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Technisches Gebiet
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Diese
Patentoffenbarung betrifft allgemein das Steuern von an einer Maschine
angebrachten Arbeitswerkzeugen, und insbesondere das Steuern des Winkels
eines Arbeitswerkzeugs ansprechend auf die Bewegung der Maschine.
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Hintergrund
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Arbeitsmaschinen,
beispielsweise Hydraulikbagger, führen häufig
Arbeiten unter Verwendung eines Arbeitswerkzeugs durch. Beispielsweise
kann ein Hydraulikbagger unter Verwendung eines Arbeitswerkzeugs
wie eines Löffels einen Graben im Erdreich ausheben. Normalerweise
steuert ein Bediener die Maschine und das Arbeitswerkzeug. Im Fall
eines Baggers steuert ein Bediener die Motordrehzahl, die Vorwärtsbewegung,
die Drehbewegung des Baggers, die Bewegung des Auslegers und die Neigung
und den Winkel des Löffels. Das Steuern sämtlicher
Aspekte der Bewegung des Baggers erfordert einen sehr gut ausgebildeten
Bediener.
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Bei
einem beispielhaften Betrieb kann ein Bagger einen Graben ausheben.
Der Bediener richtet den Bagger so aus, dass er sich parallel zu
dem Graben fortbewegt. Der Bagger kann an einer beliebigen Stelle
entlang des Grabens positioniert sein. Der Boden entlang des Grabens
kann uneben sein. Beispielsweise kann der Boden an einer Stelle
zu dem Graben hin geneigt sein, und an einer anderen Stelle kann
der Boden von dem Graben weg geneigt sein. Somit kann der Bagger
entlang seiner Rollachse gekippt sein. Der Bediener führt
den Löffel die Grabenoberfläche entlang, bis sich
der Löffel mit Erde füllt. Dann stellt der Bediener
den Löffel zum Festhalten der aufgenommenen Ladung waagerecht. Während
der Bediener den Löffel aus dem Graben hebt, wird der Ausleger
zum Auskippen der Ladung von dem Graben weggeschwenkt. Während
der Schwenkbewegung ändert sich der Löffelwinkel
bezüglich des Horizonts in dem Maße, in dem die
Maschine längs ihrer Rollachse gekippt ist. Daher muss der
Bediener ständig Anpassungen an dem Niveau des Löffels
vornehmen, um zu verhindern, dass er die Ladung verliert. Das Steuern
sämtlicher Aspekte einer Arbeitsmaschine wie eines Baggers
erfordert einen sehr gut ausgebildeten Bediener.
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Selbst
ein sehr gut ausgebildeter Bediener kann das Ausheben eines Grabens
nicht so schnell durchführen, wenn der Bagger gekippt ist.
Nachdem der Bediener den Löffel gefüllt und anhoben
hat, wird der Löffel von dem Graben weggeschwenkt. Der
Bediener muss jedoch ständig Anpassungen an dem Winkel
des Löffels vornehmen. Um zu verhindern, dass er die Ladung
verliert, muss der Bediener häufig die Schwenkrate der
Maschine verlangsamen, so dass Löffelwinkelanpassungen
vorgenommen werden können, bevor Material aus dem Löffel
verloren geht.
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Zusätzlich
zum Beibehalten des Arbeitswerkzeugwinkels während die
Maschine den Löffel von dem Graben weg schwenkt, muss der
Bediener den Winkel des Löffels während anderer
Schritte des Arbeitszyklus der Maschine variieren. Wenn sich beispielsweise
der Löffel der Auskippstelle nähert, muss der
Bediener den Winkel des Löffels derart variieren, dass
das Material in dem Löffel aus dem Löffel fällt und
an der korrekten Auskippstelle landet. Wenn der Bediener die Maschine
zurück zu dem Graben schwenkt, muss der Winkel des Löffels
auf den korrekten Winkel zum Durchführen des nächsten
Grabvorgangs in dem Graben eingestellt werden. Der korrekte Grabwinkel
kann sich basierend auf der Art und der Dichte des Materials, in
dem gegraben wird, und dem Winkel des Grabens bezüglich
sowohl der Erdoberfläche als auch der Schwerkraft ändern.
