DE102013209280A1

DE102013209280A1 - Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102013209280A1
Application number: DE102013209280.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel Wolf
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2014-11-27

Abstract

Eine Vorrichtung (700) zum Erzeugen eines Steuersignals (722) zur Steuerung einer Arbeitsmaschine umfasst eine Empfangseinrichtung (710), einen Prozessor (720) und eine Ausgabeeinrichtung (730). Die Empfangseinrichtung (710) kann ein erstes Positionssignal (712) von einer ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (702) und ein zweites Positionssignal (714) von einer zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (704) empfangen. Die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (702) ist dabei unabhängig von der zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (704). Das erste Positionssignal (712) kann Informationen über eine Position und eine Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedienelements oder eines Bedieners aufweisen. Das zweite Positionssignal (714) kann entsprechende Informationen über eine Position und eine Orientierung aufweisen. Der Prozessor (720) kann basierend auf den Informationen des ersten Positionssignals (712) und den Informationen des zweiten Positionssignals (714) ein Steuersignal (722) zur Steuerung der Arbeitsmaschine erzeugen, so dass die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal steuerbar ist. Ferner kann die Ausgabeeinrichtung (730) das erzeugte Steuersignal (722) bereitstellen.

Description

Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf das Gebiet der Steuerung von Arbeitsmaschinen und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine und ein Verfahren zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine.
Die Bedienung und Steuerung von Arbeitsmaschinen ist auf Grund der oftmals zahlreichen Bewegungsfreiheitsgrade und der großen sich in Bewegung befindenden Massen schwierig und anspruchsvoll. Für die Steuerung von Arbeitsmaschinen sind unterschiedlichste Ansätze bekannt. Entsprechende Steuer- oder Regelvorrichtungen orientieren sich bei der Bedienung an den Bewegungsfreiheitsgraden der Arbeitsmaschine. Eine zuverlässige Bedienung ist für den Bediener oft nur schwer oder mit viel nur Erfahrung möglich. Insbesondere wenn die Arbeitsmaschine (z.B. Kran) beispielsweise nicht im Sichtbereich liegt, kann es zu Fehlbedienungen kommen.
Aus der Druckschrift US 2007/0156280 A1 ist eine Fernsteuerung für eine Arbeitsmaschine bekannt, bei der eine übergeordnete Kontrolleinheit zwischengeschaltet werden kann, um beispielsweise Steuersignale in Abhängigkeit des Zustands der Arbeitsmaschine zu regeln.
Ferner ist aus der Druckschrift US 2010/0116767 A1 ein Verfahren zum Steuern von Lasthebevorrichtungen bekannt, das von zwei Personen ausgeführt wird. Dabei wird von einer ersten Person die Bewegung der Lasthebevorrichtung gesteuert, und die Steuerung der Lasthebevorrichtung an eine zweite Person übergeben. Dafür weist die Lasthebevorrichtung eine fest installierte Steuerung und eine mobile Steuereinheit auf. Dadurch kann die Steuerung durch jene Person erfolgen, die die bessere Sicht auf die Last hat.
Es besteht jedoch weiterhin der Bedarf ein verbessertes Konzept zur Steuerung von Arbeitsmaschinen zu schaffen, das es ermöglicht die Sicherheit der Bedienung zu erhöhen und/oder die Bedienung zu vereinfachen.
Dieser Bedarf wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gedeckt.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine. Die Vorrichtung umfasst eine Empfangseinrichtung, einen Prozessor und eine Ausgabeeinrichtung. Die Empfangseinrichtung ist ausgelegt, um ein erstes Positionssignal von einer ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung und ein zweites Positionssignal von einer zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung zu empfangen. Die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung ist unabhängig von der zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung. Das erste Positionssignal weist Informationen über eine Position und eine Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eine Position und eine Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder der Position und der Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine auf. Ebenso weist das zweite Positionssignal Informationen über die Position und die Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder die Position und die Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder der Position und der Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine auf. Der Prozessor ist ausgelegt, um basierend auf den Informationen des ersten Positionssignals und den Informationen des zweiten Positionssignals ein Steuersignal zur Steuerung der Arbeitsmaschine zu erzeugen, so dass die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal steuerbar ist. Die Ausgabeeinrichtung ist ausgelegt, um das erzeugte Steuersignal bereitzustellen.
Durch die Bestimmung der Position und der Orientierung basierend auf Informationen von zwei unabhängigen Quellen kann die Genauigkeit der Positions- und Orientierungsbestimmung erhöht werden und/oder die Zuverlässigkeit erhöht werden, da auch bei Ausfall einer der beiden Informationsquellen, die Position und die Orientierung weiter bestimmt werden kann.
Bei einigen Ausführungsbeispielen weist das erste Positionssignal Informationen über eine absolute Position und eine absolute Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eine absolute Position und eine absolute Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der absoluten Position und der absoluten Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder der absoluten Position und der absoluten Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine auf. So kann beispielsweise ein GPS-Verfahren (Global Positioning System, Globales Navigationssatellitensystem), ein Funkortungsverfahren oder ein Bilderkennungsverfahren genutzt werden, um eine absolute Position und eine absolute Orientierung zu bestimmen. Es kann also ein absolutes Positionsbestimmungsverfahren zur Bestimmung der absoluten Position und Orientierung verwendet werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen weist das zweite Positionssignal Informationen zur Berechnung einer relativen Position und einer relativen Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine (z.B. Beschleunigungssensordaten von Beschleunigungssensoren des Bedienelements) auf. Der Prozessor kann dann ausgelegt sein, um basierend auf einer früheren absoluten Position und einer früheren absoluten Orientierung und den Informationen zur Berechnung der relativen Position und der relativen Orientierung des zweiten Positionssignals eine vom zweiten Positionssignal abhängige aktuelle absolute Position und eine vom zweiten Positionssignal abhängige aktuelle absolute Orientierung berechnen und das Steuersignal basierend auf der vom zweiten Positionssignal abhängigen aktuellen Position und der vom zweiten Positionssignal abhängigen aktuellen absoluten Orientierung erzeugen.
Durch die Verwendung von Informationen über eine relative Position und eine relative Orientierung kann aus früher erhaltenen oder berechneten absoluten Positionen und Orientierungen eine aktuelle absolute Position und eine aktuelle absolute Orientierung berechnet werden. Es kann also ein relatives Positionsbestimmungsverfahren implementiert werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Empfangseinrichtung ausgelegt, um ein Bediensignal von einem Bedienelement der Arbeitsmaschine zu empfangen. Die Informationen über die Orientierung entsprechen dabei Informationen über eine Orientierung eines bedienerseitigen Koordinatensystems an einer Position des Bedienelements oder einer Position eines Bedieners. Das Bediensignal weist Informationen über eine von einem Bediener gewünschte Bewegung der Arbeitsmaschine bezüglich des bedienerseitigen Koordinatensystems auf. Der Prozessor ist ausgelegt, um ein von einer absoluten Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems bezüglich einer zu der Arbeitsmaschine festen Bezugsrichtung abhängiges Steuersignal zur Steuerung der Arbeitsmaschine basierend auf einer Koordinatentransformation von Informationen über zumindest die Orientierung und des Bediensignals oder davon abhängigen Informationen von dem bedienerseitigen Koordinatensystem in ein auf zumindest einen Bewegungsfreiheitsgrad der Arbeitsmaschine angepasstes Koordinatensystem zu erzeugen, so dass durch die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal die gewünschte Bewegung durchführbar ist, um ein Arbeitsziel eines Arbeitseinsatzes der Arbeitsmaschine während einer Bedienung der Arbeitsmaschine durch den Bediener zu erreichen.
So kann einem Bediener die Bedienung einer Arbeitsmaschine erleichtert werden, indem dem Bediener die Möglichkeit geboten wird, Stellbefehle einer gewünschten Bewegung der Arbeitsmaschine bezüglich eines Koordinatensystems am Ort des Bedieners oder des Bediengeräts einzugeben. Diese gewünschte Bewegung bezüglich des bedienerseitigen Koordinatensystems kann dann durch eine entsprechende Koordinatentransformation auf ein arbeitsmaschinenseitiges Koordinatensystem, das an zumindest einen Bewegungsfreiheitsgrad der Arbeitsmaschine angepasst ist, übertragen werden. Dadurch kann die Transferleistung dem Bediener abgenommen werden, wodurch die Bedienung für den Bediener intuitiver gestaltet und vereinfacht werden kann. Dadurch kann das Risiko von Fehlbedienungen reduziert werden und somit eine sicherere Benutzung gewährleistet werden.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine;
2 eine schematische Darstellung eines Bedieners mit Bedienvorrichtung und Arbeitsmaschine;
3 eine schematische Darstellung einer Definition der lokalen, personenbezogenen x-Richtung;
4a, 4b eine schematische Darstellung eines Ansatzes zur Bestimmung der Armbewegung eines Bedieners;
4c ein Blockschaltbild mit Korrekturterm;
5a eine schematische Darstellung eines Bedienelements;
5b eine schematische Darstellung der sechs Freiheitsgrade des Bedienelements aus 5a;
5c eine schematische Darstellung einer Drehung eines Teils einer Arbeitsmaschine durch Betätigung des Bedienelements aus 5a;
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine;
7 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine;
8 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung oder eines Verfahrens zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine;
9a eine schematische Darstellung eines modellbasierten Ansatzes zur Bestimmung von Position und Ausrichtung eines Bediengeräts im Raum;
9b eine schematische Darstellung eines Details des modellbasierten Ansatzes aus 9a;
10 ein Blockschaltbild für ein System im Zustandsraum; und
11 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine.
Im Folgenden können bei unterschiedlichen, beschriebenen Ausführungsbeispielen teilweise für Objekte und Funktionseinheiten, die gleiche oder ähnliche funktionelle Eigenschaften aufweisen, gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt. Des Weiteren können optionale Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar oder zueinander austauschbar sein.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Steuersignals 122 zur Steuerung einer Arbeitsmaschine während eines Arbeitseinsatzes der Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Empfangseinrichtung 110, einen Prozessor 120 und eine Ausgabeeinrichtung 130. Die Empfangseinrichtung 110 ist mit dem Prozessor 120 verbunden und der Prozessor 120 ist mit der Ausgabeeinrichtung 130 verbunden. Die Empfangseinrichtung 110 kann ein Positionssignal 112 empfangen, das Informationen über eine Orientierung eines bedienerseitigen Koordinatensystems an einer Position eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder an einer Position eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung einer Orientierung eines bedienerseitigen Koordinatensystems an einer Position des Bedienelements oder einer Position eines Bedieners aufweist. Ferner kann die Empfangseinrichtung 110 ein Bediensignal 114 von dem Bedienelement der Arbeitsmaschine empfangen, das Informationen über eine von dem Bediener gewünschte Bewegung der Arbeitsmaschine bezüglich des bedienerseitigen Koordinatensystems aufweist. Der Prozessor 120 kann ein von einer absoluten Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems bezüglich einer zu der Arbeitsmaschine festen Bezugsrichtung abhängiges Steuersignal 122 zur Steuerung der Arbeitsmaschine basierend auf einer Koordinatentransformation der Informationen des Positionssignals 112 und des Bediensignals 114 oder davon (der Informationen des Positionssignals und des Bediensignals) abhängigen Informationen von dem bedienerseitigen Koordinatensystem in ein auf zumindest einen Bewegungsfreiheitsgrad der Arbeitsmaschine angepasstes Koordinatensystem erzeugen, so dass durch die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal 122 die gewünschte Bewegung durchführbar ist, um ein Arbeitsziel des Arbeitseinsatzes der Arbeitsmaschine während einer Bedienung der Arbeitsmaschine durch den Bediener zu erreichen. Ferner ist die Ausgabeeinrichtung 130 ausgelegt, um das erzeugte Steuersignal 122 bereitzustellen.
