DE10012431A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vorsehen einer koordinierten Steuerung eines Arbeitswerkzeuges - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Vorsehen einer koordinierten Steuerung eines Arbeitswerkzeuges

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DE10012431A1
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Brian D Rockwood
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Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorsehen der koordinierten Steuerung eines Arbeitswerkzeuges einer Arbeitsmaschine wird offenbart. Das Werkzeug weist einen Ausleger mit einem ersten Endteil und einem zweiten Endteil auf, wobei der erste Endteil schwenkbar mit dem Rahmen verbunden ist, und wobei der zweite Endteil schwenkbar mit einem Lasteingriffsglied verbunden ist. Die Vorrichtung weist einen Positionssensor auf, der geeignet ist, um ein Positionssignal zu liefern, und eine Eingabevorrichtung, die geeignet ist, um ein Soll-Geschwindigkeitssignal zu liefern, welches die erwünschte Geschwindigkeit des Lasteingriffsgliedes anzeigt. Die Soll-Geschwindigkeit weist eine Soll-Winkelgeschwindigkeit und eine Soll-Lineargeschwindigkeit auf. Die Vorrichtung empfängt das Positionssignal und das Soll-Geschwindigkeitssignal und bestimmt einen Ist-Laufpfad des Lasteingriffsgliedes und einen Soll-Laufpfad des Lasteingriffsgliedes. Die Vorrichtung modifiziert weiter die Soll-Winkelgeschwindigkeit und die Soll-Lineargeschwindigkeit ansprechend auf eine Abweichung zwischen den Ist- und den Soll-Laufpfaden.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrich­ tung und ein Verfahren zur Steuerung eines Arbeitswerk­ zeuges einer Arbeitsmaschine und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorsehen einer koordi­ nierten Steuerung des Arbeitswerkzeuges, um eine Linear­ bewegung des Arbeitswerkzeuges zu erzeugen.
Technischer Hintergrund
Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Grabvorrichtungen bzw. Bagger, Baggerlader, Radlader, Teleskopmaterialhand­ habungsvorrichtungen bzw. Gabelstapler und ähnliches sind geeignet zum Graben, Beladen, Paletten heben usw. Diese Vorgänge erfordern gewöhnlicher Weise die Anwendung von zwei oder mehr manuell betätigten Steuerhebeln zur Steue­ rung der Position und Orientierung des Arbeitswerkzeuges. Als ein Beispiel weist eine Teleskopmaterialhandhabungs­ vorrichtung bzw. ein Gabelstapler einen teleskopischen Ausleger mit einem Lasteingriffsglied auf, beispielsweise Palettenhubgabeln, die mit einem Ende des Auslegers ver­ bunden sind. Zwei Steuerhebel werden verwendet, um unab­ hängig Hydraulikzylinder zu betätigen, die zur Steuerung des Winkels des Auslegers mit Bezug auf eine Referenzebe­ ne bzw. der Länge des Auslegers gesteuert werden.
Oft ist eine lineare oder geradlinige Bewegung der Gabeln erforderlich, beispielsweise wenn die Gabeln der Tele­ skopmaterialhandhabungsvorrichtung bzw. des Gabelstaplers unter eine Palette zu treiben sind, um die Palette anzu­ heben. Um eine solche Linearbewegung zu bewirken, muß der Winkel des Auslegers und die Länge des Auslegers gleich­ zeitig gesteuert werden. Es wird eine besondere Ausbil­ dung des Bedieners erforderlich, um die Steuerung der He­ bel zu koordinieren, wenn man diese komplexen Vorgänge ausführt, was somit die Ermüdung des Bedieners bei geüb­ ten Bedienern vergrößert und die Einarbeitungszeit, die für weniger geübte Bediener erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung weist bei einer Vorrichtung zum Vorsehen einer koordinierten Steue­ rung eines Werkzeuges einer Arbeitsmaschine mit einem Rahmen das Werkzeug einen Ausleger mit einem ersten End­ teil und einem zweiten Endteil auf, wobei der erste End­ teil schwenkbar mit dem Rahmen verbunden ist, und wobei der zweite Endteil mit einem Lasteingriffsglied verbunden ist. Die Vorrichtung weist einen Positionssensor auf, der geeignet ist, um ein Positionssignal vorzusehen, und eine Eingabevorrichtung, die geeignet ist, um ein Soll-Ge­ schwindigkeitssignal zu liefern, welches die Soll-Ge­ schwindigkeit des Lasteingriffsgliedes anzeigt. Die Soll- Geschwindigkeit weist eine Soll-Winkelgeschwindigkeit und eine Soll-Lineargeschwindigkeit auf. Die Vorrichtung emp­ fängt das Positionssignal und das Soll-Geschwindigkeits­ signal und bestimmt einen Ist-Laufpfad des Lasteingriffs­ gliedes, und einen Soll-Laufpfad des Lasteingriffsglie­ des. Die Vorrichtung modifiziert weiter die Soll-Winkel­ geschwindigkeit und die Soll-Lineargeschwindigkeit an­ sprechend auf eine Abweichung zwischen den Ist- und Soll- Laufpfaden.