DE102009029632A1 - Method and control device for determining a variable working height of a working device equipped with a pivoting element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe eines mit einem Schwenkelement ausgerüsteten Arbeitsgerätes, bei welchem zur Erzielung der Arbeitshöhe eine lineare Bewegung durch ein Schwenkelement (2) des Arbeitsgerätes (1) ausgeführt wird. Um auch bei rauen Umgebungsbedingungen genaue Ergebnisse bei der Bestimmung der Arbeitshöhe zu ermöglichen, erfolgt die Ermittlung der Arbeitshöhe durch die Bestimmung einer Druckdifferenz (Δp), welche sich aus dem zurückgelegten Höhenunterschied (Δh) des Schwenkelementes (2) ergibt.The invention relates to a method for determining a variable working height of a working device equipped with a pivoting element, in which a linear movement is carried out by a pivoting element (2) of the working device (1) to achieve the working height. In order to enable precise results when determining the working height even in harsh environmental conditions, the working height is determined by determining a pressure difference (Δp), which results from the difference in height (Δh) traveled by the swivel element (2).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe eines mit einem Schwenkelement ausgerüsteten Arbeitsgerätes, bei welchem zur Erzielung der Arbeitshöhe eine lineare Bewegung durch das Schwenkelement des kranähnlichen Arbeitsgerätes ausgeführt wird und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining a variable working height of a device equipped with a pivoting device in which to achieve the working height, a linear movement is performed by the pivoting element of the crane-like implement and a control device for performing the method.
Mit einem Schwenkelement ausgerüstete Arbeitsgeräte, beispielsweise ein Bagger mit einer Baggerschaufel oder ein Kranwagen mit einem Ausleger, bewegen das Schwenkelement mittels Hydraulikzylindern. Um die lineare Position des Schwenkelementes genau zu ermitteln, kann an jeden Hydraulikzylinder eine Wegmesseinrichtung angeordnet werden, die die lineare Bewegung des Hydraulikzylinders misst. In der rauen Umgebung von Baumaschinen unterliegen solche Wegmesseinrichtungen einer starken Verschmutzung, die zu Ungenauigkeiten bei der Messung des zurück gelegten Weges des Hydraulikzylinders führen.Work tools equipped with a pivoting element, for example an excavator with an excavator bucket or a crane truck with a boom, move the pivoting element by means of hydraulic cylinders. In order to determine the linear position of the pivoting element exactly, a displacement measuring device can be arranged on each hydraulic cylinder, which measures the linear movement of the hydraulic cylinder. In the harsh environment of construction machinery such Wegmesseinrichtungen subject to heavy pollution, which lead to inaccuracies in the measurement of the way laid back the hydraulic cylinder.
Um die genaue Position des Schwenkelementes zu bestimmen, müssen neben den linearen Bewegungen auch Dreh- und Schwenkbewegungen bestimmt werden. Dreh- und Schwenkbewegungen werden mittels Steuergeräten erfasst, die eine entsprechende Sensorik aufweisen. So sind zu diesem Zweck mehrere Drehraten- und Beschleunigungssensoren in dem Steuergerät angeordnet, welches an dem Schwenkarm des Arbeitsgerätes angeordnet ist. Mittels geeigneter Modellrechnungen und den bekannten Hebellängen des Schwenkarmes wird die Bewegung des Arbeitsgerätes genau gerechnet.In order to determine the exact position of the pivoting element, in addition to the linear movements and rotational and pivotal movements must be determined. Rotary and pivotal movements are detected by means of control devices which have a corresponding sensor. Thus, a plurality of rotation rate and acceleration sensors are arranged in the control unit for this purpose, which is arranged on the pivot arm of the working device. By means of suitable model calculations and the known lever lengths of the swivel arm, the movement of the implement is calculated exactly.
