DE112014000134B4

DE112014000134B4 - Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine, Arbeitsmaschine und Stellungsberechnungsverfahren für eine Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE112014000134B4
Application number: DE112014000134.1T
Authority: DE
Inventors: Akinori Baba; Masashi Ichihara
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2034-06-05
Also published as: KR20160006691A; JPWO2015186214A1; KR101800103B1; WO2015186214A1; US20160251836A1; US9739038B2; JP5893144B1; CN105358769A; CN105358769B; DE112014000134T5

Abstract

Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine, zum Ermitteln eines Stellungswinkels der Arbeitsmaschine, die ein Arbeitsgerät aufweist, wobei die Stellungsberechnungsvorrichtung umfasst: eine Detektionsvorrichtung, die eine Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung detektiert, wobei die Detektionsvorrichtung an der Arbeitsmaschine vorgesehen ist; eine erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit, die einen Stellungswinkel der Arbeitsmaschine aus der durch die Detektionsvorrichtung detektierten Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt, wobei die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit an der Detektionsvorrichtung vorgesehen ist; ein Tiefpassfilter, das den durch die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit ermittelten Stellungswinkel hindurchlässt, um den Stellungswinkel als einen ersten Stellungswinkel auszugeben; eine zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit, die als einen zweiten Stellungswinkel einen Stellungswinkel ausgibt, der aus der durch die Detektionsvorrichtung detektierten Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt wird; und eine Wähleinheit, die den ersten Stellungswinkel und den zweiten Stellungswinkel auf der Basis einer Information über eine Änderung eines Winkels der Arbeitsmaschine im Wechsel ausgibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Vorliegende Erfindung betrifft eine Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine, eine Arbeitsmaschine und ein Stellungsberechnungsverfahren für eine Arbeitsmaschine
TECHNISCHER HINTERGRUND
Seit den letzten Jahren gibt es Verfahren, durch die eine Arbeitsmaschine, zum Beispiel ein Bagger oder ein Bulldozer, ein Arbeitsgerät derart steuert, dass beim Graben eines Geländes die Grenze zwischen einem Grabobjekt und einem unerlaubten Bereich nicht überschritten wird, sondern das Graben entlang der Grenze durchgeführt wird (siehe z. B. Patentliteratur 1).
ZITIERTE DOKUMENTE
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: WO 1995/030059 A

ÜBERSICHT
Technisches Problem
Wenn die Arbeitsmaschine entlang einer Ziel-Grabtopographie, die eine Zielgestalt eines mit dem Arbeitswerkzeug zu grabenden Objekts darstellt, Erdreich abträgt, muss die Position des an der Arbeitsmaschine vorgesehenen Arbeitsgeräts, d. h. im Fall eines Baggers die Position der Zahnkanten eines Löffels, bestimmt werden. Dabei ist es notwendig, genaue Informationen über die Neigung der Arbeitsmaschine zu erhalten. Es ist zum Beispiel eine IMU (Inertial Measuring Unit = inertiale Messeinheit) an der Arbeitsmaschine montiert, und aus den Detektionswerten der IMU können Neigungswinkel wie ein Querneigungswinkel und ein Längsneigungswinkel als Information über die Neigung des Arbeitsgeräts ermittelt werden.
Wenn sich die Arbeitsmaschine bewegt, muss das Arbeitsgerät gesteuert werden, um ein Graben über die Grenze des Grabobjekts hinaus zu verhindern, indem die Position des Arbeitsgeräts entsprechend der Bewegung der Arbeitsmaschine bestimmt wird, so dass die Arbeitsmaschine das Graben entlang der Ziel-Grabtopographie durchführen kann. Bei der Detektion eines Stellungswinkels ist daher eine sehr hohe Änderungssensitivität gefordert. Wenn diese Änderungssensitivität bei der Detektion des Stellungswinkels erhöht wird, kann es jedoch vorkommen, dass sich der durch die IMU detektierte Stellungswinkel in kurzen Zyklen ändert. Wenn nun das Arbeitsgerät dahingehend gesteuert wird, dass ein Baggern über die Grenze des Grabobjekts hinaus verhindert wird, indem ermöglicht wird, dass die Arbeitsmaschine entlang der Ziel-Grabtopographie baggert, wenn der Zustand der Arbeitsmaschine statisch ist, kann das Ergebnis der Detektion der Position des Arbeitsgeräts schwanken.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Arbeitsgerät derart zu steuern, dass ein Graben über die Ziel-Grabtopographie hinaus verhindert werden kann, und zwar ungeachtet des Betriebszustands der Arbeitsmaschine.
Problemlösung
Erfindungsgemäß umfasst eine Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine zum Ermitteln eines Stellungswinkels einer Arbeitsmaschine, die mit einem Arbeitsgerät ausgerüstet ist: eine Detektionsvorrichtung, die eine Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung detektiert, wobei die Detektionsvorrichtung an der Arbeitsmaschine vorgesehen ist; eine erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit, die einen Stellungswinkel der Arbeitsmaschine anhand der durch die Detektionsvorrichtung detektierten Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt, wobei die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit an der Detektionsvorrichtung vorgesehen ist; ein Tiefpassfilter, das den durch die erste Stellungswinkel-Berechnungsvorrichtung ermittelten Stellungswinkel hindurchlässt, um den Stellungswinkel als einen ersten Stellungswinkel auszugeben; eine zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit, die als einen zweiten Stellungswinkel einen Stellungswinkel ausgibt, den die Detektionsvorrichtung anhand der Winkelgeschwindigkeit und der Beschleunigung ermittelt hat; und eine Wähleinheit, die auf der Basis einer Information über eine Änderung des Winkels der Arbeitsmaschine den ersten Stellungswinkel und den zweiten Stellungswinkel im Wechsel ausgibt.
Erfindungsgemäß umfasst eine Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine zum Ermitteln eines Stellungswinkels einer Arbeitsmaschine, die mit einem Arbeitsgerät ausgerüstet ist: eine Detektionsvorrichtung, die eine Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung detektiert, wobei die Detektionsvorrichtung an der Arbeitsmaschine vorgesehen ist; eine Stellungswinkel-Berechnungseinheit, die einen Stellungswinkel der Arbeitsmaschine anhand der durch die Detektionsvorrichtung detektierten Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt, wobei die Stellungswinkel-Berechnungseinheit an der Detektionsvorrichtung vorgesehen ist; ein Tiefpassfilter, das den durch die Stellungswinkel-Berechnungsvorrichtung ermittelten Stellungswinkel ein Filterprozess unterzieht, um einen ersten Stellungswinkel zu ermitteln; und eine Wähleinheit, die als einen zweiten Stellungswinkel den Stellungswinkel in der Stellungswinkel-Berechnungseinheit verwendet und auf der Basis einer Information über eine Änderung des Winkels der Arbeitsmaschine den ersten Stellungswinkel und den zweiten Stellungswinkel im Wechsel ausgibt.
Bei vorliegender Erfindung enthält die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit vorzugsweise: ein erstes Komplementärfilter, das ein Rauschen in dem Stellungswinkel, den die Detektionsvorrichtung anhand der Winkelgeschwindigkeit und der Beschleunigung ermittelt hat, verringert, um einen dritten Stellungswinkel auszugeben, wobei an dem ersten Komplementärfilter eine erste Grenzfrequenz eingestellt ist; ein zweites Komplementärfilter, das ein Rauschen in dem Stellungswinkel, den die Detektionsvorrichtung anhand der Winkelgeschwindigkeit und der Beschleunigung ermittelt hat, verringert, um einen vierten Stellungswinkel auszugeben, wobei an dem zweiten Komplementärfilter eine zweite Grenzfrequenz eingestellt ist, die sich von der ersten Grenzfrequenz unterscheidet; und eine Schalteinheit, die entsprechend einem Bewegungszustand der Arbeitsmaschine als den zweiten Stellungswinkel den dritten Stellungswinkel oder den vierten Stellungswinkel im Wechsel ausgibt.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt, dass der zweite Stellungswinkel ein Winkel ist, der erhalten wird, indem man den Stellungswinkel der Arbeitsmaschine ein Filter passieren lässt, dessen Grenzfrequenz höher als die des Tiefpassfilters ist.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt, dass die Information über eine Änderung des Winkels eine Information über ein Schwenken der Arbeitsmaschine ist.