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Vorsehen einer koordinierten Steuerung eines Werkzeuges einer Arbeitsmaschine mit ei­ nem Rahmen offenbart. Das Werkzeug weist einen Ausleger mit einem ersten Endteil und einem zweiten Endteil auf, wobei der erste Endteil schwenkbar mit dem Rahmen verbun­ den ist, und wobei der zweite Endteil mit einem Lastein­ griffsglied verbunden ist. Das Verfahren weist den Schritt auf, eine Position des Lasteingriffsgliedes abzu­ fühlen und darauf ansprechend ein Positionssignal zu lie­ fern. Das Verfahren weist auch die Schritte auf, ein Soll-Geschwindigkeitssignal zu liefern, welches eine Soll-Geschwindigkeit des Lasteingriffsgliedes anzeigt, wobei die Soll-Geschwindigkeit eine Soll-Winkelgeschwin­ digkeit und eine Soll-Lineargeschwindigkeit aufweist. Das Verfahren weist weiter die Schritte auf, einen Ist-Lauf­ pfad des Lasteingriffsgliedes als eine Funktion des Posi­ tionssignals zu bestimmen, weiter einen Soll-Laufpfad des Lasteingriffsgliedes als eine Funktion des Soll-Geschwin­ digkeitssignals zu bestimmen, und die Soll-Winkelge­ schwindigkeit und die Soll-Lineargeschwindigkeit anspre­ chend auf einer Abweichung zwischen den Ist- und Soll- Laufpfaden zu modifizieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 ist eine diagrammartige Veranschaulichung einer Arbeitsmaschine, die zur Anwendung bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches ein Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung veranschau­ licht;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, welches ein Ausführungs­ beispiel eines Steuersystems der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 4 veranschaulicht Beispiele einer Vielzahl von Geschwindigkeitsverhältnisvektoren, die mit ei­ nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung assoziiert sind; und
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, welches ein Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung verkörpert.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Mit Bezug auf die Fig. 1-5 sieht die vorliegende Er­ findung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorsehen einer koordinierten Steuerung eines Arbeitswerkzeuges 160 einer Arbeitsmaschine 100 vor. Zu Besprechungszwecken wird die folgende Beschreibung sich auf eine Teleskopma­ terialhandhabungsvorrichtung bzw. einen Gabelstapler 100 beziehen. Es sei jedoch bemerkt, daß irgendeine Anzahl von anderen Bauarten von Arbeitsmaschinen, wie beispiels­ weise Baggerlader, Radlader, Bagger bzw. Grabvorrichtun­ gen und ähnliches eingesetzt werden können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Mit spezieller Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Veran­ schaulichung einer Teleskopmaterialhandhabungsvorrichtung 100 gezeigt. Die Teleskopmaterialhandhabungsvorrichtung 100 weist einen Maschinenrahmen 130 auf, der auf Rädern 120a, 120b oder auf anderen mit dem Boden in Eingriff stehenden Tragvorrichtungen angetrieben werden kann, wie beispielsweise auch Raupen. Die Teleskopmaterialhandha­ bungsvorrichtung 100 weist weiter einen Ausleger 160 mit einem ersten Endteil 162 und einem zweiten Endteil 164 auf. Der Ausleger 160 ist schwenkbar mit dem Rahmen 130 am ersten Endteil 162 des Auslegers 160 verbunden.
Der Ausleger 160 weist ein Teleskopglied 170 auf, welches zwischen einer vollständig zurückgezogenen Länge und ei­ ner vollständig ausgefahrenen Länge bewegbar ist. Ein La­ steingriffsglied 180 ist schwenkbar mit dem Teleskopglied 170 am zweiten Endteil 164 des Auslegers 160 verbunden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Lastein­ griffsglied 180 eine Gabel 180 auf. Jedoch können andere Bauarten und Typen von Lasteingriffsgliedern 180 verwen­ det werden, wie beispielsweise eine Schaufel oder eine andere Materialhandhabungsvorrichtung, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Der Winkel des Auslegers 160 mit Bezug auf den Rahmen 130 wird durch eine erste Betätigungsvorrichtung 140 gesteu­ ert, die zwischen dem Rahmen 130 und dem Ausleger 160 an­ geschlossen ist. Das Ausfahren und Zurückziehen des Tele­ skopgliedes 170 wird durch eine zweite Betätigungsvor­ richtung 150 gesteuert, die zwischen dem Ausleger 160 und dem Teleskopglied 170 angeschlossen ist. Vorzugsweise weisen die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen 140, 150 einen strömungsmittelbetätigten Zylinder auf, beispielsweise einen Hydraulikzylinder.
Zu Veranschaulichungszwecken sind nur zwei Betätigungs­ vorrichtungen 140, 150 gezeigt. Es sei jedoch bemerkt, daß irgendeine Anzahl von Betätigungsvorrichtungen bei der vorliegenden Erfindung wie erwünscht verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine dritte Betätigungsvorrich­ tung vorgesehen werden, um die Neigung der Gabel 180 in einen Höhen- bzw. Niveauzustand zu halten.
