DE112012000125B4

DE112012000125B4 - Hydraulikbagger und Hydraulikbagger-Kalibrierverfahren

Info

Publication number: DE112012000125B4
Application number: DE112012000125.7T
Authority: DE
Inventors: Masanobu Seki
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2021-12-30
Anticipated expiration: 2032-03-17
Also published as: KR20130069743A; US9157216B2; CN103080427B; DE112012000125T5; KR101448702B1; JP5328830B2; JP2012202063A; CN103080427A; US20130158789A1; WO2012128192A1

Abstract

Eine Hydraulikbagger-Kalibriervorrichtung ist eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Parametern in einem Hydraulikbagger. Eine Recheneinheit in dem Hydraulikbagger zum Berechnen einer aktuellen Position berechnet die aktuelle Position eines in dem Arbeitswerkzeug enthaltenen Arbeitspunkts auf der Basis einer Mehrzahl von Parametern, die die Dimensionen und Schwenkwinkel eines Auslegers, eines Arms und eines Arbeitswerkzeugs angeben. Die Hydraulikbagger-Kalibriervorrichtung umfasst eine Eingabeeinheit (63) und eine erste und eine zweite Kalibrier-Recheneinheit (65c und 65d). Die Eingabeeinheit (63) ist eine Einheit für die Eingabe einer ersten Arbeitspunktpositions-Information, die Koordinaten des Arbeitspunkts an einer Mehrzahl von Positionen angibt, die durch eine externe Messvorrichtung gemessen werden. Die erste und die zweite Kalibrier-Recheneinheit (65c und 65d) berechnen Kalibrierwerte der Parameter auf der Basis der in die Eingabeeinheit (63) eingelesenen Arbeitspunktpositions-Information.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydraulikbagger und ein Hydraulikbagger-Kalibrierverfahren.
Stand der Technik
Es ist ein Hydraulikbagger mit einer Positionsdetektorvorrichtung bekannt, die die aktuelle Position eines Arbeitspunkts eines Arbeitsgeräts detektiert. Bei dem Hydraulikbagger, der beispielsweise in JP 2002-181538 A beschrieben ist, werden Positionskoordinaten einer Messerkante eines Baggerlöffels auf der Basis von Positionsinformation von einer GPS-Antenne berechnet. Insbesondere werden Positionskoordinaten der Messerkante des Baggerlöffels auf der Basis von Parametern wie einem Positionsverhältnis der GPS-Antenne und eines Auslegerbolzens, der jeweiligen Länge eines Auslegers, eines Arms und eines Baggerlöffels und dem jeweiligen Richtungswinkel des Auslegers, des Arms und des Baggerlöffels berechnet.
Des Weiteren offenbart DE 10 2009 059 221 A1 ein Kalibrierungsverfahren für die Position einer Armspitze eines Roboters.
JP 2001 - 159 518 A offenbart einen Hydraulikbagger, bei dem die Position und Ausrichtung eines daran angebrachten Arbeitsgerätes mittels mehrerer Sensoren gemessen wird.
US 2009 / 0 228 169 A1 offenbart ein Arbeitsfahrzeug mit einem Arbeitswerkzeug, das automatisiert kalibriert wird. Das Kalibrierverfahren umfasst das Erfassen von Winkelpositionsdaten nach einer Reihe von Bewegungen des Arbeitswerkzeugs zwischen Referenzpunkten, die sich in einer definierten geometrischen Anordnung befinden.
Übersicht
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Die Genauigkeit der berechneten Positionskoordinaten der Messerkante des Baggerlöffels wird durch die Genauigkeit der vorstehend beschriebenen Parameter beeinflusst. Es ist jedoch normal, dass diese Parameter im Hinblick auf Konstruktionswerte fehlerbehaftet sind. Deshalb werden die Parameter bei der Grundeinstellung der Positionsdetektorvorrichtung des Hydraulikbaggers mit einem Messgerät wie beispielsweise einen Messband gemessen, wobei die genaue Messung der vorstehend beschriebenen Parameter mit einem Messgerät wie einem Messband nicht einfach ist. Hinzu kommt, dass bei einer großen Anzahl von Parametern sehr viel Zeit und Mühe notwendig sind, um all diese Parameter zu messen.
Weiterhin wird die Genauigkeit der Positionsdetektion unter Verwendung der Positionsdetektorvorrichtung bestätigt, nachdem die gemessenen Parameter in die Positionsdetektorvorrichtung eingegeben wurden. Die Positionskoordinaten der Messerkante des Baggerlöffels werden zum Beispiel direkt durch das GPS gemessen. Anschließend werden die mit Hilfe der Positionsdetektorvorrichtung gemessenen Positionskoordinaten der Messerkante und des Baggerlöffels mit den Positionskoordinaten der Messerkante und des Baggerlöffels verglichen, die durch eine GPS-Messvorrichtung direkt gemessen wurden. Falls die Positionskoordinaten der Messerkante des Baggerlöffels, die mit Hilfe der Positionsdetektorvorrichtung berechnet wurden, und die Positionskoordinaten der Messerkante des Baggerlöffels, die durch die GPS-Messvorrichtung direkt gemessen wurden, nicht übereinstimmen, werden die Bestimmung der Parameter mit Hilfe eines Messbands und die Eingabe der Parameter in die Positionsdetektorvorrichtung wiederholt, bis die Positionskoordinaten übereinstimmen. Das heißt, die Werte der Parameter werden geändert, bis die tatsächlichen Werte und die berechneten Werte der Positionskoordinaten übereinstimmen. Diese Kalibierarbeit erfordert extrem viel Zeit und ist mühsam.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hydraulikbagger und ein Kalibrierverfahren für einen Hydraulikbagger anzugeben, womit die Genauigkeit der Positionsdetektion eines Arbeitspunkts verbessert und der Zeitaufwand für die Kalibrierung verringert werden kann.
Mittel zur Lösung der Probleme
Ein Hydraulikbagger gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren von Parametern in dem Hydraulikbagger (oder bei/für den Hydraulikbagger). Der Hydraulikbagger umfasst einen Fahrzeugkörper mit einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, ein Arbeitsgerät, eine Winkeldetektoreinheit und eine Recheneinheit zum Berechnen einer aktuellen Position. Das Arbeitsgerät umfasst einen Ausleger, der schwenkbar an dem Fahrzeugkörper befestigt ist, einen Arm, der schwenkbar an dem Ausleger befestigt ist, und ein Arbeitswerkzeug, das schwenkbar an dem Arm befestigt ist. Die Winkeldetektoreinheit detektiert einen Schwenkwinkel des Auslegers bezüglich des Fahrzeugkörpers, einen Schwenkwinkel des Arms bezüglich des Auslegers und einen Schwenkwinkel des Arbeitswerkzeugs bezüglich des Arms. Die Recheneinheit zum Berechnen einer aktuellen Position berechnet die aktuelle Position eines in dem Arbeitswerkzeug enthaltenen Arbeitspunkts in einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem auf der Basis einer Mehrzahl von Parametern, die die Dimensionen und Schwenkwinkel des Auslegers, des Arms und des Arbeitswerkzeugs angeben. Die Hydraulikbagger-Kalibriervorrichtung umfasst eine Eingabeeinheit und eine Kalibrier-Recheneinheit. Die Eingabeeinheit ist eine Einheit für die Eingabe einer Arbeitspunktpositions-Information, die eine durch eine externe Messvorrichtung gemessene Position eines vorgegebenen Referenzpunkts in einer Aktionsebene des Arbeitsgeräts und Koordinaten des Arbeitspunkts an einer Mehrzahl von durch die externe Messvorrichtung gemessenen Positionen, bei denen die Stellung des Arbeitsgeräts unterschiedlich ist, angibt. Die Kalibrier-Recheneinheit berechnet durch numerische Analyse Kalibrierwerte der Parameter auf der Basis der in die Eingabeeinheit eingegebenen Arbeitspunktpositions-Information, die in das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem konvertiert wird.
Bei einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Arbeitspunktpositions-Information Koordinaten einer Mehrzahl von Positionen des Arbeitspunkts, die in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Arbeitsgeräts unterschiedliche Positionen sind und/oder die in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers unterschiedliche Positionen sind.
Bei einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Arbeitspunktpositions-Information Koordinaten einer Position des Arbeitspunkts bei mindestens einer der folgenden Arbeitsgerät-Stellungen: einer Stellung des Arbeitsgeräts, in der der Schwenkwinkel des Auslegers maximiert ist, einer Stellung des Arbeitsgeräts, in der der Schwenkwinkel des Arms minimiert ist, einer Stellung des Arbeitsgeräts, in der der Schwenkwinkel des Arms maximiert ist, einer Stellung des Arbeitsgeräts, in der der Schwenkwinkel des Arbeitswerkzeugs minimiert ist, und einer Stellung des Arbeitsgeräts, in der der Schwenkwinkel des Arbeitswerkzeugs maximiert ist.
Bei einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Arbeitspunktpositions-Information Koordinaten einer Mittelpunktposition von der Mehrzahl von Positionen des Arbeitspunkts, die einer Mehrzahl von Stellungen des Arbeitsgeräts entspricht.
Bei einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Arbeitspunktpositions-Information Koordinaten einer ersten Position und einer zweiten Position auf der Geländeoberfläche, die in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers unterschiedliche Positionen sind, einer dritten und einer vierten Position in der Luft, die in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers unterschiedliche Positionen sind, und einer fünften Position, die inmitten der ersten Position, der zweiten Position, der dritten Position und der vierten Position liegt.
Bei dem Hydraulikbagger kann das Arbeitsgerät ferner einen Auslegerzylinder, der den Ausleger antreibt, einen Armzylinder, der den Arm antreibt, und einen Arbeitswerkzeugzylinder, der das Arbeitswerkzeug antreibt, umfassen. Die Winkeldetektoreinheit detektiert jeweils den Zylinderhub des Auslegerzylinders, der Armzylinders und des Arbeitswerkzeugzylinders. Die Parameter enthalten Dimensionsinformationen des Auslegers, des Arms und des Arbeitswerkzeugs für die Berechnung der Schwenkwinkel des Auslegers, des Arms und des Arbeitswerkzeugs anhand des Zylinderhubs. Dann werden die Schwenkwinkel des Auslegers, des Arms und des Arbeitswerkzeugs anhand des Zylinderhubs berechnet. In diesem Fall nehmen die für die Berechnung der Schwenkwinkel notwendigen Parameter zu, wobei die Ansprechschwelle im Vergleich zu einer Detektion der Schwenkwinkel mit Hilfe eines Winkelsensors besser ist. Falls also sämtliche Parameter mit Hilfe einer Messvorrichtung wie beispielsweise einem Messband gemessen werden, verlängert sich die Kalibrierzeit. Bei dem Hydraulikbagger ist es jedoch möglich, eine Zunahme der Arbeitszeit für die Kalibrierung auch bei einer großen Anzahl von Parametern zu verhindern, da die Kalibrierwerte der Parameter durch Berechnungen ermittelt werden.
