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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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NICHT ZUTREFFEND
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GEBIET DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Arbeitswerkzeugkollisionsvermeidungsverfahren und -system für eine Arbeitsmaschine.
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HINTERGRUND
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Vor Beginn eines Bauvorhabens müssen vergrabene Medienanschlüsse, stillgelegte Schienen- oder Straßenbahnstrecken, Kanalschächte, Ventile und andere Gussteile identifiziert werden. Fest vergrabene oder teilweise vergrabene Hindernisse, auf die während des Betriebs gestoßen wird, wie beispielsweise beim Fräsen, können Schneidwerkzeuge, Schneidwerkzeughalter und Schneidtrommeln beschädigen. In besonders ungünstigen Situationen kann auch der Antrieb einer Arbeitsmaschine beschädigt werden. Die damit verbundenen Ausfallzeiten, Unannehmlichkeiten für die Öffentlichkeit und Reparaturkosten können erheblich sein.
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Beispielsweise werden Drehwerkzeuge wie Schneidtrommeln und Grabenfräse-Arbeitswerkzeuge routinemäßig von Arbeitsmaschinen wie Kompaktladern zum Aufreißen einer Arbeitsoberfläche wie Asphalt, Pflaster, Beton, Boden, losen Gestein usw. eingesetzt. Diese schneidenden Arbeitswerkzeuge müssen bei Verschleiß häufig ausgetauscht werden.
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Eines der damit verbundenen Probleme ist die starke Abhängigkeit von erfahrenen Betreibern bei der Überwachung vor Beginn und während der Arbeit in dem Gebiet. Dies kann besonders in städtischen Gebieten, in denen ein bereits bestehendes Gebiet überarbeitet wird, komplex sein. Die Überwachung kann das Markieren von Medienanschlüssen und Objekten beinhalten und kann auch Komponenten identifizieren, indem sie mit Sprühfarbe markiert werden, wobei die Farbe einen Medienanschluss identifiziert. Schäden an einem Arbeitswerkzeug aufgrund der potenziellen Fahrlässigkeit eines Bedieners können die Produktivität reduzieren und die Kosten im Zusammenhang mit dem Austausch abgenutzter Schneidwerkzeuge oder beschädigter Medienanschlüsse, Leitungen, Stutzen oder Kanalschächte erhöhen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die im Folgenden in der ausführlichen Beschreibung und den dazugehörigen Zeichnungen beschrieben sind. Diese Zusammenfassung ist weder als Festlegung von Schlüsselmerkmalen oder wesentlichen Eigenschaften der beigefügten Ansprüche auszulegen, noch zur Verwendung als Hilfe bei der Festlegung des Anwendungsbereichs dieser Ansprüche.
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Die vorliegende Offenbarung beinhaltet ein System und Verfahren für eine Arbeitswerkzeugkollisionsvermeidung für eine Arbeitsmaschine. Das System umfasst einen Rahmen, einen mit dem Rahmen gekoppelten Auslegerarm, einen Objektdetektor, ein Arbeitswerkzeug, einen Prozessor und eine Steuerung. Der Objektdetektor, der mit dem Auslegerarm und/oder dem Rahmen gekoppelt ist, kann ein Objektsignal erzeugen. Der Objektdetektor kann konfiguriert sein, um ein Objekt um die Arbeitsmaschine herum zu erkennen. Der Objektdetektor kann entlang eines Fahrwegs der Arbeitsmaschine zur Bodenoberfläche hin ausgerichtet sein. Der Objektdetektor kann ein Objektsignal generieren. Das Arbeitswerkzeug kann mit dem Auslegerarm und/oder dem Rahmen gekoppelt sein. Das Arbeitswerkzeug kann sich bewegen. Der Prozessor kann kommunikativ mit dem Objektdetektor gekoppelt werden, um das Objektsignal zu verarbeiten. Der Prozessor kann konfiguriert sein, um das Objektsignal in Echtzeit zu überwachen, um ein Objekt zu erkennen, das zumindest teilweise in der Bodenoberfläche vergraben ist. Das Objekt kann sich im Fahrweg des Arbeitswerkzeugs befinden. Der Prozessor kann einen Abstand zwischen dem Objekt und einem Abstandsschwellenwert bestimmen. Der Abstandsschwellenwert kann ein Mindestabstand von der Arbeitsmaschine sein, um eine Kollision mit dem Arbeitswerkzeug zu vermeiden. Die Steuerung kann kommunikativ mit dem Prozessor gekoppelt sein. Die Steuerung kann ein Steuersignal an ein oder mehrere von einem Maschinensteuersystem und einem Arbeitswerkzeugsteuersystem senden, um eine oder mehrere von einer Bewegung des Arbeitswerkzeugs auf Grundlage dessen, dass das Objekt den Anstandsschwellenwert erreicht, und einer Bewegung der Arbeitsmaschine auf Grundlage dessen, dass das Objekt den Abstandsschwellenwert erreicht, zu modifizieren.
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Das Modifizieren der Bewegung des Arbeitswerkzeugs kann ein oder mehrere Modifikationen einer oder mehrerer einer Neigung, eines Rollens und eines Gierens des Arbeitswerkzeugs; das Modifizieren einer Drehzahl des Arbeitswerkzeugs; das Modifizieren einer vertikalen Position des Arbeitswerkzeugs relativ zur Bodenoberfläche; das Modifizieren einer Schnitttiefenposition des Arbeitswerkzeugs; und das Modifizieren einer Links-Rechts-Position des Arbeitswerkzeugs, wobei die Links-Rechts-Position des Arbeitswerkzeugs senkrecht zum Fahrweg ist, umfassen.
