DE112008003444B4 - System für Lader - Google Patents

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    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
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Abstract

System mit einer Maschine (10), die ein Armpaar (34, 36) aufweist, wobei die Arme (34, 36) Enden haben, die ein Arbeitsgerät (40) abstützen, wobei das System die Höhe eines ersten Teils des Arbeitsgeräts (40) feststellt und Folgendes umfasst: einen Lasertransmitter (62) zum Aussenden eines Laserlicht-Bezugstrahls (60), der eine Bezugsebene überstreicht, einen ersten Höhensensor (52), der an einem dieser Arme (34, 36) angebracht ist, einen zweiter Höhensensor (54), der an dem einen dieser Arme (34, 36) näher an dem Arbeitsgerät (40) als der erste Höhensensor (52) und mit bekannten Abstanden d1, d2 von dem ersten Höhensensor (52) und dem ersten Teil des Arbeitsgeräts (40) angebracht ist, wobei der erste und zweite Höhensensor (52, 54) jeweils Laserempfänger zur Feststellung des Laserlicht-Bezugstrahls (60) und zur Anzeige ihrer nominalen Bodenhöhe aufweisen, und einen Steuerkreis (56), der auf den ersten Höhensensor (52) und den zweiten Höhensensor (54) zur Berechnung der Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts (40) basierend auf der Anzeige der nominalen Bodenhöhe der ersten und zweiten Höhensensoren (52, 54), den bekannte Abständen d1, d2, sowie der Höhe der Bezugsebene über Boden reagiert, wobei die Höhe eines virtuellen Punkts (55) über dem ersten Teil des Arbeitsgeräts (40) festgestellt wird, und dieser virtuelle Punkt (55) sich mit einem festen vertikalen Abstand über dem ersten Teil des Arbeitsgeräts (40) befindet und auf den ersten und den zweiten Höhensensor (52, 54) so ausgerichtet ist, dass der virtuelle Punkt (55) mit den jeweiligen Laserempfänger des ersten und zweiten Höhensensoren (52, 54) eine Gerade bildet.

Description

  • Diese Erfindung betrifft einen Frontlader, zum Beispiel einen Kompaktlader oder einen Raupenlader, und insbesondere eine Maschine mit einem Paar sich nach vorne erstreckender Hubarme, die ein Arbeitsgerät tragen und positionieren, z. B. eine Erdschaufel oder dergleichen. Lader verschiedener Typen sind in der Technik gut bekannt und weisen gewöhnlich eine Karosserie und Fahrelemente mit Bodenkontakt auf, die die Karosserie tragen. Die Fahrelemente können entweder angetriebene Vorder- und Hinterradpaare oder rechte und linke Endlosketten sein. Gewöhnlich hat ein solcher Lader miteinander verbundene linke und rechte Hubarmvorrichtungen, die drehbar an den jeweiligen Hubgerüstteilen der Karosserie nahe am Heck des Laders angebracht sind. Das Arbeitsgerät, zum Beispiel eine Schaufel mit einer nach vorne zeigenden Zahnreihe, ist üblicherweise drehbar an den vorderen Enden der Hubarme angebracht. Zwischen der Karosserie und den Hubarmvorrichtungen sind hydraulische Hubaktuatoren angebracht, um die Hubarme zusammen zu heben und zu senken. Einer oder mehrere hydraulische Aktuatoren sind auch zwischen den Hubarmvorrichtungen und dem Arbeitsgerät angebracht, um das Arbeitsgerät während des Laderbetriebs bezüglich der Hubarme zu kippen.
  • Lader dieses Typs können sehr vielseitig verwendet werden und weisen gewöhnlich eine Vielzahl von Arbeitsgeräten auf, die leicht ausgewechselt werden können. Solche Arbeitsgeräte sind z. B. Erdschaufeln, Universalschaufeln, Mehrzweckschaufeln, Palettengabeln, Universal-Greifschaufeln, Leichtgutschaufeln, Universalgabeln, Industriegreifer, Industriegabeln mit Greifern, Schwenkschilde, Erdbohrer, Kehrbesen, Kaltfräsen, Hydraulikhammer, Steinsammler, Bodenfräsen, Materialumschlagarme, Baumstumpffräsen, Grabenfräsen und Vibrationsverdichter. Erdschaufeln und andere Arbeitsgeräte können zum Ausheben von Material und auch zum Planieren verwendet werden, sowohl in Vorwärtsrichtung als auch rückwärts durch Rückplanieren.