Ein Hydraulikbagger-Kalibrierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Kalibrieren von Parametern in einem Hydraulikbagger (oder bei/für einen Hydraulikbagger). Der Hydraulikbagger umfasst einen Fahrzeugkörper mit einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, ein Arbeitsgerät, eine Winkeldetektoreinheit und eine Recheneinheit zum Berechnen einer aktuellen Position. Das Arbeitsgerät umfasst einen Ausleger, der an dem Fahrzeugkörper schwenkbar befestigt ist, einen Arm, der an dem Ausleger schwenkbar befestigt ist, und ein Arbeitswerkzeug, das an dem Arm schwenkbar befestigt ist. Die Winkeldetektoreinheit detektiert einen Schwenkwinkel des Auslegers bezüglich des Fahrzeugkörpers, einen Schwenkwinkel des Arms bezüglich des Auslegers und einen Schwenkwinkel des Arbeitswerkzeugs bezüglich des Arms. Die Recheneinheit zum Berechnen einer aktuellen Position berechnet die aktuelle Position eines in dem Arbeitswerkzeug enthaltenen Arbeitspunkts auf der Basis einer Mehrzahl von Parametern, die die Dimensionen und die Schwenkwinkel des Auslegers, des Arms und des Arbeitswerkzeugs angeben. Das Hydraulikbagger-Kalibrierverfahren umfasst einen Schritt des Eingebens einer Arbeitspunktpositions-Information in eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren der Parameter, wobei die Arbeitspunktpositions-Information eine durch eine externe Messvorrichtung gemessene Position eines vorgegebenen Referenzpunkts in einer Aktionsebene des Arbeitsgeräts und Koordinaten des Arbeitspunkts an einer Mehrzahl von durch die externe Messvorrichtung gemessenen Positionen, bei denen die Stellung des Arbeitsgeräts unterschiedlich ist, angibt, und einen Schritt des Berechnens von Kalibrierwerten der Parameter durch numerische Analyse auf der Basis der Arbeitspunktpositions-Information, die in das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem konvertiert wird, mit Hilfe der Kalibriervorrichtung.
Wirkungen der Erfindung
Bei dem Hydraulikbagger gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Kalibrierwerte der Parameter auf der Basis der Koordinaten des Arbeitspunkts an einer Mehrzahl von durch die externe Messvorrichtung gemessenen Positionen berechnet. Es ist daher nicht notwendig, die Werte der Parameter mit Hilfe einer Messvorrichtung wie beispielsweise einem Messband tatsächlich zu messen. Wahlweise ist es möglich, die Anzahl der Parameter, die tatsächlich eine Messung erfordern, zu reduzieren. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, die Werte der Parameter zu ändern, bis der tatsächliche Wert und der berechnete Wert der Positionskoordinaten übereinstimmen. Auf diese Weise lässt sich bei der Hydraulikbagger-Kalibriervorrichtung die Genauigkeit der Positionsdetektion des Arbeitspunkts verbessern, und es kann auch die Kalibrierzeit verkürzt werden. Ferner kann aufgrund der Berechnung der Kalibrierwerte der Parameter durch numerische Analyse ein einfaches Berechnen der Kalibrierwerte der Parameter ermöglicht werden.
Bei dem Hydraulikbagger gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Genauigkeit der Berechnung der Kalibrierwerte der Parameter auf der Basis einer Arbeitspunktpositions-Information verbessert werden, da die Kalibrierung auf der Basis der Koordinaten des Arbeitspunkts an verschiedenen Positionen erfolgt.
Bei dem Hydraulikbagger gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Genauigkeit der Berechnung der Kalibrierwerte der Parameter auf der Basis der Arbeitspunktpositions-Information weiter zu verbessern, da die Kalibrierung auf der Basis einer Position des Arbeitspunkts in einem Zustand erfolgt, in dem der Ausleger, der Arm oder das Arbeitswerkzeug maximal ausgestreckt oder auf das minimale Maß eingeklappt sind.
Bei dem Hydraulikbagger gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Genauigkeit der Berechnung der Kalibrierwerte der Parameter auf der Basis der Arbeitspunktpositions-Information weiter zu verbessern, da die Kalibrierung auf der Basis der Koordinaten des Arbeitspunkts an verschiedenen Positionen erfolgt.
Bei dem Hydraulikbagger gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Genauigkeit der Berechnung der Kalibrierwerte der Parameter auf der Basis der Arbeitspunktpositions-Information weiter zu verbessern, da die Kalibrierung auf der Basis der Koordinaten des Arbeitspunkts an verschiedenen Positionen erfolgt.
Bei dem Hydraulikbagger-Kalibrierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Kalibrierwerte der Parameter auf der Basis der Koordinaten des Arbeitspunkts an einer Mehrzahl von Positionen berechnet, die durch die externe Messvorrichtung gemessen werden. Daher ist es nicht notwendig, die Werte der Parameter mit Hilfe einer Messvorrichtung wie beispielsweise einem Messband tatsächlich zu messen. Wahlweise ist es möglich, die Anzahl der Parameter, die tatsächlich eine Messung erfordern, zu reduzieren. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, die Werte der Arbeitsgerät-Parameter zu ändern, bis der tatsächliche Wert und der berechnete Wert der Positionskoordinaten übereinstimmen. Auf diese Weise lässt sich bei der Hydraulikbagger-Kalibriervorrichtung die Genauigkeit der Positionsdetektion des Arbeitspunkts verbessern, und es kann auch die Kalibrierzeit verkürzt werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Darstellung eines Hydraulikbaggers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2(a)-2(c)sind schematische Darstellungen einer Konfiguration des Hydraulikbaggers;
3 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Konfiguration eines Steuersystems, das in dem Hydraulikbagger vorgesehen ist;
4 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels einer Konfiguration eines Geländemodells;
5 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Leitbilds;
6 ist eine Tabelle mit einer Auflistung von Parametern;
7 ist eine Seitenansicht eines Auslegers;
8 ist eine Seitenansicht eines Arms;
9 ist eine Seitenansicht eines Baggerlöffels und des Arms;
10 ist eine Seitenansicht des Baggerlöffels;
11 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Verfahrens zum Berechnen von Parametern, die die Länge von Zylindern angeben;
12 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Arbeitsabfolge bei der Kalibrierung, die von einer Bedienungsperson durchgeführt wird;
13 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Einstellposition einer externen Messvorrichtung;
14 ist eine Seitenansicht einer Position einer Messerkante bei fünf Stellungen eines Arbeitsgeräts;
15 ist eine Tabelle zur Auflistung der Hublängen von Zylindern entsprechend der jeweiligen Position eins bis fünf;
16 ist eine Aufsicht zur Darstellung von Positionen eines ersten Messpunkts und eines zweiten Messpunkts an einer Referenzantenne;
17 ist eine Aufsicht zur Darstellung von Positionen eines dritten Messpunkts und eines vierten Messpunkts an einer Richtungsantenne;
18 ist eine Aufsicht zur Darstellung von drei Positionen einer Messerkante unter verschiedenen Drehwinkeln;
19 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Bedienbildschirms einer Kalibriervorrichtung;
20 ist ein Funktions-Blockdiagramm zur Darstellung einer Verarbeitungsfunktion im Zusammenhang mit der Kalibrierung durch die Kalibriervorrichtung;
21 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Berechnen von Koordinaten-Konversionsinformationen;
22 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Berechnen von Koordinaten-Konversionsinformationen.

Beschreibung von Ausführungsformen
1. Konfiguration
1-1. Gesamtkonfiguration des Hydraulikbaggers
Im Folgenden werden eine Kalibriervorrichtung und ein Kalibrierverfahren für einen Hydraulikbagger gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Hydraulikbaggers 100, bei dem eine Kalibrierung durch das Kalibriersystem durchgeführt wird. Der Hydraulikbagger 100 hat einen Fahrzeugkörper 1 und ein Arbeitsgerät 2. Der Fahrzeugkörper 1 umfasst einen Drehkörper 3, eine Kabine 4 und eine Fahreinheit 5. Der Drehkörper 3 ist auf der Fahreinheit 5 drehbar montiert. Der Drehkörper 3 umfasst Vorrichtungen wie eine Hydraulikpumpe 37 (siehe 3), eine nicht dargestellte Antriebsmaschine und dergleichen. Die Kabine 4 ist in einem vorderen Bereich des Drehkörpers 3 angeordnet. Eine Display-Eingabevorrichtung 38 und eine Bedienvorrichtung 25, die später beschrieben werden, sind in der Kabine 4 vorgesehen (siehe 3). Die Fahreinheit 5 hat Raupen 5a und 5b, durch deren Drehung sich der Hydraulikbagger 100 bewegen kann.
Das Arbeitsgerät 2 ist an einem vorderen Bereich des Fahrzeugkörpers 1 befestigt und hat einen Ausleger 6, einen Arm 7, einen Baggerlöffel 8, einen Auslegerzylinder 10, einen Armzylinder 11 und einen Löffelzylinder 12. Ein unterer Endbereich des Auslegers ist mit einem Auslegerbolzen 13 schwenkbar an einem vorderen Endbereich des Fahrzeugkörpers 1 befestigt. Das heißt, der Auslegerbolzen 13 entspricht einer Schwenkachse des Auslegers 6 bezüglich des Drehkörpers 3. Der untere Endbereich des Arms 7 ist mit einem Armbolzen 14 schwenkbar an einem vorderen Endbereich des Auslegers 6 befestigt. Das heißt, der Armbolzen 14 entspricht einer Schwenkachse des Arms 7 bezüglich des Auslegers 6. Der Baggerlöffel 8 ist mit einem Löffelbolzen 15 schwenkbar an dem vorderen Endbereich des Arms 7 befestigt. Das heißt, der Löffelbolzen 15 entspricht einer Schwenkachse des Baggerlöffels 8 bezüglich des Arms 7.
Die 2(a) bis 2(c) sind Diagramme, die schematisch eine Konfiguration des Hydraulikbaggers 100 darstellen. 2(a) ist eine Seitenansicht des Hydraulikbaggers 100. 2(b) ist eine Rückansicht des Hydraulikbaggers 100. 2(c) ist eine Aufsicht des Hydraulikbaggers 100. Wie in 2(a) gezeigt ist, bezeichnet L1 eine Länge des Auslegers 6, d.h. eine Länge zwischen dem Auslegerbolzen 13 und dem Armbolzen 14, die äquivalent ist zu einem ersten Abstand in vorliegender Erfindung. L2 bezeichnet eine Länge des Arms 7, d.h. eine Länge zwischen dem Armbolzen 14 und dem Löffelbolzen 15, die äquivalent ist zu einem zweiten Abstand in vorliegender Erfindung. L3 bezeichnet eine Länge des Baggerlöffels 8, d.h. eine Länge zwischen dem Löffelbolzen 15 und einer Messerkante P des Baggerlöffels 8.
