DE112013000165T5

DE112013000165T5 - Steuersystem für eine Baumaschine und Steuerverfahren

Info

Publication number: DE112013000165T5
Application number: DE112013000165.9T
Authority: DE
Inventors: Toru c/o KOMATSU LTD. Matsuyama; Yoshiki c/o KOMATSU LTD. Kami; Masashi c/o KOMATSU LTD. Ichihara
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2033-04-13
Also published as: DE112013000165B4; JPWO2014167718A1; KR20150092268A; US20160097184A1; CN103890273B; JP5654144B1; KR101729050B1; US9464406B2; WO2014167718A1; CN103890273A

Abstract

Eine Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit bestimmt eine Ausleger-Grenzgeschwindigkeit anhand der Grenzgeschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts, der Arm-Zielgeschwindigkeit und der Löffel-Zielgeschwindigkeit. Wenn die Entfernung bei einer außerhalb der Entwurfsfläche positionierten Schneidenspitze des Löffels ein positiver Wert ist und wenn die Geschwindigkeit in einer Richtung von innerhalb nach außerhalb der Entwurfsfläche ein positiver Wert ist, enthält eine erste Grenzbedingung eine Bedingung, dass die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit größer als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit ist. Wenn die erste Grenzbedingung erfüllt ist, steuert eine Arbeitsgerät-Steuereinheit den Ausleger um auf die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein und steuert den Arm um auf die Arm-Zielgeschwindigkeit angepasst zu sein.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Baumaschine und ein Steuerverfahren.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Bei einem konventionellen Verfahren zur Durchführung von Erdarbeiten mit einer Baumaschine, die mit einem Arbeitsgerät ausgerüstet ist, in einem Gebiet wird ein Grablöffel entlang einer Entwurfsfläche bewegt. Eine Entwurfsfläche ist eine Ebene, die eine herzustellende Zielgestalt angibt, wobei eine Position auf der Entwurfsfläche und eine Position des Löffels durch eine Steuervorrichtung erkannt werden, die in der Baumaschine vorgesehen ist.
Bei einem Steuersystem, das in Patentdokument 1 beschrieben ist, legt ein Maschinenführer eine Eindring-Sperrzone für das Arbeitsgerät fest. Das Steuersystem vermindert Sollwerte von Fahrhebelsignalen an dem Arbeitsgerät in Reaktion auf die Entfernung des Löffels zur Grenzlinie einer Eindring-Sperrzone. Dadurch wird der Löffel automatisch an der Grenzlinie gestoppt, auch wenn der Maschinenführer die Schneidenspitze versehentlich in die Eindring-Sperrzone bewegt. An der Reduzierung der Geschwindigkeit des Arbeitsgeräts kann der Maschinenführer ferner erkennen, wenn sich die Schneidenspitze der Eindring-Sperrzone nähert.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldungs-Publikation Nr. H4-136324

ÜBERSICHT
Technisches Problem
Das Steuersystem gemäß Patentdokument 1 unterzieht jedoch alle Schäfte oder den Schaft des Arbeitsgeräts, der in Grenzannäherungsrichtung betätigt wird, einer Begrenzung. Ferner wird das Arbeitsgerät gestoppt, wenn der Löffel die Grenzlinie erreicht. Dieser Vorgang vermittelt dem Maschinenführer ein äußerst unkomfortables Empfinden.
Um dieser als unkomfortabel empfundenen Situation entgegenzuwirken, wird umgekehrt eine Begrenzung, der das Arbeitsgerät in Reaktion auf die Aktion des Maschinenführers unterzogen wird, vorzugsweise reduziert. Aktionen, die der Maschinenführer während des Baggerns gezielt vornimmt, sind beim Betrieb des Baggerarms deutlich spürbar. Wenn nun das Steuersystem die Bewegung des Baggerarms begrenzt, wie in Patentdokument 1 beschrieben, wird dies von dem Maschinenführer als unkomfortabel empfunden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einer Baumaschine zu verhindern, dass sich der Löffel in die Entwurfsfläche bewegt, und gleichzeitig zu vermeiden, dass dieser Vorgang dem Maschinenführer ein unkomfortables Empfinden vermittelt.
Problemlösung
Ein Steuersystem gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern einer Baumaschine. Die Baumaschine ist ausgestattet mit einem Arbeitsgerät und mit einer Bedienvorrichtung. Das Arbeitsgerät hat einen Ausleger, einen Arm und einen Löffel. Die Bedienvorrichtung ist eine Vorrichtung zum Betätigen des Arbeitsgeräts.
Das Steuersystem ist ausgestattet mit einer Entwurfsflächen-Festlegungseinheit, einer Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit, einer Entfernungs-Ermittlungseinheit, einer Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit, einer ersten Grenz-Bestimmungseinheit und einer Arbeitsgerät-Steuereinheit. Die Entwurfsflächen-Festlegungseinheit legt eine Entwurfsfläche fest, die eine zu grabende (oder auszugrabende oder abzutragende) Zielgestalt (oder Zielform) angibt. Die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit bestimmt eine Ausleger-Zielgeschwindigkeit entsprechend einem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung für die Auslegerbetätigung, eine Arm-Zielgeschwindigkeit entsprechend einem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung für die Armbetätigung und eine Löffel-Zielgeschwindigkeit entsprechend einem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung für die Löffelbetätigung. Die Entfernungs-Ermittlungseinheit ermittelt die Entfernung zwischen der Schneidenspitze des Löffels und der Entwurfsfläche. Die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit bestimmt eine Grenzgeschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts auf der Basis der Entfernung. Die erste Grenz-Bestimmungseinheit bestimmt, ob die erste Grenzbedingung erfüllt ist. Die Arbeitsgerät-Steuereinheit steuert das Arbeitsgerät.
Die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit bestimmt eine Ausleger-Grenzgeschwindigkeit anhand der Grenzgeschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts, der Arm-Zielgeschwindigkeit und der Löffel-Zielgeschwindigkeit. Wenn die Entfernung bei einer Positionierung des vorderen Endes der Schneidspitze des Löffels außerhalb der Entwurfsfläche ein positiver Wert ist und wenn eine Geschwindigkeit in einer Richtung von innerhalb der Entwurfsfläche nach außerhalb der Entwurfsfläche ein positiver Wert ist, enthält die erste Grenzbedingung eine Bedingung, dass die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit größer ist als die Zielgeschwindigkeit des Auslegers. Ist die erste Grenzbedingung erfüllt, steuert die Steuervorrichtung den Ausleger um auf die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein (kann auch bezeichnet werden als: „um ... zu entsprechen” oder „um ... zu übereinstimmen”) und steuert den Arm um auf die Arm-Zielgeschwindigkeit angepasst zu sein (kann auch bezeichnet werden als: „um ... zu entsprechen” oder „um ... zu übereinstimmen”).
Bei dem Baumaschinen-Steuersystem gemäß dem vorliegenden Aspekt wird, wenn die erste Grenzbedingung erfüllt ist, der Ausleger gesteuert, um an die Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein und der Arm gesteuert, um an die Arm-Zielgeschwindigkeit angepasst zu sein. Das heißt, es erfolgt nur eine Begrenzung des Auslegers und keine Begrenzung des Arms. Deshalb ändert sich die Arm-Zielgeschwindigkeit direkt in Reaktion auf eine Aktion des Maschinenführers. Infolgedessen wird verhindert, dass der Löffel in die Entwurfsfläche eindringt, während gleichzeitig reduziert wird, dass dieser Vorgang von dem Maschinenführer als unkomfortabel empfunden wird.
Die erste Grenzbedingung enthält vorzugsweise ferner eine Bedingung, dass die Entfernung kleiner als ein erster vorgegebener Wert ist. In diesem Fall wird die Begrenzung des Auslegers durchgeführt, wenn die Schneidenspitze des Löffels in eine Position bewegt wird, die näher an der Entwurfsfläche liegt als eine Position, die zur Entwurfsfläche eine Entfernung aufweist, die gleich dem ersten vorgegebenen Wert entspricht.
Vorzugsweise ist das Steuersystem ferner mit einer zweiten Grenz-Bestimmungseinheit versehen. Die zweite Grenz-Bestimmungseinheit bestimmt, ob eine zweite Grenzbedingung erfüllt ist. Die zweite Grenzbedingung enthält eine Bedingung, dass die Entfernung kleiner als ein zweiter vorgegebener Wert ist. Der zweite vorgegebene Wert ist kleiner als der erste vorgegebene Wert. Wenn die zweite Grenzbedingung erfüllt ist, steuert die Arbeitsgerät-Steureinheit den Ausleger um auf die Grenzgeschwindigkeit des Auslegers angepasst zu sein und steuert den Arm um auf die Grenzgeschwindigkeit des Arms angepasst zu sein.
Ein Absolutwert der Arm-Grenzgeschwindigkeit ist kleiner als ein Absolutwert der Arm-Zielgeschwindigkeit.
In diesem Fall werden bei Erfüllung der zweiten Grenzbedingung der Ausleger gesteuert, um an die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein und der Arm gesteuert, um an die Arm-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein. Dementsprechend erfolgt eine Begrenzung sowohl des Auslegers als auch des Arms, wenn die Entfernung zwischen der Schneidenspitze des Löffels und der Entwurfsfläche kleiner als der zweite vorgegebene Wert ist. Infolgedessen kann ein weiteres Eindringen sehr schnell verhindert werden, selbst wenn der Löffel in die Entwurfsfläche eindringt.
Der zweite vorgegebene Wert ist vorzugsweise 0. In diesem Fall findet nur eine Begrenzung des Auslegers statt. Eine Begrenzung des Arms erfolgt nicht, bis die Schneidenspitze des Auslegers die Entwurfsfläche erreicht. Dann, wenn die Schneidenspitze des Auslegers die Entwurfsfläche durchdringt, erfolgt sowohl eine Begrenzung des Auslegers als auch eine Begrenzung des Arms.
Der zweite vorgegebene Wert ist vorzugsweise größer als 0. In diesem Fall erfolgt sowohl die Begrenzung des Auslegers als auch die Begrenzung des Arms, bevor die Schneidenspitze des Auslegers die Entwurfsfläche erreicht. Infolgedessen kann, wenn die Schneidenspitze des Löffels im Begriff ist, die Entwurfsfläche zu durchdringen, sowohl eine Begrenzung des Auslegers als auch eine Begrenzung des Arms erfolgen, sogar noch ehe Schneidenspitze des Löffels die Entwurfsfläche erreicht.