Erfindungsgemäß umfasst die Arbeitsmaschine einen Fahrkörper und einen Drehkörper, der auf dem Fahrkörper angeordnet ist, und die Information über ein Schwenken der Arbeitsmaschine ist eine Schwenkgeschwindigkeit des Drehkörpers, und die Wähleinheit gibt den ersten Stellungswinkel aus, wenn den Schwenkgeschwindigkeit kleiner oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist, und gibt den zweiten Stellungswinkel aus, wenn die Schwenkgeschwindigkeit den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt, dass die Wähleinheit den zweiten Stellungswinkel ausgibt, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Stellungswinkel und dem zweiten Stellungswinkel einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt, dass die Wähleinheit den ersten Stellungswinkel ausgibt, wenn eine Schwenkgeschwindigkeit des Drehkörpers kleiner oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist, den zweiten Stellungswinkel ausgibt, wenn die Schwenkgeschwindigkeit den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, und den zweiten Stellungswinkel ausgibt, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Stellungswinkel und dem zweiten Stellungswinkel einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Erfindungsgemäß umfasst eine Arbeitsmaschine: eine Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine, wobei zumindest einige Positionsinformationen der Arbeitsmaschine unter Verwendung des von der Stellungswinkelberechnungsvorrichtung für die Arbeitsmaschine ausgegebenen ersten Stellungswinkels oder zweiten Stellungswinkels ermittelt werden.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt, dass die Arbeitsmaschine umfasst: eine Positionsdetektionsvorrichtung, die Positionsinformationen der Arbeitsmaschine erfasst; und eine Vorrichtung zum Generieren einer Ziel-Grabtopographie, die eine Position eines Arbeitsgeräts auf der Basis von zumindest einigen von der Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine ausgegebenen Positionsinformationen und der durch die Positionsdetektionsvorrichtung erfassten Positionsinformationen bestimmt und anhand von Information(en) über eine die Zielgestalt darstellende Ziel-Arbeitsebene Information(en) über eine Ziel-Grabtopographie generiert, die eine Zielgestalt eines Grabobjekts des Arbeitsgeräts darstellt.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt, dass die Arbeitsmaschine eine Displayvorrichtung enthält, die auf der Basis von Displayinformationen für die Anzeige der Ziel-Grabtopographie das Ziel-Grabtopographie anzeigt.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt, dass die Arbeitsmaschine eine Arbeitsgerät-Steuereinheit umfasst, die auf der Basis der von der Vorrichtung zum Generieren einer Ziel-Grabtopographie eingeholten Information über eine Ziel-Grabtopographie eine Grabsteuerung durchführt, so dass eine Geschwindigkeit in einer Richtung, in der sich das Arbeitsgerät dem Grabobjekt nähert, kleiner oder gleich einer Geschwindigkeitsgrenze ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Stellungsberechnungsverfahren für eine Arbeitsmaschine zum Ermitteln eines Stellungswinkels der Arbeitsmaschine, die mit einem Arbeitsgerät ausgerüstet ist: das Hindurchschicken eines Stellungswinkels der Arbeitsmaschine durch ein Tiefpassfilter, um den Stellungswinkel als einen ersten Stellungswinkel auszugeben, und das Ausgeben des Stellungswinkels der Arbeitsmaschine als einen zweiten Stellungswinkel; und das Ausgeben des ersten Stellungswinkels und des zweiten Stellungswinkels im Wechsel, auf der Basis der Information über eine Änderung des Stellungswinkels der Arbeitsmaschine.
Vorliegende Erfindung ermöglicht eine Steuerung des Arbeitsgeräts auf solche Weise, dass eine Bearbeitung des Grabobjekts über die Ziel-Grabtopographie hinaus verhindert wird, ungeachtet des Betriebszustands der Arbeitsmaschine.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine perspektivische Ansicht einer Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
1B ist eine Seitenansicht der Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
2 ist eine schematische Darstellung eines Steuersystems der Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
3A ist eine schematische Darstellung eines Beispiels von Ziel-Arbeitsebenen;
3B ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Arbeitsgerät-Steuerungsvorrichtung und einer zweiten Displayvorrichtung;
4 zeigt ein Beispiel des Verhältnisses zwischen einer Ziel-Grabtopographie und den Zahnkanten eines Löffels;
5 ist eine schematische Darstellung des Verhältnisses zwischen einer Zielgeschwindigkeit, einer vertikalen Geschwindigkeitskomponente und einer horizontalen Geschwindigkeitskomponente;
6 ist eine schematische Darstellung von Berechnungsverfahren zum Berechnen der vertikalen Geschwindigkeitskomponente und der horizontalen Geschwindigkeitskomponente;
7 ist eine schematische Darstellung von Berechnungsverfahren zum Berechnen der vertikalen Geschwindigkeitskomponente und der horizontalen Geschwindigkeitskomponente;
8 ist eine schematische Darstellung der Entfernung zwischen den Zahnkanten und der Ziel-Grabtopographie;
9 ist ein Graph zur Darstellung eines Bespiel einer Geschwindigkeitsgrenz-Information;
10 ist eine schematische Darstellung eines Berechnungsverfahrens zum Berechnen der vertikalen Geschwindigkeitskomponente eines Auslegers;
11 ist eine schematische Darstellung des Verhältnisses zwischen der vertikalen Geschwindigkeitskomponente der Geschwindigkeitsgrenze des Auslegers und der Geschwindigkeitsgrenze des Auslegers;
12 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Änderung der Geschwindigkeitsgrenze des Auslegers infolge der Bewegung der Zahnkanten;
13 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Steuersystems und eines Hydrauliksystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
14 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 13;
15 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Beispiels einer IMU;
16 ist ein Steuerungsblockdiagramm einer Sensor-Steuervorrichtung;
17 ist ein Diagramm, das die Schwenkgeschwindigkeit des oberen Drehkörpers beschreibt;
18 ist ein Diagramm, das die Charakteristiken eines Komplementärfilters darstellt;
19 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristiken von Fehlern darstellt;
20 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Verstärkung des ersten Komplementärfilters und der Verstärkung eines zweiten Komplementärfilters und die Frequenz darstellt;
21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Änderungen eines zweiten Stellungswinkels, eines dritten Stellungswinkels und eines vierten Stellungswinkels, die von einer Schalteinheit einer zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit ausgegeben werden, im Laufe der Zeit;
22 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Prozesses zum Ermitteln des zweiten Stellungswinkels darstellt;
23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Tabelle darstellt, die in einer Variante der vorliegenden Ausführungsform zum Umschalten zwischen dem dritten Stellungswinkel und dem vierten Stellungswinkel verwendet wird;
24 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf entsprechend einem ersten Beispiel eines Stellungswinkel-Berechnungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt;
25 ist ein Diagramm zur Darstellung von Änderungen des Längsneigungswinkels;
26 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf einer Verarbeitung entsprechend einem zweiten Stellungswinkel-Berechnungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt;
27 ist ein Steuerblockdiagramm einer Sensor-Steuervorrichtung, die über eine Funktion zum Aufheben der Zentrifugalkraft verfügt;
28 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Montageposition einer IMU;
29 ist ein Diagramm zur Darstellung eines lokalen Koordinatensystems eines Baggers und eines lokalen Koordinatensystems der IMU;
30 ist ein Steuerungsblockdiagramm einer Sensor-Steuervorrichtung gemäß einer ersten Variante;
31 ist ein Blockdiagramm einer Sensor-Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Variante.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Art und Weise der praktischen Ausführung der Erfindung (Ausführungsform) wird mit Bezug auf die Zeichnungen im Detail erläutert.
