DE112011104025T5

DE112011104025T5 - Hubarm-und Werkzeugsteuersystem

Info

Publication number: DE112011104025T5
Application number: DE112011104025T
Authority: DE
Inventors: Christian Nicholson; Todd R. Farmer
Original assignee: Caterpillar SARL
Current assignee: Caterpillar SARL
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-08-29
Also published as: US20110190942A1; WO2012078420A3; CN103261533A; CN103261533B; US8606470B2; WO2012078420A2

Abstract

Ein System für einen Lader speichert ein Signal, das eine Anzeige für eine erwünschte Neigung eines Werkzeugs bildet. Beim Empfangen eines Betätigungssignals der Bedienerschnittstelle überträgt eine Steuervorrichtung ein Signal, um das Werkzeug zu der gespeicherten Neigung zu bewegen. Die Steuervorrichtung überträgt ferner ein Hubarmbefehlssignal, um den Hubarm zu einer unteren Bewegungsbegrenzung des Hubarms zu bewegen. Das Hubarmbefehlssignal wird beendet, nachdem die Steuervorrichtung ein Signal von einem Sensor auf dem Hubarm empfängt, das anzeigt, dass sich der Hubarm nahe seiner unteren Bewegungsbegrenzung befindet. Nachdem das Befehlssignal beendet wurde, kann die Steuervorrichtung ein zweites Hubarmbefehlssignal übertragen, um den Hubarm weiter zu bewegen.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein System zur Steuerung eines Last- bzw. Hubarms und eines Werkzeugs und insbesondere auf ein System zum automatischen Zurückführen eines Hubarms und eines Werkzeugs zu einer erwünschten Position.
Hintergrund
Maschinen mit verschiedenen Werkzeugen werden häufig in Materialförderungs- und der Bauindustrie verwendet. Diese Maschinen umfassen typischerweise einen oder mehrere Hubarme zum Bewegen eines Werkzeugs, um eine erwünschte Aufgabe auszuführen. Die Maschinen werden oft für wiederholte Bewegungen einer Art, wie beispielsweise Anheben einer Materialladung und Transportieren dieser zu einer anderen Position verwendet. Die Maschine kann dann zu der ursprünglichen Position zurückgeführt und das Werkzeug zu der Startposition abgesenkt werden, um einen weiteren Materialbewegungszyklus zu beginnen. Um eine maximale Produktion zu erreichen, wird ein Bediener häufig simultan die Maschine steuern und die Position des Werkzeugs anpassen. Der Prozess kann in signifikanter Weise vereinfacht werden, wenn das Werkzeug imstande wäre, zu einer vorausgewählten Position zurückzukehren, ohne die Aufmerksamkeit des Bedieners zu erfordern.
U.S. Patent 7,140,830 an Berger et al. offenbart ein elektronisches Steuersystem für Kompaktlader. Genauer gesagt sieht das System von Berger et al. eine komplexe Vielzahl von Modi, Merkmalen und Optionen zur Steuerung der Werkzeugposition vor, und zwar einschließlich einem automatischen ”Return-to-dig”- bzw. ”Zurück-zum-Graben-Modus”, in dem die Steuervorrichtung arbeitet, um das Werkzeug und das Hubgerüst zu einer festen, gespeicherten Ausrichtung und Position relativ zu dem Kompaktlader zu bewegen. Das System von Berger et al. verlässt sich jedoch hauptsächlich auf mehrere Positionssensoren für die Information über und die Steuerung von der Werkzeugposition, was die Kosten und die Komplexität des Systems erhöht.
Die vorangehende Diskussion des Hintergrunds zielt lediglich darauf ab, den Leser zu unterstützen. Sie soll nicht die hierin beschriebenen Innovationen beschränken noch den diskutierten Stand der Technik eingrenzen oder erweitern. Folglich soll von der vorangehende Diskussion nicht angenommen werden, dass sie irgendein bestimmtes Element eines vorangehenden Systems als ungeeignet für die Verwendung mit den hierin beschriebenen Innovationen anzeigt, noch ist es beabsichtigt, dass sie irgendein Element, einschließlich des Lösens des motivierenden Problems, als erforderlich bei der Implementierung der hierin beschriebenen Innovationen anzeigt. Die Implementierungen und die Anwendung der hierin beschriebenen Innovationen werden durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Zusammenfassung
In einem Aspekt ist ein System für einen Lader vorgesehen. Das System arbeitet, um ein Signal zu speichern, das eine Anzeige für eine erwünschte Neigung eines Werkzeugs bildet. Beim Empfang eines Signals, das eine Anzeige für die Betätigung einer Bedienerschnittstelle bildet, überträgt eine Steuervorrichtung ein Werkzeugbefehlssignal an das System, um das Werkzeug zu der gespeicherten Neigung zu bewegen. Die Steuervorrichtung kann ferner ein Hubarmbefehlssignal an das System übertragen, um einen Hubarm zu einer unteren Bewegungsgrenze des Hubarms zu bewegen. Nachdem die Steuervorrichtung ein Signal empfängt, das eine Anzeige für die Aktivierung eines Sensors auf dem Hubarm bildet, und zwar basierend darauf, dass sich der Sensor nahe einem Sensorauslöser auf dem Lader nahe einer unteren Bewegungsgrenze des Hubarms befindet, beendet die Steuervorrichtung das Hubarmbefehlssignal und die Bewegung des Hubarms kann beendet werden. Falls erwünscht, kann die Steuervorrichtung ein zweites Hubarmbefehlssignal an das System übertragen, um den Hubarm weiter zu bewegen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht eines Laders gemäß der Offenbarung;
2 ist ein schematisches Schaubild eines Systems zur Verwendung mit dem Lader der 1;
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zur Steuerung einer automatisierten Bewegung eines Hubarms und eines Werkzeugs zu einer vorbestimmten Position darstellt; und
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zur Steuerung einer automatisierten Bewegung eines Werkzeugs zu einem vorbestimmten Neigungswinkel darstellt.