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Das Modifizieren der Bewegung der Arbeitsmaschine umfasst eine oder mehrere Modifikationen einer Geschwindigkeit von einem linken Bodeneingriffsmechanismus oder einem rechten Bodeneingriffsmechanismus der Arbeitsmaschine; Anhalten der Arbeitsmaschine; Modifizieren einer Beschleunigung der Arbeitsmaschine; und Modifizieren einer Neigung des Auslegerarms.
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Des Weiteren kann das System einen oder mehrere von einem Arbeitswerkzeugidentifikationssensor und einem Bedienerauswahlschalter umfassen. Der Arbeitswerkzeugidentifikationssensor, der Bedienerauswahlschalter und der Objektdetektor können einen Parameter des Arbeitswerkzeugs identifizieren und den Abstandsschwellenwert auf Grundlage des Parameters des Arbeitswerkzeugs einstellen. Ein Parameter des Arbeitswerkzeugs kann eine oder mehrere Dimensionen des Arbeitswerkzeugs relativ zu der Arbeitsmaschine, eine Funktion des Arbeitswerkzeugs, eine Last des Arbeitswerkzeugs und eine Materialbeschaffenheit des Arbeitswerkzeugs umfassen.
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Das Verarbeiten des Objektsignals kann eines oder mehrere von dem Erkennen einer Bodenoberflächenunregelmäßigkeit aus einem aus dem Objektsignal abgeleiteten Bild, dem Vergleichen der Bodenoberflächenunregelmäßigkeit mit einer Vielzahl von Synthesebildern, dem Erkennen des Objekts auf Grundlage der Vielzahl von Synthesebildern und dem Definieren eines begrenzten Bereichs in dem Bild um die erkannte Bodenoberflächenunregelmäßigkeit herum umfassen. Das Verarbeiten des Objektsignals kann ferner das Bestimmen einer Bodengeschwindigkeit der Arbeitsmaschine und das Modifizieren einer oder mehrerer der Bewegung des Arbeitswerkzeugs und eines Zeitpunkts der Bewegung der Arbeitsmaschine auf Grundlage der Bodengeschwindigkeit umfassen.
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Der Objektdetektor kann eines oder mehrere von einem RGB-Sensor, einem Lidar-Sensor, einem FLIR-Sensor und einer Kamera umfassen.
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Der Objektdetektor kann einer oder mehrere von nach vorne oder nach hinten gerichteten sein.
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Das Objekt kann auf Grundlage einer unterscheidenden Farbe identifizierbar sein.
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Diese und andere Funktionen werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, wobei verschiedene Funktionen zur Veranschaulichung gezeigt und beschrieben werden. Die vorliegende Offenbarung kann andere und unterschiedliche Konfigurationen haben und ihre verschiedenen Details können in verschiedener anderer Hinsicht modifiziert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend sind die detaillierte Beschreibung und die dazugehörigen Zeichnungen als veranschaulichend und nicht als beschränkend oder einschränkend anzusehen.
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Figurenliste
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Die detaillierte Beschreibung der Zeichnungen bezieht sich auf die beigefügten Figuren, in denen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Arbeitswerkzeugkollisionsvermeidungssystems an einem Kompaktlader ist;
- 2 eine schematische Darstellung des Arbeitswerkzeugkollisionsvermeidungssystems ist;
- 3 eine Seitenansicht einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Arbeitswerkzeugkollisionsvermeidungssystems an einem Baggerlader ist; und
- 4 ein Ablaufdiagramm ist, das das Verfahren zum Vermeiden von Objekten mit einem Arbeitswerkzeug offenbart, das an eine Arbeitsmaschine gekoppelt ist.
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Gleiche Bezugszeichen werden verwendet, um in den verschiedenen Figuren gleiche Elemente zu bezeichnen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die in den obigen Zeichnungen und der folgenden detaillierten Beschreibung offenbarten Ausführungsformen sollen nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung auf diese Ausführungsformen beschränken. Vielmehr gibt es mehrere Abweichungen und Änderungen, die vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Wie hierin verwendet, bezeichnen Aufzählungen mit Elementen, die durch konjunktive Ausdrücke (z. B. „und“) getrennt sind und denen auch der Ausdruck „einer/eine/eines oder mehrere von“ oder „mindestens einer/eine/eines von“ vorangestellt ist, Konfigurationen oder Anordnungen, die möglicherweise einzelne Elemente der Aufzählung oder eine Kombination davon enthalten. Zum Beispiel zeigt „mindestens eines von A, B und C“ oder „eines oder mehrere von A, B und C“ die Möglichkeiten von nur A, nur B, nur C oder einer beliebigen Kombination von zwei oder mehr von A, B und C (z. B. A und B; B und C; A und C; oder A, B, und C) an.
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Wie hier verwendet, ist der Begriff „Steuerung“ ein Rechengerät, das einen Prozessor und einen Speicher beinhaltet. Die „Steuerung“ kann ein einzelnes Gerät oder alternativ mehrere Geräte sein. Die Steuerung kann sich ferner auf jegliche Hardware, Software, Firmware, elektronische Steuerkomponente, Verarbeitungslogik, Verarbeitungsgeräte, einzeln oder in beliebigen Kombinationen beziehen, einschließlich unter anderem einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einer elektronischen Schaltung, eines Prozessors (gemeinsam genutzt, dediziert oder als Gruppenprozessor) und eines Speichers, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten.