  • Traditionelle Führungs- und automatische Schildsteuerungssysteme des Typs, der für Planierer und Bulldozer verwendet wird, verfügen üblicherweise über Positionssensoren, die direkt am Maschinenschild angebracht sind Ein Beispiel hierfür ist aus der DE 38 27 619 A1 bekannt. Dies ist bei Ladern nicht praktisch durchführbar, da ein Sensor am Arbeitsgerät eines Laders, wie einer Laderschaufel, aufgrund der Einsatzbedingungen von Laderschaufeln vermutlich schnell beschädigt würde. Obwohl zum Beispiel das Positionieren eines Laserempfängers direkt an einem Mast, der sich von dem Arbeitsgerät des Laders nach oben erstreckt, das Höhenmessungsverfahren vereinfacht, da sich das Arbeitsgerät immer mit einem festen Abstand unter der gemessenen Höhe des Laserempfängers befindet, wird der Empfänger einer so rauen Behandlung unterworfen, dass er nicht über einen längeren Zeitraum funktionieren kann.
  • Ferner ist eine Ladevorrichtung, die Informationen aus Sensoren, die die Stellung von Hydraulikzylindern überwachen, bezieht, aus der DE 103 46 413 A1 bekannt.
  • Weiterer relevanter Stand der Technik wird in der DE 296 05 107 U1 offenbart. DE 296 05 107 U1 betrifft eine Tiefenmessgerät für einen Bagger mit einem am Baggerarm (12) angebrachten ersten Neigungssensor (26) zum Erzeugen eines die Neigung des Baggerarms (12) darstellenden ersten Neigungssignals; mit einem an der Baggerschaufel (14) angebrachten zweiten Neigungssensor zum Erzeugen eines die Neigung der Baggerschaufel (14) darstellenden zweiten Neigungssignals; mit einem am Baggerarm (12) angebrachten Empfänger (24) für eine eine Referenzhöhe (30) festlegende Strahlung, wobei der Empfänger (24) langgestreckt und im wesentlichen vertikal ausrichtbar ausgebildet ist und die relative Lage der die Referenzhohe (30) festlegenden Strahlung gegenüber dem Empfänger (24) ermittelt und ständig ein diese relative Lage darstellendes Lagesignal erzeugt; und mit einer Auswertungsschaltung (40), die mit dem Empfänger (24), dem ersten Neigungssensor (26) und dem zweiten Neigungssensor (34) verbunden ist und aus dem ersten Neigungssignal, dem zweiten Neigungssignal und dem Lagesignal ein die Tiefe der Baggerschaufel (14) gegenüber der Referenzhöhe (30) darstellendes Signal erzeugt.
  • Dennoch ist es, ausgehend von der DE 38 27 619 A1 , sehr wünschenswert, die Position des Arbeitsgeräts eines Laders bestimmen zu können und eine Steuerung dieses Arbeitsgeräts bereitzustellen, entweder indem dem Fahrzeugführer die Position des Arbeitsgeräts in Bezug auf die gewünschte Höhe des Arbeitsgeräts angezeigt wird, oder durch eine automatische Steuerung des Arbeitsgeräts.
  • Diese Aufgabe wird mit einem System gemäß den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der sich daran anschließenden Ansprüche 2 bis 15.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines gemäß der vorliegenden Erfindung gebauten Laders mit den Hubarmen und dem Arbeitsgerät in gesenkter Position, der einen ersten und einen zweiten Laserempfänger an einem Hubarm und einen dritten Laserempfänger am anderen Hubarm aufweist.
  • 2 ist eine schematische Seitenansicht des Laders und eines Lasertransmitters, die eine Vorgehensweise zur Feststellung der Höhe eines Teils des Arbeitsgeräts des Laders veranschaulicht.
  • 3 ist ein Diagramm, das die relativen Positionen des Laserempfängers an einem Hubarm des Laders zeigt;
  • 4 ist eine schematische Darstellung des Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung und
  • 5 ist eine schematische Seitenansicht des Laders und eines Lasertransmitters, die eine andere Vorgehensweise zur Feststellung der Höhe eines Teils des Arbeitsgeräts des Laders veranschaulicht.
