DE102020206371A1 - Verfahren zur Steuerung eines Entladevorgangs von Schüttgut auf eine Ladefläche mittels eines Baggers - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines Entladevorgangs von Schüttgut auf eine Ladefläche mittels eines Baggers Download PDF

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Udo Schulz
Markus Kempf
Ramkumar Jaganathan
Jürgen Saile
Nils Kaiser
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines Entladevorgangs von Schüttgut (10) auf eine Ladefläche (14), insbesondere eines Transportfahrzeugs, mittels eines Löffels (12) eines Baggers, wobei der Löffel (12) entlang einer Entladetrajektorie (16) über der Ladefläche (14) mit einer angepassten konstanten Öffnungsgeschwindigkeit bewegt wird, um das Schüttgut (10) zu entladen, wobei der Löffel (12) an einem in einem Anfangsbereich der Ladefläche (14) liegenden Anfangspunkt (20) der Entladetrajektorie (16) einen Anfangsöffnungswinkel (24) und an einem in einem Endbereich der Ladefläche (14) liegenden Endpunkt (22) der Entladetrajektorie (16) einen Endöffnungswinkel (26) aufweist, mit folgenden Schritten vorgeschlagen:- Bewegen des mit Schüttgut (10) im Wesentlichen vollbeladenen Löffels (12) bis zur Entladung des Schüttguts (10) entlang der Entladetrajektorie mit einem vorgegebenen Anfangsöffnungswinkel und einem vorgegebenen Endöffnungswinkel;- Ermitteln eines Fließöffnungswinkels des Löffels (12), ab dem das aufgenommene Schüttgut (10) beginnt von dem Löffel (12) auf die Ladefläche (14) abzufließen, während des Schritts des Bewegens des Löffels (12) mittels einer optischen Sensoreinheit;- Bewegen des mit Schüttgut (10) im Wesentlichen vollbeladenen Löffels (12) bis zur Entladung des Schüttguts (10) entlang der Entladetrajektorie (16) mit dem Fließanfangsöffnungswinkel als Anfangsöffnungswinkel (24) und dem vorgegebenen Endöffnungswinkel (26);- Ermitteln eines Fließendtrajektorienpunkts auf der Entladetrajektorie (16) und eines zugehörigen Fließendöffnungswinkels, ab dem kein aufgenommenes Schüttgut (10) mehr von dem Löffel (12) auf die Ladefläche (14) abfließt und/oder der Löffel (12) entladen ist, während des Schritts des Bewegens des Löffels (12) mittels der optischen Sensoreinheit;- Ausgeben eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Fließendtrajektorienpunkt und dem ermittelten Fließendöffnungswinkel mittels einer Steuereinheit, um nachfolgende Schritte eines Bewegens des mit Schüttgut (10) im Wesentlichen vollbeladenen Löffels (12) und damit den Entladevorgang zu steuern.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Entladevorgangs von Schüttgut auf eine Ladefläche, insbesondere eines Transportfahrzeugs, mittels eines Löffels eines Baggers, eine entsprechende Steuereinheit sowie einen Bagger mit einem Löffel zum Entladen von Schüttgut auf eine Ladefläche, insbesondere eines Transportfahrzeugs, einer optischen Sensoreinheit, insbesondere Kameraeinheit, und einer entsprechenden Steuereinheit.
  • Bei einer Beladung eines Transportfahrzeugs wird in der Regel eine gleichmäßige Lastverteilung und/oder Volumenverteilung angestrebt. Demnach ist bei einer Beladung von Schüttgut eine gleichmäßige Schüttgutverteilung auf der Ladefläche des Transportfahrzeugs wünschenswert. Um dies zu erzielen, führen die Bagger heutzutage nach jeder bzw. fast jeder Entladung einen Abziehvorgang über der gesamten Ladefläche aus, was Zeit- und damit Effizienzeinbußen zur Folge hat.
  • Bei modernen Arbeitsmaschinen finden automatisierte- oder teilautomatisierte Arbeitsprozesse immer mehr Einsatz.
