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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifikation von Schüttgut, wie es insbesondere bei einer automatisierten Handhabung des Schüttguts im Bereich eines Bauhofs bzw. Lagers eines Baustoffhandels oder einer Baustelle eingesetzt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, ein System und ein Computerproduktprogramm zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 20 2006 016 604 U1 ist es bekannt, Schüttgut mittels eines einen Antrieb aufweisenden Förderbandes, das ein Manipulationselement darstellt, zu fördern und am Ende des Förderbandes das Schüttgut vom Fördertrum in einem schrägen Flugbogen abzuwerfen. Mittels wenigstens eines optischen Sensors wird während des Flugs des Schüttguts dessen Farbe identifiziert, sodass beispielsweise mittels einer pneumatischen Ausscheideeinrichtung Schüttgutteilmengen, die nicht zur Weiterverarbeitung geeignet bzw. vorgesehen sind, ausgeschieden werden können. Es wird somit die stoffspezifische Eigenschaft der Farbe des Schüttguts identifiziert und durch einen Vergleich mit abgespeicherten bzw. vorgegebenen Daten das Schüttgut identifiziert.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Identifikation von Schüttgut mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass unterschiedlichste Schüttgüter identifiziert werden können, beispielsweise auch solche Schüttgüter, die sich in ihrer Farbe bzw. ihrem Farbspektrum nicht voneinander unterscheiden. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass im Gegensatz zum Stand der Technik kein optisches und somit berührungsfreies Verfahren zur Identifikation Verwendung findet, sondern eine quasi berührende Stofferkennung erfolgt. Kerngedanke der Erfindung ist es, messbare Auswirkungen jeglicher Interaktionen mit dem Schüttgut durch Sensoren an den Werkzeugen bzw. Manipulationselementen und/oder eines Antriebselements zu nutzen, um über die Signalwerte und/oder Signalverläufe und/oder Signalkombinationen verschiedener Sensorwerte auf das Schüttgut schließen zu können, wenn die entsprechenden Signalwerte und/oder Signalverläufe und/oder Signalkombinationen vorab abgespeichert wurden, sodass ein entsprechender Vergleich mit den aktuell erfassten Werten stattfinden kann.
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Konkret sieht es die Lehre des Anspruchs 1 vor, dass während der Handhabung des Schüttguts durch das Manipulationselement ein zeitlicher Verlauf wenigstens einer physikalischen Größe des Antriebselements und/oder eines das Manipulationselement erfassenden Sensorelements zumindest mittelbar erfasst wird und der Vergleich des zeitlichen Verlaufs mit abgespeicherten zeitlichen Verläufen der wenigstens einen physikalischen Größe des Antriebselements und/oder des Sensorelements erfolgt. Hierbei kann ein Sensorelement vorgesehen sein, dass ausgebildet ist, das Manipulationselement, insbesondere einen Teil oder eine Komponente des Manipulationselements, zu erfassen. Das Sensorelement kann bspw. ein elektronisches, optisches, hydraulisches oder pneumatisches Sensorelement sein.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifikation von Schüttgut sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Die Identifikation des Schüttguts erfolgt bevorzugt anhand einer stoffspezifischen Eigenschaft des Schüttguts. Daher ist es in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass die abgespeicherten zeitlichen Verläufen der wenigstens einen physikalischen Größe des Antriebselements und/oder des mit dem Schüttgut zusammenwirkenden Sensorelements charakteristisch für die stoffspezifische Eigenschaft des Schüttguts sind, wobei die stoffspezifische Eigenschaft die Viskosität, Körnigkeit, Zähigkeit oder Dichte des Schüttguts ist.
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Da beispielsweise die erfassten bzw. auszuwertenden Daten von der Feuchtigkeit des Schüttguts abhängt, kann es vorteilhaft bzw. notwendig sein, die Daten wenigstens eines zusätzlichen Sensors zur Verifikation bzw. Identifikation des Schüttguts zu verwenden. Beispielsweise kann somit ein optisch arbeitender Sensor, ein Feuchtigkeitssensor oder ähnliches als zusätzliche Datenquelle verwendet werden. Auch ist es denkbar, dass bei einem bekannten Lagerort eines bestimmten Schüttguts, welches in einer entsprechenden Logistikdatei mit einem entsprechendem Ablageort abgespeichert ist, im Zusammenhang mit der Identifikation der Position bzw. des Ortes, an dem die augenblickliche Identifikation bzw. Handhabung stattfindet, auf das Schüttgut geschlossen werden kann. Somit ist es insgesamt gesehen in einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens vorgesehen, zur Identifikation des Schüttguts zusätzlich weitere Daten aus anderen Datenquellen verwendet werden.
