DE102022207664A1

DE102022207664A1 - Verfahren zum Betreiben eines Arbeitsfahrzeugs Vorrichtung und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102022207664A1
Application number: DE102022207664.8A
Authority: DE
Inventors: Juergen Saile; Andrzej Piotr Rys; Udo Schulz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2024-02-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Arbeitsfahrzeugs (100) mit einem Werkzeug (105) zum Bearbeiten von angehäuftem und zusätzlich oder alternativ anhäufbarem Material (110). Das Verfahren umfasst einen Schritt des Einlesens mindestens eines Sensorsignals (120), das mindestens einen sensorisch erfassten Umgebungsparameter der aktuellen Umgebung des Arbeitsfahrzeugs (100) repräsentiert, einen Schritt des Identifizierens des Materials (110) in der Umgebung unter Verwendung des Umgebungsparameters und einen Schritt des Umformens einer Anordnung des identifizierten Materials (110) mit dem Werkzeug (105).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Betreiben eines Arbeitsfahrzeugs, , einer Vorrichtung und einem Fahrzeug nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
Kohäsionslose beziehungsweise freifließende Schüttgüter und kohäsive beziehungsweise zusammenhaltende Schüttgüter können unter Verwendung von manuell steuerbaren Baufahrzeugen transportiert und bearbeitet werden.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Betreiben eines Arbeitsfahrzeugs, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, ein Fahrzeug sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Mit dem hier vorgestellten Verfahren kann vorteilhafterweise eine auf Trajektorienplanungen von Werkzeug und Fahrzeug basierende Haufenabtragstrategie durchgeführt werden, die über die Fähigkeiten selbst von Fahrzeugführern hinausgehen kann. Gleichzeitig können Aspekte wie geringer Kraftstoffverbrauch und Verschleiß optimiert werden.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Arbeitsfahrzeugs mit einem Werkzeug zum Bearbeiten von angehäuftem und zusätzlich oder alternativ anhäufbarem Material vorgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Einlesens mindestens eines Sensorsignals, das mindestens einen sensorisch erfassten Umgebungsparameter der aktuellen Umgebung des Arbeitsfahrzeugs repräsentiert, einen Schritt des Identifizierens des Materials in der Umgebung unter Verwendung des Umgebungsparameters und einen Schritt des Umformens einer Anordnung des identifizierten Materials mit dem Werkzeug.
Bei dem Arbeitsfahrzeug kann es sich zum Beispiel um einen Radlader oder einen Bagger zum Transportieren beispielsweise von Schüttgut handeln, der mit einer Schaufel oder einem anderen Werkzeug ausgebildet sein kann, beispielsweise um das Schüttgut oder ähnliches Material anzuhäufen oder abzutragen. Dieser kann zum Beispiel auf ebenen Schüttgutumschlagplätzen eingesetzt werden, auf denen Schüttgut diskontinuierlich aufgehäuft wurde und komplett abgetragen werden soll. Dabei kann es sich zum Beispiel um freie, ebene und von allen Seiten anfahrbare Flächenbereiche handeln oder um gerade, senkrechte Wände, die quasi mit einem Öffnungswinkel von 180° anfahrbar sein können. Alternativ kann es sich bei der Umgebung zum Beispiel auch um winklige, L- förmige Wände beziehungsweise Boxen handeln, die mit einem Öffnungswinkel von 90° anfahrbar sein können oder um rechteckige, U-förmige Boxen, die nur von einer offenen Seite frontal anfahrbar sein können. Zum Erfassen einer solchen Umgebung sowie darin angeordnetem, zu bearbeitendem Material können beispielsweise bildgebenden Sensoren genutzt werden, zum Beispiel Kamera, LIDAR oder Radar. Zudem kann das Arbeitsfahrzeug mit einer Vorrichtung beziehungsweise einem Steuergerät ausgebildet sein, auf dem das hier vorgestellte Verfahren wird in Hardware und Software ausgeführt werden kann. Mittels einer solchen Vorrichtung können zum Beispiel verschiedene Arbeitsvorschriften ausgeführt werden, beispielsweise Algorithmen zur 3D Messung, Merkmalsextraktion, Objekterkennung und Objektklassifikation, um in Abhängigkeit von erkannten Materialeigenschaften, Haufenform, Umgebungsbedingungen wie Anfahrmöglichkeiten und Fließmöglichkeiten Trajektorien von Werkzeug und Fahrzeug zu bestimmen und zum Beispiel auf weitere Funktionen und Aktuatoren zur Steuerung von Werkzeugen und Fahrzeug zuzugreifen. In dem hier vorgestellten Verfahren wird im Schritt des Einlesens mindestens ein Umgebungsparameter eingelesen. Unter Verwendung eines oder mehrerer Umgebungsparameter können anschließend beispielsweise Umgebungsbedingungen, Infrastruktur sowie Art und Anordnung eines zu bearbeitenden Materials, wie beispielsweise angehäuftes Schüttgut, erkannt werden. Je nach Art und Anordnung des Materials kann das Material dann umgeformt werden. Beispielsweise kann ein Haufen von Schüttgut abgetragen werden oder verstreutes Material kann zu einem neuen Haufen zusammengeschoben werden. Dabei kann vorteilhafterweise eine Vorwärts- als auch die Vertikalgeschwindigkeit des Werkzeugs, wie beispielsweise einer Schaufel, in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften und Maschinenparameter so eingestellt werden, dass die Maschinenleistung optimal genutzt werden kann, während übermäßiges Verstreuen von Schüttgut vermieden werden kann. Die diesbezüglichen Materialeigenschaften können anhand vormaliger Einstich- und Schälvorgänge anhand des Kraftbedarfs der Maschine beziehungsweise des Werkzeugs gelernt worden sein oder mittels bildgebender Sensoren und Algorithmen bestimmt werden (Farbe, Textur, Körnung, Fließ- und Rieselverhalten, Schüttwinkel, usw.).
