DE102010035291A1

DE102010035291A1 - Method for position determination of portion of working arm of work machine e.g. mobile crane, involves determining position of portion of working arm based on height of point of working arm and acceleration of another point of arm

Info

Publication number: DE102010035291A1
Application number: DE201010035291
Authority: DE
Inventors: Dr. Buchtala Boris
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2012-03-01

Abstract

The method involves determining the position of the portion of the working arm (104) of work machine (100) based on height of a point of the working arm and an acceleration of another point of the working arm. The acceleration of the point of the working arm is determined based on acceleration and distance covered by the specific portion. A path is determined and verified based on height of point of working arm. Independent claims are included for the following: (1) device for position determination of working arm portion of work machine; and (2) computer program product for position determination of working arm portion of work machine.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lagebestimmung eines bestimmten Teils eines Arbeitsarms einer Arbeitsmaschine, sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.The present invention relates to a method and a device for determining the position of a specific part of a working arm of a work machine, as well as to a corresponding computer program product.

Beim Einsatz von Arbeitsarmen mobiler Arbeitsmaschinen, wie Autokranen, Ladekranen als Lkw-Aufbauten oder Telehandlern, ist es wünschenswert, die Position des Arms, genauer die Position Werkzeughaltebereichs zu kennen. Der Werkzeughaltebereich, der sogenannte Tool Center Point, stellt üblicherweise die ”Spitze” des Arms dar, an der das Werkzeug befestigt ist.When working arms of mobile working machines, such as truck cranes, loader cranes as truck bodies or telehandlers, it is desirable to know the position of the arm, more precisely the position tool holding area. The tool holding area, the so-called Tool Center Point, usually represents the "tip" of the arm to which the tool is attached.

Die DE 10 2007 020 182 A1 beschreibt ein Verfahren zur Messung der Höhe eines beweglichen Bauteils einer Arbeitsmaschine, wobei die Höhe des beweglichen Bauteils durch eine Messung des Luftdrucks in einem Bezugspunkt und die Messung des Luftdrucks in einem zweiten Bezugspunkt bestimmt wird.The DE 10 2007 020 182 A1 describes a method for measuring the height of a movable component of a work machine, wherein the height of the movable member is determined by a measurement of the air pressure in a reference point and the measurement of the air pressure in a second reference point.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren, sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Lagebestimmung eines bestimmten Teils eines Arbeitsarms einer Arbeitsmaschine bereitzustellen.It is the object of the present invention to provide an improved method, as well as an improved device for determining the position of a specific part of a working arm of a working machine.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Lage eines Teils eines Arbeitsarms einer Arbeitsmaschine gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.This object is achieved by a method and a device for determining a position of a part of a working arm of a working machine according to the independent claims.

Der erfindungsgemäße Ansatz bezieht sich auf die Positionsbestimmung beispielsweise einer Werkzeugaufnahme bei einem Arbeitsarm einer mobilen Arbeitsmaschine. Zur Positionsbestimmung werden unter anderem Daten eines barometrischen Höhensensors verwendet. Neben der Höhe, beispielsweise der Werkzeugaufnahme, kann auch eine Position des bestimmten Teils im Raum bestimmt werden.The inventive approach relates to the position determination, for example, a tool holder in a working arm of a mobile machine. For determining the position, inter alia, data of a barometric height sensor are used. In addition to the height, for example, the tool holder, a position of the specific part in the room can be determined.

Kern der vorliegenden Erfindung ist dabei die Verwendung eines Höhensensors zur Höhenbestimmung eines ausgewählten Punktes in einer kinematischen Kette des Arbeitsarms. Dabei kann ein Höhensensor eingesetzt werden, wie er beispielsweise von (Model-)Hubschraubern bekannt ist. Derartige Sensoren besitzen bereits eine Auflösung von nur wenigen Zentimetern. Diese Genauigkeit ist in einer Reihe von Anwendungsfällen schon ausreichend hoch und kann durch den Einsatz von Filtern in Kombination mit inkrementellen Messsignalen noch verbessert werden.The core of the present invention is the use of a height sensor for determining the height of a selected point in a kinematic chain of the working arm. In this case, a height sensor can be used, as it is known for example by (model) helicopters. Such sensors already have a resolution of only a few centimeters. This accuracy is already sufficiently high in a number of applications and can be further improved by using filters in combination with incremental measurement signals.

Der erfindungsgemäße Ansatz ermöglicht eine kostengünstige, nachrüstbare Bestimmung der Höhe und Position eines beliebigen Punktes der kinematischen Kette des Arbeitsarms und liefert damit die notwendige Information um bei Systemen mit translatorisch verlängerbaren Elementen die Lage der Werkzeugaufnahme zu bestimmen. Vorteilhafterweise lassen sich die Daten des Höhensensors als Stützgröße für eine Ermittlung der Lage eines bestimmten Teils der Arbeitsmaschine, wie der Werkzeugaufnahme, verwenden. Eine Kenntnis der Lage ist eine Voraussetzung um Positionieraufgaben, Wegbegrenzungen, wie eine Arbeitsraumbegrenzung oder eine statische Kippverhinderung und Zylinderendlagendämpfungen zu realisieren. Die Lage kann aber auch zum Zweck der Informationsanzeige und Ausgabe von Warnungen verwendet werden.The inventive approach allows cost-effective, retrofittable determination of the height and position of any point of the kinematic chain of the working arm and thus provides the information necessary to determine the position of the tool holder in systems with translationally extendable elements. Advantageously, the data of the height sensor can be used as a support variable for determining the position of a specific part of the working machine, such as the tool holder. A knowledge of the situation is a prerequisite to realize positioning tasks, travel limits, such as a work space limitation or a static tilt prevention and cylinder end cushioning. The situation can also be used for the purpose of displaying information and issuing warnings.