Detaillierte Beschreibung
1 stellt einen beispielhaften Lader 10 mit einem Fahrerhaus 11 dar, in dem ein Bedienersitz 12, eine Bedienerschnittstelle 13, eine Steuertafel 14 und eine Steuervorrichtung 15 eingebaut sind. Der Lader 10 weist ferner ein Motorsystem 20, einen oder mehrere Hubarme 21, ein Hubarmbetätigungssystem 46, eine Kopplungsvorrichtung 22, die auf dem Hubarm 21 angebracht ist, ein Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23, und einen Winkelsensor 24 auf, der auf der Kopplungsvorrichtung 22 angebracht ist. Ein Werkzeug 25 ist auf der Kopplungsvorrichtung 22 angebracht. Die Bedienerschnittstelle 13, die Steuertafel 14, das Motorsystem 20, das Hubarmbetätigungssystem 46, das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23 und der Winkelsensor 24 sind jeweils konfiguriert, um mit der Steuervorrichtung 15 zu kommunizieren. Der Lader 10 ist mit einer ausreichenden elektrischen und elektronischen Konnektivität bzw. Anschlussmöglichkeit (nicht gezeigt) versehen, um eine derartige Kommunikation zu ermöglichen. Obwohl der dargestellte Lader 10 ein Kompaktlader ist, kann der Lader irgendeine Art von Lader sein.
Die Steuervorrichtung 15 kann ein einzelner Mikroprozessor oder eine Vielzahl von Mikroprozessoren sein und könnte ebenfalls zusätzliche Mikrochips und Komponenten für RAM-Speicher, Speicher und andere Funktionen aufweisen, wie erforderlich, um die hierin beschriebenen Funktionalitäten zu ermöglichen. Das Hubarmbetätigungssystem 46 ist ein elektrohydraulisches Betätigungssystem, das die Steuervorrichtung 15 und den Hubarm 21 verbindet und die Bewegung des Hubarms 21 steuert. Das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23 ist ein elektrohydraulisches Betätigungssystem, das die Steuervorrichtung 15 und die Kopplungsvorrichtung 22 verbindet und die Bewegung der Kopplungsvorrichtung 22 steuert und folglich ebenfalls die Bewegung des Werkzeugs 25 steuert. Der Winkelsensor 24 des offenbarten Ausführungsbeispiels kann ein Neigungsmesser sein, der einen Winkel der Kopplungsvorrichtung relativ zu einer Bodenbezugsfläche vorsieht. Andere Arten von Winkelsensoren zur Messung der Neigung des Werkzeugs 25 können ebenfalls verwendet werden. Obwohl das dargestellte Werkzeug 25 eine Schaufel ist, kann das Werkzeug irgendeine andere Art von Werkzeug sein, das an der Kopplungsvorrichtung 22 anbringbar ist.
Bezug nehmend auf 2 ist ein System 26 eines Laders 10 zur Steuerung der Bewegung des Hubarms 21 und eines Winkels des Werkzeugs 25 dargestellt. Das System 26 weist ein Untersystem 27 mit offenem Regelkreis, ein Untersystem 30 mit geschlossenem Regelkreis, ein Begrenzungsuntersystem 31, sowie ein ”Zurück-zum-Graben-Untersystem” 47 auf. Das Untersystem 27 mit offenem Regelkreis weist eine Bedienerschnittstelle 13, die Steuervorrichtung 15, das Motorsystem 20 und das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23 auf. Genauer gesagt ist in dem Untersystem 27 mit offenem Regelkreis, die Steuervorrichtung 15 so konfiguriert, dass sie ein Signal 32 empfängt, das eine Anzeige für die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Motors in dem Motorsystem 20 bildet, sowie ein Signal 33, das eine Anzeige für eine Betätigung der Bedienerschnittstelle 13 bildet. Das Betätigungssignal 33 der Bedienerschnittstelle bildet eine Anzeige für einen Befehl von dem Bediener für den Hubarm 21, um sich mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die mit dem Grad der Bedienerschnittstellenbetätigung assoziiert ist. Beispielsweise kann die Bedienerschnittstelle 13 ein Joystick sein und die befohlene Hubarmbewegungsgeschwindigkeit kann direkt mit dem Joystickversatz variieren. Basierend auf zumindest dem Motordrehzahlsignal 32 und dem Betätigungssignal 33 der Bedienerschnittstelle, berechnet die Steuervorrichtung 15 ein erstes Winkelkorrektursignal, das hierin ebenfalls als ein Korrektursignal 34 des offenen Regelkreises bezeichnet wird. Die Steuervorrichtung 15 überträgt dann das Korrektursignal 34 des offenen Regelkreises an das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23, um die Kopplungsvorrichtung 22 zu bewegen, was ebenfalls zur Bewegung des Werkzeugs 25 führt, das an der Kopplungsvorrichtung 22 angebracht ist.