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Zum
Beibehalten eines eingestellten Arbeitswerkzeugwinkels hinsichtlich
der Erde wurden bisher einfache Steuerverfahren verwendet. Ein beispielhaftes
System zum Beibehalten eines Arbeitswerkzeugwinkels ist in dem
US-Patent 7,222,444 für
Hendron et al. offenbart. Das offenbarte System enthält
einen an einem Löffel angebrachten Neigungssensor. Der Neigungssensor
kann einen Löffelneigungswinkel bezüglich der
Erde erfassen und ein entsprechendes Löffelwinkelsignal
erzeugen. Eine Steuerung empfangt das Löffelwinkelsignal
und erzeugt ein Löffelsteuerungssignal. Basierend auf dem
Löffelsteuerungssignal bewegt die Maschine den Löffel
zum Erhalten des vorher ausgewählten Winkels hinsichtlich der
Erde. Auch wenn dieses System einen näherungsweise eingestellten
Winkel für ein Arbeitswerkzeug beibehalten kann, ist es
nicht dazu in der Lage, den Winkel des Arbeitswerkzeugs basierend
auf der Arbeit zu variieren, die die Maschine ausführt.
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Die
vorangegangene Erörterung des Hintergrunds dient lediglich
zur Erläuterung für den Leser. Sie soll die Offenbarung
nicht begrenzen und daher nicht so aufgefasst werden, dass sie angibt,
dass ein bestimmtes Element eines früheren Systems nicht für
eine Verwendung im Rahmen der Offenbarung geeignet ist, und sie
soll auch nicht angeben, dass ein Element bei der Implementierung
der hierin beschriebenen Innovationen unbedingt erforderlich ist. Die
Implementierungen und die Anwendung der hierin beschriebenen Innovationen
werden durch die beigefügten Ansprüche festgelegt.
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Kurzzusammenfassung
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Gemäß einem
Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Verfahren zum Steuern eines
Arbeitswerkzeugs bezüglich eines Gradienten einer Bearbeitungsfläche.
Als erstes wird der Gradient der Bearbeitungsfläche entweder
automatisch oder manuell identifiziert. Als nächstes wird
ein Winkel für das Arbeitswerkzeug entweder automatisch
oder manuell bestimmt. Die Bewegung der Maschine wird überwacht,
und der Abstand zwischen dem Gradienten der Bearbeitungsfläche
und dem Arbeitswerkzeug wird ermittelt. Schließlich wird
der Winkel des Arbeitswerkzeugs basierend auf dem aktuellen Winkel des
Arbeitswerkzeugs, der Bewegung der Maschine und dem Abstand von
dem Gradienten der Bearbeitungsfläche zu dem Arbeitswerkzeug
variiert.
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Die
Offenbarung beschreibt ferner ein System zum Steuern der Bewegung
eines mit einer Maschine verbunden Arbeitswerkzeugs. Ein mit einem Arbeitswerkzeug
verbundener Arbeitsgerätaufbau variiert die Position des
Arbeitswerkzeugs. Mindestens ein Sensor, der dem Arbeitsgerät
zugeordnet ist und mit einem Prozessor verbunden ist, bestimmt die physikalische
Position des Arbeitsgerätaufbaus und die physikalische
Position des Arbeitswerkzeugs. Mindestens eine Eingabevorrichtung
erzeugt ein Signal, das eine gewünschte Änderung
der Position des Arbeitsgerätaufbaus angibt. Der Prozessor
empfängt das Signal von der mindestens einen Eingabevorrichtung,
berechnet eine physikalische Position des Arbeitsgerätaufbaus,
bestimmt die aktuelle physikalische Position des Arbeitsgerätaufbaus
und die aktuelle physikalische Position des Arbeitswerkzeugs und
stellt das Arbeitswerkzeug auf eine geeignete physikalische Position
ein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
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1 stellt
eine Seitenansicht einer Arbeitsmaschine dar,
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2 ist
ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Steuerungsvorrichtung
zum Steuern einer Arbeitsmaschine darstellt,
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3A stellt
die Arbeitsmaschine aus 1 dar, die eine Bearbeitungsfläche
modifiziert,
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3B stellt
die Arbeitsmaschine aus 1 dar, die Material von einer
Bearbeitungsfläche zu einem zweiten Ort transportiert,
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4 ist
ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines mit einer
Arbeitsmaschine verbundenen Arbeitswerkzeugs darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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Diese
Offenbarung betrifft ein System und Verfahren zum Steuern eines
mit einer Maschine verbundenen Arbeitswerkzeugs. Das beschriebene
Verfahren beinhaltet das Identifizieren eines Gradienten einer Bearbeitungsfläche
entweder auf automatische oder manuelle Weise, das Bestimmen eines
Winkels für die Bearbeitung, das Überwachen der
Bewegung der Maschine, das Ermitteln eines Abstands von dem Gradienten
der Bearbeitungsfläche zu dem Arbeitswerkzeug und schließlich
das Variieren des Winkels des Arbeitswerkzeugs derart, dass der
Winkel des Arbeitswerkzeugs auf dem aktuellen Winkel des Arbeitswerkzeugs,
der Bewegung der Maschine und dem Abstand von dem Gradienten der
Bearbeitungsfläche zu dem Werkzeug beruht.
