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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Steuersystem zum Steuern einer Arbeitsmaschine.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, den Wassergehalt eines Bodens sensorisch zu ermitteln. Aus der
JP 2020 - 133 361 A ist ein Verfahren bekannt, bei welchem eine Bodenfeuchte mit einem Densitometerverfahren ermittelt wird. Zur Ermittlung der Bodenfeuchte werden hierfür eine Vielzahl von Ultraschallsensoren in eine Bodenprobe eingebracht. Auch aus der
US 5 033 031 A ist es bekannt, die Bodenfeuchte mit einem in den Boden eingebrachten Ultraschallsensor zu bestimmen.
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Aus der
DE 10 2019 101 129 A1 ist es ferner bekannt, den Feuchtegrad eines Bodenbelags mittels eines neuronalen Netzwerkes zu bestimmen. Aus der
DE 10 2014 013 969 A1 ist es weiter bekannt, die Bodenfeuchte mit elektromagnetischen Sensoren zu bestimmen.
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Darüber hinaus zeigt
DE 10 2008 043 886 A1 eine Vorrichtung zum Bearbeiten und ein Verfahren zum Bestimmen eines Lockergesteins. Dabei wird ein Messaufnehmer vorgesehen, mittels dessen ein Körperschall der Vorrichtung aufnehmbar ist, eine Auswertungseinrichtung, mittels derer physikalische Parameter des Körperschalls bestimmbar sind, einen Speicher, der zu je einem Referenzwert des Körperschalls eine geologische Nomenklatur enthält und eine Vergleichseinrichtung, mittels derer ein dem Parameter im Wesentlichen entsprechender Referenzwert ermittelbar und die dem Referenzwert zugeordnete Nomenklatur dem Lockergestein zuordenbar ist.
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Darstellung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft in einem Aspekt ein Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine basierend auf einem Wassergehaltszustand eines Arbeitsmaterials.
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Bei der Arbeitsmaschine kann es sich um eine Maschine handeln, welche zum Durchführen einer Arbeitsaufgabe eingerichtet ist. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine eine Baumaschine sein, welche zum Durchführen einer Arbeitsaufgabe im Tiefbau oder im Hochbau eingerichtet sein kann. Bei dem Arbeitsmaterial kann es sich um ein Material handeln, welches von der Arbeitsmaschine verarbeitet oder bearbeitet werden kann. Beispielsweise kann das Arbeitsmaterial ein Baumaterial sein.
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Der Wassergehaltszustand kann eine qualitative Information zu dem Wassergehalt des Arbeitsmaterials aufweisen. Die qualitative Information kann ein erhöhter oder verringerter Wassergehalt des Arbeitsmaterials sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Wassergehaltszustand eine quantitative Information zu dem Wassergehalt des Arbeitsmaterials aufweisen. Die quantitative Information kann ein aktueller Wassergehalt des Arbeitsmaterials sein.
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Das Verfahren weist als einen Schritt ein Aussenden eines Ultraschallsignals auf einen Oberflächenbereich des Arbeitsmaterials mit einem zu dem Arbeitsmaterial beabstandeten Ultraschallsensor auf. Der Oberflächenbereich kann den Wassergehaltszustand aufweisen. Der Ultraschallsensor kann zum Aussenden des Ultraschallsignals auf den Oberflächenbereich ausgerichtet werden, wobei der Oberflächenbereich des Arbeitsmaterials ein dem Ultraschallsensor zugewandter Bereich des Arbeitsmaterials sein kann. Alternativ dazu kann zum Aussenden des Ultraschallsignals der Oberflächenbereich zu dem Ultraschallsensor ausgerichtet werden.
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Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Empfangen des ausgesandten und an dem Oberflächenbereich reflektierten Ultraschallsignals mit dem Ultraschallsensor auf. Bei dem Ultraschallsensor kann es sich daher um einen Ultraschalltransceiver handeln. Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Bestimmen einer Signalamplitude des empfangenen Ultraschallsignals auf.
