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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von Anbaugeräten für ein Anbaufahrzeug und ein mobiles Kommunaltechniksystem mit automatischer Hindernisdetektion für verschiene Anbaugeräte und unterschiedliche Anbaufahrzeuge, d. h. für verschieden große Trägerfahrzeuge, welche Straßen, Wege und Plätze reinigen, Straßenränder mähen, Hecken schneiden, oder sonstige Pflegearbeiten verrichten können.
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Bislang ist es üblich und bekannt, dass Anbaugeräte in der Kommunaltechnik, jeweils von dem Fahrer eines Fahrzeuges aus, durch geeignete Bedienelemente, wie Bewegen, Schalten und/oder Halten über Steuerhebel oder Steuerknüppel, beziehungsweise Bedientasten oder Bedienknöpfe direkt per Hand bedient werden. Dabei werden die jeweils angeordneten Anbaugeräte in die gewünschte Arbeitsposition bewegt und eingeschalten. Dabei muss der Bediener seine Aufmerksamkeit teilen, weil er ja zum einem den Arbeitsvorgang des Anbaugerätes und den Raum in dem des Anbaugerät arbeitet, überwachen, kontrollieren und den Arbeitsvorgang händig steuern muss, als auch zum anderem in der Regel sich im öffentlichen Straßenverkehr bewegt und ebenfalls darauf reagieren muss. Zudem kann er, wenn er sich nicht seitlich, wie bei einigen älteren Fahrzeugen üblich, neben dem Fahrzeug befindet und von dort den Arbeitsvorgang steuert, den Abarbeitungsraum nur schlecht vom Inneren des Führerhauses überwachen. So werden durch schlechte Sicht und bedingt durch Bedienungsfehler immer wieder die Arbeitsgeräte beschädigt oder es werden zum Beispiel Straßenbegrenzungspfähle aus ihren Halterungen gerissen oder zerstört. Deshalb sind solche Arbeiten nur mit hoher Sorgfalt durchführbar indem die Arbeitsgeräte mehrfach schrittweise verfahren werden und wobei ein kontinuierliches Abarbeiten nur selten möglich ist. Dies bedeutet einen erheblich längeren Zeitaufwand wie er eigentlich erforderlich wäre.
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Als Beispiel für ein übliches von Hand zu betätigendes Kommunaltechniksystem sei die technische Lösung genannt, welche in der
DE 195 02 010 A1 beschrieben wurde. Dieses selbstständig verfahrbare Anbaugerät zum Entfernen von Wildkrautbewuchs auf Straßen und Plätzen besitzt ein quer zur Fahrtrichtung hin- und hergehendes Bauteil mit auf den Boden gerichteten Bürstenelementen, welche beim Betrieb gegen den Boden gedrückt werden. Diese Anbaugeräte benötigen einen großen Platzbedarf, sind unhandlich in der Handhabung und ermöglichen nur einen begrenzten Arbeitsbereich. Außerdem ist deren Anbau und Demontage sehr aufwändig und erfordert bei der Bedienung erhebliche Aufmerksamkeit und eine sichere Handhabung der händigen Bedienungselemente.
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Aus den Bereich der Randstreifenmähgeräte sind andere technische Lösungen bekannt, bei denen ein Mähkopf an einem freien Ende eines oder mehrerer Auslegerarme geführt wird, wobei der Ausleger mittels verschiedener aufwändiger Konstruktionen an einem Trägerfahrzeug befestigt ist, welches neben dem zu mähenden Randbereich auf der Straße oder auf Gehwegen fährt. Der Auslegerarm ist in der Regel dabei so verschwenkbar, dass die Stellung und Lage des Mähkopfes in Bezug zum Trägerfahrzeug variiert werden kann. Hier gibt es eine Vielzahl unterschiedlichster Konstruktionen, wobei auch einige das Mähen hinter fest installierten Leitplanken ermöglichen. Solch eine Lösung ist aus der
DE 20 2010 011 917 U1 bekannt, in der ein Randstreifenmäher mit mindestens einem Auslagerarm beschrieben wird, wo der Auslagerarm aus zwei relativ zueinander verschwenkbaren Armteilen aufgebaut ist um die gewünschten Mähaufgaben erledigen zu können. Dabei ist im Anschluss an eine Knickarmkonstruktion ein Viergelenk angeordnet an dem ein weiterer zusätzlicher Schwenkarm, an dem der eigentliche Mähkopf befestigt ist, verschwenkbar um eine vertikale Achse angekoppelt ist. Diese Lösung ist konstruktiv sehr aufwändig, wenig verwindungssteif und durch die Vielzahl von mechanisch bewegten Teilen gekennzeichnet, welche zu einem erhöhten Verschleiß der einzelnen Gelenke führen dürfte. Auch bei diesen Lösungen ist der Bedienungsaufwand sehr hoch zumal hier oftmals der Bediener den Arbeitsbereich gar nicht vollständig einsehen kann. Hier ist keine automatische Hindernisdetektion möglich und der Bediener muss die Arbeiten von Hand steuern.
