BR112015016705B1

BR112015016705B1 - método e sistema para controlar o guindaste de uma máquina de trabalho

Info

Publication number: BR112015016705B1
Application number: BR112015016705-5A
Authority: BR
Inventors: Mikko PALMROTH; Simo Laitinen; Vesa Siltanen; Timo Käppi
Original assignee: John Deere Forestry Oy
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2020-11-03
Also published as: FI20135085L; BR112015016705A2; EP2950631A4; EP3345857B1; CA2898352A1; AU2014211012B2; EP3345857A1; FI3345857T3; AU2014211012A1; US20150353328A1; EP4186849A1; US10414634B2; WO2014118430A1; EP2950631A1; EP2950631B1; CA2898352C

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA CONTROLAR O GUINDASTE DE UMA MÁQUINA DE TRABALHO. A invenção refere-se a um método para controlar o guindaste (22) de uma máquina de trabalho (10; 44) usando controle da ponta da lança, em cujo método o guindaste (22) compreende pelo menos duas lanças (24, 26, 28) conectadas na máquina de trabalho (10; 44) e uma na outra de uma maneira articulada, cujas lanças são movimentadas em relação à máquina de trabalho (10; 44) e uma com a outra por meio de atuadores (32, 34, 36) controlados por um sistema de controle da máquina de trabalho (10; 44), e em cujo método a direção e velocidade de movimento da cabeça (38) do guindaste, controladas pelo motorista aplicando controles (50, 52) na máquina de trabalho (10; 44), são implementados aplicando velocidades das diferentes lanças (24, 26, 28) do guindaste (22). No método de acordo com a invenção, as velocidades das diferentes lanças (24, 26, 28) do guindaste (22) são determinadas automaticamente com base em pelo menos um dos seguintes fatores: posições das diferentes lanças (24, 26, 28) do guindaste (22) em relação Ã posição extrema de sua faixa de movimento; a máxima velocidade da cabeça (38) do guindaste atingida pelo guindaste (22); máxima força atingida pelo guindaste (22); localização da cabeça (38) do guindaste em relação à máquina de trabalho (10; 44); localização de obstáculos em volta em relação ao guindaste (22). A invenção também refere-se (...).

Description

Campo da Invenção

[001] A invenção refere-se a um método para controlar o guindaste de uma máquina de trabalho usando controle da ponta da lança. A invenção também refere-se a um sistema para controlar o guindaste, ou ao guindaste, de uma máquina de trabalho de acordo com o método da invenção.

Fundamentos da Invenção

[002] Atualmente, um guindaste montado em uma máquina de trabalho é na maioria dos casos ainda controlado controlando-se o atuador provido relativo a cada lança do guindaste separadamente. Em decorrência disto, o motorista tem que combinar os movimentos de vários atuadores a fim de fazer o guindaste mover de uma maneira desejada. Normalmente, guindastes são usados para mover um implemento preso na cabeça do guindaste. Por exemplo, em uma máquina florestal, o implemento é uma cabeça de colheitadeira ou uma garra de carregamento, dependendo se a máquina é uma colheitadeira ou um trator florestal autocarregável. Dependendo amplamente disto estão também os movimentos mais típicos que são normalmente implementados com o guindaste quando se trabalha com a máquina de trabalho. Em um trator florestal autocarregável usado para carregamento de madeira, o guindaste é normalmente movimentado do espaço de carga do trator florestal autocarregável para o lado de uma pilha de toras e de volta para o espaço de carga. Quando uma colheitadeira é usada para derrubada de madeira, o guindaste é normalmente movimentado na direção horizontal da máquina de trabalho para as árvores a ser derrubadas e, depois da derrubada, em uma direção adequada onde uma pilha de troncos de árvore desgalhados e cortados é colocada. Normalmente, entretanto, em todas as máquinas de trabalho, também outras além de máquinas florestais, o objetivo dos movimentos do guindaste é mover o implemento na cabeça do guindaste de um lugar para outro. Isto pode ser o motivo pelo qual foi recentemente desenvolvido um método para controlar o guindaste de uma maneira que atende melhor a este objetivo e por meio disto facilita o trabalho do motorista da máquina. Neste assim chamado controle da ponta da lança (ou controle coordenado), o motorista controla o guindaste de uma maneira tal que os dispositivos de controle da máquina de trabalho são usados para controlar diretamente o movimento da cabeça do guindaste em diferentes direções de movimento. Assim, uma única função de controle do dispositivo de controle é usada para controlar a cabeça do guindaste para mover, por exemplo, na direção horizontal para fora da máquina de trabalho e de volta para a máquina de trabalho, uma outra função de controle é usada para controlar o movimento para cima e para baixo na direção vertical, e uma terceira função de controle é usada para controlar giro de todo o guindaste para a esquerda e para a direita na direção horizontal. Para o motorista, este assim chamado controle da ponta da lança é incomparavelmente menos exigente, em virtude de, quando ele é aplicado, o motorista não precisar controlar os diferentes atuadores separadamente e saber como combinar o relacionamento entre os movimentos das lanças individuais gerado por elas com os movimentos da cabeça do guindaste, mas isto é feito automaticamente pelo sistema de controle da máquina de trabalho de acordo com a direção de movimento para onde o motorista quer que a cabeça do guindaste mova. Em decorrência disto, observou-se que o controle da ponta da lança toma o trabalho mais fácil e mais eficiente, particularmente para um motorista com pouca experiência. Um método e aparelho como estes para controlar o guindaste com base no controle da ponta da lança é descrito na tese de Markus Saarela, “Coordinated Moviment Control of a Log Loader Boom

