert, sodass keine Gefahr einer Kollision des Knickmastes 5 mit Hindernissen/Objekten H1, H2, H3, H4 im Bewegungsraum des Knickmastes 5 besteht. Alternativ könnte für den automatischen Ausfaltvorgang der Knickmast 5 zunächst in eine angehobene Startposition verfahren werden, um erste Umgebungsinformationen zu erfassen. Das Modul 50f der Steuereinrichtung 50 sucht dann praktisch auf der Basis einer für die Mastspitze 9 vorgegebenen Zielposition und der vom dreidimensionalen Umgebungsmodell jeweils aktuell zur Verfügung stehenden Informationen den optimalen Pfad zum Zielpunkt, der dann laufend aktualisiert wird. Das Modul 50f generiert also fortlaufend Steuerbefehle für die einzelnen Aktuatoren 2, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, die über die Mastansteuerung des Moduls 50h an die Aktuatoren weitergeleitet werden.

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BEZUGSZEICHENLISTE

1 Großmanipulator / Autobetonpumpe 2 Drehantrieb

3 Drehschemel

4 Gestell

5 Knickmast

6a,b,c,d,e erstes bis fünftes Mastsegment Ta,b,c,d,e erstes bis fünftes Knickgelenk 8a,‚b,c,d,e erster bis fünfter Schwenkantrieb 9 Mastspitze

10 Fahrerhaus

11 Abstützung

12 Fahrgestell

13 Aufgabetrichter

14 Endschlauch

15 Mastauflage

16 Eingabeeinheit

19 Steuereinrichtung

28 Betonpumpe

29 Förderleitung

30 Förderleitungshalter

40a,b,c,d,e,f,g Punkte im Raum detektierender Umgebungs-ErfassungsSensor (LiDaR, RaDaR)

41 Bildgebender Umgebung-Erfassungs-Sensor (Kamera) 42 Inertial-Mess-Einheit (IMU)

43 Satelliten-Navigations-Empfänger

44 Mastsensorik

50 Steuereinrichtung

50a Trajektorien-Ermittlung

50b Rohdaten/Punktwolke

50c Auswertung

50d Dreidimensionales Umgebungsmodell

50e Virtuelles Modell des Großmanipulators

50f Ermittlung Bewegungsabfolge automatischer Betrieb 50g Kollisionsvermeidung manueller Betrieb

50h Mastansteuerung

51 Fernsteuerung

B Trajektorie

H1, H2, H3, H4 Objekte

Patentansprüche

1. Großmanipulator (1), insbesondere Autobetonpumpe, mit

- einem um eine vertikale Achse mittels eines Drehantriebs (2) drehbaren Mastbock (3), der auf einem Gestell (4) angeordnet ist,

- einem Knickmast (5) der zwei oder mehr Mastsegmente (6a, b, c, d, e) umfasst, wobei die Mastsegmente (6a, b, c, d, e) über Knickgelenke (7a, b, c, d, e) mit dem jeweils benachbarten Mastbock (3) oder Mastsegment (6a, b, c, d, e) mittels je eines Schwenkantriebs (8a, b, c, d, e) schwenkbeweglich verbunden sind,

- einer Steuereinrichtung (50), die zur Ansteuerung des Drehantriebes (2) und der

Schwenkantriebe (8a, b ‚c, d, e) des Großmanipulators (1) ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

am Knickmast (5) mindestens ein mit der Steuereinrichtung (50) verbundener UmgebungsErfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g; 41) angeordnet ist, der zur laufenden Erfassung von Umgebungsinformationen des Großmanipulators (1) ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung (50) weiter dazu ausgebildet ist, aus den während der Bewegung des Knickmasts (5) und / oder dem Betrieb des Großmanipulators (1) erfassten Umgebungsinformationen des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) ein dreidimensionales Umgebungsmodell des Großmanipulators (1) fortlaufend abzuleiten.

2. Großmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, das dreidimensionale Umgebungsmodell während der Bewegung des Knickmasts (5) und/oder dem Betrieb des Großmanipulators (1) fortlaufend zu ergänzen und / oder zu aktualisieren.

3. Großmanipulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Umgebung-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g) als Umgebungsinformationen Punkte im Raum detektiert.

4. Großmanipulator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g) als Radar- oder LiDaR-Sensor ausgebildet ist.

5. Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Umgebungs-Erfassungs-Sensor (41) als bildgebender Sensor ausgebildet ist.

6. Großmanipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, die Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) zu ermitteln.

7. Großmanipulator (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, auf der Basis der ermittelten Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) und der von dem mindestens einem Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g; 41) im Raum detektierten Punkte eine Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) zu erstellen.

8. Großmanipulator (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, aus der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) solche Punkte zu eliminieren, die durch den Großmanipulator (1) selbst verursacht werden.

9. Großmanipulator (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, durch den Großmanipulator (1) verursachte Punkte in der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) mithilfe eines virtuellen Modells des Großmanipulators (1) zu eliminieren.

10. Großmanipulator (1) nach Anspruch einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, die Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) für die Generierung des dreidimensionalen Umgebungsmodells auszuwerten.

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. Großmanipulator (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrich-

tung (50) dazu ausgebildet ist, bei der Auswertung der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) Objekte (H1, H2, H3) zu identifizieren.

Großmanipulator (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, bei der Auswertung der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) insbesondere horizontal oder vertikal ausgerichtete, linear ausgebildete Strukturen zu identifizieren.

Großmanipulator (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, bei der Auswertung der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) identifizierte, insbesondere horizontal ausgerichtete und/oder linear ausgebildete und/oder durchhängende lineare Strukturen als Stromleitung zu identifizieren.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, das dreidimensionale Umgebungsmodell während der Bewegung des Knickmastes (5) fortlaufend auf Basis der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) und den Umgebungsinformationen des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) zu aktualisieren.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, für die Ermittlung der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) die von dem mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g; 41) bereitgestellten Umgebungsinformationen zu verwenden.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Knickmast (5) eine Mastsensorik (44) zur Ermittlung der Pose des Knickmastes (5) angeordnet ist und die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, für die Ermittlung der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) die von der Mastsensorik (44) ermittelte Pose des Knickmastes (5) zu verwenden.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Satelliten-Navigations-Sensor (43) zur Erfassung von Positionsdaten am Knickmast (5) angeordnet ist und die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, für die Ermittlung der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b,c, d, e, f, g; 41) die vom Satelliten-Navigations-Sensor (43) erfassten Positionsdaten zu verwenden.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Inertial-Messeinheit (IMU) zur Erfassung von Beschleunigungen und / oder Drehraten ausgestaltet ist und bevorzugt in unmittelbarer Nähe eines Umgebungs-Erfassungs-Sensors angeordnet ist und die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, für die Ermittlung der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b,c, d, e, f, g; 41) die von der Inertial-Messeinheit (IMU) erfassten Beschleunigungen und / oder Drehraten zu verwenden.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Punkte im Raum detektierender Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40e, f) in horizontaler Richtung einen 360-Grad-Sichtwinkel und in vertikaler Richtung einen Sichtwinkel (a) von 0 bis 90 Grad aufweist.

Großmanipulator (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass am Knickmast (5) mindestens zwei Punkte im Raum detektierende Umgebungs-Erfassungs-Sensoren (40e, f) mit jeweils einem 360-Grad-Sichtwinkel in horizontaler Richtung und einem Sichtwinkel (a) von 0 bis 90-Grad in vertikaler Richtung angeordnet sind, wobei ein Umgebungs-ErfassungsSensor (40e) dazu ausgebildet ist, die Umgebung entlang der Ausfaltebene und ein Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40f) dazu ausgebildet ist, die Umgebung in Richtung orthogonal zur Ausfaltebene des Knickmasts (5) zu erfassen.

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. Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens ein Punkte im Raum detektierender Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d) ein Halbkugel-Sichtfeld aufweist.

Großmanipulator (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass am Knickmast (5) mindestens zwei Punkte im Raum detektierende Umgebungs-Erfassungs-Sensoren (40a, b) mit Halbkugelsicht seitlich gegenüberliegend an einem ersten Mastsegment (6b) des Knickmastes (5) angeordnet sind.