  • Die DE 198 58 401 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswählen eines Ladeorts in einem Behältnis und insbesondere auf ein
    Verfahren und eine Vorrichtung zum Korrelieren der Verteilung von Material im Behältnis mit einem Schema der idealen Ladungsverteilung zum Auswählen des optimalen Ladeorts.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung eines Entladevorgangs von Schüttgut auf eine Ladefläche, insbesondere eines Transportfahrzeugs, mittels eines Löffels eines Baggers, wobei der Löffel entlang einer Entladetrajektorie über der Ladefläche mit einer angepassten konstanten Öffnungsgeschwindigkeit bewegt wird, um das Schüttgut zu entladen, wobei der Löffel an einem in einem Anfangsbereich der Ladefläche liegenden Anfangspunkt der Entladetrajektorie einen Anfangsöffnungswinkel und an einem in einem Endbereich der Ladefläche liegenden Endpunkt der Entladetrajektorie einen Endöffnungswinkel aufweist.
  • Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bewegens des mit Schüttgut im Wesentlichen vollbeladenen Löffels bis zur Entladung des Schüttguts entlang der Entladetrajektorie mit einem vorgegebenen Anfangsöffnungswinkel und einem vorgegebenen Endöffnungswinkel. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ermittelns eines Fließöffnungswinkels des Löffels, ab dem das aufgenommene Schüttgut beginnt von dem Löffel auf die Ladefläche abzufließen, während des Schritts des Bewegens des Löffels mittels einer optischen Sensoreinheit. Das Verfahren umfasst außerdem einen weiteren Schritt des Bewegens des mit Schüttgut im Wesentlichen vollbeladenen Löffels bis zur Entladung des Schüttguts entlang der Entladetrajektorie mit dem Fließanfangsöffnungswinkel als Anfangsöffnungswinkel und dem vorgegebenen Endöffnungswinkel. Das Verfahren umfasst des Weiteren einen Schritt eines Ermittelns eines Fließendtrajektorienpunkts auf der Entladetrajektorie und eines zugehörigen Fließendöffnungswinkels, ab dem kein aufgenommenes Schüttgut mehr von dem Löffel auf die Ladefläche abfließt und/oder der Löffel entladen ist, während des Schritts des Bewegens des Löffels mittels der optischen Sensoreinheit. Das Verfahren umfasst auch einen Schritt des Ausgebens eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Fließendtrajektorienpunkt und dem ermittelten Fließendöffnungswinkel mittels einer Steuereinheit, um nachfolgende Schritte eines Bewegens des mit Schüttgut im Wesentlichen vollbeladenen Löffels und damit den Entladevorgang zu steuern.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Steuereinheit, welche eingerichtet es, die folgenden Schritte durchzuführen:
    • - Ermitteln eines Fließöffnungswinkels eines Löffels, ab dem ein aufgenommenes Schüttgut beginnt von dem Löffel auf eine Ladefläche, insbesondere eines Transportfahrzeugs abzufließen, während eines Schritts eines Bewegens des mit Schüttgut im Wesentlichen vollbeladenen Löffels bis zur Entladung des Schüttguts entlang einer Entladetrajektorie mit einem vorgegebenen Anfangsöffnungswinkel und einem vorgegebenen Endöffnungswinkel, unter Verwendung von Sensordaten einer optischen Sensoreinheit, wobei der Löffel entlang der Entladetrajektorie über der Ladefläche mit einer angepassten konstanten Öffnungsgeschwindigkeit bewegt wird, um das Schüttgut zu entladen, wobei der Löffel an einem in einem Anfangsbereich der Ladefläche liegenden Anfangspunkt der Entladetrajektorie einen Anfangsöffnungswinkel und an einem in einem Endbereich der Ladefläche liegenden Endpunkt der Entladetrajektorie einen Endöffnungswinkel aufweist;
    • - Ermitteln eines Fließendtrajektorienpunkts auf der Entladetrajektorie und eines zugehörigen Fließendöffnungswinkels, ab dem kein aufgenommenes Schüttgut mehr von dem Löffel auf die Ladefläche abfließt und/oder der Löffel entladen ist, während eines Schritts eines Bewegens des mit Schüttgut im Wesentlichen vollbeladenen Löffels bis zur Entladung des Schüttguts entlang der Entladetrajektorie mit dem Fließanfangsöffnungswinkel als Anfangsöffnungswinkel und dem vorgegebenen Endöffnungswinkel, unter Verwendung von Sensordaten der optischen Sensoreinheit;
    • - Ausgeben eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Fließendtrajektorienpunkt und dem ermittelten Fließendöffnungswinkel, um nachfolgende Schritte eines Bewegens des mit Schüttgut im Wesentlichen vollbeladenen Löffels und damit den Entladevorgang zu steuern.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Bagger, insbesondere autonomer Bagger, mit einem Löffel zum Entladen von Schüttgut auf eine Ladefläche, insbesondere eines Transportfahrzeugs, einer optischen Sensoreinheit, insbesondere Kameraeinheit, und einer vorangehend beschriebenen Steuereinheit.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist des Weiteren ein Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das vorstehend beschriebene Verfahren auszuführen und/oder zu steuern, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
  • Der Bagger ist bevorzugt ein mobiler Bagger. Der Bagger kann jedoch auch stationär ausgebildet sein. Der Bagger kann ein vollautonomer bzw. vollautomatisierter Bagger oder ein halbautonomer bzw. halbautomatisierter Bagger sein. Unter vollautonom bzw. vollautomatisiert ist hierbei gemeint, dass kein Baggerführer vorhanden ist, weder in einer Baggerkabine noch an einer Fernsteuerung. Der Bagger kann für bauwirtschaftliche, landwirtschaftliche, forstwirtschaftliche und/oder logistische Zwecke ausgebildet bzw. eingerichtet sein. Der Bagger ist bevorzugt ein Löffelbagger.