<Gesamtkonfiguration einer Arbeitsmaschine>
1A ist eine perspektivische Ansicht einer Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 1B ist eine Seitenansicht der Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 2 zeigt schematisch ein Steuersystem der Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Als Arbeitsmaschine dient ein Bagger 100, dessen Hauptkörper 1 eine Fahrzeugkörpereinheit bildet, und der mit einem Arbeitsgerät 2 ausgerüstet ist. Der Fahrzeughauptkörper 1 hat als Drehkörper einen oberen Drehkörper 3 und als Fahrkörper eine untere Fahrvorrichtung 5. Ein Antriebsmaschinenraum 3EG in dem oberen Drehkörper 3 enthält Einrichtungen wie eine Antriebsmaschine 36 als Antriebskraftquelle und eine Hydraulikpumpe 37. Beide sind in 2 dargestellt. Der Antriebsmaschinenraum 3EG liegt auf der einen Seite des oberen Drehkörpers 3.
In der vorliegenden Ausführungsform hat der Bagger 100 eine Brennkraftmaschine, z. B. eine Dieselmaschine, als Antriebsmaschine 36, ist jedoch nicht auf eine solche beschränkt. Es kann auch eine sogenannte Hybridvorrichtung vorgesehen sein, in der eine Brennkraftmaschine, ein Generatormotor und eine Speichervorrichtung kombiniert sind.
Der obere Drehkörper 3 trägt eine Fahrerkabine 4. Die Fahrerkabine 4 liegt auf der anderen Endseite des oberen Drehkörpers 3, und zwar auf der gegenüberliegenden Seite des Antriebsmaschinenraums 3EG. In der Fahrerkabine 4 sind eine erste Displayvorrichtung 28 und eine Bedienvorrichtung 30 angeordnet, wie in 2 dargestellt ist. Diese Vorrichtungen werden später beschrieben. Auf der Oberseite des oberen Drehkörpers 3 sind Geländer 19 befestigt.
Auf der Fahrvorrichtung 5 ist der obere Drehkörper 3 montiert. Die Fahrvorrichtung 5 hat Raupenfahrelemente 5a und 5b. Die Fahrvorrichtung 5 ermöglicht einen Fahrbetrieb des Baggers 100, indem die Raupenfahrelemente 5a und 5b durch den Antrieb eines der beider Hydraulikmotoren 5c, die auf der rechten und auf der linken Seite vorgesehen sind, drehend angetrieben werden. Das Arbeitsgerät 2 ist seitlich der Fahrerkabine 4 an dem oberen Drehkörper 3 befestigt.
Anstelle der Raupenfahrelemente 5a und 5b kann der Bagger 100 als Fahrvorrichtung Räder aufweisen, die einen Fahrbetrieb des Baggers ermöglichen, indem eine Antriebskraft der Antriebsmaschine 36 in 2 über ein Getriebe auf die Räder übertragen wird. Ein Bagger 100, der in dieser Weise ausgebildet ist, ist ein Radbagger. Der Bagger 100 kann zum Beispiel ebenso ein Löffelbagger sein, der über eine Fahrvorrichtung wie die vorstehend beschriebene Fahrvorrichtung mit Rädern verfügt und bei dem ein Arbeitsgerät an dem Fahrzeughauptkörper (Hauptkörpereinheit) befestigt ist, während ein oberer Drehkörper 3 wie jener in 1 und ein Schwenkmechanismus desselben nicht vorgesehen sind. Bei einem Löffelbagger ist das Arbeitsgerät an dem Fahrzeughauptkörper befestigt, und die Fahrvorrichtung ist Teil des Fahrzeughauptkörpers.
Die Seite des oberen Drehkörpers 3, auf welcher das Arbeitsgerät 2 und die Fahrerkabine 4 angeordnet sind, ist die Vorderseite. Die Seite des oberen Drehkörpers 3, auf welcher der Antriebsmaschinenraum 3EG liegt, ist die Rückseite. Die linke Seite nach vorne ist die linke Seite des oberen Drehkörpers 3, und die rechte Seite nach vorne ist die rechte Seite des oberen Drehkörpers 3. Ferner ist die Seite der Fahrvorrichtung 5 des Baggers 100 oder des Fahrzeughauptkörpers 1 bezogen auf den oberen Drehkörper 3 die Unterseite, und die Seite des oberen Drehkörpers 3 ist bezogen auf die Fahrvorrichtung 5 die Unterseite. Wenn der Bagger 100 auf einer horizontalen Ebene steht, ist die Unterseite die Seite der vertikalen Richtung, d. h. die Seite in Richtung der Schwerkraftwirkung, und die Oberseite ist die zur vertikalen Richtung entgegengesetzte Seite.
Das Arbeitsgerät 2 hat einen Ausleger 6, einen Stiel 7, einen Löffel 8, einen Auslegerzylinder 10, einen Armzylinder 11 und einen Löffelzylinder 12. Ein unteres Ende des Auslegers 67 ist an einem vorderen Bereich des Fahrzeughauptkörpers 1 über einen Auslegerbolzen 13 schwenkbar befestigt. Ein unteres Ende des Stiels 7 ist über einen Stielbolzen 14 an einem vorderen Ende des Auslegers 6 schwenkbar befestigt. Der Löffel 8 ist über einen Löffelbolzen 15 an einem vorderen Ende des Stiels 7 befestigt. Der Löffel 8 dreht sich um den Löffelbolzen 15. Der Löffel 8 hat eine Vielzahl von Zähnen 8B, die an der gegenüberliegenden Seite des Löffelbolzens 15 befestigt sind. Zahnkanten 8T sind die vorderen Enden der Zähne 8B.
Der Löffel 8 muss nicht notwendigerweise mit der Vielzahl von Zähnen 8B versehen sein. Das heißt, der Löffel 8 kann ohne Zähne 8B ausgebildet sein, wie der in 1 dargestellte Löffel, dessen Zahnkante geradlinig ist und aus Stahlblech besteht. Das Arbeitsgerät 2 kann zum Beispiel einen Kipplöffel mit einem einzigen Zahn aufweisen. Der Kipplöffel ist ein Löffel mit Löffelkippzylindern, der zum Formen und Einebnen von Böschungen oder Ebenen in freier Gestaltung eingesetzt werden kann, indem der Löffel nach links und nach rechts schwenken kann, auch wenn der Bagger auf einem abschüssigen Gelände steht, und der durch die Verwendung einer Basisplatte auch zum Walzen und Verdichten eingesetzt werden kann. Darüber hinaus kann das Arbeitsgerät 2 anstelle des Löffels 8 als Anbaugerät einen Böschungslöffel, einen Gesteinsbohrer mit Felsbohrspitze oder dergleichen aufweisen.
Der Auslegerzylinder 10, der Stielzylinder 11 und der Löffelzylinder 12, die in 1A dargestellt sind, sind durch den Druck von Hydrauliköl (nachstehend als Öldruck bezeichnet, sofern zutreffend) angetriebene Hydraulikzylinder. Der Auslegerzylinder 10 treibt den Ausleger 6 an, so dass dieser sich nach oben und nach unten bewegt. Der Stielzylinder 11 treibt den Stiel 7 an, so dass dieser sich um den Stielbolzen 14 bewegt. Der Löffelzylinder 12 treibt den Löffel 8 an, so dass dieser sich um den Löffelbolzen 15 dreht.