[003] Normalmente, o guindaste compreende duas a três lanças conectadas entre si e na máquina de trabalho de uma maneira articulada ou móvel de outra forma. Por exemplo, as máquinas florestais fabricadas pelo requerente tipicamente compreendem uma lança de içamento conectada na sua primeira extremidade de uma maneira articulada em uma travessa montada no corpo da máquina de trabalho de uma maneira articulada com relação ao eixo geométrico vertical, uma lança de braço conectada em sua primeira extremidade de uma maneira articulada na segunda extremidade da lança de içamento, bem como uma lança de extensão móvel linearmente para fora da segunda extremidade da lança de braço, na direção longitudinal da lança de braço, e de volta para a lança de braço. Agora, se, por exemplo, um guindaste como este for controlado com controle da ponta da lança, o sistema de controle, em princípio, tem um número infinito de alternativas selecionáveis para implementar um movimento em uma dada direção de movimento. Dependendo de para onde a cabeça da lança está movendo com relação a sua faixa de movimento, algumas dessas alternativas são sempre de maneira tal que sua implementação levará a uma situação na qual o movimento do guindaste é mais difícil do que a implementação de uma outra alternativa, em virtude de um ou mais fatores limitarem o movimento das lanças do guindaste. Essas limitações causadas pelo princípio de operação do guindaste não são levadas em conta em métodos de controle baseados em controle de ponta da tecnologia anterior; portanto, os guindastes da tecnologia anterior operados por controle da ponta da lança nem sempre podem mover a cabeça do guindaste de uma maneira desejada. Isto pode significar, por exemplo, que, em uma certa posição, a cabeça do guindaste não moverá absolutamente se for feita uma tentativa de esterçá-la em uma direção cuja implementação leva o sistema de controle para uma situação na qual ela teria que mover um atuador, embora isto seja, por exemplo, na sua posição extrema, ou na qual uma lança colidiria na máquina de trabalho, no terreno, ou em um outro obstáculo em volta. Em uma situação como esta, o motorista tem que mover o guindaste primeiro em uma direção adequada, na qual o controle da ponta da lança pode mover o guindaste, para poder continuar o trabalho.

Breve Sumário da Invenção

[004] É um objetivo da invenção fornecer um método inédito para controlar o guindaste da máquina de trabalho pelo controle da ponta da lança de uma maneira tal que o movimento do guindaste não seja interrompido ou o movimento da cabeça do guindaste não seja impedido ou complicado, mesmo em situações nas quais a cabeça do guindaste é esterçada em uma faixa como esta, em que um ou alguns dos atuadores que movem o guindaste estão nas posições extremas de suas faixas, ou em que a localização da cabeça do guindaste ou a localização de obstáculos em volta conhecidos é de maneira tal que eles impedem o movimento, na direção desejada, da cabeça do guindaste dentro de sua faixa de movimento, ou usando os movimentos de certas lanças. Além disso, é um objetivo da invenção apresentar um sistema que funciona de acordo com o método da invenção para controlar o guindaste de uma máquina de trabalho.

[005] O objetivo da invenção é alcançado por uma máquina de trabalho, controlando os movimentos da cabeça do guindaste da máquina de trabalho, é programado para operar de uma maneira tal que ela seleciona as velocidades de movimento das diferentes lanças do guindaste com base nos fatores predeterminados de uma maneira tal que a direção e velocidade de movimento desejados da cabeça do guindaste são implementados usando velocidades de movimento das diferentes lanças do guindaste que são adequadas para a situação, ou que uma direção de movimento da cabeça do guindaste que não é possível em um dado ponto ou dentro de uma dada faixa é automaticamente substituída por uma direção de movimento adequada próxima da dita direção de movimento, em cujo caso o motorista não precisa realizar a mudança necessária na direção de movimento manualmente em virtude de o guindaste não ser capaz de mover na dita direção de movimento, ou o movimento é mais lento que o normal. Para colocar mais precisamente, o método e o sistema de acordo com a invenção são caracterizados no que será apresentado na reivindicação independente 1 e na reivindicação independente 17, respectivamente. As reivindicações dependentes 2 a 16 e 18 apresentam algumas modalidades vantajosas do método e do sistema de acordo com a invenção.

[006] O método e o sistema de acordo com a invenção têm a vantagem de que, quando se usa controle da ponta da lança de acordo com a invenção, é mais rápido e mais fácil controlar o guindaste da máquina de trabalho, em virtude de o movimento da cabeça do guindaste não ser impedido ou complicado, mesmo se uma lança do guindaste estiver no limite extremo de sua faixa de movimento, ou se uma lança estiver em uma posição da qual ela não pode mover adicionalmente em uma direção exigida para o movimento da cabeça do guindaste na direção desejada em virtude de um obstáculo ou por um outro motivo, ou se a cabeça do guindaste estiver movendo em uma direção que levaria, por exemplo, a um risco de colisão. Graças a isto, o motorista não precisa fazer movimentos extras manualmente a fim de evitar essas situações, por meio do que a operação do guindaste toma- se mais fácil e mais rápida com relação ao controle da ponta da lança implementado por meio da tecnologia anterior.

[007] De acordo com um primeiro aspecto do método de acordo com a invenção, quando a lança do guindaste chega mais perto do limite extremo de sua faixa de movimento do que uma distância predeterminada, sua velocidade de movimento é limitada.