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In der
DE 102 18 702 B4 ist ein weiteres als Frontgerät ausgeführtes schwenkbewegliches Auslegermähwerk beschrieben. Zwar ist hier zur Stellbewegung des Mähkopfes nur ein einzelner Betätigungszylinder
12 angeordnet, aber es erfolgt beim Anlegen gegen ein Hindernis ein Andruck über einen Gasdruckdämpfer
19, welcher gleichzeitig als Anfahrschutz dient. Dadurch soll ein Ummähen des Hindernisses in relativ kurzer Zeit ermöglicht werden. Erst nach dem Ummähen wird dann der Mähkopf in eine Ausgangslage wieder zurück geführt. In dieser speziellen Lösung wird in der Normalarbeitsstellung das Auslegermähwerk entgegen der Fahrtrichtung geführt und bei Anfahrt an ein Hindernis wird dabei rückschwenkend der Mähvorgang ausgeführt. Auch diese Lösung ist konstruktiv aufwendig, nicht unterbrechungsfrei und erfordert eine aufwändige Bedienung von Hand.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein universelles Verfahren zum Steuern von Anbaugeräten für ein Anbaufahrzeug und mobiles Kommunaltechniksystem mit automatischer Hindernisdetektion zu schaffen, wobei verschiedene Anbaugeräte automatisch erkannt werden, in Abhängigkeit von dem jeweils gerade angekoppelten Anbaugerät vollautomatisch die gerätespezifischen Arbeiten genauer und schneller als von Hand durch geführt werden können, wobei das System kompakt und konstruktiv einfach aufgebaut, wartungsarm ist, die Anbaugeräte vollautomatisch gesteuert werden und die Arbeitssicherheit verbessert wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des ersten und vierten Patentanspruches gelöst. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern von Anbaugeräten für ein Anbaufahrzeug mit automatischer Hindernisdetektion nutzt, wie an sich bekannt alle Daten, die einem Steuerrechner des Fahrzeuges über ein angeschlossenes GPS-System zur Verfügung gestellt werden. Dazu ist das in einem Steuerrechner hinterlegten Steuerprogramm so geschrieben, das diese Daten auswertbar den entsprechenden Schnittstellen des Programms zur Verfügung gestellt und die daraus generierten Betätigungsbefehle in Abstimmung mit den anderen Daten an die Konstruktionselemente zur Positionierung und Lageveränderung ausgegeben werden können. Im Inneren der Führerhauses ist zur Überwachung des Verfahrens ein Einhandbedienarm mit einem üblichen Bedientableau angeordnet und mit einer zentralen Verarbeitungseinheit verschalten. In dieser zentralen Verarbeitungseinheit sind alle Anbaugeräte-spezifische-Gerätedaten und Anbaufahrzeug-spezifische-Fahrzeugdaten für verschiedene Anbaugeräte hinterlegt und werden zur Weiterverarbeitung und zur Steuerung bereitgestellt. Der zentralen Verarbeitungseinheit werden ebenfalls alle Anbaugeräte-spezifischen-Lagedaten, welche von verteilt angeordneten Sensoren an den verfahr- oder verschwenkbaren aktiv beweglichen Konstruktionselementen des Anbaugerätes ermittelt und bereitgestellt werden, aufschaltet. Zusätzlich werden auch der zentralen Verarbeitungseinheit alle Raum-spezifische-Raumdaten, welche von einem am Anbaufahrzeug angeordneten Laserscanner, welcher mit wenigstens drei Laserstrahlen den Fahrbereich und den Arbeitsbereich abtasten und dabei Arbeitsflächen und Hindernisse erfassen, ermittelt und bereitgestellt werden, aufgeschaltet.