Ein Öldrucksteuerventil 38, das in 2 dargestellt ist, ist zwischen den Hydraulikzylindern wie beispielsweise dem Auslegerzylinder 10, dem Stielzylinder 11 und dem Löffelzylinder 12 und der Hydraulikpumpe 37 2 vorgesehen. Das Öldrucksteuerventil 38 enthält Fahrbetrieb-Steuerventile für die Ansteuerung der Hydraulikmotoren 5c und Arbeitsgerät-Steuerventile für die Ansteuerung des Auslegerzylinders 10, des Stielzylinders 11, des Löffelzylinders 12 und eines Schwenkmotors zum Schwenken des oberen Drehkörpers 3. Die Flussrate des Hydrauliköls, das dem Auslegerzylinder 10, dem Stielzylinder 11, dem Löffelzylinder 12, dem Schwenkmotor oder den Hydraulikmotoren 5c zugeführt wird, wird durch eine in 2 dargestellte Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 gesteuert, die den das Öldrucksteuerventil 38 steuert. Auf diese Weise erfolgt die Steuerung des Betriebs des Auslegerzylinders 10, des Stielzylinders 11, des Löffelzylinders 12 und dergleichen.
Antennen 20 und 21 sind auf der Oberseite des oberen Drehkörpers 3 montiert. Die Antennen werden zum Detektieren der aktuellen Position des Baggers 100 eingesetzt. Die Antennen 20 und 21 sind mit einer Globalkoordinaten-Berechnungseinheit 23 zum Detektieren der aktuellen Position des Baggers 100, die in 2 dargestellt ist, elektrisch verbunden. Die Globalkoordinaten-Berechnungseinheit 23 detektiert die aktuelle Position des Baggers 100 mittels RTK-GNSS (Globales Navigationssatellitensystem mit Echtzeitkinematik, wobei GNSS als globales Navigationssatellitensystem bezeichnet wird). In der nachstehenden Beschreibung werden die Antennen 20 und 21, sofern zutreffend, als GNSS-Antennen bezeichnet.
Signale entsprechend GNSS-Funkwellen, die durch die GNSS-Antennen 20 und 21 empfangen werden, werden in die Globalkoordinaten-Berechnungseinheit 23 eingegeben. Die Globalkoordinaten-Berechnungseinheit 23 detektiert die Anordnungspositionen der GNSS-Antennen 20 und 21. Die Anordnungsposition der GNSS-Antennen 20 und 21 sind die Positionsinformation des Baggers 100.
Eine Anordnung der GNSS-Antennen 201 und 21 auf dem oberen Drehkörper 3 an dessen beiden Enden, die in Richtung nach links und nach rechts des Baggers 100 voneinander entfernt sind, wird bevorzugt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die GNSS-Antennen 20 und 21 an den Geländern 19 montiert, die in der Breitenrichtung auf beiden Seiten des oberen Drehkörpers 3 befestigt sind. Die Positionen, in den die GNSS-Antennen 20 und 21 an dem oberen Drehkörper 3 montiert sind, beschränken sich nicht auf das Geländer 19. Es wird jedoch bevorzugt, die GNSS-Antennen 20 und 21 soweit voneinander entfernt wie möglich anzubringen, da dies die Genauigkeit der Detektion der aktuellen Position des Baggers 100 erhöht. Ferner wird eine Anbringung der GNSS-Antennen 20 und 21 an Stellen bevorzugt, an denen diese die Sicht des Baggerführers so wenig wie möglich behindern.
Im Folgenden werden anhand von 1B ein globales Koordinatensystem und ein lokales Koordinatensystem des Baggers 100 beschrieben. Das globale Koordinatensystem ist ein dreidimensionales Koordinatensystem, das zum Beispiel mit Bezug auf eine Referenzposition PG in Form eines Referenzpfostens 80, der im Arbeitsbereich GA des Baggers 100 platziert ist und als Referenzposition dient, durch (X, Y, Z) dargestellt wird. Wie 3A zeigt, befindet sich die Referenzposition zum Beispiel an dem oberen Ende 80T des Referenzpfostens 80, der im Arbeitsbereich GA aufgestellt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Globalkoordinatensystem zum Beispiel ein Koordinatensystem des GNSS.
Das lokale Koordinatensystem des Baggers 100 ist ein dreidimensionales Koordinatensystem, das mit Bezug auf den Bagger 100 durch (x, y, z) dargestellt wird. In dem lokalen Koordinatensystem ist die zur z-Achse und zu einer Achse, um die sich der Ausleger 6 und der Stiel 7 des Arbeitsgeräts 2 drehen, orthogonale Achse die x-Achse, und die zur x-Achse orthogonale Achse ist die y-Achse. Die x-Achse ist eine zur Vorwärts-Rückwärts-Richtung des oberen Drehkörpers 3 parallele Achse, und die y-Achse ist eine zur Breitenrichtung (Querrichtung) des oberen Drehkörpers 3 parallele Achse. In der vorliegenden Ausführungsform liegt eine Referenzposition des lokalen Koordinatensystems zum Beispiel an einem Schwenkkreis, in dem der obere Drehkörper 3 schwenkt.
Ein Winkel α1, der in 1B dargestellt ist, ist der Kippwinkel des Auslegers 6. Ein Winkel α2 ist der Kippwinkel des Stiels 7. Ein Winkel α3 ist der Kippwinkel des Löffels 8, und ein Winkel θ5 ist der Stellungswinkel des Fahrzeughauptkörpers 1 mit Bezug auf die Vorwärts-Rückwärts-Richtung. Der Stellungswinkel θ5 ist der Längsneigungswinkel des Baggers 100. Der Neigungswinkel θ5, d. h. der Längsneigungswinkel θ5 des Baggers 100, ist ein Winkel, der eine Neigung des Lokalkoordinaten mit Bezug auf die Globalkoordinaten angibt.
(Steuersystem des Baggers)
Das Steuersystem des Baggers 100 wird anhand von 2 erläutert. Der Bagger 100 hat als Steuersystem eine Sensor-Steuervorrichtung 24, die als Stellungsberechnungsvorrichtung für die Arbeitsmaschine dient, die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25, eine Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26, eine Pumpen-Steuervorrichtung 27, die erste Displayvorrichtung 28, eine IMU (inertiale Messeinheit) 29, die die Winkelgeschwindigkeit und die Beschleunigung erfasst, und eine zweite Displayvorrichtung 39. Diese sind in dem oberen Drehkörper 3 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die IMU 29 an einem hochsteifen Rahmen an der Unterseite der Kabine 4 und an der Oberseite des oberen Drehkörpers 3 montiert. In der Kabine 4 befinden sich weitere Einrichtungen. Wie in 1B gezeigt ist, ist die IMU in einer von der z-Achse, welche die Drehmitte des oberen Drehkörpers 3 ist, entfernten Position angeordnet.