Die Anordnung des identifizierten Materials kann mit dem Werkzeug insbesondere unter Verwendung einer Arbeitsvorschrift umgeformt werden. Die Arbeitsvorschrift kann eine vorgegebene oder vorgebbare Vorschrift zum Betrieb des Arbeitsfahrzeugs und/oder des Werkzeugs des Arbeitsvorzeugs sein. Denkbar ist, dass die Arbeitsvorschrift in Abhängigkeit von Umgebungsdaten einer Umgebung des Arbeitsfahrzeugs und/oder Materialdaten des identifizierten Materials ermittelt wird. Hierzu kann ein maschinelles Lernsystem verwendet werden, das eingerichtet ist, basierend auf den Umgebungsdaten und/oder den Materialdaten eine Arbeitsvorschrift auszugeben. Hierfür kann das maschinelle Lernsystem unter Verwendung eines Datensatzes, der eine Mehrzahl von Umgebungsdaten einer Umgebung des Arbeitsfahrzeugs und zusätzlich oder alternativ Materialdaten des Materials und zusätzlich oder alternativ entsprechende Arbeitsvorschriften repräsentiert, trainiert werden. Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz, zum Beispiel „Reinforcement Learning“, kann es ermöglicht werden, mittels der Arbeitsvorschrift ein vorgegebenes Arbeitsoptimum zu erreichen.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Identifizierens das Material als in der Umgebung verstreutes Material identifiziert werden, wobei im Schritt des Umformens das verstreute Material zu einer Haufenform umgeformt werden kann. Beispielsweise kann mittels bildgebender Sensoren, wie zum Beispiel einer Kamera, einem LIDAR oder einem Radar, und hinterlegten Algorithmen erkannt werden, dass das Material ein bestimmtes Maß einer Haufenhöhe über eine Ebene hinweg unterschritten hat, beziehungsweise über der Ebene in der Umgebung verteilt ist. Entsprechend kann das Material zusammengeschoben werden, um einen Haufen zu bilden. Das hat den Vorteil, dass das Material für eine weitere Verarbeitung optimal angeordnet werden kann. Dabei kann das Material zum Beispiel in Abhängigkeit von Umgebungsbedingung beispielsweise von den zugänglichen Seiten zusammengeschoben werden. Bei freien, ebenen Flächenbereichen kann das Material zum Beispiel von allen Seiten rechtwinklig versetzt mittig zusammengeschoben werden. Bei einer geraden, senkrechten Wand kann das Material beispielsweise von drei Seiten rechtwinklig versetzt mittig zusammengeschoben werden. Bei winkligen, L- förmigen Wände oder Boxen kann das Material beispielsweise von zwei Seiten rechtwinklig versetzt mittig zusammengeschoben werden. Bei rechteckigen, U- förmigen Boxen kann das Material zum Beispiel von einer Seite mittig zusammengeschoben werden. Die Mitte kann sich dabei aus einem gedachten restlichen Haufen in der jeweiligen Umgebung ergeben, der noch zu mindestens einer letzten vollen Schaufel führt, insbesondere wenn die Maße der Box und der Schaufel bekannt sind. Wird zum Beispiel eine Leistungsgrenze bei der Haufenbildung, das heißt beim Schieben überschritten, so kann zum Beispiel die Schaufel gekippt und gehoben werden, um dann das Material über der Mitte zu leeren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Identifizierens das Material als eine Haufenform identifiziert werden, wobei im Schritt des Umformens das Material abgetragen werden kann. Insbesondere kann dabei eine Schneidkante des Werkzeugs innerhalb eines Toleranzbereichs parallel zu einem Hang der Haufenform geführt werden. Das heißt, die Schneidkante einer Schaufel kann beispielsweise waagerecht parallel zum Untergrund in Abhängigkeit der Materialdichte in den Haufen eingestochen und im weiteren Verlauf nach oben gedreht werden. Danach kann die Schaufel entweder parallel zum vormaligen mittels der Bildverarbeitung gemerkten Hang geführt und der Hang des Haufens quasi abgeschält werden, bis die Schaufel voll ist. Im Unterschied zu einem Durchführen einer solchen Aktion von einem menschlichen Fahrer, kann dabei vorteilhafterweise eine Einfahrtrajektorie auf Basis der Umfeldsensoren und aktuellen Position des Arbeitsfahrzeugs optimal berechnet werden, ebenso wie beispielsweise die Positionierung der Schaufel auf Basis eines Lagemesssystems, zum Beispiel durch Inertialsensoren entlang der kinematischen Kette. Dadurch sind auch andere Einfahrstrategien möglich, die für menschliche Bediener nicht realisierbar sein können, beispielsweise weil der Maschinenführer die Schneidkante der Schaufel nicht sehen und genau führen kann, da sie durch die Schaufel selber für ihn verdeckt ist, oder weil der Maschinenführer nur mit sehr viel Erfahrung abschätzen kann, ob bei einer anderen Einfahrstrategie die Schaufel komplett befüllt werden kann. Zudem hat der Maschinenführer in der Regel keine direkte Rückmeldung darüber, wie sich das Einfahren auf Verschleiß und Kraftstoffverbrauch auswirkt.