  • 1 und 2 zeigen einen Lader 10, insbesondere einen Raupenlader, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebaut wurde. Es ist ersichtlich dass, obwohl die vorliegende Erfindung in den Zeichnungen als Teil eines Raupenladers dargestellt wird, diese auch als Kompaktlader des Typs ausgeführt werden kann, der mehrere Räder anstelle des angetriebenen Endloskettenpaars 12 aufweist. Außerdem kann die vorliegende Erfindung als beliebiger Lader oder ähnliche Maschine ausgeführt werden, die ein Paar Hubarme und ein Arbeitsgerät umfasst, das an den Hubarmen angebracht ist und bei dem die Höhe eines Teils des Arbeitsgeräts von Belang oder Interesse ist.
  • Der Lader 10 umfasst eine Karosserie 14 mit linken und rechten Stützen oder Hubgerüstteilen 16, von denen in 1 nur eine(r) zu sehen ist, und einer Führerkabine, allgemein mit 18 bezeichnet. Die mit dem Boden in Kontakt stehenden Ketten 12 umgeben mehrere Antriebsräder 20, 21, 22 und 23, die an der Karosserie 14 befestigt sind und diese tragen. Die Antriebsräder 2023 und die Kette 12 sind Teil eines Laderantriebssystem, zu dem auch ein (nicht gezeigter) Motor gehört, der in der Karosserie 14 hinter der Führerkabine 18 in einem Heckmotorgehäuse 24 angebracht ist. Der Lader kann von einem Dieselmotor mit Energie versorgt und angetrieben werden, der eine oder mehrere hydraulische Pumpen betreibt. Wie ersichtlich ist, hat ein solcher Lader verschiedene Laderkomponenten, die von hydraulischen Motoren und Zylindern mit Energie versorgt oder angetrieben werden.
  • Der Lader 10 umfasst weiterhin rechte und linke miteinander verbundene Hubarmvorrichtungen 26 und 28, die drehbar mit den entsprechenden Hubgerüstteilen 16 und mit der Karosserie 14 an den Drehpunkten 30 verbunden sind, von denen in 1 nur einer zu sehen ist. Die Hubarmvorrichtungen 26 und 28 weisen jeweils ein hinteres Glied 32 auf, von denen in 1 nur eines zu sehen ist, das bei 38 drehbar mit dem entsprechenden Hubarm 34 und 36 verbunden ist. Ein Arbeitsgerät, das als Schaufel 40 dargestellt ist, aber auch ein beliebiges von mehreren verschiedenen Arbeitsgeräten sein kann, ist am Ende des Armpaars 34 und 36 angebracht. Alternative Arbeitsgeräte umfassen Pfostenbohrer, Planierkästen, Planierschilde, Asphaltwalzen, Schaufeln mit Zweiachsenneigung, Aufreißzähne und Bagger.
  • 2 zeigt schematisch das Größenverhältnis der Systemkomponenten für eine Vorgehensweise zur Feststellung der Höhe eines ersten Teils des Arbeitsgeräts. Die Schaufel 40 ist drehbar mit den Hubarmen 34 und 36 verbunden, so dass sie sich um einen Arbeitsgerät-Drehachsenpunkt 42 an den vorderen Enden der Arme bewegen kann. Jeder Hubarm 34 und 36 wird bezüglich der Karosserie 12 gedreht, um die Schaufel 40 oder ein anderes Arbeitsgerät, angetrieben von einem Hubaktuator 44, zu heben. Der Aktuator 44 ist üblicherweise ein herkömmlicher Hydraulikzylinder oder ein anderer linear wirkender Aktuator. Der Hubaktuator 44 ist an einem Ende mit der Karosserie 14 verbunden. Der Hubaktuator 44 ist am entgegengesetzten Ende mit dem jeweiligen Hubarm 34 am Drehpunkt 46 verbunden. Die Schaufel 40 kann bezüglich der Hubarme 34 und 36 mittels eines oder mehrerer Neigungsaktuatoren 48 gedreht werden, die üblicherweise hydraulische oder andere linear wirkende Aktuatoren sind und zwischen den Hubarmen 34 und 36 und der Schaufel 40 verbunden werden. Die Schaufel 40 weist entlang der Vorderkante eine Reihe von Grabzähnen 50 auf.
