DE102014212480A1

DE102014212480A1 - Method and control device for controlling a working arm of a construction machine and construction machine

Info

Publication number: DE102014212480A1
Application number: DE102014212480.8A
Authority: DE
Inventors: Joachim Breidert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2015-12-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Arbeitsarms (104) einer Baumaschine (100). Das Verfahren weist einen Schritt des Einlesens, einen Schritt des Koppelns und einen Schritt des Umsetzens auf. Im Schritt des Einlesens werden eine erste Bedienhebelstellung (304) und eine zweite Bedienhebelstellung (306) von einer Bedienerschnittstelle (119) der Baumaschine (100) eingelesen. Im Schritt des Koppelns werden die erste Bedienhebelstellung (304) und die zweite Bedienhebelstellung (306) unter Verwendung einer Koppelvorschrift miteinander gekoppelt, um eine Vertikalvorgabe (408) und eine Horizontalvorgabe (410) für einen Werkzeugdrehpunkt (114) der Baumaschine (100) zu erhalten. Im Schritt des Umsetzens werden die Vertikalvorgabe (408) und die Horizontalvorgabe (410) unter Verwendung einer Umsetzungsvorschrift umgesetzt, um eine erste Volumenstromanforderung (412) für einen Stielzylinder (112) des Arbeitsarms (104) und eine zweite Volumenstromanforderung (414) für einen Auslegerzylinder (110) des Arbeitsarms (104) zu erhalten.The present invention relates to a method for driving a working arm (104) of a construction machine (100). The method comprises a step of reading, a step of coupling, and a step of converting. In the reading-in step, a first operating lever position (304) and a second operating-lever position (306) are read in by an operator interface (119) of the construction machine (100). In the docking step, the first control lever position (304) and the second control lever position (306) are coupled together using a coupling law to provide a vertical guidance (408) and a horizontal guidance (410) for a tool pivot point (114) of the construction machine (100) , In the step of converting, the vertical set point (408) and the horizontal set point (410) are converted using a conversion rule to a first volume flow request (412) for a stick cylinder (112) of the work arm (104) and a second volume flow request (414) for a boom cylinder (110) of the working arm (104).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ansteuern eines Arbeitsarms einer Baumaschine, auf ein Steuergerät zum Ansteuern eines Arbeitsarms einer Baumaschine sowie auf eine Baumaschine. The present invention relates to a method for driving a working arm of a construction machine, to a control device for actuating a working arm of a construction machine and to a construction machine.

Die EP 0 650 544 B1 beschreibt ein koordiniertes Steuern eines Arbeitsgeräts. The EP 0 650 544 B1 describes a coordinated control of a working device.

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Ansteuern eines Arbeitsarms einer Baumaschine, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet sowie schließlich eine Baumaschine gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, with the approach presented here, a method for driving a working arm of a construction machine, furthermore a control unit which uses this method and finally a construction machine according to the main claims are presented. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Dem vorgestellten Ansatz liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Bedienung von mobilen Arbeitsmaschinen, insbesondere Baggern vereinfacht und erleichtert werden kann. Hierdurch können die Einlernzeiten verringert und weniger gut geschultes Personal für Bedienaufgaben eingesetzt werden. The presented approach is based on the finding that the operation of mobile machines, especially excavators can be simplified and facilitated. As a result, learning times can be reduced and less well-trained personnel can be used for operating tasks.

Es wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Arbeitsarms einer Baumaschine vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen einer ersten Bedienhebelstellung und einer zweiten Bedienhebelstellung von einer Bedienerschnittstelle der Baumaschine;
Koppeln der ersten Bedienhebelstellung und der zweiten Bedienhebelstellung unter Verwendung einer Koppelvorschrift, um eine Vertikalvorgabe und eine Horizontalvorgabe für einen Werkzeugdrehpunkt der Baumaschine zu erhalten; und
Umsetzen der Vertikalvorgabe und der Horizontalvorgabe unter Verwendung einer Umsetzungsvorschrift, um eine erste Volumenstromanforderung für einen Stielzylinder des Arbeitsarms und eine zweite Volumenstromanforderung für einen Auslegerzylinder des Arbeitsarms zu erhalten. A method for driving a working arm of a construction machine is presented, the method comprising the following steps:
Reading in a first operating lever position and a second operating lever position from an operator interface of the construction machine;
Coupling the first operating lever position and the second operating lever position using a coupling rule to obtain a vertical default and a horizontal default for a tool turning point of the construction machine; and
Converting the vertical bias and the horizontal default using a translation rule to obtain a first volume flow request for a stick cylinder of the work arm and a second volume flow request for a boom cylinder of the work arm.

Weiterhin wird ein Steuergerät zum Ansteuern eines Arbeitsarms einer Baumaschine vorgestellt, wobei das Steuergerät die folgenden Merkmale aufweist:
eine Schnittstelle zum Einlesen einer ersten Bedienhebelstellung und einer zweiten Bedienhebelstellung von einer Bedienerschnittstelle der Baumaschine;
eine Koppeleinrichtung zum Koppeln der ersten Bedienhebelstellung und der zweiten Bedienhebelstellung unter Verwendung einer Koppelvorschrift, um eine Vertikalvorgabe und eine Horizontalvorgabe für einen Werkzeugdrehpunkt der Baumaschine zu erhalten; und
eine Umsetzeinrichtung zum Umsetzen der Vertikalvorgabe und der Horizontalvorgabe unter Verwendung einer Umsetzungsvorschrift, um eine erste Volumenstromanforderung für einen Stielzylinder des Arbeitsarms und eine zweite Volumenstromanforderung für einen Auslegerzylinder des Arbeitsarms zu erhalten. Furthermore, a control device for driving a working arm of a construction machine is presented, wherein the control device has the following features:
an interface for reading in a first operating lever position and a second operating lever position from an operator interface of the construction machine;
a coupling device for coupling the first control lever position and the second control lever position using a coupling rule to obtain a vertical default and a horizontal default for a tool turning point of the construction machine; and
a conversion device for converting the vertical default and the horizontal default using a conversion rule to obtain a first volume flow request for a handle cylinder of the working arm and a second volume flow request for a boom cylinder of the working arm.

Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. In the present case, a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains various functions of the control unit. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Ferner wird eine Baumaschine mit einem Steuergerät zum Ansteuern eines Arbeitsarms der Baumaschine gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt. Further, a construction machine is presented with a control device for driving a working arm of the construction machine according to the approach presented here.

Unter einer Baumaschine kann ein Bagger verstanden werden. Insbesondere kann unter der Baumaschine ein Hydraulikbagger mit einem zumindest zweiteiligen Arbeitsarm verstanden werden. Ein erster Teil des Arbeitsarms kann als Ausleger bezeichnet werden und ist über zumindest einen Auslegerzylinder bewegbar gegenüber einem Oberwagen der Baumaschine. Ein zweiter Teil des Arbeitsarms kann als Stiel bezeichnet werden und ist über zumindest einen Stielzylinder bewegbar gegen über dem Ausleger. Der Arbeitsarm weist eine Schnittstelle zu einem Werkzeug beziehungsweise Anbaugerät auf. Das Werkzeug/Anbaugerät ist um einen Werkzeugdrehpunkt drehbar. Eine Bedienerschnittstelle kann zumindest zwei Bedienhebel beziehungsweise Joysticks aufweisen. Die Bedienhebel weisen je zumindest zwei Bedienrichtungen auf. Eine erste Bedienhebelstellung eines der Bedienhebel repräsentiert eine vertikale Bewegungsvorgabe für den Werkzeugdrehpunkt. Eine zweite Bedienhebelstellung eines der Bedienhebel repräsentiert eine horizontale Bewegungsvorgabe für den Werkzeugdrehpunkt. Ein Koppeln kann ein Beeinflussen zumindest einer der Bewegungsvorgaben durch die jeweils andere Bewegungsvorgabe sein. Ein Umsetzen kann ein Transformieren der Bewegungsvorgaben von den Bedienhebeln in Bewegungsanforderungen für die Hydraulikzylinder sein. Eine Volumenstromanforderung kann ein Steuersignal für ein Hydraulikventil sein. Under a construction machine, an excavator can be understood. In particular, under the construction machine, a hydraulic excavator with an at least two-part working arm can be understood. A first part of the working arm may be referred to as a boom and is movable over at least one boom cylinder relative to an uppercarriage of the construction machine. A second part of the working arm may be referred to as a handle and is movable over at least one stem cylinder relative to the boom. The working arm has an interface to a tool or attachment. The tool / attachment is rotatable about a tool pivot point. An operator interface can have at least two control levers or joysticks. The operating levers each have at least two operating directions. A first control lever position of one of the control levers represents a vertical motion default for the tool pivot point. A second control lever position of one of the control levers represents a horizontal motion specification for the tool pivot point. A coupling can be an influencing of at least one of the motion specifications by the respective other motion specification. Implementation may be transforming the motion constraints from the control levers into motion requests for the hydraulic cylinders. A volumetric flow demand may be a control signal for a hydraulic valve.

Bei Baggern hat sich heute die „Eurosteuerung" weitestgehend durchgesetzt. Daneben gibt es noch weitere Arten der Joystickbelegung bei Baggern. Unabhängig von der Art der Joystickbelegung werden bei allen bisherigen Baggersteuerungen die Zylinder direkt angesteuert. Um die Baggerbedienung zu vereinfachen können die Geschwindigkeits- bzw. Positionskoordinaten mit den Joystickauslenkungen vorgegeben werden. Dies kann als Koordinatensteuerung bezeichnet werden. In dredging today, the "euro control" has largely prevailed even more types of joystick occupancy in excavators. Regardless of the type of joystick occupancy, the cylinders are directly controlled in all previous excavator controls. In order to simplify the excavator operation, the speed or position coordinates can be specified with the joystick deflections. This can be referred to as coordinate control.

Kern der Erfindung ist eine Steuerung für Bagger. Im Unterschied zum Stand der Technik werden mit den Joysticks nicht mehr die Geschwindigkeiten für die einzelnen Koordinaten vorgegeben, sondern die resultierende Geschwindigkeit und die Richtung der Bewegung. The core of the invention is a control for excavators. In contrast to the prior art, the joysticks no longer specify the speeds for the individual coordinates, but rather the resulting velocity and the direction of the movement.