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Das Verfahren kann als einen weiteren Schritt ein Vergleichen der bestimmten Signalamplitude mit einer vorbestimmten Signalamplitude aufweisen. Die vorbestimmte Signalamplitude kann eine in Abhängigkeit von einem Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Oberflächenbereich vorbestimmte Signalamplitude sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die vorbestimmte Signalamplitude eine in Abhängigkeit einer Oberflächeneigenschaft des Arbeitsmaterials vorbestimmte Signalamplitude sein.
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Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Bestimmen des Wassergehaltszustands basierend auf einem aus dem Schritt des Vergleichens der Signalamplituden resultierenden Vergleichsergebnisses auf. Ein Vergleichsergebnis kann sein, dass die bestimmte Signalamplitude von der vorbestimmten Signalamplitude verschieden ist. Ein Vergleichsergebnis kann daher sein, dass die bestimmte Signalamplitude größer als die vorbestimmte Signalamplitude ist. Ein Vergleichsergebnis kann daher weiter sein, dass die bestimmte Signalamplitude kleiner als die vorbestimmte Signalamplitude ist. Ein Vergleichsergebnis kann auch sein, dass die bestimmte Signalamplitude der vorbestimmten Signalamplitude entspricht.
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Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern der Arbeitsmaschine basierend auf dem bestimmten Wassergehaltszustand auf. Das Steuersignal kann ein Arbeitssignal zum Durchführen einer Arbeitsaufgabe mit der Arbeitsmaschine aufweisen. Das Steuersignal kann an eine Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine ausgegeben werden, wobei die Steuereinrichtung die Arbeitsmaschine zum Durchführen der Arbeitsaufgabe steuern kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuersignal an eine Steuereinrichtung zum Fernsteuern der Arbeitsmaschine ausgegeben werden, wobei die Steuereinrichtung die Arbeitsmaschine zum Durchführen der Arbeitsaufgabe fernsteuern kann. Weiter alternativ oder zusätzlich kann das Steuersignal an eine Steuereinrichtung zum Warnen eines Bedieners der Arbeitsmaschine vor dem bestimmten Wassergehaltszustand ausgegeben werden.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Stärke einer Reflektion des ausgesandten Ultraschallsignals an dem Oberflächenbereich eines Arbeitsmaterials von dem Wassergehalt des Oberflächenbereichs abhängen kann. Je höher der Wassergehalt des Oberflächenbereichs ist, desto stärker kann das Ultraschallsignal an dem Oberflächenbereich reflektiert werden. Ferner wurde erkannt, dass der Wassergehalt des Oberflächenbereichs eine effektive Rauheit des Oberflächenbereichs beeinflussen kann, welche somit auch in Abhängigkeit des Wassergehalts die Stärke der Reflektion beeinflussen kann.