Die Sensor-Steuervorrichtung 24, die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25, die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26, Die Pumpen-Steuervorrichtung 27 und die erste Displayvorrichtung 28 (kann auch als Anzeigevorrichtung bezeichnet werden) sind mit einer fahrzeuginternen Signalleitung 41 in dem Bagger 100 elektrisch verbunden. Die Sensor-Steuervorrichtung 24, die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25, die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26, die Pumpen-Steuervorrichtung 27 und die erste Displayvorrichtung 28 können über die fahrzeuginterne Signalleitung 41 miteinander kommunizieren. Die Sensor-Steuervorrichtung 24, die IMU 29 und die zweite Displayvorrichtung 39 (kann auch als Anzeigevorrichtung bezeichnet werden) sind mit einer fahrzeuginternen Signalleitung 42, die sich von der fahrzeuginternen Signalleitung 41 unterscheidet, elektrisch verbunden. Die Sensor-Steuervorrichtung 24, die IMU 29 und die zweite Displayvorrichtung 39 können über die fahrzeuginterne Signalleitung 42 miteinander kommunizieren. Die Globalkoordinaten-Berechnungseinheit 23 und die zweite Displayvorrichtung 39 sind über eine fahrzeuginterne Signalleitung 43 elektrisch miteinander verbunden und können über die fahrzeuginterne Signalleitung 43 miteinander kommunizieren. Anstelle einer Verbindung mit der fahrzeuginternen Signalleitung 42 kann die IMU 29 mit der fahrzeuginternen Signalleitung 41 verbunden sein, so dass die IMU 29 mit anderen elektronischen Einrichtungen kommunizieren kann, die mit der fahrzeuginternen Signalleitung elektrisch verbunden sind.
Verschiedene Arten von Sensoren, wie zum Beispiel Sensoren, welche die Hübe des Auslegerzylinders 10, des Stielzylinders 11 und des Löffelzylinders 12 detektieren und in 1 dargestellt sind, und ein Sensor, der den Schwenkwinkel des oberen Drehkörpers 3 detektiert, sind elektrisch mit der Sensor-Steuervorrichtung 24 verbunden. Der Winkel des Auslegers 6 und der Winkel des Stiels 7 werden zum Beispiel durch Sensoren detektiert, die Änderungen der Hübe des Auslegerzylinders 10 etc. erfassen. Die Sensor-Steuervorrichtung 24 führt an den Signalen, die durch die verschiedenen Arten von Sensoren 35 erfasst wurden, verschiedene Arten von Signalverarbeitungen durch, zum Beispiel einen Filterprozess oder eine A/D-Umwandlung (Analog/Digital-Umwandlung), und gibt diese Signale dann an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus.
Die Sensor-Steuervorrichtung 24 bezieht über die fahrzeuginterne Signalleitung 42 Signale, die von der IMU 29 ausgegeben werden. Die von der IMU 29 ausgegebenen Signale sind zum Beispiel die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit. In der vorliegenden Ausführungsform ermittelt die IU 29 einen Stellungswinkel aus der von der IMU 29 detektierten Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit und gibt den Stellungswinkel aus. Daher ist der Stellungswinkel ebenfalls ein Signal, das von der IMU 29 ausgegeben wird. Der von der IMU 29 ausgegebene Stellungswinkel ist der Stellungswinkel der IMU 29 selbst und ist auch der Stellungswinkel des Baggers 100, der die Arbeitsmaschine darstellt, an der die IMU 29 angeordnet ist. Die Sensor-Steuervorrichtung 24 holt Detektionswerte von den Hubsensoren ein, die jeweils an dem Auslegerzylinder 10, an dem Stielzylinder 11 und an dem Löffelzylinder 12 vorgesehen sind, und berechnet die Detektionswerte als den Neigungswinkel α1 des Auslegers 6, den Neigungswinkel α2 des Stiels 7 und den Neigungswinkel α3 des Löffels 8.
Die Sensor-Steuervorrichtung 24 gibt einen ersten Stellungswinkel, der das Tiefpassfilter durchlaufen hat, und einen zweiten Stellungswinkel, der das Tiefpassfilter nicht durchläuft, auf der Basis von Information(en) über eine Änderung des Winkels des Baggers 100 im Wechsel aus. Die Information(en) über die Änderung des Winkels enthalten zum Beispiel eine Information über einen Schwenkwinkel, die eine Änderung des Schwenkwinkels des Baggers 100 enthält, und eine Information über eine Änderung des Längsneigungswinkels. In der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht die Sensor-Steuervorrichtung 24, dass ein durch die IMU 29 ermittelter Stellungswinkel das Tiefpassfilter durchläuft, und gibt den Stellungswinkel anschließend als einen ersten Stellungswinkel aus und ermittelt einen Stellungswinkel anhand der Beschleunigung und der Winkelgeschwindigkeit, die von der IMU 29 eingeholt werden, und führt zum Entfernen eines Rauschens einen Filterprozess an dem ermittelten Stellungswinkel durch und gibt den Stellungswinkel anschließend als einen zweiten Stellungswinkel aus, ohne zuzulassen, dass der Stellungswinkel das vorstehend beschriebene Tiefpassfilter durchläuft. Danach gibt die Sensor-Steuervorrichtung 24 den ersten Stellungswinkel und den zweiten Stellungswinkel entsprechend der Information über ein Schwenken des Baggers 100, z. B. über die Höhe der Schwenkgeschwindigkeit des oberen Drehkörpers 3 in 3, im Wechsel aus. Die Schwenkgeschwindigkeit ist eine Geschwindigkeit, die ermittelt wird durch zeitliches Differenzieren des Schwenkwinkels, und entspricht dadurch einer Änderung des Schwenkwinkels. Der durch die IMU 29 ermittelte Stellungswinkel, der Stellungswinkel, der anhand der von der IMU 29 detektierten Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit ermittelt wird, und der zweite Stellungswinkel sind sämtlich Information(en) über die Neigung des Baggers 100. Die Details des Ablaufs in der Sensor-Steuervorrichtung 24 werden an späterer Stelle erläutert.
Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 steuert den Betrieb des Arbeitsgeräts 2 in 1 auf der Basis einer Eingabe von der Bedienvorrichtung 30. Die Bedienvorrichtung 30 hat Arbeitsgerät-Bedienelemente 31L und 31R und Fahrbetrieb-Bedienelemente 33L und 33R, die als Bedieneinheiten dienen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Arbeitsgerät-Bedienelemente 31L und 31R und die Fahrbetrieb-Bedienelemente 33L und 33R vorsteuerdruckbetätigte Hebel, sind jedoch nicht auf dieselben beschränkt. Die Arbeitsgerät-Bedienelemente 31L und 31R und die Fahrbetrieb-Bedienelemente 33L und 33R können zum Beispiel elektrisch betätigte Hebel sein.
Der linke Bedienhebel 31L der Bedienvorrichtung 30 ist links neben dem Fahrzeugführer und der rechte Bedienhebel 31R rechts neben dem Fahrzeugführer angeordnet. Die Bewegungen des linken Bedienhebels 31L und des rechten Bedienhebels 31R nach vorne, nach hinten, nach links und nach rechts entspricht einer Bedienung in zwei Achsen. Eine Bewegung des rechten Bedienhebels 31R nach vorne entspricht einer Betätigung des Auslegers 6. Wird der rechte Bedienhebel 31R nach vorne bewegt, bewegt sich der Ausleger 6 nach unten. Wird der rechte Bedienhebel 31R nach hinten bewegt, bewegt sich der Ausleger 6 nach oben. Das Senken/Heben des Auslegers 6 erfolgt entsprechend der Bewegung des rechten Bedienhebels 31R nach vorne/hinten. Eine Bewegung des rechten Bedienhebels 31R nach links entspricht einer Betätigung des Löffels 8. Wird der rechte Bedienhebel 31R nach links bewegt, arbeitet der Löffel 8 im Baggerbetrieb. Eine Bewegung des rechten Bedienhebels 31R nach rechts entleert den Löffel 8. Der Baggerbetrieb oder das Öffnen des Löffels 8 erfolgt entsprechend einer Bewegung des rechten Bedienhebels 31R nach links und nach rechts. Eine Bewegung des linken Bedienhebels 31L nach vorne und nach hinten entspricht einem Schwenken des Stiels 7. Wird der linke Bedienhebel 31L nach vorne bewegt, wird der Stiel 7 zum Entleeren betätigt. Wird der linke Bedienhebel 31L nach hinten bewegt, wird der Stiel 7 zum Baggern betätigt. Eine Bewegung des linken Bedienhebels 31L nach links und nach rechts entspricht einem Schwenken des oberen Drehkörpers 3. Wird der linke Bedienhebel 31L nach links bewegt, schwenkt der Drehkörper nach links. Wird der linke Bedienhebel 31L nach rechts bewegt, schwenkt der Drehkörper nach rechts.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Bewegung des Auslegers 6 nach oben einem Entleerungsvorgang. Eine Bewegung des Auslegers 6 nach unten entspricht einem Baggervorgang. Der Baggerbetrieb des Stiels 7 entspricht einer Bewegung nach unten. Ein Entleerungsbetrieb des Stiels 7 entspricht eine Bewegung nach oben. Der Baggerbetrieb des Löffels 8 entspricht der Bewegung nach unten. Der Entleerungsbetrieb des Löffels 8 entspricht einer Bewegung nach oben. Es ist zu beachten, dass die Abwärtsbewegung des Arms 7 als Beugen bezeichnet werden kann. Die Aufwärtsbewegung des Arms 7 kann als Strecken bezeichnet werden.