Zudem kann im Schritt des Umformens das Material mit einer vorbestimmten Abtragungstiefe abgetragen werden, wobei die Abtragungstiefe unter Verwendung einer im Schritt des Einlesens eingelesenen Materialeigenschaft des Materials bestimmt werden kann. Beispielsweise kann eine autonom arbeitende Maschine bereits beim Einstechen eine Schaufel in einem bestimmten Winkel zur Oberfläche des Haufwerks anstellen, um vorteilhafterweise weniger Kraft für das Einstechen aufbringen zu müssen. Das heißt, der Anstellwinkel der Schneidkante an das Haufwerk kann in Abhängigkeit von der Materialkonsistenz durchgeführt werden. Das Einstechen kann entlang der Schneidkante erfolgen aber nur so tief, dass eine vollständige Befüllung der Schaufel gerade gewährleistet sein kann. Die Dicke der abzuschälenden Schicht und damit auch die Einstichtiefe kann von den Materialeigenschaften abhängen. Das heißt, ein dichtes und zusätzlich oder alternativ stark zusammenhaftendes Material kann zu einer dünnen abzuschälenden Schicht führen und ein weniger dichtes und zusätzlich oder alternativ lockeres Material kann zu einer dickeren abzuschälenden Schicht führen. Dabei kann zum Beispiel eine Schäldicke während des Abtragens auch fortlaufend aktualisiert werden, da sich die Materialeigenschaften mit zunehmendem Abtrag ändern können, wie beispielsweise eine Feuchte und zusätzlich oder alternativ Verdichtung usw. Dafür können sich sowohl die Kraftsensoren und zusätzlich oder alternativ bildgebenden Sensoren und Algorithmen eignen. Insgesamt kann die Wahl der Trajektorie beim Schälen beziehungsweise Schöpfen des Materials dadurch beeinflusst werden, ob dem Haufwerk gleichzeitig eine Form gegeben werden soll. Das ist nicht nötig und auch nicht möglich bei Material, das ein deterministisches Fließverhalten hat, wie zum Beispiel trockener Sand. Ist das Material aber nass, enthält Bindemittel (zum Beispiel Asphaltrecyclat) oder kann sich verhaken (zum Beispiel Biomüll oder Hackschnitzel) kann es hilfreich sein, wenn nicht immer von unten abgegraben wird, da sich sonst nach und nach ein gefährlicher Materialüberhang und eine Lawine des oberen Materials ergeben kann. Die Idee besteht darin, dass durch das Schälen entlang der Kontur des Haufwerks dieses seine Form behält und sich abtragen lässt wie sonst nachrieselndes Material. Arbeitshübe, die nur der Lockerung und Formgebung des Haufens dienen, können so eingespart werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Umformens eine Aufwärtsbewegung des Werkzeugs zum Abtragen des angehäuften Materials gestoppt werden, wenn das Werkzeug einen vorbestimmten Beladungszustand erreicht hat. Beispielsweise kann eine Berechnung der minimalen Schäldicke der abzutragenden Schicht mittels bildgebender Sensoren und Algorithmen bestimmter Hanglänge, bekanntem Schaufelvolumen und Schnittbreite bestimmt werden. Die Schäldicke kann auch davon abhängen, wie lang der verbliebene Hang des Haufens vom Einstechen bis zur Spitze ist, das heißt, die Dicke sollte immer so dick gewählt werden, dass mit einem Schälvorgang die Schaufel voll wird. Alternativ kann eine vollständige Befüllung der Schaufel bereits durch eine Rotation der Schaufel (Schöpfbewegung) erreicht werden. Abhängig von einer Befüllung der Schaufel kann dann die Aufwärtsbewegung gestoppt, die Schaufel waagerecht gedreht/ gestellt und aus dem Haufen gehoben werden. Vorteilhafterweise kann die Aufwärtsbewegung beim Schälen also vorzeitig gestoppt werden, wenn mittels bildgebender Sensoren und Algorithmen erkannt wird, dass die Schaufel bereits voll ist oder Material schon danebenfließt oder Material durch nachrutschendes Material am Hang gefüllt wird oder wurde.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Identifizierens eine Haufenform des Materials mit einem Überhang identifiziert werden. Dabei kann im Schritt des Umformens das Werkzeug in das Material eingestochen werden, um den Überhang zu reduzieren. Unter einem Überhang kann eine Steigung eines Hangs eines Haufens von mehr als 90 Grad verstanden werden. Im Falle, dass eine solche zu steile (Hang-) Steigung des Haufens erkannt wird, kann ein Anfahrvorgang und Einstechens des angehobenen Werkzeugs in den Haufen erfolgen, um vorteilhafterweise ein Nachrutschen des Materials zu provozieren, um eine Verschüttung von Maschinen oder Menschen zu vermeiden. Das Nachrutschen oder Fließen des Materials beziehungsweise die veränderte Steigung kann mit den bildgebenden Sensoren erkannt werden. Nach dem Einstechen kann das Werkzeug, beim Zurückziehen des Werkzeugs und Zurückfahren der Maschine, das Material zusätzlich nach unten ziehen und dadurch weiter lockern und ein Fließen des Materials unterstützen oder erst dadurch auslösen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Einlesens eine Karte der Umgebung eingelesen werden, wobei das Verfahren einen Schritt des Anfahrens des identifizierten Materials unter Verwendung der Karte umfassen kann. Beispielsweise kann das Arbeitsfahrzeug sich mittels einer semantischen Video- und zusätzlich oder alternativ LIDAR-basierten Karte in seiner Umgebung lokalisieren und navigieren und seine Trajektorien von Werkzeug und Fahrzeug planen. Die aktuelle Topologie der Umgebung und des Materials können darin ebenfalls abgelegt sein und beispielsweise durch die Kameras oder LIDAR des erfasst werden. Optional kann die Karte auch GNSS basiert sein und GNSS und Video- und zusätzlich oder alternativ LIDAR - Daten können zur Lokalisierung fusioniert werden. Das Einlesen der Karte bietet den Vorteil, dass eine Position, Ausrichtung und Form des Arbeitsfahrzeugs sowie des Materials bekannt sein können. So kann ein Anfahren an das Material streckenoptimiert und beispielsweise unter Einhaltung eines ausgewählten Arbeitsoptimierungskriteriums erfolgen. Beispielsweise kann das Anfahren vorzugsweise immer abwechselnd aus den möglichen Anfahrrichtungen der Umgebung erfolgen, um einem Ausbreiten des Haufens entgegenzuwirken. Die Anfahrtrajektorie kann dabei vorzugsweise unter der Haufenspitze beziehungsweise entlang einer gedachten / vordefinierten / bestimmten Haufenmitte ausgerichtet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Abfahrens von dem Material zu einem Entladeort umfassen, um Material an dem Entladeort zu entladen, insbesondere wenn im Schritt des Umformens eine Haufenform des Materials abgetragen wurde. Beispielsweise kann das Material an einem Aufnahmeort aufgenommen und zu einem beabstandet vom Aufnahmeort angeordneten Entladeort transportiert werden, an dem das Material, beispielsweise für ein Bauprojekt, aktuell benötigt werden kann. Dabei kann die Route des Arbeitsfahrzeugs vorteilhafterweise so berechnet werden, dass ein bestimmtes Arbeitsoptimierungskriterium erfüllt wird. Es kann unter anderem bedeuten, dass bei Kriterium „kürzeste Zeit“ das Arbeitsfahrzeug mit maximaler Beschleunigung und Geschwindigkeit immer dann betrieben wird, wenn es die Sicherheit nicht beeinträchtigt. Bei einem Kriterium „niedrigste Kraftstoffverbrauch“ kann hingegen die Sollbeschleunigung und Geschwindigkeit des Arbeitsfahrzeugs so gewählt werden, dass der Dieselmotor mit optimaler Effizienz beziehungsweise im verbrauchsoptimalen Betriebspunkt arbeiten kann. Oder die Fahrtzeit kann bei einem Kriterium „gleiche Zykluszeiten“ so gewählt werden, dass die unterschiedlichen Dauern der Ladezyklen kompensiert werden