  • Die Bagger weist einen Löffel zum Aufnehmen und Entladen von Schüttgut, wie bspw. Sand, Erde, Festgestein oder Lockergestein, auf eine Ladefläche, insbesondere eines Transportfahrzeugs, auf. Der Löffel kann hierbei drehbar um eine Baggerhochachse gelagert sein. Der Löffel kann bspw. an einem Ausleger des Baggers angeordnet und durch Drehung eines Oberwagens des Baggers um die Baggerhochachse drehbar gelagert sein. Der Löffel ist bevorzugt ein Tieflöffel.
  • Der Bagger befindet sich bevorzugt in einem Abbaugebiet, bspw. von Sand, Erde, Festgestein oder Lockergestein, oder eine Baustelle. D.h., dass der Entladevorgang bevorzugt in einem Abbaugebiet oder einer Baustelle, insbesondere als Teil eines Beladevorgangs eines Transportfahrzeugs, durchgeführt wird.
  • Das Transportfahrzeug ist zum Transport von Schüttgut ausgebildet. Hierfür weist das Transportfahrzeug eine entsprechende Ladefläche auf. Das Transportfahrzeug kann bspw. ein Muldenkipper sein. Der Muldenkipper kann hierbei als fester Aufbau oder Anhänger ausgebildet sein.
  • Beim Entladevorgang wird der Löffel entlang einer Entladetrajektorie über der Ladefläche bewegt, um das Schüttgut zu entladen. Als Referenz wird eine Drehachse des Löffels genommen. Hierbei wird der Löffel stets mit einer angepassten konstanten Öffnungsgeschwindigkeit (abhängig von den Öffnungswinkeln) um die Drehachse gedreht. D.h., mit anderen Worten, dass der Löffel sowohl eine Rotationsbewegung um die Drehachse als auch eine Translationsbewegung entlang der Entladetrajektorie durchführt.
  • Die Entladetrajektorie ist durch einen Anfangspunkt und einen Endpunkt entlang der Ladefläche definiert. Der Anfangspunkt liegt in einem Anfangsbereich der Ladefläche, insbesondere in einem Heckbereich des Transportfahrzeugs. Der Endpunkt liegt in einem Endbereich der Ladefläche, insbesondere in einem Frontbereich angrenzend an eine Fahrerkabine des Transportfahrzeugs. Die Entladetrajektorie verläuft bevorzugt geradlinig. Die Entladetrajektorie verläuft bevorzugt mittig in der Ladefläche, insbesondere entlang einer Längserstreckung der Ladefläche. Der Löffel weist hierbei am Anfangspunkt der Entladetrajektorie einen Anfangsöffnungswinkel und am Endpunkt der Entladetrajektorie einen Endöffnungswinkel auf. Die Öffnungswinkel werden hierbei bspw. relativ zu der Horizontalen gemessen.
  • Zunächst wird der mit Schüttgut im Wesentlichen vollbeladene Löffel bis zur vollständigen Entladung des Schüttguts entlang der Entladetrajektorie mit einem vorgegebenen Anfangsöffnungswinkel und einem vorgegebenen Endöffnungswinkel bewegt. Der vorgegebene Endöffnungswinkel entspricht bevorzugt einem maximalen Öffnungswinkel des Löffels.
  • Während des Schritts des Bewegens des Löffels wird ein Fließöffnungswinkel des Löffels, ab dem das aufgenommene Schüttgut beginnt von dem Löffel auf die Ladefläche abzufließen, mittels einer optischen Sensoreinheit ermittelt.