  • Die vorliegende Erfindung bietet ein System zur Feststellung der Höhe eines ersten Teils des Arbeitsgeräts 40. In der in 2 gezeigten Anordnung ist es zum Beispiel nützlich, die Höhe der Zähne 50 der Schaufel 40 zu kennen. Um dies gemäß der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird ein erster Höhensensor, der einen Laserempfänger 52 umfasst, am Hubarm 34 angebracht und ein zweiter Höhensensor, der den Laserempfänger 54 umfasst, wird ebenfalls am Hubarm 34 angebracht. Die Empfänger 52 und 54 werden von den Masten 56 bzw. 58 getragen und reagieren auf einen Laserlichtstrahl 60 vom Lasertransmitter 62. Der Laserempfänger 54 befindet sich näher am Arbeitsgerät 40 als der Laserempfänger 52. Die Laserempfänger 52 und 54 werden dazu verwendet, die Höhe eines Punkts 55 im Raum festzustellen, der sich direkt über den Grabzähnen 50 der Schaufel 40 befindet. Der zweite Höhensensor 54 ist vom ersten Höhensensor 52 entlang des Arms 34 mit einem bekannten Abstand d1 und von dem Punkt im Raum über den Zähnen 50 mit einem bekannten Abstand d2 angebracht. Es ist ersichtlich, dass es aufgrund der Beschaffenheit des Umfelds, in dem der Lader 10 eingesetzt wird, praktisch nicht möglich ist, einen Höhensensor, wie einen Laserempfänger, direkt auf einem Mast über den Grabzähnen 50 anzubringen. Die vorliegende Erfindung bringt jedoch einen ”virtuellen Empfänger” an einem ”virtuellen Mast” direkt über den Grabzähnen der Schaufel an. Wenn die Höhe des virtuellen Masts und die Höhe des virtuellen Empfängerpunkts bekannt sind, ist die Höhe der Zähne ebenfalls bekannt.
  • Wie in 2 und 3 gezeigt, ist die Geometrie im Zusammenhang mit diesem Verfahren einfach. Angenommen der Laserempfänger 52 zeigt an, dass er ΔA über einer nominalen ”bodengleichen” Höhe ist, und Empfänger 54, der von Empfänger 52 einen Abstand d1 hat, zeigt an, dass er ΔB über einer nominalen ”bodengleichen” Höhe ist, ist die Bemessung des Abstands ΔH, mit der der virtuelle Empfänger unter der Bodengleichheit ist, folgendermaßen.
  • Die Gleichung einer geraden Linie ist Y = MX + C, wobei M die Neigung und C der Y-Achsenabschnitt ist. In diesem Fall ist der Y-Achsenabschnitt ΔB und die Neigung ist (ΔB – ΔA)/d1(cosΘ). Die Gleichung der geraden Linie zwischen A und B ist daher: Y = [(ΔB – ΔA)/d1(cosΘ)]X + ΔB
  • Die X-Dimension des virtuellen Empfängers ist X = d2(cosΘ). Daher ist Y = ΔH = [(ΔB – ΔA)/d1(cosΘ)]d2(cosΘ) + ΔB, oder vereinfacht ΔH = [(ΔB – ΔA)d2]/d1 + ΔB.
  • Die Verwendung der beiden Empfänger 52 und 54, um die Höhe eines Punktes festzustellen, der nicht direkt unter einem der beiden Empfänger liegt, ermöglicht dem System das schnelle und genaue Feststellen der Höhe eines ersten Teils des Arbeitsgeräts, namentlich der Zähne, ohne einen Sensor an einem Mast über dem Arbeitsgerät zu benötigen. Diese Berechnung setzt voraus, dass sich die Schaufel 40 und die Zähne 50 in einer neutralen Grundstellung in Bezug auf die Hubarme 34 und 36 befinden, so dass die Höhe des virtuellen Masts eine bekannte Konstante ist. Wird die Schaufel 40 gekippt, so dass die Zähne 50 angehoben oder gesenkt werden, ist diese Annahme offensichtlich nicht korrekt. Die gemessene Höhe der Zähne 50 kann abhängig von der Drehbewegung der Schaufel 40 aus der nominalen Schaufelposition auf eine von mehreren Weisen vergrößert oder verkleinert werden. Wie in 4 gezeigt, kann der Steuerkreis 56, der ΔH aus den Ausgaben der Empfänger 52 und 54 berechnet, auch auf einen Winkelsensor 58 reagieren, der eine Ausgabe bereitstellt, die die Winkelbewegung der Schaufel 40 aus ihrer nominalen Position anzeigt. Diese Winkelsensor-Ausgabe kann dann dazu verwendet werden, den Abstand trigonometrisch zu berechnen, um den die Zähne der Schaufel aus der nominalen Position angehoben oder gesenkt wurden. Alternativ kann der Steuerkreis einfach eine Look-Up-Tabelle enthalten, die für jeden von mehreren Winkelmessungen den Abstand angibt, um den die Zähne der Schaufel aus der nominalen Position gehoben oder gesenkt wurden. In Betrieb kann die Winkelmessung vom Winkelsensor 58 an den Steuerkreis weitergegeben und der gespeicherte Winkel aus der Look-Up-Tabelle, der dem gemessenen Winkel am nächsten ist, verwendet werden. Alternativ kann der Steuerkreis zwischen den gespeicherten Winkeln in der Look-Up-Tabelle interpolieren.