Die Bestimmung der Lage ist in gleicher Weise wie die Kenntnis der Hubhöhe von Hubgerüsten, wie sie bei Hochregalstaplern zu finden sind, von Bedeutung. Die Bestimmung oder Messung der Lage kann z. B. durch Wegsensoren unterstützt werden, die in die Hydraulikzylinder des Arbeitsarmes integriert oder vorteilhafterweise an die Hydraulikzylinder montiert oder appliziert werden und somit prinzipiell auch nachgerüstet werden können. Nachrüstbarkeit ist erwünscht, da es von Vorteil ist, in die bestehende Konstruktion und Fertigung von Hydraulikzylindern nicht eingreifen zu müssen. Aus gemessenen Kolbenpositionen kann unter Zuhilfenahme von geometrischen Beziehungen die Stellung des Arbeitsarmes und des Werkzeuges, i. d. R. eine Schaufel, ermittelt werden. Das nachträgliche Anbringen von Seilzugsensoren in einer rauen Arbeitsumgebung wird von den Herstellern (OEM) im Allgemeinen nicht akzeptiert. Die Montage innerhalb des Hydraulikzylinders verbietet eine Nachrüstung und verringert zudem den Arbeitshub des Zylinders an sich.The determination of the situation is in the same way as the knowledge of the lifting height of masts, as they are found in high-bay forklifts, of importance. The determination or measurement of the situation may, for. B. be supported by displacement sensors, which are integrated into the hydraulic cylinder of the working arm or advantageously mounted or applied to the hydraulic cylinder and thus in principle can be retrofitted. Retrofitting is desirable because it is advantageous not to have to interfere in the existing design and manufacturing of hydraulic cylinders. From measured piston positions, with the aid of geometric relationships, the position of the working arm and the tool, i. d. R. A scoop to be determined. Subsequent attachment of draw wire sensors in a harsh environment is generally not accepted by OEMs. Mounting inside the hydraulic cylinder prohibits retrofitting and also reduces the working stroke of the cylinder itself.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Bestimmung einer Lage eines Teils eines Arbeitsarms einer Arbeitsmaschine, wobei der Arbeitsarm aus mindestens einem Segment ausgebildet ist, das in seiner Länge und in seiner Neigung verstellbar ist und, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
Bestimmen der Lage des Teils des Arbeitsarms, basierend auf einer Höhe eines ersten Punktes des Arbeitsarms und einer Beschleunigung eines zweiten Punktes des Arbeitsarms.The present invention provides a method for determining a position of a part of a working arm of a working machine, wherein the working arm is formed of at least one segment which is adjustable in its length and its inclination, and wherein the method comprises the following step:
Determining the location of the portion of the working arm based on a height of a first point of the working arm and an acceleration of a second point of the working arm.

Bei dem Teil des Arbeitsarms, dessen Lage bestimmt wird, kann es sich um einen beliebigen Punkt oder Abschnitt des Arbeitsarms handeln. Im Folgenden wird beispielhaft angenommen, dass das es sich bei dem Teil, dessen Lagebestimmt wird, um einen Werkzeughaltebereich des Arbeitsarms handelt. Die Arbeitsmaschine kann eine mobile Arbeitsmaschine, wie ein Mobilkran, ein Autokran, ein Kranaufbau auf einem LKW als Ladekran, ein Bagger, ein Stapler oder ein Rad- oder Telehandler sein. Ebenso kann die Arbeitsmaschine eine ortsfeste Arbeitsmaschine, beispielsweise ein stationärer Kran, sein. Die Arbeitsmaschine umfasst den Arbeitsarm, wobei der Arbeitsarm ein Ausleger, ein Kranausleger, ein Gelenkausleger oder ein hydraulischer Ausleger sein kann. Der Arbeitsarm kann aus mehreren Segmenten bestehen, die zueinander veränderliche Positionen einnehmen können. Beispielsweise kann es sich bei den Segmenten um teleskopierbare Abschnitte des Arbeitsarms oder Auslegers handeln. Ebenso können die Segmente durch Gelenke miteinander verbunden sein. Dabei können die Gelenke einen oder mehrere Freiheitsgrade aufweisen. Der Arbeitsarm kann in seiner Länge und Neigung in Bezug auf eine Befestigung an einer Grundeinheit oder einem Fundament der Arbeitsmaschine verstellbar angeordnet sein. Somit kann ein von der Grundeinheit entferntes Ende des Arbeitsarms unterschiedliche Winkelpositionen und Entfernungen in Bezug auf die Befestigung einnehmen. Dabei können die Segmente unterschiedliche Winkelstellungen zueinander einnehmen oder ineinander eintauchen, um eine teleskopische Verlängerung oder Verkürzung des Arbeitsarms zu erreichen. Entsprechend einer Konstruktion des Arbeitsarms kann die Lage des Werkzeughaltebereichs mehr oder weniger frei im Raum veränderbar sein und beispielsweise durch eine maximale oder eine minimale Länge des Arbeitsarms sowie Neigungsgrenzen des Arbeitsarms begrenzt sein. Die zu bestimmende Lage im Raum kann in einer polaren Darstellung durch eine Länge und einen Raumwinkel eines dem Werkzeughaltebereich zugeordneten Vektors ausgedrückt werden. Der erste Punkt und der zweite Punkt, basierend auf denen die Lage des Werkzeughaltebereichs bestimmt wird, können sich an geeigneten Positionen des Arbeitsarms befinden. Der erste Punkt und der zweite Punkt können zusammenfallen oder voneinander beabstandet sein und im Bereich des Werkzeughaltebereichs oder davon entfernt angeordnet sein. An dem ersten Punkt kann ein Höhensensor zum Erfassen der Höhe des ersten Punktes angeordnet sein. An dem zweiten Punkt kann ein Beschleunigungsensor zum Erfassen der Beschleunigung des zweiten Punktes angeordnet sein. Die Höhe kann eine Information über eine absolute Höhe des ersten Punkts in Bezug auf einen gewählten Bezugspunkt sein. Der Bezugspunkt kann beispielsweise Normalnull, ein Bodenniveau oder eine Höhe der Befestigung des Arbeitsarms sein. Ebenso kann die Höhe eine relative Höhe entsprechend einer Höhenveränderung des ersten Punktes sein. Aus zeitlich aufeinanderfolgenden Werten der Beschleunigung des zweiten Punkts kann auf eine Geschwindigkeit und schließlich auf eine während einer bestimmten Zeit zurückgelegte Strecke des zweiten Punkts geschlossen werden. Aus der zurückgelegten Strecke und der Höhe sowie geeigneten Bezugspunkten und Bezugswerten kann auf die Lage des Werkzeughaltebereichs geschlossen werden.The part of the working arm whose position is determined can be any point or section of the working arm. In the following it will be assumed, by way of example, that the part whose position is determined is a tool holding area of the working arm. The work machine can be a mobile work machine, such as a mobile crane, a mobile crane, a Crane construction on a truck as a loading crane, an excavator, a stacker or a wheel or telehandler. Likewise, the work machine may be a stationary work machine, for example a stationary crane. The work machine includes the work arm, wherein the work arm may be a boom, a crane boom, a jib or a hydraulic boom. The working arm may consist of several segments, which can assume mutually variable positions. For example, the segments may be telescopic sections of the working arm or cantilever. Likewise, the segments may be interconnected by joints. The joints may have one or more degrees of freedom. The working arm may be adjustably arranged in its length and inclination with respect to attachment to a base unit or a foundation of the work machine. Thus, an end of the working arm remote from the base unit can assume different angular positions and distances with respect to the attachment. In this case, the segments can assume different angular positions relative to each other or immerse one another in order to achieve a telescopic extension or shortening of the working arm. According to a construction of the working arm, the position of the tool holding portion may be more or less freely variable in space and limited for example by a maximum or a minimum length of the working arm and tilt limits of the working arm. The position to be determined in space can be expressed in a polar representation by a length and a solid angle of a vector associated with the tool holding region. The first point and the second point, based on which the position of the tool holding area is determined, may be located at appropriate positions of the working arm. The first point and the second point may coincide or be spaced apart and located in the region of or away from the tool holding area. At the first point, a height sensor for detecting the height of the first point may be arranged. At the second point, an acceleration sensor for detecting the acceleration of the second point may be arranged. The altitude may be information about an absolute height of the first point with respect to a selected reference point. The reference point may be, for example, normal zero, a ground level or a height of attachment of the working arm. Likewise, the height may be a relative height corresponding to a height change of the first point. From temporally successive values of the acceleration of the second point, it is possible to conclude on a speed and finally on a distance of the second point traveled over a certain time. From the distance covered and the height as well as suitable reference points and reference values can be closed to the position of the tool holding area.