Ist das Arbeitsgerät aber so konstruiert, dass die Hebellängen des Schwenkarmes veränderbar sind, ist eine solche Modellrechnung aus Drehrate und Beschleunigungswerten nicht mehr anwendbar.However, if the implement is designed so that the lever lengths of the swivel arm are changeable, such a model calculation of rate of rotation and acceleration values is no longer applicable.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und ein Steuergerät zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe eines mit einem Schwenkelement ausgerüsteten Arbeitsgerätes anzugeben, welches auch bei rauen Umgebungsbedingungen genaue Ergebnisse bei der Bestimmung der Arbeithöhe ermöglicht.The invention is based on the object to provide a method and a control device for determining a variable working height of a equipped with a pivoting device working device, which allows accurate results in determining the working height even in harsh environmental conditions.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ermittlung der Arbeitshöhe durch die Bestimmung einer Druckdifferenz, welche sich aus dem zurückgelegten Höhenunterschied des Schwenkelementes ergibt, erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass eine genaue Bestimmung der Arbeitshöhe des Arbeitsgerätes möglich ist, ohne dass Umgebungsbedingungen das Messergebnis negativ beeinflussen. Durch die Bildung eines Differenzdruckes ist das Messergebnis unabhängig vom absoluten Luftdruck. Der Differenzdruck entspricht somit einer linearen Bewegungsänderung, welche mit Hilfe einer trigonometrischen Funktion einfach ermittelt werden kann.According to the invention the object is achieved in that the determination of the working height by the determination of a pressure difference, which results from the amount of difference in height of the pivoting element, takes place. This has the advantage that an accurate determination of the working height of the implement is possible without environmental conditions adversely affect the measurement result. Due to the formation of a differential pressure, the measurement result is independent of the absolute air pressure. The differential pressure thus corresponds to a linear change in movement, which can be easily determined by means of a trigonometric function.
Vorteilhafterweise wird die durch die lineare Bewegung des Schwenkelementes erreichte Arbeitshöhe aus der Differenz zwischen einem, eine Referenzposition des Schwenkelementes repräsentierenden Referenzdruck und einem Druck bestimmt, welcher in der, durch das Schwenkelement erreichten Arbeitshöhe gemessen wird. Der Referenzdruck entspricht dabei der mechanischen Ruheposition des Arbeitsgerätes, ab welcher die Arbeitshöhe berechnet wird. Ein solcher Referenzdruck wird für jedes Arbeitsgerät neu ermittelt, da die verschiedenen Arbeitsgeräte konstruktiv unterschiedlich aufgebaut sind.Advantageously, the working height achieved by the linear movement of the pivoting element is determined from the difference between a reference pressure representing a reference position of the pivoting element and a pressure measured in the working height reached by the pivoting element. The reference pressure corresponds to the mechanical rest position of the implement, from which the working height is calculated. Such a reference pressure is re-determined for each implement, since the different tools are structurally different.
In einer Ausgestaltung wird der Referenzdruck aus einem Druckunterschied bestimmt, welcher sich bei Einnahme einer mechanischen Nullposition durch das Schwenkelement durch zwei Druckmessungen an zwei verschiedenen Positionen des Schwenkarmes ergibt, wobei dieser Druckunterschied die Position Null der Arbeitshöhe des Schwenkelementes repräsentiert. Diese Methode ist insbesondere bei kranähnlichen Arbeitsgeräten von Vorteil, bei welchen sich der Schwenkarm über eine größere Ausdehnung erstreckt und wo sich die frei bewegliche Spitze des Schwenkelementes in einer anderen Höhenposition befindet, als das drehbar mit einem Träger verbundene Ende des Schwenkelementes. Langzeitliche Druckänderungen werden durch die Bestimmung des Referenzdruckes kompensiert.In one embodiment, the reference pressure is determined from a pressure difference, which results when taking a mechanical zero position by the pivot member by two pressure measurements at two different positions of the pivot arm, said pressure difference represents the position zero of the working height of the pivot member. This method is particularly advantageous in crane-like implements in which the pivot arm extends over a greater extent and where the freely movable tip of the pivot member is in a different height position, as the rotatably connected to a carrier end of the pivot member. Long-term pressure changes are compensated by determining the reference pressure.
In eine Weiterbildung befinden sich die beiden Positionen des Schwenkelementes, an welchem die beiden Druckmessungen durchgeführt werden, an den entgegengesetzten Enden des Schwenkelementes. Die Nullposition der Arbeithöhe wird umso genauer bestimmt, je weiter die beiden Messpunkte voneinander entfernt sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn die beiden Druckmessungen an den verschiedenen Stellen des Schwenkelementes zum selben Zeitpunkt ausgeführt werden, da dann davon ausgegangen werden kann, dass die Umgebungsbedingungen an beiden Messstellen gleich sind.In a further development, the two positions of the pivoting element, on which the two pressure measurements are carried out, are located at the opposite ends of the pivoting element. The zero position of the working height is determined the more accurately, the farther the two measuring points are from each other. It is advantageous if the two pressure measurements are carried out at the different points of the pivoting element at the same time, since then it can be assumed that the environmental conditions are the same at both measuring points.