Der Auslegerzylinder 10, der Armzylinder 11 und der Löffelzylinder 12, die in 1 dargestellt sind, sind Hydraulikzylinder, die jeweils durch Hydraulikdruck angetrieben werden. Ein unterer Endbereich des Auslegerzylinders 10 ist mit einem unteren Bolzen 10a des Auslegerzylinders an dem Drehkörper 3 schwenkbar befestigt. Weiterhin ist ein oberer Endbereich des Auslegerzylinders 10 mit einem oberen Bolzen 10b des Auslegerzylinders an dem Ausleger 6 schwenkbar befestigt. Der Auslegerzylinder 10 wird durch den Hydraulikdruck für den Antrieb des Auslegers 6 aus- und eingefahren. Ein unterer Endbereich des Armzylinders 11 ist mit einem unteren Bolzen 11a des Armzylinders an dem Ausleger 6 schwenkbar befestigt. Darüber hinaus ist ein oberer Endbereich des Armzylinders 11 mit einem oberen Bolzen 11b des Armzylinders an dem Arm 7 schwenkbar befestigt. Der Armzylinder 11 wird durch den Hydraulikdruck für den Antrieb des Arms 7 aus- und eingefahren. Ein unterer Endbereich des Löffelzylinders 12 ist mit einem unteren Bolzen 12a des Löffelzylinders an dem Arm 7 schwenkbar befestigt. Darüber hinaus ist ein vorderer Endbereich des Löffelzylinders 12 mit einem oberen Bolzen 12b des Löffelzylinders an einem Ende eines ersten Verbindungselements 47 und an einem Ende eines zweiten Verbindungselements 48 schwenkbar befestigt. Das andere Ende des ersten Verbindungselements 47 ist mit einem ersten Anlenkbolzen 47a an dem oberen Endbereich des Arms 7 schwenkbar befestigt. Das andere Ende des zweiten Verbindungselements 48 ist mit einem zweiten Anlenkbolzen 48a an dem Baggerlöffel 8 schwenkbar befestigt. Der Löffelzylinder 12 wird durch den Hydraulikdruck für den Antrieb des Baggerlöffels aus- und eingefahren.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Steuersystems zeigt, das in dem Hydraulikbagger 100 vorgesehen ist. Eine erste bis dritte Winkeldetektoreinheit 16 bis 18 sind jeweils in dem Ausleger 6, dem Arm 7 und dem Baggerlöffel 8 vorgesehen. Die erste bis dritte Winkeldetektoreinheit 16 bis 18 sind Hubsensoren und detektieren indirekt einen Schwenkwinkel des Auslegers 6 relativ zu dem Fahrzeugkörper 1, einen Schwenkwinkel des Arms 7 relativ zu dem Ausleger 6 und einen Schwenkwinkel des Baggerlöffels 8 relativ zu dem Arm 7, indem jeweils die Hublängen der Zylinder 10 bis 12 detektiert werden. Insbesondere detektiert die erste Winkeldetektoreinheit 16 die Hublänge des Auslegerzylinders 10. Ein Display-Controller 39, der später beschrieben wird, berechnet einen Schwenkwinkel α des Auslegers 6 relativ zur z-Achse eines in 2(a) gezeigten Fahrzeugkörper-Koordinatensystems aus der Hublänge des Auslegerzylinders 10, die durch die erste Winkeldetektoreinheit 16 detektiert wird. Die zweite Winkeldetektoreinheit 17 detektiert die Hublänge des Armzylinders 11. Der Display-Controller 39 berechnet einen Schwenkwinkel β des Arms 7 relativ zu dem Ausleger 6 aus der Hublänge des Armzylinders 11, die durch die zweite Winkeldetektoreinheit 17 detektiert wird. Der dritte Winkeldetektor 18 detektiert die Hublänge des Löffelzylinders 12. Der Display-Controller 39 berechnet einen Schwenkwinkel γ des Baggerzylinders 8 relativ zu dem Arm 7 aus der Hublänge des Löffelzylinders 12, die durch die dritte Winkeldetektoreinheit 18 detektiert wird. Ein Verfahren zum Berechnen der Schwenkwinkel α, β und γ wird an späterer Stelle im Detail beschrieben.
Wie in 2(a) gezeigt ist, ist in dem Fahrzeugkörper 1 eine Positionsdetektoreinheit 19 vorgesehen. Die Positionsdetektoreinheit 19 detektiert die aktuelle Position des Fahrzeugkörpers des Hydraulikbaggers 100. Die Positionsdetektoreinheit 19 hat zwei Antennen 21 und 22 für RTK-GNSS (Globale Navigationssatellitensysteme mit Echtzeitkinematik), die in 1 gezeigt sind, und einen dreidimensionalen Positionssensor 23, der in 2(a) gezeigt ist. Die Antennen 21 und 22 sind derart angeordnet, das sie entlang der y-Achse (siehe 2(c)) des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems x-y-z, das später beschrieben wird, um einen bestimmten Abstand auseinanderliegen. Ein Signal gemäß GNSS-Funkwellen, die durch die Antennen 21 und 22 empfangen werden, wird in den dreidimensionalen Positionssensor 23 eingegeben. Der dreidimensionale Positionssensor 23 detektiert die aktuelle Position der Antennen 21 und 22 in einem globalen Koordinatensystem. Hier ist das globale Koordinatensystem ein Koordinatensystem, das mit Hilfe von GNSS gemessen wird, und ist hinsichtlich seines Ursprungs ein Koordinatensystem, das geländefixiert ist. Dagegen ist das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, das später beschrieben wird, ein Koordinatensystem, das hinsichtlich seines Ursprungs an dem Fahrzeugkörper 1 fixiert ist (insbesondere an dem Drehkörper 3). Die Antenne 21 (nachstehend als „Referenzantenne 21“ bezeichnet) ist eine Antenne zum Detektieren der aktuellen Position des Fahrzeugkörpers 1. Die Antenne 22 (nachstehend als „Richtungsantenne 22“ bezeichnet) ist eine Antenne zum Detektieren der Orientierung des Fahrzeugkörpers 1 (insbesondere des Drehkörpers 3). Die Positionsdetektoreinheit 19 detektiert den Richtungswinkel der x-Achse des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems in dem globalen Koordinatensystem, das später beschrieben wird, unter Verwendung der Positionen der Referenzantenne 21 und der Richtungsantenne 22. Hier können die Antennen 21 und 22 GPS-Antennen sein.
Wie 3 zeigt, sind in dem Fahrzeugkörper 1 ein Rollwinkelsensor 24 und ein Längsneigungswinkelsensor 29 vorgesehen. Der Rollwinkelsensor 24 detektiert einen Neigungswinkel θ1 (nachstehend als „Rollwinkel θ1“ bezeichnet) in der Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers 1 hinsichtlich der Schwerkraftrichtung (vertikale Richtung), wie in 2(b) dargestellt. Die Breitenrichtung bedeutet in der vorliegenden Ausführungsform die Breitenrichtung des Baggerlöffels 8 und stimmt mit der Breitenrichtung des Fahrzeugs überein. Es kann jedoch sein, dass die Breitenrichtung des Baggerlöffels 8 und die Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers nicht übereinstimmen, falls das Arbeitsgerät 2 mit einem Kipplöffel versehen ist, wie später noch erläutert wird. Der Längsneigungswinkelsensor 29 detektiert einen Neigungswinkel θ2 (nachstehend als „Längsneigungswinkel θ2“ bezeichnet) in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers 1 bezüglich der Schwerkraftrichtung, wie in 2(a) dargestellt.
Wie 3 zeigt, umfasst der Hydraulikbagger 100 die Bedienvorrichtung 25, einen Arbeitsgerät-Controller 26, eine Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 27 und die Hydraulikpumpe 37. Die Bedienvorrichtung 25 hat ein Arbeitsgerät-Betätigungselement 31, eine Arbeitsgerätbetätigungs-Detektoreinheit 32, ein Fahrbetätigungselement 33, eine Fahrbetätigungs-Detektoreinheit 43, ein Drehbetätigungselement 51 und eine Drehbetätigungs-Detektoreinheit 52. Das Arbeitsgerät-Betätigungselement 31 ist ein Element, mit welchem ein Maschinenführer das Arbeitsgerät 2 bedienen kann, und ist zum Beispiel ein Bedienhebel. Die Arbeitsgerätbetätigungs-Detektoreinheit 32 detektiert Details der Betätigung, die mit Hilfe des Arbeitsgerät-Betätigungselements 31 eingegeben werden, und überträgt die Details als Detektionssignal zu dem Arbeitsgerät-Controller 26. Das Fahrbetätigungselement 33 ist ein Element, das ein Maschinenführer für den Fahrbetrieb des Hydraulikbaggers 100 betätigen kann, und ist zum Beispiel ein Bedienhebel. Die Fahrbetätigungs-Detektoreinheit 34 detektiert Details einer Betätigung, die durch das Fahrbetätigungselement 33 eingegeben werden, und überträgt die Details als Detektionssignal zu dem Arbeitsgerät-Controller 26. Das Drehbetätigungselement 51 ist ein Element, mit welchem ein Maschinenführer die Drehung des Drehkörpers 3 bewerkstelligt, und ist zum Beispiel ein Bedienhebel. Die Drehbetätigungs-Detektoreinheit 52 detektiert Details der Betätigung, die mit Hilfe des Drehbetätigungselements 51 eingegeben werden, und überträgt die Details als Detektionssignal zu dem Arbeitsgerät-Controller 26.
Der Arbeitsgerät-Controller 26 hat eine Speichereinheit 35 wie ein RAM oder ein ROM und eine Recheneinheit 36 wie beispielsweise eine CPU. Der Arbeitsgerät-Controller 26 steuert hauptsächlich die Aktionen des Arbeitsgeräts 2 und die Drehung des Drehkörpers 3. Der Arbeitsgerät-Controller 26 erzeugt ein Steuersignal, um zu veranlassen, dass das Arbeitsgerät 2 Aktionen entsprechend der Bedienung des Arbeitsgerät- Bedienelements 31 durchführt, und gibt das Steuersignal an die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 27 aus. Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 27 hat eine Hydrauliksteuermaschine wie beispielsweise ein Proportionalsteuerventil. Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 27 steuert die Durchflussmenge des Hydraulikfluids, das von der Hydraulikpumpe 37 zu den Hydraulikzylindern 10 bis 12 geleitet wird, auf der Basis des Steuersignals von dem Arbeitsgerät-Controller 26. Die Hydraulikzylinder 10 bis 12 werden entsprechend dem von der Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 27 zugeleiteten Hydraulikfluid angetrieben, wodurch das Arbeitsgerät 2 die Aktionen ausführt. Darüber hinaus erzeugt der Arbeitsgerät-Controller 26 ein Steuersignal, um eine Drehung des Drehkörpers 3 entsprechend der Betätigung des Drehbetätigungselements 51 durchzuführen, und gibt das Steuersignal an einen Drehmotor 49 aus. Hierdurch wird der Drehmotor 49 angetrieben und die Drehung des Drehkörpers 3 ausgeführt.
1-2. Konfiguration des Displaysystems 28
In dem Hydraulikbagger 28 ist ein Displaysystem 28 montiert. Das Displaysystem 28 ist ein System, das für einen Maschinenführer Informationen bereitstellt, um ein Gelände entsprechend einer Modellfläche zu gestalten, die später noch beschrieben wird, indem die Geländefläche in einem Arbeitsbereich mit dem Bagger bearbeitet wird. Das Displaysystem 28 hat eine Display-Eingabevorrichtung 38 und einen Display-Controller 39.
Die Display-Eingabevorrichtung 38 hat eine Eingabeeinheit 41 in Form eines Tastfeldes und eine Displayeinheit 42 wie beispielsweise ein LCD. Die Display-Eingabevorrichtung 38 zeigt ein Leitbild an, um Informationen für den Baggervorgang bereitzustellen. Außerdem werden verschiedene Arten von Tasten auf dem Leitbild angezeigt. Die Bedienungsperson kann verschiedenartige Funktionen des Displaysystems 28 abrufen, indem sie die verschiedenen Arten von Tasten auf dem Leitbild berührt. Das Leitbild wird an späterer Stelle näher erläutert.
Der Display-Controller 39 führt die verschiedenen Arten von Funktionen des Displaysystems 28 aus. Der Display-Controller 39 und der Arbeitsgerät-Controller 26 können über drahtlose oder verdrahtete Kommunikationsmittel miteinander in Verbindung stehen. Der Display-Controller 39 hat eine Speichereinheit 43 wie ein RAM oder ein ROM und eine Recheneinheit 44 wie eine CPU. Die Recheneinheit 44 führt verschiedene Berechnungen aus, um das Leitbild auf der Basis von verschiedenen Daten, die in der Speichereinheit 43 gespeichert sind, und der Detektionsergebnisse der Positionsdetektoreinheit 19 anzuzeigen.