Mit Bezugnahme auf Fig. 2 werden die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen 140, 150 gemäß der Eingabebefeh­ le gesteuert, die von einer Eingabevorrichtung 270 vorge­ sehen werden, die auf der Arbeitsmaschine 100 gelegen sind. Die Eingabevorrichtung 270 betätigt (nicht gezeig­ te) Hydraulikventile, die die Lieferung von unter Druck gesetztem Strömungsmittel zu den ersten und zweiten Betä­ tigungsvorrichtungen 140, 150 steuern.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Eingabevor­ richtung 270 einen Steuerhebel auf. Jedoch können andere Arten von Eingabevorrichtungen 270, wie beispielsweise handbetätigte Steuerhebel, Fußpedale, eine Tastatur und ähnliches eingesetzt werden, ohne vom Umfang der Erfin­ dung abzuweichen.
Der vom Bediener gesteuerte Joystick bzw. Steuerhebel 270 liefert ein Soll-Geschwindigkeitssignal an das Steuersy­ stem 240, welches in der Arbeitsmaschine 100 gelegen ist, und zwar ansprechend auf die Bewegung des Steuerhebels 270 entlang vordefinierter Achsen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Steuerhebel 270 zwei Bewe­ gungsgrade. Eine Links- und Rechtsbewegung des Steuerhe­ bels 270 entlang einer ersten Achse (X-Achse) sieht eine lineare Horizontalbewegung des Lasteingriffsgliedes 180 bei der Schwenkverbindung 164 vor. Genauso sieht die Vor­ wärts- und Rückwärtsbewegung des Steuerhebels 270 entlang einer zweiten Achse (Y-Achse) senkrecht zur ersten Achse eine lineare Vertikalbewegung des Lasteingriffsgliedes 180 bei der Schwenkverbindung 164 vor.
Das Steuersystem 240 empfängt auch Positionssignale, die die Position des Lasteingriffsgliedes 180 anzeigen, und zwar von einem Positionssensor 210, der auf der Arbeits­ maschine 100 gelegen ist. Der Positionssensor 210 weist einen Winkelsensor 220 auf, der geeignet ist, um den Win­ kel des Auslegers 160 relativ zum Rahmen 130 abzufühlen, und um darauf ansprechend ein Auslegerwinkelsignal zu liefern. Der Positionssensor 210 weist auch einen Längen­ sensor 230 auf, der geeignet ist, um die Länge oder Aus­ dehnung des Teleskopgliedes 170 des Auslegers 160 abzu­ fühlen, und um darauf ansprechend ein Auslegerlängensi­ gnal zu liefern. Der Positionssensor 210 weist weiter ei­ nen Neigungssensor 280 auf, der geeignet ist, um einen Neigungswinkel des Rahmens 130 relativ zu einer Referen­ zebene 110 abzufühlen, und um darauf ansprechend ein Nei­ gungssignal zu liefern. Der spezielle Betrieb des Steuer­ systems 240 wird unten genauer besprochen.
Es wird dem Fachmann klar sein, daß andere Arten von Sen­ soren und Kombinationen davon in den Positionssensor 210 vorgesehen werden können, ohne von der vorliegenden Er­ findung abzuweichen. Als ein Beispiel kann ein Gabelsen­ sor vorgesehen werden, um die Neigung oder Querneigung bzw. Ausrichtung der Gabel 180 relativ zum Teleskopglied 170 abzufühlen, und um darauf ansprechend ein Gabelposi­ tionssignal zu liefern.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Steuersystem 240 einen Prozessor 250 auf, und sowohl einen Lesespei­ cher als auch einen Arbeitsspeicher. Der Prozessor 250 empfängt Eingangsgrößen vom Auslegerwinkelsignal vom Aus­ legerlängensignal und vom Neigungssignal genauso wie das Soll-Geschwindigkeitssignal, die von der Eingabevorrich­ tung 270 geliefert werden, und verarbeitet diese. Durch Ausführung von Steuerroutinen wie beispielsweise Softwa­ reprogrammen, die im Speicher gespeichert sind, erzeugt der Prozessor 250 ein Befehlssignal und liefert dies an eine Steuervorrichtung 260. Die Steuervorrichtung 260 ko­ ordiniert automatisch den Fluß des Hydraulikströmungsmit­ tels sowohl zu den ersten als auch zu den zweiten Betäti­ gungsvorrichtungen 140, 150 ansprechend auf das Befehls­ signal.
Obwohl die Eingabevorrichtung 270 und das Steuersystem 240 derart beschrieben worden sind, daß sie auf der Ar­ beitsmaschine 100 gelegen sind und elektrisch miteinander verbunden sind, kann eines oder beide Elemente entfernt von der Arbeitsmaschine 100 stationiert sein. Beispiels­ weise kann das Steuersystem 240 in einem zentralen Bau­ stellenbüro gelegen sein und kann geeignet sein, um mit dem Positionssensor 210, mit der Eingabevorrichtung 270, mit der ersten Betätigungsvorrichtung 140 und der zweiten Betätigungsvorrichtung 150 durch eine drahtlose Kommuni­ kationsverbindung zu kommunizieren.