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Der Begriff „Prozessor“ ist in 2 als ein einzelner Prozessor XXX dargestellt. Jedoch können zwei oder mehr Prozessoren gemäß bestimmten Bedürfnissen, Wünschen oder bestimmten Implementierungen der Steuerung und der beschriebenen Funktionalität verwendet werden. Der Prozessor kann eine Komponente der Steuerung, ein Teil des Objektdetektors oder alternativ ein Teil einer anderen Vorrichtung sein. Im Allgemeinen kann der Prozessor Anweisungen ausführen und Daten manipulieren, um die Vorgänge der Steuerung durchzuführen, einschließlich Vorgänge unter Verwendung von Algorithmen, Methoden, Funktionen, Prozessen, Abläufen und Verfahren, wie sie in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind.
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1 veranschaulicht eine Arbeitsmaschine 100, die sich in einer Längsrichtung 115 erstreckt und als ein Kompaktlader mit einem Arbeitswerkzeug 105 dargestellt ist, das operativ mit der Arbeitsmaschine 100 gekoppelt ist. Es versteht sich jedoch, dass die Arbeitsmaschine 100 eine von vielen Arten von Arbeitsmaschinen sein kann, einschließlich und ohne Einschränkung eines Kompaktladers, eines Baggerladers, eines Frontladers, einer Planierraupe, eines Traktors, einer Ballenpresse, eines Sprühers und anderer Bau- oder landwirtschaftlicher Fahrzeuge. Die Arbeitsmaschine 100 weist, wie gezeigt, einen Rahmen 110 mit einem Vorderendabschnitt 120 oder Abschnitt und einem hinteren Endabschnitt 125 auf. Die Arbeitsmaschine 100 beinhaltet einen Bodeneingriffsmechanismus 155, der den Rahmen 110 trägt, und eine Bedienerkabine 160, die vom Rahmen 110 getragen wird. Der Bodeneingriffsmechanismus 155 kann konfiguriert sein, um den Rahmen 110 auf einer Oberfläche 135 zu tragen.
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Eine Leistungsquelle 165 ist mit dem Rahmen 110 gekoppelt und betreibbar, um die Arbeitsmaschine 100 zu bewegen. Die veranschaulichte Arbeitsmaschine 100 beinhaltet Räder, aber andere Ausführungsformen können ein oder mehrere Raupenketten beinhalten, die in die Oberfläche 135 eingreifen. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Bodeneingriffsmechanismus 155 auf der linken Seite der Arbeitsmaschine 100 mit einer anderen Geschwindigkeit oder in einer anderen Richtung als der Bodeneingriffsmechanismus 155 auf der rechten Seite der Arbeitsmaschine 100 betrieben werden. Bei einem herkömmlichen Kompaktlader kann der Bediener die Bedienelemente von innerhalb einer Bedienerkabine 160 aus betätigen, um die Raupenketten auf der rechten oder linken Seite der Arbeitsmaschine 100 unter Verwendung einer Steuervorrichtung, wie etwa eines Joysticks, eines Fußpedals, eines Touchscreens und eines Lenkrads, anzutreiben. Die Bewegung für die Arbeitsmaschine 100 kann als Drehen 130 oder Drehrichtung, Neigen 145 oder Neigungsrichtung und Gier 140 oder Gierrichtung bezeichnet werden.
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In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Arbeitsmaschine 100 eine Auslegerbaugruppe 170, die an den Rahmen 110 gekoppelt ist. Ein Arbeitswerkzeug 105 (kann auch als Arbeitsgerät bezeichnet werden) kann schwenkbar an einen vorderen Abschnitt der Auslegerbaugruppe 170 gekoppelt sein, während ein hinterer Abschnitt der Auslegerbaugruppe 170 schwenkbar mit dem Rahmen 110 gekoppelt ist. Der Rahmen 110 umfasst einen Hauptrahmen 112 und einen Basisrahmen zum Koppeln des Bodeneingriffsmechanismus 155. Das Arbeitswerkzeug 105 kann mit der Auslegerbaugruppe 170 über einen Arbeitswerkzeugkoppler 185 gekoppelt sein. Ein beispielhafter Arbeitswerkzeugkoppler 185, oft als Quik-Tatch von Deere and Company bezeichnet, ist eine Industriestandardkonfiguration und ein Koppler, der universell für viele Arbeitswerkzeuge von Deere und mehrere Nachrüstarbeitswerkzeuge verwendbar ist.