Die Steuervorrichtung 15 berechnet das Korrektursignal 34 des offenen Regelkreises durch Multiplizieren einer ursprünglichen Korrekturberechnung mit einem Motordrehzahlfaktor. Die ursprüngliche Korrekturberechnung ist mit der befohlenen Hubarmbewegungsgeschwindigkeit assoziiert, währenddessen der Motordrehzahlfaktor mit der Motordrehzahl assoziiert ist, die durch das Motordrehzahlsignal 32 angezeigt wird. Diese Assoziationen können in Karten bzw. Kennfeldern, Umsetzungstabellen oder ähnlichen Datenstrukturen spezifiziert werden, die in die Steuervorrichtung 15 programmiert werden. Insbesondere beim Empfangen des Betätigungssignals 33 der Bedienerschnittstelle und beim Wahrnehmen einer befohlenen Hubarmbewegungsgeschwindigkeit aus dem Betätigungssignal 33 der Bedienerschnittstelle, greift die Steuervorrichtung 15 auf eine erstes Kennfeld 35 zu, das die Hubarmbewegungsgeschwindigkeiten mit den ursprünglichen Korrekturberechnungen assoziiert und das erste Kennfeld 35 nutzt, um die ursprüngliche Korrekturberechnung zu bestimmen, die mit der Hubarmbewegungsgeschwindigkeit assoziiert ist, die durch das Betätigungssignal 33 der Bedienerschnittstelle angezeigt wird. Zusätzlich bestimmt die Steuervorrichtung 15 beim Empfang des Betätigungssignals 33 der Bedienerschnittstelle die Motordrehzahl, die durch das Motordrehzahlsignal 32 angezeigt wird, greift auf das zweite Kennfeld 40 zu, das die Motordrehzahl mit dem Motordrehzahlfaktor assoziiert, und nutzt das zweite Kennfeld 40, um den Motordrehzahlfaktor zu bestimmen, der mit der Motordrehzahl assoziiert ist, die durch das Motordrehzahlsignal 32 angezeigt wird. Dann multipliziert die Steuervorrichtung 15, wie oben erwähnt, die ursprüngliche Korrekturberechnung mit dem Motordrehzahlfaktor, um zu dem Korrektursignal 34 des offenen Regelkreises zu gelangen, das an das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23 übertragen werden soll.
Das Untersystem 30 des geschlossenen Regelkreises weist die Bedienerschnittstelle 13, die Steuervorrichtung 15, das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23 und den Winkelsensor 24 auf. Insbesondere empfängt in dem Untersystem 30 des geschlossenen Regelkreises die Steuervorrichtung 15 ein Kopplungsvorrichtungswinkelsignal 41 von dem Winkelsensor 24, der auf der Kopplungsvorrichtung 22 angebracht ist, und berechnet ein zweites Winkelkorrektursignal, das ebenfalls hierin als ein Korrektursignal 42 des geschlossenen Regelkreises bezeichnet wird, und zwar basierend auf zumindest dem Kopplungsvorrichtungswinkelsignal 41. Genauer gesagt, wenn das Betätigungssignal 33 der Bedienerschnittstelle, das von der Steuervorrichtung 15 empfangen wird, einen Befehl aufweist, die Hubarmbewegung zu beginnen oder die Richtung der Hubarmbewegung von aufwärts zu abwärts oder umgekehrt zu ändern, speichert die Steuervorrichtung 15 den Kopplungsvorrichtungswinkel, der zuletzt durch das Kopplungsvorrichtungswinkelsignal 41 angezeigt wird, als einen Zielwinkel. Die Steuervorrichtung 15 überwacht dann das Kopplungsvorrichtungswinkelsignal 41 hinsichtlich Abweichungen von dem Zielwinkel. Die Steuervorrichtung 15 berechnet dann kontinuierlich eine Differenz zwischen dem gespeicherten Zielwinkel und dem tatsächlichen Winkel, der durch das Kopplungsvorrichtungswinkelsignal 41 kontinuierlich angezeigt wird, und überträgt basierend auf der berechneten Differenz zwischen den Winkeln das Steuersignal 42 des geschlossenen Regelkreises an das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23, so dass die Kopplungsvorrichtung 22 in dem Ausmaß bewegt wird, dass der tatsächliche Winkel, der durch das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssignal 41 angezeigt wird, mit dem Zielwinkel übereinstimmt.
Das Begrenzungsuntersystem 31 weist die Bedienerschnittstelle 13, die Steuervorrichtung 15, das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23, einen Sensor, wie beispielsweise einen Begrenzungssensor 43 (1) und obere und untere Sensorauslöser 44, 45 auf. Der Sensor kann irgendeine Art von Anwesenheits- oder Näherungssensor sein, während die Sensorauslöser 44, 45 Metallstreifen oder irgendwelche anderen Elemente sein können, die konfiguriert sind, um den Begrenzungssensor 43 auszulösen. Falls erwünscht, könnte der Sensor ein mechanischer Schalter sein, der ausgelöst wird, wenn er sich vorbei an Auslöserstrukturen bewegt. Der Begrenzungssensor 43 ist auf dem Hubarm 21 des Laders 10 angebracht und die Sensorauslöser 44, 45 sind auf dem Lader 10 so angebracht, dass der Begrenzungssensor 43 das Vorhandensein der Sensorauslöser 44, 45 detektiert, während sich der Hubarm seinen oberen bzw. unteren Bewegungsgrenzen annähert.