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In diesen Zusammenhang ist es besonders von Vorteil, wenn als weitere Daten Bilddaten einer vorzugsweise kamerabasierten Einrichtung und/oder Logistikdaten der Schüttgüter aus einer Logistikdatenbank sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es grundsätzlich, unterschiedlichste physikalische Größen des Antriebselements und/oder des Sensorelements zur Identifikation des Schüttguts zu verwenden. Vorteilhaft sind hierbei insbesondere elektrische, hydraulische, mechanische oder pneumatische Werte des Antriebselements oder des Sensorelements.
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Eine Optimierung hinsichtlich der Identifikation des Schüttguts findet statt, wenn typische Handhabungsvorgänge, beispielsweise das Eintauchen einer Schaufel in Schüttgut, das Anheben einer mit dem Schüttgut beladenen Schaufel usw. bekannt sind und somit zur Identifikation genutzt werden können. Insbesondere hat es sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, wenn der zeitliche Verlauf der physikalischen Größe des Antriebselements und/oder des das Manipulationselement erfassenden Sensorelements in Teilabschnitte unterteilt wird, wobei die Teilabschnitte unterschiedlichen Handhabungsschritten des Schüttguts während dessen Handhabung zugeordnet werden.
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Um diese Teilabschnitte voneinander besser unterscheiden und eindeutig verifizieren zu können, kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Teilabschnitte mittels wenigstens einer insbesondere kamerabasierten weiteren Sensoreinrichtung während der Handhabung des Schüttguts identifiziert bzw. erfasst werden.
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Gegebenenfalls ändern sich in Abhängigkeit von Lieferquellen, dem Abbauort von Rohstoffen usw. die physikalischen Eigenschaften des Schüttguts über die Zeit. Um eine Anpassung an aktuell vorhandene Schüttgüter zu ermöglichen, um dadurch ein selbstlernendes System zu realisieren, ist es vorgesehen, dass die abgespeicherten zeitlichen Verläufe durch aktuell bei der Handhabung erfasste zeitliche Verläufe angepasst werden.
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Eine weitere Optimierung bei der Handhabung des Schüttguts sieht vor, dass ein Parameter, insbesondere ein Vorsteuerwert zum Betreiben der Arbeitsmaschine, aufgrund eines identifizierten Schüttguts eingestellt wird. Dadurch kann insbesondere bei Arbeitsmaschinen, die durch Verbrennungsmotoren betrieben werden, ein Abwürgen bzw. Abstoppen oder unerwünschter Drehzahleinbruch während der Handhabung des Schüttguts vermindert bzw. verhindert werden. So ist es beispielsweise denkbar, bei der Erkennung eines Schüttguts mit relativ hoher Dichte eine Drehzahl einer Verbrennungsmaschine zur Handhabung des Schüttguts rechtzeitig zu erhöhen, um ein Stoppen der Verbrennungsmaschine zu vermeiden.
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Insbesondere um das erfindungsgemäße Verfahren an neue bzw. erstmals verarbeitete Schüttgüter anzupassen bzw. ein Einlernen der Daten zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass aufgrund eines bekannten, der Auswerteeinrichtung als Eingangsgröße vorgegebenen Schüttguts der zeitliche Verlauf der wenigstens einen physikalischen Größe des Antriebselements und/oder des das Manipulationselement erfassenden Sensorelements erfasst und dem vorgegebenen Schüttgut zugeordnet wird.
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Insbesondere bei autonom arbeitenden Arbeitsmaschinen ist es wesentlich, dass Kollisionen bzw. unerwünschte Handhabungen erkannt werden können, damit diese beispielsweise gestoppt werden. Hierzu sieht es eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass bei einem Überschreiten eines Grenzwerts der wenigstens einer physikalischen Größe des Antriebselements und/oder eines das Manipulationselement erfassenden Sensorelements auf eine Kollision o.ä. des Manipulationselements geschlossen wird, und dass daraufhin die Handhabung vorzugsweise gestoppt wird.
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Die Erfindung umfasst weiterhin die Verwendung eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens zum autonomen Betrieb einer Vorrichtung zum Handhaben des Schüttguts.
