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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.
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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.
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Traditionelle
Führungs- und automatische Schildsteuerungssysteme des
Typs, der für Planierer und Bulldozer verwendet wird, verfügen üblicherweise über
Positionssensoren, die direkt am Maschinenschild angebracht sind.
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.
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Dennoch
ist es 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.
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Diese
Anforderungen werden von einem System zur Feststellung der Höhe
eines Arbeitsgeräts erfüllt, das am Ende eines
Armpaars einer Maschine angebracht ist. Zu dem System gehören
ein erster Höhensensor, der an einem der Arme angebracht
ist, ein zweiter Höhensensor, der an diesem Arm näher
am Arbeitsgerät als der erste Höhensensor und
mit bekannten Abständen vom ersten Höhensensor
und dem Teil des Arbeitsgeräts angebracht ist, und ein
Steuerkreis. Der Steuerkreis reagiert auf den ersten Höhensensor
und den zweiten Höhensensor zur Berechnung der Höhe
des ersten Teils des Arbeitsgeräts. Zu dem System kann
ein Lasertransmitter zum Aussenden eines Laserlicht-Bezugstrahls
gehören. Der erste und zweite Höhensensor können
jeweils Laserempfänger zur Feststellung des Laserlicht-Bezugstrahls
aufweisen. Der Lasertransmitter sendet vorteilhafterweise einen
Laserlichtstrahl aus, mit dem eine Bezugsebene überstrichen
wird. Alternativ kann der Lasertransmitter ein Paar nicht-paralleler
fächerförmiger Strahlen aussenden, die um eine
vertikale Achse rotieren.
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Der
Steuerkreis bestimmt die Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts
indem die Höhe eines Punkts über dem ersten Teil
des Arbeitsgeräts festgestellt wird. Der Punkt befindet
sich mit einem festen Abstand über dem ersten Teil des
Arbeitsgeräts und ist auf den ersten und den zweiten Höhensensor
ausgerichtet.
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Die
Maschine fährt über den Arbeitsbereich, wobei
sich das Arbeitsgerät im Allgemeinen vor der Maschine in
Fahrtrichtung erstreckt, und der Steuerkreis bestimmt die Höhe
des ersten Teils des Arbeitsgeräts, indem die Höhe
eines Punkts über dem ersten Teil des Arbeitsgeräts
festgestellt wird. Dieser Punkt befindet sich mit einem festen Abstand über dem
ersten Teil des Arbeitsgeräts und ist auf den ersten und
den zweiten Höhensensor ausgerichtet. Der Punkt kann sich
vor den ersten Teil der Maschine mit einem Abstand bewegen, der
von der Vorwärtsgeschwindigkeit der Maschine abhängt.
Dieser variable Abstand des Punkts kann dazu verwendet werden, unerwünschte
Verzögerungen des Steuersystems der Maschine zu kompensieren.
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Das
System kann weiterhin einen Neigungsmesser auf dem Arbeitsgerät
umfassen, der eine Neigungsmessung an den Steuerkreis ausgibt, so
dass der Steuerkreis die Höhe eines zweiten Teils des Arbeitsgeräts
basierend auf der Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts
und auf der Neigung des Arbeitsgeräts vom ersten Teil des
Arbeitsgeräts zum zweiten Teil des Arbeitsgeräts
bestimmen kann. Das System kann eine Anzeige umfassen, die auf den
Steuerkreis reagiert und die Höhe des zweiten Teils des
Arbeitsgeräts basierend auf der projizierten Arbeitsgeräthöhe
anzeigt. Das System kann alternativ einen Winkelsensor anstelle
eines Neigungsmessers umfassen, der eine Winkelsensor-Ausgabe an
den Steuerkreis liefert. Die Winkelsensor-Ausgabe zeigt die relative Winkelstellung
des Arbeitsgerät in Bezug auf die Arme an, so dass der
Steuerkreis die Höhe eines zweiten Teils des Arbeitsgeräts
basierend auf der Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts
und auf der relativen Winkelstellung des Arbeitsgeräts
in Bezug auf die Arme bestimmen kann.
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Das
System kann weiterhin einen Neigungsmesser auf dem Arbeitsgerät
umfassen, der eine Neigungsmessung an den Steuerkreis ausgibt, so
dass der Steuerkreis die Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts
unter Berücksichtigung der Neigung des Ar beitsgeräts
in Bezug auf eine nominale Arbeitsgerätposition bestimmen
kann. Das System kann eine Anzeige umfassen, die auf den Steuerkreis
reagiert, um die Höhe des ersten Teils des Arbeitsgeräts
anzuzeigen. Das System kann alternativ einen Winkelsensor anstelle
eines Neigungsmessers umfassen, der eine Winkelsensor-Ausgabe an
den Steuerkreis liefert. Der Steuerkreis bestimmt die Höhe
des ersten Teils des Arbeitsgeräts unter Berücksichtigung
der relativen Winkelausrichtung des Arbeitsgeräts in Bezug
auf eine nominale Winkelposition des Arbeitsgeräts.