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Umformens das Material unter Verwendung zumindest eines Werkzeugparameters des Werkzeugs umgeformt werden. Handelt es sich bei dem Werkzeug zum Beispiel um eine Schaufel, so können Größe und Ausformung der Schaufel als Werkzeugparameter hinterlegt sein und im Schritt des Umformens kann beispielsweise ein maximales Schaufelvolumen berücksichtigt werden. Das hat den Vorteil, dass das Werkzeug zeit- und energiesparend eingesetzt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Umformens unter Verwendung eines Optimierungssignals durchgeführt werden, wobei das Optimierungssignal mindestens einen Maschinenparameter des Arbeitsfahrzeugs optimieren kann. Beispielsweise können vordefinierte Arbeitsoptimierungskriterien berücksichtigt werden, wie zum Beispiel eine gewollte höchste Produktivität oder ein gewollt geringer Maschinenverschleiß. Bei einer gewollt höchsten Produktivität kann zum Beispiel die Schäldicke beim Abtragen eines Materialhaufens um einen gewissen Prozentsatz erhöht werden, zum Beispiel um 10%, damit vorteilhafterweise die Schaufelbeladung immer bei 100% liegen kann. Bei einem gewollt geringem Maschinenverschleiß kann die Schäldicke zum Beispiel um einen gewissen Prozentsatz (10%) gesenkt werden, damit die Maschine vorteilhafterweise immer unter Teillast betrieben werden kann. Dabei können vorteilhafterweise verschiedenste Arbeitsoptimierungskriterien berücksichtigt werden, wobei die Art, wie das Arbeitsfahrzeug autonom betrieben wird, beispielsweise durch einen Bediener als auch durch Prozessvariablen beeinflusst werden kann. Beispielsweise kann der Bediener des Fahrzeugs über den Leitstand ein Optimierungskriterium für den gesamten Auftrag vorgeben. Zusätzlich oder alternativ kann der Bediener dedizierte Optimierungskriterien für unterschiedliche Arbeitsschritte definieren, oder Zeitabschnitte definieren, wobei unterschiedliche Kombinationen von Optimierungskriterien definiert werden können, oder der Bediener kann Prozessvariablen definieren, in deren Abhängigkeit die vordefinierten Kombinationen von Optimierungskriterien aktiviert werden können. Die relevanten Prozessvariablen können zum Beispiel aktueller Materialbedarf oder verbleibende Kraftstoffmenge sein. Mögliche Optimierungskriterien für den Arbeitsprozess können kürzeste Zykluszeit oder höchste Produktivität sein, zum Beispiel kontinuierlich oder periodisch mit Pausen für Wiederherstellung des Haufens. Zusätzliche oder alternative Optimierungskriterien können zum Beispiel ein niedrigster Kraftstoffverbrauch sein oder ein geringer Verschleiß der Maschine beziehungsweise des Untergrunds oder möglichst gleiche Zykluszeiten oder keine Zyklusunterbrechungen für Wiederherstellung der Form des Haufens.
Diese Verfahren können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern beziehungsweise umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicheroder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Zudem wird ein Arbeitsfahrzeug vorgestellt mit einem Werkzeug zum Bearbeiten von angehäuftem und zusätzlich oder alternativ anhäufbarem Material und mit einer Variante der zuvor vorgestellten Vorrichtung. Diese Kombination bietet den Vorteil, dass alle zuvor genannten Vorteile optimal umgesetzt werden können.
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 Ansteuerung 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.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Arbeitsfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zum Betreiben eines Arbeitsfahrzeugs mit einem Werkzeug zum Bearbeiten von angehäuftem und zusätzlich oder alternativ anhäufbarem Material;
3 ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zum Betreiben eines Arbeitsfahrzeugs mit einem Werkzeug zum Bearbeiten von angehäuftem und zusätzlich oder alternativ anhäufbarem Material; und
4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 400 zum Vortrainieren eines Models zum Anwenden einer Arbeitsvorschrift für ein Arbeitsfahrzeug mit einem Werkzeug zum Bearbeiten von angehäuftem und/oder anhäufbarem Material.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Arbeitsfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Arbeitsfahrzeug 100 umfasst ein Werkzeug 105 zum Bearbeiten von angehäuftem und/oder anhäufbarem Material 110 sowie eine Vorrichtung 115 zum Betreiben eines Arbeitsfahrzeugs 100. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 115 ein Modell 117, das beispielhaft als Neuronales Netz ausgebildet und vortrainiert ist, um eine Arbeitsvorschrift für das Arbeitsfahrzeug 100 anzuwenden.
Hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Arbeitsfahrzeug 100 lediglich beispielhaft als Radlader mit einer Schaufel zum Aufnehmen des Materials 110 ausgebildet. Mittels der Vorrichtung 115 ist der Radlader 100 in einem Ausführungsbeispiel autonom steuerbar. Zum Bearbeiten von angehäuftem Materials 110, bei dem es sich in der hier gezeigten Darstellung lediglich beispielhaft um aufgehäuft des Schüttgut handelt, ist die Vorrichtung 115 ausgebildet, um ein Sensorsignal 120 einzulesen, das einen sensorisch erfassten Umgebungsparameter einer aktuellen Umgebung des Arbeitsfahrzeugs 100 repräsentiert. In einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsignal 120 von einem bildgebenden Sensor 125 bereitstellbar, bei dem es sich optional um eine Kamera handeln kann und zusätzlich oder alternativ um ein LIDAR und zusätzlich oder alternativ ein Radar.
Unter Verwendung des Umgebungsparameters ist die Vorrichtung 115 ausgebildet, um das Material 110 in der Umgebung zu identifizieren und ein Umformen einer Anordnung des identifizierten Materials 110 mit dem Werkzeug 105 unter Verwendung einer Arbeitsvorschrift anzusteuern.
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Material 110 lediglich beispielhaft als eine Haufenform identifizierbar. Das Arbeitsfahrzeug 100 ist ausgebildet, um den identifizierten Haufen unter Verwendung der Vorrichtung 115 anzufahren und abzutragen.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 115 hierfür ausgebildet, um eine Karte 130 der Umgebung einzulesen, bei der sich lediglich beispielhaft um eine semantische Karte der Umgebung handelt. Unter Verwendung der Karte 130 ist die Vorrichtung 115 ausgebildet, um das Arbeitsfahrzeug 100 durch die Umgebung zu navigieren und das erfasste Material 110 anzusteuern. In einem Ausführungsbeispiel ist das Arbeitsfahrzeug 100 beispielhaft durch eine Umgebung navigierbar, bei der es sich um einen definierten beziehungsweise strukturierten Schüttgutplatz mit beispielhaft freien, ebenen und von allen Seiten anfahrbare Flächenbereiche handelt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Umgebung zum Beispiel gerade, senkrechte Wände aufweisen, die quasi mit einem Öffnungswinkel von 180° anfahrbar sein können, oder winklige, L- förmige Wände beziehungsweise Boxen, die mit einem Öffnungswinkel von 90° anfahrbar sein können, oder rechteckige, U- förmige Boxen, die nur von einer offenen Seite frontal anfahrbar sein können.