Es wird vorab ein Geländemodell erstellt und in der Speichereinheit 43 des Display-Controllers 39 gespeichert. Die Daten des Geländemodells sind Informationen, die sich auf die dreidimensionale Gestalt und auf die Positionen des Geländemodells beziehen. Das Geländemodell gibt eine Zielform der Geländefläche an, die das Arbeitsziel bildet. Der Display-Controller 39 zeigt das Leitbild auf der Display-Eingabevorrichtung 38 auf der Basis der Daten des Geländemodells und der Daten des Detektionsergebnisses der vorstehend beschriebenen verschiedenen Sensoren an. Insbesondere ist das Geländemodell derart konfiguriert, dass es eine Vielzahl von Modellflächen verwendet, die jeweils durch ein Dreieckpolygon dargestellt sind, wie in 4 gezeigt. Vorliegend sind nur einige der Modellflächen mit dem Bezugszeichen 45 gekennzeichnet, wohingegen die Kennzeichnung der anderen Modellflächen entfällt. Die Bedienungsperson wählt aus der Mehrzahl von Modellflächen 45 eine oder mehrere Modellflächen 45 als Zielfläche 70 aus. Der Display-Controller zeigt das Leitbild auf der Display-Eingabevorrichtung 38 an, um dem Maschinenführer die Position der Zielfläche 70 mitzuteilen.
2. Leitbild
Nachstehend wird das Leitbild im Einzelnen beschrieben. Das Leitbild ist ein Bildschirmbild, das das Positionsverhältnis der Zielfläche 70 und der Messerkante des Baggerlöffels 8 darstellt und dazu dient, das Arbeitsgerät 2 des Hydraulikbaggers 100 so zu lenken, dass die Geländefläche, die die Zielfläche bildet, eine Form/Gestalt annimmt, die an die Zielfläche 70 angeglichen ist.
2-1. Konfiguration des Leitbilds
Ein Leitbild 53 ist in 5 dargestellt. Das Leitbild 53 enthält eine Aufsicht 53a, die das Geländemodell des Arbeitsbereichs und die aktuelle Position des Hydraulikbaggers 100 zeigt, und eine Seitenansicht 53b, die das Positionsverhältnis der Zielfläche 70 und des Hydraulikbaggers 100 zeigt.
Die Aufsicht 53a in dem Leitbild 53 stellt das Geländemodell von oben betrachtet dar, wofür eine Mehrzahl von Dreieckpolygonen verwendet wird. Insbesondere zeigt die Aufsicht 53a das Geländemodell mit der Rotationsebene des Hydraulikbaggers 100 als Projektionsfläche. Dementsprechend ist die Aufsicht 53a eine Ansicht direkt von oberhalb des Hydraulikbaggers 100, und die Modellflächen 45 kippen, wenn der Hydraulikbagger 100 kippt. Außerdem wird die Zielfläche 70, die aus der Mehrzahl von Modellflächen 45 ausgewählt wird, in einer anderen Farbe dargestellt als die anderen Modellflächen 45. Vorliegend wird die aktuelle Position des Hydraulikbaggers 100 in 5 mit einem Hydraulikbagger-Piktogramm 61 von oben betrachtet dargestellt, wobei die Darstellung auch mit einem anderen Symbol erfolgen kann. Die Aufsicht 53a enthält außerdem Informationen, die dazu dienen, den Hydraulikbagger 100 direkt gegenüber der Zielfläche 70 in Anordnung zu bringen. Die Information, die dazu dient, den Hydraulikbagger 100 direkt gegenüber der Zielfläche 70 in Anordnung zu bringen, wird als Gegenüberstellungskompass 73 angezeigt. Der Gegenüberstellungskompass 73 ist ein Piktogramm, das die direkt zur Zielfläche 70 weisende Richtung und die Richtung angibt, in die sich der Hydraulikbagger 100 drehen muss. Mit Hilfe des Gegenüberstellungskompasses 73 kann die Bedienungsperson den Grad bestätigen, unter welchem der Hydraulikbagger 100 der Zielfläche gegenüberliegt.
Die Seitenansicht 53b des Leitbilds enthält eine Abbildung des Positionsverhältnisses der Zielfläche 70 und der Messerkante des Baggerlöffels 8 und die Abstandsinformation 88, die den Abstand zwischen der Zielfläche 70 und der Messerkante des Baggerlöffels 8 angibt. Insbesondere enthält die Seitenansicht 53b eine Modellflächenlinie 81, eine Zielflächenlinie 82 und ein Piktogramm 75 des Hydraulikbaggers 100 von der Seite betrachtet. Die Modellflächenlinie 81 gibt einen Querschnitt der Modellfläche 45 an, mit Ausnahme der Zielfläche 70. Die Zielflächenlinie 82 gibt einen Querschnitt der Zielfläche 70 an. Wie in 4 gezeigt ist, werden die Modellflächenlinie 81 und die Zielflächenlinie 82 ermittelt, indem eine Schnittlinie 80 der Modellfläche 45 und einer Ebene 77 berechnet wird, die durch die aktuelle Position eines Mittelpunkts P der Messerkante des Baggerlöffels 8 in der Breitenrichtung (nachstehend einfach als „Messerkante des Baggerlöffels 8“ bezeichnet) verläuft. Das Verfahren zum Berechnen der aktuellen Position der Messerkante des Baggerlöffels 8 wird an späterer Stelle im Detail erläutert.
Wie oben erwähnt, wird das relative Positionsverhältnis der Modellflächenlinie 81, der Zielflächenlinie 82 und des Hydraulikbaggers 100 einschließlich des Baggerlöffels 8 unter Verwendung von Abbildungen in dem Leitbild 53 angezeigt. Die Bedienungsperson kann die Messerkante des Baggerlöffels 8 derart einstellen, dass diese sich entlang der Zielflächenlinie 79 bewegt und das aktuelle Gelände dadurch die Gestalt/Form des Geländemodells erhält. Dadurch gestaltet sich der Baggervorgang einfach.
2-2. Verfahren zum Berechnen der Messerkantenposition
Nachstehend wird das vorgenannte Verfahren zum Berechnen der Position der Messerkante 8 des Baggerlöffels im Einzelnen erläutert. Die Recheneinheit 44 des Display-Controllers 39 berechnet die aktuelle Position der Messerkante des Baggerlöffels 8 auf der Basis der Detektionsergebnisse der Positionsdetektoreinheit 19 und einer Mehrzahl von Parametern, die in der Speichereinheit 43 gespeichert sind. Eine Liste mit Parametern, die in der Speichereinheit 43 gespeichert sind, ist in 6 gezeigt. Die Parameter enthalten Arbeitsgerät-Parameter und Antennen-Parameter. Die Arbeitsgerät-Parameter enthalten eine Mehrzahl von Parametern, die die Dimensionen und die Schwenkwinkel des Auslegers 6, des Arms 7 und des Baggerlöffels 8 angeben. Die Antennen-Parameter enthalten eine Mehrzahl von Parametern, die das Positionsverhältnis der Antennen 21 und 22 und des Auslegers 6 angeben. Wie 3 zeigt, hat die Recheneinheit 44 eine erste Recheneinheit 44a zum Berechnen der aktuellen Position und eine zweite Recheneinheit 44b zum Berechnen der aktuellen Position. Die erste Recheneinheit 44a zum Berechnen der aktuellen Position berechnet die aktuelle Position der Messerkante des Baggerlöffels 8 in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem auf der Basis der Arbeitsgerät-Parameter. Die zweite Recheneinheit 44b zum Berechnen der aktuellen Position berechnet die aktuelle Position der Messerkante des Baggerlöffels 8 in dem globalen Koordinatensystem anhand der Antennen-Parameter, der aktuellen Positionen der Antennen 21 und 22 in dem globalen Koordinatensystem, die durch die Positionsdetektoreinheit 19 detektiert werden, und der aktuellen Position der Messerkante des Baggerlöffels 8 in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, die durch die erste Recheneinheit 44a zum Berechnen der aktuellen Position berechnet wird. Insbesondere wird die aktuelle Position der Messerkante des Baggerlöffels 8 wie folgt ermittelt.
Wie in 2 dargestellt ist, wird zunächst das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem x-y-z erstellt, dessen Ursprung der Schnittpunkt des Schafts des Auslegerbolzens 13 und der später beschriebenen Aktionsebene des Arbeitsgeräts 2 ist. In der nachstehenden Beschreibung bedeutet die Position des Auslegerbolzens 13 eine Position eines Mittelpunkts des Auslegerbolzens 13 in der Breitenrichtung des Fahrzeugs. Außerdem werden die aktuellen Schwenkwinkel α, β und γ des Auslegers 6, des Arms 7 und des Baggerlöffels 8, die vorstehend beschrieben wurden, jeweils aus den Detektionsergebnissen der ersten bis dritten Winkeldetektoreinheit 16 bis 18 berechnet. Das Verfahren zum Berechnen der Schwenkwinkel α, β und γ wird später beschrieben. Die Koordinaten (x, y, z) der Messerkante des Baggerlöffels 8 in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem werden mit nachstehender Gleichung 1 berechnet, jeweils unter Verwendung der Schwenkwinkel α, β und γ des Auslegers 6, des Arms 7 und des Baggerlöffels 8 und der Längen L1, L2 und L3 des Auslegers 6, des Arms 7 und des Baggerlöffels 8. $\begin{array}{l} x = L 1 sin α + L 2 sin (α + β) + L 3 sin (α + β + γ) \\ y = 0 \\ z = L 1 cos α + L 2 cos (α + β) + L 3 cos (α + β + γ) \end{array}$
Zudem werden die Koordinaten (x, y, z) der Messerkante des Baggerlöffels 8 in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, die anhand von Gleichung 1 ermittelt wurden, mit Hilfe nachstehender Gleichung 2 in Koordinaten (X, Y, Z) des globalen Koordinatensystems umgewandelt. $(\begin{matrix} X \\ Y \\ Z \end{matrix}) = (\begin{matrix} cos κ cos φ & cos κ sin ω + sin κ cos ω & - cos κ sin φ cos ω + sin κ sin ω \\ - sin κ cos φ & - sin κ sin φ sin ω + cos κ cos ω & sin κ sin φ cos ω + cos κ sin ω \\ sin φ & - cos φ sin ω & cos φ cos ω \end{matrix}) (\begin{matrix} x \\ y \\ z \end{matrix}) + (\begin{matrix} A \\ B \\ C \end{matrix})$
Hier werden ω, φ und κ wie folgt ausgedrückt. $ω = arcsin (\frac{sin θ 1}{cos φ})$
$φ = θ 2$
$κ = - θ 3$
Dabei ist, wie vorstehend angegeben, θ1 der Rollwinkel. θ2 ist der Längsneigungswinkel. Zusätzlich ist θ3 ein Gierwinkel und ist ein Richtungswinkel der x-Achse des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems in dem globalen Koordinatensystem, das oben beschrieben wurde. Dementsprechend wird der Gierwinkel θ3 auf der Basis der Positionen der Referenzantenne 21 und der Richtungsantenne 22 berechnet, die durch die Positionsdetektoreinheit 19 detektiert werden. (A, B, C) sind Koordinaten des Ursprungs des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems in dem globalen Koordinatensystem. Die vorstehend beschriebenen Antennen-Parameter geben das Positionsverhältnis der Antennen 21 und 22 und den Ursprung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems an, d.h. das Positionsverhältnis der Antennen 21 und 22 und des Mittelpunkts des Auslegerbolzens 13 in der Breitenrichtung des Fahrzeugs. Wie in den 2(b) und 2(c) dargestellt ist, enthalten die Antennen-Parameter insbesondere einen Abstand Lbbx zwischen dem Auslegerbolzen 13 und der Referenzantenne 21 in der x-Achsenrichtung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems, einen Abstand Lbby zwischen dem Auslegerbolzen 13 und der Referenzantenne 21 in der y-Achsenrichtung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems und einen Abstand Lbbz zwischen dem Auslegerbolzen 13 und der Referenzantenne 21 in der z-Achsenrichtung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems. Darüber hinaus enthalten die Antennen-Parameter einen Abstand Lbdx zwischen dem Auslegerbolzen 13 und der Richtungsantenne 22 in der x-Achsenrichtung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems, einen Abstand Lbdy zwischen dem Auslegerbolzen 13 und der Richtungsantenne 22 in der y-Achsenrichtung des Fahrzeughauptkörper-Koordinatensystems und einen Abstand Lbdz zwischen dem Ausleger 13 und der Richtungsantenne 22 in der z-Achsenrichtung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems. (A, B, C) wird auf der Basis der Antennen-Parameter und der Koordinaten der Antennen 21 und 22 in dem globalen Koordinatensystem berechnet, in dem die Antennen 21 und 22 detektiert werden.