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen stellt 1 eine beispielhafte
Ausführungsform eines maßgeblichen Teils einer
Arbeitsmaschine 100 dar. Die Arbeitsmaschine 100 kann
für eine Vielzahl von Erdbearbeitungs- und Bauanwendungen
verwendet werden. Wenngleich die Arbeitsmaschine 100 als
ein Baggerlader gezeigt ist, ist offensichtlich, dass andere Arten
von Arbeitsmaschinen 100, z. B. Tieflöffelbagger,
Hochlöffelbagger, Umschlagbagger und dergleichen, in Verbindung
mit Ausführungsformen des offenbarten Systems verwendet
werden können.
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Die
Arbeitsmaschine 100 enthält einen Körper 101 und
einen Arbeitsgerätaufbau 102 mit einer Anzahl
von Komponenten, einschließlich beispielsweise eines Auslegers 104,
eines Stiels 106, eines ausfahrbaren Stiels 108 und
eines Arbeitswerkzeugs 110, die alle steuerbar an der Arbeitsmaschine 100 angebracht
sind. Der Ausleger 104 ist schwenkbar mit dem Körper 101 verbunden,
der Stiel 106 ist schwenkbar an dem Ausleger 104 angebracht,
der ausfahrbare Stiel 108 ist verschiebbar mit dem Stiel 106 verbunden
und das Arbeitswerkzeug 110 ist schwenkbar an dem ausfahrbaren
Stiel 108 angebracht. Bei der dargestellten Ausführungsform schwenkt
der Arbeitsgerätaufbau 102bezüglich
des Körpers 101 in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung
und in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung.
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Zwischen
den jeweiligen Bauteilen des Arbeitsgerätaufbaus 102 können
Aktuatoren 112 verbunden sein. Bei der dargestellten Ausführungsform stellen
die jeweiligen Aktuatoren 112 eine Bewegung von schwenkbar
und/oder verschiebbar verbundenen Komponenten bereit und bewirken
dieselbe. Die Aktuatoren 112 können beispielsweise
Hydraulikzylinder sein. Die Bewegung der Aktuatoren 112 kann auf
unterschiedliche Weise gesteuert werden, einschließlich
des Steuerns der Rate und der Richtung eines Fluidstroms zu den
Aktuatoren 112.
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Wie
in 2 gezeigt, können in Fluidleitungen,
die zu den Aktuatoren 112 führen, Hydraulikzylinderventile 214 angeordnet
sein. Die Ventile 214 können zum Steuern des Fluidstroms
zu und von den Aktuatoren ausgebildet sein. Die Position der Ventile 214 kann
zum Koordinieren des Fluidstroms zum Steuern der Rate und der Richtung
der Bewegung der zugehörigen Aktuatoren 112 und
der Komponenten des Arbeitsgerätaufbaus 102 eingestellt
werden.
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2 zeigt
eine beispielhafte Steuerungsvorrichtung 200, die zum Steuern
der Bewegung des Arbeitsgerätaufbaus 102 ausgebildet
ist. Die Steuerungsvorrichtung 200 kann einen oder mehrere
Positionssensoren 202, einen oder mehrere Kraftsensoren 204,
eine Eingabevorrichtung 206 und ein Steuerungsmodul 208 enthalten.
Die Steuerungsvorrichtung 200 kann andere Bauteile enthalten,
wie für einen Fachmann offensichtlich ist.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform sind die Positionssensoren 202 zum
Erfassen der Bewegung der Komponenten des Arbeitsgerätaufbaus 102 ausgebildet.
Diese Positionssensoren 202 können beispielsweise
für einen Betrieb mit den Aktuatoren 112 verbunden
sein. Alternativ können die Positionssensoren 202 für
einen Betrieb mit den Gelenken verbunden sein, die die verschiedenen
Komponenten des Arbeitsgerätaufbaus 102verbinden.
Diese Sensoren können beispielsweise Längenpotentiometer, Hochfrequenzresonanzsensoren,
Drehpotentiometer, Winkelpositionssensoren oder dergleichen sein. Der
Prozessor 210 empfängt Daten von den Positionssensoren 202.