Zum beispielhaften Abtragen des in einem Ausführungsbeispiel als Haufenform identifizierten Materials 110a ist das Werkzeug 105, das heißt die Schaufel des Arbeitsfahrzeugs 100, beispielhaft ansteuerbar, um eine Schneidkante 140 in den Haufen einzustechen und parallel zu einem Hang 145 der Haufenform beispielhaft von unten nach oben, das heißt von einem Fuß des Haufens bis zu einer Spitze des Haufens, zu führen. Dadurch ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Teil des Materials 110a von dem Haufen abschälbar, wobei eine Abtragungstiefe beziehungsweise eine Dicke des abzuschälenden Streifens in Abhängigkeit einer lediglich beispielhaft sensorisch erfassten Materialeigenschaft des Materials 110a bestimmbar ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 115 ausgebildet, um die Schälbewegung beziehungsweise die Aufwärtsbewegung des Werkzeugs 105 zum Abtragen des angehäuften Materials 110a zu stoppen, wenn das Werkzeug 105 einen vorbestimmten Beladungszustand erreicht hat, das heißt wenn lediglich beispielhaft die Schaufel des Radladers vollständig gefüllt ist.
Dabei ist ein Betreiben des Arbeitsfahrzeugs 100 zum Abtragen des Materials 110 in einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Optimierungssignals 150 durchführbar, dass in einem Ausführungsbeispiel von einer Schnittstelle zu einer Optimierungseinrichtung 155 einlesbar ist. In der Optimierungseinrichtung 155 sind lediglich beispielhaft variable Arbeitsoptimierungskriterien hinterlegt, um unter Verwendung des Optimierungssignals 150 mindestens einen Maschinenparameter des Arbeitsfahrzeugs 100 während eines Betriebs zu optimieren.
In einem Ausführungsbeispiel sind als Arbeitsoptimierungskriterien lediglich beispielhaft folgende Kriterien für den Arbeitsprozess abspeicherbar:

• kürzeste Zykluszeit / höchste Produktivität; kontinuierlich oder periodisch mit Pausen für Wiederherstellung des Haufens
• niedrigster Kraftstoffverbrauch / geringer Verschleiß der Maschine beziehungsweise des Untergrunds
• möglichst gleiche Zykluszeiten
• keine Zyklusunterbrechungen für Wiederherstellung der Form des Haufens

In einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 115 weiterhin ausgebildet, um eine weitere Haufenform des Materials 110b mit einem Überhang 160 zu identifizieren. Um eine Gefahr der Verschüttung des Fahrzeugs oder einer Person zu reduzieren, ist die Vorrichtung 115 ausgebildet, um das Werkzeug 105 derart anzusteuern, dass es in das Material 110b einsticht, um dieses aufzulockern und ein kontrolliertes Nachrutschen zu provozieren, sodass der Überhang 160 abtragbar ist.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens 200 zum Betreiben eines Arbeitsfahrzeugs mit einem Werkzeug zum Bearbeiten von angehäuftem und zusätzlich oder alternativ anhäufbarem Material. Das hier dargestellte Verfahren 200 kann auf einer Vorrichtung eines Arbeitsfahrzeugs durchgeführt werden, wie es in der vorangegangenen Figur beschrieben wurde.
Das Verfahren 200 umfasst einen Schritt 205 des Einlesens mindestens eines Sensorsignals, das mindestens einen sensorisch erfassten Umgebungsparameter der aktuellen Umgebung des Arbeitsfahrzeugs repräsentiert, einen Schritt 210 des Identifizierens des Materials in der Umgebung unter Verwendung des Umgebungsparameters und einen Schritt 215 des Umformens einer Anordnung des identifizierten Materials mit dem Werkzeug unter Verwendung einer Arbeitsvorschrift.
Dabei wird in einem Ausführungsbeispiel im Schritt 210 des Identifizierens das Material als in der Umgebung verstreutes Material identifiziert, wobei im Schritt 215 des Umformens das verstreute Material zu einer Haufenform umgeformt wird. Dabei wird lediglich beispielhaft im Schritt 215 des Umformens das Material unter Verwendung zumindest eines Werkzeugparameters des Werkzeugs umgeformt, beispielhaft einer hinterlegten Größe und/oder Form des Werkzeugs.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt 215 des Umformens zudem unter Verwendung eines Optimierungssignals durchgeführt, wobei das Optimierungssignal mindestens einen Maschinenparameter des Arbeitsfahrzeugs optimiert.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens 200 zum Betreiben eines Arbeitsfahrzeugs mit einem Werkzeug zum Bearbeiten von angehäuftem und zusätzlich oder alternativ anhäufbarem Material. Das hier dargestellte Verfahren 200 entspricht oder ähnelt dem in der vorangegangenen 2 beschriebenen Verfahren, mit dem Unterschied, dass es zusätzliche Schritte aufweist.
In diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 205 des Einlesens eine Karte der Umgebung eingelesen. Unter Verwendung der Karte wird lediglich beispielhaft nach dem Schritt 210 des Identifizierens das Material in einem Schritt 300 des Anfahrens angefahren, um es im anschließenden Schritt 215 umzuformen.
In einem Ausführungsbeispiel wird dabei im Schritt 210 des Identifizierens das Material als eine Haufenform identifiziert. Diese Haufenform wird beispielhaft im Schritt 215 des Umformens abgetragen, insbesondere wobei eine Schneidkante des Werkzeugs innerhalb eines Toleranzbereichs parallel zu einem Hang der Haufenform geführt wird. Dabei wird das Material lediglich beispielhaft mit einer vorbestimmten Abtragungstiefe abgetragen, wobei die Abtragungstiefe unter Verwendung einer im Schritt des Einlesens eingelesenen Materialeigenschaft des Materials bestimmt wird. In einem Ausführungsbeispiel wird zudem eine Aufwärtsbewegung des Werkzeugs zum Abtragen des angehäuften Materials gestoppt, wenn das Werkzeug einen vorbestimmten Beladungszustand erreicht hat.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann im Schritt des Identifizierens auch eine Haufenform des Materials mit einem Überhang identifiziert werden. In einem solchen Fall kann im Schritt des Umformens das Werkzeug in das Material eingestochen werden, um den Überhang zu reduzieren.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 200 weiterhin einen Schritt 305 des Abfahrens von dem beispielhaft haufenförmigen Material zu einem Entladeort, um das abgetragene Material an dem Entladeort zu entladen.