So kann im Schritt des Bestimmens basierend auf der Beschleunigung ein von dem bestimmten Teil zurückgelegter Weg ermittelt und basierend auf der Höhe verifiziert werden, um einen verifizierten Weg des bestimmten Teils zu ermitteln. Die Lage kann basierend auf dem verifizierten Weg bestimmt werden. Zum Verifizieren kann beispielsweise ein Kalman-Filter eingesetzt werden. Durch die Verifizierung kann die Lage, auch für die Fälle sicher bestimmt werden, bei denen das Teil des Arbeitsarms seine Lage verändert obwohl es keine oder nur eine geringe Höhenänderung erfährt.Thus, in the step of determining, based on the acceleration, a path traveled by the particular part may be determined and verified based on the altitude to determine a verified path of the particular part. The location can be determined based on the verified path. For verification, for example, a Kalman filter can be used. By means of the verification, the position can be reliably determined also for the cases in which the part of the working arm changes its position although it experiences little or no height change.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Bestimmens die Lage ferner basierend auf der Neigung des mindestens einen Segments bestimmt werden. Die Neigung ermöglicht zusammen mit der Höhe eine geometrische Längenbestimmung. Die geometrische Längenbestimmung kann mit einer auf der Beschleunigung basierenden Längenschätzung abgeglichen werden. Die Länge kann eine Länge des Arbeitsarms oder eines Segments des Arbeitsarms darstellen, aus der wiederum auf die Lage des Werkzeughaltebereichs geschlossen werden kann.According to one embodiment, in the step of determining, the location may be further determined based on the slope of the at least one segment. The inclination, together with the height, enables a geometric length determination. The geometric length determination can be compared with an acceleration-based length estimation. The length may represent a length of the working arm or of a segment of the working arm, from which in turn the position of the tool holding area can be deduced.

So kann im Schritt des Bestimmens basierend auf der Neigung des mindestens einen Segments und der Höhe ein erster Wert für die Länge des Segments bestimmt werden. Basierend auf der Beschleunigung, einer Bewegungsgleichung des mindestens einen Segments und dem ersten Wert kann ein zweiter Wert für die Länge des Segments bestimmt werden. Schließlich kann die Lage basierend auf dem zweiten Wert bestimmt werden. Die Bewegungsgleichung kann einen Zusammenhang zwischen der Beschleunigung und einer zurückgelegten Strecke des Werkzeughaltebereichs definieren und beispielsweise in einem Kalman-Filter berücksichtigt werden.Thus, in the step of determining, based on the slope of the at least one segment and the height, a first value for the length of the segment may be determined. Based on the acceleration, an equation of motion of the at least one segment and the first value, a second value for the length of the segment can be determined. Finally, the location can be determined based on the second value. The equation of motion may define a relationship between the acceleration and a traveled distance of the tool-holding area and be taken into account, for example, in a Kalman filter.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Teil des Arbeitsarms an einem freien Ende des mindestens einen Segments angeordnet sein. Der Teil des Arbeitsarms kann dem Werkzeughaltebereich entsprechen.According to one embodiment, the part of the working arm may be arranged at a free end of the at least one segment. The part of the working arm may correspond to the tool holding area.

Der erste Punkt und/oder der zweite Punkt können im Bereich des Teils des Arbeitsarms angeordnet sein. Eine direkte Messung von Werten nahe dem Werkzeughaltebereich ermöglicht eine höhere Genauigkeit.The first point and / or the second point may be arranged in the region of the part of the working arm. Direct measurement of values near the tool holding area allows for greater accuracy.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung repräsentiert die Höhe eine von einem an dem ersten Punkt angeordneten Höhensensor bereitgestellte Höheninformation und die Beschleunigung eine von einem an dem zweiten Punkt angeordneten Beschleunigungssensor bereitgestellte Beschleunigungsinformation. Die Höhe kann durch einen Höhensensor gemessen werden, beispielsweise durch einen barometrischen Höhenmesser. Die Beschleunigung kann in einer Richtung, beispielsweise in Richtung einer Längserstreckung des Segments des Arbeitsarms, oder in mehrere Richtungen gemessen werden. Mittels der Sensoren kann eine zeitliche Veränderung der Höhe und der Beschleunigung erfasst werden.According to a further embodiment of the invention, the height represents a height information provided by a height sensor arranged at the first point and Acceleration an acceleration information provided by an acceleration sensor arranged at the second point. The height can be measured by a height sensor, for example by a barometric altimeter. The acceleration can be measured in one direction, for example in the direction of a longitudinal extent of the segment of the working arm, or in several directions. By means of the sensors, a temporal change of the height and the acceleration can be detected.

Auch kann im Schritt des Bestimmens die Lagebasierend auf mindestens einer weiteren Höhe und/oder Beschleunigung eines weiteren Punkts des Arbeitsarms bestimmt werden. Falls der Arbeitsarm mehrere Segmente umfasst, kann es vorteilhaft sein Messwerte von den mehreren Segmenten aufzunehmen, um Informationen über eine kinematische Kette, die der Arbeitsarm darstellt zu erhalten. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn die Segmente beweglich miteinander verbunden sind und sich relativ zueinander bewegen können. Die Lage des Werkzeughaltebereichs kann dann unter Kenntnis eines Aufbaus und eines Zusammenspiels der einzelnen Segmente sowie unter Kenntnis der Lage und Bewegung der einzelnen Segmente bestimmt werden.Also, in the step of determining the position may be determined based on at least one further height and / or acceleration of another point of the working arm. If the work arm includes multiple segments, it may be advantageous to include readings from the multiple segments to obtain information about a kinematic chain representing the work arm. This is particularly useful if the segments are movably connected to each other and can move relative to each other. The position of the tool holding area can then be determined with knowledge of a structure and an interaction of the individual segments and with knowledge of the position and movement of the individual segments.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Lage eines Teils eines Arbeitsarms einer Arbeitsmaschine, wobei der Arbeitsarm aus mindestens einem Segment ausgebildet ist, das in seiner Länge und in seiner Neigung verstellbar ist, mit folgendem Merkmal:
einer Einrichtung zum Bestimmen der Lage des Teils des Arbeitsarms, basierend auf einer Höhe eines ersten Punktes des Arbeitsarms und einer Beschleunigung eines zweiten Punktes des Arbeitsarms.The present invention further provides a device for determining a position of a part of a working arm of a working machine, wherein the working arm is formed from at least one segment, which is adjustable in its length and in its inclination, with the following feature:
a device for determining the position of the part of the working arm, based on a height of a first point of the working arm and an acceleration of a second point of the working arm.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem, einem Computer entsprechenden Gerät ausgeführt wird.A computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program is on a computer corresponding to a computer is also of advantage Device is running.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 einen Mobilkran mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 a mobile crane with a device according to an embodiment of the invention;

2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren; 2 a flowchart of an embodiment of the present invention as a method;

3 ein Blockschaltbild eines Schritts des Verfahrens eines Ausführungsbeispiels gemäß dem hier vorgestellten Ansatz; und 3 a block diagram of a step of the method of an embodiment according to the approach presented here; and

4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 4 a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention.

Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.The same or similar elements may be provided in the following figures by the same or similar reference numerals. Furthermore, the figures of the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations not explicitly described here.

1 zeigt eine Arbeitsmaschine in Form eines Autokrans 100 mit einer fahrbaren Basiseinheit 102 und einem ausgefahrenem Arm 104, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. An dem Arbeitsarm 104 sind ein Höhensensor 106 und ein Beschleunigungssensor 108 angeordnet. Der Autokran 100 weist eine Vorrichtung 110 zur Bestimmung einer Lage eines Teils des Arbeitsarms 104 auf. 1 shows a work machine in the form of a truck crane 100 with a mobile base unit 102 and an extended arm 104 , According to an embodiment of the invention. At the working arm 104 are a height sensor 106 and an acceleration sensor 108 arranged. The truck crane 100 has a device 110 for determining a position of a part of the working arm 104 on.

Der Arbeitsarm 104 besteht aus mehreren Segmenten, die teleskopierbar sind. Dadurch kann die Länge des Arbeitsarms 104 variiert werden. Ebenso weist der Arbeitsarm 104 Verstelleinheiten, beispielsweise Hydraulikzylinder auf, die mit der Basiseinheit 102 verbunden sind, um eine Neigung des Arbeitsarms 104 zu verändern. An einem freien Ende des Arbeitsarms 104, der von der fahrbaren Basiseinheit 102 abgewandt oder entfernt ist, weist der Arbeitsarm 104 einen Werkzeughaltebereich auf, an dem beispielsweise ein Seil zum Heben einer Last befestigt sein kann. Der Höhensensor 106 ist in unmittelbarer Nähe zu dem Werkzeughaltebereich an der Spitze des Arbeitsarms 104 befestigt. Der Höhensensor 106 ist ausgebildet, um über den barometrischen Luftdruck die Höhe der Spitze des Arbeitsarms 104 zu ermitteln. Der Beschleunigungssensor 108 ist an dem Segment des Arbeitsarms 104 befestigt, das den Werkzeughaltebereich umfasst. Der Beschleunigungssensor 108 ist ausgebildet, um über Beschleunigungsaufnehmer zeitliche Änderungen der Geschwindigkeit des Segments zu registrieren, an dem der Beschleunigungssensor 108 angeordnet ist. Dabei kann der Beschleunigungssensor 108 eine Beschleunigung entlang einer Längserstreckungsrichtung des Segments erfassen. Durch zweifache Integration des Beschleunigungssignals kann eine Längenänderung des Segments oder eine Änderung der Entfernung des Segments von einem Bezugspunkt ermittelt werden. Alternativ kann der Beschleunigungssensor 108 Beschleunigungen, beispielsweise in drei Raumrichtungen erfassen. Die generierten Signale des Höhensensors 106, sowie des Beschleunigungssensors 108 werden an die Vorrichtung 110 übermittelt. Die Signale können, über Kabel oder drahtlos übertragen werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine drahtlose Übertragung besonders vorteilhaft, da die Segmente des Arbeitsarms 104 teleskopierbar sind, und somit gegeneinander große Relativbewegungen durchführen. Im Falle einer kabellosen Übertragung der Signale benötigen die Sensoren 106, 108 je eine Energieversorgung. Die Energieversorgung kann über Energiespeicher oder durch Ausnutzung vorhandener Energieströme und Potenziale sichergestellt werden. Beispielsweise ermöglicht eine photovoltaische Energieversorgung über einem Pufferspeicher eine Nutzung des natürlich zur Verfügung stehenden Sonnenlichts. Ebenso ist es möglich, im Bereich der Sensoren auftretende Beschleunigungskräfte und Schwingungen durch schwingfähig gelagerte Massen beispielsweise induktiv oder piezoelektrisch in elektrische Energie umzuwandeln. In der Vorrichtung 110 werden die Signale der Sensoren 106, 108 empfangen. Die Vorrichtung 110 ist ausgebildet, um die Position oder Lage des Werkzeughaltebereichs basierend auf den Signalen des Beschleunigungssensors 108 und des Höhensensors 106 zu bestimmen. Dazu können die Höhe und die Beschleunigung oder daraus bestimmte Werte zueinander in Bezug gesetzt werden. So kann aus der Beschleunigung eine Entfernung des Werkzeughaltebereichs von einem Bezugspunk, beispielsweise einer Befestigung des Arbeitsarms 104 an der Basiseinheit 102 und aus der Höhe eine Ausrichtung des Arbeitsarms 104 bestimmt werden.The working arm 104 consists of several segments that are telescopic. This can change the length of the working arm 104 be varied. Likewise, the working arm 104 Adjustment units, such as hydraulic cylinders on, with the base unit 102 connected to a tilt of the working arm 104 to change. At a free end of the working arm 104 that of the mobile base unit 102 turned away or removed, points the working arm 104 a tool holding area on which, for example, a rope for lifting a load can be attached. The height sensor 106 is in close proximity to the tool holding area at the top of the working arm 104 attached. The height sensor 106 is designed to be above the barometric air pressure the height of the tip of the working arm 104 to investigate. The acceleration sensor 108 is at the segment of the working arm 104 attached, which includes the tool holding area. The acceleration sensor 108 is designed to register via accelerometers temporal changes in the speed of the segment at which the acceleration sensor 108 is arranged. In this case, the acceleration sensor 108 detect an acceleration along a longitudinal direction of the segment. By integrating the acceleration signal twice, a change in the length of the segment or a change in the distance of the segment from a reference point can be determined. Alternatively, the acceleration sensor 108 Accelerations, for example, in three directions detect. The generated signals of the height sensor 106 , as well as the acceleration sensor 108 be to the device 110 transmitted. The signals can be transmitted via cable or wireless. In this embodiment, wireless transmission is particularly advantageous because the segments of the working arm 104 are telescopic, and thus perform against each other large relative movements. In the case of wireless transmission of the signals, the sensors need 106 . 108 one energy supply each. The energy supply can be ensured by energy storage or by utilizing existing energy flows and potentials. For example, a photovoltaic power supply via a buffer memory allows the use of naturally available sunlight. Likewise, it is possible, for example, to convert acceleration forces and vibrations occurring in the region of the sensors by means of oscillatingly mounted masses inductively or piezoelectrically into electrical energy. In the device 110 become the signals of the sensors 106 . 108 receive. The device 110 is configured to determine the position or attitude of the tool holding portion based on the signals of the acceleration sensor 108 and the height sensor 106 to determine. For this purpose, the height and the acceleration or certain values related to each other can be related. Thus, the acceleration can be a removal of the tool holding portion of a reference point, such as a mounting of the working arm 104 at the base unit 102 and from the height an alignment of the working arm 104 be determined.