Die Koordinatensteuerung erleichtert im Vergleich zur konventionellen Baggersteuerung, bei der die Zylinder direkt angesteuert werden, die Bedienung für den Baggerführer. Maßgeblich hierfür ist, dass der Baggerführer nur noch die Geschwindigkeitsvorgabe für den Löffeldrehpunkt (Tool-Center-Point, TCP) über die X-Koordinate und Y-Koordinate vorgeben muss, statt der Geschwindigkeitsvorgaben für drei Zylinder (mit Konstanthalten des Winkels zwischen Löffel und der Horizontalen). Bei der Koordinatensteuerung ist es erforderlich, dass der Fahrer die Geschwindigkeit in X-Richtung und Y-Richtung koordiniert vorgibt, um den Tool-Center-Point entlang einer geraden Trajektorie zu verfahren, die zur Horizontalen geneigt ist (wie z. B. bei Böschungen). The coordinate control facilitates the operation for the excavator operator in comparison to the conventional excavator control, in which the cylinders are controlled directly. This is because the excavator operator only has to set the speed setting for the tool center point (TCP) over the X coordinate and Y coordinate, instead of the speed settings for three cylinders (with the angle between the bucket and the angle constant) horizontal). Coordinate control requires the operator to coordinate the velocity in the X and Y directions in order to move the tool center point along a straight trajectory that is inclined to the horizontal (such as for embankments ).

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

1 eine Darstellung eines Baggers mit einer konventionellen Baggersteuerung; 1 a representation of an excavator with a conventional excavator control;

2 eine Darstellung eines Baggers mit einer Koordinatensteuerung; 2 a representation of an excavator with a coordinate control;

3 eine Darstellung eines Baggers mit einer Koordinatensteuerung mit Master-Slave-Kopplung des Y-Joysticksignals an das X-Signal gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3 a representation of an excavator with a coordinate control with master-slave coupling of the Y-joystick signal to the X-signal according to an embodiment of the present invention;

4 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts zum Ansteuern eines Arbeitsarms einer Baumaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 a block diagram of a control device for driving a working arm of a construction machine according to an embodiment of the present invention;

5 eine Darstellung eines Aufbaus zur Kopplung der Y- an die X-Koordinatenvorgabe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 5 a representation of a structure for coupling the Y to the X coordinate default according to an embodiment of the present invention;

6 eine Darstellung einer Kopplung der Y-Koordinate an die X-Koordinate mit einer zusätzlichen Skalierung des X-Koordinatensignals gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 6 a representation of a coupling of the Y-coordinate to the X-coordinate with an additional scaling of the X-coordinate signal according to an embodiment of the present invention;

7 eine Darstellung begrenzter maximaler Bahngeschwindigkeiten bei kombinierten Bewegungen mit horizontalen und vertikalen Anteilen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 7 a representation of limited maximum web speeds in combined movements with horizontal and vertical portions according to an embodiment of the present invention; and

8 eine Darstellung gleichbleibender maximaler Bahngeschwindigkeit bei kombinierten Bewegungen mit horizontalen und vertikalen Anteilen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 8th a representation of constant maximum web speed in combined movements with horizontal and vertical portions according to an embodiment of the present invention.

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

1 zeigt eine Darstellung eines Baggers 100 mit einer konventionellen Baggersteuerung 102. Der Bagger 100 ist als hydraulischer Mobilbagger 100 ausgeführt. Der Bagger 100 weist ein Fahrgestell mit Rädern auf, auf dem ein Oberwagen um eine vertikale Achse horizontal drehbar angeordnet ist. An dem Oberwagen ist ein Arbeitsarm 104 gelagert, der um eine horizontale Achse drehbar ist. Der Arbeitsarm 104 ist zweiteilig ausgeführt. Der Arbeitsarm 104 weist einen Ausleger 106 und einen Stiel 108 auf. Der Ausleger 106 ist mit dem Oberwagen verbunden. Der Stiel 108 ist um eine horizontale Achse drehbar an dem Ausleger 106 gelagert. Der Ausleger 106 wird von zumindest einem Auslegerzylinder 110 bewegt. Der Stiel 108 wird durch zumindest einen Stielzylinder 112 bewegt. An einem vom Oberwagen abgewandten Ende des Arbeitsarms 104 ist ein Werkzeugdrehpunkt 114 angeordnet. In dem Werkzeugdrehpunkt 114 ist hier eine Baggerschaufel als Werkzeug des Baggers 100 drehbar gelagert. Die Baggersteuerung 102 wird durch einen linken Joystick 116 und einen rechten Joystick 118 betätigt. Die Joysticks 116, 118 sind eine Bedienerschnittstelle 119 des Baggers 100. Über die Joysticks 116, 118 kontrolliert ein Fahrer des Baggers 100 die Bewegungen des Baggers 100. Die Joysticks 116, 118 sind zumindest zweiachsig ausgeführt. Bei der konventionellen Baggersteuerung 102 steuert eine erste Bewegungsachse des linken Joysticks 116 eine Drehbewegung des Oberwagens sowie eine zweite Bewegungsachse des linken Joysticks 116 eine Bewegung des Stiels 108. Eine erste Bewegungsachse des rechten Joysticks 118 steuert eine Bewegung der Schaufel, eine zweite Bewegungsachse des rechten Joysticks 118 steuert die Bewegung des Auslegers 106. 1 shows a representation of an excavator 100 with a conventional excavator control 102 , The excavator 100 is as a hydraulic wheeled excavator 100 executed. The excavator 100 has a chassis with wheels on which a superstructure is arranged horizontally rotatable about a vertical axis. On the superstructure is a working arm 104 mounted, which is rotatable about a horizontal axis. The working arm 104 is made in two parts. The working arm 104 has a boom 106 and a stalk 108 on. The boom 106 is connected to the superstructure. The stem 108 is rotatable about a horizontal axis on the boom 106 stored. The boom 106 is from at least one boom cylinder 110 emotional. The stem 108 is through at least one stem cylinder 112 emotional. At an end of the working arm facing away from the upper car 104 is a tool pivot 114 arranged. In the tool pivot 114 Here is a bucket as a tool of the excavator 100 rotatably mounted. The excavator control 102 is through a left joystick 116 and a right joystick 118 actuated. The joysticks 116 . 118 are an operator interface 119 of the excavator 100 , About the joysticks 116 . 118 controls a driver of the excavator 100 the movements of the excavator 100 , The joysticks 116 . 118 are at least biaxial executed. In the conventional excavator control 102 controls a first movement axis of the left joystick 116 a rotational movement of the upper carriage and a second axis of movement of the left joystick 116 a movement of the stem 108 , A first Movement axis of the right joystick 118 controls a movement of the bucket, a second axis of movement of the right joystick 118 controls the movement of the boom 106 ,