Mit anderen Worten lässt sich das in den 2 und 3 dargestellte Verfahren 200 wie folgt beschreiben:

Es handelt sich um ein Verfahren zum Abtragen eines Haufens durch einen autonomen Radlader, das heißt ein Verfahren zur Bestimmung von Trajektorien für Werkzeug und Fahrzeug.

Kern des Verfahrens 200 ist die Nutzung von bildgebenden Sensoren (Kamera und/oder LIDAR und/oder Radar) und Algorithmen zur 3D Messung, Merkmalsextraktion, Objekterkennung und Objektklassifikation, um in Abhängigkeit von erkannten Materialeigenschaften, Haufenform, Umgebungsbedingungen wie Anfahrmöglichkeiten und Fließmöglichkeiten (beispielsweise begrenzt durch die Art der Materialbox) Trajektorien von Werkzeug und Fahrzeug zu bestimmen.
Der Vorteil liegt in einer auf Trajektorien- Planungen von Werkzeug und Fahrzeug basierenden Haufenabtragstrategie, die über die Fähigkeiten selbst von erfahrenen Bedienern hinausgehen kann, was die optimale und schnelle Befüllung der Schaufel betrifft, als auch gleichzeitig Aspekte wie geringen Kraftstoffverbrauch und Verschleiß berücksichtigen kann.
Vorausgesetzt wird, dass der autonome Radlader über die bildgebenden Sensoren, Sensoren zur Kraft- und/oder Leistungsmessung an Werkzeugen und Fahrzeug verfügt. Das hier dargestellte Verfahren 200 wird beispielhaft in einem auf dem autonomen Radlader verbauten Steuergerät in Hardware und Software ausgeführt und hat Durchgriff auf weitere Funktionen und Aktuatoren zur Steuerung von Werkzeugen und Fahrzeug.
Die Umgebungsbedingungen reduzieren beziehungsweise vereinfachen sich auf ebene Schüttgutumschlagplätze auf denen Schüttgut diskontinuierlich aufgehäuft wurde und komplett abgetragen werden soll. Das heißt, ein kontinuierliches Nachfüllen eines Haufens, beispielsweise durch ein Förderband, wird hier nicht betrachtet, da es den einfachsten Fall einer Steuerung darstellt, da beispielsweise der Haufen immer mittig angefahren werden könnte mit dem Wissen, dass das Material kontinuierlich nachgefüllt wird beziehungsweise nachfließt. Das heißt, eine 3D Vermessung oder Rekonstruktion des Haufens wäre hier nicht notwendig.
Mittels einer beispielhaften semantischen Video- und/oder LIDAR- basierten Karte kann sich der Radlader in seiner Umgebung lokalisieren und navigieren und seine Trajektorien von Werkzeug und Fahrzeug planen. Die aktuelle Topologie der Umgebung und des/der Haufen sind darin in einem Ausführungsbeispiel ebenfalls abgelegt und werden mindestens durch die Kameras und/oder LIDAR des Radladers erfasst. Optional kann die Karte auch GNSS basiert sein und GNSS und Video- und/oder LIDAR - Daten zur Lokalisierung fusioniert werden.
Der abzutragende Haufen mit Ort / Bereich als auch wohin das Schüttgut verbracht werden soll, werden dem Radlader beispielsweise mittels Connectivity von einem Leitstand gegeben.
Die Position, Ausrichtung und Form kann optional vorab in der semantischen Karte bekannt sein beziehungsweise die bildgebenden Sensoren und Algorithmen des Radladers können diese detektieren, klassifizieren, lokalisieren, vermessen.
Wird mittels der bildgebenden Sensoren (Kamera und/oder LIDAR und/oder Radar) und Algorithmen erkannt, dass eine beispielhafte Haufenhöhe des Materials über einer Ebene der Umgebung ein bestimmtes Maß unterschritten hat und ein bestimmtes ausreichendes Material über der Ebene in der Umgebung verteilt ist, so wird beispielhaft Material zusammengeschoben, um einen Haufen zu bilden. Dabei wird in Abhängigkeit der Umgebungsbedingung von den zugänglichen Seiten das Material zu einem Haufen zusammengeschoben: Bei freien, ebenen Flächenbereichen wird das verstreute Material beispielhaft von allen vier Seiten rechtwinklig versetzt mittig zusammengeschoben. Bei Vorhandensein einer geraden, senkrechten Wand wird das Material beispielhaft von den drei offenen Seiten rechtwinklig versetzt mittig zusammengeschoben. Bei winkligen, L- förmigen Wände wird beispielhaft das Material von den zwei offenen Seiten rechtwinklig versetzt mittig zusammengeschoben. Bei rechteckigen, U- förmigen Boxen wird das Material beispielhaft von einer Seite mittig zusammengeschoben.
Die Mitte ergibt sich dabei aus einem gedachten restlichen Haufen in der jeweiligen Umgebung, der noch zu mindestens einer letzten vollen Schaufel führt (Maße der Box und Schaufel sind bekannt).
Wird eine Leistungsgrenze bei der Haufenbildung / Schieben überschritten, so kann die Schaufel optional gekippt und gehoben werden, um dann das Material über der Mitte zu leeren.
Im Falle, dass eine bestimmte zu steile (Hang-) Steigung des Haufens erkannt wird, erfolgt ein Anfahrvorgang und Einstechen der angehobenen Schaufel in den Haufen um ein Nachrutschen des Materials zu provozieren, um eine Verschüttung von Maschinen oder Menschen zu vermeiden. Das Nachrutschen / Fließen des Materials beziehungsweise die veränderte Steigung wird mit den bildgebenden Sensoren erkannt. Nach dem Einstechen kann die Schaufel, beim Zurückziehen der Schaufel und Zurückfahren der Maschine, das Material zusätzlich nach unten ziehen und dadurch weiter lockern und ein Fließen des Materials unterstützen oder erst dadurch auslösen.