  • Statt des Winkelsensors 58 kann das System eine Anordnung zur direkten Messung der Ausdehnung der Zylinder 48 aufweisen. Es ist ersichtlich, dass das Ausfahren und Zurückziehen der Zylinder 48 zum Senken bzw. Heben der Zähne 50 der Schaufel 40 führt. Es ist daher möglich, die Winkelstellung der Schaufelposition 40 bezüglich der Hubarme 34 und 36 und somit die Änderung der Höhe der Zähne 50 aus einer neutralen Position festzustellen, indem die Stellung der Zylinder 48 gemessen wird. In dieser Anordnung sind die Hydraulikzylinder 48 von dem Typ, der Sensoren aufweist, die eine Ausgabe bezüglich der Stellung der Zylinderkolben liefern. Zum Beispiel kann jede Kolbenstange einen permanenten Magneten tragen, wobei die Position des permanenten Magneten von einem magnetorestriktiven Sensor im Zylinder festgestellt wird. Eine solche Zylinderkonstruktion wird im am 17. Oktober 2006 an Alrefai erteilten US Patent Nr. 7,121,185 gezeigt, dessen relevanter Teil durch Bezugnahme einbezogen ist. Wie bei einem Winkelsensor 58 können die Ausgaben der Ausfahrsensoren der Hydraulikzylinder vom Steuerkreis verwendet werden, um durch Zugriff auf eine Look-Up-Tabelle den Winkel der Schaufel 40 festzustellen.
  • Eine andere Methode zur Berücksichtigung der Winkelverstellung der Schaufel 40 ist das Anbringen eines Neigungsmessers 60 an der Schaufel, um die Neigung der Schaufel 40 festzustellen. Die Ausgabe des Neigungsmessers wird mit der Neigung der Arme verglichen, wobei der Unterschied die relative Winkellage der Schaufel in Bezug auf die Arme ist. Die Winkelinformationen können wie bei der Winkelsensor-Ausgabe oben dazu verwendet werden, den Wert festzustellen, um den die virtuelle Masthöhe angepasst werden muss. Dies geschieht, wie oben beschrieben, entweder durch eine trigonometrische Berechnung oder anhand einer Look-Up-Tabelle.
  • Eine Variante der oben beschriebenen Berechnungsmethoden ist in 5 dargestellt. In 5 wird der virtuelle Empfängerpunkt so gewählt, dass er sich direkt über der drehbaren Verbindung 42 an der Vorderseite der Hubarme 34 und 36 befindet, wo das Arbeitsgerät, wie die Schaufel 40, angebracht ist. Es ist zu beachten, dass dadurch ein etwas kleinerer Abstand d2 entsteht. Die virtuelle Masthöhe über der Verbindung 42 verändert sich mit der Bewegung der Schaufel nicht. Sobald die Höhe der drehbaren Verbindung 42 vom Steuerkreis 56 aufgrund der Ausgaben der Laserempfänger 52 und 54 festgestellt wurde, kann die Höhe der Zähne 50 entweder durch eine trigonometrische Rechnung oder anhand einer Look-Up-Tabelle aufgrund der Ausgabe eines Winkelsensors 58 oder eines Neigungsmessers 60 bestimmt werden. Es ist ersichtlich, dass, obwohl sowohl ein Winkelsensor als auch ein Neigungsmesser in 2 und 5 dargestellt sind, die typische Anordnung nur ein solches Gerät verwenden würde, um Informationen bezüglich der Schaufellage an den Steuerkreis zu liefern.
  • 2 und 5 stellen einen Lasertransmitter 62 dar, der einen Laserlichtstrahl 60 projiziert, der auf einer horizontalen Bezugsebene gedreht wird. Beide Empfänger 52 und 54 umfassen mehrere Detektoren, die in einem vertikalen Feld angeordnet sind. Die Position des oder der angestrahlten Detektoren in jedem Feld liefert Angaben über die Höhe des Felds bezüglich der Licht-Bezugsebene. Falls gewünscht, kann jedoch ein Transmitter des Typs verwendet werden, der ein Paar nicht-paralleler fächerförmiger Strahlen aussendet, die um eine vertikale Achse rotieren. Mit einem Transmitter dieses Typs nimmt jeder Empfänger vorzugsweise die Form eines Einzeldetektorempfängers an. Bei dieser Anordnung wird die Höhe des Detektors anhand der relativen Zeitverzögerung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Überstreichungen der Strahlen im Vergleich mit der Strahlenrotationszeit festgestellt.