Die Entfernungs-Ermittlungseinheit ermittelt vorzugsweise in vorgegebenen Zeitspannen einen Abweichungsbetrag der Schneidenspitze des Löffels. Der Abweichungsbetrag ist ein Absolutwert einer Entfernung zwischen der Schneidenspitze des Löffels und der Entwurfsfläche innerhalb der Entwurfsfläche. Die zweite Grenzbedingung enthält ferner eine Bedingung, dass ein aktueller Abweichungsbetrag größer als ein vorheriger Abweichungsbetrag ist. In diesem Fall kann sowohl eine Begrenzung des Auslegers als auch eine Begrenzung des Arms erfolgen, sollte der Löffel im Begriff sein, weiter in die Entwurfsfläche einzudringen.
Die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit bestimmt vorzugsweise einen Arm-Verzögerungskoeffizienten auf der Basis des aktuellen Abweichungsbetrags und eines Verlagerungsbetrags zwischen einer vorherigen Position und einer aktuellen Position der Schneidenspitze des Löffels. Der Arm-Verzögerungskoeffizient ist ein Wert größer als 0 und kleiner als 1. Die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit bestimmt die Arm-Grenzgeschwindigkeit durch Multiplizieren der Zielgeschwindigkeit des Arms mit dem Arm-Verzögerungskoeffizienten. In diesem Fall kann die Geschwindigkeit des Arms bedeutend reduziert werden, sollte der Löffels im Begriff sein, weiter in die Entwurfsfläche einzudringen.
Wenn die erste Grenzbedingung oder die zweite Grenzbedingung erfüllt ist und die Grenzgeschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts kleiner als eine Summe der Zielgeschwindigkeit des Arms und der Zielgeschwindigkeit des Löffels ist, reduziert die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung vorzugsweise die Geschwindigkeit des Auslegers auf eine Geschwindigkeit, die niedriger als die Zielgeschwindigkeit des Auslegers ist. In diesem Fall kann die Geschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts auf die Grenzgeschwindigkeit reduziert werden, indem die Geschwindigkeit des Auslegers reduziert wird. Infolgedessen wird der Löffel an einem Eindringen in die Entwurfsfläche gehindert, während gleichzeitig vermieden wird, dass dieser Vorgang dem Maschinenführer ein unkomfortables Empfinden vermittelt.
Wenn die erste Grenzbedingung und die zweite Grenzbedingung erfüllt sind und die Grenzgeschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts größer als eine Summe der Zielgeschwindigkeit des Arms und der Zielgeschwindigkeit des Löffels ist, bewegt die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung den Ausleger vorzugsweise in die Richtung von innerhalb der Entwurfsfläche nach außerhalb der Entwurfsfläche. In diesem Fall kann die Geschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts auf die Grenzgeschwindigkeit reduziert werden, indem der Ausleger in die Richtung von innerhalb der Entwurfsfläche nach außerhalb der Entwurfsfläche bewegt wird. Dadurch lässt sich verhindern, dass der Löffel in die Entwurfsfläche eindringt.
Vorzugsweise ist das Steuersystem ferner mit einer dritten Grenz-Bestimmungseinheit versehen. Die die dritte Grenz-Bestimmungseinheit bestimmt, ob eine dritte Grenzbedingung erfüllt ist. Die dritte Grenzbedingung enthält eine Bedingung, dass die Entfernung kleiner als der zweite vorgegebene Wert ist. Ist die dritte Grenzbedingung erfüllt, steuert die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung den Ausleger um auf die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein und steuert den Löffel um auf die Löffel-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein. Ein Absolutwert der Löffel-Grenzgeschwindigkeit ist kleiner als ein Absolutwert der Löffel-Zielgeschwindigkeit.
Eine Baumaschine gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit vorstehendem Steuersystem versehen.
Ein Steuerverfahren gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern einer Baumaschine. Die Baumaschine hat ein Arbeitsgerät und eine Bedienvorrichtung. Das Arbeitsgerät hat einen Ausleger, einen Arm und einen Löffel. Die Bedienvorrichtung ist eine Vorrichtung für die Betätigung des Arbeitsgeräts. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
In einem ersten Schritt wird eine Entwurfsfläche festgelegt, die eine zu grabende Zielgestalt angibt. In einem zweiten Schritt erfolgt die Bestimmung einer Ausleger-Zielgeschwindigkeit entsprechend einem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung für die Auslegerbetätigung, die Bestimmung einer Arm-Zielgeschwindigkeit entsprechend einem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung die Armbetätigung und die Bestimmung einer Löffel-Zielgeschwindigkeit entsprechend einem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung für die Löffelbetätigung. In einem dritten Schritt wird eine Entfernung zwischen der Schneidenspitze des Löffels und der Entwurfsfläche ermittelt. In einem vierten Schritt wird eine Grenzgeschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts auf der Basis der Entfernung bestimmt. In einem fünften Schritt wird bestimmt, ob die erste Grenzbedingung erfüllt ist. In einem sechsten Schritt wird das Arbeitsgerät gesteuert. In dem Schritt zum Bestimmen der Ausleger-Grenzgeschwindigkeit wird die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit anhand der Grenzgeschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts, der Zielgeschwindigkeit des Arms und der Zielgeschwindigkeit des Löffels bestimmt. Wenn die Entfernung bei einer außerhalb der Entwurfsfläche positionierten Schneidenspitze des Löffels ein positiver Wert ist und wenn die Geschwindigkeit in einer Richtung von innerhalb der Entwurfsfläche nach außerhalb der Entwurfsfläche ein positiver Wert ist, enthält die erste Grenzbedingung eine Bedingung, dass die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit größer als die Zielgeschwindigkeit des Auslegers ist. Ist die erste Grenzbedingung erfüllt, wird der Ausleger in dem Schritt zum Steuern des Arbeitsgeräts gesteuert um an die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein und der Arm wird gesteuert um auf die Zielgeschwindigkeit des Arms angepasst zu sein.
Ist die erste Grenzbedingung erfüllt, wird bei dem Steuerverfahren zum Steuern der Baumaschine gemäß dem vorliegenden Aspekt der Ausleger gesteuert um an die Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein und der Arm wird gesteuert um an die Zielgeschwindigkeit des Arms angepasst zu sein. Das heißt, es findet nur eine Begrenzung des Auslegers statt und nicht eine Begrenzung des Arms. Infolgedessen wird verhindert, dass der Löffel in die Entwurfsfläche eindringt und dabei vermieden, dass dem Maschinenführer dabei ein unkomfortables Empfinden vermittelt wird.
Wirkungen der Erfindung
Erfindungsgemäß wird verhindert, dass der Löffel in die Entwurfsfläche eindringt, und gleichzeitig wird vermieden, dass dieser Vorgang dieser Vorgang bei dem Maschinenführer ein unkomfortables Empfinden hervorruft.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Hydraulikbaggers;
2 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Konfiguration eines in dem Hydraulikbagger vorgesehenen Steuersystems;
3 ist eine schematische Seitenansicht einer Konfiguration des Hydraulikbaggers;
4 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Entwurfs-Topographie;
5 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Steuervorrichtung;
6 zeigt ein Beispiel einer Entwurfsfläche;
7 ist eine schematische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Zielgeschwindigkeit, einer vertikalen Geschwindigkeitskomponente und eine horizontalen Geschwindigkeitskomponente;
8 zeigt ein Verfahren zum Berechnen der vertikalen Geschwindigkeitskomponente und der horizontalen Geschwindigkeitskomponente;
9 zeigt ein Verfahren zum Berechnen der vertikalen Geschwindigkeitskomponente und der horizontalen Geschwindigkeitskomponente;
10 ist eine schematische Darstellung der Entfernung zwischen dem vorderen Ende der Schneide und der Entwurfsfläche;
11 ist ein Graph eines Beispiels einer Grenzgeschwindigkeitsinformation;
12 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Berechnen der vertikalen Geschwindigkeitskomponente einer Ausleger-Grenzgeschwindigkeit;
13 ist eine schematische Ansicht einer Beziehung zwischen der Ausleger-Grenzgeschwindigkeit und der vertikalen Geschwindigkeitskomponente der Ausleger-Grenzgeschwindigkeit;
14 ist eine schematische Darstellung eines Abweichungsbetrags und eines Verlagerungsbetrags der Schneidenspitze;
15 zeigt ein Beispiel einer Änderung der Ausleger-Grenzgeschwindigkeit aufgrund der Bewegung der Schneidenspitze;
16 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerung durch das Steuersystem beschreibt;
17 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Hydraulikbagger 100. Der Hydraulikbagger 100 hat einen Fahrzeugkörper 1 und ein Arbeitsgerät 4.
Der Fahrzeugkörper 1 hat einen Drehkörper 3, eine Fahrerkabine 4 und eine Fahrvorrichtung 5. Der Drehkörper 3 enthält Einrichtungen wie eine Antriebsmaschine und eine Hydraulikpumpe, wie nachstehend beschrieben. Die Fahrerkabine 4 ist im vorderen Bereich des Drehkörpers 3 angeordnet. Eine nachstehend beschriebene Bedienvorrichtung ist in der Fahrerkabine 4 vorgesehen. Die Fahrvorrichtung 5 umfasst Raupenketten 5a und 5b, wobei der Hydraulikbagger 100 durch die Drehung der Raupenketten 5a und 5b fährt.
Das Arbeitsgerät 2 ist an dem Frontbereich des Fahrzeugkörpers 1 befestigt und hat einen Ausleger 6, einen Arm 7, einen Löffel 8, einen Auslegerzylinder 10, einen Armzylinder 11 und einen Löffelzylinder 12. Der proximale Endbereich des Auslegers 6 ist über einen Auslegerbolzen 13 schwenkbar an dem Drehkörper 3 befestigt. Der proximale Endbereich des Arms 7 ist über einen Armbolzen 14 schwenkbar an dem distalen Endbereich des Auslegers 6 befestigt. Der Löffel 8 ist über einen Löffelbolzen 15 schwenkbar an dem distalen Endbereich des Arms 7 befestigt.