Großmanipulator (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zusätzliche Umgebungs-Erfassungs-Sensoren (40c, d) mit Halbkugel-Sicht an einem zweiten Mastsegment (6d) jeweils seitlich gegenüberliegend angeordnet sind.

Großmanipulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, das dreidimensionale Umgebungsmodell des Knickmastes (5) während des Ausfaltens und/oder während des Arbeitsbetriebes und/oder während des Einfaltens des Knickmastes (5) fortlaufend abzuleiten.

Großmanipulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, auf der Basis des dreidimensionalen Umgebungsmodells eine Steuerungsabfolge für das automatische Ausfalten und / oder das automatische Einfalten des Knickmastes (5) zu ermitteln.

Großmanipulator (1) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, die Bewegungsabfolge für das automatische Ausfalten und/oder Einfalten des Knickmastes (5) auf Basis des fortlaufend während des Ausfaltens und/oder während des Einfaltens des Knickmasts (5) aktualisierten dreidimensionalen Umgebungsmodells des Großmanipulators (1) zu aktualisieren.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, beim manuell gesteuerten Betrieb des Knickmasts (5) die Bewegung des Knickmastes (5) auf der Basis des fortlaufend abgeleiteten dreidimensionalen Umgebungsmodells des Großmanipulators (1) zur Vermeidung von Kollisionen mit der Umgebung zu begrenzen.

Verfahren zum fortlaufenden Ableiten eines dreidimensionalen Umgebungsmodells der Umgebung eines Großmanipulators (1) mit einem um eine vertikale Achse mittels eines Drehantriebs (2) drehbaren Mastbock (3), der auf einem Gestell (4) angeordnet ist, einem ausfaltbaren Knickmast (5) der zwei oder mehr Mastsegmente (6a, b, c, d, e) umfasst, wobei die

Mastsegmente (6a, b, c, d, e) über Knickgelenke (7a, b, c, d, e) mit dem jeweils benachbarten

Mastbock (3) oder Mastsegment (6a, b, c, d, e) mittels je eines Schwenkantriebs (8a, b, c,

d, e) schwenkbeweglich verbunden sind und mindestens einem am Knickmast (5) angeord-

neten Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g; 41) der zur Erfassung von Um-

gebungsinformationen des Großmanipulators (1) ausgebildet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

- Ausfalten des Knickmasts (5)

- laufendes Erfassen der von dem mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g; 41) bereitgestellten Umgebungsinformationen während des Ausfaltens des Knickmasts (5)

- Ermitteln der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b,c, d, e, f, g; 41) während des Ausfaltens des Knickmasts (5),

- fortlaufendes Ableiten eines dreidimensionalen Umgebungsmodells des Großmanipulators (1) auf der Basis der erfassten Umgebungsinformationen und der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41).

Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) die von dem mindestens einen Umgebungs-Erfassung-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g; 41) bereitgestellten Umgebungsinformationen verwendet werden.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 oder 29, wobei das dreidimensionale Umgebungsmodell während der Bewegung des Knickmastes (5) fortlaufend ergänzt und/oder aktualisiert wird.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Neue Patentansprüche

1. Großmanipulator (1), insbesondere Autobetonpumpe, mit

- einem um eine vertikale Achse mittels eines Drehantriebs (2) drehbaren Mastbock (3), der auf einem Gestell (4) angeordnet ist,

- einem Knickmast (5) der zwei oder mehr Mastsegmente (6a, b, c, d, e) umfasst, wobei die Mastsegmente (6a, b, c, d, e) über Knickgelenke (7a, b, c, d, e) mit dem jeweils benachbarten Mastbock (3) oder Mastsegment (6a, b, c, d, e) mittels je eines Schwenkantriebs (8a, b, c, d, e) schwenkbeweglich verbunden sind,

- einer Steuereinrichtung (50), die zur Ansteuerung des Drehantriebes (2) und der Schwenkantriebe (8a, b ‚c, d, e) des Großmanipulators (1) ausgebildet ist,