2 zeigt eine Darstellung eines Baggers 100 mit einer Koordinatensteuerung 200. Der Bagger 100 entspricht dabei dem Bagger in 1. Bei der Koordinatensteuerung 200 kontrolliert weiter die erste Bewegungsachse des linken Joysticks 116 die Drehung des Oberwagens, während die erste Bewegungsachse des rechten Joysticks 118 auch hier die Bewegung der Schaufel steuert. Im Gegensatz zur konventionellen Steuerung steuert die zweite Bewegungsachse des linken Joysticks 116 eine X-Koordinate des Arbeitsarms 104 während die zweite Bewegungsachse des rechten Joysticks 118 eine Y-Koordinate des Arbeitsarms 104 steuert. Auslenkung der beiden Joysticks 116, 118 um die zweite Bewegungsachse werden durch eine X-Y-Regelung in Bewegung Anforderungen für den Auslegerzylinder 110 sowie den Stielzylinder 112 umgesetzt. 2 shows a representation of an excavator 100 with a coordinate control 200 , The excavator 100 corresponds to the excavator in 1 , In the coordinate control 200 continues to control the first movement axis of the left joystick 116 the rotation of the upper carriage, while the first axis of movement of the right joystick 118 here too controls the movement of the shovel. In contrast to the conventional control, the second movement axis controls the left joystick 116 an X-coordinate of the working arm 104 while the second axis of motion of the right joystick 118 a Y-coordinate of the working arm 104 controls. Deflection of the two joysticks 116 . 118 Requirements for the boom cylinder are made by the XY control in motion around the second axis of motion 110 as well as the stem cylinder 112 implemented.

Bei einer mobilen Arbeitsmaschine 100 z. B. einem Bagger 100, ist es mittlerweile möglich das Werkzeug am Baggerarm 104 anhand der Vorgabe der XY-Koordinaten zu steuern, was als Koordinatensteuerung des Tool Center Points 114 (TCP) bezeichnet wird. In a mobile work machine 100 z. B. an excavator 100 , it is now possible the tool on the excavator 104 Control the XY coordinates as a coordinate control of the Tool Center Point 114 (TCP) is called.

3 zeigt eine Darstellung eines Baggers 100 mit einem Steuergerät 300 zur Koordinatensteuerung mit Master-Slave-Kopplung 302 des Y-Joysticksignals 304 an das X-Signal 306 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Bagger 100 entspricht dem Bagger in den 1 und 2. Dabei werden das Y-Signal 304 und das X-Signal 306 in dem Steuergerät 300 gekoppelt, um eine Bewegungsrichtung 308 und eine Bewegungsgeschwindigkeit 310 des Werkzeugdrehpunkts 114 zu steuern. 3 shows a representation of an excavator 100 with a control unit 300 for coordinate control with master-slave coupling 302 of the Y-joystick signal 304 to the X signal 306 according to an embodiment of the present invention. The excavator 100 corresponds to the excavator in the 1 and 2 , This will be the Y signal 304 and the X signal 306 in the control unit 300 coupled to a direction of movement 308 and a movement speed 310 of the tool pivot point 114 to control.

Gemäß der Erfindung wird ein weiterer Steuerungsmodus vorgeschlagen, bei dem die XY-Koordinaten gekoppelt sind. So kann der Benutzer z. B. einen Winkel und eine Geschwindigkeit 310 der Bewegung 308 des TCP 114 vorgeben. According to the invention, another control mode is proposed in which the XY coordinates are coupled. So the user can z. As an angle and a speed 310 the movement 308 of the TCP 114 pretend.