Der Auslegerzylinder 10, der Armzylinder 11 und der Löffelzylinder 12 sind sämtlich Hydraulikzylinder, die durch ein Hydraulikfluid angetrieben werden. Der Auslegerzylinder 10 treibt den Ausleger 6 an. Der Armzylinder 11 treibt den Arm 7 an, und der Löffelzylinder 12 treibt den Löffel 8 an.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Steuersystems 300 und eines Antriebssystems 200, die in dem Hydraulikbagger 100 vorgesehen sind, darstellt. Wie 2 zeigt, ist das Antriebssystem 200 des Hydraulikbaggers 100 mit einer Antriebsmaschine 21 und mit Hydraulikpumpen 22 und 23 versehen. Um ein Hydraulikfluid zu fördern, werden die Hydraulikpumpen 22 und 23 durch die Antriebsmaschine 21 angetrieben. Der Auslegerzylinder 10, der Armzylinder 11 und der Löffelzylinder 12 werden durch das Hydraulikfluid angetrieben, das von den Hydraulikpumpen 22 und 23 geliefert wird. Der Hydraulikbagger 100 hat einen Drehmotor 24. Der Drehmotor 24 ist ein Hydraulikmotor und wird durch das Hydraulikfluid aus den Hydraulikpumpen 22 und 23 angetrieben. Der Drehmotor 24 dreht den Drehkörper 3.
Während in 2 zwei Hydraulikpumpen 22 und 23 dargestellt sind, ist es möglich, nur eine Hydraulikpumpe vorzusehen. Der Drehmotor 24 ist nicht auf die Ausführung als Hydraulikmotor beschränkt. Er kann auch ein Elektromotor sein.
Das Steuersystem 300 umfasst eine Bedienvorrichtung 25, eine Steuervorrichtung 26 und ein Steuerventil 27. Die Bedienvorrichtung 25 ist eine Vorrichtung zum Betätigen des Arbeitsgeräts 2. Die Bedienvorrichtung 25 empfängt Befehle für Betätigung des Arbeitsgeräts 2 von einem Maschinenführer und liefert entsprechend einem Bedienbetrag Betriebssignale. Die Bedienvorrichtung 25 hat ein erstes Bedienelement 28 und ein zweites Bedienelement 29.
Das erste Bedienelement 28 ist beispielsweise ein Bedienhebel. Das erste Bedienelement 28 ist so vorgesehen, dass es in vier Richtungen bedienbar ist, nämlich nach vorne, hinten, links und rechts. Zwei der vier Bedienrichtungen des Bedienelements 28 sind dem Heben und Senken des Auslegers 6 zugeordnet. Das Heben des Auslegers 6 entspricht einem Aushubbetrieb. Das Senken des Auslegers 6 entspricht einem Abladebetrieb. Die beiden verbleibenden Bedienrichtungen des ersten Bedienelements 28 sind dem Heben und Senken des Löffels 9 zugeordnet.
Das zweite Bedienelement 29 ist zum Beispiel ein Bedienhebel. Das zweite Bedienelement 29 ist so vorgesehen, dass es in vier Richtungen bedienbar ist, nach vorne, hinten, links und rechts. Zwei der vier Bedienrichtungen des zweiten Bedienhebels 29 sind dem Heben und Senken des Arms 7 zugeordnet. Das Heben des Arms 7 entspricht einem Aushubbetrieb. Das Senken des Arms 7 entspricht einem Abladebetrieb. Die beiden verbleibenden Bedienrichtungen des zweiten Bedienelements 29 sind einer Drehung des Drehkörpers 3 nach rechts und nach links zugeordnet.
Die Bedienvorrichtung 25 hat einen Ausleger-Bedienbereich 31 und einen Löffel-Bedienbereich 32. Der Ausleger-Bedienbereich 31 liefert ein Ausleger-Betriebssignal. Das Ausleger-Betriebssignal hat einen Spannungswert, der einem Bedienbetrag des ersten Bedienelements 28 entspricht (im Folgenden als ”Ausleger-Betätigungsbetrag” bezeichnet), für die Betätigung des Auslegers 6. Der Löffel-Bedienbereich 32 liefert ein Löffel-Betriebssignal. Das Löffel-Betriebssignal hat einen Spannungswert, der einem Bedienbetrag des ersten Bedienelements 28 entspricht (im Folgenden als ”Löffel-Betätigungsbetrag” bezeichnet), für die Betätigung des Löffels 8.
Die Bedienvorrichtung 25 hat einen Arm-Bedienbereich 33 und einen Bedienbereich 34 für die Drehung. Der Arm-Bedienbereich 33 liefert ein Arm-Betriebssignal. Das Arm-Betriebssignal hat einen Spannungswert, der einem Bedienbetrag des zweiten Bedienelements 29 für den Betrieb des Arms 7 entspricht (im Folgenden als ”Arm-Betätigungsbetrag” bezeichnet). Der Bedienbereich 34 für die Drehung liefert ein Drehbetriebssignal. Das Drehbetriebssignal hat eine Spannung, die einem Bedienbetrag des zweiten Bedienelements 29 für den Drehbetrieb des Drehkörpers 3 entspricht.
Die Steuervorrichtung 26 hat eine Speichereinheit 34 wie beispielsweise ein RAM oder ein ROM und eine Recheneinheit 25 wie beispielsweise eine CPU. Die Steuervorrichtung 26 bezieht Ausleger-Betriebssignale, Arm-Betriebssignale, Löffel-Betriebssignale und Drehbetriebssignale von der Bedienvorrichtung 25. Die Steuervorrichtung 26 steuert das Steuerventil 27 auf der Basis der Betriebssignale.
Das Steuerventil 27 ist ein elektromagnetisches Proportionalsteuerventil und wird durch Befehlssignale von der Steuervorrichtung 26 gesteuert. Das Steuerventil 27 ist zwischen die Hydraulikpumpen 22 und 23 und hydraulische Aktuatoren wie den Auslegerzylinder 10, den Armzylinder 11, den Löffelzylinder 12 und den Drehmotor 24 geschaltet. Das Steuerventil 27 steuert die Durchflussrate des Hydraulikfluids, das von den Hydraulikpumpen 22 und 23 dem Auslegerzylinder 10, Armzylinder 11, Löffelzylinder 12 und Drehmotor 24 zugeführt wird.
Das Steuersystem 300 hat einen ersten Hubsensor 16, einen zweiten Hubsensor 17 und einen dritten Hubsensor 18. Der erste Hubsensor 16 detektiert eine Hublänge des Auslegerzylinders 10 (im Folgenden als ”Auslegerzylinderlänge” bezeichnet). Der zweite Hubsensor 17 detektiert die Hublänge des Armzylinders 11 (im Folgenden als ”Armzylinderlänge” bezeichnet). Der dritte Hubsensor 18 detektiert eine Hublänge des Löffelzylinders 12 (im Folgenden als ”Löffelzylinderlänge” bezeichnet). Zum Messen des Hubs kann ein Winkelsensor verwendet werden. Das Steuersystem 300 hat einen Neigungswinkelsensor 19. Der Neigungswinkelsensor 19 ist an dem Drehkörper 3 angeordnet. Der Neigungswinkelsensor 19 detektiert einen Neigungswinkel relativ zur horizontalen Richtung des Drehkörpers 3 und einen Drehwinkel des Drehkörpers 3 bezogen auf die Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs. Die Sensoren senden Detektionssignale an die Steuervorrichtung 26. Der Drehwinkel kann auch anhand von Positionsinformationen von nachstehend beschriebenen GNSS-Antennen 37 und 38 ermittelt werden.
Das Steuersystem 300 ist mit einer Positionsdetektoreinheit 36 versehen. Die Positionsdetektoreinheit 36 detektiert eine aktuelle Position des Hydraulikbaggers 100. Die Positionsdetektoreinheit 36 hat GNSS-Antennen 37 und 38 und einen dreidimensionalen Positionssensor 39. Die Vielzahl von GNSS-Antennen 37 und 38 ist an dem Drehkörper 3 vorgesehen. Die GNSS-Antennen 37 und 38 sind Antennen für ein globales Navigationssatellitensystem mit Echtzeitkinematik. Signale, die GNSS-Funkwellen entsprechen, die von den GNSS-Antennen 37 und 38 empfangen werden, werden in den dreidimensionalen Positionssensor 39 eingegeben.
3 ist eine Seitenansicht, die schematisch eine Konfiguration des Hydraulikbaggers 100 darstellt. Der dreidimensionale Positionssensor 39 erfasst eine Installationsposition P1 der GNSS-Antennen 37 und 38 aus einem globalen Koordinatensystem. Das globale Koordinatensystem ist ein dreidimensionales Koordinatensystem, das auf einer in einem Arbeitsbereich eingerichteten Referenzposition P2 basiert. Wie 3 zeigt, ist die Referenzposition P2 zum Beispiel eine Position an einem distalen Ende eines Bezugsmarkers, der in dem Arbeitsbereich festgelegt ist.
Die Steuervorrichtung 26 berechnet eine Position einer lokalen Koordinate, wie in dem globalen Koordinatensystem zu sehen ist, auf der Basis eines Detektionsergebnisses von der Positionsdetektoreinheit 36. Ein lokales Koordinatensystem ist ein dreidimensionales System, das auf dem Hydraulikbagger 100 stationiert ist. Eine Referenzposition P3 in dem lokalen Koordinatensystem ist zum Beispiel eine Position an der Drehmitte des Drehkörpers 3. Insbesondere berechnet die Steuervorrichtung 26 eine Position der lokalen Koordinaten, wie in dem nachstehend beschriebenen globalen Koordinatensystem zu sehen ist.
Die Steuervorrichtung 26 berechnet einen Neigungswinkel θ1 des Auslegers 6 relativ zur vertikalen Richtung in dem lokalen Koordinatensystem anhand der durch den ersten Hubsensor 16 detektierten Auslegerzylinderlänge. Die Steuervorrichtung 26 berechnet einen Neigungswinkel θ2 des Arms 7 relativ zu dem Ausleger 6 anhand der durch den zweiten Hubsensor 17 detektierten Armzylinderlänge. Die Steuervorrichtung 26 berechnet einen dritten Neigungswinkel θ3 des Löffels 8 relativ zu dem Arm 7 anhand der durch den dritten Hubsensor 18 detektierten Löffelzylinderlänge.
Die Speichereinheit 34 in der Steuervorrichtung 36 speichert Daten des Arbeitsgeräts. Die Daten des Arbeitsgeräts umfassen eine Länge L1 des Auslegers 6, eine Länge L2 des Arms 7 und eine Länge L3 des Löffels 8. Wie in 3 gezeigt ist, entspricht die Länge L1 des Auslegers 6 der Länge von dem Auslegerbolzen 13 zu dem Armbolzen 14. Die Länge L2 des Arms 7 entspricht der Länge von dem Armbolzen 14 zu dem Löffelbolzen 15. Die Länge L3 des Löffels 8 entspricht der Länge von dem Löffelbolzen 15 zu dem distalen Ende (nachstehend als ”Schneidenspitze P4” bezeichnet) eines Zahns des Löffels 8. Die Daten des Arbeitsgeräts enthalten Positionsinformationen des Auslegers bezüglich der Referenzposition P3 in dem lokalen Koordinatensystem.