Am Arbeitsarm 104 kann zusätzlich ein Neigungssensor angeordnet sein. Die Position des Werkzeughaltebereichs lässt sich aus den Neigungswinkeln der mechanischen Glieder der kinematischen Kette geometrisch berechnen, so dass über Neigungssensoren eine Positionsbestimmung durchgeführt werden kann. Drückt sich eine Positionsänderung des Werkzeughaltebereichs nicht in einer Neigungsänderung in mindestens einem der Glieder der kinematischen Kette aus, wie es beispielsweise bei Autokranen, Ladekranen, Telehandlern oder Hubmaststaplern der Fall ist, wird mindestens eine zusätzliche Längeninformation benötigt. Die zusätzliche Längeninformation kann Daten des Höhensensors 106 und/oder des Beschleunigungssensors 108 basieren.At the working arm 104 In addition, a tilt sensor can be arranged. The position of the tool-holding region can be geometrically calculated from the angles of inclination of the mechanical links of the kinematic chain so that a position determination can be carried out via inclination sensors. If a change in position of the tool holding area is not expressed in a change in inclination in at least one of the links of the kinematic chain, as is the case with mobile cranes, loading cranes, telehandlers or forklift trucks, at least one additional length information is required. The additional length information may be data of the height sensor 106 and / or the acceleration sensor 108 based.

Die Anbringung des Höhensensors 106 ist beliebig, vorzugsweise an einem Ort welcher die translatorische Gesamtbewegung der kinematischen Kette erfährt, also z. B. an der Spitze des Autokrans 100. Eine Strom- und Datenversorgung kann kabelgebunden erfolgen, in den meisten Anwendungsfällen ist jedoch eine kabellose Anbringung vorzuziehen, da die Verbindung i. d. R. eine große Längung erfährt. Der Sensor 106 kann dann mit einer Batterie zur Stromversorgung und einem zusätzlichen Wireless-Modul zu Datenübertragung ausgestattet sein. Alternativ kann die notwendige Versorgungsspannung auch aus einer Energie-Harvesting-Einheit bezogen werden.The attachment of the height sensor 106 is arbitrary, preferably at a location which undergoes the translational total movement of the kinematic chain, ie z. B. at the top of the truck crane 100 , A power and data supply can be wired, but in most applications, a wireless attachment is preferable, since the compound usually undergoes a large elongation. The sensor 106 can then be equipped with a battery for power supply and an additional wireless module for data transmission. Alternatively, the necessary supply voltage can also be obtained from an energy harvesting unit.

Die Lage des Werkzeughaltebereichs, der stellvertretend für einen beliebigen Teil des Arbeitsarmes steht, kann über eine direkte Messung, eine direkte Messung mit Stützung zur Erhöhung der Genauigkeit oder durch eine indirekte Messung mit Zusatzinformationen anderer Sensoren bestimmt werden. Somit kann die Bestimmung der Lage basierend auf einem oder mehreren Höhensensoren und einem oder mehreren Beschleunigungssensoren eventuell im Verbund mit anderen Sensoren durchgeführt werden.The position of the tool holding area, which is representative of any part of the working arm, can be determined by a direct measurement, a direct measurement with support to increase the accuracy or by an indirect measurement with additional information from other sensors. Thus, the determination of the attitude based on one or more height sensors and one or more acceleration sensors may possibly be performed in association with other sensors.

Die direkte Messung bietet sich an, wenn die kinematische Kette keine oder nur geringe Änderungen in der Neigung aufweist, wie es beispielsweise am Hubgerüst eines Hochregalstaplers der Fall ist. In diesem Fall kann die Hubhöhe im Rahmen der gemessenen Genauigkeit direkt bestimmt und verwendet werden.The direct measurement is useful if the kinematic chain has no or only slight changes in inclination, as is the case, for example, on the mast of a high-bay stacker. In this case, the lift height can be directly determined and used within the measured accuracy.

Eine direkte Messung mit Stützung zur Erhöhung der Genauigkeit bietet sich an, wenn die kinematische Kette keine oder nur geringe Änderungen in der Neigung aufweist. In diesem Fall kann durch die Verwendung eines Beschleunigungssensors ein inkrementelles Signal zur Messung des verfahrenen Weges eingesetzt werden. Durch 2-fache Integration der Beschleunigung ist der verfahrene Weg aus der Beschleunigung ermittelbar. Wie schon der Höhensensor ist der Beschleunigungssensor am bewegten Ende der kinematischen Kette zu befestigen, beispielsweise am freien Ende des in 1 gezeigten Arbeitsarms. Die driftfreien und statisch genauen Signale des Höhensensors dienen der Stützung des driftbehafteten, aber dynamisch genauen Signals der Beschleunigungssensoren. Kombiniert werden die beiden Signale über ein Filter, wie einen Kalmann Filter, wie es in den 2 und 3 dargestellt ist. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Arbeitsarm in nahezu horizontaler Lage ausgefahren wird und somit keine wesentliche Änderung in der Höhe erfährt. Durch diese Anordnung erreicht man auch hier eine gute Informationsausbeute zur Lagebestimmung des Werkzeughaltebereichs.A direct measurement with support to increase the accuracy is useful if the kinematic chain has no or only slight changes in inclination. In this case, by using an acceleration sensor, an incremental signal can be used to measure the traveled path. By 2-fold integration of the acceleration, the distance traveled from the acceleration can be determined. Like the height sensor, the accelerometer must be attached to the moving end of the kinematic chain, for example at the free end of the in 1 shown working arm. The drift-free and statically accurate signals of the height sensor serve to support the drift-prone, but dynamically accurate signal of the acceleration sensors. The two signals are combined via a filter, such as a Kalmann filter, as in the 2 and 3 is shown. This is particularly important when the working arm is extended in a nearly horizontal position and thus undergoes no significant change in height. By this arrangement, one also achieves a good information yield for determining the position of the tool holding area.