Vorteilhafterweise wird der, der Arbeitshöhe Null des Schwenkelementes entsprechende Referenzdruck bestimmt, anschließend die Höhenänderung durch die Längsbewegung des Schwenkelementes des Arbeitsgerätes aus seiner mechanischen Nullposition ausgeführt und danach der Druck gemessen, welcher am frei beweglichen Ende des Schwenkelementes auftritt, wobei aus dem am freibeweglichen Ende des Schwenkelementes gemessenen Druck und dem Referenzdruck die Differenz gebildet wird, welcher der Arbeitshöhe des Arbeitsgerätes entspricht. Durch die Anwendung einer Druckmessung zur Bestimmung der Arbeitshöhe ist das Arbeitsgerät in seiner Beweglichkeit nicht eingeschränkt und kann die von ihm geforderten Arbeitsabläufe ohne Einschränkungen ausführen. Die Druckmessungen werden während des normalen Arbeitsablaufes durchgeführt und erlauben mittels sofort vorhandener Messergebnisse eine flexible Steuerung des Schwenkelementes des Arbeitsgerätes. Ebenfalls ist durch den Bediener des Arbeitsgerätes eine Nullpunktdefinition an jedem Arbeitspunkt möglich.Advantageously, the zero height of the pivot element corresponding reference pressure is determined, then carried out the change in height by the longitudinal movement of the pivot member of the implement from its mechanical zero position and then measured the pressure which occurs at the freely movable end of the pivot member, wherein from the am free-moving end of the pivot element measured pressure and the reference pressure, the difference is formed, which corresponds to the working height of the implement. By applying a pressure measurement to determine the working height, the working device is not limited in its mobility and can perform the work required by him without restrictions. The pressure measurements are carried out during the normal working process and allow by means of immediately available measurement results a flexible control of the pivoting element of the working device. Also, by the operator of the implement a zero point definition at each operating point is possible.
In einer Ausgestaltung wird bei jeder Druckmessung ein barometrischer Druck gemessen. Dies hat den Vorteil, dass atmosphärische Störungen der Umgebung die Druckmessung nicht beeinflussen.In one embodiment, a barometric pressure is measured at each pressure measurement. This has the advantage that ambient atmospheric disturbances do not affect the pressure measurement.
In einer Weiterbildung wird bei erreichter Arbeitshöhe eine Dreh- und/oder Schwenkbewegung, welche das Schwenkelement in der von der Arbeitshöhe aufgespannten Ebene ausführt, bestimmt. Damit wird nicht nur die genaue Arbeitshöhe des Schwenkelementes, sondern die genaue Position des frei beweglichen Endes des Schwenkelementes bestimmt. Somit ist zu jedem Zeitpunkt genau bekannt, welche Bewegung das Schwenkelement ausführt.In a further development, when the working height is reached, a rotational and / or pivotal movement, which carries out the pivoting element in the plane defined by the working height, is determined. Thus, not only the exact working height of the pivoting element, but the exact position of the freely movable end of the pivoting element is determined. Thus, it is precisely known at any time which movement the pivoting element performs.
Vorteilhafterweise werden der Referenzdruck und der am freibeweglichen Ende des Schwenkelementes gemessene Druck an ein Steuergerät weitergeleitet, das die Arbeitshöhe des Schwenkelementes des Arbeitsgerätes bestimmt. Die Auswertung der Druckmessungen im Steuergerät erlaubt eine genaue Steuerung des Arbeitsgerätes.Advantageously, the reference pressure and the pressure measured at the freely movable end of the pivoting element are forwarded to a control unit which determines the working height of the pivoting element of the working device. The evaluation of the pressure measurements in the control unit allows precise control of the implement.
Eine weitere Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe eines mit einem Schwenkelement ausgerüsteten Arbeitsgerätes, bei welchem zur Erzielung der Arbeitshöhe eine lineare Bewegung durch das Schwenkelement des Arbeitsgerätes ausgeführt wird. Um auch bei rauen Umgebungsbedingungen genaue Ergebnisse bei der Bestimmung der Arbeithöhe zu ermöglichen, sind Mittel vorhanden, die die Arbeitshöhe durch die Bestimmung einer Druckdifferenz, welche sich aus dem zurückgelegten Höhenunterschied des Schwenkelementes ergibt, ermitteln. Eine genaue Bestimmung der Arbeitshöhe des Arbeitsgerätes ist somit möglich, ohne dass Umgebungsbedingungen das Messergebnis negativ beeinflussen. Durch die Bildung eines Differenzdruckes ist das Messergebnis unabhängig vom absoluten Luftdruck.A further development of the invention relates to a control device for determining a variable working height of a working device equipped with a pivoting element, in which a linear movement is performed by the pivoting element of the working device to achieve the working height. In order to enable accurate results in determining the working height even in harsh environmental conditions, means are provided which determine the working height by determining a pressure difference, which results from the amount of height difference of the pivoting element. An accurate determination of the working height of the implement is thus possible without environmental conditions adversely affect the measurement result. Due to the formation of a differential pressure, the measurement result is independent of the absolute air pressure.