Nach dem Erfassen der Position senden die Positionssensoren 202 die
Daten zu dem Prozessor 210. Nach dem Erhalt der Positionsdaten bestimmt
der Prozessor die Position des Arbeitsgerätaufbaus 102,
beispielsweise durch Ausführen von computerausführbaren
Anweisungen, die sich auf einem Medium wie dem Speicher 212 befinden.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform messen die Kraftsensoren 204 externe
Lasten, die an den Arbeitsgerätaufbau 102 angelegt
sind, und bilden Krafterfassungssignale, die die externen Lasten darstellen.
Die Kraftsensoren 204 können Drucksensoren zum
Messen des ungefähren Fluiddrucks in einem der Aktuatoren 112 sein.
Der Druck des Fluids in den Aktuatoren 112 kann zum Ermitteln
der Größe der angelegten Lasten verwendet werden.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform enthalten die
Drucksensoren 204 zwei Drucksensoren, die jedem Aktuator 112 zugeordnet
sind, wobei sich ein Drucksensor an jedem Ende des Aktuators 112 befindet.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform sind die Drucksensoren 204 eine
einzelne, dem jeweiligen Aktuator 112 entsprechende Biegedehnungslastzelle.
Die Positionssensoren 202 und die Kraftsensoren 204 können
mit einem (nicht gezeigten) Signalformer zum Skalieren und Filtern
einer Signalerregung auf herkömmliche Weise kommunizieren.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann jeder einzelne
Positionssensor 202 und Kraftsensor 204 in seinem Sensorgehäuse
einen Signalformer enthalten.
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Die
Steuerungsvorrichtung 200 kann ferner eine Eingabevorrichtung 206 enthalten,
die dazu verwendet wird, Informationen oder eine Bedieneranweisung
zum Steuern der Komponenten der Arbeitsmaschine 100 wie
des Arbeitsgerätaufbaus 102 einzugeben. Die Eingabevorrichtung 206 kann
beispielsweise zum Erzeugen von Steuersignalen verwendet werden,
die eine angeforderte Bewegung des Arbeitsgerätaufbaus 102 darstellen.
Die Eingabevorrichtung 206 kann eine beliebige Standardeingabevorrichtung
sein, einschließlich beispielsweise eines Keyboards, eines
Joysticks, eines Tastenfelds, einer Maus oder dergleichen.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform sind die Positionssensoren 202,
die Kraftsensoren 204 und die Eingabevorrichtung 206 elektrisch
mit dem Steuerungsmodul 208 verbunden. Das Steuerungsmodul 208 kann
sich auf der Arbeitsmaschine 100 befinden oder kann alternativ
entfernt von der Maschine 100 angeordnet sein und über
eine Fernverbindung mit der Arbeitsmaschine 100 in Verbindung stehen.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform enthält das
Steuerungsmodul 208 eine Systemsteuerung oder einen Prozessor 210 und
einen Speicher 212. Der Prozessor kann ein Mikroprozessor
oder ein anderer Prozessor sein und kann dazu ausgebildet sein,
computerlesbaren Code oder eine Computerprogrammierung auszuführen,
um Aufgaben durchzuführen. Der Speicher 212 steht
mit dem Prozessor 210 in Verbindung und kann eine Speichermöglichkeit
für Computerprogramme und ausführbaren Code bereitstellen,
einschließlich Algorithmen und Daten, die bekannten Spezifikationen
des Arbeitsgerätaufbaus 102 entsprechen.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform speichert der Speicher 212 Informationen,
die die gewünschte Bewegung des Arbeitsgerätaufbaus 102 und
des Arbeitswerkzeugs 100 betreffen. Die gespeicherten Informationen
können im Voraus festgelegt und in den Speicher geladen
werden. Beispielsweise kann eine Grabgrenze, einschließlich
der Position eines Bearbeitungsflächengradienten, für
die Arbeitsmaschine 100 erzeugt und in den Speicher 212 geladen
werden. Das Bestimmen der Position des Gradienten der Bearbeitungsfläche 300 kann
manuell oder automatisch durchgeführt werden. Die Grabgrenze kann
die gewünschte Konfiguration einer Baustelle darstellen
und kann eine planare Grenze oder eine beliebig geformte Fläche
sein. Die im Voraus festgelegte Grabgrenze kann beispielsweise anhand