Durch die Bestimmung der Position und der Orientierung basierend auf Informationen durch zwei Quellen kann die Genauigkeit der Positions- und Orientierungsbestimmung und die Zuverlässigkeit erhöht werden, da auch bei Ausfall einer der beiden Quellen, die Position und die Orientierung durch die andere Quelle weiter bestimmt werden kann.
Die Empfangseinrichtung 110 kann beispielsweise eine Eingangsschnittstelle (z.B. mit Eingangsanschlüssen) der Vorrichtung 100 oder auch direkt des Prozessors 120 sein. Entsprechend kann die Ausgabeeinrichtung 130 beispielsweise eine Ausgangsschnittstelle (z.B. mit Ausgangsanschlüssen) der Vorrichtung 100 oder direkt des Prozessors 120 sein.
Das Positionssignal 112 (z.B. bereitgestellt von einer Positionsinformationsbestimmungseinrichtung) kann Informationen über eine Orientierung oder zur Berechnung einer Orientierung eines bedienerseitigen Koordinatensystems enthalten. Das bedienerseitige Koordinatensystem ist beispielsweise ein Koordinatensystem, das zum Beispiel seinen Ursprung an der Position des Bedieners oder an der Position des Bedienelements hat und in eine bevorzugte Richtung des Bedieners oder des Bedienelements (z.B. in Blickrichtung des Bedieners oder entlang einer Symmetrieachse des Bedienelements) ausgerichtet ist. Das bedienerseitige Koordinatensystem kann auch eine andere Position des Ursprungs oder eine andere Orientierung aufweisen. Das bedienerseitige Koordinatensystem verändert sich jedoch beispielsweise in seiner Ursprungsposition oder seiner Orientierung, wenn der Bediener oder das Bedienelement seine Position oder seine Orientierung verändert. Dreht sich beispielsweise der Bediener oder das Bedienelement um einen bestimmten Winkel im oder gegen den Uhrzeigersinn, so dreht sich auch das bedienerseitige Koordinatensystem um denselben Winkel in oder gegen den Uhrzeigersinn.
Zusätzlich kann sich das bedienerseitige Koordinatensystem auch in seiner Ursprungsposition verändern, wenn die Position des Bedieners oder des Bedienelements verändert wird.
Das Positionssignal 112 enthält Informationen über eine Orientierung oder zur Berechnung der Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems. Diese Informationen können Informationen über eine relative Orientierung zu einer früheren Orientierung (z.B. Winkel der Veränderung der Orientierung) oder über eine absolute Orientierung bezüglich einer Bezugsrichtung (z.B. einer zu der Arbeitsmaschine festen Bezugsrichtung) oder Informationen, die für eine Berechnung einer entsprechenden relativen oder absoluten Orientierung verwendet werden können, sein. Die Informationen können in dem Positionssignal beispielsweise analog oder digital, kodiert oder unkodiert enthalten sein, so dass diese von der Empfangseinrichtung 110 oder dem Prozessor 120 entsprechend interpretiert und verwendet werden können.
Das Bediensignal 114 enthält Informationen über eine von einem Bediener gewünschte Bewegung der Arbeitsmaschine bezüglich des bedienerseitigen Koordinatensystems. Eine gewünschte Bewegung kann je nach Art der Arbeitsmaschine und der Anzahl der Freiheitsgrade der Bewegung der Arbeitsmaschine unterschiedlich sein (z.B. Verfahren eines Krans auf eine gewünschte Position). Die gewünschte Bewegung bezieht sich auf das bedienerseitige Koordinatensystem am Ort des Bedieners oder des Bedienelements. Beispielsweise kann eine gewünschte Bewegung eine Bewegung von dem Bediener oder dem Bedienelement weg oder auf das Bedienelement oder den Bediener zu oder eine Bewegung vom Bediener oder dem Bedienelement gesehen aus nach links oder rechts sein. Auch jegliche andere von der Arbeitsmaschine durchführbare Bewegung (z.B. Ausrichten der Arbeitsmaschine oder Last oder Öffnen oder Schließen eines Greifers) kann eine gewünschte Bewegung bezüglich des bedienerseitigen Koordinatensystems sein. Dazu kann beispielsweise das Bedienelement (z.B. transportables Bediengerät oder sensorbestücktes Kleidungsstück) entsprechende Stellelemente oder Steuerelemente (z.B. Steuerhebel, Joystick oder Betätigungsknöpfe) aufweisen. Beispielsweise kann das Bedienelement einen Steuerhebel aufweisen, der nach vorne, hinten, links und rechts bewegbar ist und so eine Eingabe einer gewünschten Bewegung aus Sicht des Bedieners oder des Bedienelements nach vorne, hinten, links oder rechts ermöglicht. Die Informationen können durch das Bediensignal 114 wiederum in einer Form bereitgestellt werden, so dass diese durch die Empfangseinrichtung 110 oder dem Prozessor 120 entsprechend verarbeitet oder interpretiert werden können.
Der Prozessor 120 erzeugt ein Steuersignal 122 basierend auf einer Koordinatentransformation der Informationen des Positionssignals 112 und des Bediensignals 114 oder davon abhängigen Informationen von dem bedienerseitigen Koordinatensystem in ein auf zumindest einen Bewegungsfreiheitsgrad der Arbeitsmaschine angepasstes Koordinatensystem, so dass durch die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal 122 die gewünschte Bewegung durchführbar ist. In anderen Worten, der Prozessor 120 bildet eine bezüglich des bedienerseitigen Koordinatensystems eingegebene gewünschte Bewegung auf ein Koordinatensystem ab, das auf zumindest einem für die Ausführung der gewünschten Bewegung notwendigen Bewegungsfreiheitsgrad der Maschine angepasst ist. Dadurch kann der Bediener einfach eine aus seiner Sicht (bezüglich des bedienerseitigen Koordinatensystems) gewünschte Bewegung eingeben und die Arbeitsmaschine kann die gewünschte Bewegung basierend auf dem Steuersignal 122 mit den ihr zur Verfügung stehenden Bewegungsfreiheitsgraden ausführen.
Der Prozessor 120 führt eine Koordinatentransformation der Informationen des Positionssignals und des Bediensignals oder davon abhängigen Informationen durch. Von den Informationen des Positionssignals 112 und des Bediensignals 114 abhängige Informationen können beispielsweise von den Informationen des Positionssignals und des Bediensignals 114 von dem Prozessor 120 abgeleitete oder berechnete Informationen sein. Beispielsweise kann der Prozessor 120 aus den Informationen über eine Orientierung eine absolute Orientierung berechnen oder eine gewünschte Bewegung in die Komponenten des bedienerseitigen Koordinatensystems zerlegen.
Das erzeugte Steuersignal 122 ist dabei abhängig von einer absoluten Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems bezüglich einer zu der Arbeitsmaschine festen Bezugsrichtung. Die Bezugsrichtung der Arbeitsmaschine ist beispielsweise eine Hauptbewegungsrichtung der Arbeitsmaschine (z.B. Fahrrichtung eines Kranfahrzeugs bei gerader Bewegung) oder erstreckt sich entlang eines Bauteils der Arbeitsmaschine (z.B. entlang des Auslegers eines Krans). Die Bezugsrichtung ist beispielsweise fest mit dieser Hauptbewegungsrichtung oder dem Bauteil verknüpft und weist bezüglich der Hauptbewegungsrichtung oder dem Bauteil konstant denselben Winkel auf. Beispielsweise ist die Bezugsrichtung der Arbeitsmaschine parallel zu einer Hauptbewegungsrichtung der Arbeitsmaschine oder zur Haupterstreckungsrichtung eines Bauteils (z.B. parallel zu dem Ausleger eines Krans). Bewegt sich die Arbeitsmaschine oder das entsprechende Bauteil der Arbeitsmaschine (z.B. dreht sich der Ausleger des Krans), so bewegt sich auch entsprechend die Bezugsrichtung der Arbeitsmaschine. Die Bezugsrichtung steht somit in einem festen Verhältnis zu der Arbeitsmaschine.
Dementsprechend kann der Prozessor 120 eine absolute Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems zu der Bezugsrichtung der Arbeitsmaschine berechnen oder das Positionssignal 112 kann bereits Informationen über die absolute Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems zu der Bezugsrichtung aufweisen. Da der Bediener eine gewünschte Bewegung bezüglich des bedienerseitigen Koordinatensystems eingibt und dieses beliebig zur Arbeitsmaschine orientiert sein kann, hängt das Steuersignal 122, dass die Arbeitsmaschine zur Ausführung der gewünschten Bewegung veranlasst, von der absoluten Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems zu der Bezugsrichtung der Arbeitsmaschine ab. Eine Information über eine relative Orientierung, die beispielsweise durch das Positionssignal 112 erhalten werden kann, kann ausreichend sein, wenn dadurch eine absolute Orientierung berechnet werden kann.
Die Koordinatentransformation ist abhängig von der Wahl des bedienerseitigen Koordinatensystems und/oder des an die Bewegungsfreiheitsgrade der Arbeitsmaschine angepassten Koordinatensystems. Beispielsweise kann das bedienerseitige Koordinatensystem ein Kartesisches Koordinatensystem sein (z.B. um Bewegungen eines Objekts aus Sicht des Bedieners einfach steuern zu können) und/oder das arbeitsmaschineseitige Koordinatensystem kann ein Polar-Koordinatensystem (z.B. für einen Kran, der sich um einen zentralen Punkt drehen kann und einer Laufkatze, die sich radial entlang eines Auslegers bewegen kann) sein.
Ein Beispiel für eine solche Bedienung eines Krans ist schematisch in 2 gezeigt, die einen Bediener 202 oder Benutzer mit Bedienelement 204 oder Bedienvorrichtung und eine Arbeitsmaschine 206 illustriert. Dabei ist ein bedienerseitiges Koordinatensystem mit den beiden Achsen x und y am Ort des Bedienelements 204 illustriert, das sich im Abstand L von einem an die Arbeitsmaschine 206 angepassten Koordinatensystem entfernt befindet. Das an die Arbeitsmaschine angepasste Koordinatensystem ist in diesem Beispiel ein Polarkoordinatensystem mit einem Abstand der entlang einer Achse r, die in Richtung des Auslegers 208 der Arbeitsmaschine 206 zeigt, und einen Winkel φ der den Verdrehwinkel des Auslegers 208 der Arbeitsmaschine 206 angibt. Zwischen der x-Achse und einer Verbindungslinie der Ursprünge des Koordinatensystems besteht ein Winkel β und zwischen der Verbindungslinie der Ursprünge der Koordinatensysteme und der Achse r entlang des Auslegers 208 des an die Arbeitsmaschine 206 angepassten Koordinatensystems besteht ein Winkel α. Zwischen der x-Achse und der Achse entlang des Auslegers ergibt sich dadurch ein Winkel ξ.
Gibt der Bediener 202 in 2 beispielsweise über das Bediengerät 204 eine Verschiebung in x-Richtung vor, so kann diese in Abhängigkeit der Position und Orientierung des Bedieners 202 durch die Arbeitsmaschine 206 als Kombination der zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade umgesetzt werden. In dem in 2 dargestellten Fall kann dies z.B. eine Drehung im Uhrzeigersinn und eine Verschiebung der Laufkatze 210 (radial) nach außen sein.
Auf diese Weise können Fehlbedienungen verhindert werden, die Bedienlogik kann unabhängig von der Bauform der Arbeitsmaschine (z.B. Anzahl der Freiheitsgrade) realisiert werden und intuitiv ohne längere Qualifizierung bedienbar sein.
Es sind jedoch für das bedienerseitige Koordinatensystem und das arbeitsmaschinenseitige Koordinatensystem auch beliebige andere Koordinatensysteme möglich, die auf die jeweilige Anwendung und/oder Arbeitsmaschine angepasst sind. Insbesondere das arbeitsmaschinenseitige Koordinatensystem kann bei einer hohen Anzahl von Bewegungsfreiheitsgraden komplex sein.