[008] De acordo com um segundo aspecto do método de acordo com a invenção, quando a posição de pelo menos uma lança fica mais perto do limite extremo de sua faixa de movimento do que uma distância predeterminada, a velocidade de movimento de pelo menos uma outra lança é aumentada.

[009] De acordo com um terceiro aspecto do método de acordo com a invenção, o compartilhamento do movimento de lanças que implementa o movimento da cabeça do guindaste na máxima velocidade possível é ponderado.

[0010] De acordo com um quarto aspecto do método de acordo com a invenção, o compartilhamento do movimento de lanças que implementa o movimento da cabeça do guindaste com o mínimo consumo de energia possível é ponderado.

[0011] De acordo com um quinto aspecto do método de acordo com a invenção, o compartilhamento da lança que implementa o movimento da cabeça do guindaste com a máxima força possível na geração do movimento é ponderado.

[0012] De acordo com um sexto aspecto do método de acordo com a invenção, a direção de movimento da cabeça do guindaste é automaticamente alterada da direção de movimento esterçada pelo motorista de forma que a direção de movimento da cabeça do guindaste desvia do alvo do motorista.

[0013] De acordo com um sétimo aspecto do método de acordo com a invenção, se o movimento da cabeça do guindaste controlado pelo motorista não puder ser implementado, a cabeça do guindaste será controlada para mover em uma direção que desvia desta.

[0014] De acordo com um oitavo aspecto do método de acordo com a invenção, se o motorista esterçar a cabeça do guindaste em direção à máquina de trabalho na direção horizontal, a cabeça do guindaste será automaticamente levantada para uma altura mínima predeterminada durante o movimento.

[0015] De acordo com um nono aspecto do método de acordo com a invenção, se o motorista esterçar a cabeça do guindaste para mais perto de uma distância mínima da máquina de trabalho na direção vertical, a cabeça do guindaste será simultaneamente movimentada para fora da máquina de trabalho durante este movimento.

[0016] De acordo com um décimo aspecto do método de acordo com a invenção, se o motorista esterçar a cabeça (38) do guindaste para cima dentro de pelo menos uma distância máxima predeterminada, a cabeça do guindaste será simultaneamente movimentada na direção da máquina de trabalho.

[0017] De acordo com um décimo primeiro aspecto do método de acordo com a invenção, a máquina de trabalho é uma máquina florestal equipada com um espaço de carga, e o guindaste compreende uma lança de içamento conectada em sua primeira extremidade de uma maneira articulada na máquina de trabalho, uma lança de braço conectada em sua primeira extremidade de uma maneira articulada na segunda extremidade da lança de içamento, e uma lança de extensão conectada na lança de braço em sua segunda extremidade e móvel linearmente para fora e para dentro na direção longitudinal da lança de braço.

[0018] De acordo com um décimo segundo aspecto do método de acordo com a invenção, a velocidade de movimento da lança de extensão é limitada quando a cabeça do guindaste está dentro do espaço de carga.

[0019] De acordo com um décimo terceiro aspecto do método de acordo com a invenção, a velocidade de movimento da lança de extensão é limitada quando a cabeça do guindaste está a uma distância predeterminada do espaço de carga.

[0020] De acordo com um décimo quarto aspecto do método de acordo com a invenção, o controle da ponta da lança é desligado em uma ou algumas das maneiras seguintes quando a cabeça do guindaste está dentro de uma dada área ou atinge uma dada área por seu movimento: automaticamente, por uma função de controle a ser gerada por um dispositivo de controle separado, ou mantendo uma função de controle para controlar uma outra função por um tempo predeterminado.

[0021] De acordo com um décimo quinto aspecto do método de acordo com a invenção, o controle da ponta da lança é automaticamente ligado novamente quando a cabeça do guindaste move para fora de uma dada área.

[0022] De acordo com um primeiro aspecto do sistema de acordo com a invenção, o sistema de controle da máquina de trabalho compreende uma unidade de processamento de dados para controlar os movimentos do guindaste por software programável na unidade de processamento de dados, e o elemento de controle é software armazenado na unidade de processamento de dados.

Descrição Dos Desenhos

[0023] A seguir, a invenção será descrita com mais detalhes com referência aos desenhos anexos, em que: a Figura 1 mostra um trator florestal autocarregável cujo guindaste é controlado por um método de acordo com a invenção, a Figura 2 mostra uma vista de princípio de alavancas de controle na cabine de um trator florestal autocarregável de acordo com a Fig. 1, e a funções de controle a ser gerado por elas para controlar o guindaste do trator florestal autocarregável de acordo com a Fig. 1, e a Figura 3 mostra um colheitadeira cujo guindaste é controlado por um método de acordo com a invenção.

Descrição Detalhada de Algumas Modalidades Preferidas da Invenção

[0024] O método e o sistema de acordo com a invenção podem ser aplicados em uma variedade de máquinas de trabalho equipadas com um guindaste, por exemplo, em várias escavadeiras e máquinas florestais. Em máquinas florestais, o método pode ser bem utilizado, por exemplo, em tratores florestais autocarregáveis 10 tal como mostrado na Fig. 1, e colheitadeiras 44 tal como mostrado na Fig. 3. Mais tipicamente, os atuadores usados para mover diferentes lanças de um guindaste em uma máquina de trabalho são cilindros hidráulicos, mas, em princípio, eles poderiam também ser outros atuadores com movimentos lineares, tais como cilindros pneumáticos ou motores de fuso. Além disso, para mover, por exemplo, uma travessa que gira o guindaste horizontalmente, é também possível aplicar atuadores gerando um movimento rotativo, tais como motores hidráulicos ou elétricos. Para controlar todos esses atuadores, entretanto, é possível usar um sistema de controle equipado com uma unidade de processamento de dados programável e controlar os movimentos do guindaste por meio de funções de controle geradas por dispositivos de controle colocados na cabine da máquina de trabalho de uma maneira tal que o sistema de controle converte uma dada função de controle em um comando de controle para gerar um movimento desejado de um ou alguns atuadores na máquina de trabalho.