4 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuergeräts 300 zum Ansteuern eines Arbeitsarms einer Baumaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Steuergerät 300 ist dazu ausgebildet, in einer Baumaschine, wie sie in den 1 bis 3 abgebildet ist, verbaut zu werden. Das Steuergerät 300 weist eine Schnittstelle 402 zum Einlesen, eine Koppeleinrichtung 404 sowie eine Umsetzeinrichtung 406 auf. Die Schnittstelle 402 ist dazu ausgebildet, eine erste Bedienhebelstellung 304 des linken Joysticks 116 und eine zweite Bedienhebelstellung 306 des rechten Joysticks 118 von einer Bedienerschnittstelle 119 der Baumaschine einzulesen. Die Koppeleinrichtung 404 ist dazu ausgebildet, die erste Bedienhebelstellung 304 und die zweite Bedienhebelstellung 306 unter Verwendung einer Koppelvorschrift zu koppeln, um eine Vertikalvorgabe 408 und eine Horizontalvorgabe 410 für einen Werkzeugdrehpunkt der Baumaschine zu erhalten. Die Umsetzeinrichtung 406 ist dazu ausgebildet, die Vertikalvorgabe 408 und die Horizontalvorgabe 410 unter Verwendung einer Umsetzungsvorschrift umzusetzen, um eine erste Volumenstromanforderung 412 für einen Stielzylinder des Arbeitsarms und eine zweite Volumenstromanforderung 414 für einen Auslegerzylinder des Arbeitsarms zu erhalten. 4 shows a block diagram of a controller 300 for driving a working arm of a construction machine according to an embodiment of the present invention. The control unit 300 is trained to work in a construction machine, as in the 1 to 3 pictured is to be installed. The control unit 300 has an interface 402 for reading, a coupling device 404 as well as a conversion device 406 on. the interface 402 is adapted to a first operating lever position 304 of the left joystick 116 and a second control lever position 306 of the right joystick 118 from an operator interface 119 to read in the construction machine. The coupling device 404 is designed to the first operating lever position 304 and the second control lever position 306 to couple using a coupling rule to a vertical default 408 and a horizontal preset 410 to get for a tool pivot of the construction machine. The converting device 406 is designed to the vertical specification 408 and the horizontal preset 410 implementing a conversion rule to obtain a first volume flow request 412 for a stick cylinder of the working arm and a second volume flow request 414 to get for a boom cylinder of the working arm.

Um den Werkzeugdrehpunkt insbesondere auf einer Geraden bewegen zu können, kann die erste Bedienhebelstellung 304 unter Verwendung der zweiten Bedienhebelstellung 306 und einer ersten Koppelvorschrift angepasst werden, um die Vertikalvorgabe 408 zu erhalten. Dabei kann entweder die Vertikalvorgabe 408 unverändert der ersten Bedienhebelstellung 304 entsprechen oder es kann die Horizontalvorgabe 410 unverändert der zweiten Bedienhebelstellung 306 entsprechen. To be able to move the tool turning point in particular on a straight line, the first operating lever position 304 using the second control lever position 306 and a first coupling rule to the vertical default 408 to obtain. Either the vertical default 408 unchanged the first control lever position 304 or it can be the horizontal preset 410 unchanged the second control lever position 306 correspond.

Um den Werkzeugdrehpunkt rein vertikal bewegen zu können, kann die zweite Bedienhebelstellung 306 unter Verwendung der ersten Bedienhebelstellung 304 und einer zweiten Koppelvorschrift angepasst werden, um die Horizontalvorgabe 410 zu erhalten. To be able to move the tool turning point purely vertically, the second operating lever position can 306 using the first control lever position 304 and a second coupling rule adapted to the horizontal default 410 to obtain.

Die Koppelvorschriften können eine Skalierung einer der Bedienhebelstellungen 304, 306 unter Verwendung der jeweils anderen Bedienhebelstellung 304, 306 beinhalten. Die Skalierung kann durch eine Multiplikation der Bedienhebelstellungen erfolgen. Bei Multiplizieren kann ein Vorzeichen der Bedienhebelstellungen 304, 306 berücksichtigt werden. The coupling instructions can scale one of the control lever positions 304 . 306 using the other control lever position 304 . 306 include. Scaling can be done by multiplying the control lever positions. When multiplying, a sign of the control lever positions 304 . 306 be taken into account.

Der Ansatz einer „Master-Slave-Kopplung" von X-Joystickvorgabe 306 und Y-Joystickvorgabe 304 zielt darauf ab, die Bedienbarkeit für den Fahrer weiter zu vereinfachen und die kognitive Belastung zu reduzieren. Dabei wird über eine Joystickvorgabe, beispielsweise die X-Koordinate 306 die Geschwindigkeit vorgegeben und über die andere Joystickvorgabe, beispielsweise die Y-Koordinate 304 die Steigung der Bewegung. Dies ist insbesondere bei Bewegungsbeginn und Bewegungsende vorteilhaft, da die Joysticks 119 nicht mehr koordiniert bewegt werden müssen. Zum plan Ziehen einer Böschungsschräge wird der Joystick 116 für die Y-Koordinate entsprechend der gewünschten Neigung ausgelenkt. Anschließend wird der Joystick 118 für die X-Koordinate ausgelenkt und damit die Geschwindigkeit der Bewegung vorgegeben. The approach of a "master-slave coupling" of X-joystick specification 306 and Y-joystick preset 304 aims to further simplify driver usability and reduce cognitive load. This is done via a joystick preset, such as the X coordinate 306 set the speed and the other joystick input, such as the Y-coordinate 304 the slope of the movement. This is particularly advantageous at the beginning of movement and movement end, since the joysticks 119 no longer have to be moved in a coordinated way. The joystick will be used to draw a sloping slope 116 deflected for the Y-coordinate according to the desired inclination. Subsequently, the joystick 118 deflected for the X-coordinate and thus dictated the speed of movement.