  • In der vorliegenden Erfindung wird die Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts bestimmt, indem die Höhe eines Punkts über dem ersten Teil festgestellt wird. Der Punkt befindet sich mit einem festen Abstand über dem ersten Teil des Arbeitsgeräts und ist direkt auf den ersten und den zweiten Höhensensor ausgerichtet. In der in 2 gezeigten Anordnung sind der erste Teil des Arbeitsgeräts die Zähne 50 des Arbeitsgeräts. Dann wird aufgrund des vom Winkelsensor 58 wahrgenommenen Winkels, oder der vom Neigungsmesser 60 wahrgenommenen Neigung eine Anpassung der berechneten Höhe der Zähne vorgenommen. In der in 5 gezeigten Anordnung ist jedoch der erste Teil des Arbeitsgeräts die Drehverbindung 42, die drehbar an den Enden der Hubarme 34 und 36 angebracht sind. Die Höhe des zweiten Teils des Arbeitsgeräts, namentlich die Zähne 50 der Schaufel 40, wird dann aufgrund der Ausgabe des Winkelsensors 58 oder der Ausgabe des Neigungsmessers 60 festgestellt. In beiden Fällen beruht die trigonometrische Berechnung jedoch auf dem Abstand d3, nämlich dem Abstand von der drehbaren Verbindung 42 zu den Zähnen 50 der Schaufel.
  • Während oben erwähnte Aspekte der Erfindung die Steuerung der Höhe eines Arbeitsgeräts an einem Lader bezüglich einer Bezugshöhe ermöglichen, ist es auch möglich, das System der vorliegenden Erfindung zur dreidimensionalen Konturierung eines Arbeitsbereichs zu verwenden. Zur dreidimensionalen Konturierung muss das System in der Lage sein, die X- und Y-Positionen der Maschine zu messen, damit sie die tatsächliche Höhe des Arbeitsbereichs an einem Punkt von Interesse mit einer gewünschten Höhe vergleichen kann. Um dies zu bewerkstelligen, kann das System weiterhin eine GPS-Empfängereinheit 65 umfassen, die die X- und Y-Koordinaten des Arbeitsgeräts auf konventionelle Weise bereitstellt. Die X- und Y-Koordinaten werden dann an einen Speicher 67 geleitet, in dem eine Datenbank der erwünschten Höhen des Arbeitsbereichs an verschiedenen Punkten des Arbeitsbereichs gespeichert ist. Der Speicher 67 leitet die erwünschte Höhe des Arbeitsbereichs am Punkt von Interesse an den Komparator 70. Der Komparator 70 empfängt die Ausgabe des Steuerkreises 56, die die gemessene Höhe der Schaufelzähne 50 angibt und vergleicht diese Höhe mit der gewünschten Höhe aus dem Speicher 67. Die Differenz wird dann an den hydraulischen Steuerkreis 72 zur Steuerung des Betriebs des hydraulischen Ventils geleitet, das die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zu den Hydraulikzylindern 44 steuert. Das System kann daher die Höhe des Arbeitsgeräts automatisch steuern und insbesondere des speziellen Teils des Arbeitsgeräts, während sich der Lader über den Arbeitsbereich fortbewegt. Es ist ersichtlich, dass es auch wünschenswert sein kann, die Maschine im manuellen Modus zu bedienen. Zu diesem Zweck können die Ausgabe vom Speicher 67, die die gewünschte Höhe des Arbeitsgeräts angibt, und die Ausgabe vom Steuerkreis 56, die die tatsächliche Höhe des Arbeitsgeräts angibt, an die Anzeige 74 in der Führerkabine 18 geleitet werden. Der Maschinenführer steuert dann den Betrieb der Maschine manuell unter Kenntnis der gewünschten Höhe des Arbeitsbereichs in dem Bereich, in dem die Maschine arbeitet.