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Die Auslegerbaugruppe 170 des Ausführungsbeispiels umfasst ein erstes Paar von Auslegerarmen 190 (jeweils einer auf einer linken und einer rechten Seite), die schwenkbar mit dem Rahmen 110 gekoppelt sind und relativ zu dem Rahmen 110 durch ein Paar von Auslegerhydraulikstellgliedern (nicht gezeigt) bewegbar sind, wobei das Paar von Auslegerhydraulikstellgliedern, auch konventionell als ein Paar von Hubzylindern (einer ist mit jedem Auslegerarm gekoppelt) für einen Kompaktlader bezeichnet werden kann. Der Arbeitsgerätekoppler 185 kann mit einem vorderen Abschnitt oder Teil des Paares von Auslegerarmen 190 gekoppelt werden, der relativ zu dem Rahmen 110 durch ein Paar von Kipphydraulikzylindern (nicht gezeigt) bewegbar ist. Der Rahmen 110 der Arbeitsmaschine 100 umfasst ferner einen hydraulischen Koppler 210 am vorderen Endabschnitt 120 der Arbeitsmaschine 100, um einen oder mehrere Hilfshydraulikzylinder zu koppeln, um die Bewegung des Arbeitswerkzeugs 105 anzutreiben oder Hilfsfunktionen des Arbeitswerkzeugs 105 zu betätigen. Der hydraulische Koppler 210 ermöglicht im Gegensatz zum Arbeitswerkzeugkoppler 185 die hydraulische Kopplung eines oder mehrerer Hilfshydraulikstellglieder am Arbeitswerkzeug 105 an das Hydrauliksystem 220 (in 2 gezeigt) der Arbeitsmaschine 100. Es ist zu beachten, dass nicht alle Arbeitswerkzeuge über einen oder mehrere Hilfshydraulikzylinder verfügen und daher den hydraulischen Koppler 210 nicht verwenden. Alternativ beinhalten Verwendungen für den hydraulischen Koppler 210 das Öffnen oder Schließen eines greiferartigen Arbeitswerkzeugs, das Drehen einer Drehtrommel (gezeigt in 1) oder das Drehen der Schneidzähne an einer Grabenfräse (gezeigt in 3), um einige zu nennen. Jedes des Paars von Auslegerhydraulikstellgliedern, des Paars von Kipphydraulikstellgliedern und der Hilfsstellgliedern sind doppeltwirkende Hydraulikstellglieder. Wie für einen Durchschnittsfachmann verständlich wäre, kann ein Ende jedes Stellglieds als Kopfende bezeichnet werden, und das dem Kopfende gegenüberliegende Ende jedes Stellglieds kann als Stangenende bezeichnet werden. Jedes Kopfende und Stangenende kann fest mit einer anderen Komponente gekoppelt sein, wie etwa einer Stifthülse oder Stifthülsenkopplung, um nur zwei Beispiele für Schwenkverbindungen zu nennen. Als doppeltwirkendes Hydraulikstellglied kann jeder eine Kraft in Aus- oder Einfahrrichtung ausüben. Das Leiten von unter Druck stehendem Hydraulikfluid 235 in eine Kopfkammer der Stellglieder neigt dazu, eine Kraft in der Ausfahrrichtung auszuüben, während das Leiten von unter Druck stehendem Hydraulikfluid 235 in eine Stangenkammer der Stellglieder dazu neigt, eine Kraft in der Einfahrrichtung auszuüben. Die Kopfkammer und die Stangenkammer können beide innerhalb eines Rohrs des Hydraulikstellglieds angeordnet sein und beide Teil eines größeren Hohlraums sein, der durch einen beweglichen Kolben getrennt ist, der mit einer Stange des Hydraulikstellglieds verbunden ist. Die Volumina sowohl der Kopfkammer als auch der Stangenkammer ändern sich mit der Bewegung des Kolbens, während die Bewegung des Kolbens zum Ausfahren oder Einfahren des Hydraulikstellglieds führt. Ein Objektdetektor 245 kann mit dem Auslegerarm 190 und/oder dem Rahmen 110 in einer Richtung gekoppelt werden, die in Richtung des Arbeitswerkzeugs 105 ausgerichtet ist.
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3 zeigt eine alternative Ausführungsform, wobei die Arbeitsmaschine ein Baggerlader ist. Das System umfasst einen Rahmen 110, einen Auslegerarm 190 (1 zeigt ein Paar von Auslegerarmen im Gegensatz zu dem einzelnen Auslegerarm 190 eines Kompaktraupenladers), der mit dem Rahmen 110 gekoppelt ist, einen Objektdetektor 245, ein Arbeitswerkzeug 105, einen Prozessor 250 und eine Steuerung 255. Wiederum kann der Objektdetektor 245 mit einem oder mehreren des Auslegerarms 190 und des Rahmens 110 in einer Richtung gekoppelt werden, die in Richtung des Arbeitswerkzeugs 105 ausgerichtet ist. Der Objektdetektor 245 kann konfiguriert sein, um ein Objekt 265 um die Arbeitsmaschine 100 herum zu erkennen (d. h. zumindest eine erkannte Eingabe 270 (in 2 gezeigt) bereitzustellen, um eine Erkennung eines Objekts 265 abzuleiten, wenn ein Objekt vorhanden ist). Der Objektdetektor 245 kann entlang der Fahrtrichtung 275 der Arbeitsmaschine 100 auf die Bodenoberfläche 135 ausgerichtet werden. Wie später hierin näher beschrieben, kann die Anzahl und Konfiguration der Sensoren, die zum Erkennen der Objekte verwendet werden, je nach Bedarf oder Wunsch auf Grundlage von einem oder mehreren Parametern des Arbeitswerkzeugs variiert werden. Beispielsweise können die Sensoren relativ zueinander positioniert werden, so dass ein angemessenes Maß an Empfindlichkeit, Genauigkeit und/oder Auflösung zwischen den Sensoren entlang einer axialen Breite oder axialen Länge des Arbeitswerkzeugs bereitgestellt werden kann, so dass jedes Objekt (unterirdisch und/oder oberirdisch) effektiv erkannt werden kann. Die genaue Platzierung der Objektdetektoren 245 kann je nach der darauf angewendeten Arbeitsmaschine variieren.