Mit Bezug auf Fig. 3 ist ein Blockdiagramm des Steuersy­ stems 240 gezeigt. Die Eingangsbefehle, die von der Ein­ gabevorrichtung 270 erzeugt werden, sind als Soll-Ge­ schwindigkeitsanforderungen gezeigt. Die Eingangsbefehle sind in kartesischen Koordinaten und stellen die er­ wünschte X- und Y-Geschwindigkeit des Auslegers 160 dar, und zwar entsprechend der Soll-Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung der Gabel 180.
Basierend auf der Neigung der Maschine 100 relativ zur Referenzebene 110 wird die Soll-Geschwindigkeit bei der Steuerbox bzw. dem Steuerkasten umgeformt oder einge­ stellt.
Eine Ist-Position des Lasteingriffsgliedes 180 wird in der Steuerbox 320 als eine Funktion des Auslegerwinkelsi­ gnals, des Auslegerlängensignals und des Neigungssignals bestimmt.
Die Ist-Position des Lasteingriffsgliedes 180 wird in der Steuerbox 330 in eine Ist-Winkelgeschwindigkeit und eine Ist-Lineargeschwindigkeit umgewandelt. Insbesondere wird die Ist-Winkelgeschwindigkeit bestimmt durch Berechnung der Ableitung der Auslegerwinkelsignale, wie vom Winkel­ sensor 220 abgefühlt. In ähnlicher Weise wird die Ist- Lineargeschwindigkeit bestimmt durch Berechnung der Ab­ leitung der Auslegerlängensignale wie von dem Längensen­ sor 230 abgefühlt.
Die eingestellten Soll-Geschwindigkeitsanforderungen wer­ den in der Steuerbox 340 in einen Soll-Laufpfad des La­ steingriffsgliedes 180 umgewandelt, und die Ist-Winkelge­ schwindigkeit und die Ist-Lineargeschwindigkeit werden bei der Steuerbox 350 in einen Ist-Laufpfad des Lastein­ griffsgliedes 180 umgewandelt.
Die Abweichung zwischen den Ist- und Soll-Laufpfaden und die Differenz zwischen den Ist- und Soll-Geschwindigkei­ ten werden in der Steuerbox 360 berechnet, und ein Kom­ pensationsfehler wird erzeugt.
Der Kompensationsfehler wird verwendet, um die einge­ stellten Soll-Geschwindigkeitsanforderungen in der Steu­ erbox 360 zu modifizieren.
Die Soll-Geschwindigkeitsanforderungen, die in kartesi­ schen Koordinaten dargestellt sind, werden in der Steuer­ box 370 in entsprechende Polarkoordinaten umgewandelt, und zwar basierend auf der Position und der Orientierung des Auslegers 160. Die Ausgangsgröße der Steuerbox 370 zur Umwandlung von kartesischen Koordinaten in Polarkoor­ dinaten ist die Soll-Winkelgeschwindigkeit des Auslegers 160, die von der ersten Betätigungsvorrichtung 140 ge­ steuert wird, und die Soll-Lineargeschwindigkeit des Aus­ legers 160, der von der zweiten Betätigungsvorrichtung 150 gesteuert wird.
Die Soll-Geschwindigkeitsbefehle werden in ein Soll- Geschwindigkeitsverhältnis in der Steuerbox 375 umgewan­ delt, und die Ist-Geschwindigkeitsbefehle werden in ein Ist-Geschwindigkeitsverhältnis bei der Steuerbox 380 um­ gewandelt. Insbesondere werden die Ist- und Soll-Ge­ schwindigkeitsverhältnisse, die als Prozentsätze darge­ stellt werden, gemäß der folgenden Gleichungen berechnet:
Es sei bemerkt, daß die Einheiten für die Winkelgeschwin­ digkeit und die Lineargeschwindigkeit bei der obigen Gleichung eingestellt worden sind, um gemeinsame Einhei­ ten zu bieten.
Zusammen stellt das kombinierte Winkelgeschwindigkeits­ verhältnis und Lineargeschwindigkeitsverhältnis einen Ge­ schwindigkeitsverhältnisvektor 400 dar. Fig. 4 zeigt Beispiele einer Vielzahl von Geschwindigkeitsverhältnis­ vektoren 400.
Vorzugsweise stellen die Soll- und Ist-Geschwindigkeits­ verhältnisse die Soll- und Ist-Geschwindigkeiten der er­ sten Betätigungsvorrichtung 140 relativ zu den Soll- und Ist-Geschwindigkeiten der zweiten Betätigungsvorrichtung 150 dar.
Der Soll-Geschwindigkeitsverhältnisvektor wird mit dem Ist-Geschwindigkeitsverhältnisvektor in der Steuerbox 385 verglichen, und ein Fehler wird erzeugt. Dieser Fehler­ wert wird verwendet, um den erwünschten Geschwindigkeits­ verhältnisvektor zu modifizieren, d. h. das Soll-Winkelge­ schwindigkeitsverhältnis und das Soll-Lineargeschwindig­ keitsverhältnis.