  • Anschließend wird der mit Schüttgut im Wesentlichen vollbeladenen Löffel bis zur vollständigen Entladung des Schüttguts entlang der Entladetrajektorie mit dem Fließanfangsöffnungswinkel als Anfangsöffnungswinkel und dem vorgegebenen Endöffnungswinkel bewegt. Hierbei wird zur Beibehaltung einer konstanten Öffnungsgeschwindigkeit entlang der Entladetrajektorie diese an die Öffnungswinkel entsprechend angepasst. Die Bewegung kann hierbei eine Rotationsbewegung des Löffels am Anfangspunkt der Entladetrajektorie bis zum Erreichen des Fließöffnungswinkels umfasst. D.h., mit anderen Worten, dass der Löffel zunächst am Anfangspunkt lediglich bis zum Fließöffnungswinkel rotiert wird und erst dann entlang der Entladetrajektorie bewegt wird.
  • Während des Schritts des Bewegens des Löffels wird ein Fließendtrajektorienpunkt auf der Entladetrajektorie und ein zugehöriger Fließendöffnungswinkel, ab dem kein aufgenommenes Schüttgut mehr von dem Löffel auf die Ladefläche abfließt und/oder der Löffel entladen ist, mittels der optischen Sensoreinheit ermittelt.
  • Die optische Sensoreinheit kann einen optischen Sensor oder mehrere optische Sensoren umfassen. Die Sensoreinheit ist ausgebildet, ein dreidimensionales Abbild bzw. eine 3D-Kontur und/oder ein digitales Bild zu erzeugen. Ein Sensor ist bevorzugt eine Kamera bzw. 3D-Kamera, insbesondere TOF-Kamera, Stereokamera oder Monokamera, oder ein LiDAR bzw. 3D-LiDAR. Zumindest ein optischer Sensor, bevorzugt alle optischen Sensoren der Sensoreinheit ist/sind bevorzugt an dem Bagger, bspw. einer Vorderseite bzw. Kabinenvorderseite des Baggers angeordnet. Weiter bevorzugt ist die optische Sensoreinheit bzw. der zumindest eine optische Sensor eine maschineneigene Einheit, welche zur Durchführung weiterer Aufgaben eingerichtet ist, insbesondere zumindest einer der folgenden Aufgaben: Navigation, Hinderniserkennung, Ermittlung Schüttguteigenschaften, Ermittlung Beladestrategie, Ermittlung Entladestrategie, Assistenz Beladevorgänge und Entladevorgänge, Koordinierung von Transportfahrzeugen.
  • Der Schritt des Ausgebens eines Steuersignals erfolgt in Abhängigkeit von dem ermittelten Fließendtrajektorienpunkt und dem ermittelten Fließendöffnungswinkel mittels einer Steuereinheit. Mittels des Steuersignals werden nachfolgende Schritte eines Bewegens des mit Schüttgut im Wesentlichen vollbeladenen Löffels und damit der Entladevorgang gesteuert. D.h., mit anderen Worten, dass mittels des Steuersignals der Bagger derart angesteuert wird, dass der Entladevorgang unter Berücksichtigung des ermittelten Fließendtrajektorienpunkts und des ermittelten Fließendöffnungswinkels automatisiert bzw. vollautomatisiert durchführbar ist.
  • Das Steuersignal wird bevorzugt in Abhängigkeit davon ausgegeben, ob der Fließendtrajektorienpunkt dem Endpunkt der Entladetrajektorie entspricht.
  • Falls der Fließendtrajektorienpunkt vor dem Endpunkt der Entladetrajektorie liegt, wird bevorzugt für die nachfolgenden Schritte des Bewegens der Fließendöffnungswinkel als Endöffnungswinkel gewählt. Hierbei wird zur Beibehaltung einer konstanten Öffnungsgeschwindigkeit entlang der Entladetrajektorie diese an die Öffnungswinkel entsprechend angepasst. Hierbei können die nachfolgenden Schritte des Bewegens eine Rotationsbewegung des Löffels am Endpunkt der Entladetrajektorie bis zum Erreichen eines maximalen Öffnungswinkels des Löffels umfassen, bspw. um eine Rüttelbewegung durchzuführen und ggf. anhaftendes Material „auszuschütteln“. Falls der Fließendtrajektorienpunkt dem Endpunkt der Entladetrajektorie entspricht, wird bevorzugt im Schritt des Ermittelns des Fließendtrajektorienpunkts und des zugehörigen Fließendöffnungswinkels ferner mittels der optischen Sensoreinheit ermittelt, ob ein aufgrund der Entladung des Schüttguts auf der Ladefläche entstandener Schüttguthaufen im Endbereich der Ladefläche eine Schüttguterhebung aufweist. D.h., mit anderen Worten, dass geprüft wird, ob beim Erreichen des Endpunkts noch Schüttgut in dem Löffel vorhanden war, wodurch eine abschließende Schüttguthäufung entstanden ist. Dementsprechend wird das Steuersignal ferner in Abhängigkeit davon ausgegeben.