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Nun unter Bezugnahme auf die 2 und 3 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 veranschaulicht 2 ein Arbeitswerkzeugkollisionsvermeidungssystem 240 für die Arbeitsmaschine 100. Der Objektdetektor 245 kann ein Objektsignal 260 erzeugen. Der Objektdetektor 245 kann eine Sichtlinie auf die Bodenoberfläche 135 und Objekte um die Arbeitsmaschine 100 herum geben. Der Objektdetektor 245 kann verwendet werden, um Objekte 265 innerhalb eines bestimmten Erkennungsabstands 300 der Arbeitsmaschine 100 zu erkennen. In einer Ausführungsform kann der Erkennungsabstand 300 durch die Fähigkeiten des Objektdetektors 245 bestimmt werden. Der Objektdetektor 245 kann ein Radar 236 zum Erfassen von Objekten 265, die sich um die Arbeitsmaschine 100 in dem Bereich befinden, und andere Erfassungstechnologien umfassen, einschließlich Laser 237 (z. B. Lidar), Schall 238 (z. B. Ultraschall/Sonar), Bilderfassung 239 (z. B. eine oder mehrere Kameras) und FLIR-Thermobildgebungssysteme 241. Im normalen Betrieb kann der Objektdetektor 245 konfiguriert sein, um ein Objekt 265 zu erkennen, das näher als ein Schwellenabstand 285 von entweder der Arbeitsmaschine 100 oder dem Objektdetektor 245 selbst ist. Der Schwellenabstand 285 kann voreingestellt oder einstellbar sein, um zu vermeiden, dass die erwarteten/bekannten Bodenoberflächenunregelmäßigkeiten den Objektdetektor 245 auslösen. Der Objektdetektor 245 kann auch so konfiguriert sein, dass ein erkanntes Objekt 265 größer als eine Schwellengröße 290 sein muss, bevor es als Objekt 265 betrachtet wird, und diese Schwellengröße 290 kann auf Grundlage des Abstands zu dem Objekt von einem Referenzpunkt 295 voreingestellt oder einstellbar sein. In einem Ausführungsbeispiel kann der Referenzpunkt 295 ein Abschnitt der Arbeitsmaschine 100 sein, wie etwa der Rahmen 110, die Auslegerbaugruppe 170 oder das Arbeitswerkzeug 105. Alternativ kann der Referenzpunkt 295 ein Punkt sein, an dem der Bodeneingriffsmechanismus 155 in die Bodenoberfläche 135 eingreift. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Referenzpunkt 255 der Objektdetektor 245 selbst oder ein empfangendes Gegenstück zu dem Objektdetektor 245 sein.
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Objektdetektoren 245 können einen Prozessor 250 beinhalten (alternativ kann der Prozessor ein Teil der Steuerung 255 sein), der die erkannte Eingabe 270 analysiert, um zu bestimmen, ob ein Objekt 265 in dem Bereich vorhanden ist, und dann ein Objektsignal 260, das das Vorhandensein eines Objekts 265 in dem Bereich anzeigt, an die Steuerung 255 übermittelt. In einem Ausführungsbeispiel kann das Objektsignal 260 von dem Objektdetektor 245 ein Wert sein, der das Nichtvorhandensein eines Objekts 265 (z. B. 0) oder die Nähe des Objekts zu dem Objektdetektor 245 (z. B. 1, 2 oder 3, wenn die Nähe zunimmt) angibt. In alternativen Ausführungsformen kann das Objektsignal 260 von dem Objektdetektor 245 selbst nicht das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Objekts 265 in einem Bereich kommunizieren, sondern kann stattdessen einen Wert kommunizieren, der die Signalstärke darstellt. In einer weiteren Ausführungsform kann das Objektsignal 260 aus den Dimensionsattributen eines Bildes abgeleitet werden, wobei ein Abstand und/oder eine Größe eines Objekts auf Grundlage des bekannten Referenzpunkts 295 durch den Prozessor 250 berechnet werden kann. In noch anderen alternativen Ausführungsformen kann der Objektdetektor 245 andere Daten an die Steuerung 255 oder Daten in einem alternativen Format kommunizieren, um der Steuerung 255 zu ermöglichen, zu bestimmen, ob sich ein Objekt 265 in dem Bereich vorhanden ist. Der Objektdetektor 245 kann weitere Informationen, wie etwa die Größe, Abstand zu oder Bewegung des erkannten Objekts kommunizieren, um es der Steuerung 255 zu ermöglichen, auf Grundlage der Größe, des Abstands oder der Bewegung des erkannten Objekts 265 unterschiedliche Handlungen vorzunehmen.
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Wie zuvor erwähnt, kann das Arbeitswerkzeug 105 mit dem Auslegerarm 190 und/oder dem Rahmen 110 gekoppelt sein. Innerhalb der Anwendung des Arbeitswerkzeugkollisionsvermeidungssystems 240 kann sich das Arbeitswerkzeug 105 bewegen. Beispielsweise ist das in 1 gezeigte Drehwerkzeug 305 häufig mit einem vorderen Abschnitt 120 der Arbeitsmaschine 100 gekoppelt. Derartige Schneidtrommeln 305 (d. h. das Drehwerkzeug) werden routinemäßig von Arbeitsmaschinen wie Baggerladern, Ladern, Baggern, Kompaktladern und dergleichen eingesetzt. Die beabsichtigte Verwendung dieser Art von Arbeitswerkzeug 100 (d. h. Drehtrommel 305) könnte das Schneiden von Asphalt, Beton oder einem beliebigen anderen Straßenbau-/Parkplatzmaterial sein. Das Arbeitswerkzeug 100 kann auch zur Bodenstabilisierung verwendet werden. Es könnte für die vollständige Tiefenrückgewinnung von Straßen oder alternativ für eine bestimmte Tiefe verwendet werden. Die mit dieser Art von Werkzeug verbundene Arbeit kann typischerweise langsam und monoton sein und wird im Allgemeinen in relativ geraden Linien ausgeführt werden, wobei ein Bediener leicht seine Aufmerksamkeit verlieren kann. Das Drehwerkzeug 305 verwendet häufig Schneideinsätze (nicht gezeigt), die angepasst sind, um diese notwendige Arbeit auszuführen. Diese Schneideinsätze verschleißen häufig bei der Verwendung und müssen bei Verschleiß oder unbeabsichtigten Beschädigungen durch den Bediener aufgrund nicht sichtbarer oder nicht identifizierter Objekte 265 ausgetauscht werden. In einem Ausführungsbeispiel kann das Drehwerkzeug 305 beispielsweise auf einen Kanalschacht, einen Medienanschluss, eine Rohrleitung oder einen Zapfen treffen und dadurch entweder das angetroffene Objekt 265 beschädigen oder selbst beschädigt werden, wobei die Zähne des Drehwerkzeugs 305 brechen.