Als ein Beispiel wird ein Soll-Winkelgeschwindigkeitsver­ hältnis von 60% und ein Soll-Lineargeschwindigkeitsver­ hältnis von 40% von der Eingabevorrichtung 270 angefor­ dert. Jedoch ist das Ist-Winkelgeschwindigkeitsverhältnis 65%, während das Ist-Lineargeschwindigkeitsverhältnis 35% ist. Somit ist der Fehler 5%. Daher wird das Soll-Win­ kelgeschwindigkeitsverhältnis um 5% gesenkt, und das Soll-Lineargeschwindigkeitsverhältnis wird um 5% gestei­ gert, was ein Soll-Winkelgeschwindigkeitsverhältnis von 55% und ein Soll-Lineargeschwindigkeitsverhältnis von 45% zur Folge hat.
Die Soll-Winkelgeschwindigkeits- und die Soll-Linearge­ schwindigkeitsverhältnisse werden in Soll-Flüsse zu den jeweiligen Betätigungsvorrichtungen umgewandelt, und zwar in einer Steuerbox 390 für die Umwandlung von Geschwin­ digkeit zu Fluß. Vorzugsweise wird eine Nachschautabelle oder -karte verwendet, um die Soll-Geschwindigkeitsver­ hältniswerte in die Soll-Flüsse zu den ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen 140, 150 umzuwandeln.
Die Soll-Flüsse werden in der Steuerbox 395 mit einem Verstärkungs- bzw. Gain-Faktor K skaliert und zu Strom­ werten bzw. laufenden Werten zur Ausgabe zu den ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen 140, 150 kartogra­ fiert bzw. aufgezeichnet, und zwar durch eine Karte bzw. Tabelle 396 für den Fluß und den Strom. Die Stromwerte werden dann an die elektrohydraulischen Steuerventile ge­ liefert, die den Strömungsmittelfluß zu den jeweiligen Betätigungsvorrichtungen steuern.
Mit Bezugnahme auf Fig. 5 ist ein Flußdiagramm gezeigt, welches den Betrieb eines Ausführungsbeispiels der vor­ liegenden Erfindung veranschaulicht.
In einer ersten Steuerbox 510 wird der Winkel des Ausle­ gers 160 relativ zum Rahmen 130 durch den Winkelsensor 220 abgefühlt, und die Ist-Winkelgeschwindigkeit des Aus­ legers 160 wird entsprechend bestimmt.
In einer zweiten Steuerbox 520 wird die Länge des Ausle­ gers 160 durch den Längensensor 230 abgefühlt, und die Ist-Lineargeschwindigkeit des Auslegers 160 wird darauf ansprechend bestimmt.
Die Steuerung schreitet dann zu einer dritten Steuerbox 530 voran, bei der die Soll-Geschwindigkeit des Auslegers 160 durch die Eingabevorrichtung 270 angewiesen wird. Die Neigung des Maschinenrahmens 130 relativ zur Referenzebe­ ne 110 wird durch den Neigungssensor 280 in einer vierten Steuerbox 540 abgefühlt, und die Soll-Geschwindigkeit des Auslegers 160 wird darauf ansprechend modifiziert.
In einer fünften Steuerbox 550 wird eine Soll-Winkelge­ schwindigkeit und eine Soll-Lineargeschwindigkeit durch das Steuersystem 240 als eine Funktion der Soll-Geschwin­ digkeit des Auslegers 160 bestimmt, die von der Eingabe­ vorrichtung 270 angewiesen wurde, weiterhin durch den Winkel des Auslegers 160 mit Bezug auf den Rahmen 130 und die Länge des Auslegers 160.
Die Steuerung schreitet dann zu einem sechsten Steuer­ block 560 und einem siebten Steuerblock 570 voran. Ein Ist-Geschwindigkeitsverhältnis und ein Soll-Geschwindig­ keitsverhältnis wird im sechsten Steuerblock 560 be­ stimmt. Das Ist-Geschwindigkeitsverhältnis stellt die Ist-Winkelgeschwindigkeit relativ zur Ist-Linearge­ schwindigkeit dar. In ähnlicher Weise stellt das Soll- Geschwindigkeitsverhältnis die Soll-Winkelgeschwindigkeit relativ zur Soll-Lineargeschwindigkeit dar.
Das Ist-Geschwindigkeitsverhältnis wird mit dem Soll- Geschwindigkeitsverhältnis verglichen, und das Soll- Geschwindigkeitsverhältnis wird darauf ansprechend im siebten Steuerblock 570 modifiziert.
In einem achten Steuerblock 580 werden die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen 140, 150 als eine Funk­ tion des Soll-Geschwindigkeitsverhältnisses betätigt.