Die Steuervorrichtung 26 berechnet die Position der Schneidenspitze P4 in dem lokalen Koordinatensystem anhand des Neigungswinkels θ1 des Auslegers 6, des Neigungswinkels θ2 des Arms 7, des Neigungswinkels θ3 des Löffels 8, der Länge L1 des Auslegers 6, der Länge 2 des Arms 7, der Länge L3 des Löffels 8 und der Positionsinformation des Auslegerbolzens 13. Die Daten des Arbeitsgeräts enthalten Positionsinformationen der Installationsposition P1 der GNSS-Antennen 37 und 38 bezüglich der Referenzposition P3 in dem lokalen Koordinatensystem. Die Steuervorrichtung 26 konvertiert die Position der Schneidenspitze P4 in dem lokalen Koordinatensystem in eine Position der Schneidenspitze P4 in dem globalen Koordinatensystem auf der Basis der Detektionsergebnisse der Positionsdetektoreinheit 36 und der Positionsinformation der GNSS-Antennen 37 und 38. Auf diese Weise bezieht die Steuervorrichtung 26 die Positionsinformation der Schneidenspitze P4, wie in dem globalen Koordinatensystem zu sehen ist.
Die Speichereinheit 43 in der Steuervorrichtung 26 speichert Entwurfs-Topographiedaten, die Positionen und Gestalt einer dreidimensionalen Entwurfs-Topographie innerhalb eines Arbeitsbereichs angeben. Die Steuervorrichtung 26 zeigt die Entwurfs-Topographie auf einer Displayeinheit 40 an, auf der Basis der Entwurfs-Topographie und der Detektionsergebnisse von den vorgenannten Sensoren. Die Anzeigeeinheit 40 ist zum Beispiel ein Monitor und zeigt Informationen verschiedener Art des Hydraulikbaggers 100 an.
4 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels einer Entwurfs-Topographie. Wie 4 zeigt, wird die Entwurfs-Topographie durch eine Vielzahl von Entwurfsflächen 41 gebildet, die jeweils anhand von Dreieck-Polygonen dargestellt sind. Die Vielzahl der Entwurfsflächen 41 stellt eine Zielgestalt dar, die durch das Arbeitsgerät 2 herzustellen ist. In 4 ist nur eine der Vielzahl von Entwurfsflächen 41 mit dem Bezugszeichen 41 gekennzeichnet. Die Bezugszeichen wurden den bei den anderen Entwurfsflächen 41 weggelassen.
Die Steuervorrichtung 26 führt eine Steuerung durch, indem sie die Bewegung des Arbeitsgeräts 2 begrenzt, um zu verhindern, dass der Löffel 8 in die Entwurfsfläche 41 eindringt. Die Steueraktionen, die durch die Steuervorrichtung 26 durchgeführt werden, werden nachstehend im Detail beschrieben. 5 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung 26 hat eine Entwurfsflächen-Festlegungseinheit 51, eine Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 52, eine Entfernungs-Ermittlungseinheit 53, eine Grenzgeschwindigkeit-Bestimmungseinheit 54, eine erste Grenz-Bestimmungseinheit 55, eine zweite Grenz-Bestimmungseinheit 56 und eine Arbeitsgerät-Steuer 57.
Die Entwurfsflächen-Festlegungseinheit 51 legt die Entwurfsfläche 41 fest, um die Zielgestalt anzugeben, die durch die Baumaschine herzustellen ist. Insbesondere wählt die Entwurfsflächen-Festlegungseinheit 51 einen Bereich der Entwurfsfläche 41 von der vorgenannten Vielzahl von Entwurfsflächen 41 als Ziel-Entwurfsfläche. Zum Beispiel legt die Entwurfsflächen-Festlegungseinheit 51 eine Überschneidung zwischen der Entwurfsfläche 41 und einer senkrechten Linie, die durch die aktuelle Position der Schneidenspitze P4 in dem globalen Koordinatensystem verläuft, als Position fest, die durch Bagger zu bearbeiten ist. Die Entwurfsflächen-Festlegungseinheit 51 wählt die Entwurfsfläche 41, die die zu bearbeitende Position und die davor und dahinter positionierten Entwurfsflächen 41 enthält, als eine Fläche, die mit dem Bagger zu bearbeiten ist. Die Entwurfsflächen-Festlegungseinheit 51 legt eine Überschneidungslinie 43, die eine Fläche schneidet, die zu bearbeiten ist, und eine ebene Fläche 42, die durch die aktuelle Position der Schneidenspitze P4 des Löffels 8 verläuft, als Ziel-Entwurfsfläche fest.
In der folgenden Erläuterung bezieht sich die Entwurfsfläche 41 auf die Ziel-Entwurfsfläche, die wie vorstehend beschrieben festgelegt wurde. 6 zeigt ein Beispiel einer festgelegten Entwurfsfläche 41. Die Steuervorrichtung 26 zeigt auf der Displayeinheit 40 eine Abbildung, die ein Positionsverhältnis zwischen der festgelegten Entwurfsfläche 41 und der aktuellen Position der Schneidenspitze P4 angibt.
Die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 52 bestimmt eine Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, eine Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am und eine Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt. Die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm ist eine Geschwindigkeit der Schneidenspitze P4, wenn nur der Auslegerzylinder 10 angetrieben wird. Die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am ist eine Geschwindigkeit der Schneidenspitze P4, wenn nur der Armzylinder 11 angetrieben wird. Die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt ist eine Geschwindigkeit der Schneidenspitze P4, wenn nur der Löffelzylinder 12 angetrieben wird. Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm wird entsprechend dem Bedienbetrag des Auslegers berechnet. Die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am wird entsprechend dem Bedienbetrag des Arms berechnet. Die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt wird entsprechend dem Bedienbetrag des Löffels berechnet.
Die Speichereinheit 34 speichert Zielgeschwindigkeits-Informationen, um ein Verhältnis zwischen dem Ausleger-Betätigungsbetrag und der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm vorzuschreiben. Die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 52 bestimmt die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm entsprechend dem Ausleger-Betätigungsbetrag durch Referenzieren der Zielgeschwindigkeits-Informationen. Die Zielgeschwindigkeits-Information ist beispielsweise ein Graph. Die Zielgeschwindigkeits-Information kann auch als Tabelle formatiert oder in Form einer Gleichung vorliegen. Die Zielgeschwindigkeits-Information enthält Informationen, die ein Verhältnis zwischen dem Arm-Betätigungsbetrag und der Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am vorschreiben. Die Zielgeschwindigkeits-Information enthält Informationen, die das Verhältnis zwischen dem Löffel-Bedienbetrag und der Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt vorschreiben. Die Einheit 52 zum Bestimmen der Zielgeschwindigkeit bestimmt die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am entsprechend dem Arm-Bedienbetrag durch Referenzieren der Zielgeschwindigkeits-Information. Die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 52 bestimmt die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt entsprechend dem Löffel-Betätigungsbetrag durch Referenzieren der Zielgeschwindigkeits-Information.
Wie 7 zeigt, konvertiert die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 52 die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm in eine Geschwindigkeitskomponente (im Folgenden als ”vertikale Geschwindigkeitskomponente” bezeichnet) Vcy_bm in einer Richtung senkrecht zur Entwurfsfläche 41 und eine Geschwindigkeitskomponente (im Folgenden als ”horizontale Geschwindigkeitskomponente” bezeichnet) Vcx_bm in einer Richtung parallel zur Entwurfsfläche 41.
Insbesondere ermittelt die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 52 zuerst die Neigung der vertikalen Achse der lokalen Koordinaten hinsichtlich der vertikalen Achse der globalen Koordinaten und die Neigung in der vertikalen Richtung der Entwurfsebene 41 hinsichtlich der vertikalen Achse der globalen Koordinaten anhand der Topographiedaten und der Positionsinformationen der GNSS-Antennen 37 und 38 und ermittelt dann anhand der Neigungen die Neigung θ1 (siehe 6) der vertikalen Achse der lokalen Koordinaten und der vertikalen Richtung der Entwurfsfläche 41.
Wie in 8 dargestellt ist, benutzt die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 52 eine trigonometrische Funktion zum Konvertieren der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm in eine Geschwindigkeitskomponente VL1_bm in der Richtung vertikalen Achse und eine Geschwindigkeitskomponente VL2_bm in der Richtung der horizontalen Achse der lokalen Koordinaten anhand eines Winkels θ2 zwischen der vertikalen Achse der lokalen Koordinaten und der Richtung der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm. Wie 9 zeigt, benutzt die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 52 dann eine trigonometrische Funktion zum Konvertieren der Geschwindigkeitskomponente VL1_bm in der Richtung der vertikalen Achse und der Geschwindigkeitskomponente VL2_bm in der Richtung der horizontalen Achse in die vorgenannte vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bm und die horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx_bm hinsichtlich der Entwurfsfläche 41 anhand der vorgenannten Neigung θ1 der vertikalen Richtung der Entwurfsfläche 41 und der vertikalen Achse der lokalen Koordinaten. Ähnlich konvertiert die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 52 die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am in eine vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_am und eine horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx-am. Die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 52 konvertiert die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt in die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt und die horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx_bkt.
Wie in 10 gezeigt ist, ermittelt die Entfernungs-Ermittlungseinheit 53 eine Entfernung zwischen der Schneidenspitze P4 des Löffels 8 und der Entwurfsfläche 41. Insbesondere berechnet die Entfernungs-Ermittlungseinheit 53 eine Entfernung d, die die kürzeste Entfernung zwischen der Schneidenspitze P4 des Löffels 8 und der Entwurfsfläche 41 ist, anhand der Positionsinformationen der Schneidenspitze P4, die wie vorstehend beschrieben bezogen werden, und anhand der Entwurfs-Topographiedaten, die die Position der Entwurfsfläche 41 angeben.
Die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 54 berechnet eine Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt des gesamten Arbeitsgeräts 2 auf der Basis der Entfernung d zwischen der Schneidenspitze P4 des Löffels 8 und der Entwurfsfläche 41. Die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt für das gesamte Arbeitsgerät 2 ist eine zulässige Bewegungsgeschwindigkeit der Schneidenspitze P4 in die Richtung, in der sich die Schneidenspitze P4 des Löffels 8 der Entwurfsfläche 41 nähert. Die Speichereinheit 34 speichert die Grenzgeschwindigkeitsinformation, die das Verhältnis zwischen der Entfernung d und der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt vorschreibt.