von Bauplänen erhalten werden und in das Steuerungsmodul 208 einprogrammiert
werden, durch eine grafische Schnittstelle erzeugt werden oder anhand
von Daten erhalten werden, die durch ein computergestütztes
Zeichenprogramm (CAD/CAM) oder ein ähnliches Programm erzeugt
werden. Das Laden oder Eingeben der Daten in das Steuerungsmodul
ermöglicht dem System, die Grabgrenze und den Bearbeitungsflächengradienten
zu überwachen. Das System kann so einen Benutzer alarmieren
oder verhindern, dass ein Benutzer außerhalb der Grabgrenze
gräbt. Das Verhindern, dass ein Benutzer außerhalb
der Grabgrenze gräbt, trägt dazu bei, Fehler beim
Graben zu verringern. Zusätzlich kann die Bewegung des
Arbeitsgerätaufbaus 102 und des Arbeitswerkzeugs 110 im
Voraus bestimmt und in das Steuerungsmodul 208 geladen
werden. Das Steuerungsmodul 208 kann den Bearbeitungsflächengradienten beispielsweise
von dem Speicher 212 erhalten. Alternativ können
die Grabgrenze, die Bewegung des Arbeitsgerätaufbaus und
die Bewegung des Arbeitswerkzeugs 110 im Laufe der Zeit
aufgezeichnet werden, beispielsweise mittels eines in dem Steuerungsmodul 208 implementierten
Lernalgorithmus. Das Abbilden der Grabgrenze auf diese Weise erfordert nicht,
dass ein Benutzer die Grabgrenze im Voraus festlegt.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform verarbeitet das Steuerungsmodul 208 von
den Positionssensoren 202 und den Kraftsensoren 204 erhaltene
Informationen zum Bestimmen der aktuellen Position des Arbeitsgerätaufbaus 102 und
des Arbeitswerkzeugs 110 sowie der aktuellen an dieselben
angelegten Kraft. Das Steuerungsmodul 208 kann eine herkömmliche
kinematische oder inverse kinematische Analyse zum Berechnen und
Bestimmen der Position des Arbeitswerkzeugs 110 und der
Kraft an demselben verwenden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
bewirkt das Steuerungsmodul 208 automatisch das Schwenken
des Arbeitswerkzeugs an die korrekte Position, basierend auf der
Position des Arbeitsgerätaufbaus 102 und der an
denselben angelegten Kraft. Bei einer Ausführungsform werden zusätzlich
zu Gelenksensoren Neigungs- und Rollsensoren, die sich an einem
Hauptrahmen der Maschine befinden, zum Ermitteln der Lage der Maschine
verwendet.
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3A stellt
die Arbeitsmaschine aus 1 dar, die eine Bearbeitungsfläche 300 modifiziert.
Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Arbeitsgerätaufbau 102 zu
der Bearbeitungsfläche 300 hin. Bei dieser Ausführungsform
muss das Arbeitswerkzeug 110 zum Graben auf den korrekten Grabwinkel 302 eingestellt
werden. Der korrekte Grabwinkel 302 variiert basierend
auf der Position des Arbeitsgerätaufbaus bezüglich
der Bearbeitungsfläche 300. Wenn sich der Arbeitsgerätaufbau 102 und
das Arbeitswerkzeug 110 der Bearbeitungsfläche 300 nähern,
wird eine Schwellengrenze 304 überschritten. Die
Schwellengrenze 304 legt einen Raum oberhalb der Bearbeitungsfläche 300 fest.
Bei einer Annäherung an die Schwellengrenze 304 stellt das
Steuerungsmodul 208 das Arbeitswerkzeug 110 auf
den korrekten Grabwinkel ein. Der von dem Benutzer angeforderte
Bewegungsvektor 306 für das Arbeitswerkzeug 110 gibt
die gewünschte Bewegung des Arbeitswerkzeugs 110 an.
Wenn der von dem Benutzer angeforderte Bewegungsvektor 306 und die
Position des Arbeitswerkzeugs 110 bezüglich der Schwellengrenze
angeben, dass der Benutzer Anstalten trifft, die Bearbeitungsfläche
zu modifizieren, stellt das Steuerungsmodul 208 das Arbeitswerkzeug automatisch
auf den korrekten Grabwinkel 302 ein.
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3B stellt
die Arbeitsmaschine aus 1 dar, die Material von der
Bearbeitungsfläche 300 entfernt. Bei dieser Ausführungsform
stellt das Steuerungsmodul 208 das Arbeitswerkzeug 110 automatisch
auf einen geeigneten Ladewinkel 308 ein, wenn sich der
Arbeitsgerätaufbau 102 von der Bearbeitungsfläche 300 weg
und über die Schwellengrenze 304 hinaus bewegt.