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Das
System kann weiterhin einen dritten Strahlendetektor umfassen, der
am anderen Arm des Armpaars der Maschine und von dem ersten und dem
zweiten Höhensensor mit einem solchen Abstand angebracht
ist, dass er die Höhe feststellen und eine Ausgabe an den
Steuerkreis liefern kann. Der Steuerkreis bestimmt die seitliche
Neigung des Armpaars der Maschine. Eine Anzeige reagiert auf den
Steuerkreis, um die seitliche Neigung des Armpaars der Maschine
anzuzeigen. Das Arbeitsgerät kann ein beliebiges Anbaugerät
aus einer Vielzahl von Anbaugeräten umfassen. Die Abmessungen
der Anbaugeräte sind im Steuerkreis gespeichert, um das
Wechseln der Anbaugeräte zu erleichtern. Die Maschine kann
eine Ladermaschine umfassen.
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Demzufolge
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung das Bereitstellen
eines Systems zur Feststellung der Höhe eines Arbeitsgeräts,
das am Ende eines Armpaars einer Maschine, wie einer Ladermaschine,
angebracht ist, wobei dieses System die Höhe eines Punkts
feststellt, der einen festen Abstand über dem Arbeitsgerät
hat.
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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.
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2 ist
eine schematische Seitenansicht des Laders und eines Lasertransmitters,
die eine Vorgehensweise zur Feststellung der Höhe eines
Teils des Arbeitsgeräts des Laders veranschaulicht.
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3 ist
ein Diagramm, das die relativen Positionen des Laserempfängers
an einem Hubarm des Laders zeigt;
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4 ist
eine schematische Darstellung des Steuersystems gemäß der
vorliegenden Erfindung und
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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.
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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.
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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 20–23 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.
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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.
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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.
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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.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt, ist die Geometrie
im Zusammenhang mit diesem Verfahren einfach. Angenommen der Laserempfänger 52 zeigt
an, dass er ?A über einer nominalen ”bodengleichen” Höhe
ist, und Empfänger 54, der von Empfänger 52 einen
Abstand d1 hat, zeigt an, dass er ?B über einer nominalen ”bodengleichen” Höhe
ist, ist die Bemessung des Abstands ?H, mit der der virtuelle Empfänger
unter der Bodengleichheit ist, folgendermaßen.
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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 ?B
und die Neigung ist (?B – ?A)/d1(cos?). Die Gleichung der
geraden Linie zwischen A und B ist daher: Y =
[(?B – ?A)/d1(cos?)]X + ?B
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Die
X-Dimension des virtuellen Empfängers ist X = d2(cos?).
Daher ist Y = ?H = [(?B – ?A)/d1(cos?)]d2(cos?)
+ ?B,oder vereinfacht ?H = [(?B – ?A)d2]/d1
+ ?B.
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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 ?H 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.
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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 magnetostriktiven 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 tat sächliche 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
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Höhensteuerungssystem
für Lader
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Ein
System zur Feststellung der Höhe eines Teils eines Arbeitsgeräts,
wobei das Arbeitsgerät am Ende eines Hubarmpaars einer
Lasermaschine angebracht ist, umfasst einen Lasertransmitter, der
einen Laserlicht-Bezugstrahl bereitstellt. Der Strahl kann ein dünner
Strahl sein, der eine Bezugsebene überstreicht, oder ein
Paar fächerförmiger Strahlen, die ständig
rotieren. Ein erster Strahlendetektor ist an einem Arm des Hubarmpaar
der Ladermaschine angebracht, um den Bezugsstrahl festzustellen
und eine erste Ausgabe zu liefern. Ein zweiter Strahlendetektor
ist an dem gleichen Hubarm mit einem Abstand von dem ersten Strahlendetektor
entlang dieses Arms angebracht, um den Bezugsstrahl festzustellen
und eine zweite Ausgabe zu liefern. Einen Steuerkreis, der auf den
ersten Strahlendetektor und den zweiten Strahlendetektor reagiert,
stellt die Höhe des Teils des Arbeitsgeräts basierend
auf der ersten und der zweiten Ausgabe fest, und zeigt eine projizierte
Arbeitsgeräthöhe an.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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