11 ist ein Beispiel der Grenzgeschwindigkeitsinformation. In 11 ist die Entfernung d ein positiver Wert, wenn die Schneidenspitze P4 außerhalb der Entwurfsfläche 41 positioniert ist, und ein negativer Wert, wenn die Schneidenspitze P4 innerhalb der Entwurfsfläche 41 positioniert ist. Mit anderen Worten: die Entfernung d ist ein positiver Wert, wenn die Schneidenspitze P4 über der Entwurfsfläche 41 positioniert ist, und ein negativer Wert, wenn Schneidenspitze P4 unter der Entwurfsfläche 41 positioniert ist, wie zum Beispiel in 10 gezeigt. Das heißt, die Entfernung d ist ein positiver Wert, wenn die Schneidenspitze P4 in die Entwurfsfläche eindringt. Die Entfernung d ist 0, wenn sich die Schneidenspitze P4 an der Entwurfsfläche 41 befindet.
Die Geschwindigkeit bei der Bewegung der die Schneidenspitze P4 von innerhalb in Richtung nach außerhalb der Entwurfsfläche 41 ist ein positiver Wert, und die Geschwindigkeit bei der Bewegung der Schneidenspitze P4 von außerhalb in Richtung nach innerhalb der Entwurfsfläche 41 ist ein negativer Wert. Mit anderen Worten: die Geschwindigkeit bei der Bewegung der Schneidenspitze P4 in Richtung auf eine Position über der Entwurfsfläche 41 ist ein positiver Wert, und die Geschwindigkeit bei der Bewegung der Schneidenspitze P4 in Richtung auf eine Position unter der Entwurfsfläche 41 ist ein negativer Wert.
In der Geschwindigkeitsinformation ist die Steigung der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt bei einer Entfernung d zwischen d1 und d2 geringer als die Steigungen bei einer Entfernung d bei oder über von d1 oder bei oder unter von d2. Der Wert d1 ist größer als 0. Der Wert d2 ist kleiner als 0. Da die Grenzgeschwindigkeit für Aktionen in der Nähe der Entwurfsfläche 41 detaillierter festgelegt wird, ist die Steigung bei einer Entfernung d zwischen d1 und d2 geringer als die Steigungen bei einer Entfernung d bei oder über von d1 oder bei oder über von d2. Wenn die Entfernung d gleich oder größer d1 ist, ist die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt ein negativer Wert, und die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt wird mit zunehmender Entfernung d entsprechend kleiner. Mit anderen Worten: wenn die Entfernung gleich oder größer d1 ist, wird die Geschwindigkeit in Richtung auf eine Position unter der Entwurfsfläche 41 entsprechend größer, und der Absolutwert der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt wird entsprechend größer, je weiter die Schneidenspitze P4 über der Entwurfsfläche 41 von der Entwurfsfläche 41 entfernt ist. Bei einer Entfernung d von gleich oder kleiner 0, wird die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmit mit abnehmender Entfernung d größer. Mit anderen Worten: wenn die Entfernung d bei einer sich von der Entwurfsfläche 41 wegbewegenden die Schneidenspitze P4 des Löffels 8 gleich oder kleiner 0 ist, wird die nach oben zur Entwurfsfläche 41 gerichtete Geschwindigkeit entsprechend größer, und der Absolutwert der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt vergrößert sich entsprechend, je weiter die Schneidenspitze P4 unter der Entwurfsfläche 41 von der Entwurfsfläche entfernt ist.
Wenn die Entfernung d gleich oder größer einem ersten vorgegebenen Wert dth1 ist, wird die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt Vmin. Der erste vorgegebene Wert dth1 ist ein positiver Wert und ist größer als d1. Vmin ist kleiner als der minimale Wert der Zielgeschwindigkeit. Mit anderen Worten: wenn die Entfernung d gleich oder größer dem ersten vorgegebenen Wert dth1 ist, findet keine Begrenzung der Aktion des Arbeitsgeräts 2 statt. Eine Begrenzung der Aktion des Arbeitsgeräts 2 wird nicht durchgeführt, wenn die Schneidenspitze P4 über der Entwurfsfläche 41 weit von der Entwurfsfläche 41 entfernt ist. Mit anderen Worten: wenn die Entfernung d kleiner ist als der erste vorgegebene Wert dth1, wird eine Begrenzung der Aktion des Arbeitsgeräts 2 durchgeführt. Insbesondere wird bei einer Entfernung d, die kleiner als der erste vorgegebene Wert dth1 ist, die Aktion des Auslegers 6 begrenzt, wie nachstehend beschrieben.
Die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 54 berechnet die vertikale Geschwindigkeitskomponente (im Folgenden als ”vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente des Auslegers 6” bezeichnet) Vcy_bm_lmt der Grenzgeschwindigkeit des Auslegers 6 anhand der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt des gesamten Arbeitsgeräts 2, der Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am und der Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt. Wie in 12 gezeigt ist, berechnet die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 54 die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_ltd des Auslegers 6 durch Subtrahieren der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_am der Arm-Zielgeschwindigkeit und der vertikalen Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit von der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt des gesamten Arbeitsgeräts 2.
Wie in 13 dargestellt ist, konvertiert die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 54 auch die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_ltd des Auslegers 6 auf eine Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6. Die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 54 ermittelt das Verhältnis zwischen der Richtung senkrecht zur Entwurfsfläche 41 und der Richtung der Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6 anhand des vorgenannten Neigungswinkels θ1 des Auslegers, des Neigungswinkels θ2 des Arms 7, des Neigungswinkels θ3 des Löffels 8, der Positionsinformation der GNSS-Antennen 37 und 38 und der Entwurfs-Topographiedaten und konvertiert die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_ltd des Auslegers 6 in die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6. Die Berechnung wird in diesem Fall umgekehrt zu der Abfolge bei der Ermittlung der Geschwindigkeit Vcy_bm in der Richtung senkrecht zur Entwurfsebene anhand der vorstehend beschriebenen Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm durchgeführt.
Die erste Grenz-Bestimmungseinheit 55 ist eine Einheit zum Bestimmen einer Bedingung für die Begrenzung des Auslegers 6 und bestimmt, ob eine erste Grenzbedingung erfüllt ist oder nicht. Die erste Grenzbedingung enthält die Bedingungen, dass die Entfernung d kleiner als der vorgenannte erste vorgegebene Wert dth1 ist, dass die Entfernung d gleich oder größer als ein nachstehend genannter zweiter vorgegebener Wert dth2 ist und dass die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6 größer als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm ist. Wenn zum Beispiel beim Senken des Auslegers 6 das Maß der Abwärts-Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6 kleiner ist als das Maß der Abwärts-Zielgeschwindigkeit Vc_bm des Auslegers, bestimmt die erste Grenz-Bestimmungseinheit 55, dass die erste Grenzbedingung erfüllt ist. Wenn beim Heben des Auslegers 6 das Maß der Aufwärts-Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_ltd des Auslegers 6 größer ist als das Maß der Aufwärts-Zielgeschwindigkeit Vc_bm des Auslegers, bestimmt die erste Grenz-Bestimmungseinheit 55, dass die erste Grenzbedingung erfüllt ist.
Die zweite Grenz-Bestimmungseinheit 56 ist eine Einheit zum Bestimmen einer Bedingung zum Begrenzen des Arms 7 und bestimmt, ob die zweite Grenzbedingung erfüllt ist oder nicht. Die zweite Grenzbedingung enthält die Bedingungen, dass der Abstand d zwischen der Schneidenspitze P4 und der Entwurfsfläche 41 kleiner als der zweite vorgegebene Wert dth2 ist und dass die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6 größer als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm ist. Der zweite vorgegebene Wert ist 0. Daher bestimmt die zweite Grenz-Bestimmungseinheit 56 bei einer außerhalb der Entwurfsfläche 41 positionierten Schneidespitze P4, dass die zweite Grenzbedingung nicht erfüllt ist. Das heißt, wenn die Schneidenspitze P4 über der Entwurfsfläche 41 positioniert ist, bestimmt die zweite Grenz-Bestimmungseinheit 56 bei einer innerhalb der Entwurfsfläche 41 positionierten Schneidenspitze P4, dass die zweite Grenzbedingung erfüllt ist. Das heißt, wenn wie Schneidenspitze P4 unter der Entwurfsfläche 41 positioniert ist, bestimmt die zweite Grenz-Bestimmungseinheit 56, dass die zweite Grenzbedingung erfüllt ist.
Die zweite Grenzbedingung enthält ferner die Bedingungen, dass ein aktueller Abweichungsbetrag größer als ein vorheriger Abweichungsbetrag ist. Wie in 14 gezeigt ist, ermittelt die Entfernungs-Ermittlungseinheit 53 einen Abweichungsbetrag der Schneidenspitze P4 des Löffels 8 hinsichtlich der Entwurfsfläche 41 in vorgegebenen Zeitabständen. Ein aktueller Abweichungsbetrag d_n ist ein Absolutwert der Entfernung d zwischen der Entwurfsfläche 41 und der Schneidenspitze P4 des Löffels 8 innerhalb der Entwurfsfläche 41. In 14 stellt ein Löffel 8' eine Position des Löffels 8 beim Abfragen eines vorherigen Abweichungsbetrags d_n-1 dar. Die Tatsache, dass der aktuelle Abweichungsbetrag d₁ größer als der vorherige Abweichungsbetrag d_n-1 ist, besagt, dass Schneidenspitze P4 weiter in die Entwurfsfläche 41 eindringt. Die zweite Grenz-Bestimmungseinheit 56 bestimmt, dass während des Eindringens die zweite Grenzbedingung erfüllt ist, wenn die Entfernung d zwischen der Schneidenspitze P4 und der Entwurfsfläche 41 geringer ist als 0 und wenn der aktuelle Abweichungsbetrag d_n größer als der vorherige Abweichungsbetrag d_n-1 ist.
Wenn der aktuelle Abweichungsbetrag d_n gleich oder kleiner als der vorherige Abweichungsbetrag d_n-1 ist, bestimmt die zweite Grenz-Bestimmungseinheit 56, dass die zweite Grenzbedingung nicht erfüllt ist. Aus diesem Grund bestimmt die zweite Grenz-Bestimmungseinheit 56, dass die zweite Grenzbedingung nicht erfüllt ist, wenn die Schneidenspitze P4 nicht weiter in die Entwurfsfläche eindringt, selbst wenn die Schneidenspitze P4 unter der Entwurfsfläche 41 positioniert ist.
Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 57 steuert das Arbeitsgerät 2. Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 57 steuert den Auslegerzylinder 10, den Armzylinder 11 und den Löffelzylinder 12, in dem sie Arm-Befehlssignale, Ausleger-Befehlssignale und Löffel-Befehlssignal an das Steuerventil 27 sendet. Die Arm-Befehlssignale, die Ausleger-Befehlssignale und die Löffel-Befehlssignale haben Stromwerte, die jeweils einer Ausleger-Befehlsgeschwindigkeit, einer Arm-Befehlsgeschwindigkeit und einer Löffel-Befehlsgeschwindigkeit entsprechen.
Während des normalen Antriebs, wenn weder die erste Grenzbedingung noch die zweite Grenzbedingung erfüllt ist, wählt die Arbeitsgerät-Steuereinheit 57 die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am und die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt jeweils als die Ausleger-Befehlsgeschwindigkeit, die Arm-Befehlsgeschwindigkeit und die Löffel-Befehlsgeschwindigkeit. Das heißt, während des normalen Antriebs betätigt die Arbeitsgerät-Steuereinheit 57 den Auslegerzylinder 10, den Armzylinder 11 und den Löffelzylinder 12 jeweils entsprechend dem Ausleger-Betätigungsbetrag, dem Arm-Betätigungsbetrag und dem Löffel-Betätigungsbetrag. Deshalb wird der Auslegerzylinder 10 mit der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, der Armzylinder 11 mit der Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am und der Löffelzylinder 12 mit der Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt betätigt.
Wenn die erste Grenzbedingung erfüllt ist, betätigt die Arbeitsgerät-Steuereinheit 57 den Ausleger 6 mit der Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6 und betätigt den Arm 7 mit der Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am. Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 57 betätigt den Löffel 8 mit der Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt.
Wie vorstehend beschrieben, wird die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt des Auslegers 6 berechnet, indem die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_am der Arm-Zielgeschwindigkeit und die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit von der Grenzgeschwindigkeit VCy_lmt des gesamten Arbeitsgeräts 2 subtrahiert wird. Die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente VCy_bm_lmt des Auslegers 6 wird deshalb zu einem negativen Wert, um den Ausleger anzuheben, wenn die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt des gesamten Arbeitsgeräts 2 kleiner als die Summe der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_am der Arm-Zielgeschwindigkeit und der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit ist.
Aus diesem Grund wird die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6 zu einem negativen Wert. In diesem Fall reduziert die Arbeitsgerät-Steuereinheit 57 die Geschwindigkeit des Senkens des Auslegers 6 auf eine Geschwindigkeit unter der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm. Dadurch wird verhindert, dass der Löffel 8 in die Entwurfsfläche eindringt, ohne dass dieser Vorgang von dem Maschinenführer als unkomfortabel empfunden werden muss.
Die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_ltd des Auslegers 6 wird positiv, wenn die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt des gesamten Arbeitsgeräts 2 größer ist als die Summe der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_am der Arm-Zielgeschwindigkeit und der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit. Deshalb wird die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_ltd des Auslegers 6 ein positiver Wert. In diesem Fall hebt die Arbeitsgerät-Steuereinheit 57 den Anleger 6 an, selbst wenn die Bedienvorrichtung 25 in die Richtung zum Senken des Auslegers 6 bedient wird. Ein zunehmendes Eindringen in die Entwurfsfläche 41 kann dadurch rasch verhindert werden.
Wenn das die Schneidenspitze P4 über der Entwurfsfläche 41 positioniert ist, wird der Absolutwert der vertikalen Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm-lmt des Auslegers 6 entsprechend kleiner, und ein Absolutwert der Geschwindigkeitskomponente (im Folgenden als ”horizontale Grenzgeschwindigkeitskomponente” bezeichnet) Vcx_bm_lmt der Grenzgeschwindigkeit des Auslegers 6 in der Richtung parallel zur Entwurfsfläche 41 wird entsprechend kleiner, während sich die Schneidenspitze P4 näher an die Entwurfsfläche 41 heran bewegt. Deshalb wird bei einer über der Entwurfsfläche 41 positionierten Schenidenspitze P4 sowohl die Geschwindigkeit des Auslegers 6 in der Richtung senkrecht zur Entwurfsfläche 41 als auch die Geschwindigkeit des Auslegers 6 in der Richtung parallel zur Entwurfsfläche 41 reduziert, während sich die Schneidespitze P4 näher an die Entwurfsfläche 41 heran bewegt.
Indem der Maschinenführer das erste Bedienelement 28 und das zweite Bedienelement 29 gleichzeitig bedient, können der Ausleger 6, der Arm 7 und der Löffel 8 zur selben Zeit betätigt werden. Es folgt die Beschreibung der vorstehenden Steuerungen, wenn die jeweiligen Grenzgeschwindigkeiten Vc_bm, Vc_am und Vc_bkt des Auslegers 6, des Arms 7 und des Löffels 8 eingegeben werden. 15 zeigt ein Beispiel einer Änderung der Grenzgeschwindigkeit des Auslegers 6, wenn die Entfernung d zwischen der Entwurfsfläche 41 und der Schneidenspitze P4 des Löffels kleiner ist als der erste vorgegebene Wert dth1 und der Löffel 8 sich von einer Position Pn1 zu einer Position Pn2 bewegt. Die Entfernung zwischen der Schneidenspitze P4 an der Position Pn2 und der Entwurfsfläche 41 ist geringer als die Entfernung zwischen der Schneidenspitze P4 an der Position Pn1 und der Entwurfsfläche 41. Infolgedessen ist eine vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt2 des Auslegers 6 an der Position P2 kleiner als eine vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt1 des Auslegers 6 an der Position Pn1. Deshalb wird die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt2 des Auslegers 6 an der Position Pn2 kleiner als die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt1 des Auslegers 6 an der Position Pn1. Ferner wird eine horizontale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcx_bm_lmt2 des Auslegers 6 an der Position Pn2 kleiner als die horizontale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcx_bm_lmt1 des Auslegers 6 an der Position Pn1. Zu dieser Zeit wird jedoch eine Begrenzung der Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am und der Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt nicht durchgeführt. Infolgedessen werden vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_am und die horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx_am der Arm-Zielgeschwindigkeit und die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt und die horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit nicht begrenzt.
Indem, wie vorstehend beschrieben, die Begrenzung des Arms 7 nicht durchgeführt wird, zeigt sich eine Änderung des Arm-Betätigungsbetrags entsprechend dem von dem Maschinenführer beabsichtigen Aushub in einer Geschwindigkeitsänderung des der Schneidenspitze P4 des Löffels 8. Infolgedessen kann ein unkomfortables Empfinden des Maschinenführers verhindert werden, während gleichzeitig ein weiteres Eindringen in die Entwurfsfläche 41 verhinder wird.
Wenn die zweite Grenzbedingung erfüllt ist, steuert die Arbeitsgerät-Steuereinheit 57 den Ausleger 6 mit der Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6 und steuert den Arm 7 mit einer Arm-Grenzgeschwindigkeit Vc_am_lmt. Die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 54 berechnet die Arm-Grenzgeschwindigkeit Vc_am_lmt durch Multiplizieren der Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am mit einem Arm-Verzögerungskoeffizienten. Die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 54 berechnet den Arm-Verzögerungskoeffizienten unter Anwendung der folgenden Gleichung (1). a = 1 + 0.001 × (D_n + (D_n – D_n-1) × b Gleichung (1), wobei b eine vorgegebene Konstante, D_n ein aktueller Aushubbetrag und D_n-1 ein vorhergehend ermittelter Aushubbetrag ist. Der Absolutwert des Aushubbetrags D_n entspricht dem vorgenannten Abweichungsbetrag d_n, und der Aushubbetrag D_n ist ein negativer Wert innerhalb der Entwurfsfläche 41. Der Ausdruck ”D_n – D_n-1” in Gleichung (1) entspricht einem Verlagerungsbetrag Δd zwischen der vorherigen Position und der aktuellen Position der Schneidenspitze P4 des Löffels 8. Die Grenzgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 54 berechnet deshalb den Arm-Verzögerungskoeffizienten auf der Basis des aktuellen Abweichungsbetrags d_n und des Verlagerungsbetrags Δd zwischen der vorherigen Position und der aktuellen Position der Schneidenspitze P4 des Löffels 8.
Der Arm-Verzögerungskoeffizient ist ein Wert größer als 0 und kleiner als 1. Deshalb ist der Absolutwert der Arm-Grenzgeschwindigkeit Vc_am_lmt kleiner als der Absolutwert der Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am. Das heißt, wenn die zweite Grenzbedingung erfüllt ist, reduziert die Arbeitsgerät-Steuereinheit 57 die Geschwindigkeit des Arms 7 auf eine Geschwindigkeit, die niedriger ist als die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am. Deshalb reduziert die Arbeitsgerät-Steuereinheit 57, wenn die zweite Grenzbedingung erfüllt ist, die Geschwindigkeit des Auslegers 6 auf eine Geschwindigkeit, die niedriger ist als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm oder hebt den Ausleger 6 an und reduziert die Geschwindigkeit des Arms 7 auf eine Geschwindigkeit, die niedriger ist als die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am.
16 ist ein Flussdiagramm, das die Steueraktionen zeigt, die von dem Steuersystem 300 durchgeführt werden. Die Reihenfolge der Abläufe in dem Flussdiagramm ist nicht auf die nachstehend angegebene Reihenfolge beschränkt und kann abgewandelt werden.
Die Entwurfsfläche 41 wird in Schritt S1 festgelegt. Die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am und die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt werden jeweils anhand des Ausleger-Betätigungsbetrags, des Arm-Betätigungsbetrags und des Löffel-Betätigungsbetrags in Schritt S2 bestimmt. Die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am und die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt werden jeweils werden in Schritt S3 jeweils in vertikale Geschwindigkeitskomponenten konvertiert.
Die Entfernung d zwischen der Schneidenspitze P4 des Löffels 8 und der Entwurfsfläche 41 wird in Schritt S4 ermittelt. Die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt des gesamten Arbeitsgeräts 2 wird auf der Basis der Entfernung d in Schritt S5 ermittelt. Die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt des Auslegers 6 wird anhand der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt des gesamten Arbeitsgeräts 2, der Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am und der Löffel-Zielgschwindigkeit Vc_bkt in Schritt S6 berechnet. Die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt des Auslegers 6 wird in Schritt S7 in die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6 konvertiert.