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In der zentralen Verarbeitungseinheit werden diese Gerätedaten, Fahrzeugdaten, Lagedaten und Raumdaten ständig in Echtzeit erfasst, ausgewertet, gewichtet, geprüft und verglichen. Das in der zentralen Verarbeitungseinheit hinterlegte Steuerprogramm errechnet aus allen Daten und hinterlegten Parametern daraus ein Anbaugeräte-spezifisches-Arbeitsprogramm, welches über einen Steuerblock sowohl die Konstruktionselemente zur Positionierung und Lageveränderung des Arbeitsgerätes und/oder das Arbeitverfahren vollautomatisch steuert. Bei Bedarf kann zusätzlich auch das Fahren des Anbaufahrzeuges selbst vollautomatisch gesteuert werden. Es können zusätzlich alle Arbeitsgänge aufzeichnet und überwacht werden.
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Um ein möglichst sicheres und universell einsetzbares Verfahren zum Steuern von Anbaugeräten für ein Anbaufahrzeug bereitstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn mindestens 20 verschiedene Daten durch den Laserscanner und die Sensoren am/im Fahrzeug oder an/in den Anbaugeräten in Echtzeit ermittelt, bereitgestellt und im Steuerprogramm in Echtzeit verarbeitet werden.
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Beim Verfahren zum Steuern von Anbaugeräten für ein Anbaufahrzeug ist es sinnvoll, wenn an allen die Lageposition verändernden Konstruktionselementen Sensoren zur Weg-, Zeit-, Winkelmessung und Neigungsmessung angeordnet sind, diese Daten ständig in Echtzeit ermittelt werden und mittels eines hinterlegten Steuerprogramms das Anbaugerät dann automatisch gesteuert wird.
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An das mobiles Kommunaltechniksystem für Anbaugeräte für ein Anbaufahrzeug mit automatischer Hindernisdetektion, ist, wie bekannt ein geeignetes GPS-System angeschlossen, welches mit mindestens einem integrierten Steuerrechner und einem Einhandbedienarm mit einem zugehörigen Bedientableau, verbunden ist. Am Anbaufahrzeug ist, wie üblich im Frontbereich an geeigneter Stelle, von wo die Last des Anbaugerätes in die Fahrgestellkonstruktion des Anbaufahrzeuges abgeleitet werden kann, eine Anbauplatte befestigt, an welcher ein Tragrahmen angeordnet ist. Am Tragrahmen ist ein Tragschlitten verfahrbar befestigt, wobei am Tragschlitten ein Tragarm mit einem mehrgliedrigen Tragarmausleger angeordnet und angelenkt ist. An dessen Ende ist ein Anbaukopf mit einem schnellwechselbarer Anbauadapter und einem Anbauarm angelenkt.
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An mindestens einer Stelle des Anbaugerätes ist ein Steuerblock zur Hydrauliksteuerung angeordnet. Der Steuerblock ist dabei sehr feinfühlig und mit sehr geringen Reaktionszeiten ausgebildet. Von Vorteil ist es zudem, wenn der Steuerblock so angeordnet ist, dass möglichst kurze Hydraulikschläuche zur Betätigung der bewegungsrelevanten, die Lageposition verändernden Konstruktionselementen anzuordnen sind um auch hier möglichst geringe Reaktionszeiten ist für die Steuersignale des Anbaugerätes zu ermöglichen. Des Weiteren ist am oder im Anbaufahrzeug oder Führerhaus neben dem im Bedienbereich des Fahrers angeordneten Einhandbedienarm, der Verarbeitungseinheit und dem GPS-Gerät, an geeigneter Stelle zumindest ein Laserscanner angeordnet. An den bewegungsrelevanten, die Lageposition verändernden Konstruktionselementen sind ebenfalls an geeigneten Stellen Weg- oder Weg/Zeitmesssysteme und/oder Winkelmesssysteme und/oder Magnetmesssysteme und/oder sonstige Sensoren angeordnet. Durch diese Sensoren können alle bewegungs- und lagerelevanten Daten in Echtzeit ermittelt und der Verarbeitungseinheit in Echtzeit auf geschalten werden. Mit diesem Aufbau und dem zugehörigen Verfahren ist möglich bei solch einem Kommunaltechniksystem für Anbaugeräte für ein Anbaufahrzeug, sowohl eine automatische Hindernisdetektion umzusetzen, als auch durch die entsprechenden wirkenden Regelsysteme eine automatische Steuerung des jeweils gerade angebauten Arbeitsgerätes zu realisieren. Der vom jeweils gerade angebauten Anbaugerät durchzuführende Arbeitsprozess kann damit vollautomatisch gesteuert werden, so dass der Fahrer des Anbaufahrzeuges nur noch eine Überwachungsfunktion ausüben muss. Der große Vorteil besteht insbesondere darin, das menschliche Bedienungsfehler ausgeschlossen und die abzuarbeitenden Arbeitsprozesse erheblich schneller als bisher durchgeführt werden können. Das mobile Kommunaltechniksystem ist konstruktiv sehr einfach und wartungsarm aufgebaut und sehr kompakt bauend. Durch die sehr umfangreichen Detektiermöglichkeiten diese Kommunaltechniksystems können plötzliche Störungen im Arbeitsraum der Anbaugeräte sofort erkannt und die Anbaugeräte abgeschaltet werden, wodurch sich sowohl die Arbeitssicherheit verbessert als auch Verletzungen unbeteiligter Personen verhindert werden.