5 zeigt eine Darstellung eines Aufbaus eines Steuergeräts 300 zur Kopplung der Y-Koordinatenvorgabe 304 an die X-Koordinatenvorgabe 306 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Steuergerät 300 entspricht im Wesentlichen dem Steuergerät in 4. Die Y-Koordinatenvorgabe 304 und die X-Koordinatenvorgabe 306 werden von der Benutzerschnittstelle 119 eingelesen. Die Y-Koordinatenvorgabe 304 wird mit der X-Koordinatenvorgabe 306 über eine Multiplikation 502 Y* = X·Y zu der Vertikalvorgabe 408 verarbeitet. Die Horizontalvorgabe 410 ergibt sich unmittelbar aus der X-Koordinatenvorgabe 306. Die Umsetzeinrichtung 406 ist als X-Y-Regelung ausgeführt. 5 shows a representation of a structure of a control device 300 for coupling the Y coordinate specification 304 to the X coordinate preset 306 according to an embodiment of the present invention. The control unit 300 corresponds essentially to the control unit in 4 , The Y coordinate default 304 and the X coordinate preset 306 be from the user interface 119 read. The Y coordinate default 304 becomes with the X coordinate preset 306 about a multiplication 502 Y * = X · Y to the vertical default 408 processed. The horizontal default 410 results directly from the X-coordinate default 306 , The converting device 406 is designed as XY control.

In einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Kopplung 502 der Y-Koordinatenvorgabe 304 an die X-Koordinatenvorgabe 306 unter Berücksichtigung des Vorzeichens der X-Koordinatenvorgabe 306. dabei entspricht die Koppelvorschrift 502 Y* = ||X||·sign(X)·Y. In one embodiment, the coupling is done 502 the Y coordinate default 304 to the X coordinate preset 306 taking into account the sign of the X-coordinate default 306 , while the coupling rule corresponds 502 Y * = || X || · sign (X) · Y.

Zur Kopplung der Koordinatenvorgaben gibt es mehrere Möglichkeiten, die sich in Komplexität und resultierendem Verhalten unterscheiden. For the coupling of the coordinate specifications, there are several possibilities that differ in complexity and resulting behavior.

Beispielsweise kann die Y-Koordinatenvorgabe 304 für eine senkrechte Bewegung des Tool-Center-Points, TCP an die X-Koordinatenvorgabe 306 als horizontale Bewegung des TCP gekoppelt werden. Das normierte Joysticksignal 306 der X-Koordinate wird mit dem Signal 304 der Y-Koordinate im einfachsten Fall multiplikativ verknüpft. For example, the Y coordinate preset 304 for a vertical movement of the tool center point, TCP to the X coordinate default 306 be coupled as a horizontal movement of the TCP. The standardized joystick signal 306 the X coordinate will be with the signal 304 the Y coordinate multiplicatively linked in the simplest case.

Diese Variante eignet sich besonders dann, wenn das Werkzeug am Arbeitsarm auf einer geneigten Geraden vor und zurück bewegt werden soll, da die Y-Joystickauslenkung 304 beim Vorbewegen und Zurückbewegen des Werkzeuges nicht gewechselt werden muss. This variant is particularly suitable when the tool is to be moved back and forth on the working arm on an inclined straight line, since the Y-joystick deflection 304 does not need to be changed when advancing and moving back the tool.

Die aufgrund der Joystickauslenkung resultierenden Arbeitsarmbewegungen weichen bei der hier vorgestellten Variante von der heute in Europa üblichen Joystickbelegung ab. Bei der in Europa üblichen Joystickbelegung führen ein Ziehen des Y-Koordinaten-Joysticks 116 zum Anheben des Auslegers und ein Drücken zum Absenken. Um dieses Verhalten beizubehalten, kann das Vorzeichen des X-Signals 306 bei der Kopplung des Y-Signals 304 an das X-Signal 306 berücksichtigt werden. The movements of the work arm resulting from the joystick deflection deviate from the joystick usage that is common in Europe today. The usual joystick assignment in Europe causes a dragging of the Y-coordinate joystick 116 for raising the boom and pressing for lowering. To maintain this behavior, the sign of the X signal may be 306 at the coupling of the Y-signal 304 to the X signal 306 be taken into account.

Dabei ist die größte mögliche Steigung durch das Verhältnis von maximalem Joysticksignal von X-Koordinate und Y-Koordinate begrenzt. Das kann vermieden werden, wenn die Größe der normierten steigungsbestimmenden Koordinate dazu verwendet wird, die geschwindigkeitsbestimmende Koordinate durch lineares Skalieren zu reduzieren. Durch diese Maßnahme kann das Werkzeug am Arbeitsarm auch rein vertikale Bewegungen ausführen. The maximum possible slope is limited by the ratio of the maximum joystick signal from the X coordinate and the Y coordinate. This can be avoided if the size of the normalized slope-determining coordinate is used to reduce the rate-determining coordinate by linear scaling. By this measure, the tool on the working arm can also perform purely vertical movements.

Alternativ kann bei den vorherigen Varianten die X-Koordinate als steigungsbestimmende Koordinate an die Y-Koordinate als geschwindigkeitsbestimmende Koordinate gekoppelt werden. Ebenso können die steigungs- und geschwindigkeitsbestimmenden Koordinaten vor Bewegungsbeginn gewechselt bzw. getauscht werden. Dabei kann das Joysticksignal, dessen Joystick zuerst ausgelenkt wurde geschwindigkeitsbestimmend sein. Alternativ kann das Joysticksignal, dessen Joystick zuerst ausgelenkt wurde steigungsbestimmend sein. Alternatively, in the previous variants, the X-coordinate can be coupled as a slope-determining coordinate to the Y-coordinate as a velocity-determining coordinate. Likewise, the pitch and velocity determining coordinates can be changed or swapped prior to the start of the movement. The joystick signal, whose joystick was first deflected, can be speed-determining. Alternatively, the joystick signal whose joystick was first deflected may be pitch-determining.