Die Arbeitsgerät-Bedienelemente 31L und 31R sind Elemente, die der Führer des Baggers 100 bedient, um das Arbeitsgerät 2 zu betätigen, wobei die Bedienelemente einen Griffbereich und einen Stangebereich haben, ähnlich wie ein Joystick. Die solchermaßen ausgebildeten Arbeitsgerät-Bedienelemente 31L und 31R können vor und zurück und nach links und nach rechts bewegt werden, indem der Griffbereich umfasst wird. Wenn der Arbeitsgerät-Bedienhebel 31L zum Beispiel nach links gestellt wird, können der Stiel 7 und der obere Drehkörper 3 betätigt werden, während der Löffel 8 und der Ausleger 6 betätigt werden können, wenn das Arbeitsgerät-Bedienelement 31R nach rechts gestellt wird.
Die Bedienvorrichtung 30 erzeugt entsprechend einer Eingabe, d. h. den Details der Bedienung der Arbeitsgerät-Bedienhebel 31L, 31R, einen Vorsteuerdruck und leitet den erzeugten Hydraulikölvorsteuerdruck zu einem entsprechenden Arbeitssteuerventil, das in dem Öldrucksteuerventil 38 enthalten ist. Dabei wird der Vorsteuerdruck durch eine der jeweiligen Betätigung des Arbeitsgeräts entsprechende Eingabe von der Bedienvorrichtung erzeugt. Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 detektiert den erzeugten Vorsteuerdruck und kennt daher den Eingabebetrag, d. h. den Betätigungsbetrag des Arbeitsgerät-Bedienelements 31L, 31R. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Betätigungsbetrag, der auf der Basis eines Vorsteuerdrucks ermittelt wird, der beim Ansteuern des Auslegers 6 bezüglich der Bedienung des Arbeitsgerät-Bedienelements 31R detektiert wird, als MB bezeichnet. Ähnlich wird der Betätigungsbetrag, der auf der Basis eines Vorsteuerdrucks ermittelt wird, der beim Ansteuern des Stiels 7 bezüglich der Bedienung des Arbeitsgerät-Bedienelements 31L detektiert wird, als MA bezeichnet, und der Betätigungsbetrag, der auf der Basis eines Vorsteuerdrucks ermittelt wird, der beim Ansteuern des Löffels 8 bezüglich der Bedienung des Arbeitsgerät-Bedienelements 31R detektiert wird, wird als MT bezeichnet.
Die Fahrbetrieb-Bedienelemente 33L und 33R sind Elemente, die der Führer des Baggers 100 für den Fahrbetrieb des Baggers bedient. Die Fahrbetrieb-Bedienhebel 33L und 33R sind zum Beispiel Bedienhebel mit einem Griffbereich und einem Stangenelement (im Folgenden als Fahrhebel bezeichnet, sofern zutreffend). Solche Fahrbetrieb-Bedienhebel 33L und 33R können hin und her bewegt werden, indem der Baggerführer den Griffbereich umgreift. Die Fahrbetrieb-Bedienelemente 33L und 33R sind derart ausgelegt, dass deren gleichzeitiges Neigen nach vorne bewirkt, dass sich der Bagger 100 vorwärts bewegt, und dass deren Neigen nach hinten bewirkt, dass sich der Bagger 100 rückwärts bewegt.
Die Fahrbetrieb-Bedienelemente 33L und 33R sind Pedale (nicht gezeigt), die der Baggerführer mit dem Fuß betätigt, zum Beispiel Wipp-Pedale. Wenn die Pedale entweder vorne oder hinten niedergedrückt werden, wird der Vorsteuerdruck in der gleichen Weise erzeugt wie bei den vorstehend beschriebenen Bedienhebeln, wodurch die Fahrsteuerventile gesteuert und die Hydraulikmotoren 5c angetrieben werden und der Bagger 100 sich vorwärts oder rückwärts bewegen kann. Werden beide Pedale gleichzeitig an deren vorderem Ende niedergedrückt, bewegt sich der Bagger 100 vorwärts. Werden die Pedal an deren hinterem Ende niedergedrückt, bewegt sich der Bagger 100 rückwärts. Wird nur eines der Pedal an dessen vorderem oder hinteren Ende niedergedrückt, dreht sich nur eine Seite der Raupenelemente 5a und 5B, so dass der Bagger 100 schwenken kann.
Wenn der Baggerführer wünscht, dass der Bagger 100 fährt, können die Hydraulikmotoren 5c der Fahrvorrichtung 5 angetrieben werden, indem der Baggerführer entweder die Bedienhebel mit der Hand hin und her bewegt oder mit dem Fuß auf das vordere oder hintere Ende der Pedale tritt. Wird das Fahrbetrieb-Bedienelement 33L auf der linken Seite betätigt, wird der Hydraulikmotor 5c auf der linken Seite angetrieben, wodurch das Raupenelement 5b auf der linken Seite zum Einsatz kommt. Wird das Fahrbetrieb-Bedienelement 33R auf der rechten Seite betätigt, wird der Hydraulikmotor 5b auf der rechten Seite angetrieben, wodurch das Raupenelement 5a auf der rechten Seite zum Einsatz kommt.
Die Bedienvorrichtung 30 erzeugt entsprechend einer Eingabe, d. h. den Details der Bedienung der Arbeitsgerät-Bedienhebel 33L, 33R, einen Vorsteuerdruck und leitet den erzeugten Vorsteuerdruck zu den Arbeitssteuerventilen, die in dem Öldrucksteuerventil 38 enthalten sind. Die Fahrbetrieb-Steuerventile arbeiten entsprechend der Höhe des Vorsteuerdrucks, unter welchem das Hydrauliköl den Hydraulikmotoren 5c für den Fahrbetrieb zugeführt wird. Sofern das Fahrbetrieb-Bedienelement 33L 33R ein elektrisch betätigter Hebel ist, wird eine Eingabe, d. h. werden die Details einer Bedienung der Fahrbetrieb-Bedienelemente 33L, 33R zum Beispiel mit Hilfe eines Potentiometers detektiert, und die Eingabe wird in ein elektrisches Signal (Detektionssignal) umgewandelt und dieses zur Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 geleitet. Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 steuert die Fahrsteuerventile auf der Basis des Detektionssignals.