[0025] A máquina florestal mostrada na Fig. 1 é um trator florestal autocarregável 10 destinado a arrastar troncos de árvore derrubadas para fora da floresta. A parte traseira do corpo 12 do trator florestal autocarregável 10 é provida com um espaço de carga 14 formado para o transporte dos troncos de árvore em um espaço entre suportes 16. A parte dianteira do trator florestal autocarregável 10 é provida com um motor de acionamento 18 e uma cabine 20, com seu equipamento de direção e controle. Entre outras coisas, as alavancas de controle para a esquerda e para a direita, mostradas na Fig. 2, são providas dentro da cabine. Neste trator florestal autocarregável 10, o guindaste 22 destinado a manipulação de troncos de árvore é provido entre a cabine 20 e o espaço de carga 14. O guindaste 22 consiste em uma lança de içamento 24, uma lança de braço 26 e uma lança de extensão 28. O guindaste 22 é montado no corpo 12 do trator florestal autocarregável por meio de uma travessa 30 que é rotacionável em torno de um eixo geométrico vertical com relação ao mesmo de uma maneira tal que ela pode ser rotacionada em tomo do trator florestal autocarregável 10, da esquerda para a direita e vice-versa na direção lateral com relação ao corpo 12. A lança de içamento 24 é conectada em sua primeira extremidade de uma maneira articulada na travessa, para poder girar com relação a um eixo horizontal. A lança de braço 26 é conectada de uma maneira articulada na segunda extremidade da lança de içamento 24, e a lança de extensão 28 é arranjada na extremidade da lança de braço para ser móvel em sua direção longitudinal de uma maneira tal que ela é móvel da extremidade da lança de braço em sua faixa de movimento para fora da extremidade da lança de braço e de volta para a lança de braço 26. Entre a lança de içamento 24 e a travessa 30, entre a lança de içamento 24 e a lança de braço 26 e entre a lança de braço 26 e a lança de extensão 28 são providos atuadores 32, 34 e 36 que operam de uma maneira conhecida, tal como, por exemplo, hidraulicamente, e pelos quais a lança de içamento 24 pode ser girada com relação à travessa 30, a lança de braço 36 pode ser girada com relação à lança de içamento 24, e a lança de extensão 28 pode ser movimentada para fora da lança de braço 22 e de volta para dentro.

[0026] Na cabeça 38 do guindaste 22, é provida uma garra de carregamento 40, equipada com elementos de pega 48 conhecidos como tal, que são girados a favor e contra uns aos outros por um atuador provido neles, em que a garra de carregamento 40 pode ser usada para pegar um ou mais troncos de árvore para arrastá-los para uma localização desejada. A garra de carregamento 40 pode também ser rotacionada por um dispositivo rotativo 42 provido nela, de forma que os troncos na garra de carregamento 40 podem ser levados para uma posição adequada quando eles são, por exemplo, carregados ou descarregados do espaço de carregamento 14.

[0027] O controle do trator florestal autocarregável 10, do guindaste 22 e da garra de carregamento 40 é configurado para ser realizado a partir da cabine 30 colocada na parte dianteira do corpo 12. Para isto, a cabine 30 é provida com vários dispositivos de controle conhecidos como tal, por exemplo, a alavanca de controle 50 para o lado esquerdo e a alavanca de controle 52 para o lado direito, como mostrado na Fig. 2, bem como alavancas oscilantes 54 e 56 providas neles para controlar, por exemplo, o movimento do guindaste 22 e a abertura e fechamento dos elementos de pega da garra de carregamento 40 com funções de controle geradas por esses controles. Durante o controle, os comandos de controle gerados pelas funções de controle dadas com a alavanca de controle 50 para o lado esquerdo e a alavanca de controle 52 para o lado direito são transferidos desses controles por barramentos de comunicação para uma unidade de processamento de dados localizada no sistema de controle e realmente cuidando do controle dos atuadores 32, 34 e 36 para gerar as funções do guindaste 22, bem como do atuador, controlando a abertura da garra de carregamento, e o dispositivo rotativo 42, por meio de válvulas de controle eletro-hidráulicas em seus circuitos hidráulicos.

[0028] A figura 3 mostra uma colheitadeira 44 equipada com um guindaste correspondente. Aqui, o controle do guindaste 22 é implementado de uma maneira similar mas, para o controle da unidade da colheitadeira 46, mais funções de controle têm que ser geradas por vários dispositivos de controle. Alguns desses podem ser implementados por meio de dispositivos de controle separados da alavanca de controle 50 para o lado esquerdo e a alavanca de controle 52 para o lado direito mostrado na Fig. 2. Entretanto, esses não precisam ser apresentados com mais detalhes neste contexto, em virtude de o objeto de interesse ser meramente o controle do guindaste 22 que é implementado da mesma maneira nas máquinas florestais mostradas nas Figs. 1 e 3.