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Auch umfasst die Erfindung ein System zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das System eine Vorrichtung mit einem Manipulationselement zur Handhabung eines Schüttguts aufweist, wobei das Manipulationselement zur Generierung des zeitlichen Verlaufs wenigstens einer physikalischen Größe des Antriebselements und/oder des Sensorelements während der Handhabung des Schüttguts in Wirkverbindung mit einem Antriebselement angeordnet ist und/oder mittels eines Sensorelements erfasst wird, wobei weiterhin eine Speichereinrichtung mit abgespeicherten zeitlichen Verläufen der physikalischen Größe des Schüttguts und eine Auswerteeinrichtung zum Vergleichen des zeitlichen Verlaufs mit den abgespeicherten zeitlichen Verläufen vorgesehen sind.
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Konkret ist es in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Fördereinrichtung für das Schüttgut, wie ein Bagger, ein Radlader, ein Förderband oder ähnliches ist, wobei die Vorrichtung vorzugsweise als autonom arbeitende Vorrichtung ausgebildet ist.
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Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Computerproduktprogramm zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerproduktprogramm gespeichert ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in vereinfachter Darstellung ein System zur Identifikation von Schüttgut im Bereich eines Areals, wie einem Bauhof oder ähnlichem mit seinen wesentlichen Elementen,
- 2 einen Teilbereich eines Baggers zur Handhabung des Schüttguts in vereinfachter Darstellung,
- 3 den zeitlichen Verlauf einer physikalischen Größe bei unterschiedlichen Schüttgütern bei deren Verarbeitung in einer grafischen Darstellung und
- 4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens zur Identifikation eines Schüttguts mit seinen wesentlichen Schritten.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 ist ein Areal 100 in Form eines Baustofflagers, eines Bauhofs oder ähnliches stark vereinfacht dargestellt. Im Bereich des Areals 100 sind beispielhaft fünf unterschiedliche Schüttgüter A bis E in Form von (unterschiedlich großen bzw. geformten) Schüttguthaufen 1 bis 5 gelagert. Die Schüttgüter A bis E unterscheiden sich in wenigstens einer stoffspezifischen Eigenschaft X voneinander. Beispielhaft und nicht abschließend wird unter einer stoffspezifischen Eigenschaft X die Viskosität, Körnigkeit, Zähigkeit oder Dichte des Schüttguts A bis E verstanden.
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Auf dem Areal 100 befindet sich weiterhin ein Fahrweg 101, der dazu ausgebildet ist, dass darauf eine Vorrichtung 10 in Form einer Arbeitsmaschine 12 bewegt werden kann. Bei der Arbeitsmaschine 12 handelt es sich im dargestellten Beispiel um einen autonom arbeitenden Bagger 14 oder ähnliches, dessen Aufgabe es ist, eine bestimmte bzw. definierte Menge eines bestimmten Schüttguts A bis E von dem Schüttguthaufen 1 bis 5 zu entnehmen und von dem Schüttguthaufen 1 bis 5 an ein am Rande des Areals 100 bereitgestelltes Förderfahrzeug 16 in Form eines LKW abzugeben.
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Der Bagger 14 weist entsprechend der 2 beispielhaft einen mehrgelenkig ausgebildeten Baggerarm 18 mit einem am Ende des Baggerarms 18 angeordneten Manipulationselement 20 in Form einer Baggerschaufel 22 auf. Die Baggerschaufel 22 weist zwei gelenkig miteinander verbundene Elemente 23, 24 auf, die zum Aufnehmen des Schüttguts A bis E bei geöffneten Elementen 23, 24 in den entsprechenden Schüttguthaufen 1 bis 5 eintauchbar sind. Die Bewegung der beiden Elemente 23, 24 zum Aufnehmen bzw. Abgeben des Schüttguts A bis E erfolgt mittels eines ersten Antriebselements 26. Ein zweites, in Wirkverbindung mit dem Baggerarm 18 angeordnetes Antriebselement 28 dient beispielhaft dem Heben und Senken des Baggerarms 18 mit der Baggerschaufel 22 am Bagger 14. Weiterhin wirken die beiden Elemente 23, 24 der Baggerschaufel 22 mit einem als Kraftsensor ausgebildeten Sensorelement 30 zusammen, der dazu ausgebildet ist, die zwischen den Elementen 23, 24 wirkende Schließkraft F zu messen.