Das Anfahren an den Haufen erfolgt in einem Ausführungsbeispiel unter Einhaltung eines ausgewählten Arbeitsoptimierungskriteriums. In einem Ausführungsbeispiel wird als Arbeitsoptimierungskriterium beispielhaft eine gewollte höchste Produktivität berücksichtigt und die Schäldicke um einen gewissen Prozentsatz (10%) erhöht, damit die Schaufelbeladung immer bei 100% liegt. Alternativ kann aufgrund eines gewollt geringen Maschinenverschleißes die Schäldicke um einen gewissen Prozentsatz (10%) gesenkt werden, damit die Maschine immer unter Teillast betrieben wird.
Falls die Voreinstellung für das Anfahren nicht geändert wurde, erfolgt das Anfahren vorzugsweise immer abwechselnd aus den möglichen Anfahrrichtungen der Umgebung / Box, um einem Ausbreiten des Haufens entgegenzuwirken. Die Anfahrtrajektorie kann dabei insbesondere unter der Haufenspitze beziehungsweise an einer gedachten / vordefinierten / bestimmten Haufenmitte ausgerichtet werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Einstechen, Anheben und Schöpfen von haufenförmig angeordnetem Material derart durchgeführt, dass eine Schneidkante der Schaufel waagerecht parallel zum Untergrund in Abhängigkeit der Materialdichte in den Haufen eingestochen wird. Dieses Vorgehen wäre analog zu einem menschlichen Fahrer, jedoch wird im hier beschriebenen Verfahren 200 die Einfahrtrajektorie auf Basis der Umfeldsensoren und aktuellen Position des Radladers und die Positionierung der Schaufel auf Basis eines Lagemesssystems, zum Beispiel durch Inertialsensoren entlang der kinematischen Kette, berechnet.
Die in der vorangegangenen 1 beschriebene autonom arbeitende Maschine kann beim Anwenden des Verfahrens 200 beispielhaft bereits beim Einstechen die Schaufel in einem bestimmten Winkel zur Oberfläche des Haufwerks anstellen, um weniger Kraft für das Einstechen aufbringen zu müssen. Das heißt, der Anstellwinkel der Schneidkante an das Haufwerk geschieht beispielhaft in Abhängigkeit von der Materialkonsistenz. Das Einstechen würde in einem solchen Ausführungsbeispiel wieder entlang der Schneidkante erfolgen aber nur so tief, dass eine vollständige Befüllung der Schaufel gerade gewährleistet ist.
Im weiteren Verlauf wird lediglich beispielhaft die Schneidkante der Schaufel nach oben gedreht und danach entweder parallel zum vormaligen mittels der Bildverarbeitung gemerkten Hang geführt, der Hang des Haufens quasi abgeschält bis die Schaufel voll ist, oder die vollständige Befüllung der Schaufel kann bereits durch eine Rotation der Schaufel (Schöpfbewegung) erreicht werden.
Die Dicke der abzuschälenden Schicht und damit auch die Einstichtiefe hängt in einem Ausführungsbeispiel von den Materialeigenschaften ab. Das heißt, ein dichtes und/oder stark zusammenhaftendes Material führt zu einer dünnen abzuschälenden Schicht und ein weniger dichtes und/oder lockeres Material führt zu einer dickeren abzuschälenden Schicht.
Die Vorwärts- als auch die Vertikalgeschwindigkeit der Schneidekante der Schaufel wird beispielhaft in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften und Maschinenparameter so eingestellt, dass die Maschinenleistung optimal genutzt wird, während übermäßiges verstreuen von Schüttgut vermieden wird.
Die diesbezüglichen Materialeigenschaften können anhand vormaliger Einstich- und Schälvorgänge anhand des Kraftbedarfs der Maschine / Werkzeuge bestimmt / gelernt werden oder sind anhand von vorab bekannt und vorgegeben (Leitstand) oder sind mittels bildgebender Sensoren und Algorithmen bestimmt worden (Farbe, Textur, Körnung, Fließ- und Rieselverhalten, Schüttwinkel, usw.). Die Schäldicke kann optional während des Abtragens auch fortlaufend aktualisiert werden, da sich die Materialeigenschaften mit zunehmendem Abtrag ändern können, wie beispielsweise eine Feuchte und/oder Verdichtung usw.
Dafür eignen sich sowohl die Kraftsensoren und/oder bildgebenden Sensoren und Algorithmen.
Die Schäldicke hängt insbesondere auch davon ab, wie lang der verbliebene Hang des Haufens vom Einstechen bis zur Spitze ist, Das heißt die Dicke sollte immer so dick gewählt werden, dass mit einem Schälvorgang die Schaufel voll wird. Die Berechnung der minimalen Schäldicke wird in einem Ausführungsbeispiel vorab aus mittels bildgebender Sensoren und Algorithmen bestimmter Hanglänge, bekanntem Schaufel- Volumen und Schnittbreite bestimmt.
Die Wahl der Trajektorie beim Schälen/Schöpfen wird in einem Ausführungsbeispiel auch dadurch beeinflusst, ob dem Haufwerk gleichzeitig eine Form gegeben werden soll. Das ist nicht nötig und auch nicht möglich bei Material, das ein deterministisches Fließverhalten hat wie zum Beispiel trockener Sand. Ist das Material aber nass, enthält Bindemittel (zum Beispiel Asphaltrecyclat) oder kann sich verhaken (zum Beispiel Biomüll, Hackschnitzel) ist es hilfreich, wenn nicht immer von unten abgegraben wird, da sich sonst nach und nach ein gefährlicher Materialüberhang und eine Lawine des oberen Materials ergeben kann. Die Idee besteht darin, dass durch das Schälen entlang der Kontur des Haufwerks dieses seine Form behält und sich abtragen lässt wie sonst nachrieselndes Material. Arbeitshübe, die nur der Lockerung und Formgebung des Haufens dienen, können so eingespart werden.
Wird die Aufwärtsbewegung des Werkzeugs gestoppt, dann wird beispielhaft die Schaufel waagerecht gedreht / gestellt und aus dem Haufen gehoben. Die Aufwärtsbewegung bei Schälen kann beispielsweise vorzeitig gestoppt werden, wenn mittels bildgebender Sensoren und Algorithmen erkannt wird, dass die Schaufel bereits voll ist und/oder Material schon danebenfließt und/oder Material durch nachrutschendes Material am Hang gefüllt wird/wurde.