Eine indirekte Messung mit Zusatzinformationen anderer Sensoren kann durchgeführt werden, wenn die kinematische Kette signifikante Änderungen in der Neigung aufweist. In diesem Fall wird zusätzlich ein Drehratensensor benötigt. Durch die Kombination des Drehratensignals mit der Information der relativen Lage zum Erdbeschleunigungsvektor kann ein zeitechtes Signal der Neigung des Arbeitsarmes oder eines Elementes der kinematischen Kette berechnet werden. Mit der Kombination der Werte von Neigung, die aus einer Fusion von Drehrate plus Beschleunigung im Erdgravitationsfeld ermittelt wird, und der Länge, die aus einer Fusion von Höhenmessung plus Integration der Beschleunigung ermittelt wird, kann die Lage des Werkzeughaltebereichs bestimmt werden.An indirect measurement with additional information from other sensors can be performed if the kinematic chain has significant changes in inclination. In this case, a rotation rate sensor is additionally required. By combining the rotation rate signal with the information of the relative position to the acceleration due to gravity, a time-accurate signal of the inclination of the working arm or of an element of the kinematic chain can be calculated. With the combination of Values of slope, which is determined from a merger of yaw rate plus acceleration in the Earth's gravitational field, and the length, which is determined from a merger of altitude measurement plus integration of the acceleration, the position of the tool holding area can be determined.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Lage eines Teils eines Arbeitsarms einer Arbeitsmaschine, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann beispielsweise ausgeführt werden, um die Position des Werkzeughaltebereichs des in 1 gezeigten Arbeitsarms zu bestimmen. Es ermöglicht eine dynamische Bestimmung der Position und Stellung, beispielsweise eines Werkzeugs des Arbeitsarms. 2 shows a flowchart of a method for determining a position of a part of a working arm of a work machine, according to an embodiment of the present invention. For example, the method may be performed to determine the position of the tool holding area of the tool holder 1 to determine the work arm shown. It allows a dynamic determination of the position and position, for example, a tool of the working arm.

In einem Schritt 202 erfolgt eine dynamische Messung der barometrischen Höhe eines ausgezeichneten Punktes der kinematischen Kette. Bei dem ausgezeichneten Punkt kann es sich um den Werkzeughaltebereich handeln. Die Höhe kann mittels des in 1 gezeigten Höhensensors 106 ermittelt werden. In einem Schritt 204 kann eine dynamische Bestimmung des Neigungswinkels der Segmente und zusätzlich oder alternativ eine dynamische Bestimmung veränderter Längen der Segmente über inkrementale Sensoren erfolgen. Die veränderte Länge eines Segments kann mittels des in 1 gezeigten Beschleunigungssensor 108 bestimmt werden. In einem Schritt 206 erfolgt eine Berechnung der Position des Werkzeughaltebereichs und alternativ oder zusätzlich eine Berechnung einer Auslenkung der Hydraulikzylinder. Der Schritt 206 kann in der in 1 gezeigten Vorrichtung 110 ausgeführt werden.In one step 202 a dynamic measurement of the barometric height of an excellent point of the kinematic chain takes place. The excellent point may be the tool holding area. The height can be determined by means of the in 1 height sensor shown 106 be determined. In one step 204 For example, a dynamic determination of the inclination angle of the segments and additionally or alternatively a dynamic determination of changed lengths of the segments via incremental sensors can take place. The changed length of a segment can be determined by means of the in 1 shown acceleration sensor 108 be determined. In one step 206 a calculation of the position of the tool holding area and, alternatively or additionally, a calculation of a deflection of the hydraulic cylinder takes place. The step 206 can in the in 1 shown device 110 be executed.

Wie in dem in 2 gezeigten übergeordneten Signalflussgraph angedeutet, können die Schritte 202, 204 mehrfach parallel ausgeführt werden. Es kann also in Bezug auf weitere ausgezeichnete Punkte der kinematischen Kette die Höhe, der Neigungswinkel und/oder eine Längenänderung bestimmt werden. Beispielsweise kann jedes Segment der kinematischen Kette einen solchen ausgezeichneten Punkt aufweisen. Im Schritt 206 können die für die einzelnen ausgezeichneten Punkte ermittelten Daten zusammengeführt werden, um die Position des Werkzeughaltebereichs zu bestimmen. Dazu kann eine Bewegungsgleichung des Werkzeughaltebereichs eingesetzt werden, die einen Einfluss einer Position oder Positionsänderung eines jeden ausgezeichneten Punktes auf die Position des Werkzeughaltebereichs definiert.As in the in 2 indicated parent signal flow graph, the steps 202 . 204 be executed several times in parallel. Thus, with regard to further excellent points of the kinematic chain, the height, the angle of inclination and / or a change in length can be determined. For example, each segment of the kinematic chain may have such an excellent point. In step 206 For example, the data obtained for the individual points awarded can be merged to determine the position of the tool holding area. For this purpose, an equation of motion of the tool holding area can be used, which defines an influence of a position or position change of each excellent point on the position of the tool holding area.

3 zeigt ein Blockschaltbild für die dynamische Schätzung der Länge des Arbeitsarmes bzw. eines Segmentes der kinematischen Kette, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 shows a block diagram for the dynamic estimation of the length of the working arm or a segment of the kinematic chain, according to an embodiment of the invention.

Die geschätzte Länge l ^_i wird basierend auf einer gemessenen Beschleunigung a_i, einer gemessenen Höhe h_i und einem Neigungswinkel α ^_i bestimmt. Die Beschleunigung a_i kann beispielsweise von dem in 1 gezeigten Beschleunigungssensor 108 und die Höhe h_i von dem gezeigten Höhensensor 106 bereitgestellt werden. Die dynamische, zeitgenaue Schätzung der Länge l ^_i kann auf einem Filteralgorithmus, wie dem Kalman-Filter, oder auf einem Beobachterverfahren basieren und beispielsweise in der in 1 gezeigten Vorrichtung 110 ausgeführt werden. Bei der geschätzten Länge l ^_i kann es sich um die Länge des Arbeitsarms, die Länge eines Segments des Arbeitsarms oder um eine Entfernung eines Punktes des Arbeitsarms zu einem Bezugspunkt handeln. Basierend auf der geschätzten Länge l ^_i kann die Lage, beispielsweise des Werkzeughaltebereichs, bestimmt werden. Dazu kann zusätzlich die Neigung oder die Höhe des Arbeitsarms oder des Werkzeughaltebereichs berücksichtigt werden.The estimated length l ^ _i and is determined based on a measured acceleration a _i, a measured height h _i an inclination angle α ^ _i. The acceleration a _i can, for example, from the in 1 shown acceleration sensor 108 and the height h _i from the height sensor shown 106 to be provided. The dynamic, time-accurate estimate of the length l ^ _i may be based on a filter algorithm as the Kalman filter, or an observer method, and for example in the in 1 shown device 110 be executed. The estimated length l ^ _i may be the length of the working arm, the length of a segment of the working arm, or a distance of a point of the working arm from a reference point. Based on the estimated length l ^ _i , the position, for example, the tool holding area, can be determined. In addition, the inclination or the height of the working arm or the tool holding area can additionally be taken into account.

Der Block 300 zur Schätzung der Armlänge l ^_i weist einen Block 302 zur dynamischen Längenschätzung, einen Block 304 zur stationären, geometrischen Längenbestimmung, beispielsweise über eine trigonometrische Funktion wie die Kosinus-Funktion, und einen Kombinationsblock 306 in Form eines Subtrahierers auf.The block 300 to estimate the arm length l ^ _i has a block 302 for dynamic length estimation, one block 304 for stationary, geometric length determination, for example via a trigonometric function such as the cosine function, and a combination block 306 in the form of a subtractor.