Die Arbeitsmaschine kann basierend auf dem Steuersignal 122 die gewünschte Bewegung durchführen, um ein Arbeitsziel des Arbeitseinsatzes der Arbeitsmaschine während der Bedienung der Arbeitsmaschine durch den Bediener zu erreichen. Ein Arbeitsziel eines Arbeitseinsatzes der Arbeitsmaschine kann beispielsweise einfach die Ausführung einer gewünschten Bewegung oder auch einer beliebig komplexer Aneinanderreihung von gewünschten Bewegungen sein (z.B. Aufnehmen einer Last an einem Ort und Ablegen der Last an einem anderen Ort durch einen Kran). Dieses Arbeitsziel wird während der Bedienung der Arbeitsmaschine durch den Bediener erreicht. In anderen Worten, die Arbeitsmaschine führt die entsprechenden Bewegungen basierend auf dem Steuersignal direkt nach Erhalt des Steuersignals aus und nicht erst zu einem späteren Zeitpunkt, wenn der Bediener die Maschine nicht mehr bedient. Würde die Arbeitsmaschine die Bewegung erst später ausführen, wäre eine Berücksichtigung eines bedienerseitigen Koordinatensystems beispielsweise nicht mehr notwendig, da der Bediener ohnehin nicht mehr mit der Bedienung der Arbeitsmaschine beschäftigt ist. Ein Arbeitseinsatz kann jeglicher Gebrauch einer Arbeitsmaschine sein, bei der die Arbeitsmaschine von dem Bediener bedient wird.
Wie bereits erwähnt, kann das bedienerseitige Koordinatensystem an dem Bediener oder dem Bedienelement ausgerichtet sein und/oder der Ursprung des Koordinatensystems an die Position des Bedieners oder des Bedienelements angepasst sein. Beispielsweise kann sich eine Achse des bedienerseitigen Koordinatensystems im Wesentlichen (z.B. mit einer Abweichung von weniger als 10°, 5° oder 1°) parallel zu der Gravitationskraft verlaufen und eine weitere Achse im Wesentlichen parallel zu einer Ausrichtachse des Bedienelements (z.B. eine Symmetrieachse des Bedienelements oder eine Achse, mit der der Bediener das Bedienelement auf einen gewünschten Punkt ausrichtet oder in einer vorgesehenen Bedienhaltung des Bedienelements von dem Bediener weggerichtet), im Wesentlichen orthogonal zu einer Verbindungslinie der Schulterblätter des Bedieners oder im Wesentlichen in Blickrichtung des Bedieners verlaufen.
Ein Beispiel für eine mögliche Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems ist in 3 gezeigt. 3 zeigt dazu ein Beispiel für die Definition der lokalen, personenbezogenen x-Richtung (als Beispiel für ein bedienerseitiges Koordinatensystem). Dabei ist eine Tischkante und ein Brustbein eines Bedieners angedeutet. Die Greifflächen in der Tischebene (ca. 20 cm über Sitzebene) sind gezeigt. Dabei entspricht der zentrale, dunkel schraffierte Bereich 301 der Beidhandzone, der leicht schraffierte Bereich 302 der Einhandzone und der äußerste Bereich 303 der erweiterten Einhandzone. Beispielhafte Maße sind dabei in cm angegeben.
Alternativ kann sich beispielsweise auch eine Achse des bedienerseitigen Koordinatensystems im Wesentlichen parallel zu einem Oberarm oder einem Unterarm des Bedieners erstrecken, so dass dieser über eine Bewegung des Arms gewünschte Bewegung der Arbeitsmaschine veranlassen kann.
In anderen Worten, das bedienerseitige Koordinatensystem kann für eine jeweilige Anwendung so gewählt werden, dass für einen Bediener eine aus seiner Sicht intuitive und einfache Steuerung der Arbeitsmaschine möglich ist. Je nach Art, Lage und Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems kann dann durch eine entsprechende Koordinatentransformation das bedienerseitige Koordinatensystem und eine bezüglich dieses Koordinatensystems veranlasste gewünschte Bewegung auf das an die Freiheitsgrade der Arbeitsmaschine angepasste Koordinatensystem abgebildet werden. Ein Beispiel dazu ist in den 4a und 4b gezeigt
Für manche Anwendungen oder Arbeitsmaschinen kann es ausreichend sein, Informationen über die Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems zu erhalten (z.B. bei einem Kran). Bei anderen Arbeitsmaschinen oder Anwendungen kann auch eine Information über eine Position des bedienerseitigen Koordinatensystems eine Rolle spielen. So kann das Positionssignal 112 beispielsweise zusätzlich eine Information über eine absolute Position oder zur Berechnung der absoluten Position des bedienerseitigen Koordinatensystems bezüglich eines zu der Arbeitsmaschine festen Bezugspunkts aufweisen. Für den Bezugspunkt gelten ähnliche Ausführungen wie zu der Bezugsrichtung. Beispielsweise kann der Bezugspunkt ein Punkt auf einem Bauteil der Arbeitsmaschine sein oder fest mit einem Punkt der Arbeitsmaschine verknüpft sein.
Bewegt sich das entsprechende Bauteil oder die Arbeitsmaschine, so bewegt sich auch entsprechend der Bezugspunkt. Der Prozessor 120 kann dann das Steuersignal 122 zusätzlich in Abhängigkeit von der absoluten Position des bedienerseitigen Koordinatensystems bezüglich des zu der Arbeitsmaschine festen Bezugspunkts basierend auf einer entsprechenden Koordinatentransformation erzeugen. So kann das beschriebene Konzept für zahlreiche Anwendungen und/oder Arbeitsmaschinen Anwendung finden.
Optional, alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren der zuvor genannten Aspekte kann die Vorrichtung 100 eine Positionsinformationsbestimmungseinrichtung aufweisen, die Informationen über eine Position des Bedienelements oder eine Position des Bedieners und die Orientierung des Bedienelements oder des Bedieners oder Informationen zur Berechnung derer bestimmt und bereitstellt. In anderen Worten, die Vorrichtung 100 kann eine Einrichtung aufweisen, die Informationen über die Position und/oder Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems oder Informationen zur Berechnung der Position und/oder Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems bestimmen und der Eingangseinrichtung 110 bereitstellen kann. Alternativ kann eine solche Positionsinformationsbestimmungseinrichtung auch eine externe Einheit sein, die drahtlos oder drahtgebunden das Positionssignal 112 der Eingangseinrichtung 110 bereitstellt. Beispielsweise kann das Bedienelement eine solche Positionsinformationsbestimmungseinrichtung aufweisen.
Die Positionsinformationsbestimmungseinrichtung kann beispielsweise die Information über die Position des Bedienelements oder die Position des Bedieners und/oder die Orientierung des Bedienelements oder des Bedieners basierend auf einem GPS-Verfahren, einem Funkortungsverfahren, einem Bilderkennungsverfahren oder basierend auf Beschleunigungssensordaten von Beschleunigungssensoren des Bedienelements (z.B. transportables Bediengerät oder sensorbestückte Kleidung) bestimmen.
Arbeitsmaschinen haben oft deutlich mehr als einen Bewegungsfreiheitsgrad. Oft haben Arbeitsmaschinen sogar so viele Freiheitsgrade, dass eine gewünschte Bewegung auf unterschiedliche Arten ausgeführt werden kann. Um ein einfaches Beispiel zu nennen, könnte ein Kran, der sich mit einem Ausleger um einen Punkt drehen kann und mit einer Laufkatze entlang des Auslegers Lasten verfahren kann, denselben Punkt durch zuerst eine Drehung des Auslegers und dann ein Verfahren der Laufkatze oder umgekehrt erreichen. Alternativ kann er auch beides gleichzeitig bewegen. Die Anzahl von Möglichkeiten steigt mit der Anzahl von Bewegungsfreiheitsgraden.
Daher kann beispielsweise der Prozessor 120 alternativ, optional oder zusätzlich zu einem oder mehreren der zuvor genannten Aspekte bei Vorliegen einer durch die Freiheitsgrade der Arbeitsmaschine bedingten Mehrzahl von Realisierungsmöglichkeiten der gewünschten Bewegung durch die Arbeitsmaschine eine Realisierungsmöglichkeit der Mehrzahl von Realisierungsmöglichkeiten basierend auf einem vordefinierten Entscheidungskriterium auswählen und das Steuersignal 122 entsprechend der ausgewählten Realisierungsmöglichkeit bereitstellen. Die Entscheidungskriterien können unterschiedlicher Art sein. Beispielsweise kann ein Entscheidungskriterium die Auswahl einer Realisierungsmöglichkeit mit einem minimalen oder niedrigen Energieaufwand, einem minimalen oder geringen benötigten Arbeitsraum, eine Aufteilung auf vordefinierte Teilbewegungen, eine Reduzierung eines Gefahrenpotentials oder eine hohe verbleibende Beweglichkeit in einem oder mehreren Bewegungsfreiheitsgraden.
In manchen Situationen kann es für den Bediener wünschenswert sein, auf eine Steuerung bezüglich des an die Arbeitsmaschine angepassten Koordinatensystems zu wechseln. Daher kann optional, zusätzlich oder alternativ zu einem der anderen beschriebenen Aspekte das Bediensignal 114 Informationen über eine vom Bediener gewünschte Deaktivierung der Koordinatentransformation und eine gewünschte Bewegung der Arbeitsmaschine bezüglich des an die Arbeitsmaschine angepassten Koordinatensystems aufweisen. Der Prozessor 120 kann dann das Steuersignal 122 ohne Koordinatentransformation von dem bedienerseitigen Koordinatensystem auf das an die Arbeitsmaschine angepasste Koordinatensystem basierend auf den Informationen der gewünschten Bewegung erzeugen, so dass durch die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal 122 die gewünschte Bewegung durchführbar ist. Dadurch kann die Bedienung der Arbeitsmaschine für den Bediener flexibler gestaltet werden.
Wie bereits erwähnt, kann das Bedienelement unterschiedliche Eingabeelemente aufweisen, mit der der Bediener eine gewünschte Bewegung der Arbeitsmaschine veranlassen kann. In manchen Anwendungen oder bei manchen Arbeitsmaschinen kann jedoch auch bereits eine Veränderung der Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems als Stellbefehl oder gewünschte Bewegung der Arbeitsmaschine interpretiert werden. In anderen Worten, der Prozessor 120 kann optional, zusätzlich oder alternativ zu einem der zuvor beschriebenen Aspekte das Steuersignal 122 basierend auf einer Veränderung der Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems erzeugen, so dass durch die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal 122 eine weitere gewünschte Bewegung basierend auf der Veränderung der Orientierung durchführbar ist, um das Arbeitsziel des Arbeitseinsatzes der Arbeitsmaschine während der Bedienung der Arbeitsmaschine durch den Bediener zu erreichen. Dadurch kann dem Bediener zusätzlich eine einfache Möglichkeit geboten werden, um eine gewünschte Bewegung durchzuführen.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Arbeitsmaschine mit einer Vorrichtung nach dem zuvor beschriebenen Konzept. Die Arbeitsmaschine kann die gewünschte Bewegung basierend auf dem Steuersignal während des Arbeitseinsatzes ausführen ohne das Steuersignal für einen späteren Arbeitseinsatz zu speichern. Dadurch kann das Arbeitsziel des Arbeitseinsatzes während der Bedienung der Arbeitsmaschine durch den Bediener erreicht werden. Da bei Arbeitsmaschinen meist sehr individuelle Arbeitsabläufe (z.B. auf Baustellen) durchgeführt werden, ist eine Speicherung für spätere Arbeitseinsätze nicht notwendig. Auch zeigt sich die vereinfachte Bedienung der Arbeitsmaschine insbesondere, wenn der Bediener direkt die Auswirkung seiner Steuerung sieht und wiederholt gewünschte Bewegungen der Arbeitsmaschine veranlasst.
Allgemein kann eine Arbeitsmaschine je nach Anwendung sehr unterschiedlich sein. Beispielsweise kann eine Arbeitsmaschine eine mobile oder ortsgebundene Baumaschine, insbesondere ein Kran, ein Kranfahrzeug, ein Bagger oder ein Greifer sein.