Im weiteren Verlauf des Verfahrens 200 wird in einem Ausführungsbeispiel die Route des Radladers zum Entladeort gefahren. Die Route wird beispielhaft so berechnet, dass das Arbeitsoptimierungskriterium erfüllt wird. Es kann unter anderem bedeuten, dass:

- bei Kriterium „kürzeste Zeit“ der Radlader mit maximaler Beschleunigung und Geschwindigkeit immer dann betrieben wird, wenn es die Sicherheit nicht beeinträchtigt.
- bei Kriterium „niedrigste Kraftstoffverbrauch“ die Sollbeschleunigung und Geschwindigkeit des Radladers so gewählt wird, dass der Dieselmotor mit optimaler Effizienz / im Verbrauchsoptimalen Betriebspunkt arbeitet.
- bei Kriterium „gleiche Zykluszeiten“ die Fahrtzeit so gewählt wird, dass die unterschiedlichen Dauern der Ladezyklen kompensiert werden.

Dieses Vorgehen ist sinngemäß übertragbar auf Bagger und andere Maschinen zur Erdbewegung.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 400 zum Vortrainieren eines Models zum Anwenden einer Arbeitsvorschrift für ein Arbeitsfahrzeug mit einem Werkzeug zum Bearbeiten von angehäuftem und/oder anhäufbarem Material. Das hier dargestellte Verfahren 400 kann zum Trainieren eines Modells einer Vorrichtung, wie sie in der vorangegangenen Figur beschrieben wurde, durchgeführt werden.
Das Verfahren 400 umfasst einen Schritt 405 des Einlesens mindestens eines Datensatzes, der eine Mehrzahl von Umgebungsdaten einer Umgebung des Arbeitsfahrzeugs und/oder Materialdaten des Materials repräsentiert. Weiterhin umfasst das Verfahren 400 einen Schritt 410 des Anpassens des Modells derart, dass die Umgebungsdaten und/oder die Materialdaten einer Arbeitsvorschrift zugeordnet werden, um das Modell zu trainieren.
In einem Ausführungsbeispiel wird mit dem hier beschriebenen Verfahren ein neuronales Netz trainiert. Trainiert wird das Netz beispielhaft mit realen aufgezeichneten Daten oder Simulationsdaten, die die Abhängigkeit bestimmter Größen zueinander abbilden.
Dabei werden in einem Ausführungsbeispiel im laufenden Betrieb dem Netz folgende variablen Größen bekannt gemacht:

• Haufenkontur über 3D-Sensorik
• Pose des Tool Center Point
• Leistung und Drücke des Antriebs und der Arbeitshydraulik
• aktueller Kraftstoffverbrauch
• Schlupf an den Rädern/Ketten und ggf. weitere verschleißbestimmende Größen

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.

Claims

Verfahren (200) zum Betreiben eines Arbeitsfahrzeugs (100) mit einem Werkzeug (105) zum Bearbeiten von angehäuftem und/oder anhäufbarem Material (110), wobei das Verfahren (200) folgende Schritte (205, 210, 215) umfasst: Einlesen (205) mindestens eines Sensorsignals (120), das mindestens einen sensorisch erfassten Umgebungsparameter der aktuellen Umgebung des Arbeitsfahrzeugs (100) repräsentiert; Identifizieren (210) des Materials (110) in der Umgebung unter Verwendung des Umgebungsparameters; und Umformen (215) einer Anordnung des identifizierten Materials (110) mit dem Werkzeug (105).
Verfahren (200) gemäß Anspruch 1, wobei im Schritt (210) des Identifizierens das Material (110) als in der Umgebung verstreutes Material (110) identifiziert wird, wobei im Schritt (215) des Umformens das verstreute Material (110) zu einer Haufenform umgeformt wird.
Verfahren (200) gemäß Anspruch 1, wobei im Schritt (210) des Identifizierens das Material (110) als eine Haufenform identifiziert wird, wobei im Schritt (215) des Umformens das Material (110) abgetragen wird, insbesondere wobei eine Schneidkante (140) des Werkzeugs (105) innerhalb eines Toleranzbereichs parallel zu einem Hang (145) der Haufenform geführt wird.
Verfahren (200) gemäß Anspruch 3, wobei im Schritt (215) des Umformens das Material (110) mit einer vorbestimmten Abtragungstiefe abgetragen wird, wobei die Abtragungstiefe unter Verwendung einer im Schritt (205) des Einlesens eingelesenen Materialeigenschaft des Materials (110) bestimmt wird.
Verfahren (200) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei im Schritt (215) des Umformens eine Aufwärtsbewegung des Werkzeugs (105) zum Abtragen des angehäuften Materials (110) gestoppt wird, wenn das Werkzeug (105) einen vorbestimmten Beladungszustand erreicht hat.
Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei im Schritt (210) des Identifizierens eine Haufenform des Materials (110) mit einem Überhang (160) identifiziert wird, wobei im Schritt (215) des Umformens das Werkzeug (105) in das Material (110) eingestochen wird, um den Überhang (160) zu reduzieren.
Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (205) des Einlesens eine Karte (130) der Umgebung eingelesen wird, wobei das Verfahren (200) einen Schritt (300) des Anfahrens des identifizierten Materials (110) unter Verwendung der Karte (130) umfasst.
Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (305) des Abfahrens von dem Material (110) zu einem Entladeort, um Material (110) an dem Entladeort zu entladen, insbesondere wenn im Schritt (215) des Umformens eine Haufenform des Materials (110) abgetragen wurde.
Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (215) des Umformens das Material (110) unter Verwendung zumindest eines Werkzeugparameters des Werkzeugs (105) umgeformt wird.
Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Schritt (215) des Umformens unter Verwendung eines Optimierungssignals (150) durchgeführt wird, wobei das Optimierungssignal (150) mindestens einen Maschinenparameter des Arbeitsfahrzeugs (100) optimiert.
Vorrichtung (115), die eingerichtet ist, um die Schritte (205, 210, 215) des Verfahrens (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.
Arbeitsfahrzeug (100) mit einem Werkzeug (105) zum Bearbeiten von angehäuftem und/oder anhäufbarem Material (110) und mit einer Vorrichtung (115) gemäß Anspruch 11.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung gemäß Anspruch 11 und/oder das Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 12 die Schritte (205, 210, 215) des Verfahrens (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt und/oder ansteuert.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.