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In einer zweiten Ausführungsform, 3, wird eine Grabenfräse 310 gezeigt. Die Grabenfräse 310, die im Allgemeinen zum Schneiden schmaler Gräben zum Verlegen von Rohren verwendet wird, ist oft mit dem hinteren Abschnitt 180 einer Arbeitsmaschine 100, wie etwa dem Bagger, gekoppelt, wodurch der Bediener in die entgegengesetzte Richtung des Arbeitswerkzeugs 105 ausgerichtet wird. Unterirdische Medienanschlüsse werden im Allgemeinen vor Durchführung der Arbeiten gekennzeichnet 315, d. h. mit Sprühfarbe 320 oder anderen Mitteln markiert. Darüber hinaus sind Medienanschlüsse oft farbkodiert. Üblicherweise wird der Standardversorgungscode für Medienanschlüsse, dem die American Public Works Association folgt, wie folgt umrissen: Rot für Stromleitungen; Gelb für Gas, Öl und Dampf; Orange für Telefon und Kabelfernsehen; Blau für Wasser; Lila für wiedergewonnenes Wasser; und Grün für Abwasser- und Regenwasserkanäle. Wie nachstehend ausführlicher erörtert, kann das System 240 Farbe verwenden, um ein Objekt basierend auf Farbe zu identifizieren. Je nach Art der Anwendung umfasst der Objektdetektor 245 wiederum einen oder mehrere von einem RGB-Sensor 242, einem Lidar-Sensor 243, einem FLIR-Sensor 241 und einem Bilderfassungssystem 239 (z. B. einer Kamera), wobei Farbe ein Parameter von mehreren anderen Parametern ist, einschließlich Form, Material, relativer Position und Abstand. Oft kann das Arbeiten in umgekehrter Richtung zu der Richtung erfolgen, der der Bediener zugewandt sein kann (d. h. der Bediener muss möglicherweise seinen Kopf drehen, um die hinter ihnen ausgeführte Arbeit zu sehen, während er beim Manövrieren der Richtung der Arbeitsmaschine nach vorne blickt), wenn die Grabenfräse 310 in den Graben eindringt und die Grabenfräse 310 kann versehentlich auf einen nicht markierten Medienanschluss (d. h. der Bodenoberflachenunregelmäßigkeit 335 oder ein Objekt 265) stoßen. Abhängig von der Anwendung des Arbeitswerkzeugkollisionsvermeidungssystems 240 kann der Objektdetektor 245 aus einer oder mehreren der nach vorne zugewandten 321 und der nach hinten zugewandten 322 bestehen.
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Ein Prozessor 250 kann kommunikativ mit dem Objektdetektor 245 gekoppelt sein, um das Objektsignal 260 zu verarbeiten. Der Prozessor 250 kann konfiguriert sein, um das Objektsignal 260 in Echtzeit zu überwachen, um ein Objekt 265 zu erkennen, das zumindest teilweise in der Bodenoberfläche 135 vergraben ist. Das Objekt 265 kann sich im Fahrweg 325 des Arbeitswerkzeugs 105 (d. h. der Grabenfräse 310 für diese Ausführungsform) befinden. Der Prozessor 250 kann einen Abstand zwischen dem Objekt 265 und einem Abstandsschwellenwert 330 bestimmen, wobei der Abstandsschwellenwert 330 der Mindestabstand von der Arbeitsmaschine 100 ist, um eine Kollision mit dem Arbeitswerkzeug 105 zu vermeiden. Die Verarbeitung des Objektsignals 260 kann eines oder mehrere von dem Erkennen einer Bodenoberflächenunregelmäßigkeit 335 aus einem von dem Objektsignal 260 abgeleiteten Bild, dem Vergleichen der Bodenoberflächenunregelmäßigkeit 335 mit einer Vielzahl von synthetisierten Bildern 340, dem Erkennen des Objekts 265 auf Grundlage der Vielzahl von synthetisierten Bildern 340 und dem Definieren eines begrenzten Bereichs 345 in dem Bild um die erkannte Bodenoberflächenunregelmäßigkeit 335 herum umfassen. Das Verarbeiten des Objektsignals 260 kann ferner das Bestimmen der Bodengeschwindigkeit 350 der Arbeitsmaschine 100 und das Modifizieren eines oder mehrerer des Zeitpunkts des Bewegungsarbeitswerkzeugs 355 und des Zeitpunkts der Bewegung der Arbeitsmaschine basierend auf der Bodengeschwindigkeit 350 umfassen 360. Dies beinhaltet auch das Einbeziehen des aktuellen Zustands/der aktuellen Parameter 367 sowohl der Arbeitsmaschine 100 als auch des Arbeitswerkzeugs.
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Die Steuerung 255 kann kommunikativ mit dem Prozessor 250 gekoppelt sein, wobei die Steuerung 255 ein Steuersignal 365 an ein oder mehrere von einem Maschinensteuersystem 370 und dem Arbeitswerkzeugsteuersystem 375 sendet, um eine oder mehrere von der Bewegung des Arbeitswerkzeugs 380 und der Bewegung der Arbeitsmaschine 385 basierend darauf zu modifizieren, dass das Objekt 265 den Abstandsschwellenwert 330 erreicht. Das Arbeitswerkzeug 105 kann von der Arbeitsmaschine 100 angetrieben und dadurch vom Maschinensteuersystem 370 gesteuert werden oder es kann mit einem Motor oder elektrischer Leistung angetrieben und über das Arbeitswerkzeugsteuersystem 375 gesteuert werden. Das Arbeitswerkzeug 105 kann durch eine Kombination der oben beschriebenen Hydraulikstellglieder bewegt werden. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Kompaktladers kann das Arbeitswerkzeug 105 durch Auslegerhydraulikstellglieder, Kipphydraulikstellglieder und Hilfshydraulikstellglieder bewegt werden.