  • Hierbei wird bevorzugt für die nachfolgenden Schritte des Bewegens auf der Entladetrajektorie in einem definierten Abstand vor dem Endpunkt ein Maximalöffnungstrajektorienpunkt gewählt, bei dem der Löffel einen maximalen Öffnungswinkel erreicht, um eine Schüttguterhebung zu vermeiden. Hierbei wird zur Beibehaltung einer konstanten Öffnungsgeschwindigkeit entlang der Entladetrajektorie diese an die Öffnungswinkel und den Maximalöffnungstrajektorienpunkt entsprechend angepasst. Bevorzugt wird der Maximalöffnungstrajektorienpunkt auf der Entladetrajektorie iterativ so lange auf der Entladetrajektorie vorverschoben, bis der Schüttguthaufen im Endbereich eine im Wesentlichen gleichmäßige Schüttgutverteilung ohne Schüttguterhebung aufweist.
  • Bevorzugt wird zumindest in den ersten beiden Schritten des Bewegens der Löffel mit einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit entlang der Entladetrajektorie bewegt. Der Löffel kann jedoch auch in allen Schritten des Bewegens mit einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit entlang der Entladetrajektorie bewegt werden.
  • Alternativ kann bei oder nach jedem der nachfolgenden Schritte des Bewegens eine Schüttgutverteilung auf der Ladefläche mittels der optischen Sensoreinheit ermittelt werden. Dementsprechend kann dann mittels des Steuersignals die Bewegungsgeschwindigkeit des Löffels entlang der Entladetrajektorie in Abhängigkeit von der Schüttgutverteilung gesteuert werden, um eine im Wesentliche gleichmäßige Schüttgutverteilung auf der Ladefläche zu erhalten. Demnach kann in Bereichen, in denen eine Schüttguthäufung ermittelt wird, in beim nachfolgenden Schritt des Bewegens des Löffels die Bewegungsgeschwindigkeit entlang der Entladetrajektorie vergrößert werden und umgekehrt. Dies kann so lange durchgeführt werden, bis eine im Wesentlichen gleichmäßige Schüttgutverteilung erreicht ist.
  • Werden die Stellgrenzen von Öffnungswinkeln und Bewegungsgeschwindigkeiten erreicht, ohne dass eine gleichmäßige Schüttgutverteilung erzielt wurde, können die letzten wirksamen Parameter für nachfolgende Beladevorgänge gespeichert werden. Hierbei kann nach der letzten Entladung ein abschließender Abziehvorgang über die gesamte Ladefläche ausgeführt werden, um Schüttguterhebungen zu glätten.
  • Das Verfahren und die entsprechende Steuereinheit bieten eine einfache und effektive Möglichkeit der Durchführung einer optimierten Beladestrategie. Hierbei kann eine angestrebte gleichmäßige oder zumindest annähernd gleichmäßige Schüttgutverteilung auf einer Ladefläche ohne Zwischenabziehvorgänge und ggf. ohne abschließenden Abziehvorgang realisiert werden. Ferner kann die Steuerung autonom erfolgen, wobei die Beladestrategie einfachen Regeln folgt, sodass ein autonom arbeitender Algorithmus zu ähnlicher Effizienz kommt wie ein Mensch und gleichzeitig der Implementierungsaufwand möglichst klein gehalten werden kann. Vorteilhaft ist hierbei ferner, dass das Verfahren auch mittels einer bereits vorhandenen optischen Sensoreinheit durchführbar ist, welche bereits an dem Bagger für andere Aufgaben vorhanden ist.
  • Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Steuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Entladung von Schüttgut mittels eines Löffels entlang einer Entladetrajektorie und verschiedenen Öffnungswinkeln; und
    • 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Entladevorgangs von Schüttgut auf eine Ladefläche mittels eines Löffels eines Baggers.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Entladung von Schüttgut 10 mittels eines Löffels 12 eines (nicht gezeigten) Baggers auf eine Ladefläche 14, insbesondere eines (nicht gezeigten) Transportfahrzeugs. Hierbei wird der Löffel 12 entlang einer Entladetrajektorie 16 über der Ladefläche 14 mit einer angepassten konstanten Öffnungsgeschwindigkeit um eine Drehachse 18 bewegt, um einen Schüttguthaufen 19 mit einer möglichst gleichmäßigen Schüttgutverteilung auf der Ladefläche 14 zu realisieren.
  • Die Entladetrajektorie 16 ist durch einen Anfangspunkt 20 und einen Endpunkt 22 entlang einer Längserstreckung der Ladefläche 14 definiert. Die Entladetrajektorie 16 verläuft geradlinig und mittig in der Ladefläche 14. Der Anfangspunkt 20 liegt in einem Anfangsbereich der Ladefläche 14, insbesondere in einem Heckbereich des Transportfahrzeugs. Der Endpunkt 22 liegt in einem Endbereich der Ladefläche 14, insbesondere in einem Frontbereich angrenzend an eine Fahrerkabine des Transportfahrzeugs.
  • Der Löffel 12 weist hierbei am Anfangspunkt 20 der Entladetrajektorie 16 einen Anfangsöffnungswinkel 24 von 0° auf. Der Löffel 12 weist am Endpunkt 22 der Entladetrajektorie 16 einen Endöffnungswinkel 26 von 135° auf. Die Öffnungswinkel 24, 26 werden hierbei relativ zu der Horizontalen gemessen. Ferner sind zwei Zwischenstellungen des Löffels 12 entlang der Entladetrajektorie 16 gezeigt.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zur Steuerung eines Entladevorgangs von Schüttgut 10 auf eine Ladefläche 14, insbesondere eines Transportfahrzeugs, mittels eines Löffels 12 eines Baggers, wobei der Löffel 12 entlang einer Entladetrajektorie 16 über der Ladefläche 14 mit einer angepassten konstanten Öffnungsgeschwindigkeit bewegt wird, um das Schüttgut 10 zu entladen, wobei der Löffel 12 an einem in einem Anfangsbereich der Ladefläche 14 liegenden Anfangspunkt 20 der Entladetrajektorie 16 einen Anfangsöffnungswinkel 24 und an einem in einem Endbereich der Ladefläche 14 liegenden Endpunkt 22 der Entladetrajektorie 16 einen Endöffnungswinkel 26 aufweist. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt des Bewegens 102 des mit Schüttgut 10 im Wesentlichen vollbeladenen Löffels 12 bis zur Entladung des Schüttguts 10 entlang der Entladetrajektorie 16 mit einem vorgegebenen Anfangsöffnungswinkel 24 und einem vorgegebenen Endöffnungswinkel 26. Das Verfahren 100 umfasst ferner einen Schritt des Ermittelns 104 eines Fließöffnungswinkels des Löffels 12, ab dem das aufgenommene Schüttgut 10 beginnt von dem Löffel 12 auf die Ladefläche 14 abzufließen, während des Schritts des Bewegens des Löffels 12 mittels einer optischen Sensoreinheit. Das Verfahren 100 umfasst außerdem einen weiteren Schritt des Bewegens 106 des mit Schüttgut 10 im Wesentlichen vollbeladenen Löffels 12 bis zur Entladung des Schüttguts 10 entlang der Entladetrajektorie 16 mit dem Fließanfangsöffnungswinkel als Anfangsöffnungswinkel 24 und dem vorgegebenen Endöffnungswinkel 26. Das Verfahren 100 umfasst des Weiteren einen Schritt eines Ermittelns 108 eines Fließendtrajektorienpunkts auf der Entladetrajektorie 16 und eines zugehörigen Fließendöffnungswinkels, ab dem kein aufgenommenes Schüttgut 10 mehr von dem Löffel 12 auf die Ladefläche 14 abfließt und/oder der Löffel 12 entladen ist, während des Schritts des Bewegens des Löffels 12 mittels der optischen Sensoreinheit. Das Verfahren 100 umfasst auch einen Schritt des Ausgebens 110 eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Fließendtrajektorienpunkt und dem ermittelten Fließendöffnungswinkel mittels einer Steuereinheit, um nachfolgende Schritte eines Bewegens 112 des mit Schüttgut 10 im Wesentlichen vollbeladenen Löffels 12 und damit den Entladevorgang zu steuern.
  • Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19858401 A1 [0004]

Claims (16)

  1. Verfahren (100) zur Steuerung eines Entladevorgangs von Schüttgut (10) auf eine Ladefläche (14), insbesondere eines Transportfahrzeugs, mittels eines Löffels (12) eines Baggers, wobei der Löffel (12) entlang einer Entladetrajektorie (16) über der Ladefläche (14) mit einer angepassten konstanten Öffnungsgeschwindigkeit bewegt wird, um das Schüttgut (10) zu entladen, wobei der Löffel (12) an einem in einem Anfangsbereich der Ladefläche liegenden Anfangspunkt (20) der Entladetrajektorie (16) einen Anfangsöffnungswinkel (24) und an einem in einem Endbereich der Ladefläche (14) liegenden Endpunkt (22) der Entladetrajektorie (16) einen Endöffnungswinkel (26) aufweist, mit den Schritten: - Bewegen (102) des mit Schüttgut (10) im Wesentlichen vollbeladenen Löffels (12) bis zur Entladung des Schüttguts (10) entlang der Entladetrajektorie (16) mit einem vorgegebenen Anfangsöffnungswinkel (24) und einem vorgegebenen Endöffnungswinkel (26); - Ermitteln (104) eines Fließöffnungswinkels des Löffels (12), ab dem das aufgenommene Schüttgut (10) beginnt von dem Löffel (12) auf die Ladefläche (14) abzufließen, während des Schritts des Bewegens (102) des Löffels (12) mittels einer optischen Sensoreinheit; - Bewegen (106) des mit Schüttgut (10) im Wesentlichen vollbeladenen Löffels (12) bis zur Entladung des Schüttguts (10) entlang der Entladetrajektorie (16) mit dem Fließanfangsöffnungswinkel als Anfangsöffnungswinkel (24) und dem vorgegebenen Endöffnungswinkel (26); - Ermitteln (108) eines Fließendtrajektorienpunkts auf der Entladetrajektorie (16) und eines zugehörigen Fließendöffnungswinkels, ab dem kein aufgenommenes Schüttgut (10) mehr von dem Löffel (12) auf die Ladefläche (14) abfließt und/oder der Löffel (12) entladen ist, während des Schritts des Bewegens (106) des Löffels (12) mittels der optischen Sensoreinheit; - Ausgeben (110) eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Fließendtrajektorienpunkt und dem ermittelten Fließendöffnungswinkel mittels einer Steuereinheit, um nachfolgende Schritte eines Bewegens (112) des mit Schüttgut (10) im Wesentlichen vollbeladenen Löffels (12) und damit den Entladevorgang zu steuern.
  2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bewegens (106) eine Rotationsbewegung des Löffels (12) am Anfangspunkt der Entladetrajektorie (16) bis zum Erreichen des Fließöffnungswinkels umfasst.
  3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ausgebens (110) das Steuersignal in Abhängigkeit davon ausgegeben wird, ob der Fließendtrajektorienpunkt dem Endpunkt (22) der Entladetrajektorie entspricht.
  4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für nachfolgende Schritte des Bewegens (112) der Fließendöffnungswinkel als Endöffnungswinkel (26) gewählt wird, falls der Fließendtrajektorienpunkt vor dem Endpunkt (22) der Entladetrajektorie (16) liegt.
  5. Verfahren (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nachfolgenden Schritte des Bewegens (112) eine Rotationsbewegung des Löffels (12) am Endpunkt (22) der Entladetrajektorie (16) bis zum Erreichen eines maximalen Öffnungswinkels des Löffels (12) umfasst.
  6. Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (108) ferner mittels der optischen Sensoreinheit ermittelt wird, ob ein aufgrund der Entladung des Schüttguts (10) auf der Ladefläche (14) entstandener Schüttguthaufen (19) im Endbereich der Ladefläche (14) eine Schüttguterhebung aufweist, falls der Fließendtrajektorienpunkt dem Endpunkt (22) der Entladetrajektorie (16) entspricht; und der Schritt des Ausgebens (110) des Steuersignals ferner in Abhängigkeit davon ausgegeben wird.
  7. Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für nachfolgende Schritte des Bewegens (112) auf der Entladetrajektorie (16) in einem definierten Abstand vor dem Endpunkt (22) ein Maximalöffnungstrajektorienpunkt gewählt wird, bei dem der Löffel (12) einen maximalen Öffnungswinkel erreicht, um eine Schüttguterhebung zu vermeiden.