In dem Block 304 wird basierend auf der Höhe h_i und dem Winkel α ^_i eine geometrische Länge l_i bestimmt und an den Kombinationsblock 306 ausgegeben. In dem Block 302 wird basierend auf der Beschleunigung a_i und einem Rückkoppelwert des Kombinationsblocks 306 die geschätzte Länge l ^_i bestimmt. Dazu kann durch eine zweifache Integration der Beschleunigung a_i zunächst eine auf der Beschleunigung basierende Länge bestimmt werden, die dann mittels des Rückkoppelwerts gestützt wird, um die geschätzte Länge l ^_i zu bestimmen. Die geschätzte Länge l ^_i wird zusätzlich dem Kombinationsblock 306 zugeführt. Der Kombinationsblock 306 ist ausgebildet, um den Rückkoppelwert durch eine Subtraktion der geschätzte Länge l ^_i von der geometrischen Länge l_i zu bestimmen.In the block 304 is determined based on the height h _i and the angle α ^ _i a geometric length l _i and the combination block 306 output. In the block 302 is based on the acceleration a _i and a feedback value of the combination block 306 the estimated length l ^ _i determined. For this purpose, by a twofold integration of the acceleration a _i , a length based on the acceleration can first be determined, which is then supported by means of the feedback value in order to determine the estimated length l _i . The estimated length l ^ _i is added to the combination block 306 fed. The combination block 306 is designed to determine the feedback value by subtracting the estimated length l ^ _i from the geometric length l _i .

Folgend wird die zeitgenaue Schätzung der Armlänge gemäß einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die „Längenschätzung” ist nicht auf den in Block 302 begrenzt, sondern wird vielmehr durch die gesamte 3 beschrieben. Die stationäre Genauigkeit der Längenberechnung l_i, bei der der Arm in diesem Augenblick keine Längenänderung erfahrt, wird anhand der Größen Höhe h_i und Neigungswinkel α ^_i ermittelt. Durch eine Fusion der Längenberechnung l_i mit der dynamischen Genauigkeit der Integration des Beschleunigungssignals a_i mit Hilfe an sich bekannter Schätzalgorithmen wird einerseits eine gute Unterdrückung bewegungsbedingter Störungen und andererseits eine hohe Genauigkeit der Längenschätzung erreicht. Dazu dient die Anordnung gemäß 3. Aus der Höhe h_i und dem Neigungswinkel α ^_i wird in Block 304 über eine trigonometrische Funktion die Länge l_i berechnet, die streng genommen nur für den stationären Fall gilt. Diese wird als „Stützgröße” für die zweifache Integration der Beschleunigung a_i verwendet. Die hohe Genauigkeit wird erreicht, in dem die Differenz aus Stützwert und Integrationsergebnis in den Schätzalgorithmus in Block 302 zurück gekoppelt wird. Das Ergebnis ist ein Schätzwert l ^_i der wahren Länge. Für den Schätzalgorithmus können verschieden an sich bekannte Verfahren herangezogen werden. Beispielsweise Kalmanfilter, so wie aus der Regelungstechnik bekannte Beobachterverfahren.The time-accurate estimation of the arm length according to an exemplary embodiment will be described in more detail below. The "length estimate" is not on the one in block 302 but rather is limited by the whole 3 described. The stationary accuracy of the length calculation l _i , at which the arm does not experience a change in length at that moment, is determined on the basis of the quantities height h _i and inclination angle α _i . Through a merger of Length calculation l _i with the dynamic accuracy of the integration of the acceleration signal a _i by means of known estimation algorithms on the one hand a good suppression of motion-induced interference and on the other hand a high accuracy of the length estimation is achieved. The arrangement is used according to 3 , From the height h _i and the angle of inclination α ^ _i is in block 304 calculated by a trigonometric function, the length l _i , which strictly speaking applies only to the stationary case. This is used as a "support variable" for the dual integration of the acceleration a _i . The high accuracy is achieved in which the difference between the base value and integration result in the estimation algorithm in block 302 is coupled back. The result is an estimate l ^ _{i of} the true length. For the estimation algorithm, various methods known per se can be used. For example Kalman filters, such as observer methods known from control engineering.

Desweiteren kann für eine Bestimmung der Koordinaten des Werkzeughaltebereichs relativ zum Unterwagen, bei nicht senkrechter bzw. veränderlicher Neigung des Armes, dessen Neigung zeitecht zu ermitteln sein. Bei bekannter Länge und Neigung lässt sich über trigonometrische Beziehungen die Lage berechnen. Die zeitgenaue Bestimmung einer veränderlichen Neigung α_i kann wie nachstehend beschrieben erfolgen. Die stationäre Genauigkeit der Neigungswinkelberechnung bei ruhendem Arm anhand der Beschleunigungssensorsignale kann mit der dynamischen Genauigkeit der Integration des Drehratensignals mit Hilfe an sich bekannter Schätzalgorithmen fusioniert werden um einerseits eine gute Unterdrückung bewegungsbedingter Störungen und andererseits stationäre Genauigkeit der Neigungswinkelschätzung zu erreichen. Aus den Beschleunigungen in x- und z-Richtung wird über die Arcustangensfunktion der Winkel ϑ_St berechnet, der strenggenommen nur für den statischen Fall gilt und als „Stützgröße” für die Integration der Drehrate ω_y. verwendet wird. Dies wird erreicht, indem die Differenz aus Integrationsergebnis und Stützwert in den Schätzalgorithmus zurückgekoppelt wird. Auch fehlerhafte Anfangswerte ϑ₀ werden so abgebaut. Das Ergebnis ist ein Schätzwert ϑ ^ des wahren Winkels ϑ. Diese Lösung hat den Vorteil, mit lediglich drei Sensoren (zwei Beschleunigungssensoren und ein Drehratensensor) auszukommen. Für den Schätzalgorithmus können verschiedene an sich bekannte Verfahren herangezogen werden, z. B. Kalmanfilter sowie aus der Regelungstechnik bekannte Beobachterverfahren, die ggf. auch noch zusätzlich den Offsetfehler des Drehratensensors mitschätzen können.Furthermore, for a determination of the coordinates of the tool-holding region relative to the undercarriage, in the case of non-vertical or variable inclination of the arm, its inclination can be determined in a timely manner. With known length and inclination, the situation can be calculated using trigonometric relationships. The timely determination of a variable inclination α _i can be carried out as described below. The steady state accuracy of the resting arm inclination angle calculation from the acceleration sensor signals can be fused to the dynamic accuracy of gyro signal integration by means of per se known estimation algorithms to achieve, on the one hand, good suppression of motion disturbances and, on the other, steady state inclination angle estimation accuracy. From the accelerations in the x and z directions, the angle θ _{St is} calculated via the arctangent function, which strictly speaking applies only to the static case and as a "support variable" for the integration of the yaw rate ω _y . is used. This is achieved by feeding back the difference between the integration result and the support value into the estimation algorithm. Also erroneous initial values θ ₀ are thus reduced. The result is an estimate θ ^ of the true angle θ. This solution has the advantage of using only three sensors (two acceleration sensors and one yaw rate sensor). For the estimation algorithm, various known methods can be used, for. B. Kalman filter and known from control engineering observer method, which may also additionally appreciate the offset error of the rotation rate sensor.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Lage eines Teils eines Arbeitsarms einer Arbeitsmaschine, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt 402 wird eine Höheninformation über eine Höhe eines ersten Punkts des Arbeitsarms empfangen. In einem Schritt 404 wird zeitlich parallel oder zeitlich vor oder nach dem Schritt 402 eine Beschleunigungsinformation über eine Beschleunigung eines zweiten Punkts des Arbeitsarms empfangen. In einem Schritt 406 wird die Lage des Teils des Arbeitsarms basierend auf der Höheninformation und der Beschleunigungsinformation bestimmt. 4 shows a flowchart of a method for determining a position of a part of a working arm of a work machine, according to an embodiment of the present invention. In one step 402 An altitude information about a height of a first point of the working arm is received. In one step 404 is timed in parallel or in time before or after the step 402 receive acceleration information about an acceleration of a second point of the working arm. In one step 406 the position of the part of the working arm is determined based on the height information and the acceleration information.