In einem Ausführungsbeispiel können die Sensorauslöser 44, 45 ungefähr 10–12 Zoll vor dem Erreichen der physischen, oberen und unteren Bewegungsgrenzen des Hubarms 21 positioniert sein. Genauer gesagt, ist Bezug nehmend auf 1 der Hubarm 21 bei seiner unteren Bewegungsgrenzposition abgebildet. Wie abgebildet, ist der Begrenzungssensor 43 nicht mit dem unteren Sensorauslöser 45 ausgerichtet, wenn der Hubarm 21 bei seiner unteren Bewegungsbegrenzung positioniert ist, sondern leicht unterhalb oder hinter dem unteren Sensorauslöser. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass das Ende des Hubarms 21 die Bewegung ungefähr 10–12 Zoll fortsetzt, nachdem der Begrenzungssensor 43 den Sensorauslöser 45 passiert. In ähnlicher Weise kann der Hubarm 21 ungefähr 10–12 Zoll über den oberen Sensorauslöser 44 oder an diesem vorbei weiterlaufen, nachdem der Begrenzungssensor 43 an dem oberen Sensorauslöser vorbeiläuft. Der exakte Bewegungsbetrag an den Sensorauslösern vorbei kann wie erwünscht durch geeignetes Konfigurieren der Steuervorrichtung 15 angepasst werden.
Wenn der Begrenzungssensor 43 das Vorhandensein von einem der Sensorauslöser 44, 45 detektiert, überträgt der Begrenzungssensor 43 ein binäres Signal oder Begrenzungssignal 50 an die Steuervorrichtung 15. Die Steuervorrichtung 15 ist konfiguriert, um das Begrenzungssignal 50 zu empfangen und beim Empfang des Begrenzungssignals das Übertragen der Korrektursignale 34, 42 des offenen und des geschlossenen Regelkreises an das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23 zu unterbrechen. Die automatische Bewegung der Kopplungsvorrichtung 22 durch das System 26 wird auf diese Weise benachbart zu den Bewegungsgrenzen des Hubarms 21 nicht fortgesetzt, wodurch dabei geholfen wird, das eine Überkorrektur des Winkels der Kopplungsvorrichtung 22, und in der Konsequenz des Werkzeugs 25 verhindert wird.
Die Steuervorrichtung 15 ist ebenfalls konfiguriert, um eine Position des Hubarms 21 zumindest basierend auf dem Begrenzungssignal 50 zu berechnen. Die Steuervorrichtung 15 berechnet die Position des Hubarms 21 indem sie Bezug auf das Betätigungssignal 33 der Bedienerschnittstelle nimmt, um zu bestimmen, in welcher Richtung das Betätigungssignal 33 der Bedienerschnittstelle dem Hubarm 21 zuletzt befohlen hat, sich zu bewegen. Wenn die Steuervorrichtung 15 ein Begrenzungssignal 50 empfängt, folgert die Steuervorrichtung 15, wenn das Betätigungssignal 33 der Bedienerschnittstelle anzeigt, dass dem Hubarm 21 zuletzt befohlen wurden, sich aufwärts zu bewegen, dass der Begrenzungssensor 43 das Vorhandensein des oberen Sensorauslösers 44 abgefühlt hat und dementsprechend dass der Hubarm 21 eine Position nahe der oberen Begrenzung der Hubarmbewegung erreicht hat. In ähnlicher Weise folgert die Steuervorrichtung 15, wenn das Betätigungssignal der Bedienerschnittstelle anzeigt, dass dem Hubarm 21 zuletzt befohlen wurde, sich abwärts zu bewegen, dass der Begrenzungssensor 43 das Vorhandensein des unteren Sensorauslösers 45 abgefühlt hat und dementsprechend dass der Hubarm 21 eine Position nahe der unteren Begrenzung der Hubarmbewegung erreicht hat.
Das ”Zurück-zum-Graben-Untersystem” 47 weist die Bedienerschnittstelle 13, die Steuervorrichtung 15, das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23, den Winkelsensor 24, den Begrenzungssensor 43 und das Hubarmbetätigungssystem 46 auf. Das System 26 nutzt den ”Zurück-zum-Graben-Modus”, in dem die Steuervorrichtung 15 arbeitet, um den Hubarm 21 zu einer Start- oder Basisposition benachbart zu der unteren Bewegungsbegrenzung des Hubarms 21 zurückzuführen und das Werkzeug 25 zu einer gespeicherten oder eingeprägten Ausrichtung zurückzuführen. In einem Beispiel kann ein Bediener irgendeine Art von sich wiederholendem Arbeitsvorgang mit dem Hubarm 21 und dem Werkzeug 25 ausführen, wie beispielsweise das Ausgraben von Material mit einer Schaufel. Der Bediener kann den Hubarm 21 und das Werkzeug 25 zu einer Trageposition bewegen, während der Lader 10 zu einer anderen Stelle bewegt wird, an der das Material von dem Werkzeug entfernt wird (z. B. von einer Schaufel abgeladen wird). Während der Bediener den Lader 10 zu der ursprünglichen Position zurückführt, um den Arbeitszyklus wieder zu beginnen, kann es für den Bediener wünschenswert sein, simultan und automatisch den Hubarm 21 und das Arbeitswerkzeug 25 zu der Basisposition zu bewegen, um die Produktion zu maximieren. Diese Basisposition wird oft auch als eine ”Zurück-zum-Graben-Position” bezeichnet, obwohl es nicht eine Position oder Ausrichtung sein muss, die für das Graben verwendet wird. Bei der Basis- oder ”Zurück-zum-Graben-Position” wird der Hubarm 21 nahe seiner unteren Bewegungsbegrenzung positioniert und das Werkzeug 25 wird bei einer Ausrichtung positioniert, die durch den Bediener spezifiziert wird. Demgemäß weist die Basisposition zwei Komponenten auf – eine, die die Position des Hubarms 21 spezifiziert und eine die die Ausrichtung des Werkzeugs 25 spezifiziert. Die erwünschte Position des Hubarms 21 relativ zu der unteren Bewegungsgrenze kann durch eine Konfiguration innerhalb der Steuervorrichtung 15 eingestellt werden, während die erwünschte Ausrichtung des Werkzeugs durch den Bediener eingestellt werden kann.