[0029] Controle da ponta da lança é aplicado para controlar o guindaste 22 no trator florestal autocarregável 10 de acordo com a Fig. 1 e na colheitadeira 44 de acordo com a Fig. 3. Consequentemente, quando o guindaste 22 é controlado com dispositivos de controle na cabine, particularmente a alavanca de controle 50 para o lado esquerdo e a alavanca de controle 52 para o lado direito pode ser aplicado para determinar a direção desejada de movimento da cabeça 38 do guindaste. Para implementar isto, software foi programado na unidade de processamento de dados do sistema de controle para calcular as velocidades de movimento necessárias para os atuadores 32, 34 e 36 moverem as diferentes lanças, aplicando equações cinemáticas de uma maneira tal que a direção desejada e velocidade de movimento da cabeça 38 do guindaste são conseguidas da melhor maneira possível. Neste contexto, entretanto, não existe necessidade de apresentar as equações cinemáticas e engenharia de controle exigidas pelo controle da ponta da lança, em virtude de soluções da tecnologia anterior poderem ser aplicadas a este respeito. Consequentemente, no método de acordo com a invenção, o cálculo cinemático do guindaste pode ser implementado, por exemplo, da maneira apresentada na tese de Markus Saarela, ou seja, por exemplo, com base na notação de Denavit-Hartenberg. Soluções de engenharia de controle podem também ser conhecidas como tal, em virtude de poderem ser usadas para controlar o guindaste de uma maneira programada, ou seja, por exemplo, usando comandos de controle (em outras palavras, correntes de controle a ser alimentadas nas válvulas de controle) com base nos cálculos cinemáticos supramencionados.

[0030] No método de acordo com a invenção, os fatores (isto é, critérios) aplicados são implementados no controle da ponta da lança do guindaste 22 no trator florestal autocarregável 10 da Fig. 1 e na colheitadeira da Fig. 3 de uma maneira tal que, quando um dado critério é atendido, a direção desejada de movimento da cabeça 38 do guindaste, ou a maneira de colocá-lo em ação (isto é, a lanças pelas quais o movimento é implementado) é alterada de acordo com os critérios. Em outras palavras, as funções de conexão automática modificam o comando de controle para controlar uma dada lança ou dadas lanças 24, 26, 28 do guindaste 22 e/ou a maneira na qual as velocidades de movimento das lanças individuais, obtidas em decorrência do cálculo, são determinadas para as diferentes lanças. Isto é feito por software na unidade de processamento de dados do sistema de controle da máquina de trabalho com base na localização da cabeça 38 do guindaste e nas posições das diferentes lanças 24, 26, 28 do guindaste 22 uma em relação à outra.

[0031] No trator florestal autocarregável 10 da Fig. 1 e na colheitadeira da Fig. 3, o controle do guindaste 22 pelo controle da ponta da lança é executado com dispositivos de controle 50 e 52 da Fig. 2, em uma situação normal, da maneira seguinte (ou seja, quando o sistema de controle não modifica os comandos de controle a ser gerados com as diferentes funções de controle): Quando a alavanca de controle 50 para o lado esquerdo é girada na direção +Yv, a cabeça 38 do guindaste move para fora da máquina de trabalho na direção horizontal. De uma maneira correspondente, quando a alavanca de controle 50 para o lado esquerdo é girada na direção Yv, a cabeça 38 do guindaste move em direção à máquina de trabalho na direção horizontal. Quando a mesma alavanca é girada para o lado na direção +Xv, a cabeça 38 do guindaste move para a direita na direção lateral e, quando a alavanca é girada na direção -Xv, a cabeça 38 do guindaste move para a esquerda na direção lateral. Quando a alavanca de controle 52 para o lado direito é movimentada na direção +Yo, a cabeça 38 do guindaste move para cima na direção vertical e, quando é movimentada na direção Yo, a cabeça 38 do guindaste move para baixo. Pela implementação dessas funções de controle simultaneamente de uma maneira adequada, o motorista da máquina de trabalho pode fazer a garra de carregamento ou cabeça de colheitadeira presa na cabeça 38 do guindaste mover em uma direção desejada a uma velocidade desejada. Por exemplo, para mover a cabeça do guindaste obliquamente para fora da máquina de trabalho e para a esquerda, o motorista da máquina de trabalho girará a alavanca de controle esquerda obliquamente para a esquerda e para a frente (ou seja, em uma direção entre as direções +Yv e +Xv). Em uma situação normal, a velocidade do movimento da cabeça 38 do guindaste é diretamente proporcional a quanto a alavanca de controle é girada na direção da função de controle para gerar o dito movimento. Entretanto, o guindaste controlado de acordo com o método da invenção moverá precisamente da maneira controlada pelo motorista somente se não existir obstáculo para mover a cabeça do guindaste na dita direção de movimento controlada pelo motorista. Além disso, no método de acordo com a invenção, a segmentação do movimento da cabeça do guindaste entre as lanças individuais, ou seja, por exemplo, no caso do guindaste 22 da Fig. 1, entre a lança de içamento 24, a lança de braço 26 e a lança de extensão 28, é automaticamente ajustada com base em certos fatores (critérios) dependendo da posição e localização do guindaste 22.

[0032] A seguir, mudanças programáveis a ser feitas nos movimentos do guindaste no trator florestal autocarregável 10 da Fig. 1 e na colheitadeira da Fig. 3 serão apresentadas a título de exemplo.