Ob die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6 größer ist als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm oder nicht, wird in Schritt S8 bestimmt. Lautet die Bestimmung in Schritt S8 Ja, und ist die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6 größer als Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, führt die Routine weiter zu Schritt S9. Die Zielgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6 wird in Schritt S9 als die Ausleger-Befehlsgeschwindigkeit gewählt.
Ob die Entfernung d kleiner ist als der zweite vorgegebene Wert dth2 oder nicht, wird in Schritt S10 bestimmt. Der zweite vorgegebene Wert dth2 ist kleiner als der vorstehend genannte erste vorgegebene Wert dth1. Wenn die Entfernung d kleiner ist als der zweite vorgegebene Wert dth2, wird die Routine fortgesetzt zu Schritt S11. Ob der aktuelle Abweichungsbetrag d_n größer als der vorherige Abweichungsbetrag d_n-1 ist oder nicht, wird in Schritt S11 bestimmt. Wenn der aktuelle Abweichungsbetrag d_n größer als der vorherige Abweichungsbetrag d_n-1 ist, wird die Routine fortgesetzt zu Schritt S12.
Die Grenzgeschwindigkeit Vc_am_lmt des Arms 7 wird in Schritt S12 als die Arm-Befehlsgeschwindigkeit gewählt. Wenn in Schritt S10 bestimmt wird, dass die Entfernung d gleich oder größer als der zweite vorgegebene Wert dth2 ist, wird die Routine fortgesetzt zu Schritt S13. Wenn der aktuelle Abweichungsbetrag d_n in Schritt S11 gleich oder kleiner als der vorherige Abweichungsbetrag d_n-1 ist, wird die Routine fortgesetzt zu Schritt S13. Die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am wird in Schritt S13 als die Arm-Befehlsgeschwindigkeit gewählt.
Befehlssignale, die der Ausleger-Befehlsgeschwindigkeit, der Arm-Befehlsgeschwindigkeit und der Löffel-Befehlsgeschwindigkeit entsprechen, werden in Schritt S14 an das Steuerventil 27 ausgegeben. In diesem Fall ist die Ausleger-Befehlsgeschwindigkeit die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6. Die Löffel-Befehlsgeschwindigkeit ist die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt. Wenn mindestens eine der Bestimmungen, die in Schritt S10 und Schritt S11 durchgeführt werden, Nein lautet, ist die Arm-Befehlsgeschwindigkeit die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am. Wenn umgekehrt beide Bestimmungen, die in Schritt S10 und Schritt S11 durchgeführt werden, Ja lauten, ist die Arm-Befehlsgeschwindigkeit die Grenzgeschwindigkeit Vc_am_lmt des Arms 7.
Deshalb wird der Arm 7 keiner Begrenzung unterzogen und bewegt sich mit dem Arm-Betätigungsbetrag, wenn die erste Grenzbedingung erfüllt ist, während der Ausleger 6 auf die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt des Auslegers 6 begrenzt ist. Umgekehrt wird der Ausleger 6, wenn die zweite Grenzbedingung erfüllt ist, auf die Grenzgeschwindigkeit des Auslegers 6 begrenzt, und der Arm 7 wird auf die Grenzgeschwindigkeit Vc_am_lmt des Arms 7 begrenzt.
Wenn die Bestimmung in Schritt S8 Nein lautet, das heißt, wenn die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm des Auslegers 6 gleich oder kleiner als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm ist, wird die Routine fortgesetzt zu Schritt S15. Die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm wird in Schritt S15 als die Ausleger-Befehlsgeschwindigkeit gewählt. Befehlssignale, die der Ausleger-Befehlsgeschwindigkeit, der Arm-Befehlsgeschwindigkeit und der Löffel-Befehlsgeschwindigkeit entsprechen, werden in Schritt S16 an das Steuerventil 27 ausgegeben. In diesem Fall ist die Ausleger-Befehlsgeschwindigkeit die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm. Die Löffel-Befehlsgeschwindigkeit ist die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt. Die Arm-Befehlsgeschwindigkeit ist die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am. Deshalb werden, wenn sowohl die erste Grenzbedingung als auch die zweite Grenzbedingung nicht erfüllt ist, weder der Ausleger 6 noch der Arm 7 eingeschränkt, und beide werden entsprechend dem Ausleger-Betätigungsbetrag und dem Arm-Betätigungsbetrag betätigt.
Die Merkmale des Steuersystems 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden im Folgenden beschrieben. Wenn die erste Grenzbedingung erfüllt ist, wird der Ausleger 6 gesteuert, um an die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt angepasst zu sein (oder dieser zu entsprechen oder mit dieser übereinzustimmen) und der Arm 7 wird gesteuert, um an die Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am angepasst zu sein (oder dieser zu entsprechen oder mit dieser übereinzustimmen). Aus diesem Grund wird nur der Ausleger 6 einer Begrenzung unterzogen und nicht der Arm 7, wenn sich die Schneidenspitze P4 des Löffels 8 über der Entwurfsfläche 41 befindet. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass der Löffel 8 in die Entwurfsfläche 41 eindringt, und dass dieser Vorgang bei dem Maschinenführer ein unkomfortables Empfinden hervorruft.
Wenn die zweite Grenzbedingung erfüllt ist, wird der Ausleger 6 gesteuert um an die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt angepasst zu sein (oder dieser zu entsprechen oder mit dieser übereinzustimmen) und der Arm 7 wird gesteuert, um an die Arm-Grenzgeschwindigkeit Vc_am_lmt angepasst zu sein (oder dieser zu entsprechen oder mit dieser übereinzustimmen). Deshalb wird sowohl der Ausleger 6 als auch der Arm 7 einer Begrenzung unterzogen, wenn das vorderere Schneidenende P4 des Löffels 8 in die Entwurfsfläche 41 eindringt. Ein weiteres Eindringen in die Entwurfsebene 41 kann dadurch rasch unterbunden werden.
Die zweite Grenzbedingung enthält die Bedingung, dass ein aktueller Abweichungsbetrag d_n größer ist als ein vorheriger Abweichungsbetrag d_n-1. In diesem Fall kann sowohl die Begrenzung des Auslegers 6 als auch die Begrenzung des Arms 7 durchgeführt werden, wenn der Löffel 8 im Begriff ist, weiter in die Entwurfsfläche 41 einzudringen. Mit anderen Worten: es wird nur die Begrenzung des Auslegers 6 durchgeführt und nicht die Begrenzung des Arms 7, wenn der Löffel 8 nicht im Begriff ist, weiter in die Entwurfsfläche 41 einzudringen, auch wenn sich die Schneidenspitze P4 des Löffels 8 unter der Entwurfsebene 41 befindet. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass sich der Maschinenführer nicht unkomfortabel fühlt.
Der Arm-Verzögerungskoeffizient wird auf der Basis des aktuellen Abweichungsbetrags d_n und des Verlagerungsbetrags Δd zwischen der vorherigen Position und der aktuellen Position der Schneidenspitze P4 des Löffels 8 bestimmt. Folglich kann die Geschwindigkeit des Arms 7 weitgehend reduziert werden, wenn der Löffel 8 im Begriff ist, in die Entwurfsfläche 41 einzudringen.
Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern erlaubt innerhalb ihres Rahmens verschiedene Modifikationen.
In der vorstehenden Ausführungsform wurde als Beispiel einer Baumaschine ein Hydraulikbagger gewählt. Die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Arten von Baumaschinen angewendet werden.
Die Ermittlung der Position der Schneidenspitze P4 beschränkt sich nicht auf GNSS. Es kann auch ein anderes Positionsbestimmungssystem verwendet werden. Aus diesem Grund ist die Ermittlung der Entfernung d zwischen der Schneidenspitze P4 und der Entwurfsfläche 41 nicht auf GNSS beschränkt, sondern erlaubt die Verwendung eines anderen Systems zur Positionsbestimmung.
Der Ausleger-Betätigungsbetrag, der Arm-Betätigungsbetrag und der Löffel-Betätigungsbetrag sind nicht auf elektrische Signale beschränkt, die eine Position des Bedienelements angegeben. Diese Beträge können auch anhand einer Pilotdruckausgabe entsprechend der Bedienung der Bedienvorrichtung 25 ermittelt werden.
Die zweite Grenzbedingung kann lediglich die Bedingung sein, dass die Entfernung d kleiner als der zweite vorgegebene Wert dth2 ist. Wahlweise kann die zweite Grenzbedingung auch andere Bedingungen enthalten. Während in den vorstehenden Ausführungsformen die zweite Grenzbedingung die Bedingung enthält, dass der Absolutwert der Arm-Grenzgeschwindigkeit Vc_am_lmt kleiner ist als der Absolutwert der Arm-Zielgeschwindigkeit Vc_am, kann dieselbe Bedingung auch in der ersten Grenzbedingung enthalten sein. Wahlweise kann die Bestimmung der zweiten Grenzbedingung nicht durchgeführt werden, und es wird nur die Bestimmung der ersten Grenzbedingung durchgeführt. Die erste Grenzbedingung kann auch andere Bedingungen enthalten. Zum Beispiel kann die erste Grenzbedingung auch die Bedingung enthalten, dass der Betätigungsbetrag 0 ist. Wahlweise ist es möglich, dass die erste Grenzbedingung nicht die Bedingung einschließt, dass die Entfernung d kleiner ist als der erste vorgegebene Wert dth1. Zum Beispiel kann die erste Grenzbedingung lediglich die Bedingung sein, dass die Grenzgeschwindigkeit des Auslegers 6 größer ist als die Zielgeschwindigkeit des Auslegers.
Der zweite vorgegebene Wert dth2 kann größer als 0 sein, solange der zweite vorgegebene Wert dth2 kleiner als der erste vorgegebene Wert dth1 ist. In diesem Fall wird sowohl die Begrenzung des Auslegers 6 als auch die Begrenzung des Arms 7 durchgeführt, bevor die Schneidenspitze P4 des Löffels 8 die Entwurfsfläche 41 erreicht. Infolgedessen kann die Begrenzung des Auslegers 6 und die Begrenzung des 7 durchgeführt werden, wenn die Schneidenspitze P4 des Löffels 8 im Begriff ist, die Entwurfsfläche 41 zu durchqueren, und zwar noch ehe die Schneidenspitze P4 des Löffels 8 die Entwurfsfläche 41 erreicht.
Der Arm-Verzögerungskoeffizient kann anstelle des vorgenannten Verfahrens durch ein anderes Verfahren ermittelt werden. Zum Beispiel kann der Arm-Verzögerungskoeffizient entsprechend der Entfernung d zwischen der Schneidenspitze 4 und der Entwurfsfläche 41 bestimmt werden. Wahlweise kann der Arm-Verzögerungskoeffizient ein Festwert sein.