Das Bedienelement kann auf unterschiedliche Arten ausgebildet sein. Das Bedienelement kann fest mit der Arbeitsmaschine verbunden sein oder ein tragbares oder transportables Bediengerät (z.B. drahtgebunden oder drahtlos mit der Vorrichtung zum Erzeugen des Steuersignals verbunden) sein. Beispielsweise kann das Bediengerät zumindest einen Steuerhebel (z.B. zum Bewegen der Arbeitsmaschine in zwei orthogonalen Richtungen) oder ein elastisch in drei translatorische und drei rotatorische Freiheitsgrade bewegbares Steuerelement (z.B. Spaceball, Raumkugel), oder eine sensorisch bestückte Bekleidung sein. Die 5a, 5b und 5c zeigen ein Beispiel für ein Bedienelement 502 mit einem in drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgraden bewegbaren Steuerelement 504 und dem Einfluss einer rotatorischen Bewegung auf einem Greifer 506 einer Arbeitsmaschine.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine während eines Arbeitseinsatzes der Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 600 umfasst ein Empfangen 610 eines Positionssignals, das Informationen über eine Orientierung eines bedienerseitigen Koordinatensystems an einer Position des Bedienelements oder einer Position eines Bedieners oder Informationen zur Berechnung einer Orientierung eines bedienerseitigen Koordinatensystems an einer Position des Bedienelements oder einer Position eines Bedieners aufweist. Ferner umfasst das Verfahren 600 ein Empfangen 620 eines Bediensignals von einem Bedienelement einer Arbeitsmaschine, das Informationen über eine von einem Bediener gewünschte Bewegung der Arbeitsmaschine bezüglich des bedienerseitigen Koordinatensystems aufweist. Zusätzlich weist das Verfahren ein Erzeugen 630 eines von einer absoluten Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems bezüglich einer zu der Arbeitsmaschine festen Bezugsrichtung abhängiges Steuersignals zur Steuerung der Arbeitsmaschine basierend auf einer Koordinatentransformation der Informationen des Positionssignals und des Bediensignals von dem bedienerseitigen Koordinatensystem in ein auf zumindest einen Bewegungsfreiheitsgrad der Arbeitsmaschine angepasstes Koordinatensystem auf, so dass durch die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal die gewünschte Bewegung durchführbar ist, um ein Arbeitsziel des Arbeitseinsatzes der Arbeitsmaschine während einer Bedienung der Arbeitsmaschine durch den Bediener zu erreichen. Ferner umfasst das Verfahren 600 ein Bereitstellen 630 des erzeugten Steuersignals.
Das Verfahren 600 kann einen oder weitere optionale oder zusätzliche Verfahrensschritte aufweisen, die einem oder mehrere der zuvor im Zusammenhang mit dem beschriebenen Konzept oder einem oder mehreren Ausführungsbeispielen erwähnten Aspekte entsprechen.
7 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung 700 zum Erzeugen eines Steuersignals 722 zur Steuerung einer Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 700 umfasst eine Empfangseinrichtung 710, einen Prozessor 720 und eine Ausgabeeinrichtung 730. Die Empfangseinrichtung 710 ist mit dem Prozessor 720 verbunden und der Prozessor 720 ist mit der Ausgabeeinrichtung 730 verbunden.
Die Empfangseinrichtung 710 kann ein erstes Positionssignal 712 von einer ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 und ein zweites Positionssignal 114 von einer zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 704 empfangen. Dabei ist die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 unabhängig von der zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 704. Das erste Positionssignal 712 weist Informationen über eine Position und eine Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eines Bedieners der Arbeitsmaschine auf. Ebenso weist das zweite Positionssignal 714 Informationen über die Position und die Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eines Bedieners der Arbeitsmaschine auf. Der Prozessor 720 kann ein Steuersignal 722 zur Steuerung der Arbeitsmaschine basierend auf den Informationen des ersten Positionssignals 712 und den Informationen des zweiten Positionssignals 714 erzeugen, so dass die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal 722 steuerbar ist. Die Ausgabeeinrichtung 730 kann das erzeugte Steuersignal 722 bereitstellen.
Durch die Bestimmung der Position und der Orientierung basierend auf Informationen von zwei unabhängigen Quellen kann die Genauigkeit der Positions- und Orientierungsbestimmung erhöht werden und/oder die Zuverlässigkeit erhöht werden, da auch bei Ausfall einer der beiden Informationsquellen, die Position und die Orientierung weiter bestimmt werden kann.
Die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 und die zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 704 sind zumindest teilweise oder vollständig unabhängige Hardwareeinheiten. Die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 kann die Informationen des ersten Positionssignals 712 unabhängig von der zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 104 bestimmen. Umgekehrt kann die zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 704 die Informationen des zweiten Positionssignals 714 unabhängig oder abhängig von der ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 bestimmen. Die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 und/oder die zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 704 kann eine externe Einheit oder Teil der Vorrichtung 700 sein, wie es durch die gestrichelten Linien in 7 angedeutet ist.
Die Empfangseinrichtung 710 kann beispielsweise eine Eingangsschnittstelle (z.B. mit Eingangsanschlüssen) der Vorrichtung 700 oder auch direkt des Prozessors 720 sein. Entsprechend kann die Ausgabeeinrichtung 730 beispielsweise eine Ausgangsschnittstelle (z.B. mit Ausgangsanschlüssen) der Vorrichtung 700 oder direkt des Prozessors 720 sein.
Das erste Positionssignal 712 kann Informationen über eine Position und ein Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine (z.B. transportables oder tragbares Bediengerät oder sensorbestückte Kleidung) oder eine Position und eine Orientierung des Bedieners der Arbeitsmaschine aufweisen. Dabei kann es sich um absolute oder relative Positionsinformationen handeln. Alternativ kann das erste Positionssignal 712 Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung des Bedienelements der Arbeitsmaschine oder der Position und der Orientierung des Bedieners der Arbeitsmaschine aufweisen. Beispielsweise kann es sich dabei um Sensordaten handeln (z.B. Signallaufzeiten, Signalrichtungen, Beschleunigungswerte oder ähnliches), aus denen beispielsweise der Prozessor 720 eine Position und/oder eine Orientierung des Bedienelements oder des Bedieners berechnen kann. Die Informationen können in dem Positionssignal beispielsweise analog oder digital, kodiert oder unkodiert enthalten sein, so dass diese von der Empfangseinrichtung 710 oder dem Prozessor 720 entsprechend interpretiert und verwendet werden können. Entsprechendes gilt auch für die Informationen des zweiten Positionssignals 714.
Der Prozessor 720 kann ein Steuersignal 722 für die Arbeitsmaschine basierend auf den Informationen der beiden Positionssignale 712, 714 erzeugen oder berechnen. In anderen Worten, basierend auf dem Steuersignal 722 kann eine Bewegung der Arbeitsmaschine in Abhängigkeit einer Position und/oder Orientierung des Bedienelements der Arbeitsmaschine oder des Bedieners der Arbeitsmaschine gesteuert werden. Der Prozessor 720 verarbeitet dazu Informationen aus zwei unterschiedlichen Signalquellen, nämlich der ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 und der zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 704. Dabei können beispielsweise die Informationen eines Positionssignals verwendet werden, die aktuell mit hoher Zuverlässigkeit vorliegen oder die Positionsinformationen des ersten Positionssignals 712 können verwendet werden, um die Positionsinformationen des zweiten Positionssignals 714 zu erweitern, zu verbessern oder zu überprüfen. Beispielsweise kann es sich bei den Informationen des zweiten Positionssignals 714 um relative Informationen und bei den Informationen des ersten Positionssignals 712 um absolute Informationen handeln, die dazu verwendet werden können, um aus den Informationen des zweiten Positionssignals 714 absolute Informationen zu berechnen.
Beispielsweise kann die beschriebene Positions- und Orientierungsbestimmung verwendet werden, um eine Steuerung einer Arbeitsmaschine basierend auf einer Abbildung eines Bedienerorientierten Koordinatensystems (z.B. an dem bestimmten Ort und mit der bestimmten Orientierung des Bedienelements oder des Bedieners) auf ein arbeitsmaschinenorientiertes Koordinatensystem durchzuführen, wie es zuvor beschrieben wurde.
Optional kann das erste Positionssignal 712 beispielsweise Informationen über eine absolute Position und eine absolute Orientierung des Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eine absolute Position und eine absolute Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der absoluten Position und der absoluten Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder der absoluten Position und der absoluten Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine aufweisen. Eine absolute Position und/oder eine absolute Orientierung bezieht sich beispielsweise auf einen Bezugspunkt und/oder eine Bezugsrichtung, wie sie bereits zuvor erwähnt wurden. Die Bezugsrichtung der Arbeitsmaschine ist beispielsweise eine Hauptbewegungsrichtung der Arbeitsmaschine (z.B. Fahrrichtung eines Kranfahrzeugs bei gerader Bewegung) oder erstreckt sich entlang eines Bauteils der Arbeitsmaschine (z.B. entlang des Auslegers eines Krans). Die Bezugsrichtung ist beispielsweise fest mit dieser Hauptbewegungsrichtung oder dem Bauteil verknüpft und weist bezüglich der Hauptbewegungsrichtung oder dem Bauteil konstant denselben Winkel auf. Beispielsweise ist die Bezugsrichtung der Arbeitsmaschine parallel zu einer Hauptbewegungsrichtung der Arbeitsmaschine oder zur Haupterstreckungsrichtung eines Bauteils (z.B. parallel zu dem Ausleger eines Krans). Bewegt sich die Arbeitsmaschine oder das entsprechende Bauteil der Arbeitsmaschine (z.B. dreht sich der Ausleger des Krans), so bewegt sich auch entsprechend die Bezugsrichtung der Arbeitsmaschine. Die Bezugsrichtung steht somit in einem festen Verhältnis zu der Arbeitsmaschine. Für den Bezugspunkt gelten ähnliche Ausführungen wie zu der Bezugsrichtung. Beispielsweise kann der Bezugspunkt ein Punkt auf einem Bauteil der Arbeitsmaschine sein oder fest mit einem Punkt der Arbeitsmaschine verknüpft sein. Bewegt sich das entsprechende Bauteil oder die Arbeitsmaschine, so bewegt sich auch entsprechend der Bezugspunkt.
In anderen Worten, die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 kann ausgelegt sein, um eine absolute Position und/oder eine absolute Orientierung des Bedienelements oder des Bedieners zu bestimmen. Alternativ kann die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 auch Informationen zur Berechnung der absoluten Position und der absoluten Orientierung (z.B. Signallaufzeiten oder Signalrichtungen) eines Bedienelements oder eines Bedieners durch den Prozessor 720 bereitstellen.
Optional, zusätzlich oder alternativ zu einem der zuvor erwähnten Aspekte kann das erste Positionssignal 712 durch eine Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 erzeugbar sein oder erzeugt werden, die die Informationen über die Position und die Orientierung des Bedienelements oder des Bedieners basierend auf einem GPS-Verfahren (z.B. in das Bedienelement integriertes GPS-System), einem Funkortungsverfahren (z.B. Sender und/oder Empfänger am Bedienelement und an zumindest einer Position an der Arbeitsmaschine) oder einem Bilderkennungsverfahren (z.B. durch eine Mehrzahl von Kameras) zu bestimmen. Dadurch können auf einfache Art und Weise die Informationen des ersten Positionssignals 712 zur Verfügung gestellt werden.