Wie in 4 gezeigt ist, berechnet der Display-Controller 39 die Schnittlinie 80 des dreidimensionalen Geländemodells und der Ebene 77, die durch die Messerkante des Baggerlöffels 8 verläuft, auf der Basis der aktuellen Position der Messerkante P des Baggerlöffels 8, die wie vorstehend beschrieben berechnet wurde, und der in der Speichereinheit 43 gespeicherten Daten des Geländemodells. Anschließend berechnet der Display-Controller 39 einen Teil der Schnittlinie 80, der als die vorstehend beschriebene Zielflächenlinie 82 durch die Zielfläche 70 verläuft. Ein Teil der Schnittlinie 80, mit Ausnahme der Zielflächenlinie 82, wird als Modelflächenlinie 81 berechnet.
2-3. Verfahren zum Berechnen der Schwenkwinkel α, β und γ
Nachstehend wird ein Verfahren beschrieben zum Berechnen der Schwenkwinkel α, β und γ des Auslegers 6, des Arms 7 und des Baggerlöffels 8 aus den Detektionsergebnissen der ersten bis dritten Winkeldetektoreinheit 16 bis 18.
7 ist eine Seitenansicht des Auslegers 6. Der Schwenkwinkel α des Auslegers wird durch nachstehende Gleichung 3 angegeben, unter Verwendung der Arbeitsgerät-Parameter, die in 7 gezeigt sind. $α = arctan (- \frac{L b o o m 2_x}{L b o o m 2_z}) - arccos (\frac{L b o o m 1^{2} + L b o o m 2^{2} - b o o m_c y l^{2}}{2 * L b o o m 1 * L b o o m 2}) + arctan (\frac{L b o o m 1_z}{L b o o m 1_x})$
Wie 7 zeigt, ist Lboom_2x ein Abstand zwischen dem unteren Bolzen 10a des Auslegerzylinders und dem Auslegerbolzen 13 in der horizontalen Richtung des Fahrzeugkörpers 2, an dem der Ausleger 6 befestigt ist (d.h. äquivalent zur x-Achsenrichtung in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem). Lboom_2z ist ein Abstand zwischen dem unteren Bolzen 10a des Auslegerzylinders und dem Auslegerbolzen 13 in der vertikalen Richtung des Fahrzeughauptkörpers 2, an dem der Ausleger 6 befestigt ist (d.h. äquivalent zur z-Achsenrichtung in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem). Lboom1 ist ein Abstand zwischen dem oberen Bolzen 10b des Auslegerzylinders und dem Auslegerbolzen 13. Lboom2 ist ein Abstand zwischen dem unteren Bolzen 10a des Auslegerzylinders und dem Auslegerbolzen 13. boom_cyl ist ein Abstand zwischen dem unteren Bolzen 10a des Auslegerzylinders und dem oberen Bolzen 10b des Auslegerzylinders. Lboom 1_z ist ein Abstand zwischen dem oberen Bolzen 10b des Auslegerzylinders und dem Auslegerbolzen 13 in zboom-Achsenrichtung. Hier wird eine Richtung, die den Auslegerbolzen 13 und den Armbolzen 14 von der Seite betrachtet verbindet, als xboom-Achse bestimmt, und eine zur xboom-Achse senkrechte Richtung ist als zboom-Achse bestimmt. Lboom1_x ist ein Abstand zwischen dem oberen Bolzen 10b des Auslegerzylinders und dem Auslegerbolzen 13 in einer xboom-Achsensrichtung.
8 ist eine Seitenansicht des Arms 7. Der Schwenkwinkel β des Arms wird durch nachstehende Gleichung 4 angegeben, unter Verwendung der Arbeitsgerät-Parameter, die in 7 und 8 gezeigt sind. $\begin{array}{l} β = arctan (- \frac{L b o o m 3_z}{L b o o m 3_x}) + arccos (\frac{L b o o m 3^{2} + L a r m 2^{2} - a r m_c y l^{2}}{2 * L a r m 3 * L a r m 2}) + arctan (\frac{L a r m 2_x}{L a r m_z}) \\ + arctan (\frac{L a r m 1_x}{L a r m 1_z}) - π \end{array}$
Wie in 7 gezeigt ist, ist Lboom3_z ein Abstand zwischen dem unteren Bolzen 11a des Armzylinders und dem Armbolzen 14 in der zboom-Achsenrichtung. Lboom3_x ist ein Abstand zwischen dem unteren Bolzen 11 a des Armzylinders und dem Armbolzen 14 in der xboom-Achsenrichtung. Lboom 3 ist ein Abstand zwischen dem unteren Bolzen 11a des Armzylinders und dem Armbolzen 14. Wie 8 zeigt, ist Larm2 ein Abstand zwischen dem oberen Bolzen1 1b des Armzylinders und dem Armzylinder 14. Wie 7 zeigt, ist arm_cyl ein Abstand zwischen dem unteren Bolzen 11a des Armzylinders und dem oberen Bolzen 11b des Armzylinders. Wie 8 zeigt, ist Larm2_x ein Abstand zwischen dem oberen Bolzen 11b des Armzylinders und dem Armbolzen 14 in einer xarm2-Achsenrichtung. Larm2_z ist ein Abstand zwischen dem oberen Bolzen 11b des Armzylinders und dem Armbolzen 14 in einer zarm2-Achsenrichtung. Hier wird eine Richtung, die den oberen Bolzen 11b des Armzylinders und den Löffelbolzen 12 von der Seite betrachtet verbindet, als xarm2-Achse bestimmt, und eine zur xarm2-Achse senkrechte Richtung wird als zarm2-Achse bestimmt. Larm1_x ist ein Abstand zwischen dem Armbolzen 14 und dem Löffelbolzen 15 in der xarm2-Achsenrichtung. Larm1_z ist ein Abstand zwischen dem Armbolzen 14 und dem Löffelbolzen 15 in der zarm2-Achsenrichtung. Hier wird eine Richtung, die den Armbolzen 14 und den Löffelbolzen 15 von der Seite betrachtet verbindet, als xarm1-Achse bestimmt. Der Schwenkwinkel β des Arms 7 ist ein Winkel, der durch die xboom-Achse und die x-arm1-Achse gebildet wird.
9 ist eine Seitenansicht des Baggerlöffels 8 und des Arms 7. 10 ist eine Seitenansicht des Baggerlöffels 8. Der Schwenkwinkel γ des Baggerlöffels 8 wird durch nachstehende Gleichung 5 angegeben, unter Verwendung der Arbeitsgerät-Parameter, die in den 8 bis 10 gezeigt sind. $\begin{array}{l} γ = arctan (\frac{L a r m 1_z}{L a r m 1_x}) + arctan (\frac{L a r m 3_z 2}{L a r m 3_x 2}) + arccos (\frac{L t m p^{2} + L a r m 4^{2} - L b u c k e t 1^{2}}{2 * L t m p * L a r m 4}) \\ + arccos (\frac{L t m p^{2} + L b u c k e t 3^{2} - L b u c k e t 2^{2}}{2 * L t m p * L b u c k e t 3}) + arctan (\frac{L b u c k e t 4_x}{L b u c k e t 4_z}) + \frac{π}{2} - π \end{array}$
Wie in 8 gezeigt ist, ist Larm3_z2 ein Abstand zwischen dem ersten Anlenkbolzen 47a und dem Löffelbolzen 15 in der zarm2-Achsenrichtung.
Larm3_x2 ist ein Abstand zwischen dem ersten Anlenkbolzen 47a und dem Löffelbolzen 15 in der xarm2-Achsensrichtung. Wie 9 zeigt, ist Ltmp ein Abstand zwischen dem oberen Bolzen 12b des Löffelzylinders und dem Löffelbolzen 15. Larm4 ist ein Abstand zwischen dem ersten Anlenkbolzen 47a und dem Löffelbolzen 15. Lbucket 1 ist ein Abstand zwischen dem oberen Bolzen 12b des Löffelzylinders und dem ersten Anlenkbolzen 47a. Lbucket3 ist ein Abstand zwischen dem Löffelbolzen 15 und dem zweiten Anlenkbolzen 48a. Lbucket2 ist ein Abstand zwischen dem oberen Bolzen 12b des Löffelzylinders und dem zweiten Anlenkbolzen 48a. Wie 10 zeigt, ist Lbucket4_x ein Abstand zwischen dem Löffelbolzen 15 und dem zweiten Anlenkbolzen 48a in einer xbucket-Achsenrichtung. Lbucket4_z ist ein Abstand zwischen dem Löffelbolzen 15 und dem zweiten Anlenkbolzen 48a in einer zbucket-Achsensrichtung. Hier wird eine Richtung, die den Löffelbolzen 15 und die Messerkante P des Baggerlöffels 8 bei Betrachtung von der Seite verbindet, als xbucket-Achse bestimmt, und eine zur xbucket-Achse senkrechte Richtung wird als zbucket-Achse bestimmt. Der Schwenkwinkel γ des Baggerlöffels 8 ist ein Winkel, der durch die xbucket-Achse und die xarm1-Achse gebildet wird. Der vorstehend genannte Abstand Ltmp wird durch nachstehende Gleichung 6 angegeben. $\begin{array}{l} L t m p = \sqrt{L a r m 4^{2} + L b u c k e t 1^{2} - 2 L a r m 4 * L b u c k e t 1 * cos ϕ} \\ ϕ = π \sqrt{\frac{L a r m 3_z 2}{L a r m 3_x 2}} - \sqrt{\frac{L a r m 3_z 1 - L a r m 3_z 2}{L a r m 3_x 1 - L a r m 3_x 2}} \\ - arccos {\frac{L b u c k e t 1^{2} + L a r m 3^{2} - b u c k e t_c y l^{2}}{2 * L b u c k e t 1 * L a r m 3}} \end{array}$
Hier ist Larm3, wie in 8 gezeigt, ein Abstand zwischen dem unteren Bolzen 12a des Löffelzylinders und dem ersten Anlenkbolzen 47a. Larm3_x1 ist ein Abstand zwischen dem unteren Bolzen 12a des Löffelzylinders und dem Löffelbolzen 15 in der xarm2-Achsenrichtung. Larm3_z1 ist ein Abstand zwischen dem unteren Bolzen 12a des Löffelzylinders und dem Löffelbolzen 15 in der zarm2-Achsenrichtung.
Außerdem ist der vorstehende Wert boom_cyl ein Wert, der ermittelt wird durch die Addition eines Auslegerzylinderversatzes boft mit einer Hublänge bss des Auslegerzylinders 10, die durch die erste Winkeldetektoreinheit 16 detektiert wird, wie in 11 gezeigt. Ebenso ist arm-cyl ein Wert, der ermittelt wird durch die Addition eines Armzylinderversatzes aoft mit einer Hublänge ass des Armzylinders 11, die durch die zweite Winkeldetektoreinheit 17 detektiert wird. Ebenso ist bucket_cyl ein Wert, der ermittelt wird durch die Addition eines Löffelzylinderversatzes bkoft, der den Mindestabstand des Löffelzylinders 12 einschließt, mit einer Hublänge bkss des Löffelzylinders 12, die durch die dritte Winkeldetektoreinheit 18 detektiert wird.