Anstelle der vorgenannten Begrenzung des Arms 7 kann eine Begrenzung des Löffels 8 durchgeführt werden. Wie 17 zeigt, hat die Steuervorrichtung 26 in diesem Fall anstelle der zweiten Grenz-Bestimmungseinheit 56 eine dritte Grenz-Bestimmungseinheit 58. Die dritte Grenz-Bestimmungseinheit 58 ist eine Grenz-Bestimmungseinheit zum Begrenzen des Löffels 8 und bestimmt, ob eine dritte Grenzbedingung erfüllt ist oder nicht. Wenn die dritte Grenzbedingung erfüllt ist, steuert die Arbeitsgerät-Steuereinheit 57 den Ausleger 6 in Übereinstimmung mit der Ausleger-Grenzgeschwindigkeit und steuert den Löffel in Übereinstimmung mit der Löffel-Grenzgeschwindigkeit. Ein Absolutwert der Löffel-Grenzgeschwindigkeit ist kleiner als ein Absolutwert der Löffel-Zielgeschwindigkeit. Die Löffel-Grenzgeschwindigkeit lässt sich beispielsweise durch eine Einrichtung berechnen, die ähnlich ist wie die Einrichtung zum Berechnen der vorstehenden Arm-Grenzgeschwindigkeit. Die dritte Grenzbedingung kann dieselben Bedingungen enthalten, wie die vorgenannte zweite Grenzbedingung. Die Begrenzung des Arms 7 kann mit der Begrenzung des Löffels 8 durchgeführt werden. Das heißt, die Steuervorrichtung 26 kann sowohl die zweite Grenz-Bestimmungseinheit 56 als auch die dritte Grenz-Bestimmungseinheit 58 umfassen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Erfindungsgemäß wird verhindert, dass der Baggerlöffel in die Entwurfsebene eindringt, und gleichzeitig vermieden, dass dieser Vorgang dem Maschinenführer ein unkomfortables Empfinden vermittelt.

Claims

Steuersystem für eine Baumaschine, die mit einem Arbeitsgerät versehen ist, das einen Ausleger, einen Arm und einen Löffel hat, und mit einer Bedienvorrichtung zum Betätigen des Arbeitsgeräts, wobei das System umfasst: eine Entwurfsflächen-Festlegungseinheit, die konfiguriert ist für die Festlegung einer Entwurfsfläche, die eine gegrabene Zielgestalt angibt; eine Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit, die konfiguriert ist für die Bestimmung einer Ausleger-Zielgeschwindigkeit entsprechend einem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung für die Betätigung des Auslegers, einer Arm-Zielgeschwindigkeit entsprechend einem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung für die Betätigung des Arms und einer Löffel-Zielgeschwindigkeit entsprechend einem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung für die Betätigung des Löffels; eine Entfernungs-Ermittlungseinheit, die konfiguriert ist für die Ermittlung einer Entfernung zwischen einer Schneidenspitze des Löffels und der Entwurfsebene; eine Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit, die konfiguriert ist für die Bestimmung einer Grenzgeschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts auf der Basis der Entfernung; eine erste Grenz-Bestimmungseinheit, die konfiguriert ist für die Bestimmung, ob eine erste Grenzbedingung erfüllt ist; und eine Arbeitsgerät-Steuereinheit, die konfiguriert ist für die Steuerung des Arbeitsgeräts; wobei die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit konfiguriert ist für die Bestimmung der Ausleger-Grenzgeschwindigkeit anhand der Grenzgeschwindigkeit der gesamten Arbeitsgeräts, der Arm-Zielgeschwindigkeit und der Löffel-Zielgeschwindigkeit; wobei, wenn die Schneidenspitze des Löffels außerhalb der Entwurfsfläche positioniert ist, die Entfernung ein positiver Wert ist und eine Geschwindigkeit in einer Richtung von innerhalb nach außerhalb der Entwurfsfläche ein positiver Wert ist; wobei die erste Grenzbedingung eine Bedingung enthält, dass die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit größer als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit ist; und wobei die Arbeitsgerät-Steuereinheit konfiguriert ist den Ausleger zu steuern, um auf die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein und den Arm zu steuern, um auf die Arm-Zielgeschwindigkeit angepasst zu sein, wenn die erste Grenzbedingung erfüllt ist.
Steuersystem der Baumaschine nach Anspruch 1, wobei: die erste Grenzbedingung eine Bedingung enthält, dass die Entfernung kleiner als ein erster vorgegebener Wert ist.
Steuersystem der Baumaschine nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine zweite Grenz-Bestimmungseinheit, die konfiguriert ist für die Bestimmung, ob eine zweite Grenzbedingung erfüllt ist, wobei die zweite Grenzbedingung eine Bedingung enthält, dass die Entfernung kleiner als ein zweiter vorgegebener Wert ist; der zweite vorgegebene Wert kleiner als der erste vorgegebene Wert ist; die Arbeitsgerät-Steuereinheit konfiguriert ist den Ausleger zu steuern, um auf die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein und den Arm zu steuern, um auf eine Arm-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein, wenn die zweite Grenzbedingung erfüllt ist; und ein Absolutwert der Arm-Grenzgeschwindigkeit kleiner als ein Absolutwert der Arm-Zielgeschwindigkeit ist.
Steuersystem der Baumaschine nach Anspruch 3, wobei der zweite vorgegebene Wert 0 ist.
Steuersystem der Baumaschine nach Anspruch 3, wobei der zweite vorgegebene Wert größer als 0 ist.
Steuersystem der Baumaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Entfernungs-Ermittlungseinheit konfiguriert ist für die Ermittlung eines Abweichungsbetrags der Schneidenspitze des Löffels in vorgegebenen Zeitabständen; der Abweichungsbetrag ein Absolutwert einer Entfernung zwischen der Entwurfsfläche und der Schneidenspitze des Löffels innerhalb der Entwurfsfläche ist; und die zweite Grenzbedingung ferner eine Bedingung enthält, dass ein aktueller Abweichungsbetrag größer als ein vorheriger Abweichungsbetrag ist.
Steuersystem der Baumaschine nach Anspruch 6, wobei die Grenzgeschwindigkeit-Bestimmungseinheit konfiguriert ist für die Bestimmung eines Arm-Verzögerungskoeffizienten auf der Basis des aktuellen Abweichungsbetrags und eines Verlagerungsbetrags zwischen der vorhergehenden Position und der aktuellen Position der Schneidenspitze des Löffels; der Arm-Verzögerungskoeffizient ein Wert größer als 0 und kleiner als 1 ist; und die Grenzgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit konfiguriert ist für die Bestimmung der Arm-Grenzgeschwindigkeit durch Multiplizieren der Arm-Zielgeschwindigkeit mit dem Arm-Verzögerungskoeffizienten.
Steuersystem der Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Arbeitsgerät-Steuereinheit konfiguriert ist für die Reduzierung der Geschwindigkeit des Auslegers auf eine Geschwindigkeit, die niedriger als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit ist, wenn die erste Grenzbedingung oder die zweite Grenzbedingung erfüllt ist und wenn die Grenzgeschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts kleiner als die Summe der Arm-Zielgeschwindigkeit und der Löffel-Zielgeschwindigkeit ist.
Steuersystem der Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Arbeitsgerät-Steuereinheit konfiguriert ist für ein Bewegen des Auslegers in die Richtung von innerhalb nach außerhalb der Entwurfsfläche, wenn die erste Grenzbedingung oder die zweite Grenzbedingung erfüllt ist und wenn die Grenzgeschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts größer als eine Summe der Arm-Zielgeschwindigkeit und der Löffel-Zielgeschwindigkeit ist.
Steuersystem der Baumaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, ferner umfassend: eine dritte Grenz-Bestimmungseinheit, die konfiguriert ist zum Bestimmen, ob eine dritte Grenzbedingung erfüllt ist; wobei die dritte Grenzbedingung eine Bedingung enthält, dass die Entfernung kleiner als der zweite vorgegebene Wert ist; der zweite vorgegebene Wert kleiner als der erste vorgegebene Wert ist; die Arbeitsgerät-Steuereinheit konfiguriert ist den Ausleger zu steuern, um auf die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein und den Löffel zu steuern, um auf die Löffel-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein, wenn die dritte Grenzbedingung erfüllt ist; und ein Absolutwert der Löffel-Grenzgeschwindigkeit kleiner als ein Absolutwert der Löffel-Zielgeschwindigkeit ist.
Baumaschine enthaltend das Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Steuerverfahren zum Steuern einer Baumaschine, die mit einem Arbeitsgerät versehen ist, das einen Ausleger, einen Arm und einen Löffel hat, und mit einer Bedienvorrichtung zum Betätigen des Arbeitsgeräts, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt zum Festlegen einer Entwurfsfläche, die eine zu grabende Zielgestalt angibt; einen Schritt zum Bestimmen einer Ausleger-Zielgeschwindigkeit entsprechend einem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung für die Betätigung des Auslegers, einer Arm-Zielgeschwindigkeit entsprechend einem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung für die Betätigung des Arms und einer Löffel-Zielgeschwindigkeit entsprechend einem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung für die Betätigung des Löffels; einen Schritt zum Ermitteln einer Entfernung zwischen einer Schneidenspitze und der Entwurfsfläche; einen Schritt zum Bestimmen einer Grenzgeschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts auf der Basis der Entfernung; einen Schritt zum Bestimmen, ob eine erste Grenzbedingung erfüllt ist; und einen Schritt zum Steuern des Arbeitsgeräts; wobei in dem Schritt zum Bestimmen der Grenzgeschwindigkeit das Bestimmen der Ausleger-Grenzgeschwindigkeit anhand der Grenzgeschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts, der Arm-Zielgeschwindigkeit und der Löffel-Zielgeschwindigkeit enthalten ist; die Entfernung, wenn die Schneidenspitze des Löffels außerhalb der Entwurfsfläche positioniert ist, ein positiver Wert ist und eine Geschwindigkeit in einer Richtung von innerhalb nach außerhalb der Entwurfsfläche ein positiver Wert ist; die erste Grenzbedingung eine Bedingung enthält, dass die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit größer als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit ist; und, wenn die erste Grenzbedingung erfüllt ist, in dem Schritt zum Steuern des Arbeitsgeräts die Steuerung des Auslegers, um an die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit angepasst zu sein, und die Steuerung des Arms, um an die Arm-Zielgeschwindigkeit angepasst zu sein, enthalten ist.