Industrielle Anwendbarkeit
Als ein Beispiel einer Anwendung mit der vorliegenden Er­ findung werden Teleskopmaterialhandhabungsvorrichtungen im allgemeinen zum Laden von verschiedenen Arten von Ma­ terial verwendet. Unter solchen Anwendungen wird die Li­ nearbewegung des Auslegers erfordert. Wenn beispielsweise die Gabeln der Teleskopmaterialhandhabungsvorrichtung un­ ter eine Palette zu treiben sind, um die Palette anzuhe­ ben, ist eine Linearbewegung der Gabel in der horizonta­ len Ebene erforderlich. Wenn in ähnlicher Weise die Pa­ lette in der Vertikalrichtung anzuheben ist, ist die Li­ nearbewegung der Gabel in der vertikalen Ebene erforder­ lich. In beiden Situationen muß die Länge und der Winkel des Auslegers simultan koordiniert werden, um eine solche Bewegung zu bewirken.
Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung empfängt die Soll-Geschwindigkeitsanforderung von einem Bediener über eine Eingabevorrichtung, beispielsweise einem Joystick bzw. Steuerhebel. Die Soll-Geschwindigkeit weist eine Soll-Winkelgeschwindigkeit des Auslegers und eine Soll- Lineargeschwindigkeit des Auslegers auf. Die Soll-Winkel­ geschwindigkeit und die Soll-Lineargeschwindigkeit er­ stellt die Soll-Geschwindigkeiten der jeweiligen Hydrau­ likzylinder dar. Die Soll-Geschwindigkeiten werden in Soll-Flüsse zu den jeweiligen Zylindern umgewandelt.
Bei manchen Situationen jedoch empfängt einer oder mehre­ re der Zylinder nicht den Soll-Fluß aufgrund der gestei­ gerten Anforderung des anderen Zylinders. Als eine Folge arbeiten die Zylinder nicht in Proportion zur Bedieneran­ forderung. Bediener erfahren oft Ermüdung, wenn sie ver­ suchen, solche Situationen zu vermeiden oder zu überwin­ den.
Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung versucht, Probleme dieser Art zu eliminieren, und zwar durch Be­ rechnung eines Kompensationsfehlers als eine Funktion ei­ nes Vergleiches zwischen der Ist-Geschwindigkeit des Aus­ legers und der Soll-Geschwindigkeit des Auslegers. Dieser Kompensationsfehler wird verwendet, um die Soll-Winkelge­ schwindigkeit und die Soll-Lineargeschwindigkeit zu modi­ fizieren, die wiederum verwendet werden, um simultan den Fluß zu den jeweiligen Hydraulikzylindern zu koordinie­ ren, um eine Linearbewegung der Gabel vorzusehen, wobei somit die Ermüdung des Bedieners verringert wird und der Wirkungsgrad verbessert wird.
Andere Aspekte, Ziele und Merkmale der vorliegenden Er­ findung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Of­ fenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims (31)

1. Vorrichtung zum Vorsehen einer koordinierten Steue­ rung eines Werkzeuges einer Arbeitsmaschine mit ei­ nem Rahmen, wobei das Werkzeug einen Ausleger auf­ weist, der einen ersten Endteil und einen zweiten Endteil hat, wobei der erste Endteil schwenkbar mit dem Rahmen verbunden ist, und wobei der zweite End­ teil schwenkbar mit einem Lasteingriffsglied verbun­ den ist, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:
einen Positionssensor, der geeignet ist, um ein Po­ sitionssignal zu liefern;
eine Eingabevorrichtung, die geeignet ist, um ein Soll-Winkelgeschwindigkeitssignal zu liefern, wel­ ches eine Soll-Geschwindigkeit des Lasteingriffs­ gliedes anzeigt, wobei die Soll-Geschwindigkeit eine Soll-Winkelgeschwindigkeit und eine Soll-Linearge­ schwindigkeit aufweist; und
ein Steuersystem, welches geeignet ist, um das Posi­ tionssignal und das Soll-Geschwindigkeitssignal zu empfangen, und um darauf ansprechend einen Ist- Laufpfad des Lasteingriffsgliedes und einen Soll- Laufpfad des Lasteingriffsgliedes zu bestimmen, wo­ bei das Steuersystem weiter geeignet ist, um die Soll-Winkelgeschwindigkeit und die Soll-Linearge­ schwindigkeit ansprechend auf einer Abweichung zwi­ schen den Ist- und Soll-Laufpfaden zu modifizieren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem geeignet ist, um eine Soll-Geschwindigkeit des La­ steingriffsgliedes als eine Funktion des Positions­ signals zu bestimmen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Steuersystem geeignet ist, um die Soll-Winkelgeschwindigkeit und die Soll-Lineargeschwindigkeit ansprechend sowohl auf die Abweichung zwischen den Ist- und Soll-Lauf­ pfaden zu modifizieren, und ansprechend auf eine Differenz zwischen den Soll- und Ist-Geschwindig­ keiten des Lasteingriffsgliedes.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Steuersystem geeignet ist, um ein Ist-Winkelgeschwindigkeitsver­ hältnis und ein Ist-Lineargeschwindigkeitsverhältnis zu bestimmen;