Optional, alternativ oder zusätzlich zu einem der zuvor genannten Aspekte kann das zweite Positionssignal 714 Informationen zur Berechnung einer relativen Position und einer relativen Orientierung (z.B. Beschleunigungssensordaten) eines Bedienelements der Arbeitsmaschine (z.B. tragbares Bediengerät oder sensorbestückte Bekleidung) aufweisen. Relative Positionen und/oder Orientierungen können Positionen und/oder Orientierungsangaben sein, die eine Veränderung zu einer vorherigen oder früheren Position und/oder Orientierung angeben. Aus ihnen kann beispielsweise nicht direkt auf eine absolute Position und/oder Orientierung (z.B. bezüglich eines festen Bezugspunkt und/oder Bezugsrichtung) geschlossen werden. Der Prozessor 720 kann dann basierend auf einer früheren absoluten Position (z.B. enthalten oder berechnet basierend auf Informationen des ersten Positionssignals zu einem früheren Zeitpunkt) und einer früheren absoluten Orientierung und den Informationen zur Berechnung der relativen Position und der relativen Orientierung des zweiten Positionssignals 714 eine vom zweiten Positionssignal 714 abhängige aktuelle absolute Position (z.B. basierend auf den Bewegungsgleichungen aus den Beschleunigungssensordaten) und eine vom zweiten Positionssignal 714 abhängige aktuelle absolute Orientierung berechnen und das Steuersignal 722 basierend auf der vom zweiten Positionssignal 714 abhängigen aktuellen absoluten Position und der vom zweiten Positionssignal 714 abhängigen aktuellen absoluten Orientierung erzeugen.
In anderen Worten, der Prozessor 720 kann das Steuersignal 722 basierend auf den Informationen der beiden Positionssignale (z.B. aktuellen Informationen aus dem zweiten Positionssignal und Informationen von einem früheren Zeitpunkt des ersten Positionssignals) berechnen, indem Beschleunigungssensordaten, die in dem zweiten Positionssignal 714 enthalten sind, zur Berechnung von relativen Positionen und Orientierungen zu früheren Positionen oder Orientierungen verwendet werden und die früheren absoluten Positionen und absoluten Orientierungen zur Berechnung einer aktuellen absoluten Position und aktuellen absoluten Orientierung verwendet werden. In anderen Worten, die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 kann die frühere absolute Position und die frühere absolute Orientierung bestimmen und durch das erste Positionssignal 712 bereitstellen. Alternativ kann es sich bei der früheren absoluten Position und der früheren absoluten Orientierung um eine früher berechnete absolute Position und eine früher berechnete absolute Orientierung handeln. Dadurch kann auch bei Ausfall der ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 noch aus den Informationen des zweiten Positionssignals 714 die absolute Position und absolute Orientierung des Bediengeräts oder des Bedieners berechnet werden und für die Erzeugung eines Steuersignals 722 verwendet werden.
Optional, alternativ oder zusätzlich zu einem der zuvor beschriebenen Aspekte kann das zweite Positionssignal 714 durch eine Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 704 erzeugbar sein oder erzeugt werden, die die Informationen zur Berechnung der relativen Position und der relativen Orientierung des Bedienelements der Arbeitsmaschine basierend auf Beschleunigungssensordaten von Beschleunigungssensoren des Bedienelements bereitstellt. So kann auf einfache Art und Weise eine relative Positionsbestimmung und Orientierungsbestimmung (relativ zu einer zeitlich vorhergehend bestimmten Position und/oder Orientierung) erfolgen.
Über die Zeit können Position und Orientierung, die basierend auf Informationen über eine relative Position oder relative Orientierung berechnet wurden, von einer absoluten Positionsbestimmung abweichen. Eine solche Abweichung kann bei der Berechnung von absoluten Positionen oder absoluten Orientierungen basierend auf Informationen über relative Positionen oder relative Orientierungen berücksichtigt werden und so beispielsweise die unterschiedlichen Positions- und Orientierungsbestimmungen wieder aneinander angenähert werden. In anderen Worten, der Prozessor 720 kann optional, zusätzlich oder alternativ zu einem der zuvor beschriebenen Aspekte bei der Berechnung der vom zweiten Positionssignal 714 abhängigen aktuellen absoluten Position und der vom zweiten Positionssignal 714 abhängigen aktuellen absoluten Orientierung eine Abweichung von einer von der ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 bestimmten (oder der bereitgestellten Informationen) absoluten Position und einer von der ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 bestimmten absoluten Orientierung berücksichtigen. Dadurch kann eine zu starke Abweichung der unterschiedlichen Positions- und Orientierungsverfahren voneinander verhindert werden.
Die Berücksichtigung der Abweichung kann auf unterschiedliche Arten realisiert sein. Beispielsweise kann der Prozessor optional oder zusätzlich eine Abweichung der vom zweiten Positionssignal 714 abhängigen aktuellen absoluten Position und der vom zweiten Positionssignal 714 abhängigen aktuellen absoluten Orientierung von der von der ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 bestimmten absoluten Position und der von der ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 bestimmten absoluten Orientierung durch eine Verknüpfung oder Abhängigkeit der Positionen und Orientierungen über eine virtuelle Feder und/oder einen virtuellen Dämpfer reduzieren oder unter einem Grenzwert halten.
Der Prozessor 720 kann aktuelle Positionen und aktuelle Orientierungen auf unterschiedlichste Arten berechnen. Einige Beispiele wurden bereits aufgeführt. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor 720 auch die vom zweiten Positionssignal 714 abhängige aktuelle absolute Position und die vom zweiten Positionssignal 714 abhängige aktuelle absolute Orientierung basierend auf einer Differenz zwischen in dem zweiten Positionssignal 714 enthaltenen Beschleunigungswerten und basierend auf den Informationen des ersten Positionssignals 712 berechneten Beschleunigungswerten berechnen. So können Unterschiede zwischen berechneten Werten und von einem der Positionsinformationsbestimmungseinrichtungen 702, 704 bereitgestellten Informationen berücksichtigt werden, um die Berechnung genauer durchführen zu können.
Ferner können verschiedenste Störgrößen und Störeinflüsse die Bestimmung der Informationen durch die erste und/oder die zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung beeinflussen. Beispielsweise kann bei einer Funkortung die Verbindung schlecht sein, bei Satellitennavigationssystem der Kontakt zu den Satelliten schlecht sein oder die drahtlose Datenübertragung gestört sein. Solche Störgrößen oder Störeinflüsse können bei der Berechnung oder Erzeugung des Steuersignals 722 berücksichtigt werden. Beispielsweise kann der Prozessor 720 optional, zusätzlich oder alternativ zu einem oder mehreren der zuvor genannten Aspekte bei der Berechnung der vom zweiten Positionssignal 714 abhängigen aktuellen absoluten Position und der vom zweiten Positionssignal 714 abhängigen aktuellen absoluten Orientierung Störeinflüsse auf eine Bestimmung der Information des ersten Positionssignals 712 oder des zweiten Positionssignals 714 berücksichtigen. Dadurch kann die Position und/oder Orientierung des Bedienelements oder des Bedieners genauer berücksichtigt werden.
Optional kann beispielsweise die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 die Informationen des ersten Positionssignals 712 basierend auf einem absoluten Positionsbestimmungsverfahren (z.B. GPS-Verfahren oder Funkortungsverfahren) bestimmen und die zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 704 die Informationen des zweiten Positionssignals 714 basierend auf einem relativen Positionsbestimmungsverfahren (z.B. basierend auf Beschleunigungssensordaten) bestimmen. Dadurch kann eine Möglichkeit geboten werden, Positionsinformationen auf zwei vollkommen unterschiedlichen Prinzipien zu erlangen und auch noch bei Ausfall eines der beiden Systeme ausreichend Informationen über eine Position und Orientierung des Bedienungselements oder des Bedieners generieren zu können.
In anderen Worten, die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702 und die zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 704 können die Informationen des ersten Positionssignals 712 und die Informationen des zweiten Positionssignals 714 basierend auf unterschiedlichen Positionsbestimmungsverfahren bestimmen.
8 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung 800 zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, die eine kombinierte Positionsbestimmung eines Bedieners oder Bediengeräts implementieren kann. Die Vorrichtung 800 umfasst eine erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 810 (z.B. absolut messendes System) und eine zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 820 (z.B. relativ messendes System), die mit einem Prozessor 830 verbunden sind.
Die zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 820 kann in das Bediengerät integriert sein und Messwerte y_Messwert (z.B. Beschleunigungswerte) an den Prozessor 830 bereitstellen. Ferner kann das Bediengerät z.B. über eine Funkverbindung 802 mit der ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 810 verbunden sein. Die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 810 (z.B. Positionsbestimmung durch ein absolut messendes Ortungssystem) kann beispielsweise basierend auf der Funkverbindung 802 erste Zustandsgrößen x* (z.B. absolute Position und/oder Orientierung) berechnen und bereitstellen. Ferner kann die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 810 Eingangsgrößen u (z.B. absolute Position und/oder Orientierung oder Positionsunterschiede und/oder Orientierungsunterschiede) an den Prozessor 830 bereitstellen. Der Prozessor 830 kann z.B. basierend auf den Eingangsgrößen u und den Messwerten y_Messwert zweite Zustandsgrößen x (z.B. absolute Position und/oder Orientierung) berechnen und bereitstellen. Zusätzlich kann der Prozessor 830 Ausgangsgrößen y_Modell (z.B. berechnete Beschleunigungswerte) berechnen. Der Prozessor 830 kann dann beispielsweise optional eine Differenz zwischen den Messwerten und den Ausgangsgrößen bilden und die Differenz über eine Abbildung durch eine Beobachtermatrix L für die Berechnung der zweiten Zustandsgrößen x verwenden. Zusätzlich kann optional bei der Differenz auch eine Störgröße v bezüglich der Messwerte berücksichtigt werden. Ferner kann optional die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 810 und/oder der Prozessor 830 (z.B. über eine Abbildung durch eine den Einfluss der Störgröße oder eine Störgrößenübertragung berücksichtigenden Matrix G) eine Störgröße w auf die Funkverbindung 802 für die Berechnung der Zustandsgrößen berücksichtigen. Ferner können die vom Prozessor 830 berechneten Zustandsgrößen über eine entsprechende Abbildung durch eine Regelungs- oder Kontrollmatrix K, K‘ Einfluss auf das Bedienelement (z.B. Force Feedback) oder die erste oder die zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung nehmen.
Für die Ermittlung von Position und Ausrichtung des Bedieners oder des Bediengeräts relativ zur Arbeitsmaschine kann ein Zustandsbeobachter oder ein modellbasiertes Regelungssystem vorgesehen sein. Zusätzlich zu einem Ortungssystem (z.B. zur Bestimmung der absoluten Position und Orientierung) können Position und Orientierung durch mindestens ein zweites Verfahren bestimmt werden, welches die Bewegungsgrößen des Bedieners oder des Bediengeräts nutzen kann. Das Regelungssystem kann die Ergebnisse bezüglich Position und Orientierung beider Verfahren kontinuierlich oder in zeitlichen Abständen synchronisieren. Bei Ausfall des Ortungssystems kann beispielsweise durch die Kombination der Verfahren zur Bestimmung der Position und Ausrichtung eine höhere Verfügbarkeit des Systems erreicht werden.
Als zweites Verfahren, z.B. parallel zum Ortungsverfahren, kann ein modellbasierter Ansatz gewählt werden, der Bewegungssignale des Bediengeräts oder des Bedieners nutzen kann. Als Bewegungssignale können insbesondere Beschleunigungssignale verwendet werden, die einige oder alle modalen Bewegungsfreiheitsgrade in der Ebene (z.B. x, y, Drehung um z) oder im Raum erfassen.
Für die Verwendung von Beschleunigungssensoren kann beispielsweise die Berechnung der Bewegungsgrößen durch Integration der Messgrößen erfolgen. Um Störgrößen herauszufiltern und ein Wegdriften der Bewegungsgrößen zu vermeiden kann ein modellbasierter Beobachter oder Zustandsbeobachter verwendet werden. Das Bediengerät in der Ebene hat beispielsweise drei Freiheitsgrade. Um diese jederzeit erfassen zu können, können aus der Laufzeit des Signals der Abstand und aus der Signalrichtung am Sender und Empfänger die Winkellage bestimmt werden.