[0033] Se qualquer movimento de uma lança do guindaste 22 aproxima-se de seu limite final (que é tipicamente causado pelas limitações da faixa de movimento do atuador para mover o mesmo), sua velocidade começa ser reduzida bem antes (a uma dada distância do limite final do dito movimento). Esta distância dependerá da estrutura do guindaste e dos comprimentos da lanças. Além disso, a desaceleração pode ocorrer gradualmente de uma maneira tipo rampa. Quando a velocidade de uma lança é diminuída, a velocidade de movimento da outra lança é aumentada respectivamente de forma que a direção e velocidade de movimento da cabeça do guindaste, desejadas pelo motorista, são alcançadas. O aumento na velocidade das outras lanças/uma outra lança pode ocorrer de uma maneira rampeada similar à desaceleração da lança ao aproximar-se de seu limite final. Este recurso é efetivo para todas as lanças do guindaste 22, ou seja, a lança de içamento 24, a lança de braço 26 e a lança de extensão 28.

[0034] Um exemplo mais preciso é uma situação, na qual uma garra de carregamento 50 é levada de uma grande distância para mais perto da máquina. Primeiramente, todas as lanças estão em uso, ou seja, a lança de içamento 24, a lança de braço 26 e a lança de extensão 28. Quando a lança de extensão 28 chega perto do limite final, até uma certa distância limite dela, seu movimento é gradualmente desacelerado. Para manter a velocidade da cabeça 38 do guindaste 22 constante, as velocidades da lança de içamento 24 e da lança de braço 26 são aumentadas correspondentemente. Depois que a lança de extensão 28 tiver sido totalmente retraída dentro da lança de braço 26, o movimento tem continuidade meramente com a lança de içamento 24 e a lança de braço 26.

[0035] Normalmente, a velocidade de movimento desejada da cabeça 38 do guindaste pode ser conseguida por uma grande variedade de combinações de velocidades de diferentes lanças. Nesses casos, é possível selecionar várias ponderações para a aplicação das diferentes lanças 24, 26 e 28 e por meio disto dos atuadores 32, 34 e 36 para mover os mesmos. Fatores sobre a seleção das ponderações podem incluir, por exemplo, a máxima velocidade de movimento da cabeça 38 do guindaste, a aplicação de suavização da lança, as resistência relativas dos atuadores 32, 34 e 36, e da necessidade de manter o guindaste 22 em uma posição vantajosa para os movimentos seguintes. Com relação a esses, o software programado no sistema de controle compreende regras básicas que se aplicam em muitas diferentes situações.

[0036] Por exemplo, na colheitadeira 44 da Fig. 3, priorizações dos movimentos de diferentes lanças (isto é, diferentes atuadores) a ser implementadas incluem o seguinte.

[0037] A lança de extensão 28 deve ser retraída dentro da lança de braço 26 o mais rápido possível quando a cabeça 38 do guindaste estiver movimentado em direção à máquina.

[0038] Quando a cabeça 38 do guindaste está mais afastada do que uma distância limite máxima predeterminada da máquina, ela deve ser abaixada aplicando a lança de içamento 24, e o movimento de abaixamento realizado pela lança de braço 26 é limitado.

[0039] Quando a cabeça 38 do guindaste está mais afastada do que uma distância limite máxima predeterminada, a cabeça 38 do guindaste deve ser içada aplicando a lança de içamento 24 de forma que o movimento de içamento realizada pela lança de braço 24 é limitado correspondentemente.

[0040] Em algumas situações, os limites de movimento dos atuadores 32, 34 e 36 movendo o guindaste 22, e a geometria do guindaste 22, impedem que a cabeça 38 do guindaste mova na direção desejada. Nesses casos, uma direção de movimento deve ser procurada para a cabeça 38 do guindaste, cuja direção não desvia muito da direção desejada de movimento e que fará com que o guindaste 22 circunde o obstáculo para o movimento. Isto é implementado de forma que, quando desvia da direção desejada de movimento, a cabeça 38 do guindaste é controlada para mover mais lentamente do que o usual (ou seja, do que a velocidade de movimento normal correspondente a esta velocidade de movimento). Também, a transição entre esses dois modos é implementada suavemente. Como um exemplo, pode-se mencionar uma situação na qual a cabeça 38 do guindaste é controlada para mover para cima nas proximidades de uma coluna. Primeiro, a cabeça 38 do guindaste pode ser movimentada diretamente para cima, mas, quando a lança de extensão 38 é totalmente recolhida na lança de braço 26, um movimento linear para cima será impossível. O objetivo é corrigir esta situação aplicando a lança de içamento 24 ou a lança de braço 26. O caminho de movimento resultante desviará do desejado, mas o guindaste 22 não parará e a situação de "paralização completa" será ultrapassada.

[0041] No controle da ponta da lança, o motorista da máquina determina a direção de movimento da cabeça 38 do guindaste. No controle da cabeça 38 do guindaste de acordo com o método da invenção, entretanto, o sistema de controle pode intervir mudando esta direção de movimento controlado por um dispositivo de controle, se isto for expediente. Por exemplo, na colheitadeira da Fig. 3, mudanças na direção de movimento são feitas nas seguintes situações: 1. Quando um tronco de árvore fica mais perto da máquina nas proximidades do terreno, a cabeça 38 do guindaste é automaticamente levantada para o nível da roda. Em decorrência disto, o tronco da árvore possivelmente mantido pela cabeça de colheitadeira será levado para a altura ideal para processamento. 2. Se a cabeça 38 do guindaste for levantada para mais perto da máquina do que uma distância limite mínima definida, seu caminho de movimento é alterado para prolongar ligeiramente para fora. Desta maneira, o risco de colisão com a máquina é reduzido. 3. Se a cabeça 38 do guindaste for levantada quando mais afastada de uma distância limite máxima definida da máquina, ela pode ser simultaneamente levada para mais perto da máquina (a menos que um obstáculo conhecido para mover a cabeça do guindaste fique localizado nesta área). Desta maneira, consegue-se um menor braço de alavanca para içamento de uma carga.