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Beim Betrieb der Baggerschaufel 22 bzw. des Baggerarms 18 durch die beiden Antriebselemente 26, 28 werden an den Antriebselementen 26, 28 jeweils physikalische Größen PA erzeugt bzw. generiert und gemessen. Bei den physikalischen Größen PA kann es sich beispielsweise um eine Antriebsleistung, ein Drehmoment, d.h. eine mechanische Größe, oder aber eine pneumatische Größe oder eine hydraulische Größe oder eine elektrische Größe des Antriebselements 26, 28 handeln, je nach Art der Ausbildung des Antriebselements 26, 28. Auch durch das Sensorelement 30 wird eine physikalische Größen Ps generiert, im Falle eines Kraftsensors beispielsweise die von dem Sensorelement 30 gemessene Schließkraft F, mit der die beiden Elemente 23, 24 der Baggerschaufel 22 gegeneinander gepresst werden.
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Im Bereich des Baggerarms 18 weist der Bagger 14 darüber hinaus eine Sensoreinrichtung 32 in Form einer Kamera 34 auf. Mit der Kamera 34 kann beispielsweise der Bereich der Baggerschaufel 22 erfasst werden, wobei mittels der Kamera 34 erste Bilddaten B1 erzeugt werden. Weiterhin befinden sich im Bereich des Areals 100 mehrere Kameras 36, 38, die dazu ausgebildet sind, den Bereich des Areals 100 vollflächig zu erfassen. Hierzu sind die Kameras 36, 38 beispielsweise beweglich bzw. schwenkbar angeordnet. Mittels der Kamera 36, 38 kann somit auch der Bagger 14 bzw. der Bereich des Schüttguthaufens 1 bis 5 detektiert bzw. erfasst werden, wobei zweite Bilddaten B2 erzeugt werden.
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Ein System 1000 zur Identifikation des Schüttguts A bis E umfasst eine Auswerteeinrichtung 50. Der Auswerteeinrichtung 50 werden als Eingangsgrößen die gemessenen physikalischen Größen PA und Ps der Antriebselemente 26 und 28 sowie die Schließkraft F des Sensorelements 30 als Eingangsgrößen zugeführt. Weiterhin werden auch die Bilddaten B1 und B2 der Kameras 34, 36 und 38 der Auswerteeinrichtung 50 als Eingangsgrößen zugeführt. Die Auswerteeinrichtung 50 kann beispielsweise als Computerproduktprogramm bzw. als ein Speichermedium ausgebildet sein, auf dem das Computerproduktprogramm abgespeichert ist.
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Die Auswerteeinrichtung 50 ist darüber hinaus vorzugsweise bidirektional mit einer Logistikdatenbank 60 verbunden. In der Logistikdatenbank 60 sind für die jeweiligen Schüttguter A bis E bzw. deren Schüttguthaufen 1 bis 5 deren jeweilige Lokalisationsdaten L1 bis L5 auf dem Areal 100 sowie die jeweilig augenblickliche Menge M1 bis M5 des Schüttguts A bis E abgespeichert, wobei die entsprechenden Daten durch den Betrieb des Baggers 14 bzw. bei einer Entnahme von Schüttgut A bis E laufend aktualisiert werden, ebenso bei einer (nicht dargestellten) Zuführung bzw. Belieferung von neuem Schüttgut A bis E.
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Weiterhin ist die Auswerteeinrichtung 50 vorzugsweise ebenfalls bidirektional mit einer Datenbank 70 gekoppelt. In der Datenbank 70 sind die zeitlichen Verläufe Z1 bis Z5 wenigstens einer physikalischen Größe PA bzw. Ps des Antriebselements 26 bis 28 und/oder eines während der Handhabung für jedes der Schüttgüter A bis E mit diesem zusammenwirkenden Manipulationselements 20, d.h. der Daten des Sensorelements 30 in Form der Schließkraft F abgespeichert.
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In der 3 sind beispielhaft die erfassten zeitlichen Verläufe Z1 und Z2 während der Handhabung zweier unterschiedlicher Schüttguter A und B durch das Manipulationselement 20 bzw. die Baggerschaufel 22 vereinfacht dargestellt. Hierbei ist beispielhaft die physikalische Größe Ps des Sensorelements 30 an der Baggerschaufel 22 in Form der Schließkraft F gezeigt. Insbesondere sind drei unterschiedliche, zeitlich aufeinanderfolgende Teilarbeitsschritte 81 bis 83 bei beiden Verläufen Z1 und Z2 erkennbar. Während des Teilarbeitsschritts 81 erfolgt jeweils ein Eintauchen der Baggerschaufel 22 in das Schüttgut A bzw. B und das Verschließen der beiden Elemente 23, 24 der Baggerschaufel 22. Während des Teilarbeitsschritts 82 erfolgt der Transport des Schüttguts A bzw. B von dem Schüttguthaufen 1 bis 5 in Richtung des Förderfahrzeugs 16. Während des Teilarbeitsschritts 83 erfolgt die Abgabe des Schüttguts A bzw. B aus der Baggerschaufel 22 in das Förderfahrzeug 16 durch Öffnen der Baggerschaufel 22.