Gleichzeitig kann optional parallel zu dieser absoluten Messung (z.B. bezogen auf das ortsfeste Koordinatensystem der Arbeitsmaschine, daher als absolut bezeichnet) lokal am Bediengerät (oder Bedienelement) auf die relative Verschiebung durch Messung der Beschleunigungen in x-, y-Richtung sowie der Gierrate (z.B. Drehung um z-Achse) geschlossen werden. Für eine Fusion der Sensordaten kann beispielsweise ein modellbasierter Ansatz benutzt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass auch beim temporären Ausfall eines Systems zur Bestimmung der Position und Orientierung des Bedieners Veränderungen bemerkt werden können und die Differenz beider Messverfahren synchronisiert werden können.
9a zeigt dazu einen modellbasierten Ansatz zur Bestimmung von Position und Ausrichtung des Bediengerät im Raum zu der 9b ein Detail zeigt.
Anhand der Bewegungsgleichungen für das Bediengerät kann die relative Verschiebung und Verdrehung des Bediengeräts in der Ebene bestimmt werden, wobei die Verschiebung durch virtuelle Dämpfer (z.B. Dämpferkonstanten d_x, d_y, d_ξ, letztere nicht dargestellt) gedämpft werden kann. Des Weiteren kann die neue Position und Orientierung geometrisch aus Signalrichtung am Sender und Empfänger sowie der Signallaufzeit bestimmt werden. Die auf die Weise bestimmten Positionen und Orientierungen können durch virtuelle Federn (z.B. Federkonstanten c_x, c_y, c_ξ, letztere nicht dargestellt) miteinander gekoppelt werden (z.B. virtuelle Torsionsfeder zwischen x_t+1 und x‘_t+1 nicht dargestellt). Durch die virtuelle Kopplung können Abweichungen zwischen der auf unterschiedliche Weise bestimmten Positionen und Orientierungen mit der Zeit wieder kompensiert werden.
Es gelten beispielsweise folgende (vektorielle) Zusammenhänge: D_t+1 = L_t+1 – L_t D_t+1|_x = cosβ_t·(|L_t+1| – |L_t|) D_t+1|_y = sinβ_t·(|L_t+1| – |L_t|) ξ = α – β (gilt für t und t + 1)
Für die x-Bewegung des massenbehafteten Bediengeräts ergibt sich beispielsweise: mx .. = c_x(x – D_t+1|_x – d_xx .
Die anderen Bewegungsgleichungen können sich analog ergeben.
Eine (von zahlreichen) Möglichkeiten, dieses Systemverhalten in der Zustandsraumdarstellung zu erfassen, kann sich auf die lokale Verschiebung und Verdrehung x, y, ξ beziehen:
Durch Ausmultiplizieren der Zustandsgleichung kann man unter anderem die vorherige Bewegungsgleichung erhalten. Die Zustandsgleichung kann in der allgemeinen Form beispielsweise geschrieben werden: x . = A·x + B·u
Der Vektor x wird dabei als Zustandsvektor bezeichnet.
Die Ausgangsgleichung kann sich beispielsweise auf die lokalen Messgrößen konzentrieren:
Die Ausgangsgleichung kann beispielsweise in der allgemeinen Form geschrieben werden: y = C·x + D·u
Die allgemeinen Ausgangsgleichungen können auch beispielsweise als Blockschaltbild dargestellt werden, wie es in 10 für Systeme im Zustandsraum (z.B. als modellbasiertes Verfahren zur Positionsbestimmung) beispielhaft gezeigt ist.
Durch die Überführung der Positionsbestimmung in den Zustandsraum können sich weitere regelungstechnische Möglichkeiten ergeben. Dies kann beispielsweise gewisse Filter, Beobachter (z.B. L-Matrix) und Methoden zum Entwurf einer Regelstrecke (z.B. K-Matrix) umfassen. So kann z.B. jede weitere für das Modell (z.B. obige Zustands- und Ausgangsgleichung) redundant erfasste Messgröße (z.B. auch im Sinne einer einmaligen Initialisierung) verwendet werden, um das Modell der Realität anzupassen oder nachzuführen.
Des Weiteren können optional Störgrößen w und v (siehe 8) und deren Einfluss (z.B. Matrix G) auf das Modell berücksichtigt werden. Beispielsweise können für unbekannte Störgrößen wiederum Störgrößenbeobachter entworfen werden und im Funktionsschema ergänzt werden.
Die durch das Verfahren bestimmten Zustandsgrößen (z.B. darunter Position und Orientierung) können für Regelungsaufgaben (z.B. Matrix K, K’) genutzt werden und Einfluss auf das Bediengerät oder den Bediener (z.B. Force Feedback, Kraftrückkopplung) oder das Ortungsverfahren nehmen.
Wie bereits beschrieben kann das vorgeschlagene Konzept zur Bestimmung einer Position und einer Orientierung eines Bedienelements oder eines Bedieners einer Arbeitsmaschine mit dem in 1 gezeigten Konzept des bedienerseitigen Koordinatensystems kombiniert werden. So kann beispielsweise die Empfangseinrichtung 710 ein Bediensignal von einem Bedienelement der Arbeitsmaschine empfangen. Die Informationen über die Orientierung oder zur Berechnung der Orientierung entsprechend dann Informationen über eine Orientierung eines bedienerseitigen Koordinatensystems an einer Position des Bedienelements oder an einer Position eines Bedieners. Das Bediensignal weist Informationen über eine von einem Bediener gewünschte Bewegung der Arbeitsmaschine bezüglich des bedienerseitigen Koordinatensystems auf. Der Prozessor 720 kann dann eine von einer absoluten Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems bezüglich einer zu der Arbeitsmaschine festen Bezugsrichtung abhängiges Steuersignal 722 zur Steuerung der Arbeitsmaschine basierend auf einer Koordinatentransformation von Informationen über zumindest die Orientierung und Informationen des Bediensignals oder davon abhängige Informationen von dem bedienerseitigen Koordinatensystem in ein zumindest an einen Bewegungsfreiheitsgrad der Arbeitsmaschine angepasstes Koordinatensystem erzeugen, so dass durch die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal die gewünschte Bewegung durchführbar ist, um ein Arbeitsziel eines Arbeitseinsatzes der Arbeitsmaschine während der Bedienung der Arbeitsmaschine durch den Bediener zu erreichen.
Ferner gelten die entsprechend zu 1, dem beschriebenen Konzept und anderen Ausführungsbeispielen gemachten Ausführungen.
Genauso kann umgekehrt das in Zusammenhang mit 7 beschriebene Konzept und deren Ausführungsbeispiele mit den zu 1 beschriebenen Ausführungsbeispielen kombiniert werden. Optional, alternativ oder zusätzlich zu einem der zuvor erwähnten Aspekte kann also die Empfangseinrichtung 110 ein erstes Positionssignal von einer ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung und ein zweites Positionssignal von einer zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung empfangen. Die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung kann dabei unabhängig von der zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung sein. Das erste Positionssignal kann Informationen über eine Position und eine Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eines Bedieners der Arbeitsmaschine aufweisen. Das zweite Positionssignal kann entsprechende Informationen aufweisen. Der Prozessor 120 kann dann eine Position des Bedienelements oder des Bedieners und die Orientierung des Bedienelements oder des Bedieners basierend auf den Informationen des ersten Positionssignals und den Informationen des zweiten Positionssignals bestimmen.
Ferner gelten die Ausführungen zu dem in 7 gezeigten Beispiel und dem beschriebenen Konzept.
Die Empfangseinrichtung 110, 710, der Prozessor 120, 720, die Ausgabeeinrichtung 130, 730 und/oder die erste oder zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung 702, 704 können unabhängige Hardwareeinheiten oder Teile eines Prozessors, eines Mikrocontrollers oder eines digitalen eines Signalprozesses sowie Teil eines Computerprogramms oder Softwareprodukts zur Ausführung auf einem Prozessor, Mikrocontroller oder digitalen Signalprozessors sein.
11 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1100 zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1100 umfasst ein Empfangen 1110 eines ersten Positionssignals von einer ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung, das Informationen über eine Position und eine Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eine Position und eine Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine aufweist. Ferner umfasst das Verfahren 1100 ein Empfangen 1120 eines zweiten Positionssignals von einer zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung, das Informationen über die Position und die Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder die Position und die Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine aufweist. Dabei ist die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung unabhängig von der zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung. Zusätzlich umfasst das Verfahren 1100 ein Erzeugen 1130 eines Steuersignals zur Steuerung der Arbeitsmaschine basierend auf den Informationen des ersten Positionssignals und den Informationen des zweiten Positionssignals, so dass die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal steuerbar ist. Ferner weist das Verfahren 1100 ein Bereitstellen 1140 des erzeugten Steuersignals auf.
Das Verfahren 1100 kann ein oder mehrere zusätzliche optionale Verfahrensschritte aufweisen, die einem oder mehreren im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Konzept oder zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnten Aspekten entsprechen.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Steuerung und ein Verfahren zur Bedienung von Arbeitsmaschinen oder Geräten oder einer Fernbedienung für Arbeitsmaschinen. Dabei wird beispielsweise ein Bedienelement für mobile oder (temporär) ortsgebundene Arbeitsmaschinen vorgeschlagen (z.B. ein Kran/Kranfahrzeug), welche die lokal geforderten Arbeitsbewegungen aus Sicht des Bedieners oder Bedieners und dessen relativen Position im Arbeitsraum und Orientierung zur Arbeitsmaschine in Ansteuersignale für Aktuatoren der Arbeitsmaschine umrechnet.
Der Bediener kann sich bei der Steuerung oder Bedienung der Arbeitsmaschine in dem Arbeitsraum der Arbeitsmaschine (z.B. Raum, in dem sich während des Arbeitseinsatzes die Arbeitsmaschine oder Teile der Arbeitsmaschine bewegen) aufhalten. Die Position und Orientierung im Arbeitsraum kann also für die Verarbeitung der Stellsignale (z.B. Erzeugung des Steuersignals) verwendet werden.
Als lokales Referenzsystem kann dafür z.B. ein an der Person (Bediener oder Benutzer) orientiertes, rechtshändiges Koordinatensystem definiert werden, wobei die z-Achse entgegen der Gravitationskraft orientiert ist und die x-Achse die Blickrichtung des Bedieners sein kann, die Vorderseite der Bedienvorrichtung sein kann oder sich als normale zur Verbindungslinie der beiden Schulterblätter (des Bedieners) ergeben kann oder zum spitzen Ende des nach der Lehre der Ergonomie definierten Beidhandzonenbereichs orientiert sein kann.
Für die Arbeitsaufgabe muss der Bediener die gewünschten Bewegungen am Arbeitsgerät (z.B. einer Lasthebevorrichtung) nicht mehr auf Bewegungen der Arbeitsmaschine umwandeln und diese entsprechend betätigen. Diese ortsabhängige Transferleistung, d.h. abhängig von der Position der Arbeitsmaschine und des Arbeitsortes, kann die beschriebene Vorrichtung übernehmen. Besonders wenn die Arbeitsmaschine (z.B. Kran) nicht im Sichtbereich liegt, können so Fehlbedienungen bei dem Transfer der Arbeitsbewegung in Maschinenbewegungen verhindert werden.
Beispielsweise ist ein Mobilkran oder Baukran nach seiner Aufstellung ortsgebunden und kann durch Drehen, Heben des Auslegers oder Verschieben einer Laufkatze auf dem Ausleger einen kreisförmigen Arbeitsraum abdecken. Das Umsetzen von Lasten entlang gerader Bahnen (x, y) ist basierend auf dem vorgeschlagenen Konzept leicht möglich, da vom Bediener kartesisches Koordinatensystem der gewünschten Bewegung nicht mehr in polare Koordinaten der Arbeitsmaschine umgerechnet werden müssen. Insbesondere wenn aufgrund der Last, anderen Arbeitsmaschinen oder Bauwerken der Standort des Krans nicht oder schlecht sichtbar ist, oder der Bediener noch den Standort einer anderen Baustelle oder einer anders dimensionierten oder ausgeführten Arbeitsmaschine gewohnt ist, kann die Wahrscheinlichkeit von Fehlbedienungen durch das vorgeschlagene Konzept deutlich verringert werden.