6 zeigt eine Darstellung einer Kopplung 502 der Y-Koordinate 304 an die X-Koordinate 306 mit einer zusätzlichen Skalierung 600 des X-Koordinatensignals 306 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Kopplung 502 und die Skalierung 600 sind Bestandteil eines Steuergeräts 300 zum Ansteuern eines Arbeitsarms einer mobilen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Y-Koordinatenvorgabe 304 und die X-Koordinatenvorgabe 306 werden von der Benutzerschnittstelle 119 eingelesen. Die X-Koordinatenvorgabe 306 zum Koppeln mit der Y-Koordinatenvorgabe 304 wird vor der Skalierung 600 abgezweigt. Die Y-Koordinatenvorgabe 304 zum Skalieren der X-Koordinatenvorgabe 306 wird vor der Koppelung 502 abgezweigt. Beim Skalieren wird die Koppelvorschrift X* = X·(1 –||Y||) verwendet. 6 shows a representation of a coupling 502 the Y coordinate 304 to the X coordinate 306 with an additional scaling 600 of the X coordinate signal 306 according to an embodiment of the present invention. The coupling 502 and the scaling 600 are part of a control unit 300 for driving a working arm of a mobile machine according to an embodiment of the present invention. The Y coordinate default 304 and the X coordinate preset 306 be from the user interface 119 read. The X-coordinate default 306 for coupling with the Y coordinate default 304 will be before scaling 600 diverted. The Y coordinate default 304 to scale the X coordinate preset 306 will be before the coupling 502 diverted. When scaling, the coupling rule X * = X · (1 - || Y ||) is used.

In einem Ausführungsbeispiel wird die Kopplung 502 der Y-Koordinate 304 an die X-Koordinate 306 nichtlinear ausgeführt. Dazu wird Y* = X·sin(||Y||·π/2) verwendet. Zusätzlich wird das X-Koordinatensignal 306 ebenfalls nichtlinear skaliert. Dazu wird X* = X·cos(||Y||·π/2) verwendet. In one embodiment, the coupling becomes 502 the Y coordinate 304 to the X coordinate 306 nonlinear. For this, Y * = X * sin (|| Y || · π / 2) is used. In addition, the X coordinate signal becomes 306 also scaled non-linearly. For this, X * = X * cos (|| Y || · π / 2) is used.

7 zeigt eine Darstellung begrenzter maximaler Bahngeschwindigkeiten 700 bei kombinierten Bewegungen mit horizontalen Anteilen 702 und vertikalen Anteilen 704 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die horizontalen Anteile 702 können als Geschwindigkeit 702 in X-Richtung bezeichnet werden. Die vertikalen Anteile 704 können als Geschwindigkeit 704 in Y-Richtung bezeichnet werden. Die Bahngeschwindigkeiten 700 sind in einem orthogonalen Koordinatensystem dargestellt, das auf der Abszisse die Geschwindigkeit 702 in X-Richtung und auf der Ordinate die Geschwindigkeit 704 in Y-Richtung angetragen hat. Dabei erfolgt eine lineare Kopplung der Y-Koordinate an die X-Koordinate mit einer zusätzlichen linearen Skalierung der X-Koordinatensignale, wie es in 6 dargestellt ist. Aufgrund der linearen Kopplung und Skalierung ergibt sich eine Grenzgeschwindigkeit 706, die die resultierenden maximalen Bahngeschwindigkeiten 700 einschränkt. 7 shows a representation of limited maximum web speeds 700 in combined movements with horizontal proportions 702 and vertical proportions 704 according to an embodiment of the present invention. The horizontal parts 702 can as speed 702 in the X direction. The vertical parts 704 can as speed 704 in the Y direction. The web speeds 700 are shown in an orthogonal coordinate system, the abscissa on the speed 702 in the X direction and on the ordinate the speed 704 in the Y direction. In this case, a linear coupling of the Y-coordinate to the X-coordinate takes place with an additional linear scaling of the X-coordinate signals, as shown in FIG 6 is shown. Due to the linear coupling and scaling results in a limit speed 706 that the resulting maximum web speeds 700 limits.

Bei dem hier vorgestellten Ansatz ist die Reduktion des X-Koordinatensignals linear an die Y-Koordinatenvorgabe gekoppelt. Dies führt dazu, dass die maximale Bahngeschwindigkeit bei horizontaler oder vertikaler Bewegung erreicht werden kann. Um das auszugleichen, kann eine nichtlineare Übertragungsfunktion zur Bestimmung des reduzierten X-Koordinatensignals verwendet werden. Die resultierende maximale Bahngeschwindigkeit ist in 8 dargestellt. Vorteilhaft bei dieser Lösung ist, dass die Feinfühligkeit bei stark ausgeprägter horizontaler bzw. vertikaler Bewegung verbessert ist. In the approach presented here, the reduction of the X coordinate signal is linear to the Y coordinate. Coordinate specification coupled. This results in that the maximum web speed can be achieved with horizontal or vertical movement. To compensate, a nonlinear transfer function may be used to determine the reduced X coordinate signal. The resulting maximum web speed is in 8th shown. The advantage of this solution is that the sensitivity is improved with pronounced horizontal or vertical movement.