  • Es ist ersichtlich, dass die zu diesem System gehörenden hydraulischen Steuerungen nicht sofort auf die wahrgenommenen Unterschiede zwischen der gewünschten Höhe und der tatsächlichen Höhe des Arbeitsgeräts reagieren. Es kann in der Tat geschehen, dass das System etwas langsam reagiert. Um dem System mehr Reaktionszeit zu geben, kann der Steuerkreis 56 die Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts bestimmen, indem der virtuelle Empfängerpunkt 55 nach vorne vor den ersten Teil des Arbeitsgeräts gelegt wird. Der Punkt kann z. B. mit einem Abstand nach vorne vor den ersten Teil des Arbeitsgeräts gelegt werden, der direkt von der Vorwärtsgeschwindigkeit der Maschine abhängt. Dazu kann der Steuerkreis auch auf den Geschwindigkeitssensor 76 reagieren.
  • Falls erwünscht, kann das vorliegende System die Fähigkeit umfassen, die seitliche Neigung der Maschine festzustellen. Bei Frontladern dieses Typs bewegen sich die Hubarme gleichzeitig nach oben und unten. Daher kann ein dritter Strahlendetektor 80 am anderen Arm des Armpaars 36 der Maschine befestigt werden, der von dem ersten und dem zweiten Höhensensor 52 und 54 mit einem solchen Abstand angebracht ist, dass er die Höhe feststellen und eine Ausgabe an den Steuerkreis liefern kann, wobei die seitliche Neigung des Armpaars 34 und 36 der Maschine, und somit der ganzen Maschine, vom Steuerkreis 56 festgestellt werden kann. Falls erwünscht, kann die Anzeige 74 auch die seitliche Neigung anzeigen.
  • Wie zuvor erwähnt kann das Arbeitsgerät ein beliebiges Anbaugerät aus einer Vielzahl von Anbaugeräten als Alternative zu der in den Zeichnungen gezeigten Schaufel 40 umfassen. Falls erwünscht, können die Abmessungen solcher Anbaugeräte vom System gespeichert werden, einschließlich einem mit d3 vergleichbaren Maß vom Drehpunkt der Befestigung des Arbeitsgeräts an den Armen zu einem wichtigen Teil des Arbeitsgeräts. Die verschiedenen Abmessungen können dann vom Steuerkreis 56 verwendet werden, wenn das Arbeitsgerät am Lader gewechselt wird. Es ist ersichtlich, dass damit das Wechseln der Arbeitsgeräte erleichtert wird.
  • Obwohl die derzeit bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben wurden, wird anerkannt, dass innerhalb des Bereichs der Erfindung verschiedene Änderungen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche gemacht werden können.

Claims (14)

  1. System mit einer Maschine (10), die ein Armpaar (34, 36) aufweist, wobei die Arme (34, 36) Enden haben, die ein Arbeitsgerät (40) abstützen, wobei das System die Höhe eines ersten Teils des Arbeitsgeräts (40) feststellt und Folgendes umfasst: einen Lasertransmitter (62) zum Aussenden eines Laserlicht-Bezugstrahls (60), der eine Bezugsebene überstreicht, einen ersten Höhensensor (52), der an einem dieser Arme (34, 36) angebracht ist, einen zweiter Höhensensor (54), der an dem einen dieser Arme (34, 36) näher an dem Arbeitsgerät (40) als der erste Höhensensor (52) und mit bekannten Abstanden d1, d2 von dem ersten Höhensensor (52) und dem ersten Teil des Arbeitsgeräts (40) angebracht ist, wobei der erste und zweite Höhensensor (52, 54) jeweils Laserempfänger zur Feststellung des Laserlicht-Bezugstrahls (60) und zur Anzeige ihrer nominalen Bodenhöhe aufweisen, und einen Steuerkreis (56), der auf den ersten Höhensensor (52) und den zweiten Höhensensor (54) zur Berechnung der Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts (40) basierend auf der Anzeige der nominalen Bodenhöhe der ersten und zweiten Höhensensoren (52, 54), den bekannte Abständen d1, d2, sowie der Höhe der Bezugsebene über Boden reagiert, wobei die Höhe eines virtuellen Punkts (55) über dem ersten Teil des Arbeitsgeräts (40) festgestellt wird, und dieser virtuelle Punkt (55) sich mit einem festen vertikalen Abstand über dem ersten Teil des Arbeitsgeräts (40) befindet und auf den ersten und den zweiten Höhensensor (52, 54) so ausgerichtet ist, dass der virtuelle Punkt (55) mit den jeweiligen Laserempfänger des ersten und zweiten Höhensensoren (52, 54) eine Gerade bildet.