wobei das Ist-Winkelgeschwindigkeitsverhältnis durch Teilung der Ist-Winkelgeschwindigkeit durch eine Summe von sowohl dem Absolutwert der Ist-Winkelge­ schwindigkeit als auch einem Absolutwert der Ist- Lineargeschwindigkeit berechnet wird; und
wobei das Ist-Lineargeschwindigkeitsverhältnis be­ rechnet wird durch Teilen der Ist-Lineargeschwindig­ keit durch eine Summe von sowohl einem Absolutwert der Ist-Winkelgeschwindigkeit als auch einem Abso­ lutwert der Ist-Lineargeschwindigkeit.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Steuersystem geeignet ist, um ein Ist-Geschwindigkeitsverhältnis als eine Funktion des Ist-Winkelgeschwindigkeitsver­ hältnisses und des Ist-Lineargeschwindigkeitsver­ hältnisses zu bestimmen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Steuersystem geeignet ist, um ein Soll-Winkelgeschwindigkeitsver­ hältnis und ein Soll-Lineargeschwindigkeitsverhält­ nis zu bestimmen;
wobei das Soll-Winkelgeschwindigkeitsverhältnis be­ rechnet wird durch Teilen der Soll-Winkelgeschwin­ digkeit durch eine Summe von sowohl einem Absolut­ wert der Soll-Winkelgeschwindigkeit als auch einem Absolutwert der Soll-Lineargeschwindigkeit; und
wobei das Soll-Lineargeschwindigkeitsverhältnis be­ rechnet wird durch Teilen der Soll-Lineargeschwin­ digkeit durch eine Summe von sowohl einem Absolut­ wert der Soll-Winkelgeschwindigkeit als auch einem Absolutwert der Soll-Lineargeschwindigkeit.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Steuersystem geeignet ist, um ein Soll-Geschwindigkeitsverhältnis als eine Funktion des Soll-Winkelgeschwindigkeits­ verhältnisses und des Soll-Lineargeschwindigkeits­ verhältnisses zu bestimmen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Soll-Winkel­ geschwindigkeitsverhältnis und das Soll-Linearge­ schwindigkeitsverhältnis ansprechend modifiziert wird, und zwar basierend auf einer Differenz zwi­ schen dem Soll-Geschwindigkeitsverhältnis und dem Ist-Geschwindigkeitsverhältnis.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eingabevor­ richtung geeignet ist, um eine Soll-Geschwindigkeit des Auslegers entlang einer ersten Achse anzuweisen, und eine Soll-Geschwindigkeit des Auslegers entlang einer zweiten Achse, wobei die erste Achse senkrecht zur zweiten Achse ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiter folgendes aufweist:
eine erste Betätigungsvorrichtung, die mit dem Aus­ leger assoziiert ist;
eine zweite Betätigungsvorrichtung, die mit dem Aus­ leger assoziiert ist; und
wobei das Steuersystem geeignet ist, um die erste Betätigungsvorrichtung und die zweite Betätigungs­ vorrichtung zu betätigen, und zwar als eine Funktion der Soll-Winkelgeschwindigkeit bzw. der Soll-Linear­ geschwindigkeit.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste Betä­ tigungsvorrichtung geeignet ist, um einen Winkel des Auslegers relativ zum Rahmen zu steuern.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die zweite Betä­ tigungsvorrichtung geeignet ist, um eine Länge des Auslegers zu steuern.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei jede der ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen einen Hydrau­ likzylinder aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Positionssen­ sor zumindest einen Winkelsensor aufweist, der ge­ eignet ist, um einen Winkel des Auslegers relativ zum Rahmen abzufühlen, weiter einen Längensensor, der geeignet ist, um eine Länge des Auslegers abzu­ fühlen, und einen Neigungssensor, der geeignet ist, um einen Neigungswinkel des Rahmens relativ zu einer Referenzebene abzufühlen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Ausleger ein Teleskopglied aufweist, welches zwischen einer voll­ ständig zurückgezogenen Länge und einer vollständig ausgefahrenen Länge bewegbar ist, wobei der Längen­ sensor geeignet ist, um eine Länge des Teleskopglie­ des abzufühlen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eingabevor­ richtung einen Steuerhebel aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eingabevor­ richtung einen Joystick bzw. Steuerhebel aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eingabevor­ richtung auf der Arbeitsmaschine gelegen ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eingabevor­ richtung entfernt von der Arbeitsvorrichtung gelegen ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem entfernt von der Arbeitsmaschine gelegen ist, wobei das Steuersystem geeignet ist, um das Auslegerposi­ tionssignal und das Soll-Auslegergeschwindigkeits­ signal durch eine drahtlose Kommunikationsverbindung zu empfangen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lastein­ griffsglied eine Gabel aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lastein­ griffsglied eine Schaufel aufweist.