- wobei am Knickmast (5) mindestens ein mit der Steuereinrichtung (50) verbundener Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g; 41) angeordnet ist, der zur laufenden Erfassung von Umgebungsinformationen des Großmanipulators (1) ausgebildet ist,

- wobei die Steuereinrichtung (50) weiter dazu ausgebildet ist, aus den während der Bewegung des Knickmasts (5) und / oder dem Betrieb des Großmanipulators (1) erfassten Umgebungsinformationen des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) ein dreidimensionales Umgebungsmodell des Großmanipulators (1) fortlaufend abzuleiten,

dadurch gekennzeichnet,

dass der mindestens eine Umgebung-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g) als Umge-

bungsinformationen Punkte im Raum detektiert,

- wobei die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, die Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) zu ermitteln,

- wobei die Steuerungseinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, auf der Basis der ermittelten Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) und der von dem mindestens einem Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g; 41) im Raum detektierten Punkte eine Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) zu erstellen, und

- wobei die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, aus der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) solche Punkte zu eliminieren, die durch den Großmanipulator (1) selbst verursacht werden.

2. Großmanipulator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, durch den Großmanipulator (1) verursachte Punkte in der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) mithilfe eines virtuellen Modells des Großmanipulators (1) zu eliminieren.

3. Großmanipulator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, die Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) für die Generierung des dreidimensionalen Umgebungsmodells auszuwerten.

4. Großmanipulator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, bei der Auswertung der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) Objekte (H1, H2, H3) zu identifizieren.

5. Großmanipulator (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, bei der Auswertung der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) insbesondere horizontal oder vertikal ausgerichtete, linear ausgebildete Strukturen zu identifizieren.

6. Großmanipulator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, bei der Auswertung der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1) identifizierte, insbesondere horizontal ausgerichtete und/oder linear ausgebildete und/oder durchhängende lineare Strukturen als Stromleitung zu identifizieren.

7. Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, das dreidimensionale Umgebungsmodell wäh-

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rend der Bewegung des Knickmastes (5) fortlaufend auf Basis der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) und den Umgebungsinformationen des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) zu aktualisieren.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, für die Ermittlung der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) die von dem mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g; 41) bereitgestellten Umgebungsinformationen zu verwenden.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Knickmast (5) eine Mastsensorik (44) zur Ermittlung der Pose des Knickmastes (5) angeordnet ist und die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, für die Ermittlung der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) die von der Mastsensorik (44) ermittelte Pose des Knickmastes (5) zu verwenden.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Satelliten-Navigations-Sensor (43) zur Erfassung von Positionsdaten am Knickmast (5) angeordnet ist und die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, für die Ermittlung der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b,c, d, e, f, g; 41) die vom Satelliten-Navigations-Sensor (43) erfassten Positionsdaten zu verwenden.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Inertial-Messeinheit (IMU) zur Erfassung von Beschleunigungen und / oder Drehraten ausgestaltet ist und bevorzugt in unmittelbarer Nähe eines Umgebungs-Erfassungs-Sensors angeordnet ist und die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, für die Ermittlung der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b,c, d, e, f, g; 41) die von der Inertial-Messeinheit (IMU) erfassten Beschleunigungen und / oder Drehraten zu verwenden.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Punkte im Raum detektierender Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40e, f) in horizontaler Richtung einen 360-Grad-Sichtwinkel und in vertikaler Richtung einen Sichtwinkel (a) von 0 bis 90 Grad aufweist.

Großmanipulator (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass am Knickmast (5) mindestens zwei Punkte im Raum detektierende Umgebungs-Erfassungs-Sensoren (40e, f) mit jeweils einem 360-Grad-Sichtwinkel in horizontaler Richtung und einem Sichtwinkel (a) von 0 bis 90-Grad in vertikaler Richtung angeordnet sind, wobei ein Umgebungs-ErfassungsSensor (40e) dazu ausgebildet ist, die Umgebung entlang der Ausfaltebene und ein Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40f) dazu ausgebildet ist, die Umgebung in Richtung orthogonal zur Ausfaltebene des Knickmasts (5) zu erfassen.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Punkte im Raum detektierender Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d) ein Halbkugel-Sichtfeld aufweist.