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Während es sich bei dem Schüttgut A um ein feinkörniges, homogenes Schüttgut A, wie Sand, handeln soll, soll das Schüttgut B in Form von (eckigem) Kies oder ähnlichem ausgebildet sein. Dies hat zur Folge, dass während der beiden Teilarbeitsschritte 81 und 83 beim Schließen bzw. Öffnen der Baggerschaufel 22 in Abhängigkeit der Körnigkeit des Schüttguts A, B unterschiedliche zeitliche Verläufe der physikalischen Größe Ps bzw. der Schließkraft F durch das Sensorelement 30 erfasset werden. Insbesondere erkennt man, dass beim Schüttgut A die Schließkraft F und somit auch die physikalische Größe Ps beim Schließen der Elemente 23, 24 der Baggerschaufel 22 beispielsweise während des Teilarbeitsschritts 81 nahezu linear anwächst, während aufgrund der gröberen Struktur bzw. größeren Körnigkeit des kiesartigen Schüttguts B zwar auch ein Anstieg des Verlaufs der Schließkraft F bzw. der physikalischen Größe Ps festzustellen ist, dieser jedoch entsprechend der größeren Körnigkeit des Schüttguts B unregelmäßiger erfolgt.
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In ähnlicher Weise gilt dies auch wenn die Verläufe während des Öffnens der Baggerschaufel 22 während des Teilarbeitsschritts 83. Demgegenüber ist während des Teilarbeitsschritts 82, bei dem die beiden Elemente 23, 24 der Baggerschaufel 22 geschlossen sind, kein Unterschied zwischen den Schüttgütern A und B feststellbar.
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Die Auswerteeinrichtung 50 vergleicht nun die aktuellen physikalischen Größen PA bzw. PS der Antriebselemente 26, 28 bzw. des Sensorelements 30 mit den in der Datenbank 70 abgespeicherten zeitlichen Verläufen Z1 bis Z5. Mit Blick auf die 4 wird hierzu erläutert, dass beispielhaft anhand der obigen Erläuterungen zunächst in einem ersten Schritt 201 der Beginn der Handhabung des Schüttguts A bis E, d.h. das Eintauchen der Baggerschaufel 22 in das Schüttgut A bis E erfolgt. In einem zweiten Schritt 202 erfolgt das Erfassen der physikalischen Größen PA bzw. PS der Antriebselemente 26, 28 bzw. des Sensorelements 30. In einem dritten Schritt 203 erfolgt das Zuführen der Daten an die Auswerteeinrichtung 50. Ein vierter Schritt 204 umfasst das Vergleichen des aktuell erfassten zeitlichen Verlaufs Z1a bis Z5a, der physikalischen Größen PA bzw. Ps mit den abgespeicherten Verläufen Z1 bis Z5. Diese Daten werden in einem fünften Schritte 205 ggf. mit den Daten L1 bis L5 und M1 bis M5 der Logistikdatenbank 60, den Bilddaten B1 und B2 der Kameras 34, 36, 38 oder anderer Datenquellen abgeglichen. Zuletzt erfolgt in einem sechsten Schritt 206 die Identifikation des entsprechenden Schüttguts A bis E anhand des Vergleichs der Daten. Sollte sich hierbei eine hinreichend große Übereinstimmung ergeben, wobei zulässige Abweichungen in beispielsweise durch einen Algorithmus der Auswerteeinrichtung 50 berücksichtigt werden, so wird auf das Schüttgut A bis E geschlossen.
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Das soweit beschriebene Verfahren bzw. System 1000 zur Identifikation des Schüttguts A bis E kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise bei der Verwendung eines Radladers anstelle eines Baggers 14 als Arbeitsmaschine 12 möglich, die beim Fahren des Radladers zur Befüllung der Schaufel auf den Antriebsstrang des Radladers wirkenden Drehmomente, die sich ändernde Fahrgeschwindigkeit usw. zur Messung der physikalischen Größe PA zunutzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006016604 U1 [0002]