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Mit der Erfindung kann der Wassergehaltszustand automatisiert bestimmt werden. Mit der Erfindung kann ferner der Wassergehaltszustand einem durchzuführenden Arbeitsschritt vorausschauend beziehungsweise vorauseilend bestimmt werden und eine Arbeitsaufgabe in Abhängigkeit davon durchgeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens können die Schritte des Aussendens des Ultraschallsignals, des Empfangens des an dem Oberflächenbereich reflektierten Ultraschallsignals und des Bestimmens der Signalamplitude des empfangenen Ultraschallsignals wiederholt durchgeführt werden. Die Schritte können sich mindestens einmal wiederholend durchgeführt werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann im Schritt des Vergleichens die in einem wiederholt durchgeführten Schritt bestimmte Signalamplitude mit einer Signalamplitude verglichen werden, welche in einem zu dem wiederholt durchgeführten Schritt vorhergehenden Schritt bestimmt worden ist. Der Wassergehaltszustand kann so in vorteilhafter Weise basierend auf einem aus dem Schritt des Vergleichens der Signalamplituden resultierenden Vergleichsergebnis bestimmt werden, ohne dass hierfür der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Oberflächenbereich bestimmt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens können die Schritte des Aussendens des Ultraschallsignals und des Empfangens des an dem Oberflächenbereich reflektierten Ultraschallsignals bei konstantem Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Oberflächenbereich durchgeführt werden. Der Wassergehaltszustand kann so in besonders vorteilhafter Weise basierend auf dem aus dem Schritt des Vergleichens der Signalamplituden resultierenden Vergleichsergebnis bestimmt werden, ohne dass hierfür der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Oberflächenbereich bekannt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann dieses als einen weiteren Schritt ein Bestimmen eines Abstands zwischen dem Ultraschallsensor und dem Oberflächenbereich aufweisen. Das Bestimmen des Abstands kann vor einem Durchführen der sich wiederholenden Schritte durchgeführt werden. Alternativ dazu kann der Schritt des Bestimmens des Abstands zusammen mit den Schritten des Aussendens des Ultraschallsignals, des Empfangens des an dem Oberflächenbereich reflektierten Ultraschallsignals und des Bestimmens der Signalamplitude des empfangenen Ultraschallsignals wiederholt durchgeführt werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann der Schritt des Bestimmens der Signalamplitude in Abhängigkeit des bestimmten Abstands durchgeführt werden. Die Signalamplitude kann basierend darauf korrigiert werden, dass sich die Signalamplitude mit zunehmendem Abstand quadratisch verringert. Das Verfahren kann so in vorteilhafter Weise auch dann durchgeführt werden, wenn sich der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Oberflächenbereich verändert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann der Abstands zwischen dem Ultraschallsensor und dem Oberflächenbereich des Arbeitsmaterials basierend auf einer Signallaufzeitmessung zwischen dem ausgesandten Ultraschallsignal und dem empfangenen Ultraschallsignal bestimmt werden. Der Ultraschallsensor kann somit in vorteilhafter Weise die einer Korrektur notwendige Abstandsmessung selbst bereitstellen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann im Schritt des Bestimmens des Wassergehaltszustands ein im Vergleich zu einem vorbestimmten Wassergehalt veränderter Wassergehalt des Arbeitsmaterials bestimmt werden, wenn das Vergleichsergebnis ist, dass die bestimmte Signalamplitude verschieden von der vorbestimmten Signalamplitude ist. Im Schritt des Bestimmens des Wassergehaltszustands kann ein im Vergleich zu dem vorbestimmten Wassergehalt verringerter Wassergehalt des Arbeitsmaterials bestimmt werden, wenn das Vergleichsergebnis ist, dass die bestimmte Signalamplitude kleiner als die vorbestimmte Signalamplitude ist.