Der Ladewinkel 308 behält durch Einstellen des
Ladewinkels je nach Bedarf einen geeigneten Winkel über
dem Boden des Arbeitswerkzeugs 110 bei, so dass das Material
in dem Arbeitswerkzeug nicht verloren geht. Daher kann der Ladewinkel 308 variieren,
wenn sich die Arbeitsmaschine 100 über unebenes
Gelände bewegt oder wenn sich der Arbeitsgerätaufbau 102 bewegt.
Bei einer Ausführungsform behält das Steuerungsmodul 208 den Ladewinkel 308 in
Bezug auf die Schwerkraft bei, derart, dass das Arbeitswerkzeug 110 in
Bezug auf die Schwerkraft waagerecht ausgerichtet ist.
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Bei
einer Ausführungsform überwacht das Steuerungsmodul 208 die
Positionssensoren und die Kraftsensoren, ermittelt die von der Arbeitsmaschine 100 durchgeführte
Aktion und bringt das Arbeitswerkzeug 110 in die für
die durchgeführte Aktion korrekte Position. Bei einer Ausführungsform
kann ein Bediener der Maschine die automatische Steuerung des Arbeitswerkzeugs 110 außer
Kraft setzen und das Arbeitswerkzeug 110 manuell steuern.
Bei alternativen Ausführungsformen hat jedoch das Steuerungsmodul 208 die
Kontrolle über das Arbeitswerkzeug 110.
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Das
Flussdiagramm in 4 stellt ein Verfahren zum Steuern
des mit der Arbeitsmaschine 100 verbundenen Arbeitswerkzeugs 110 gemäß einer Ausführungsform
der Offenbarung dar. In Schritt 402 werden der Winkel des
Arbeitswerkzeugs 110, die Position des Arbeitswerkzeugs
im Raum und die Bewegungsrichtung des Arbeitswerkzeugs ermittelt. Wie
vorher dargelegt, kann das Steuerungsmodul 208 eine herkömmliche
kinematische oder inverse kinematische Analyse zum Ermitteln der
Position des Arbeitswerkzeugs 110 und der Kraft an demselben verwenden.
Die Maschine kann Sensoren wie Beschleunigungsmesser enthalten,
die an dem Arbeitswerkzeug 110 angebracht sind. Die Sensoren
können ebenfalls an dem Arbeitsgerätaufbau 102 angebracht
sein.
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Nach
der Bestimmung des Winkels, der Position und der Richtung des Arbeitswerkzeugs 110
bestimmt
das System in Schritt 404, ob sich das Arbeitswerkzeug
zu der Bearbeitungsfläche hin bewegt. Die Position der
Bearbeitungsfläche und die Grabgrenze können unter
Verwendung eines Software-Werkzeugs wie eines CAD-Programms erzeugt werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform verwendet der Bediener
der Arbeitsmaschine 100 die Maschine eine Zeit lang in
einem manuellen Modus. Während die Maschine in dem manuellen
Modus in Betrieb ist, überwacht das Steuerungsmodul 208 oder
eine andere Rechenvorrichtung die Bewegung der Arbeitsmaschine 100,
des Arbeitsgerätaufbaus 102 und des Arbeitswerkzeugs 110.
Durch die Überwachung der wiederholten Bewegung der Arbeitsmaschine 100,
des Arbeitsgerätaufbaus 102 und des Arbeitswerkzeugs 110 kann
das Steuerungsmodul 208 die Position der Bearbeitungsfläche 300 ermitteln. Zusätzlich
kann die Position der Schwellengrenze 304 ermittelt werden.
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Nachdem
in Schritt 404 ermittelt wurde, ob sich das Arbeitswerkzeug
zu der Bearbeitungsfläche hin bewegt, ermittelt das System
in Schritt 406, ob sich das Arbeitswerkzeug 110 in
der Nähe der Bearbeitungsfläche befindet. Wie
vorher erwähnt, kann die Position der Bearbeitungsfläche
auf unterschiedliche Weise bestimmt werden, einschließlich
des Programmierens der Position im Voraus in das Steuerungsmodul 208 und
des Lernens der Position der Bearbeitungsfläche durch das
Steuerungsmodul 208 mittels Überwachen der Aktionen
eines Bedieners und der Bewegung der Arbeitsmaschine 100,
des Arbeitsgerätaufbaus 102 und des Arbeitswerkzeugs 110.