  2. System nach Anspruch 1, wobei der Lasertransmitter (62) ein Paar nicht-paralleler fächerförmiger Strahlen aussendet, die um eine vertikale Achse rotieren.
  3. System nach Anspruch 1, wobei das System weiterhin einen Neigungsmesser (60) auf dem Arbeitsgerät (40) umfasst, der eine Neigungsmessung an den Steuerkreis (56) ausgibt, so dass der Steuerkreis (56) die Höhe eines zweiten Teils des Arbeitsgeräts (40) basierend auf der Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts (40) und auf der Neigung des Arbeitsgeräts (40) von dem ersten Teil des Arbeitsgeräts (40) zu dem zweiten Teil des Arbeitsgeräts (40) bestimmen kann.
  4. System nach Anspruch 3, das weiterhin eine Anzeige umfasst, die auf den Steuerkreis (56) reagiert und die Höhe des zweiten Teils des Arbeitsgeräts (40) anzeigt.
  5. System nach Anspruch 1, wobei das System weiterhin einen Neigungsmesser (60) auf dem Arbeitsgerät (40) umfasst, der eine Neigungsmessung an den Steuerkreis (56) ausgibt, so dass der Steuerkreis (56) die Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts (40) unter Berücksichtigung der Neigung des Arbeitsgeräts (40) in Bezug auf eine neutrale Grundstellung des ersten Teils des Arbeitsgeräts bestimmen kann.
  6. System nach Anspruch 5, das weiterhin eine Anzeige umfasst, die auf den Steuerkreis (56) reagiert und die Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts (40) anzeigt.
  7. System nach Anspruch 1, wobei das System weiterhin einen Winkelsensor (58) umfasst, der eine Winkelsensor-Ausgabe an den Steuerkreis (56) liefert, die die relative Winkelstellung des Arbeitsgeräts (40) in Bezug auf die Arme (34, 36) angibt, so dass der Steuerkreis (56) die Höhe eines zweiten Teils des Arbeitsgeräts (40) basierend auf der Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts (40) und auf der relativen Winkelstellung des Arbeitsgeräts (40) in Bezug auf die Arme (34, 36) bestimmen kann.
  8. System nach Anspruch 7, das weiterhin eine Anzeige umfasst, die auf den Steuerkreis (56) reagiert und die Höhe des zweiten Teils des Arbeitsgeräts (40) anzeigt.
  9. System nach Anspruch 1, wobei das System weiterhin einen Winkelsensor (58) umfasst, der eine Winkelsensor-Ausgabe an den Steuerkreis (56) liefert, so dass der Steuerkreis (56) die Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts (40) unter Berücksichtigung der relativen Winkelausrichtung des Arbeitsgeräts in Bezug auf eine neutrale Grundstellung des ersten Teils des Arbeitsgeräts bestimmen kann.
  10. System nach Anspruch 9, das weiterhin eine Anzeige umfasst, die auf den Steuerkreis (56) reagiert und die Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts (40) anzeigt.
  11. System nach Anspruch 1, wobei das System weiterhin einen Hydraulikzylinder zum Drehen des Arbeitsgeräts (40) in Bezug auf die Arme (34, 36) umfasst, und der Hydraulikzylinder einen Sensor umfasst, der eine Ausgabe an den Steuerkreis (56) liefert, die die Ausfahrstrecke des Zylinders und den Drehungsgrad des Arbeitsgeräts (40) angibt.
  12. System nach Anspruch 1, das weiterhin einen dritten Höhensensor (80) umfasst, der am anderen Arm (34, 36) des Armpaars (34, 36) der Maschine (10) angebracht ist, wobei der dritte Höhensensor (80) seine nominale Bodenhöhe an den Steuerkreis (56) anzeigt, wodurch die seitliche Neigung des Armpaars (34, 36) der Maschine (10) von dem Steuerkreis (56) festgestellt wird.
  13. System nach Anspruch 12, das weiterhin eine Anzeige umfasst, die auf den Steuerkreis (56) reagiert und die seitliche Neigung der Armpaare (34, 36) der Maschine (10) anzeigt.
  14. System nach Anspruch 1, wobei das Arbeitsgerät (40) ein beliebiges Anbaugerät aus einer Vielzahl von Anbaugeräten umfassen kann, und wobei die Abmessungen solcher Anbaugeräte im Steuerkreis (56) gespeichert werden, um das Wechseln der Anbaugeräte zu erleichtern.
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