Die Höheninformation kann im Schritt 402 von einem Höhensensor empfangen werden. Die Höheninformation ist geeignet, die Höhe des ersten Punkts wiederzugeben. Die Beschleunigungsinformation kann im Schritt 404 von einem Beschleunigungssensor empfangen werden. Die Beschleunigungsinformation ist geeignet, die Beschleunigungen des zweiten Punkts wiederzugeben. Im Schritt 406 wird die Lage des Teils des Arbeitsarms, die eine Spitze des Arbeitsarms, ein Werkzeughaltebereich, oder ein beliebig anderer Teil des Arbeitsarms sein kann, basierend auf der Höheinformation über die Höhe des ersten Punkts und der Beschleunigungsinformation über die Beschleunigung des zweiten Punkts bestimmt. Dabei wird aus der Beschleunigungsinformation eine zurückgelegte Wegstrecke des zweiten Punkts bestimmt, und über eine Verarbeitungsvorschrift ein zurückgelegter Weg des Teils des Arbeitsarms ermittelt. Die Höheninformation dient zur Absicherung einer Höhenkomponente des ermittelten Wegs. Die Verarbeitungsvorschrift gibt die geometrischen Zusammenhänge zwischen dem zweiten Punkt und dem Teils des Arbeitsarms wieder. Dadurch lässt sich beispielsweise über einen bekannten Abstand der Punkte oder des Teils des Arbeitsarms von einem Drehpunkt, die zurückgelegte Wegstrecke in den zurückgelegten Weg des Teils des Arbeitsarms umrechnen. Falls die Beschleunigungsinformation eine Veränderung in der Höhe des zweiten Punkts abbildet, die Höheninformation aber auf keine Veränderung der Höhe des ersten Punkts schließen lässt, so kann die Signaldrift des Beschleunigungssensors im Schritt 406 korrigiert werden, so das eine sichere Bestimmung der Position oder der Lage des Werkzeughaltebereichs oder eines anderen Teils des Arbeitsarms erfolgt. Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.The height information can be in the step 402 be received by a height sensor. The height information is suitable for reproducing the height of the first point. The acceleration information can be found in step 404 be received by an accelerometer. The acceleration information is suitable for reproducing the accelerations of the second point. In step 406 the position of the part of the working arm, which may be a tip of the working arm, a tool holding area, or any other part of the working arm, is determined based on the height information about the height of the first point and the acceleration information about the acceleration of the second point. In this case, a distance covered by the second point is determined from the acceleration information, and a distance traveled by the part of the working arm is determined via a processing instruction. The height information serves to secure a height component of the determined path. The processing specification reflects the geometric relationships between the second point and the part of the working arm. As a result, for example, can be converted over a known distance of the points or the part of the working arm of a pivot point, the distance traveled in the distance traveled by the part of the working arm. If the acceleration information depicts a change in the height of the second point, but the altitude information does not indicate any change in the height of the first point, the signal drift of the acceleration sensor may occur in step 406 be corrected so that a safe determination of the position or the position of the tool holding area or another part of the working arm is done. The exemplary embodiments shown are chosen only by way of example and can be combined with one another.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Arbeitsmaschineworking machine
102102: Basiseinheitbase unit
104104: Arbeitsarmworking arm
106106: Höhensensorheight sensor
108108: Beschleunigungssensoraccelerometer
110110: Vorrichtung zum BestimmenDevice for determining
202202: Messung der HöheMeasuring the height
204204: Bestimmung des NeigungswinkelsDetermination of the angle of inclination
206 206: Bestimmung der PositionDetermination of the position
300300: Blockblock
302302: Längenschätzunglength estimation
304304: Längenbestimmung, geometrischLength determination, geometric
306306: Vergleichcomparison
308308: Beschleunigungssignalacceleration signal
402402: Verfahrensschrittstep
404404: Verfahrensschrittstep
406406: Verfahrensschrittstep

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007020182 A1 [0003]

Claims

Method for determining a position of a part of a working arm ( 104 ) of a work machine ( 100 ), wherein the working arm is formed of at least one segment which is adjustable in its length and in its inclination and, the method comprising the following step: determining ( 406 ) the position of the part of the working arm, based on a height of a first point of the working arm and an acceleration of a second point of the working arm.

Method according to claim 1, wherein in step ( 406 ) determining, based on the acceleration, a path traveled by the particular part and verified based on the altitude to determine a verified path of the particular part and determining the location based on the verified path.

Method according to one of the preceding claims, in which in step ( 406 ) determining the location is further determined based on the slope of the at least one segment.

Method according to one of the preceding claims, in which in step ( 406 ) determining, based on the slope of the at least one segment and the height, a first value for the length of the segment and based on the acceleration, an equation of motion of the at least one segment and the first value a second value for the length of the segment the location is determined based on the second value.

Method according to one of the preceding claims, in which the part of the working arm ( 104 ) is arranged at a free end of the at least one segment.

Method according to one of the preceding claims, wherein the first point and / or the second point in the region of the part of the working arm ( 104 ) are arranged.

Method according to one of the preceding claims, wherein the height of one of a height sensor arranged at the first point ( 106 ) and the acceleration of an acceleration sensor arranged at the second point (FIG. 108 ) represents provided acceleration information.

Method according to one of the preceding claims, in which in step ( 406 ) of determining the position based on at least one further height and / or acceleration of another point of the working arm ( 104 ) is determined.

Device for determining a position of a part of a working arm ( 104 ) of a work machine ( 100 ), wherein the working arm is formed of at least one segment which is adjustable in its length and in its inclination, with the following feature: a device ( 110 ) for determining the position of the part of the working arm based on a height of a first point of the working arm and an acceleration of a second point of the working arm.

Computer program product with program code for carrying out the method according to one of claims 1 to 8, when the program is executed on a device.