3. Kalibriervorrichtung 60
Die Kalibriervorrichtung 60 ist in dem Hydraulikbagger 100 eine Vorrichtung zum Kalibrieren der Parameter, die für die Berechnung der vorgenannten Schwenkwinkel α, β und γ und für die Berechnung der Position der Messerkante des Baggerlöffels 8 notwendig sind. Die Kalibriervorrichtung 60 ist konfiguriert durch ein Kalibriersystem zum Kalibrieren der vorstehend im Zusammenhang mit dem Hydraulikbagger 100 beschriebenen Parameter und eine externe Messvorrichtung 62. Die externe Messvorrichtung 62 ist eine Vorrichtung, die die Position der Messerkante des Baggerlöffels 8 misst, und ist beispielsweise eine Totalstation. Die Kalibriervorrichtung 60 kann in einer verdrahteten oder drahtlosen Datenverbindung mit der externen Messvorrichtung 62 stehen. Darüber hinaus kann die Kalibriervorrichtung 60 mit dem Display-Controller 39 verdrahtet oder drahtlos in Verbindung stehen. Die Kalibriervorrichtung 60 führt eine Kalibrierung der in 6 gezeigten Parameter auf der Basis von Informationen durch, die mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62 gemessen werden. Die Kalibrierung der Parameter wird beispielsweise im Zuge der Grundeinstellung beim Transport des Hydraulikbaggers 100 oder nach der Wartung vorgenommen.
12 ist ein Flussdiagramm, das eine Arbeitsfolge darstellt, die während der Kalibrierung von einem Maschinenführer durchgeführt wird. Zunächst installiert die Bedienungsperson in Schritt S1 die externe Messvorrichtung 62. Dabei installiert die Bedienungsperson die externe Messvorrichtung 62 mit einem bestimmten Abstand direkt neben dem Auslegerbolzen 13, wie in 13 gezeigt. Zudem misst die Bedienungsperson in Schritt S2 die Mittelposition an der Seitenfläche des Auslegerbolzens 13 mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62.
In Schritt S3 misst die Bedienungsperson die Position der Messerkante bei fünf Stellungen des Arbeitsgeräts mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62. Hier verschiebt die Bedienungsperson die Position der Messerkante des Löffelbaggers 2 in fünf Positionen, nämlich von einer ersten Position P1 bis in eine fünfte Position P5, die in 14 dargestellt sind, indem er das Betätigungselement 31 für die Betätigung des Arbeitsgeräts 2 bedient. Zu diesem Zeitpunkt ist der Drehkörper 3 durchgehend fixiert, ohne Drehung bezüglich der Fahreinheit 5. Die Bedienungsperson misst dann die Koordinaten der Messerkante an jeder der Positionen P1 bis P5 mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62. Die erste Position P1 und die zweite Position P2 sind Positionen auf der Geländeoberfläche, die in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers unterschiedlich sind. Die dritte Position P3 und die vierte Position P4 sind Positionen mitten in der Luft, die in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers unterschiedlich sind. Die dritte Position P3 und die vierte Position P4 sind Positionen, die mit Bezug auf die erste Position P1 und die zweite Position P2 in Richtung nach oben und nach unten unterschiedlich sind. Die fünfte Position P5 ist eine Position inmitten der ersten Position P1, der zweiten Position P2, der dritten Position P3 und der vierten Position P4. 16 ist eine Liste der Hublängen der jeweiligen Zylinder 10 bis 12 in den jeweiligen Positionen P1 bis P5, wobei 100% das Maximum und 0% das Minimum ist. In der ersten Position P1 beträgt die Hublänge des Armzylinders 11 das Minimum. Das heißt, die erste Position P1 ist eine Position der Messerkante bei einer Stellung des Arbeitsgeräts, in der der Schwenkwinkel des Arms 7 den minimalen Wert aufweist. In der zweiten Position P2 beträgt die Hublänge des Armzylinders 11 das Maximum. Das heißt, die zweite Position P2 ist eine Position der Messerkante bei einer Stellung des Arbeitsgeräts, in der der Schwenkwinkel des Arms 7 maximal ist. In der dritten Position P3 beträgt die Hublänge des Armzylinders 11 das Minimum und die Hublänge des Löffelzylinders 12 das Maximum. Das heißt, die dritte Position P3 ist eine Position der Messerkante bei einer Stellung des Arbeitsgeräts 2, in der der Schwenkwinkel des Arms 7 den minimalen und der Schwenkwinkel des Baggerlöffels 8 den maximalen Wert aufweist. In der vierten Position P4 ist die Hublänge des Auslegerzylinders 10 maximal. Das heißt, die vierte Position P4 ist eine Position der Messerkante bei einer Stellung des Arbeitsgeräts 2, in der der Schwenkwinkel des Auslegers 6 maximal ist. In der fünften Position P5 sind die Hublängen aller Zylinder, nämlich des Armzylinders 11, des Auslegerzylinders 10 oder des Löffelzylinders 12, Zwischenwerte, die weder dem Maximal- noch dem Minimalwert entsprechen. Das heißt, in der fünften Position P5 sind alle Schwenkwinkel, nämlich der Schwenkwinkel des Arms 7, der Schwenkwinkel des Auslegers 6 und der Schwenkwinkel des Baggerlöffels 8, Zwischenwerte, die weder dem Maximal- noch dem Minimalwert entsprechen.
In Schritt S4 gibt die Bedienungsperson die erste Arbeitspunktpositions-Information in eine Eingabeeinheit 63 der Kalibriervorrichtung 60 ein. Die erste Arbeitspunktpositions-Information gibt die Koordinaten der Messerkante des Baggerlöffels 8 an der ersten Position P1 bis fünften Position P5 an, die mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62 gemessen werden. Dementsprechend gibt die Bedienungsperson in Schritt S4 in die Eingabeeinheit 63 der Kalibriervorrichtung 60 die mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62 an der ersten Position P1 bis fünften Position P5 gemessenen Koordinaten der Messerkante des Baggerlöffels 8 ein.
In Schritt S5 misst die Bedienungsperson die Positionen der Antennen 21 und 22 mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62. Wie in 16 gezeigt ist, misst die Bedienungsperson hier Positionen eines ersten Messpunkts P11 und eines zweiten Messpunkts P12 an der Referenzantenne 21 mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62. Der erste Messpunkt P11 und der zweite Messpunkt P12 sind bezüglich der Mitte der Oberfläche der Referenzantenne 21 symmetrisch angeordnet. Wie in 16 dargestellt ist, sind der erste Messpunkt P11 und der zweite Messpunkt P12 zwei Punkte an einer Diagonalen auf der Oberfläche der Referenzantenne 21, wenn die Oberfläche der Referenzantenne 21 rechteckig oder quadratisch ist. Wie in 17 gezeigt ist, misst die Bedienungsperson darüber hinaus einen dritten Messpunkt P13 und einen vierten Messpunkt P14 an der Richtungsantenne 22 mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62. Der dritte Messpunkt P13 und der vierte Messpunkt P14 sind bezüglich der Mitte der Oberfläche der Richtungsantenne 22 symmetrisch. Der dritte Messpunkt P13 und der vierte Messpunkt P14 sind ebenso wie der erste Messpunkt P11 und der zweite Messpunkt P12 Punkte an einer Diagonalen auf der Oberfläche der Richtungsantenne 22. Um die Messung zu erleichtern, sollten die ersten bis vierten Messpunkte P11 bis P14 vorzugsweise markiert werden. Als Markierungen können beispielsweise Bolzen oder ähnliche an den Antennen 21 und 22 vorhandene Elemente dienen.
In Schritt S6 gibt die Bedienungsperson Antennenpositions-Informationen in die Eingabeeinheit der Kalibriereinheit 60 ein. Die Antennenpositions-Informationen enthalten Koordinaten, die die Positionen des ersten bis vierten Messpunkts P11 bis P14 enthalten, die die Bedienungsperson in Schritt S5 mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62 misst.
In Schritt S7 misst die Bedienungsperson drei Positionen der Messerkante, an denen der Drehwinkel verschieden ist. Wie 18 zeigt, bewirkt die Bedienungsperson eine Drehung des Drehkörpers 3 durch die Betätigung des Drehbetätigungselements 51. Dabei ist die Stellung des Arbeitsgeräts 2 durchgehend fixiert. Anschließend misst die Bedienungsperson mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62 die drei Positionen der Messerkante, bei denen der Drehwinkel verschieden ist (nachstehend als „erste Drehposition P21“, „zweite Drehposition P22“ und „dritte Drehposition P23“ bezeichnet).
In Schritt S8 gibt die Bedienungsperson die zweite Arbeitspositions-Information in die Eingabeeinheit 63 der Kalibriereinheit 60 ein. Die zweite Arbeitspositions-Information enthält Koordinaten, die die erste Drehposition P21, die zweite Drehposition P22 und die dritte Drehposition P23 angeben, die die Bedienungsperson in Schritt S7 mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62 misst.
In Schritt S9 gibt die Bedienungsperson Baggerlöffel-Informationen in die Eingabeeinheit 63 der Kalibriereinheit 60 ein. Die Baggerlöffel-Informationen sind Informationen bezüglich der Dimensionen des Baggerlöffels 8. Die Baggerlöffel-Informationen enthalten den Abstand (Lbucket4_x) zwischen dem Löffelbolzen 15 und dem zweiten Anlenkbolzen 48a in der xbucket-Achsenrichtung und den Abstand (Lbucket4_z) zwischen dem Löffelbolzen 15 und dem zweiten Anlenkbolzen 48a in der zbucket-Achsenrichtung, die vorstehend beschrieben wurden. Als Baggerlöffel-Informationen gibt die Bedienungsperson Konstruktionswerte oder Werte ein, die mit Hilfe eines Messmittels, zum Beispiel eines Messbands, gemessen werden.
In Schritt S10 weist die Bedienungsperson die Kalibriervorrichtung 60 an, die Kalibrierung durchzuführen.
Ein durch die Kalibriervorrichtung 60 durchgeführter Prozess wird im Folgenden beschrieben. Wie 3 zeigt, umfasst die Kalibriervorrichtung 60 die Eingabeeinheit 63, eine Displayeinheit 64 und eine Recheneinheit 65. Die Eingabeeinheit 63 ist eine Einheit, in die die erste Arbeitspunktpositions-Information, die zweite Arbeitspunktpositions-Information, die Antennenpositions-Information und die Baggerlöffel-Information, die vorstehend beschrieben wurden, eingelesen werden. Die Eingabeeinheit 63 hat eine Konfiguration, die der Bedienungsperson eine manuelle Eingabe der vorgenannten Informationen ermöglicht, und sie verfügt zum Beispiel über eine Mehrzahl von Tasten. Die Eingabeeinheit 63 kann ein Tastfeld sein, sofern dieses die Eingabe von Zahlenwerten erlaubt. Die Displayeinheit 64 ist beispielsweise ein LCD und ist eine Einheit, die einen Bedienbildschirm für die Durchführung der Kalibrierung anzeigt. 19 zeigt ein Beispiel eines Bedienbildschirms der Kalibriervorrichtung 60. Ein Eingabebalken 66 für die Eingabe der vorgenannten Informationen wird auf dem Bedienbildschirm angezeigt. Die Bedienungsperson gibt die vorgenannten Informationen in den Eingabebalken 66 des Bedienbildschirms ein, indem sie die Eingabeeinheit 63 betätigt.
Die Recheneinheit 65 führt den Prozess der Kalibrierung der Parameter auf der Grundlage der Informationen durch, die über die Eingabeeinheit 63 eingelesen werden. 20 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Verarbeitungsfunktion im Zusammenhang mit der Kalibrierung durch die Recheneinheit 65 darstellt. Die Recheneinheit 65 hat jeweils die Funktion einer Recheneinheit 65a für die Berechnung eines Fahrzeugkörper-Koordinatensystems, einer Koordinaten-Konversionseinheit 65b, einer ersten Kalibrier-Recheneinheit 65c und einer zweiten Kalibrier-Recheneinheit 65d.