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Von Vorteil ist es beim mobilen Kommunaltechniksystem für Anbaugeräte für ein Anbaufahrzeug, wenn der Laserscanner am Anbaufahrzeug oder am Führerhaus seitlich, in der Höhe oder gegebenenfalls auch nach vorn oder hinten verfahrbar ausgebildet ist. Dadurch lässt sich bei Bedarf die Genauigkeit der Hindernisdetektion verbessern.
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Die Erfindung soll nachstehend in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die 1 zeigt eine seitliche Abbildung eines erfindungsgemäßen mobilen Kommunaltechniksystems und die Anordnung der bewegungsrelevanten, die Lageposition verändernden Konstruktionselemente in einer Ausführung eines Frontgeräteträgers mit einem daran angebauten Gießarm an einem Anbaufahrzeug 1. An den bewegungsrelevanten, die Lageposition verändernden Konstruktionselementen des Frontgeräteträgers sind in geeignet Art und Weise an verschiedenen Punkten Sensoren so angeordnet, dass alle Gerätedaten, Fahrzeugdaten, Lagedaten und Raumdaten ständig in Echtzeit erfasst, ausgewertet und ins Verhältnis gesetzt und verglichen werden können. Das Anbaufahrzeug ist, wie an sich bekannt mit einer Gestellkonstruktion am vorderen Fahrzeugrahmen unterhalb des Führerhauses 2 ausgestattet, an der eine standardisierte Anbauplatte 3 zum Anbau verschieden konstruktiv ausgeführter Frontgeräteträger mit den aktiven bewegungsrelevanten, die Lageposition verändernden Konstruktionselementen angeordnet ist. Im Führerhaus 2 im Inneren im Bedienbereich des Fahrers ist ein Einhandbedienarm 13 mit einem Bedientableau und einem multifunktionellen Joystick angeordnet (nicht gezeichnet).
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Gleichfalls nicht gezeichnet sind wahlweise im Fahrzeuginneren oder bevorzugt an einer geeigneten Stelle im oder am Frontgeräteträger eine zentrale Verarbeitungseinheit 15 und ein GPS-System 16 angeordnet und untereinander verschaltet. Der zentralen Verarbeitungseinheit 15. mit einem im Fahrzeuginneren angeordneten und gekoppelten Einhandbedienarm, sind alle Sensoren an den bewegungsrelevanten, die Lageposition verändernden Konstruktionselementen aufgeschaltet. Die Sensoren können je nach Konstruktionselement als Weg- oder Weg/Zeitmesssysteme, oder als Winkelmesssysteme, oder als Magnetmesssysteme oder als sonstige Sensoren am oder im Fahrzeug oder an oder den Anbaugeräten ausgebildet sein. Zusätzlich ist am Führerhaus 2 oben mindestens ein Laserscanner 12 zur Raumerkennung angeordnet und mit der zentralen Verarbeitungseinheit 15 verbunden. Am oder im Laserscanner 12 kann auch gleichzeitig das GPS-Gerät 16 angebaut oder integriert sein. Anstelle eines Laserscanners 12 können auch an zwei oder mehreren anderen Stellen des Führerhauses 2 und/oder des Anbaufahrzeuges 1 angeordnete Laserscanner anderer Ausführung beispielsweise mit einer anderen Anzahl von Abtaststrahlen oder Scanner/Kamerasysteme zur Raumabtastung und zur Hindernisdetektion benutzt werden.