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Im Schritt des Bestimmens des Wassergehaltszustands kann ein im Vergleich zu dem vorbestimmten Wassergehalt vergrößerter Wassergehalt des Arbeitsmaterials bestimmt werden, wenn das Vergleichsergebnis ist, dass die bestimmte Signalamplitude größer als die vorbestimmte Signalamplitude ist. Eine Arbeitsaufgabe kann somit in vorteilhafter Weise erst dann basierend auf dem ausgegebenen Steuersignal durchgeführt werden, wenn sich der Wassergehalt des Arbeitsmaterials entsprechend geändert hat.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann dieses als einen weiteren Schritt ein Vergleichen des bestimmten Wassergehaltszustands mit einem vorbestimmten Grenzwert für den Wassergehaltszustand aufweisen. Gemäß dieser Ausführungsform kann der Schritt des Ausgebens des Steuersignals in Abhängigkeit eines auf dem Schritt des Vergleichens der Wassergehaltszustände resultierenden Vergleichsergebnisses ausgegeben werden. Die Arbeitsaufgabe kann somit in besonders vorteilhafter Weise in Abhängigkeit eines Referenzwerts für den Wassergehaltszustand durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das Arbeitsmaterial in einer Arbeitseinrichtung der Arbeitsmaschine angeordnet sein. Bei der Arbeitseinrichtung kann es sich um ein Arbeitswerkzeug zum Bearbeiten oder Verarbeiten des Arbeitsmaterials handeln. Bei der Arbeitseinrichtung kann es sich auch um eine Transporteinrichtung zum Transportieren des Arbeitsmaterials handeln. Gemäß der vorhergehenden Ausführungsform kann der Ultraschallsensor auf der Arbeitsmaschine angeordnet sein. So kann in vorteilhafter Weise ausgehende von der Arbeitsmaschine der Wassergehaltszustand eines von der Arbeitsmaschine zu bearbeitenden oder verarbeitenden Arbeitsmaterials bestimmt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann dieses als einen weiteren Schritt ein zueinander Anordnen des in der Arbeitseinrichtung angeordneten Arbeitsmaterials und des Ultraschallsensors in einem der beschriebenen Abstände zwischen dem Ultraschallsensor und dem Oberflächenbereich aufweisen. Somit können Kontrollmessungen zum Bestimmen des Wassergehaltszustands während eines Arbeitens mit der Arbeitsmaschine routinemäßig, beispielsweise in vordefinierten Zeitabständen durchgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Steuersystem zum Steuern einer Arbeitsmaschine basierend auf einem Wassergehaltszustand eines Arbeitsmaterials. Das Steuersystem kann zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem vorhergehenden Aspekt eingerichtet sein. Das Steuersystem kann entsprechende Einrichtungen zum Durchführen von mindestens einem der zu dem vorhergehenden Aspekt beschriebenen Verfahrensschritte aufweisen. Das Steuersystem kann ein Assistenzsystem zum automatisierten Bestimmen des Wassergehaltszustands des Arbeitsmaterials sein.
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Das Steuersystem weist einen Ultraschallsensor auf, welcher zum Aussenden eines Ultraschallsignals auf einen Oberflächenbereich des Arbeitsmaterials und zum Empfangen des ausgesandten und an dem Oberflächenbereich reflektierten Ultraschallsignals eingerichtet ist.
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Das Steuersystem weist eine Steuereinrichtung auf, welche zum Bestimmen einer Signalamplitude des empfangenen Ultraschallsignals, zum Vergleichen der bestimmten Signalamplitude mit einer vorbestimmten Signalamplitude, zum Bestimmen des Wassergehaltszustands basierend auf einem aus dem Vergleichen der Signalamplituden resultierenden Vergleichsergebnisses und zum Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern der Arbeitsmaschine basierend auf dem bestimmten Wassergehaltszustand eingerichtet ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt eine Arbeitsmaschine, welche mit einem Steuersystem gemäß dem vorhergehenden Aspekt zum Steuern der Arbeitsmaschine verbunden ist. Die Arbeitsmaschine kann wie zu den vorhergehenden Aspekten beschrieben ausgebildet sein. Die Arbeitsmaschine kann eine autonom arbeitende Arbeitsmaschine sein.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten zum Durchführen eines Verfahrens zum Steuern einer Arbeitsmaschine gemäß jeweiliger Ausführungsformen der Erfindung.
- 2 zeigt schematisch die Arbeitsmaschine und ein Steuersystem gemäß jeweiliger Ausführungsformen der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten zum Durchführen eines Ver-fahrens zum Steuern einer in 2 gezeigten Arbeitsmaschine 100 in einer zeitlichen Abfolge gemäß jeweiliger Ausführungsformen der Erfindung. Bei der Arbeitsmaschine 100 handelt es sich gemäß einer Ausführungsform um einen Bagger.