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Das Modifizieren der Bewegung der Arbeitsmaschine 385 umfasst einen oder mehrere von mehreren Arbeitsmaschinenparametern 390. Der erste ist das Modifizieren einer Geschwindigkeit 391 von einem oder mehreren der linken Bodeneingriffsmechanismen und der rechten Bodeneingriffsmechanismen der Arbeitsmaschine 100. Die relativen Bewegungen sowohl des linken Bodeneingriffsmechanismus als auch des rechten Bodeneingriffsmechanismus können auch den Grad einer Richtungsänderung der Arbeitsmaschine anzeigen. Ein anderer kann das Anhalten der Arbeitsmaschine 392 beinhalten, wodurch eine mögliche Kollision gestoppt wird. Ein weiterer kann das Modifizieren einer Beschleunigung 393 der Arbeitsmaschine 100 beinhalten. In der ersten Ausführungsform eines Kompaktladers kann die Arbeitsmaschine 100 auch die Neigung 145 der Auslegerarme 190 modifizieren.
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Das Modifizieren der Bewegung des Arbeitswerkzeugs 380 umfasst einen oder mehrere von mehreren anderen Parametern 390, einschließlich des Anhaltens der Bewegung des Arbeitswerkzeugs 376 und des Modifizierens des Rollens 130, des Gierens 140 und der Neigung 145, um nur einige zu nennen.
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Das System 240 kann ferner einen Arbeitswerkzeugidentifikationssensor 395 und/oder einen Bedienerauswahlschalter 396 umfassen. Der Arbeitswerkzeugidentifikationssensor 395, der Bedienerauswahlschalter 395 und der Objektdetektor 245 können verwendet werden, um einen Parameter des Arbeitswerkzeugs 397 zu identifizieren, was es der Steuerung 255 ermöglicht, den Abstandsschwellenwert 330 auf Grundlage eines Parameters des Arbeitswerkzeugs 397 einzustellen. Ein Parameter des Arbeitswerkzeugs 397 kann eines oder mehrere des Folgenden beinhalten: eine Abmessung des Arbeitswerkzeugs 398 relativ zu der Arbeitsmaschine 100, eine Funktion 399 des Arbeitswerkzeugs, eine Last 400 des Arbeitswerkzeugs und eine Materialzusammensetzung 401 des Arbeitswerkzeugs. Vorausgesetzt, es gibt eine Vielzahl von Originalausrüstungsherstellern und verfügbaren Komponenten für Arbeitswerkzeuge auf dem Ersatzteilemarkt, kann das System einen Parameter 397 identifizieren, beispielsweise die Abmessungen des Arbeitswerkzeugs relativ zum Rahmen der Arbeitsmaschine. Eine Last des Arbeitswerkzeugs kann es einer Arbeitsmaschine ermöglichen, die hydraulischen oder elektrischen Kräfte zu berechnen, die für die oben genannten Bewegungsänderungen und zum Einstellen des Abstandsschwellenwerts erforderlich sind. Die Materialzusammensetzung 401 und die Funktion 399 des Arbeitswerkzeugs können es der Steuerung 255 ermöglichen, zu ermitteln, welche Objekte die Arbeitsmaschine 100 möglicherweise beschädigen können. Jeder der Parameter des Arbeitswerkzeugs 397 ermöglicht es der Steuerung 255, eine Eingabe in das Steuersignal 365 zur Kollisionsvermeidung bereitzustellen. Der Bedienerauswahlschalter 395 stellt ein manuelles Mittel zum Eingeben von Arbeitswerkzeugidentifikationsinformationen bereit.
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Aus einer industriellen Anwendungsperspektive veranschaulicht 4 ein Verfahren zum Vermeiden von Objekten mit einem Arbeitswerkzeug, das an eine Arbeitsmaschine 405 gekoppelt ist. Das Verfahren 405, das in einer oder mehreren der hier gezeigten und in den verschiedenen FIGUREN dargestellten Ausführungsformen implementiert sein kann, ist jedoch nicht nur auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Bei Schritt 410 beginnt das Verfahren mit dem Generieren eines Objektsignals 260 durch einen Objektdetektor 245.
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Bei Schritt 420 überwacht ein Prozessor das Objektsignal 260 in Echtzeit, wobei der Objektdetektor kommunikativ mit dem Objektdetektor 245 gekoppelt ist.
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Bei Schritt 430 kann eine oder mehrere der Steuerung 255 und des Prozessors 250 das Objektsignal 260 verarbeiten, um ein Objekt zu erkennen, das zumindest teilweise in der Bodenoberfläche 135 vergraben ist, wobei sich das Objekt im Fahrweg 325 des Arbeitswerkzeugs 105 befinden kann. Das Verarbeiten des Objektsignals 260 kann das Erfassen einer Bodenoberflächenunregelmäßigkeit aus einem Bild, das von dem Objektsignal (431) abgeleitet wird, das Vergleichen der Bodenoberflächenunregelmäßigkeit mit einer Vielzahl von synthetisierten Bildern (432), das Erkennen des Objekts auf Grundlage der Vielzahl von synthetisierten Bildern (433) und das Definieren eines begrenzten Bereichs in dem Bild um die erfasste Bodenoberflächenunregelmäßigkeit (434) umfassen. Das Verarbeiten des Objektsignals 260 kann ferner das Bestimmen einer Bodengeschwindigkeit der Arbeitsmaschine (435) und das Modifizieren eines oder mehrerer von einem Zeitpunkt der Bewegung des Arbeitswerkzeugs und einem Zeitpunkt der Bewegung der Arbeitsmaschine (436) auf Grundlage der Bodengeschwindigkeit umfassen.