Bei einer Ausführungsform ermittelt das Steuerungsmodul,
ob das Arbeitswerkzeug 110 die Schwellengrenze 304 überschritten
hat. Wenn das Arbeitswerkzeug 110 die Schwellengrenze 304 überschreitet,
dann ermittelt das System in Schritt 406, dass sich das
Arbeitswerkzeug 110 in der Nähe der Bearbeitungsfläche
befindet.
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Wenn
das System in Schritt 406 ermittelt, dass sich das Arbeitswerkzeug 110 der
Bearbeitungsfläche nähert, dann bringt das System
in Schritt 408 das Arbeitswerkzeug 110 in die
Position seines effizienten Arbeitswinkels. Bei einer Ausführungsform,
die in 3 dargestellt ist, entspricht
der effiziente Arbeitswinkel dem korrekten Grabwinkel 302. Der
effiziente Arbeitswinkel kann jedoch basierend auf der durchgeführten
Arbeit und der Arbeitsumgebung variieren. Beispielsweise kann das
System neben anderen Faktoren die Dichte und den Feuchtigkeitsgehalt
des Erdreichs überwachen, wenn der effiziente Arbeitswinkel
für ein bestimmtes Arbeitswerkzeug eingestellt wird. Ferner
kann sich der effiziente Arbeitswinkel im Laufe der Zeit ändern,
wenn sich Umgebungsbedingungen ändern. Schließlich
kann bei einigen Ausführungsformen ein Bediener der Maschine
den effizienten Arbeitswinkel manuell einstellen. In Schritt 410 wird
der für das Arbeitswerkzeug 110 eingestellte Punkt
an den Eingang der Arbeitswerkzeugwinkelsteuerung angelegt. Die
Arbeitswerkzeugwinkelsteuerung kann Teil des Steuerungsmoduls sein
und kann entweder eine Software-Komponente oder eine getrennte Hardware-Komponente sein.
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Wenn
das System in Schritt 404 ermittelt, dass sich das Arbeitswerkzeug 110 nicht
zu der Bearbeitungsfläche hin bewegt, dann schreitet das
System zu Schritt 412 fort. In Schritt 412 ermittelt
das System, ob sich das Arbeitswerkzeug von der Bearbeitungsfläche
weg bewegt. Wenn sich das Arbeitswerkzeug 110 von der Bearbeitungsfläche
weg bewegt, dann führt das System in Schritt 414 den
für den Winkel des Arbeitswerkzeugs 110 eingestellten Punkt
zu einem effizienten Winkel über den Boden oder Transportwinkel über.
Der effiziente Winkel über dem Boden kann basierend auf
dem Arbeitswerkzeug variieren. Bei einer Ausführungsform,
die in 3 dargestellt ist, entspricht
der effiziente Winkel über dem Boden dem Ladewinkel 308,
der dem Arbeitswerkzeug 110 ermöglicht, Material
zu transportieren, während ein Verlust minimiert wird.
Der effiziente Winkel über dem Boden kann variieren. Beispielsweise
wird, wenn sich der Arbeitsgerätaufbau 102 horizontal
dreht und die Arbeitsmaschine 100 auf einem geneigten Boden
positioniert ist, der effiziente Winkel über dem Boden
hinsichtlich des Arbeitsgerätaufbaus 102 variieren.
Bei einer Ausführungsform bleibt der Winkel über
dem Boden bezüglich der Schwerkraft konstant.
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Nach
dem Überführen des Arbeitswerkzeugs 110 zu
der Position des effizienten Winkels über dem Boden legt
das System in Schritt 410 den für das Arbeitswerkzeug
eingestellten Punkt an den Eingang der Arbeitsgerätwinkelsteuerung
an. Wie vorher erwähnt, kann die Arbeitsgerätwinkelsteuerung
eine Hardware-Komponente oder eine Software-Komponente in dem Steuerungsmodul 208 sein,
oder sie kann ein separates Modul sein.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die
gewerbliche Anwendbarkeit der hierin beschriebenen Arbeitsgerätwinkelsteuerung
wird ohne weiteres aus der vorhergehenden Diskussion ersichtlich
werden. Die vorliegende Offenbarung ist auf viele Maschinen und
viele von Maschinen durchgeführte Arbeiten anwendbar. Eine
beispielhafte Maschine, die für die Offenbarung geeignet
ist, ist ein Tieflöffelbagger. Tieflöffelbagger
sind elektrohydraulische Maschinen, die häufig im Erdreich
graben. Das in 4 bereitgestellte beispielhafte
Verfahren stellt ein Verfahren zum Implementieren des Prozesses bei
einem zum Graben vorgesehenen Tieflöffelbagger dar. Es
wird noch einmal darauf hingewiesen, dass die vorhergehende Erörterung
viele Maschinen betrifft, die eine Vielzahl von Arbeiten durchführen.