Die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26 steuert die Antriebsmaschine 36. Die Antriebsmaschine 36 treibt die Hydraulikpumpe 37 an, damit diese Hydrauliköl zu hydraulischen Einrichtungen wie dem Auslegerzylinder 10, dem Stielzylinder 11 und dem Löffelzylinder 12 in dem Bagger 100 leitet. Ein Drehzahlsensor 36R und eine Kraftstoffeinstellvorrichtung 26D sind mit der Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26 elektrisch verbunden. Die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26 die Kraftstoffmenge, die der Antriebsmaschine 36 zugeführt wird, auf der Basis der durch den Drehzahlsensor 36R erfassten Drehzahl einer Kurbelwelle der Antriebsmaschine 36, auf der Basis des Einstellwerts der Kraftstoffeinstellvorrichtung 26D und dergleichen. Auf diese Weise steuert die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 26 die Antriebsmaschine 36.
Die Pumpen-Steuervorrichtung 27 steuert die Hydraulikpumpe 37 in dem Bagger 100. Die Hydraulikpumpe 37 ist zum Beispiel eine Hydraulikpumpe mit Taumelscheibe, die die Fördermenge des Hydrauliköls etc. ändert, indem der Neigungswinkel der Taumelscheibe geändert wird. Die Pumpen-Steuervorrichtung 27 bezieht zum Beispiel den durch einen Öldrucksensor 38C des Öldrucksteuerventils 38 detektierten Öldruck über die fahrzeuginterne Signalleitung 41 von der Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25. Die Pumpen-Steuervorrichtung 27 steuert den Neigungswinkel der Taumelscheibe der Hydraulikpumpe 37 auf der Basis des ermittelten Vorsteuerdrucks und steuert dadurch die Flussrate des von der Hydraulikpumpe 37 geförderten Hydrauliköls. Das von der Hydraulikpumpe 37 abgegebene Hydrauliköl wird über ein entsprechendes Arbeitssteuerventil oder ein entsprechendes Fahrbetrieb-Steuerventil, die in dem Öldrucksteuerventil 38 enthalten sind, zumindest dem Auslegerzylinder 10 oder zumindest dem Stielzylinder 12 oder zumindest dem Löffelzylinder 12 oder zumindest den Hydraulikmotoren 5c zugeleitet, um einen der Zylinder oder der Hydraulikmotoren anzutreiben.
Die erste Displayvorrichtung 28 ist eine Vorrichtung zur Bildanzeige. Die erste Displayvorrichtung 28 enthält eine Displayeinheit 28M und eine Steuereinheit 28C. Die erste Displayeinheit 28 befindet sich in der Nähe des Fahrersitzes in der Fahrerkabine 4 des Baggers 100 in 1. In der vorliegenden Ausführungsform zeigt die erste Displayvorrichtung 28 zum Beispiel Betriebsinformationen des Baggers 100 auf der Displayeinheit 28M an. Die Betriebsinformationen enthalten zum Beispiel die kumulativen Betriebsstunden des Baggers 100, den Restkraftstoff oder die Kühlwassertemperatur der Antriebsmaschine 36. Wenn der Bagger 100 eine Rundumkamera oder eine Rückblickkamera etc. hat, kann die erste Displayvorrichtung 28 ein Bild anzeigen, das die Kamera eingefangen hat.
In der vorliegenden Ausführungsform hat die erste Displayvorrichtung 28 über die Funktion zur Anzeige von verschiedenen Bildern auf der Displayeinheit 28M hinaus auch die Funktion einer Eingabevorrichtung, weshalb die erste Displayvorrichtung 28 unterhalb der Displayeinheit 28M eine Eingabevorrichtung 28I hat. In der vorliegenden Ausführungsform ist in der Eingabevorrichtung 28I eine Vielzahl von Drucktastenschaltern parallel zu einer seitlichen Richtung der Displayeinheit 28M angeordnet. Durch ein Bedienen der Eingabevorrichtung 28I kann das auf der Displayeinheit 28M angezeigte Bild auf ein anderes Bild oder auf verschiedene andere Einstellungen für den Betrieb des Baggers 100 umgeschaltet werden. Die erste Displayvorrichtung 28 kann als Touch Panel ausgebildet sein, bei dem die Eingabevorrichtung 28I in die Displayeinheit 28M integriert ist. Die Eingabevorrichtung 28I kann auch auf einer Konsole in der Nähe des Fahrersitzes angeordnet sein, und zwar als eine von der ersten Displayvorrichtung 28 getrennte Einheit.
Die zweite Displayvorrichtung 39 ist eine Vorrichtung für eine Bildanzeige. Die zweite Displayvorrichtung 39 enthält eine Displayeinheit 39M und eine Steuereinheit 39C. Die zweite Displayeinheit 39 befindet sich in der Nähe des Fahrersitzes in der Fahrerkabine 4 des Baggers 100 in 1. In der vorliegenden Ausführungsform zeigt die zweite Displayvorrichtung 39 als Bild zum Beispiel Positionsinformationen der Zahnkanten 8T des Löffels 8 des Baggers 100 bezüglich der Topographie eines Baugeländes auf der Displayeinheit 39M an. Dabei kann die zweite Displayvorrichtung 39 Informationen über die Topographie eines Baugeländes anzeigen, das die Zahnkanten 8T bearbeiten sollen, zusammen mit der Positionsinformation der Zahnkanten 8T.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Displayeinheit 39M zum Beispiel eine Flüssigkristallanzeige, ist jedoch nicht auf ein solche beschränkt. Die Steuereinheit 39C steuert den Betrieb der Displayeinheit 39M oder ermittelt Positionsinformationen der Zahnkanten 8T. Darüber hinaus zeigt die Steuereinheit 39C auf der Displayeinheit 39M ein Leitbild an, welches das Positionsverhältnis zwischen der Position der Zahnkanten 8T und der Topographie des Baugeländes darstellt. Hierfür speichert die Steuereinheit 39C Globalkoordinaten-Positionsinformationen über die Topographie des Baugeländes.
In der vorliegenden Ausführungsform hat die zweite Displayvorrichtung 39 eine Eingabevorrichtung 39I unterhalb der Displayeinheit 39M. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Displayeinheit 39M zum Beispiel mit Touch Panel versehen etc., wobei das Touch Panel als Eingabevorrichtung 39I verwendet wird und ein auf der Displayeinheit 39M angezeigtes Leitbild auf ein anderes Bild oder einen anderen Inhalt umgeschaltet wird oder verschiedene Einstellungen vorgenommen werden. In der Eingabevorrichtung 39I ist eine Vielzahl von Drucktastenschaltern parallel zu einer seitlichen Richtung der Displayeinheit 39M angeordnet. Durch eine Bedienung der Eingabevorrichtung 39I kann ein auf der Displayeinheit angezeigtes Leitbild auf einen anderen Inhalt für einen geführten Betrieb umgeschaltet werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Funktion der zweiten Displayvorrichtung 39 auch durch die erste Displayvorrichtung 28 implementiert sein.
Die IMU 29 detektiert die Winkelgeschwindigkeit und die Beschleunigung des Baggers 100. Wenn der Bagger 100 in Betrieb ist, treten verschiedene Arten einer Beschleunigung auf, zum Beispiel eine Beschleunigung während der Fahrt und eine Winkelbeschleunigung und eine Schwerkraftbeschleunigung beim Schwenken. Die IMU 29 detektiert eine Beschleunigung, die zumindest die Schwerkraftbeschleunigung umfasst, und gibt die detektierte Beschleunigung ohne Unterscheidung zwischen den Arten der Beschleunigung aus. Die Details werden an späterer Stelle beschrieben. Es ist jedoch zweckmäßig, dass die IMU 29 zum Beispiel an der zentralen Schwenkachse des oberen Drehkörpers 3 des Baggers 100 angeordnet ist, damit die Beschleunigung mit größerer Genauigkeit detektiert werden kann. Wie jedoch bereits erwähnt wurde, kann die IMU 29 auch an der Unterseite der Fahrerkabine 4 montiert sein. In diesem Fall werden die Beschleunigung, die anhand der Zentrifugalkraft bestimmt wird (im Folgenden als Zentrifugalbeschleunigung bezeichnet, sofern zutreffend), und die Winkelgeschwindigkeit bestimmt, wobei ein Abstand von der Position der zentralen Schwenkachse des oberen Drehkörpers 3 zu der Anbringungsposition der IMU 29 ein Schwenkradius ist. Anschließend werden die Komponenten der Zentrifugalbeschleunigung und der Winkelbeschleunigung von der Beschleunigung subtrahiert, die von der IMU 29 ausgegeben wird. Dadurch wird der durch die Anbringungsposition der IMU 29 bedingte Einfluss auf die Beschleunigung verändert. Die Details bezüglich der Komponenten der Zentrifugalbeschleunigung und der Winkelbeschleunigung werden später beschrieben.