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Bei Schritt 440 können einer oder mehrere der Prozessoren 250 und der Steuerung 255 den erfassten Abstand 300 zwischen dem Objekt und einem Abstandsschwellenwert 330 bestimmen, wobei der Abstandsschwellenwert 330 der minimale Abstand von der Arbeitsmaschine 100 im Fahrweg 325 ist, um eine Kollision mit dem Arbeitswerkzeug 105 zu vermeiden.
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Bei Schritt 450 kann die Steuerung 255, die kommunikativ mit dem Prozessor 250 gekoppelt ist, ein Steuersignal 365 an ein oder mehrere von einem Maschinensteuersystem 370 und einem Arbeitswerkzeugsteuersystem 375 senden, um eines oder mehrere der Folgenden zu modifizieren; bei Schritt 460 eine Bewegung des Arbeitswerkzeugs 380, basierend darauf, dass das Objekt den Abstandsschwellenwert 330 erreicht; und bei Schritt 466 eine Bewegung der Arbeitsmaschine 385, basierend darauf, dass das Objekt den Abstandsschwellenwert 330 erreicht. Bei Schritt 460 kann das Modifizieren der Bewegung des Arbeitswerkzeugs 380 eines oder mehrere des Folgenden umfassen: das Modifizieren einer oder mehrerer einer Neigung 145, eines Rollens 130 und eines Gierens 140 des Arbeitswerkzeugs 105 (461); das Modifizieren einer Drehgeschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs (462); das Modifizieren einer vertikalen Position des Arbeitswerkzeugs relativ zu der Bodenoberfläche (463); das Modifizieren einer Schnitttiefenposition des Arbeitswerkzeugs (464); und das Modifizieren einer Links-Rechts-Position des Arbeitswerkzeugs, wobei die Links-Rechts-Position des Arbeitswerkzeugs senkrecht zum Fahrweg (465) ist. Bei Schritt 466 kann das Modifizieren der Bewegung der Arbeitsmaschine 385 eines oder mehrere des Folgenden umfassen: das Modifizieren einer Geschwindigkeit von einem oder mehreren von einem linken Bodeneingriffsmechanismus und einem rechten Bodeneingriffsmechanismus der Arbeitsmaschine (467); das Anhalten der Arbeitsmaschine (468); das Modifizieren einer Beschleunigung der Arbeitsmaschine (469); und das Modifizieren einer Neigung der Auslegerarme (470).
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Bei Schritt 460 können ein oder mehrere von einem Arbeitswerkzeugidentifikationssensor 395, einem Bedienerauswahlschalter 396 und einem Objektdetektor 245 verwendet werden, um einen Parameter des Arbeitswerkzeugs 397 zu identifizieren, um den Abstandsschwellenwert 330 auf Grundlage des Parameters des Arbeitswerkzeugs 397 einzustellen. Der Parameter des Arbeitswerkzeugs 397 kann eine oder mehrere Dimensionen des Arbeitswerkzeugs 398 relativ zu der Arbeitsmaschine, eine Funktion des Arbeitswerkzeugs 399, eine Last des Arbeitswerkzeugs 400 und eine Materialzusammensetzung des Arbeitswerkzeugs 401 umfassen.
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In anderen Ausführungsformen kann einer oder mehrere dieser Schritte oder Vorgänge weggelassen, wiederholt oder neu geordnet werden und dennoch die gewünschten Ergebnisse erzielen.
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Ohne den Umfang, die Auslegung oder die Anwendung der nachstehend aufgeführten Ansprüche in irgendeiner Weise einzuschränken, steuert eine technische Wirkung einer oder mehrerer der hierin offenbarten exemplarischen Ausführungsformen die Bewegung des Kolbens unabhängig von der Bewegung des Kurbelarms. Eine weitere technische Wirkung von einer oder mehreren der hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen besteht in der Fähigkeit, langsamere Komprimierungsraten des Ernteguts über den Kolben innerhalb der Komprimierungskammer durchzuführen. Eine weitere technische Wirkung von einer oder mehreren der hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen besteht darin, dass der Kolben während eines Betriebs einer Erntemaschine, beispielsweise während des Bindevorgangs, über einen längeren Zeitraum in der komprimierten Position gehalten werden kann.
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Die hierin verwendete Terminologie dient dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen oder Implementierungen und soll die Offenbarung in keiner Weise einschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes anzeigt. Es versteht sich ferner, dass jede Verwendung der Begriffe „hat“, „haben“, „aufweisen“, „beinhalten“, „enthält“, „umfasst“, „umfassen“, „umfassend“, „beinhaltet“ oder dergleichen in dieser Patentschrift das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten identifiziert, jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt.
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Die hier mit den Bezugszeichen „A“ und „B“ verwendeten Bezugsziffern dienen lediglich der Verdeutlichung bei der Beschreibung mehrerer Implementierungen einer Vorrichtung.
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Einer oder mehrere der Schritte oder Vorgänge in einem der hier erörterten Verfahren, Prozesse oder Systeme können weggelassen, wiederholt oder neu geordnet werden und liegen im Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung.
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Während das Obenstehende beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschreibt, sollten diese Beschreibungen nicht in einem einschränkenden oder begrenzenden Sinne betrachtet werden. Vielmehr gibt es mehrere Abweichungen und Änderungen, die vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