Das Bedienelement kann beispielsweise mindestens ein Bedienelement für jeden Freiheitsgrad (x, y, z und Drehungen um diese Achsen) der Maschine aufweisen. Die Betätigungsrichtung eines Bedienelements kann als Bewegungswunsch im zuvor lokal definierten Koordinatensystem (bedienerseitigen Koordinatensystem) interpretiert und auf die Bewegungsfreiheitsgrade der Arbeitsmaschine umgerechnet werden.
Zur Umsetzung der lokal orientierten Bedienvorgabe auf Arbeitsmaschinen bezogene Freiheitsgrade kann beispielsweise eine Positionserfassung und Orientierung des Bedieners erfolgen.
Dies kann beispielsweise in dem in 2 gezeigten Beispiel durch ein Ortungssystem geschehen, welches die Richtung des Signals (Winkel α und β) und Signallaufzeit (Abstand L) zwischen mindestens einem Sender und Empfänger 220 im Bedienteil 204 sowie an der Arbeitsmaschine erfolgen. Optional kann ein weiterer Sender und Empfänger 220 am Bedienelement und der Arbeitsmaschine vorgesehen sein, die untereinander Signale austauschen können mit denen andere Ortungsverfahren umgesetzt werden können. Durch das Ortungssystem kann die absolute Position und Orientierung (z.B. gleich Ausrichtung x) des Bedieners zur Arbeitsmaschine bestimmt werden. Die Orientierung und Positionserfassung kann jedoch auch auf andere Arten erfolgen.
Als Transformation (Koordinatentransformation) kann eine direkte Transformation der Stellsignale (Information über eine gewünschte Bewegung) in die Freiheitsgrade der Arbeitsmaschine (z.B. in 2 Polarkoordinaten des Krans) erfolgen.
Für den universellen Einsatz kann auch eine Transformation in mindestens zwei Stufen vorgesehen sein, wobei in einem ersten Schritt das lokal am Bediener orientierte Koordinatensystem (bedienerseitiges Koordinatensystem) in ein an der Arbeitsmaschine orientiertes System (an zumindest einen Bewegungsfreiheitsgrad der Arbeitsmaschine angepasstes Koordinatensystem) transformiert werden und in einem zweiten Schritt eine Transformation auf die Freiheitsgrade (z.B. Stellbewegung der Aktuatoren) der Arbeitsmaschine erfolgen. Sind die Freiheitsgrade überbestimmt oder sind mehrere Lösungen zur Umsetzung des Stellbefehls (gewünschte Bewegung) möglich, so kann eine Steuereinheit oder ein Prozessor in Abhängigkeit eines vordefinierten Entscheidungskriteriums, wie z.B. der Energieeffizienz (z.B. Wege, Kräfte, Beschleunigungen), des Arbeitsraums (z.B. Bewegungsfreiheit der Arbeitsmaschine), eines Faktorverfahrens (z.B. Aufteilung der Bewegung anhand vorgegebener Funktionen), des Gefahrenpotenzials (z.B. Abstand zu Personen oder Gegenständen), den verbliebenen Freiheitsgraden der Arbeitsmaschine (d.h. z.B. die Bewegung wird so umgesetzt, dass die Bewegungsfreiheitsgrade, die meist durch Anschläge begrenzt sind, geringstmöglich oder wenig eingeschränkt werden und so für folgende Bewegungen große oder maximale Verstellreserven vorliegen) oder eine Optimierungsroutine, die genannte Maßnahmen kombiniert oder aus der Analyse vorheriger Bewegungsvorgänge eine optimale oder verbesserte Bewegungsform auswählt, wie die Bewegung ausgeführt werden kann.
Als Transformation kann beispielsweise (in 2) eine Rotation des Koordinatensystems um einen Winkel ξ = 180° – α – β erfolgen:
Für komplexere Transformationen kann die Helmert-Transformation beispielsweise herangezogen werden, um den Ausgangsvektor (lokal am Bediener) in den Eingangsvektor (transformierten Vektor) an der Arbeitsmaschine zu transformieren (z.B. nicht benötigte Parameter können entfallen). X_T = C + μRX
Dabei ist X_t der transformierte Vektor (z.B. in einem an die Arbeitsmaschine angepassten Koordinatensystem), X der Ausgangsvektor (z.B. in einem bedienerseitigen Koordinatensystem), C der Verschiebungsvektor (z.B. enthält die drei Verschiebungen der Koordinatenachsen), µ der Maßstabsfaktor und r die Drehmatrix (z.B. besteht aus drei Drehwinkeln r_x, r_y, r_z beispielsweise für eine geringfügige Drehung um die Koordinatenachsen).
Durch das Erfassen der Orientierung des Bedieners kann beispielsweise die Orientierung (Winkel ξ) direkt als Stellbefehl (z.B. Bediener dreht sich und auch längliches Gut der Arbeitsmaschine dreht sich) dienen, wenn die Ausrichtung des Arbeitsgeräts im Raum eine Rolle spielt. Dies kann z.B. bei Greifern, Baggerschaufeln oder Arbeitsgeräten der Fall sein, die sich beim Drehen des Bedieners entsprechend der geänderten lokalen Koordinaten ausrichten. Zum Trimmen dieser Ausrichtung kann beispielsweise mindestens ein Bedienelement (z.B. ein Drehknopf) vorgesehen sein, um einen konstanten Winkel zum Bediener (z.B. Greifer längs oder quer) einzustellen.
Durch ein beispielsweise kugelförmiges Bedienelement, welches sich elastisch in alle sechs Freiheitsgrade (x, y, z und Drehung um diese Achsen) bewegen lässt (z.B. sog. Spaceball, Raumball), kann das Arbeitsgerät (z.B. Greifer) an der Arbeitsmaschine beliebig orientiert werden. Die 5a bis 5c zeigen eine Ausführung eines Bedienelements für die Ausrichtung eines Arbeitsgeräts entlang aller 6 Freiheitsgrade (DOF, degree of freedom).
Weitere Bedienelemente für Funktionen des Arbeitsgeräts können auf analoge Weise auf die Bedienlogik (z.B. lokale Koordinaten und Transformation auf das Arbeitsgerät bezogene Koordinaten) aufbauen. So kann sich z.B. ein Greifer entsprechend lokal orientierter Bedienvorgaben adaptieren (z.B. öffnen oder schließen).
Die Position und Orientierung des Bedieners kann auch durch weitere Methoden bestimmt werden. Beispielsweise kann eine GPS-Position (globales Positioniersystem) des Bediengeräts, der Arbeitsmaschine und/oder eines Kompass bestimmt werden, wobei bei Kranfahrzeugen beispielsweise das GPS-Modul eines Navigationsgeräts genutzt werden kann. Alternativ kann ein separates Sende-Empfangsgerät, welches an einem beliebigen Ort im oder in der Nähe des Arbeitsraums der Arbeitsmaschine aufgestellt ist, dessen relative (oder absolute) Position zur Arbeitsmaschine durch eine initialisierende Routine eingemessen werden kann und die Position des Bedieners durch Triangulation bestimmt werden kann, verwendet werden. Optional können beispielsweise auch mindestens zwei Sensoren an möglichst weit beabstandeten Orten im Bedienteil verwendet werden, die durch Signallaufzeiten, Empfangsrichtung und/oder Signalstärke Position und Orientierung des Bedieners bestimmen können. Ferner können alternativ oder zusätzlich auch separate Sensoren, Signalsende- und Empfangsvorrichtungen am Bediener (z.B. Kleidung, Helm, Brille) verwendet werden. Alternativ kann eine Bilderkennung an der Arbeitsmaschine, am Arbeitsgerät, welches den Bediener immer im Blickfeld hält, oder an einer exponierten Stelle (z.B. Laufkatze) von oben auf den Bediener blickend, verwendet werden.
An der Bedienvorrichtung kann optional beispielsweise ein Umschalter vorgesehen sein, um von der lokal orientierten Bedienlogik auf die Arbeitsmaschinen orientierte Bedienlogik (z.B. direkte Betätigung der Aktuatoren) umzuschalten.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Erfassung von Stellbefehlen durch Bewegung des Bedieners oder des Bediengeräts. Ein Verfahren zur Bestimmung eines Stellbefehls kann ähnlich der Positionsbestimmung implementiert werden. Bei dem Verfahren kann durch die Signalverarbeitung, die zur Absicherung und Plausibilisierung mit einem Sensor die Stellgröße auf zwei unterschiedliche Methoden parallel ermitteln und abgleichen.
Für die Auswertung und Interpretation eines Stellbefehls durch ein am Körper des Bedieners befestigtes Bediengerät kann ein Zustandsbeobachter oder eine modellbasierte Regelung vorgesehen sein.
Es kann beispielsweise ein Bedienelement implementiert werden, das Körperbewegungen (z.B. Hand, Arm oder Kopf), ausgehend von einer zuvor definierten Neutrallage, als Bedienvorgabe für Position oder Orientierung der Arbeitsmaschine erfasst (wie in 4a und 4b angedeutet). Dies kann z.B. durch sensorisch bestückte Bekleidung oder Schutzausrüstung (z.B. Handschuh, Helm, Brille) erfolgen oder durch tragbare Bedienelemente, deren (z.B. weg-, geschwindigkeits- oder beschleunigungsabhängige) Auslenkung aus der Neutrallage ein Stellbefehl darstellt. Die Neutrallage ist dabei beispielsweise eine relative Ruhelage, die sich aus einem zeitlich einstellbaren, gleitenden Effektivwert der Absolutposition im Raum ergeben kann (d.h. befindet sich das Element beispielsweise längere Zeit in Ruhe, kann diese Position eine neue Neutrallage werden). Das Bedienelement kann zur Erfassung von Lageänderungen beispielsweise mindestens drei unterschiedlich orientierte Beschleunigungssensoren, Kreisel oder Gyroskope aufweisen.
So kann beispielsweise das Maximum der Geschwindigkeit während einer Relativbewegung, die Länge (z.B. Strecke und Zeit) der Relativverschiebung eine konstante oder gedämpft abklingende oder proportionale Bewegung der Arbeitsmaschine einleiten. Eine konstant eingeleitete Verstellbewegung kann z.B. durch eine gleichartige (z.B. bezüglich Größe und Intensität) gegensinnige Bewegung des Bedienelements gestoppt werden. Alternativ kann ein drucksensitives Element am Bedienelement vorgesehen sein, mit dem jegliche Bewegung gestoppt werden kann. Gleichzeitig kann dieser oder ein weiteres Bedienelement das Zurücksetzen der Neutralposition bewirken.
Zur Berechnung einer Stellgröße (z.B. Eingabegröße des Bedienelements) kann ein Echtzeitmodell des Bediengeräts (z.B. Regelstrecke) berechnet werden (z.B. im Zustandsraum) und mit den gemessenen Ausgangssignalen y (z.B. Beschleunigungssensordaten) abgeglichen werden. Zusammen mit einem Beobachtermodell kann ein Regelkreis gebildet werden, der zusätzlich zu den gemessenen Größen (z.B. modale Beschleunigungen), relative Verschiebungen oder Geschwindigkeiten (z.B. Zustandsgrößen) ausgeben kann.
Zur weiteren Vereinfachung kann das tragbare Bedienelement eine miniaturisierte und/oder abstrahierte Form des Arbeitsgeräts darstellen, das sich wie das reale Gerät verstellen lässt. Die Verstellung am miniaturisierten, als Bedienelement funktionierenden Arbeitsgerät kann durch das reale Arbeitsgerät umgesetzt werden, während Restriktionen in der Verstellbarkeit dem Bediener durch rückwirkende Kräfte (z.B. Force Feedback, Kraftrückkopplung) mitgeteilt werden können.