3 ist ein Flussdiagramm 60, das den ”Zurück-zum-Graben-Prozess” abbildet. Nachdem das Werkzeug 25 bei einer erwünschten Winkelausrichtung positioniert ist, betätigt der Bediener eine Komponente der Bedienerschnittstelle 13, wie beispielsweise einen Schalter, um bei einem Schritt 61 ein Zielsignal zu erzeugen, das eine Anzeige für die erwünschte Neigung des Werkzeugs bei der Basisposition bildet. Die Steuervorrichtung 15 speichert dann das Zielneigungssignal bei einem Schritt 62.
Sobald das Zielneigungssignal, das eine Anzeige für die erwünschte Neigung der Kopplungsvorrichtung 22 und auf diese Weise des Werkzeugs 25 bildet, innerhalb der Steuervorrichtung 15 gespeichert worden ist, kann der Bediener den Hubarm 21, das Werkzeug 25 und den Lader 10 wie erwünscht bewegen, um die erwünschten Aufgaben des Bedieners auszuführen. Der Bediener kann den Hubarm 21 und das Werkzeug 25 zu der Basisposition zu irgendeiner Zeit bewegen, indem ein ”Zurück-zum-Graben-Betätigungssignal” 48 der Bedienerschnittstelle an die Steuervorrichtung 15 gesendet wird, und zwar basierend auf der Betätigung der Bedienerschnittstelle 13, wie beispielsweise durch Drücken eines ”Zurück-zum-Graben-Schalters” bei Schritt 63. Beim Empfangen eines derartigen ”Zurück-zum-Graben-Betätigungssignal” 48 der Bedienerschnittstelle beginnt die Steuervorrichtung 15, den Winkel des Werkzeugs 25 bei Schritt 64 zu steuern, und zwar durch Überwachen des Kopplungsvorrichtungswinkelsignals 41 bezüglich Abweichungen vom Zielneigungssignal. Die Steuervorrichtung 15 berechnet dann die Differenz zwischen dem gespeicherten Zielneigungswinkel und dem tatsächlichen Winkel, der kontinuierlich durch das Kopplungsvorrichtungswinkelsignal 41 angezeigt wird, und basierend auf der berechneten Differenz zwischen den Winkeln, überträgt ein Werkzeugbefehlssignal 49 an das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23, so dass die Kopplungsvorrichtung 22 in dem Maße bewegt wird, wie es notwendig ist, damit der tatsächliche Winkel, der durch das Kopplungsvorrichtungswinkelsignal 41 angezeigt wird, mit dem Zielneigungssignal übereinstimmt.
Zusätzlich überträgt die Steuervorrichtung 15 bei einem Schritt 65 ein erstes Hubarmbefehlssignal 51 an das Hubarmbetätigungssystem 46, welches den Hubarm 21 abwärts bewegt. Da der Lader 10 nur einen Begrenzungssensor 43 auf dem Hubarm 21 und die Sensorauslöser 44 und 45 auf dem Lader 10 aufweist, ist die exakte Position des Hubarms 21 relativ zu dem Lader 10 der Steuervorrichtung 15 oft nicht bekannt. Mit anderen Worten ist die Steuervorrichtung 15 imstande zu bestimmen, wann sich der Hubarm 21 nahe oder über dem oberen Sensorauslöser 44 befindet, aber wenn der Hubarm 21 so positioniert ist, dass der Begrenzungssensor 43 zwischen dem oberen Sensorauslöser 44 und dem unteren Sensorauslöser 45 positioniert ist, kann die Steuervorrichtung 15 die exakte Entfernung des Hubarms 21 von dem unteren Sensorauslöser 45 oder der unteren Bewegungsbegrenzung aufgrund des vereinfachten Sensorsystems des Laders 10 nicht bestimmen. Demgemäß liefert die Steuervorrichtung 15 das erste Hubarmbefehlssignal 51 an das Hubarmbetätigungssystem 46, um den Hubarm 21 mit einer vorbestimmen Rate abwärts anzutreiben oder zu bewegen, und zwar bis der Begrenzungssensor 43 des Hubarms 21 den unteren Sensorauslöser 45 erreicht.
Das Bewegen des Begrenzungssensors 43 nahe an oder benachbart zu dem Sensorauslöser 45 aktiviert den Begrenzungssensor 43 bei Schritt 66, verändert seinen Status von entweder aus zu an oder von an zu aus, abhängig von der Bauart des verwendeten Begrenzungsschalters und eine derartige Statusveränderung wird durch die Steuervorrichtung 15 bei Schritt 66 überwacht. Basierend auf der Statusveränderung des Begrenzungssensors 43, erkennt die Steuervorrichtung 15, dass der Hubarm 21 mit dem Begrenzungssensor 43 nahe dem unteren Sensorauslöser 45 positioniert ist. Die Steuervorrichtung 15 beendet dann das erste Hubarmbefehlssignal 51 bei Schritt 67, um die Abwärtsbewegung des Hubarms 21 zu beenden. Falls erwünscht, kann die Steuervorrichtung 15 bei Schritt 68 ein zweites Hubarmbefehlssignal 52 an das Hubarmbetätigungssystem 46 übertragen, um die Bewegung des Hubarm von einer Position, in der der Begrenzungssensor 43 im Allgemeinen mit dem unteren Sensorauslöser 45 ausgerichtet ist, abwärts zu einer anderen Position, die dichter an seiner unteren Bewegungsgrenze ist, fortsetzen. Diese zusätzliche Abwärtsbewegung, die durch das zweite Hubarmbefehlssignal 52 gelenkt wird, kann langsamer als die Abwärtsbewegung sein, die durch das erste Hubarmbefehlssignal 51 gelenkt wird. Mit anderen Worten kann die Steuervorrichtung 15 so konfiguriert sein, dass sobald der Begrenzungssensor 43 den unteren Sensorauslöser 45 erreicht, diese entweder den Hubarm 21 anhält oder ein zweites Hubarmbefehlssignal 52 an das Hubarmbetätigungssystem 46 liefert, um den Hubarm 21 weiter abwärts zu seiner unteren Bewegungsbegrenzung zu bewegen. Es kann möglich sein, die Steuervorrichtung 15 so zu konfigurieren, dass das zweite Hubarmbefehlssignal den Hubarm 21 aufwärts weg von der unteren Bewegungsgrenze bewegt, wenn dies erwünscht ist.