  8. Verfahren (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalöffnungstrajektorienpunkt auf der Entladetrajektorie (16) iterativ so lange vorverschoben wird, bis der Schüttguthaufen (19) im Endbereich eine im Wesentlichen gleichmäßige Schüttgutverteilung aufweist.
  9. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bewegens (102) der vorgegebene Endöffnungswinkel (26) einem maximalen Öffnungswinkel des Löffels (12) entspricht.
  10. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten beiden Schritten des Bewegens (102, 106) oder in allen Schritten des Bewegens (102, 106, 112) der Löffel (12) mit einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit entlang der Entladetrajektorie (16) bewegt wird.
  11. Verfahren (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ferner bei oder nach jedem der nachfolgenden Schritte des Bewegens (112) eine Schüttgutverteilung auf der Ladefläche (14) mittels der optischen Sensoreinheit ermittelt wird, und im Schritt des Ausgebens (110) mittels des Steuersignals die Bewegungsgeschwindigkeit des Löffels (12) entlang der Entladetrajektorie (16) in Abhängigkeit von der Schüttgutverteilung gesteuert wird, um eine im Wesentliche gleichmäßige Schüttgutverteilung auf der Ladefläche (14) zu erhalten.
  12. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinheit an dem Bagger angeordnet ist, und insbesondere eine maschineneigene Einheit ist, welche zur Durchführung weiterer Aufgaben eingerichtet ist, insbesondere zumindest einer der folgenden Aufgaben: Navigation, Hinderniserkennung, Ermittlung Schüttguteigenschaften, Ermittlung Beladestrategie, Ermittlung Entladestrategie, Assistenz Beladevorgänge und Entladevorgänge, Koordinierung von Transportfahrzeugen.
  13. Steuereinheit, welche eingerichtet es, die folgenden Schritte durchzuführen: - Ermitteln (104) eines Fließöffnungswinkels eines Löffels (12), ab dem ein aufgenommenes Schüttgut (10) beginnt von dem Löffel (12) auf eine Ladefläche (14), insbesondere eines Transportfahrzeugs abzufließen, während eines Schritts eines Bewegens (102) des mit Schüttgut (10) im Wesentlichen vollbeladenen Löffels (12) bis zur Entladung des Schüttguts (10) entlang einer Entladetrajektorie (16) mit einem vorgegebenen Anfangsöffnungswinkel (24) und einem vorgegebenen Endöffnungswinkel (26), unter Verwendung von Sensordaten einer optischen Sensoreinheit, wobei der Löffel (12) entlang der Entladetrajektorie (16) über der Ladefläche (14) mit einer angepassten konstanten Öffnungsgeschwindigkeit bewegt wird, um das Schüttgut (10) zu entladen, wobei der Löffel (12) an einem in einem Anfangsbereich der Ladefläche (14) liegenden Anfangspunkt (20) der Entladetrajektorie (16) einen Anfangsöffnungswinkel (24) und an einem in einem Endbereich der Ladefläche (14) liegenden Endpunkt (22) der Entladetrajektorie (16) einen Endöffnungswinkel (26) aufweist; - Ermitteln (108) eines Fließendtrajektorienpunkts auf der Entladetrajektorie (16) und eines zugehörigen Fließendöffnungswinkels, ab dem kein aufgenommenes Schüttgut (10) mehr von dem Löffel (12) auf die Ladefläche (14) abfließt und/oder der Löffel (12) entladen ist, während eines Schritts eines Bewegens (106) des mit Schüttgut (10) im Wesentlichen vollbeladenen Löffels (12) bis zur Entladung des Schüttguts (10) entlang der Entladetrajektorie (16) mit dem Fließanfangsöffnungswinkel als Anfangsöffnungswinkel (24) und dem vorgegebenen Endöffnungswinkel (26), unter Verwendung von Sensordaten der optischen Sensoreinheit; - Ausgeben (110) eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Fließendtrajektorienpunkt und dem ermittelten Fließendöffnungswinkel, um nachfolgende Schritte eines Bewegens (112) des mit Schüttgut (10) im Wesentlichen vollbeladenen Löffels (12) und damit den Entladevorgang zu steuern.
  14. Bagger, insbesondere autonomer Bagger, mit einem Löffel (12) zum Entladen von Schüttgut (10) auf eine Ladefläche (14), insbesondere eines Transportfahrzeugs, einer optischen Sensoreinheit, insbesondere Kameraeinheit, und einer Steuereinheit nach Anspruch 13.
  15. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen und/oder zu steuern.
  16. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 15.
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