[0042] A maneira de controlar a lança pode também ser alterada com base em um estágio de trabalho. Como um exemplo, pode ser apresentado o controle do guindaste 22 do trator florestal autocarregável 10 de acordo com a Fig. 1 quando troncos são descarregados do espaço de carga 14 do trator florestal autocarregável 10. 1. No espaço de carga 14, a lança de extensão 28 não é de maneira nenhuma movimentada para fora, ou é movimentada somente muito lentamente. 2. Quando o motorista tiver selecionado um modo de descarregamento separado, a lança de extensão 28 não é movimentada nem quando a cabeça 38 do guindaste está próxima, isto é, mais próxima de uma dada distância de segurança da máquina.

[0043] Também, em muitas outras situações, o movimento das diferentes lanças 24, 26 e 28 pode ser limitado de acordo com a necessidade. Por exemplo, se qualquer lança do guindaste 22 estivesse movendo para uma posição difícil em vista dos obstáculos conhecidos em volta, o movimento de tal lança pode ser limitado e compensado por outras lanças.

[0044] O controle da ponta da lança de acordo com o método da invenção pode também funcionar de forma que ele é desligado automaticamente, por um dispositivo de controle separado, ou mantendo uma função de controle controlando uma outra função por pelo menos ou não mais que um tempo predeterminado quando esta função é em uma dada condição e a cabeça do guindaste está dentro de uma dada área ou atinge uma dada área por seu movimento. Por exemplo, no trator florestal autocarregável 10 da Fig. 1, uma função como esta poderia ser a função de controle para contrair a lança de extensão dentro da lança de braço quando a lança de extensão já estiver colocada completamente dentro da lança de braço e a garra de carregamento estiver, por exemplo, próxima (dentro de uma distância máxima predeterminada) da tela do espaço de carga. Além disso, o controle da ponta da lança de acordo com o método da invenção pode ser configurado para funcionar de forma que ele é automaticamente ligado novamente quando a cabeça do guindaste move para fora de uma dada área.

[0045] Nas modalidades exemplares aqui apresentadas, o método de acordo com a invenção pode ser usado em guindastes implementados de diferentes maneiras do guindaste 22 mostrado. No caso de mais de três lanças, o número das várias alternativas para prover uma dada direção e velocidade de movimento aumenta. Por outro lado, se o número de lanças conectadas entre si for menor que três (por exemplo, no caso de uma escavadeira), por exemplo, um movimento linear nem sempre pode ser implementado, e o objetivo do controle pode assim ser mover a cabeça do guindaste aplicando a direção de movimento mais próxima possível a ser implementada. Funções de acordo com o método da invenção, afetando a direção de movimento ou a maneira de implementação da cabeça do guindaste ou das lanças individuais, e programadas no sistema de controle da máquina, podem também ser outras além das apresentadas nos exemplos citados. Em alguns casos, o fator determinante poderia ser, por exemplo, o menor consumo de energia possível (por exemplo, quando a garra de carregamento do trator florestal autocarregável está vazia quando ele é movimentado) ou a máxima força possível (quando é sabido que o tronco na garra de carregamento é muito pesado) que pode ser alcançada com a lança com relação ao dito movimento. Em vista do trabalho eficiente, é importante que a cabeça do guindaste e o implemento nela sejam levados para a localização desejada o mais depressa possível. Assim, o software no sistema de controle pode operar de forma que ele implementa a maior parte do movimento com a lança que faz a cabeça do guindaste mover o mais rápido possível da maneira mais fácil. Isto pode também ser feito de uma maneira tal que a implementação da exata direção do movimento é comprometida durante o movimento, mas, no final do movimento, a cabeça do guindaste, de qualquer maneira, fica na localização na qual o motorista a dirigiu. Isto pode ser implementado, por exemplo, de uma maneira tal que o software calcula o caminho de movimento concretizado teórico das diferentes posições da alavanca de controle, e depois disso (na prática, no momento da parada), a cabeça do guindaste é movimentada pelo desvio entre a real localização e a localização calculada, depois do que a cabeça do guindaste fica, depois que o movimento tiver terminado, exatamente na localização pretendida pelo motorista da máquina.