Da in einem Ausführungsbeispiel der Lader 10 keine Sensoren aufweist, um zu bestimmen, wann der Hubarm 21 seine untere Bewegungsgrenze erreicht, ist die Steuervorrichtung 15 konfiguriert, um die Geschwindigkeit und die Dauer der Abwärtsbewegung zu bestimmen, die notwendig sind, damit der Hubarm 21 seine untere Bewegungsbegrenzung erreicht und erzeugt das zweite Hubarmbefehlssignal 52 basierend auf dieser Schätzung. Die Steuervorrichtung sendet dann das zweite Hubarmbefehlssignal 52 an das Hubarmbetätigungssystem 46 bei Schritt 68. Falls erwünscht, kann die Steuervorrichtung 15 so konfiguriert sein, dass das zweite Hubarmbefehlssignal den Hubarm 21 bei einer anderen Position als dicht an der unteren Bewegungsbegrenzung positioniert, und zwar durch Verändern der Berechnung des zweiten Hubarmbefehlssignals.
Bezug nehmend auf 4 bildet das Flussdiagramm 70 den Prozess ab, durch den die Steuervorrichtung 15 den Neigungswinkel des Werkzeugs 25 steuert. Da der Hubarm 21 während des ”Zurück-zum-Graben-Prozesses” abwärts dreht und der Neigungswinkel in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel durch einen Neigungsmesser gemessen wird, der den Winkel der Kopplungsvorrichtung 22 relativ zu einer Bodenbezugsfläche misst, wird sich der Winkel des Werkzeugs 25 relativ zu der Bodenbezugsfläche konstant verändern, während sich der Hubarm 21 bewegt. Demgemäß ist die Steuervorrichtung 15 konfiguriert, um das Kopplungsvorrichtungswinkelsignal 41 von einem Winkelsensor 24 zu überwachen und mit dem Kopplungsvorrichtungsbetätigungssignal 23 zu interagieren, um das Werkzeug 25 in der gewünschten Neigung zu positionieren, sobald der Hubarm 21 seine untere Bewegungsbegrenzung erreicht. Genauer gesagt, sobald der Bediener das ”Zurück-zum-Graben-Betätigungssignal” 48 der Bedienerschnittstelle an die Betätigungsvorrichtung 15 bei Schritt 63 der 3 sendet, empfängt die Steuervorrichtung 15 Daten von dem Winkelsensor 24 bei Schritt 71 (4) und verwendet die Winkelsensordaten, um die gegenwärtige Neigung des Werkzeugs 25 bei Schritt 72 zu bestimmen. Die gegenwärtige Neigung wird mit der gespeicherten Zielneigung bei einem Schritt 73 verglichen. Wenn die gegenwärtige Neigung nicht der erwünschten Neigung entspricht, erzeugt die Steuervorrichtung 15 ein Werkzeugbefehlssignal 49, um die Kopplungsvorrichtung 22 und folglich das Werkzeug 25 zu dem Zielneigungssignal hin zu bewegen. Das Werkzeugbefehlssignal 49 kann auf einer Datenkarte bzw. einem Datenkennfeld basieren, das innerhalb der Steuervorrichtung 15 enthalten ist, welches eine Funktion der Differenz zwischen dem gegenwärtigen Neigungswinkel und dem gespeicherten Zielneigungswinkel sein kann. Sobald das Werkzeugbefehlssignal 49 erzeugt wird, überträgt die Steuervorrichtung 15 das Werkzeugbefehlssignal bei Schritt 75 an das Kopplungsvorrichtungsbetätigungssystem 23, um die Kopplungsvorrichtung 22 und das Werkzeug 25 in der gewünschten Richtung zu bewegen. Nach dem Übertragen des Werkzeugbefehlssignals 49 bei Schritt 75, setzt die Steuervorrichtung 15 das Empfangen der Winkelsensordaten bei Schritt 71 fort, um die Kopplungsvorrichtung 22 und das Werkzeug 25 in geeigneter Weise zu positionieren.