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In einem Schritt S1 wird mit einem mit der Arbeitsmaschine 100 verbundenen Ultraschallsensor 12 ein Ultraschallsignal 22 auf einen Oberflächenbereich 4 eines Arbeitsmaterials 2 ausgesandt. Gemäß einer Ausführungsform ist der Ultraschallsensor 12 auf der Arbeitsmaschine 100 angebracht. Die Arbeitsmaschine 100 weist eine Arbeitseinrichtung 110 auf, in welcher sich das Arbeitsmaterial 2 befindet. Bei der Arbeitseinrichtung 110 handelt es sich gemäß einer Ausführungsform um eine Baggerschaufel. Die Baggerschaufel wird derart angeordnet, dass das ausgesandte Ultraschallsignal 22 an dem zu dem Ultraschallsensor 12 zugewandten Oberflächenbereich 4 des Arbeitsmaterials 2 in der Baggerschaufel reflektiert wird. In einem weiteren Schritt S2 wir das ausgesandte und an dem Oberflächenbereich 4 reflektierte Ultraschallsignal 24 von dem Ultraschallsensor 12 empfangen. Während dem Durchführen der Schritte S1 und S2 wird der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 12 und der Arbeitseinrichtung 110 und somit auch dem sich darin befindenden Arbeitsmaterial 2 konstant gehalten.
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In einem weiteren Schritt S3 wird eine Signalamplitude des empfangenen Ultraschallsignals 24 bestimmt. Die Schritte S1 bis S3 werden mit zeitlichem Abstand und wiederholt durchgeführt, wobei der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 12 und der Arbeitseinrichtung 110 wiederholt konstant eingestellt wird. In einem weiteren Schritt S4 wird die bestimmte Signalamplitude mit einer vorbestimmten Signalamplitude verglichen. Mit den wiederholt durchgeführten Schritten S1 bis S3, ist die vorbestimmte Signalamplitude eine in einem zu einem wiederholt durchgeführten Schritt S3 vorhergehenden Schritt S3 bestimmte Signalamplitude.
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Noch in einem weiteren Schritt S5 wird ein Wassergehaltszustand aus dem Vergleich der Signalamplituden bestimmt. So kann bestimmt werden, ob das Arbeitsmaterial 2 in der Baggerschaufel einen sich ändernden Wassergehaltszustand aufweist. Gemäß einer Ausführungsform wird bestimmt, ob der Wassergehalt in dem Arbeitsmaterial 2 zunimmt oder abnimmt. Nimmt die Signalamplitude in den wiederholt durchgeführten Schritten S3 zu, so wird bestimmt, dass der Wassergehalt in dem Arbeitsmaterial 2 zunimmt. Nimmt die Signalamplitude in den wiederholt durchgeführten Schritten S3 ab, so wird bestimmt, dass der Wassergehalt in dem Arbeitsmaterial 2 abnimmt.
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In einem weiteren Schritt S6 wir ein Steuersignal basierend auf dem bestimmten Wassergehaltszustand von einem Steuersystem 10 ausgegeben, um die Arbeitsmaschine 100 in Abhängigkeit des bestimmten Wassergehaltszustands zu steuern. Das Steuersystem 10 weist eine Steuereinrichtung 14 und den Ultraschallsensor 12 auf, wobei das Steuersystem 10 eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens durchzuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Arbeitsmaterial
- 4
- Oberflächenbereich
- 10
- Steuersystem
- 12
- Ultraschallsensor
- 14
- Steuereinrichtung
- 22
- ausgesandtes Ultraschallsignal
- 24
- empfangenes Ultraschallsignal
- 100
- Arbeitsmaschine
- 110
- Arbeitseinrichtung
- 50
- Bestimmen Abstand
- S1
- Aussenden Ultraschallsignal
- S2
- Empfangen Ultraschallsignal
- S3
- Bestimmen Signalamplitude
- S4
- Vergleich Signalamplituden
- S5
- Bestimmen Wassergehaltszustand
- S6
- Ausgeben Steuersignal