23. Verfahren zum Vorsehen der koordinierten Steuerung eines Werkzeuges einer Arbeitsmaschine mit einem Rahmen, wobei das Arbeitswerkzeug einen Ausleger mit einem ersten Endteil und einem zweiten Endteil auf­ weist, wobei der erste Endteil schwenkbar mit dem Rahmen verbunden ist, und wobei der zweite Endteil schwenkbar mit dem Lasteingriffsglied verbunden ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Abfühlen einer Position des Lasteingriffsgliedes und darauf ansprechendes Liefern eines Positionssignals;
Liefern eines Soll-Geschwindigkeitssignals, welches eine Soll-Geschwindigkeit des Lasteingriffsgliedes anzeigt, wobei die Soll-Geschwindigkeit eine Soll- Winkelgeschwindigkeit und eine Soll-Lineargeschwin­ digkeit aufweist;
Bestimmen eines Ist-Laufpfades des Lasteingriffs­ gliedes als eine Funktion des Positionssignals;
Bestimmen eines Soll-Laufpfades des Lasteingriffs­ gliedes als eine Funktion des Soll-Geschwindigkeits­ signals; und
Modifizieren der Soll-Winkelgeschwindigkeit und der Soll-Lineargeschwindigkeit ansprechend auf eine Ab­ weichung zwischen den Ist- und Soll-Laufpfaden.
24. Verfahren nach Anspruch 23, welches weiter den Schritt aufweist, eine Ist-Geschwindigkeit des La­ steingriffsgliedes als eine Funktion des Positions­ signals zu bestimmen.
25. Verfahren nach Anspruch 24, welches weiter den Schritt aufweist, die Soll-Winkelgeschwindigkeit und die Soll-Lineargeschwindigkeit ansprechend auf die Abweichung zwischen den Ist- und Soll-Laufpfaden zu modifizieren, und ansprechend auf eine Differenz zwischen den Soll- und Ist-Geschwindigkeiten des La­ steingriffsgliedes.
26. Verfahren nach Anspruch 24, welches weiter folgende Schritte aufweist:
Bestimmen eines Ist-Winkelgeschwindigkeitsverhält­ nisses und eines Ist-Lineargeschwindigkeitsverhält­ nisses; und
Bestimmen eines Soll-Winkelgeschwindigkeitsverhält­ nisses und eines Soll-Lineargeschwindigkeitsverhält­ nisses.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Bestimmung des Ist-Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses den Schritt aufweist, die Ist-Winkelgeschwindigkeit durch eine Summe von sowohl einem Absolutwert der Ist-Winkelge­ schwindigkeit als auch einem Absolutwert der Ist- Lineargeschwindigkeit zu teilen;
wobei die Bestimmung des Ist-Lineargeschwindigkeits­ verhältnisses den Schritt aufweist, die Ist-Linear­ geschwindigkeit durch eine Summe von sowohl einem Absolutwert der Ist-Winkelgeschwindigkeit als auch einem Absolutwert der Ist-Lineargeschwindigkeit zu teilen;
wobei die Bestimmung des Soll-Winkelgeschwindig­ keitsverhältnisses den Schritt aufweist, die Soll- Winkelgeschwindigkeit durch eine Summe von sowohl einem Absolutwert der Soll-Winkelgeschwindigkeit als auch einem Absolutwert der Soll-Lineargeschwindig­ keit zu teilen; und
wobei die Bestimmung des Soll-Lineargeschwindig­ keitsverhältnisses den Schritt aufweist, die Soll- Lineargeschwindigkeit durch eine Summe von sowohl einem Absolutwert der Soll-Winkelgeschwindigkeit als auch einem Absolutwert der Soll-Lineargeschwindig­ keit zu teilen.
28. Verfahren nach Anspruch 27, welches weiter folgende Schritte aufweist:
Bestimmen eines Ist-Geschwindigkeitsverhältnisses als eine Funktion des Ist-Winkelgeschwindigkeits­ verhältnisses und das Ist-Lineargeschwindigkeits­ verhältnisses; und
Bestimmen eines Soll-Geschwindigkeitsverhältnisses als eine Funktion des Soll-Winkelgeschwindigkeits­ verhältnisses und des Soll-Lineargeschwindigkeits­ verhältnisses.
29. Verfahren nach Anspruch 28, welches weiter den Schritt aufweist, das Soll-Winkelgeschwindigkeits­ verhältnis und das Soll-Lineargeschwindigkeitsver­ hältnis ansprechend auf eine Differenz zwischen dem Soll-Geschwindigkeitsverhältnis und dem Ist-Ge­ schwindigkeitsverhältnis zu modifizieren.
30. Verfahren nach Anspruch 23, welches weiter den Schritt aufweist, eine erste Betätigungsvorrichtung und eine zweite Betätigungsvorrichtung zu betätigen, und zwar als eine Funktion der Soll-Winkelgeschwin­ digkeit bzw. der Soll-Lineargeschwindigkeit.
31. Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Abfühlen der Position des Lasteingriffsgliedes folgende Schritte aufweist:
Abfühlen eines Winkels des Auslegers relativ zum Rahmen;
Abfühlen einer Länge des Auslegers; und
Abfühlen eines Neigungswinkels des Rahmens relativ zu einer Referenzebene.
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