Die Recheneinheit 65a für die Berechnung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems berechnet die Koordinatenkonversionsinformation auf der Basis der ersten Arbeitspunktpositions-Information und der zweiten Arbeitspunktpositions-Information, die mit Hilfe der Eingabeeinheit 63 eingegeben werden. Die Koordinatenkonversionsinformation ist eine Information für die Konvertierung des Koordinatensystems bezüglich der externen Messvorrichtung 62 in das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem. Die erste Arbeitspunktpositions-Information und die Antennenpositions-Information, die vorstehend beschrieben wurden, werden bezüglich der externen Messvorrichtung 62 anhand eines Koordinatensystems (xp, yp, zp) ausgedrückt, da die erste Arbeitspunktpositions-Information und die Antennenpositions-Information durch die externe Messvorrichtung 62 gemessen werden. Die Koordinatenkonversionsinformation ist eine Information für die Konvertierung der ersten Arbeitspunktpositions-Information und der Antennenpositions-Information in den Koordinaten bezüglich der externen Messvorrichtung 62 in Koordinaten des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems (x, y, z). Das Verfahren zum Berechnen der Koordinatenkonversionsinformation wird nachstehend beschrieben.
Wie in 21 gezeigt ist, berechnet die Recheneinheit 65a für die Berechnung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems zunächst einen ersten Einheitsnormalenvektor AH senkrecht zu einer Aktionsebene A des Arbeitsgeräts 2 auf der Basis der ersten Arbeitspunktpositions-Information. Die Recheneinheit 65a für die Berechnung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems berechnet die Aktionsebene des Arbeitsgeräts 2 anhand der in der ersten Arbeitspunktpositions-Information enthaltenen fünf Positionen durch Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate und berechnet dann den ersten Einheitsnormalenvektor AH. Dabei kann der erste Einheitsnormalenvektor AH auf der Basis von zwei Vektoren a1 und a2 berechnet werden, die anhand der Koordinaten von drei Positionen ermittelt werden, die nicht so weit entfernt sind wie die anderen beiden Positionen der fünf Positionen, die in der ersten Arbeitspunktpositions-Information enthalten sind.
Danach berechnet die Recheneinheit 65a für die Berechnung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems einen zweiten Einheitsnormalenvektor senkrecht zu einer Rotationsebene B des Drehkörpers 3 auf der Basis der zweiten Arbeitspunktpositions-Information. Insbesondere berechnet die Recheneinheit 65a für die Berechnung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems einen zweiten Einheitsnormalenvektor BH' senkrecht zu einer Rotationsebene B' auf der Basis von zwei Vektoren b1 und b2, die anhand der Koordinaten des ersten Drehpunkts P21, des zweiten Drehpunkts P22 und des dritten Drehpunkts P23, die in der zweiten Arbeitspunktpositions-Information enthalten sind, ermittelt werden. Anschließend berechnet die Recheneinheit 65a für die Berechnung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems einen Überschneidungsvektor DAB der vorstehend beschriebenen Rotationsebene B' und Aktionsebene A des Arbeitsgeräts 2, wie in 22 gezeigt. Die Recheneinheit 65a für die Berechnung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems berechnet einen Einheitsnormalenvektor der Ebene B, die durch den Überschneidungsvektor DAB verläuft und senkrecht zur Aktionsebene A des Arbeitsgeräts 2 ist, als den zweiten Einheitsnormalenvektor BH, der korrigiert ist. Dann berechnet die Recheneinheit 65a für die Berechnung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems einen dritten Einheitsnormalenvektor CH, der sowohl zu dem ersten Einheitsnormalenvektor AH als auch zu dem korrigierten zweiten Einheitsnormalenvektor BH senkrecht ist.
Die Koordinaten-Konversionseinheit 65b konvertiert unter Verwendung der Koordinatenkonversionsinformation die mit Hilfe der externen Messvorrichtung 62 gemessene erste Arbeitspunktpositions-Information und die Antennenpositions-Information in dem Koordinatensystem (xp, yp, zp) in der externen Messvorrichtung 62 in jene in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem (x, y, z) in dem Hydraulikbagger 100. Die Koordinatenkonversionsinformation enthält den ersten Einheitsnormalenvektor AH, den korrigierten zweiten Einheitsnormalenvektor BH und den dritten Einheitsnormalenvektor CH, die vorstehend beschrieben wurden. Insbesondere werden Koordinaten in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem anhand des inneren Produkts des Vektors p, dessen Koordinaten in dem Koordinatensystem der externen Messvorrichtung 62 vorhanden sind, und jedes der Normalenvektoren AH, BH und CH in der Koordinatenkonversionsinformation berechnet, wie in nachstehender Gleichung 7 dargestellt. $\begin{array}{l} x = \vec{p} • \vec{C H} \\ y = \vec{p} • \vec{A H} \\ z = \vec{p} • \vec{B H} \end{array}$
Die erste Kalibrier-Recheneinheit 65c berechnet die Kalibrierwerte der Parameter durch Anwendung einer numerischen Analyse auf der Basis der ersten Arbeitspunktpositions-Information, die in das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem konvertiert wird. Insbesondere werden die Kalibrierwerte der Parameter unter Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate wie in nachstehender Gleichung 8 berechnet. $\begin{array}{l} J = \frac{1}{2} \sum_{k = 1}^{n} {L 1 sin (α k) + L 2 sin (α k + β k) + L 3 sin (α k + β k + γ k) - x k}^{2} \\ + \frac{1}{2} \sum_{k = 1}^{n} {L 1 cos (α k) + L 2 cos (α k + β k) + L 3 cos (α k + β k + γ k) - z k}^{2} \end{array}$
Der Wert von k, der vorstehend angegeben ist, stellt die erste Position P1 bis fünfte Position P5 in der ersten Arbeitspunktpositions-Information dar. Dementsprechend gilt n=5. (x1, z1) sind Koordinaten der ersten Position P1 in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem. (x2, z2) sind Koordinaten der zweiten Position P2 in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem. (x3, z3) sind Koordinaten der dritten Position P3 in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem. (x4, z4) sind Koordinaten der dritten Position P4 in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem. (x5, z5) sind Koordinaten der dritten Position P5 in dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem. Die Kalibrierwerte der Arbeitsgerät-Parameter werden berechnet, indem nach Punkten gesucht wird, an denen die Funktion J in Gleichung minimiert wird. Insbesondere werden die Kalibrierwerte von Nr. 1 bis 29 der Arbeitsgerät-Parameter anhand der Liste in 6 ermittelt. Dabei werden von den Arbeitsgerät-Parametern in der Liste in 6 der Abstand Lbucket4_x zwischen dem Löffelbolzen 15 und dem zweiten Anlenkbolzen 48a in der xbucket-Achsenrichtung und der Abstand Lbucket4_z zwischen dem Löffelbolzen 15 und dem zweiten Anlenkbolzen 48a in der zbucket-Achsenrichtung auf Werte festgelegt, die als Baggerlöffel-Information für die Berechnung eingegeben werden.
Die zweite Kalibrier-Recheneinheit 65d kalibriert die Antennen-Parameter auf der Basis der in die Eingabeeinheit 63 eingelesenen Antennenpositions-Information. Insbesondere berechnet die zweite Kalibrier-Recheneinheit 65d die Koordinaten des Mittelpunkts des ersten Messpunkts P11 und des zweiten Messpunkts P12 als Koordinaten der Position der Referenzantenne 21. Insbesondere werden die Koordinaten der Position der Referenzantenne 21 anhand des Abstands Lbbx zwischen dem Auslegerbolzen 13 und der Referenzantenne 21 in der x-Achsenrichtung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems, des Abstands Lbby zwischen dem Auslegerbolzen 13 und der Referenzantenne 21 in der y-Achsenrichtung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems und des Abstands Lbbz zwischen dem Auslegerbolzen 13 und der Referenzantenne 21 in der z-Achsenrichtung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems, die vorstehend beschrieben wurden, ausgedrückt. Darüber hinaus berechnet die zweite Kalibrier-Recheneinheit 65d die Koordinaten des Mittelpunkts des dritten Messpunkts P13 und des vierten Messpunkts P14 als die Koordinaten der Position der Richtungsantenne 22. Insbesondere werden die Koordinaten der Position der Richtungsantenne 22 anhand des Abstands Lbdx zwischen dem Auslegerbolzen 13 und der Richtungsantenne 22 in der x-Achsenrichtung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems, des Abstands Lbdy zwischen dem Auslegerbolzen 13 und der Richtungsantenne 22 in der y-Achsenrichtung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems und des Abstands Lbdz zwischen dem Auslegerbolzen 13 und der Richtungsantenne 22 in der z-Achsenrichtung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems, die vorstehend beschrieben wurden, ausgedrückt. Danach gibt die zweite Kalibrier-Recheneinheit 65d die Koordinaten der Positionen der Antennen 21 und 22 als Kalibrierwerte der Antennen-Parameter Lbbx, Lbby, Lbbz, Lbdx, Lbdy und Lbdz aus.
Die mit Hilfe der ersten Kalibrier-Recheneinheit 65c berechneten Arbeitsgerät-Parameter, die mit Hilfe der zweiten Kalibrier-Recheneinheit 65d berechneten Antennen-Parameter und die Baggerlöffelinformationen werden in der Displayeinheit 43 des Display-Controllers 39 gespeichert und bei der vorstehend beschriebenen Berechnung der Position der Messerkante verwendet.
4. Merkmale
Die Kalibriervorrichtung 60 des Hydraulikbaggers 100 gemäß der Ausführungsform hat folgende Merkmale.
Die Kalibrierwerte der Parameter werden durch numerische Analyse auf der Basis der Koordinaten der Messerkante des Baggerlöffels 8 an einer Mehrzahl von Positionen, die durch die externe Messvorrichtung 62 gemessen werden, automatisch berechnet. Es ist dadurch möglich, die Anzahl von Parametern, die eine tatsächliche Messung erfordern, zu reduzieren. Außerdem ist es nicht notwendig, die Werte der Parameter während der Kalibrierung zu ändern, bis der aktuelle Wert und der berechnete Wert der Positionskoordinaten der Messerkante des Baggerlöffels 8 übereinstimmen. Es ist dadurch möglich, bei der Kalibriervorrichtung 60 des Hydraulikbaggers 100 gemäß der Ausführungsform die Genauigkeit der Positionsdetektion der Messerkante zu verbessern und ebenso die Kalibrierzeit zu verkürzen.
Die erste Arbeitspunktpositions-Information enthält die Koordinaten der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 auf der Geländeoberfläche, die in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers unterschiedliche Positionen sind, der dritten Position P3 und der vierten Position P4 mitten in der Luft, die in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers unterschiedliche Positionen sind, und der fünften Position P5 inmitten der ersten Position P1, der zweiten Position P2, der dritten Position P3 und der vierten Position P4. Da die Kalibrierwerte der Parameter auf diese Weise unter Verwendung von Koordinaten verschiedener Positionen berechnet werden, kann die Genauigkeit der Berechnung der Kalibrierwerte der Parameter verbessert werden.
Die erste Arbeitspunktpositions-Information enthält Koordinaten der Messerkante des Baggerlöffels 8 bei einer Stellung des Arbeitsgeräts 2, in der der Schwenkwinkel des Auslegers 6 maximiert ist, einer Stellung des Arbeitsgeräts 2, in der der Schwenkwinkel des Arms 7 minimiert ist, einer Stellung des Arbeitsgeräts 2, in der der Schwenkwinkel des Arms 7 maximiert ist, einer Stellung des Arbeitsgeräts 2, in der der Schwenkwinkel des Arbeitswerkzeugs minimiert ist, und einer Stellung des Arbeitsgeräts 2, in der der Schwenkwinkel des Baggerlöffels 8 maximiert ist. Da die Kalibrierwerte der Parameter auf diese Weise unter Verwendung der Koordinaten von Positionen der Messerkante bei verschiedenen Stellungen des Arbeitsgeräts berechnet werden, kann die Genauigkeit der Berechnung der Kalibrierwerte der Parameter verbessert werden.