8 zeigt eine Darstellung gleichbleibender maximaler Bahngeschwindigkeit 700 bei kombinierten Bewegungen mit horizontalen Anteilen 702 und vertikalen Anteilen 704 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bahngeschwindigkeiten 700 sind dargestellt, wie in 7. Die gleichbleibenden Bahngeschwindigkeiten 700 werden durch eine nichtlineare Kopplung der Y-Koordinate an die X-Koordinate mit einer zusätzlichen nichtlinearen Skalierung der X-Koordinatensignale erreicht. Dadurch ist die Grenzgeschwindigkeit 706 in alle Bewegungsrichtungen des Werkzeugdrehpunkts gleich. 8th shows a representation of constant maximum web speed 700 in combined movements with horizontal proportions 702 and vertical proportions 704 according to an embodiment of the present invention. The web speeds 700 are shown as in 7 , The constant web speeds 700 are achieved by non-linear coupling of the Y coordinate to the X coordinate with an additional non-linear scaling of the X coordinate signals. This is the limit speed 706 in all directions of movement of the tool rotation equal.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. The exemplary embodiments shown are chosen only by way of example and can be combined with one another.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100 100: Baumaschine, Bagger Construction machine, excavator
102 102: Baggersteuerung excavator control
104 104: Arbeitsarm working arm
106 106: Ausleger boom
108 108: Stiel stalk
110 110: Auslegerzylinder boom cylinder
112 112: Stielzylinder stick cylinder
114 114: Werkzeugdrehpunkt Arm center
116 116: linker Joystick left joystick
118 118: rechter Joystick right joystick
119 119: Bedienerschnittstelle Operator Interface
200 200: Koordinatensteuerung coordinate control
300 300: Steuergerät control unit
302 302: Kopplung coupling
304 304: erste Bedienhebelstellung first control lever position
306 306: zweite Bedienhebelstellung second control lever position
308 308: Bewegungsrichtung movement direction
310 310: Bewegungsgeschwindigkeit movement speed
402 402: Schnittstelle interface
404 404: Koppeleinrichtung coupling device
406 406: Umsetzeinrichtung Transcriber
408 408: Vertikalvorgabe vertical default
410 410: Horizontalvorgabe Horizontal default
412 412: erste Volumenstromanforderung first volume flow request
414 414: zweite Volumenstromanforderung second volume flow request
502 502: Multiplikation multiplication
600 600: Skalierung scaling
700 700: Bahngeschwindigkeiten web speeds
702 702: horizontale Anteile horizontal proportions
704 704: vertikale Anteile vertical shares
706 706: Grenzgeschwindigkeit limit speed

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0650544 B1 [0002]

Claims

Method for activating a working arm ( 104 ) of a construction machine ( 100 ), the method comprising the steps of: reading a first operating lever position ( 304 ) and a second control lever position ( 306 ) from an operator interface ( 119 ) of the construction machine ( 100 ); Coupling the first control lever position ( 304 ) and the second control lever position ( 306 ) using a coupling rule to obtain a vertical constraint ( 408 ) and a horizontal preset ( 410 ) for a tool turning point ( 114 ) of the construction machine ( 100 ) to obtain; and implementing the vertical specification ( 408 ) and the horizontal preset ( 410 ) using a conversion rule to generate a first volume flow request ( 412 ) for a stem cylinder ( 112 ) of the working arm ( 104 ) and a second volume flow request ( 414 ) for a boom cylinder ( 110 ) of the working arm ( 104 ) to obtain.

Method according to claim 1, wherein in the step of coupling the first control lever position ( 304 ) using the second control lever position ( 306 ) and a first coupling rule ( 502 ) is adjusted to the vertical preset ( 408 ) to obtain.

Method according to one of the preceding claims, in which, in the step of coupling, the second operating lever position ( 306 ) using the first control lever position ( 304 ) and a second coupling rule ( 600 ) is adjusted to the horizontal preset ( 410 ) to obtain.

Method according to one of the preceding claims, wherein in the step of coupling at least one of the coupling rules ( 502 . 600 ) a scaling of one of the control lever positions ( 304 . 306 ) using the other control lever position ( 304 . 306 ) includes.

Method according to one of the preceding claims, wherein in the step of coupling at least one of the coupling rules ( 502 . 600 ) a multiplication of the control lever positions ( 304 . 306 ) includes.

Method according to one of the preceding claims, wherein in the step of coupling at least one of the coupling rules ( 502 . 600 ) a signed multiplication of the control lever positions ( 304 . 306 ) includes.

Method according to one of the preceding claims, in which, in the step of coupling, the vertical specification ( 408 ) as the first control lever position ( 304 ) and / or the horizontal default ( 710 ) as the second operating lever position ( 306 ) is determined.

Control unit ( 300 ) for driving a working arm ( 104 ) of a construction machine ( 100 ), whereby the control unit ( 300 ) has the following features: an interface ( 402 ) for reading in a first control lever position ( 304 ) and a second control lever position ( 306 ) from an operator interface ( 119 ) of the construction machine ( 100 ); a coupling device ( 404 ) for coupling the first control lever position ( 304 ) and the second control lever position ( 306 ) using a coupling rule to obtain a vertical constraint ( 408 ) and a horizontal preset ( 410 ) for a tool turning point ( 114 ) of the construction machine ( 100 ) to obtain; and a conversion device ( 406 ) for implementing the vertical specification ( 408 ) and the horizontal preset ( 410 ) using a conversion rule to generate a first volume flow request ( 412 ) for a stem cylinder ( 112 ) of the working arm ( 104 ) and a second volume flow request ( 414 ) for a boom cylinder ( 110 ) of the working arm ( 104 ) to obtain.

Construction machine ( 100 ) with a control device ( 300 ) according to claim 8 for driving a working arm ( 104 ) of the construction machine ( 100 ).