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An der Anbauplatte 3 ist ein Frontgeräteträger mit den aktiven bewegungsrelevanten, die Lageposition verändernden Konstruktionselementen angeordnet, welcher hier in diesem Beispiel aus einem Tragrahmen 4, einem damit verbundenen Tragschlitten 5, an dem ein Tragarm 6 mit einem mehrgliedrigen Tragarmausleger 7 und an dem wiederum ein Anbaukopf 8 angeordnet ist, besteht. Am Anbaukopf 8 ist über einen schnellwechselbaren Anbauadapter 10 ein Anbauarm 9 mit einem Gießkopf angeordnet. Anstelle eines Gießkopfes können auch andere Anbaugeräte 14, wie insbesondere ein Mähgerät oder ein Pfostenwaschgerät oder auch eine Heckenschere am Frontgeräteträger angebaut und automatisch gesteuert werden.
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Insbesondere bei diesen drei Anbaugeräten ist es von Vorteil, wenn eine Vielzahl von verschiedenen Sensoren die begrenzenden Bauteile in Ihrer Lage und Positionierung detektieren. Damit können die Anbaugeräte gegenüber den möglichen verschiedenen Hindernissen genau überwacht werden um Schäden beim jeweiligen Arbeitsgang für die Anbaugeräte und deren aktive Maschinenteile zuverlässig zu verhindern. Mögliche Hindernisse, wie beispielsweise Straßenbegrenzungspfosten, Markierungspfosten Verkehrszeichen, Leitplanken, Zäune, Bäume, Sträucher, Stauden, Blumen, Findlinge oder sonstige Gegenstände werden erkannt und nicht beschädigt. Zudem kann der Arbeitsbereich gegen unbeabsichtigtes Betreten oder plötzlich auftretende anderweitige Störungen zuverlässig gesichert werden.
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In einer besonderen Ausführungsvariante sind die zentrale Verarbeitungseinheit 15 und der Steuerblock 11 an dem alle Hydraulikelemente, wie die Hydraulikzylinder 17 und die Hydraulikantriebe angeschlossen sind, in einem geschützten Bereich des Frontgeräteträgers am Tragschlitten 5 angeordnet. Sie können dabei wahlweise zusammen als ein baulich vereinigtes Bauelement oder zumindest nahe beieinander als Einzelelemente angeordnet sein. Der Vorteil besteht darin, dass das neue mobile Kommunaltechniksystemen alle Konstruktionselemente und Bauelemente unabhängig von Anbaufahrzeug für einen vollautomatischen Betrieb einschließlich Hinderniserkennung enthält und damit an verschiedenste Anbaufahrzeuge ohne Probleme angebaut werden kann. Es ist der Frontgeräteträger dann lediglich an die Anbauplatte 3 anzubauen, die Hydraulik und Elektrik anzuschließen, gegebenenfalls der fahrzeugeigene Fahrzeugbus über eine Schnittstelle an der zentralen Verarbeitungseinheit 15 aufzuschalten und der Laserscanner 12 und das GPS – Gerät 16 an das Führerhaus 2 an geeigneter Stelle anzumontieren. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann der aufwändige Anfahrschutz mit seinen vielfältigen Unterbrechungen des Abarbeitungsvorganges entfallen, wodurch ein kontinuierliches Abarbeiten des jeweils in Abhängigkeit von der Art des gerade angekoppelten Anbaubaugerätes 14 auszuführenden Abarbeitungsprozesses, wie Kehren, Bürsten, Mähen Schneiden oder Gießen möglich wird.
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Die Erfindung ist insbesondere einsetzbar bei mobilen Kommunaltechniksystemen zur intensiven Reinigung und Pflege von Plätzen, Fahrbahnen, Wegen, Hecken, angrenzenden Bauten, Schalldämmwänden, Sichtschutzbauten, Deichbauten, Begrenzungsstreifen oder anderweitigen Begrenzungen im öffentlichen oder privatem Raum.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anbaufahrzeug
- 2
- Führerhaus
- 3
- Anbauplatte
- 4
- Tragrahmen
- 5
- Tragschlitten
- 6
- Tragarm
- 7
- mehrgliedriger Tragarmausleger
- 8
- Anbaukopf
- 9
- Anbauarm
- 10
- schnellwechselbarer Anbauadapter
- 11
- Steuerblock
- 12
- Laserscanner
- 13
- Einhandbedienarm
- 14
- Anbaugerät
- 15
- Verarbeitungseinheit
- 16
- GPS-Gerät
- 17
- Hydraulikzylinder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19502010 A1 [0003]
- DE 202010011917 U1 [0004]
- DE 10218702 B4 [0005]