Wenn die gegenwärtige Neigung, wie sie durch die Steuervorrichtung 15 bei Schritt 72 bestimmt wird, der erwünschten Zielneigung bei Schritt 73 entspricht, bestimmt die Steuervorrichtung 15, ob der Hubarm 21 seine Basisposition bei Schritt 76 erreicht hat. Sobald der Hubarm 21 seine Basisposition erreicht hat, wird er sich nicht mehr weiter drehen oder abwärts bewegen und auf diese Weise wird die Neigung des Werkzeugs 25 nicht weiter beeinflusst. Wenn sich der Hubarm 21 und das Werkzeug 25 bei ihren Basispositionen befinden, können die automatisierte Steuerung des Hubarms und des Werkzeugs als solches beendet werden. Wenn der Hubarm 21 seine Basisposition nicht erreicht hat, wird eine weitere Bewegung des Hubarms 21 den Neigungswinkel des Werkzeugs 25 verändern und auf diese Weise wir die automatisierte Anpassung des Neigungswinkels der Kopplungsvorrichtung 22 und des Werkzeugs 25 bei Schritt 71 fortgesetzt, bis der aktuelle Neigungswinkel dem erwünschten Zielneigungswinkel entspricht und der Hubarm 21 seine Basisposition erreicht hat. Der Bediener kann den ”Zurück-zum-Graben-Prozess” abbrechen, sobald dieser begonnen hat, und zwar durch Bedienen der Bedienerschnittstelle 13 oder einer weiteren Bedienersteuerung in einer vorbestimmten Art und Weise.
Falls erwünscht, kann das System 26 verwendet werden, um die Funktion des automatischen Zurückführens des Werkzeugs 25 zu einem erwünschten Zielneigungswinkel vorzusehen, ohne den Hubarm 21 zu seiner Basisposition zu bewegen. In einem derartigen Betrieb erzeugt ein Bediener ein Zielsignal, das eine Anzeige für den erwünschten Neigungswinkel des Werkzeugs bildet, und zwar in einer Art und Weise, die der des Schritts 61 der 3 ähnlich ist, ohne jedoch das Werkzeug zu seiner Basisposition zu bewegen. Beispielsweise kann der Bediener das Werkzeug zur erwünschten Neigung bewegen und eine Bedienerschnittstelle in einer vorbestimmten Art und Weise bewegen. Die Bewegung der Bedienerschnittstelle kann bewirken, dass das Zielneigungssignal in der Steuervorrichtung 15 in einer Art und Weise gespeichert wird, die dem Schritt 62 ähnlich ist. Sobald der Bediener ein geeignetes Betätigungssignal der Bedienerschnittstelle in einer Weise vorsieht, die dem Schritt 63 ähnlich ist, arbeitet das System 26 in einer Art und Weise, die in Flussdiagramm 70 der 4 dargelegt ist, mit der Ausnahme dass die Überwachung der Position des Arms 21 bei Schritt 76 weggelassen wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Die industrielle Anwendbarkeit des hier beschriebenen Systems wird in einfacher Weise aus der vorangehenden Diskussion erkenntlich. Die vorliegende Offenbarung ist auf viele Maschinen und viele Aufgaben anwendbar, die durch Maschinen bewerkstelligt werden. Eine beispielhafte Maschine, für die das System geeignet ist, ist ein Radlader. Das System kann jedoch auf irgendeine Art von Lader und auf irgendeine Art von Maschine anwendbar sein, die von einer automatisierten Bewegung eines Hubarms und eines assoziierten Werkzeugs zu einer vorausgewählten Position, wie beispielsweise einer ”Zurück-zum-Graben-Position” profitieren würde.
Das offenbarte System arbeitet, so dass es ein Signal speichert, das eine Anzeige für eine erwünschte Neigung eines Werkzeugs bildet. Im Verlauf der Bedienung des Laders, kann es nötig sein, dass ein Bediener den Hubarm und das Werkzeug zu einer Basisposition bewegt, die dadurch definiert wird, dass der Hubarm nahe seiner unteren Bewegungsgrenze positioniert ist und das Werkzeug bei seiner gespeicherten Neigung positioniert ist. Beim Betätigen einer vorgesehenen Bedienerschnittstelle durch den Bediener erzeugt die Steuervorrichtung des Systems ein Werkzeugbefehlssignal und überträgt dieses an ein elektrohydraulisches System, um das Werkzeug zu der gespeicherten Neigung zu bewegen. Die Steuervorrichtung erzeugt ferner ein Hubarmbefehlssignal und überträgt dieses an das elektro-hydraulische System, um einen Hubarm zu einer unteren Bewegungsbegrenzung des Hubarms zu bewegen. Nachdem die Steuervorrichtung ein Signal empfängt, dass anzeigt, dass sich ein Sensor des Hubarms benachbart zu einem Sensorauslöser auf dem Lader nahe der unteren Bewegungsbegrenzung befindet, beendet die Steuervorrichtung das Hubarmbefehlssignal und die Bewegung des Hubarms kann beendet werden. Falls erwünscht, kann die Steuervorrichtung ein zweites Hubarmbefehlssignal an das elektro-hydraulische System übertragen, um den Hubarm weiter zu bewegen.
Zusätzlich kann das System in einer ähnlichen Art und Weise arbeiten, aber ohne den Hubarm zu einer Position nahe seiner unteren Bewegungsbegrenzung zu bewegen. Diese Funktionsweise kann erwünscht sein, wenn das Beladen des Werkzeugs bei einer ersten Neigung und das Entladen von diesem bei einer zweiten Ausrichtung ohne Bewegen des Hubarms 21 erwünscht sind.
Es wird klar sein, dass die vorangehende Beschreibung Beispiele des offenbarten Systems und der Technik vorsieht. Es wird jedoch erwogen, dass andere Ausführungen der Offenbarung im Detail von den vorangehenden Beispielen abweichen können. Sämtliche Bezugnahmen der Offenbarung oder Beispiele von dieser sollen sich auf das bestimmte Beispiel beziehen, das zu diesem Zeitpunkt besprochen wird, und sollen nicht irgendwelche Beschränkungen hinsichtlich des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen implizieren. Sämtliche Ausdrucksweise der Unterscheidung und Herabsetzung in Bezug auf bestimmte Merkmale soll einen Mangel an Präferenz für diese Merkmale anzeigen, aber soll diese nicht aus dem Umfang der Offenbarung vollständig ausschließen, außer dies ist anderweitig angezeigt.