[0046] Assim, o método e o sistema de acordo com a invenção não devem ser restritos às modalidades exemplares aqui apresentadas, mas eles podem variar dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Método para controlar o guindaste (22) de uma máquina de trabalho (10; 44) utilizando-se controle da ponta da lança, em cujo método tal guindaste (22) compreende pelo menos duas lanças (24, 26, 28) conectadas na máquina de trabalho (10; 44) e uma na outra de uma maneira articulada, cujas lanças são movimentadas em relação à máquina de trabalho (10; 44) e uma em relação à outra por meio de atuadores (32, 34, 36) controlados por um sistema de controle da máquina de trabalho (10; 44), e em cujo método a direção e a velocidade de movimento da cabeça (38) do guindaste, controladas por um motorista que aplica controles (50, 52) na máquina de trabalho (10; 44), são atingidas aplicando-se velocidades das diferentes lanças (24, 26, 28) do referido guindaste (22), método esse sendo caracterizadopelo fato de que compreende as etapas de: determinar automaticamente as velocidades das diferentes lanças (24, 26, 28) do guindaste (22) com base na posição do controle (50, 52) e pelo menos no seguinte fator: a máxima velocidade daquela cabeça (38) do guindaste atingida pelo referido guindaste (22); e ponderar o compartilhamento do movimento das lanças (24, 26, 28) que implementam o movimento daquela cabeça (38) do guindaste na mais alta velocidade possível.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de tais velocidades das diferentes lanças (24,26,28) do guindaste (22) serem determinadas automaticamente com base em posições das diferentes lanças (24, 26, 28) do guindaste (22) em relação à posição extrema da faixa de movimento delas.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizadopelo fato de consistir em limitação da velocidade de movimento de uma lança (24, 26, 28) do guindaste (22) quando a lança chega mais perto do que uma distância predeterminada do limite extremo de sua faixa de movimento.

4. Método de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizadopelo fato de consistir em aumento da velocidade de movimento de pelo menos uma outra lança (24, 26, 28) quando a posição de pelo menos uma lança (24, 26, 28) chega mais perto do que uma distância predeterminada do limite extremo de sua faixa de movimento.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de consistir em mudança da direção de movimento da cabeça (38) do guindaste automaticamente da direção de movimento esterçada pelo motorista de uma maneira tal que a direção de movimento da cabeça (38) do guindaste desvie do alvo do motorista.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de, se o movimento da cabeça (38) do guindaste controlado pelo motorista não puder ser implementado, tal cabeça (38) do guindaste ser controlada para movimentar em uma direção que desvia desta.

7. Método de acordo com a reivindicação 5 ou reivindicação 6, caracterizadopelo fato de, se o motorista esterçar a cabeça (38) do guindaste em direção à máquina de trabalho (10; 44) na direção horizontal, tal cabeça (38) do guindaste ser automaticamente levantada a uma altura mínima predeterminada durante o movimento.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizadopelo fato de, se o motorista esterçar a cabeça (38) do guindaste para mais próximo de uma distância mínima da máquina de trabalho (10; 44) na direção vertical, tal cabeça (38) do guindaste ser simultaneamente movimentada para fora da máquina de trabalho (10; 44) durante este movimento.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizadopelo fato de, se o motorista esterçar a cabeça (38) do guindaste para cima em pelo menos uma distância máxima predeterminada, tal cabeça do guindaste ser simultaneamente movimentada na direção da máquina de trabalho (10; 44).

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizadopelo fato de a máquina de trabalho ser uma máquina florestal (10) equipada com um espaço de carga (14), e tal guindaste (22) compreender uma lança de içamento (24) conectada em sua primeira extremidade de uma maneira articulada à máquina de trabalho, uma lança de braço (26) conectada em sua primeira extremidade de uma maneira articulada à segunda extremidade da lança de içamento (24), e uma lança de extensão (28) conectada à lança de braço (26) em sua segunda extremidade e móvel linearmente para fora e para dentro na direção longitudinal da lança de braço (26).

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopor consistir em limitação da velocidade de movimento da lança de extensão (28) quando a cabeça (38) do guindaste está dentro do espaço de carga (14).

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopor consistir em limitação da velocidade de movimento da lança de extensão (28) quando a cabeça (38) do guindaste está dentro de uma distância predeterminada do espaço de carga (14).

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizadopelo fato de o controle da ponta da lança ser desligado por um ou alguns dos seguintes motivos quando a cabeça do guindaste está dentro de uma dada área ou atinge uma dada área por seu movimento: automaticamente; por uma função de controle a ser gerada por um dispositivo de controle separado; ou mantendo-se uma função de controle para controlar uma outra função por um tempo predeterminado.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que o controle da ponta da lança é automaticamente ligado, novamente, quando a cabeça do guindaste move para fora de uma dada área.

15. Sistema para controlar o guindaste (22) de uma máquina de trabalho (10; 44) por intermédio de controle da ponta da lança, dito guindaste compreendendo pelo menos duas lanças (24, 26, 28) conectadas na máquina de trabalho (10; 44) e uma na outra de uma maneira articulada, cujas lanças são movimentadas em relação à máquina de trabalho (10; 44) e uma em relação à outra por meio de atuadores (32,34,36) controlados por um sistema de controle da máquina de trabalho (10; 44), e direção e velocidade de movimento da cabeça (38) do guindaste, controladas por um motorista que aplica controles (50, 52) na máquina de trabalho (10; 44), são atingidas aplicando-se velocidades das diferentes lanças (24, 26, 28) do guindaste (22), caracterizadopelo fato de que tal sistema compreende um elemento de controle para controlar o guindaste (22) através de: determinar automaticamente as velocidades das diferentes lanças (24, 26, 28) do guindaste (22) com base na posição do controle (50, 52) e pelo menos no seguinte fator: a máxima velocidade daquela cabeça (38) do guindaste atingida pelo referido guindaste (22); e ponderar o compartilhamento do movimento das lanças (24, 26, 28) que implementam o movimento daquela cabeça (38) do guindaste na mais alta velocidade possível.

16. Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopor o sistema de controle da máquina de trabalho (10; 44) compreender uma unidade de processamento de dados para o controle dos movimentos do guindaste (22) na unidade de processamento de dados, e em que tal elemento de controle está armazenado na unidade de processamento de dados.