Als Beispiel kann eine Erkennung der Armbewegung durch bedienerfeste Beschleunigungssensorik erfolgen. Die Armbewegung kann, wie zuvor beschrieben, als Stellbefehl interpretiert werden (z.B. Arm anheben entspricht Ladung anheben) dabei kann der Sensor sowohl für die Ermittlung der statischen Auslenkung des Arms als auch zur Berechnung eines menschlichen Körpermodells benutzt werden.
In 4a und 4b ist ein Beispiel für eine Ausrichtung eines bedienerseitigen Koordinatensystems entlang eines Oberarms eines Bedieners gezeigt. 4c zeigt passend dazu eine Darstellung im Zustandsraum. Ergänzung Erfindungsmeldung. In anderen Worten, 4a bis 4c zeigen einen Ansatz zur Bestimmung der Armbewegung des Bedieners 402.
Wird das Beschleunigungssignal z.B. in x-Richtung beispielsweise mit einem Tiefpass gefiltert (oder bildet man einen gleitenden Effektivwert), so kann man mit den Anteil der Erdbeschleunigung g_x erhalten.
Aus den geltenden geometrischen Beziehungen lässt sich die Auslenkung des Arms 404 aus der Vertikalen ermitteln.
Gleichzeitig kann das beispielsweise mit einem Hochpass gefilterte Beschleunigungssignal (oder Signal abzüglich X .._stat) für die Bewegungsgleichung des Arms verwendet werden. Es gilt dann beispielsweise:
Dabei stellt φ den Winkel zwischen Oberarm und Gravitationskraft, x ein Distanz entlang der x-Achse eines Koordinatensystems mit Ursprung am Ellbogen, L eine Länge des Oberarms, θ eine Konstante, c eine Federkonstante und d eine Dämpferkonstante dar.
Die letzte Gleichung ist beispielsweise als Teil der Zustandsraumdarstellung nicht zwingend erforderlich, kann jedoch die Darstellung im Blockschaltbild vereinfachen, wie es in 4c als Beispiel für ein Blockschaltbild mit Korrekturterm gezeigt ist.
Dabei ist x der Zustandsvektor, x‘ der differenzierte Zustandsvektor der Zustandsvariablen (z.B. φ), 1/s ein regelungstechnisch angedeutetes Integral, A die Systemmatrix der Zustandsvariablen und L ein Korrekturterm.
Durch Differenzbildung mit dem gemessenen Zustandsvektor x_Mess, in dem Fall der Winkel der Armauslenkung (welcher auf eine andere Weise mit dem beispielsweise gleichen Sensor bestimmt wurde), kann z.B. ein Korrekturterm L eingeführt werden, um die Fehler beider Systeme auszugleichen.
Die Zustandsraumdarstellung eignet sich beispielsweise, wenn das bedient System (z.B. Gerät oder bedienerfeste Sensorik) ein Mehrgrößen- oder Mehrkörpersystem bildet.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und in den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Obwohl manche Aspekte der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschritts zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details bzw. Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals
110: Empfangseinrichtung
112: Positionssignal
114: Bediensignal
120: Prozessor
122: Steuersignal
130: Ausgabeeinrichtung
202: Bediener
204: Bedienelement
206: Arbeitsmaschine
208: Ausleger
210: Laufkatze
220: Sender und/oder Empfänger
301: Beidhandzone
302: Einhandzone
303: erweiterte Einhandzone
402: Bediener
404: Oberarm eines Bedieners
502: Bedienelement
504: Steuerelement
506: Greifer
600: Verfahren zum Erzeugen eines Steuersignals
610: Empfangen eines Positionssignals
620: Empfangen eines Bediensignals
630: Erzeugen eines Steuersignals
640: Bereitstellen des Steuersignals
700: Vorrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals
702: erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung
704: zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung
710: Empfangseinrichtung
712: erstes Positionssignal
714: zweites Positionssignal
720: Prozessor
722: Steuersignal
730: Ausgabeeinrichtung
800: Vorrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals
802: Funkverbindung
810: erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung
820: zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung
830: Prozessor
1100: Verfahren zum Erzeugen eines Steuersignals
1110: Empfangen eines ersten Positionssignals
1120: Empfangen eines zweiten Positionssignals
1130: Erzeugen eines Steuersignals
1140: Bereitstellen des Steuersignals

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2007/0156280 A1 [0003]
US 2010/0116767 A1 [0004]

Claims

Eine Vorrichtung (700, 800) zum Erzeugen eines Steuersignals (722) zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, mit folgenden Merkmalen: einer Empfangseinrichtung (710), die ausgelegt ist, um ein erstes Positionssignal (712) von einer ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (702, 810) und ein zweites Positionssignal von einer zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (704, 820) zu empfangen, wobei die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (702, 810) unabhängig von der zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung ist (704, 820), wobei das erste Positionssignal (712) Informationen über eine Position und eine Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eine Position und eine Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine aufweist, wobei das zweite Positionssignal (714) Informationen über die Position und die Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder die Position und die Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine aufweist, einem Prozessor (720, 830), der ausgelegt ist, um basierend auf den Informationen des ersten Positionssignals (712) und den Informationen des zweiten Positionssignals (714) ein Steuersignal (722) zur Steuerung der Arbeitsmaschine zu erzeugen, sodass die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal (722) steuerbar ist; und einer Ausgabeeinrichtung (730), die ausgelegt ist, um das erzeugte Steuersignal (722) bereitzustellen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das erste Positionssignal (712) Informationen über eine absolute Position und eine absolute Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eine absolute Position und eine absolute Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der absoluten Position und der absoluten Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder der absoluten Position und der absoluten Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine aufweist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Positionssignal (712) durch eine Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (702, 810) erzeugbar ist, die ausgelegt ist, um die Informationen über die Position und die Orientierung des Bedienelements oder des Bedieners basierend auf einem GPS-Verfahren, einem Funkortungsverfahren oder einem Bilderkennungsverfahren zu bestimmen.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Positionssignal (714) Informationen zur Berechnung einer relativen Position und einer relativen Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine aufweist, wobei der Prozessor (720, 830) ausgelegt ist, um basierend auf einer früheren absoluten Position und einer früheren absoluten Orientierung und den Informationen zur Berechnung der relativen Position und der relativen Orientierung des zweiten Positionssignals (714) eine vom zweiten Positionssignal (714) abhängige aktuelle absolute Position und eine vom zweiten Positionssignal (714) abhängige aktuelle absolute Orientierung zu berechnen und das Steuersignal (722) basierend auf der vom zweiten Positionssignal (714) abhängigen aktuellen absoluten Position und der vom zweiten Positionssignal (714) abhängigen aktuellen absoluten Orientierung zu erzeugen.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Positionssignal (714) durch eine Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (704, 820) erzeugbar ist, die ausgelegt ist, um die Informationen zur Berechnung der relativen Position und der relativen Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine basierend auf Beschleunigungssensordaten von Beschleunigungssensoren des Bedienelements bereitzustellen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der Prozessor (720, 830) ausgelegt ist, um bei der Berechnung der vom zweiten Positionssignal (714) abhängigen aktuellen absoluten Position und der vom zweiten Positionssignal (714) abhängigen aktuellen absoluten Orientierung eine Abweichung von einer von der ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (702, 810) bestimmten absoluten Position und einer von der ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (702, 810) bestimmten absoluten Orientierung zu berücksichtigen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der Prozessor (720, 830) ausgelegt ist, um eine Abweichung der vom zweiten Positionssignal (714) abhängigen aktuellen absoluten Position und der vom zweiten Positionssignal (714) abhängigen aktuellen absoluten Orientierung von der von der ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (702, 810) bestimmten absoluten Position und der von der ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (702, 810) bestimmten absoluten Orientierung durch eine Verknüpfung der Positionen und Orientierungen über virtuelle Federn oder Dämpfer zu reduzieren oder unter einem Grenzwert zu halten.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (702, 810) ausgelegt ist, um die frühere absolute Position und die frühere absolute Orientierung zu bestimmen und durch das erste Positionssignal (712) bereitzustellen.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der Prozessor (720, 830) ausgelegt ist, um die vom zweiten Positionssignal (714) abhängige aktuelle absolute Position und die vom zweiten Positionssignal (714) abhängige aktuelle absolute Orientierung basierend auf einer Differenz zwischen in dem zweiten Positionssignal (714) enthaltenen Beschleunigungswerten des Bedienelements und basierend auf den Informationen des ersten Positionssignals (712) berechneten Beschleunigungswerten zu berechnen.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der Prozessor (720, 830) ausgelegt ist, um bei der Berechnung der vom zweiten Positionssignal (714) abhängigen aktuellen absoluten Position und die vom zweiten Positionssignal (714) abhängigen aktuellen absoluten Orientierung Störeinflüsse auf eine Bestimmung der Informationen des ersten Positionssignals (712) oder des zweiten Positionssignals (714) zu berücksichtigen.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (702, 810) ausgelegt ist, um die Informationen des ersten Positionssignals (712) basierend auf einem absoluten Positionsbestimmungsverfahrens zu bestimmen, wobei die zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (704, 820) ausgelegt ist, um die Informationen des zweiten Positionssignals (714) basierend auf einem relativen Positionsbestimmungsverfahrens zu bestimmen.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (702, 810) und die zweite Positionsinformationsbestimmungseinrichtung (704, 820) ausgelegt sind, um die Informationen des ersten Positionssignals (712) und die Informationen des zweiten Positionssignals (714) basierend auf unterschiedlichen Positionsbestimmungsverfahren zu bestimmen.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Empfangseinrichtung (710) ausgelegt ist, um ein Bediensignal von einem Bedienelement der Arbeitsmaschine zu empfangen, wobei die Informationen über die Orientierung Informationen über eine Orientierung eines bedienerseitigen Koordinatensystems an einer Position des Bedienelements oder an einer Position eines Bedieners entsprechen, wobei das Bediensignal Informationen über eine von einem Bediener gewünschte Bewegung der Arbeitsmaschine bezüglich des bedienerseitigen Koordinatensystems aufweist; wobei der Prozessor (720, 830) ausgelegt ist, um ein von einer absoluten Orientierung des bedienerseitigen Koordinatensystems bezüglich einer zu der Arbeitsmaschine festen Bezugsrichtung abhängiges Steuersignal (722) zur Steuerung der Arbeitsmaschine basierend auf einer Koordinatentransformation von Informationen über zumindest die Orientierung und des Bediensignals oder davon abhängigen Informationen von dem bedienerseitigen Koordinatensystem in ein auf zumindest einen Bewegungsfreiheitsgrad der Arbeitsmaschine angepasstes Koordinatensystem zu erzeugen, sodass durch die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal (722) die gewünschte Bewegung durchführbar ist, um ein Arbeitsziel des Arbeitseinsatzes der Arbeitsmaschine während einer Bedienung der Arbeitsmaschine durch den Bediener zu erreichen.
Arbeitsmaschine mit einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Arbeitsmaschine eine mobile oder ortsgebundene Baumaschine, insbesondere ein Kran, ein Kranfahrzeug, ein Bagger oder ein Greifer, ist.
Verfahren (1100) zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, mit folgenden Schritten: Empfangen (1110) eines ersten Positionssignals von einer ersten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung, wobei das erste Positionssignal Informationen über eine Position und eine Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder eine Position und eine Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder der Position und der Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine aufweist; Empfangen (1120) eines zweiten Positionssignals von einer zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung, wobei das zweite Positionssignal Informationen über die Position und die Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder die Position und die Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine oder Informationen zur Berechnung der Position und der Orientierung eines Bedienelements der Arbeitsmaschine oder der Position und der Orientierung eines Bedieners der Arbeitsmaschine aufweist, wobei die erste Positionsinformationsbestimmungseinrichtung unabhängig von der zweiten Positionsinformationsbestimmungseinrichtung ist; Erzeugen (1130) eines Steuersignals zur Steuerung der Arbeitsmaschine basierend auf den Informationen des ersten Positionssignals und den Informationen des zweiten Positionssignals, sodass die Arbeitsmaschine basierend auf dem Steuersignal steuerbar ist; und Bereitstellen (1140) des erzeugten Steuersignals.