Das Erwähnen von Wertebereichen soll hier nur als ein abgekürztes Verfahren zur individuellen Bezugnahme auf jeden separaten Wert dienen, der in den Bereich fällt, außer es wird hier anderweitig angezeigt, und jeder separate Wert ist in der Beschreibung aufgenommen, als ob dieser einzeln hierin erwähnt wurde. Sämtliche hierin beschriebenen Verfahren können in irgendeiner geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden, außer dies wird hier anderweitig angezeigt oder dies widerspricht andernfalls klar dem Kontext.
Demgemäß umfasst diese Offenbarung sämtliche Modifikationen und äquivalente Ausführungen des behandelten Gegenstands, der in den hieran angefügten Ansprüchen vorgetragen ist, wie dies durch das anwendbare Gesetz zulässig ist. Darüber hinaus werden jegliche Kombinationen der oben beschriebenen Elemente in sämtlichen möglichen Variationen von diesen durch die Offenbarung erfasst, außer dies wird hier anderweitig angezeigt oder dies widerspricht in klarer Weise dem Kontext.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7140830 [0003]

Claims

System (26) zur automatisierten Bewegung eines Hubarms (21) und eines Werkzeugs (25) eines Laders (10) von einer entfernten Position zu einer Basisposition nahe einer unteren Bewegungsbegrenzung des Hubarms, wobei das System Folgendes aufweist: eine Steuervorrichtung (15), die konfiguriert ist, um: ein Signal zu speichern, das eine Anzeige für eine erwünschte Neigung des Werkzeugs (25) bildet, wobei die erwünschte Neigung eine Komponente der Basisposition ist; ein Signal (48) zu empfangen, das eine Anzeige für die Betätigung einer Bedienerschnittstelle (13) auf dem Lader bildet, wobei das Betätigungssignal (48) der Bedienerschnittstelle eine erwünschte Bewegung des Hubarms (21) und des Werkzeugs (25) zu der Basisposition anzeigt; und ansprechend auf das Empfangen des Betätigungssignals (48) der Bedienerschnittstelle: ein Werkzeugbefehlssignal (49) an ein elektro-hydraulisches System (23, 46) zu übertragen, um das Werkzeug (25) zu der erwünschten Neigung zu bewegen; ein Hubarmbefehlssignal (51) an das elektro-hydraulische System (23, 46) zu übertragen, um den Hubarm (21) zur unteren Bewegungsbegrenzung des Hubarms (21) zu bewegen; ein Signal (50) zu empfangen, das eine Anzeige für die Aktivierung eines Sensors (43) auf dem Hubarm (21) basierend auf der Bewegung des Sensors (43) auf dem Hubarm (21) nahe einem Sensorauslöser (45) auf dem Lader (10) bei einer Position nahe der Bewegungsbegrenzung des Hubarms (21) bildet; und das Hubarmbefehlssignal (51) basierend auf dem Empfang des Sensoraktivierungssignals (50) zu beenden.
System (26) nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (15) ferner konfiguriert ist, um ein zweites Hubarmbefehlssignal (52) an das elektrohydraulische System (23, 46) zu übertragen, um die Bewegung des Hubarms (21) nahe der unteren Bewegungsbegrenzung des Hubarms nach Beendigung des Hubarmbefehlssignals (51) zu steuern.
System (26) nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (15) ferner so konfiguriert ist, dass die Übertragung des Werkzeugbefehlssignals (49) im All-gemeinen simultan mit der Übertragung von einem Hubarmbefehlssignal (51) und/oder dem zweiten Hubarmbefehlssignal (52) stattfindet.
System (26) nach Anspruch 1–3, wobei die Steuervorrichtung (15) ferner so konfiguriert ist, dass das zweite Hubarmbefehlssignal (52) sowohl eine Größe als auch eine Dauer für das Lenken der Bewegung des Hubarms (21) nahe der unteren Bewegungsbegrenzung des Hubarms (21) aufweist.
System (26) nach Anspruch 1–4, wobei die Steuervorrichtung (15) ferner so konfiguriert ist, dass die automatisierte Bewegung des Hubarms (21) und des Werkzeugs (25) beim Empfang eines zweiten, vorbestimmten Betätigungssignals der Bedienerschnittstelle nach dem Empfang des Betätigungssignal (48) der Bedienerschnittstelle abgebrochen wird.
System (26) nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Steuervorrichtung ferner konfiguriert ist, um als das erwünschte Neigungssignal ein einzelnes Signal zu speichern, das durch einen Neigungssensor 24 erzeugt wird, der die Neigung des Werkzeugs relativ zu einer Bodenbezugsfläche misst.
Lader (10), der das System (26) gemäß einem der Ansprüche 1–6 aufweist.
Lader (10) nach Anspruch 7, wobei der Sensor (43) ein Schalter ist, der binäre Signale an die Steuervorrichtung liefert.
Lader (10) nach Anspruch 8, wobei der Schalter ein Näherungssensor ist.
Ein durch eine Steuervorrichtung implementiertes Verfahren für die automatisierte Bewegung eines Hubarms (21) und eines Werkzeugs (25) eines Laders (10) von einer entfernten Position zu einer Basisposition benachbart zu einer unteren Bewegungsbegrenzung des Hubarms (21), das die Schritte aufweist, die durch das System (26) gemäß einem der Ansprüche 1–9 ausgeführt werden.