Großmanipulator (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass am Knickmast (5) mindestens zwei Punkte im Raum detektierende Umgebungs-Erfassungs-Sensoren (40a, b) mit Halbkugelsicht seitlich gegenüberliegend an einem ersten Mastsegment (6b) des Knickmastes (5) angeordnet sind.

Großmanipulator (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zusätzliche Umgebungs-Erfassungs-Sensoren (40c, d) mit Halbkugel-Sicht an einem zweiten Mastsegment (6d) jeweils seitlich gegenüberliegend angeordnet sind.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, das dreidimensionale Umgebungsmodell

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des Knickmastes (5) während des Ausfaltens und/oder während des Arbeitsbetriebes und/oder während des Einfaltens des Knickmastes (5) fortlaufend abzuleiten.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, auf der Basis des dreidimensionalen Umgebungsmodells eine Steuerungsabfolge für das automatische Ausfalten und / oder das automatische Einfalten des Knickmastes (5) zu ermitteln.

Großmanipulator (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, die Bewegungsabfolge für das automatische Ausfalten und/oder Einfalten des Knickmastes (5) auf Basis des fortlaufend während des Ausfaltens und/oder während des Einfaltens des Knickmasts (5) aktualisierten dreidimensionalen Umgebungsmodells des Großmanipulators (1) zu aktualisieren.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, beim manuell gesteuerten Betrieb des Knickmasts (5) die Bewegung des Knickmastes (5) auf der Basis des fortlaufend abgeleiteten dreidimensionalen Umgebungsmodells des Großmanipulators (1) zur Vermeidung von Kollisionen mit der Umgebung zu begrenzen.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g) als Radar- oder LiDaR-Sensor ausgebildet ist.

Großmanipulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Umgebungs-Erfassungs-Sensor (41) als bildgebender Sensor ausgebildet ist.

Verfahren zum fortlaufenden Ableiten eines dreidimensionalen Umgebungsmodells der Umgebung eines Großmanipulators (1) mit einem um eine vertikale Achse mittels eines Drehantriebs (2) drehbaren Mastbock (3), der auf einem Gestell (4) angeordnet ist, einem ausfaltbaren Knickmast (5) der zwei oder mehr Mastsegmente (6a, b, c, d, e) umfasst, wobei die

Mastsegmente (6a, b, c, d, e) über Knickgelenke (7a, b, c, d, e) mit dem jeweils benachbarten

Mastbock (3) oder Mastsegment (6a, b, c, d, e) mittels je eines Schwenkantriebs (8a, b, c,

d, e) schwenkbeweglich verbunden sind und mindestens einem am Knickmast (5) angeord-

neten Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g; 41) der zur Erfassung von Um-

gebungsinformationen des Großmanipulators (1) ausgebildet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

- Ausfalten des Knickmasts (5),

- laufendes Erfassen der von dem mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g; 41) bereitgestellten Umgebungsinformationen während des Ausfaltens des Knickmasts (5),

- Ermitteln der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b,c, d, e, f, g; 41) während des Ausfaltens des Knickmasts (5),

- fortlaufendes Ableiten eines dreidimensionalen Umgebungsmodells des Großmanipulators (1) auf der Basis der erfassten Umgebungsinformationen und der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41),

- Detektieren von Punkten im Raum als Umgebungsinformationen des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g),

- Erstellen einer Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators, auf der Basis der ermittelten Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c,d, e, f, g; 41) und der von dem mindestens einem Umgebungs-Erfassungs-Sensor (40a, b,c, d, e, f, g; 41) im Raum detektierten Punkte,

- Eliminieren von Punkten aus der Punktwolke der Umgebung des Großmanipulators (1), die durch den Großmanipulator (1) selbst verursacht werden.

Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Trajektorie (B) des mindestens einen Umgebungs-Erfassungs-Sensors (40a, b, c, d, e, f, g; 41) die

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von dem mindestens einen Umgebungs-Erfassung-Sensor (40a, b, c, d, e, f, g; 41) bereitgestellten Umgebungsinformationen verwendet werden.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale Umgebungsmodell während der Bewegung des Knickmastes (5) fortlaufend ergänzt und/oder aktualisiert wird.

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