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Die
offenbarte Arbeitsgerätwinkelsteuerung ermöglicht
dem Bediener einer Arbeitsmaschine, sich auf andere Aufgaben als
das Steuern des Winkels des Arbeitswerkzeugs zu konzentrieren. Abhängig
von der durchgeführten Aufgabe kann das Steuern des Arbeitswerkzeugs
in erheblichem Maße die Zeit und die Konzentration des
Bedieners erfordern. So kann der Bediener ermüden, wenn
er zusätzlich zu all den anderen Aspekten der Maschine
das Arbeitswerkzeug steuert. Die Ermüdung kann dazu führen,
dass der Bediener in einem gegebenen Zeitraum weniger Arbeit erledigt,
oder sie kann zu einem Unfall führen. Daher ermöglicht
die Arbeitsgerätwinkelsteuerung einen effizienteren Betrieb
einer Maschine.
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Auf ähnliche
Weise können die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme
an eine große Vielzahl von Maschinen und Aufgaben angepasst werden.
Beispielsweise können Baggerlader, Verdichter, Holz-Fäller-Sammler,
forstwirtschaftliche Maschinen, Industrielader, Kompaktlader, Radlader
und viele andere Maschinen von den hierin beschriebenen Verfahren
und Systemen profitieren.
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Es
ist offensichtlich, dass die vorangegangene Beschreibung Beispiele
für das offenbarte System und Verfahren bereitstellt. Es
ist jedoch auch denkbar, dass andere Implementierungen der Offenbarung
sich im Detail von den vorangegangenen Beispielen unterscheiden.
Alle Bezugnahmen auf oder Beispiele für dieselben sollen
auf das an der entsprechenden Stelle erörterte bestimmte
Beispiel Bezug nehmen und sollen keine Begrenzung im Hinblick auf den
Schutzbereich der Offenbarung im Allgemeinen angeben. Alle Ausdrücke,
die zur Unterscheidung und zur Abwertung von bestimmten Merkmalen
verwendet werden, sollen lediglich angeben, dass diese Merkmale
nicht bevorzugt sind, diese jedoch nicht vollständig aus
dem Schutzbereich der Offenbarung ausschließen, sofern
nichts Anderweitiges angegeben ist.
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Die
Anführung von Wertbereichen soll hierin lediglich als eine
Kurzschreibweise dienen, um einzeln auf jeden separaten Wert Bezug
zu nehmen, der in den Bereich fällt, sofern hierin nichts
Anderweitiges angegeben ist, und jeder separate Wert ist in die
Beschreibung aufgenommen, als ob er hierin einzeln aufgeführt
wäre. Alle hierin beschriebenen Verfahren können
in einer beliebigen geeigneten Reihenfolge durchgeführt
werden, sofern hierin nichts Anderweitiges angegeben ist oder der
Zusammenhang eindeutig etwas anderes besagt.
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Demzufolge
enthält diese Offenbarung im Rahmen des gesetzlich Erlaubten
alle Modifikationen und Äquivalente des in den hieran angefügten
Ansprüchen beanspruchten Gegenstands. Außerdem ist
eine beliebige Kombination der vorher beschriebenen Elemente in
allen möglichen Variationen derselben in der Offenbarung
enthalten, sofern hierin nichts Anderweitiges angegeben ist oder
der Zusammenhang eindeutig etwas anderes besagt.
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Zusammenfassung
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STEUERUNG FÜR EINEN
KONSTANTEN ARBEITSWERKZEUGWINKEL
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Ein
Verfahren zum Steuern eines Arbeitswerkzeugs (110) hinsichtlich
eines Gradienten einer Bearbeitungsfläche (300)
identifiziert einen Gradienten einer Fläche und ermittelt
einen gewünschten Winkel für das Arbeitswerkzeug
(110). Die Bewegung der Maschine (100) wird überwacht,
und der Abstand zwischen dem Gradienten der Bearbeitungsfläche (300)
und dem Arbeitswerkzeug (110) wird ermittelt. Der Winkel
des Arbeitswerkzeugs (110) wird basierend auf einem oder
mehreren dieser Parameter variiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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