Bei dem Hydraulikbagger 100 gemäß der Ausführungsform werden die Schwenkwinkel α, β und γ des Auslegers 6, des Arms 7 und des Baggerlöffels 8 jeweils anhand der Hublängen der Zylinder berechnet. Dies vergrößert die Anzahl der für die Berechnung notwendigen Parameter im Vergleich zu einem Fall, in dem die Schwenkwinkel mit Hilfe eines Winkelsensors detektiert werden. Das Ergebnis ist, dass die Arbeitszeit für die Kalibrierung verlängert wird, wenn sämtliche Parameter mit einer Messvorrichtung wie beispielsweise einem Messband gemessen werden. Bei der Kalibriervorrichtung 60 des Hydraulikbaggers 100 gemäß der Ausführungsform ist es jedoch möglich, eine Verlängerung der Arbeitszeit für die Kalibrierung auch im Fall einer großen Anzahl von Parametern zu verhindern, da die Parameter durch numerische Analyse automatisch berechnet werden.
5. Weitere Ausführungsformen
Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern erlaubt verschiedene Modifikationen.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist als Beispiel für ein Arbeitsgerät der Baggerlöffel 8 beschrieben. Es können jedoch auch andere Arbeitswerkzeuge als der Baggerlöffel 8 verwendet werden. Darüber hinaus wurde die Messerkante des Baggerlöffels 8 als Beispiel für den Arbeitspunkt beschrieben. Wenn jedoch nicht der Baggerlöffel 8, sondern ein anderes Arbeitswerkzeug verwendet wird, kann der Arbeitspunkt ein Bereich sein, der mit einem Arbeitszielobjekt in Kontakt gelangt, wie zum Beispiel ein Punkt, der an dem vorderen Ende des Arbeitswerkzeugs liegt.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die Schwenkwinkel α, β und γ des Auslegers 6, des Arms 7 und des Baggerlöffels 8 jeweils anhand der Hublängen der Zylinder berechnet. Sie können mit Hilfe eines Winkelsensors jedoch auch direkt detektiert werden.
Die erste Arbeitspunktpositions-Information ist nicht auf die Koordinaten an den fünf Positionen der Messerkante des Baggerlöffels 8 beschränkt, die vorstehend beschrieben wurden. Zum Beispiel kann die erste Arbeitspunktpositions-Information mindestens drei Positionen des Arbeitspunkts enthalten, bei denen die Stellung des Arbeitsgeräts 2 unterschiedlich ist. In diesem Fall genügt es, wenn die drei Positionen des Arbeitspunkts nicht in einer geraden Linie aufgereiht sind und wenn die Position eines der Arbeitspunkte in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung oder in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers bezüglich der Linie, die die beiden anderen Arbeitspunkte verbindet, separat liegt. In Bezug auf die Berechnung der Koordinatenkonversionsinformation enthält die erste Arbeitspunktpositions-Information erfindungsgemäß mindestens zwei Positionen des Arbeitspunkts, bei denen die Stellung des Arbeitsgeräts 2 unterschiedlich ist, und eine Position eines vorgegebenen Referenzpunkts in der Aktionsebene des Arbeitsgeräts 2 (z.B. ein Mittelpunkt des Auslegerbolzens 13 in der Breitenrichtung des Fahrzeugs).
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die erste Arbeitspunktpositions-Information, die zweite Arbeitspunktpositions-Information und die Antennenpositions-Information von der Bedienungsperson manuell in die Eingabeeinheit 63 der Kalibriervorrichtung 60 eingegeben. Jedoch kann die Eingabe in die Eingabeeinheit 63 der Kalibriervorrichtung 60 über eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung auch von der externen Messvorrichtung 62 erfolgen.
Die externe Messvorrichtung 62 ist nicht auf eine Totalstation beschränkt und kann eine andere Vorrichtung sein, die die Position des Arbeitspunkts misst.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß vorliegender Erfindung ist es möglich, eine Kalibriervorrichtung und ein Kalibrierverfahren für einen Hydraulikbagger anzugeben, womit die Genauigkeit der Positionsdetektion eines Arbeitspunkts verbessert und die Arbeitszeit für die Kalibrierung verkürzt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugkörper
6: Ausleger
7: Arm
8: Baggerlöffel (Arbeitswerkzeug)
2: Arbeitsgerät
α: Schwenkwinkel
β: Schwenkwinkel
γ: Schwenkwinkel
16 - 18: Winkeldetektoreinheit
19: Positionsdetektoreinheit
44a, 44b: Recheneinheit zum Berechnen einer aktuellen Position
100: Hydraulikbagger
60: Kalibriervorrichtung
63: Eingabeeinheit
65: Kalibrier-Recheneinheit
P1: erste Position
P2: zweite Position
P3: dritte Position
P4: vierte Position
P5: fünfte Position
10: Auslegerzylinder
11: Armzylinder
12: Löffelzylinder (Arbeitswerkzeugzylinder)

Claims

Hydraulikbagger (100), umfassend eine Hydraulikbagger-Kalibriervorrichtung (60) zum Kalibrieren von Parametern in dem Hydraulikbagger (100), einen Fahrzeugkörper (1) mit einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, ein Arbeitsgerät (2) mit einem Ausleger (6), der schwenkbar an dem Fahrzeugkörper (1) befestigt ist, einem Arm (7), der schwenkbar an dem Ausleger (6) befestigt ist, und einem Arbeitswerkzeug (8), das schwenkbar an dem Arm (7) befestigt ist, eine Winkeldetektoreinheit (16, 17, 18), die einen Schwenkwinkel (α) des Auslegers (6) bezüglich des Fahrzeugkörpers (1), einen Schwenkwinkel (β) des Arms (7) bezüglich des Auslegers (6) und einen Schwenkwinkel (γ) des Arbeitswerkzeugs (8) bezüglich des Arms (7) detektiert, und eine Recheneinheit (44) zum Berechnen einer aktuellen Position, die die aktuelle Position (P1, P2, P3, P4, P5) eines in dem Arbeitswerkzeug (8) enthaltenen Arbeitspunkts auf der Basis einer Mehrzahl von Parametern berechnet, die Dimensionen und Schwenkwinkel (α, β, γ) des Auslegers (6), des Arms (7) und des Arbeitswerkzeugs (8) angeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikbagger-Kalibriervorrichtung (60) umfasst: eine Eingabeeinheit (63) für die Eingabe einer Arbeitspunktpositions-Information, die eine durch eine externe Messvorrichtung gemessene Position eines vorgegebenen Referenzpunkts in einer Aktionsebene (A) des Arbeitsgeräts (2) und Koordinaten des Arbeitspunkts an einer Mehrzahl von durch die externe Messvorrichtung gemessenen Positionen (P1, P2, P3, P4, P5), bei denen die Stellung des Arbeitsgeräts (2) unterschiedlich ist, angibt; und eine Kalibrier-Recheneinheit (65), die Kalibrierwerte der Parameter auf der Basis der in die Eingabeeinheit (63) eingegebenen Arbeitspunktpositions-Information, die in das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem konvertiert wird, durch numerische Analyse berechnet.
Hydraulikbagger (100) nach Anspruch 1, wobei die Arbeitspunktpositions-Information Koordinaten einer Mehrzahl von Positionen (P1, P2, P3, P4, P5) des Arbeitspunkts enthält, die in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Arbeitsgeräts (2) unterschiedliche Positionen (P1, P2, P3, P4, P5) sind und/oder die in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers (1) unterschiedliche Positionen (P1, P2, P3, P4, P5) sind.
Hydraulikbagger (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Arbeitspunktpositions-Information Koordinaten einer Position (P1, P2, P3, P4, P5) des Arbeitspunkts bei mindestens einer der folgenden Stellungen des Arbeitsgeräts (2) enthält: einer Stellung des Arbeitsgeräts (2), in der der Schwenkwinkel (α) des Auslegers (6) maximiert ist, einer Stellung des Arbeitsgeräts (2), in der der Schwenkwinkel (β) des Arms (7) minimiert ist, einer Stellung des Arbeitsgeräts (2), in der der Schwenkwinkel (β) des Arms (7) maximiert ist, einer Stellung des Arbeitsgeräts (2), in der der Schwenkwinkel (γ) des Arbeitswerkzeugs (8) minimiert ist, und einer Stellung des Arbeitsgeräts (2), in der der Schwenkwinkel (γ) des Arbeitswerkzeugs (8) maximiert ist.
Hydraulikbagger (100) gemäß Anspruch 3, wobei die Arbeitspunktpositions-Information Koordinaten einer Mittelpunktposition von der Mehrzahl von Positionen (P1, P2, P3, P4, P5) des Arbeitspunkts enthält, die einer Mehrzahl von Stellungen des Arbeitsgeräts (2) entsprechen.
Hydraulikbagger (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Arbeitspunktpositions-Information Koordinaten einer ersten Position (P1) und einer zweiten Position (P2) auf der Geländeoberfläche enthält, die in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs unterschiedliche Positionen (P1, P2) sind, einer dritten Position (P3) und einer vierten Position (P4) mitten in der Luft, die in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers (1) unterschiedliche Positionen (P3, P4) sind, und einer fünften Position (P5), die inmitten der ersten Position (P1), der zweiten Position (P2), der dritten Position (P3) und der vierten Position (P4) liegt.
Hydraulikbagger-Kalibrierverfahren zum Kalibrieren von Parametern in einem Hydraulikbagger (100), wobei der Hydraulikbagger (100) umfasst: einen Fahrzeugkörper (1) mit einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, ein Arbeitsgerät (2) mit einem Ausleger (6), der schwenkbar an dem Fahrzeugkörper (1) befestigt ist, einem Arm (7), der schwenkbar an dem Ausleger (6) befestigt ist, und einem Arbeitswerkzeug (8), das schwenkbar an dem Arm (7) befestigt ist, eine Winkeldetektoreinheit (16, 17, 18), die einen Schwenkwinkel (α) des Auslegers (6) bezüglich des Fahrzeugkörpers (1), einen Schwenkwinkel (β) des Arms (7) bezüglich des Auslegers (6) und einen Schwenkwinkel (γ) des Arbeitswerkzeugs (8) bezüglich des Arms (7) detektiert, eine Recheneinheit (44) zum Berechnen einer aktuellen Position, die die aktuelle Position (P1, P2, P3, P4, P5) eines in dem Arbeitswerkzeug (8) enthaltenen Arbeitspunkts auf der Basis einer Mehrzahl von Parametern berechnet, die die Dimensionen und Schwenkwinkel (α, β, γ) des Auslegers (6), des Arms (7) und des Arbeitswerkzeugs (8) angeben; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Eingeben einer Arbeitspunktpositions-Information in eine Kalibriervorrichtung (60) zum Kalibrieren der Parameter, wobei die Arbeitspunktpositions-Information eine durch eine externe Messvorrichtung gemessene Position eines vorgegebenen Referenzpunkts in einer Aktionsebene (A) des Arbeitsgeräts (2) und Koordinaten des Arbeitspunkts an einer Mehrzahl von durch die externe Messvorrichtung gemessenen Positionen (P1, P2, P3, P4, P5), bei denen die Stellung des Arbeitsgeräts (2) unterschiedlich ist, angibt; und Berechnen von Kalibrierwerten der Parameter durch numerische Analyse auf der Basis der Arbeitspunktpositions-Information, die in das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem konvertiert wird, mit Hilfe der Kalibriervorrichtung (60).