Vorteilhafterweise ist ein barometrischer Drucksensor mit einer Recheneinheit verbunden, die zur Bestimmung der Arbeitshöhe des Schwenkelementes des Arbeitsgerätes die Differenz zwischen dem, die Referenzposition des Schwenkelementes repräsentierenden Referenzdruck und dem Druck, welcher in der, durch das Schwenkelement erreichten Arbeitshöhe gemessen wurde, ermittelt. Die Verwendung eines barometrischen Drucksensors erlaubt die Bestimmung des Langzeitaußendruckes. Verwirbelungen, welche kurzfristige Druckänderungen erzeugen, bleiben unberücksichtigt. Der Einfluss der Temperatur kann als Korrekturgröße im Arbeitsraum auch als Langzeitkorrektur in die Berechnungen einbezogen werden.Advantageously, a barometric pressure sensor is connected to a computing unit which determines the difference between the reference pressure representing the reference position of the swivel element and the pressure which was measured in the working height reached by the swivel element for determining the working height of the swivel element of the work device. The use of a barometric pressure sensor allows the determination of the long-term external pressure. Turbulences that generate short-term pressure changes are ignored. The influence of the temperature can also be included as a correction variable in the working space as a long-term correction in the calculations.
In einer Ausgestaltung ist der, der Position Null der Arbeitshöhe entsprechende Referenzdruck in der Recheneinheit abgespeichert. Der Referenzdruck muss somit nur einmal bei Beginn des Arbeitsvorganges bestimmt werden und kann dann im Verlaufe des Arbeitsvorganges ständig wieder genutzt werden.In one embodiment, the, corresponding to the zero position of the working height reference pressure in the arithmetic unit is stored. The reference pressure must therefore be determined only once at the beginning of the operation and can then be used again in the course of the operation constantly.
In einer Weiterbildung ist dem barometrischen Drucksensor ein Druckanschluss für die Umgebungsluft vorgelagert, welcher vorzugsweise in einer Gehäusewandung des Steuergerätes angeordnet ist. Ein solcher Druckanschluss verhindert eine kurzzeitige Druckänderung durch Luftbewegungen, wie beispielsweise Wind, so dass von dem Drucksensor nur der quasi statische barometrische Druck gemessen wird.In one development, the barometric pressure sensor is preceded by a pressure connection for the ambient air, which is preferably arranged in a housing wall of the control unit. Such a pressure connection prevents a brief change in pressure due to air movements, such as wind, so that only the quasi-static barometric pressure is measured by the pressure sensor.
Vorteilhafterweise ist der Druckanschluss als Membran oder als Labyrinth ausgebildet ist. Durch solche konstruktiv einfachen und kostengünstigen Mittel werden Druckänderungen durch Verwirbelungen sicher verhindert.Advantageously, the pressure connection is designed as a membrane or as a labyrinth. By such structurally simple and inexpensive means pressure changes are reliably prevented by turbulence.
In einer Ausgestaltung ist die Recheneinheit mit mindestens einem Bewegungssensor, insbesondere einem Drehraten- oder Beschleunigungssensor, und/oder einem Temperatursensor verbunden. Mit Hilfe der Bewegungssensoren wird die genaue Position des freien Endes des Schwenkelementes in einer erfassten Arbeitshöhe bestimmt.In one embodiment, the arithmetic unit is connected to at least one motion sensor, in particular a rotation rate or acceleration sensor, and / or a temperature sensor. With the help of the motion sensors, the exact position of the free end of the pivoting element is determined in a detected working height.
Ein erfindungsgemäßes Arbeitsgerät mit einem Schwenkelement umfasst mindestens zwei Steuergeräte zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe des Schwenkelementes, wobei jedes Steuergerät an einer anderen Position an dem Schwenkelement angeordnet ist und jedes Steuergerät über ein Kommunikationssystem mit einer Zentralsteuereinheit verbunden ist. Durch die Zentralsteuereinheit werden die einzelnen Steuergeräte und somit die Bewegungsabläufe des Arbeitsgerätes koordiniert.An inventive working device with a pivoting element comprises at least two control devices for determining a variable working height of the pivoting element, wherein each control device is arranged at a different position on the pivoting element and each control device is connected via a communication system with a central control unit. By the central control unit, the individual control devices and thus the movements of the implement are coordinated.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.The invention allows numerous design possibilities. One of them should be based on in the Drawing illustrated figures are explained in detail.
Es zeigt:It shows:
Alle drei Steuergeräte
Mit Hilfe von
Wie bereits zu
Nach der Bestimmung des Referenzdruckes wird der Ausleger
Um die genaue Position des frei beweglichen Endes des Auslegers
Die Erläuterung der Funktionsweise an den Steuergeräten
Die Steuergeräte
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