Die IMU 29 detektiert die Beschleunigung in der x-Achsenrichtung, y-Achsenrichtung und z-Achsenrichtung und die Winkelbeschleunigung (Drehwinkelbeschleunigung) um die x-Achse, y-Achse und z-Achse in dem lokalen Koordinatensystem (x, y, z) in den 1A und 1B. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist die x-Achse eine zur Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Baggers 100 parallele Achse. Die y-Achse ist eine zur Breitenrichtung des Baggers 100 parallele Achse, und die z-Achse ist eine sowohl zur x-Achse als auch zur y-Achse orthogonale Achse. Es folgt nun die Beschreibung eines Beispiels einer Grabsteuerung, die durch die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 durchgeführt wird.
(Beschreibung der Grabsteuerung)
3A zeigt schematisch ein Beispiel von Ziel-Arbeitsebenen. 3B ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 und einer zweiten Displayvorrichtung 39. 4 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen einer Ziel-Grabtopographie 73I und den Zahnkanten 8T des Löffels 8 darstellt. 5 zeigt in einem Diagramm das Verhältnis zwischen einer Zielgeschwindigkeit, einer vertikalen Geschwindigkeitskomponente und einer horizontalen Geschwindigkeitskomponente. 6 zeigt Verfahren zum Berechnen der vertikalen Geschwindigkeitskomponente und der horizontalen Geschwindigkeitskomponente. 7 zeigt Verfahren zum Berechnen der vertikalen Geschwindigkeitskomponente und der horizontalen Geschwindigkeitskomponente. 8 zeigt in einem Diagramm die Entfernung zwischen den Zahnkanten 8T und der Ziel-Grabtopographie 73I. 9 ist ein Graph, in dem ein Beispiel einer GeschwindigkeitsgrenzInformation dargestellt ist. 10 zeigt schematisch ein Verfahren zum Berechnen der vertikalen Geschwindigkeitskomponente der Geschwindigkeitsgrenze des Auslegers. 11 zeigt schematisch das Verhältnis zwischen der vertikalen Geschwindigkeitskomponente der Geschwindigkeitsgrenze des Auslegers und der Geschwindigkeitsgrenze des Auslegers. 12 zeigt in einem Diagramm ein Beispiel einer Änderung der Geschwindigkeitsgrenze des Auslegers infolge der Bewegung der Zahnkanten.
Wie in 3B gezeigt ist, generiert die zweite Displayvorrichtung 39 Ziel-Grabtopographiedaten U und gibt die Ziel-Grabtopographiedaten U an die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 aus. Eine Grabsteuerung wird zum Beispiel durchgeführt, wenn der Baggerführer des Baggers 100 über die Eingabevorrichtung 39I in 2 die Durchführung der Grabsteuerung wählt. Bei der Grabsteuerung erzeugt die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 einen Ausleger-Interventionsbefehl CBI, der für die Grabsteuerung benötigt wird, und, falls erforderlich, ein Stiel-Befehlssignal und ein Löffel-Befehlssignal unter Verwendung des Ausleger-Betätigungsbetrags MB, des Stiel-Betätigungsbetrags MA und des Löffel-Betätigungsbetrags MT, der von der zweiten Displayvorrichtung 39 eingeholten Ziel-Grabtopographiedaten U und der von der Sensor-Steuervorrichtung 24 eingeholten Kippwinkel α1, α2 und α3 und steuert die Steuerventile und ein Interventionsventil an, um dadurch das Arbeitsgerät 2 zu steuern.
Es folgt zunächst eine Beschreibung der zweiten Displayvorrichtung 39. Die zweite Displayvorrichtung 39 enthält eine Ziel-Arbeitsinformation-Speichereinheit 39A, eine Löffelzahnkantenpositionsdaten-Generierungseinheit 39B und eine Ziel-Grabtopographiedaten-Generierungseinheit 39D. Die Funktionen der Ziel-Arbeitsinformation-Speichereinheit 39A, der Löffelzahnkantenpositionsdaten-Generierungseinheit 39B und der Ziel-Grabtopographiedaten-Generierungseinheit 39D werden durch die Steuereinheit 39C implementiert.
Die Ziel-Arbeitsinformation-Speichereinheit 39A ist Teil einer Speichereinheit der zweiten Displayvorrichtung 39 und speichert Ziel-Arbeitsinformation(en) T als Information, die eine Zielgestalt in dem Arbeitsbereich angibt. Die Ziel-Arbeitsinformation(en) T enthalten Koordinatendaten und Winkeldaten, die für die Generierung der Ziel-Grabtopographiedaten U benötigt werden, die als Information bezüglich der Zielgestalt eines Grabobjekts dienen. Die Ziel-Arbeitsinformationen T enthalten Positionsinformationen bezüglich einer Vielzahl von Ziel-Arbeitsebenen 71.
Die Ziel-Arbeitsinformationen T, welche die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 zum Steuern des Arbeitsgeräts 2 oder zum Anzeigen der Ziel-Grabtopographiedaten U auf der Displayeinheit 39M zum Beispiel benötigt, wird über eine drahtlose Kommunikation von einem Management-Server einer Managementzentrale in den Ziel-Arbeitsformation-Speichereinheit 39A heruntergeladen. Wahlweise kann das Herunterladen der Ziel-Arbeitsinformationen T in die Ziel-Arbeitsinformation-Speichereinheit 39A durch die Verbindung eines Endgeräts, das die Ziel-Arbeitsinformationen T speichert, mit der zweiten Displayvorrichtung 39 erfolgen, oder die Ziel-Arbeitsinformationen T können durch eine Verbindung einer tragbaren Speichervorrichtung mit der zweiten Displayvorrichtung 39 an die Ziel-Arbeitsinformation-Speichereinheit 39A übertragen werden.
Die Löffelzahnkantenpositionsdaten-Generierungseinheit 39B generiert Daten bezüglich der zentralen Schwenkposition, welche die Position der Mitte der Schwenkbewegung des Baggers 100 angeben, die durch die Schwenkachse z des oberen Drehkörpers 3 verläuft, auf der Basis von Referenzpositionsdaten P der Drehkörper-Azimutdaten Q, die von der Globalkoordinaten-Berechnungseinheit 23 ermittelt werden. Bei den Daten bezüglich der zentralen Schwenkposition stimmen eine Referenzposition PL und xy-Koordinaten in dem lokalen Koordinatensystem überein.
Die Löffelzahnkantenpositionsdaten-Generierungseinheit 39B generiert Löffelzahnkantenpositionsdaten S, welche die aktuelle Position der Zahnkanten 8T des Löffels angeben, auf der Basis der Daten bezüglich der zentralen Schwenkposition und der Kippwinkel α1, α2 und α3 des Arbeitsgeräts 2, die von der Sensor-Steuereinheit 24 eingeholt werden.
Wie vorstehend beschrieben, holt die Löffelzahnkantenpositionsdaten-Generierungseinheit 39B Referenzpositionsdaten P und Drehkörper-Azimutdaten Q mit einer Frequenz von beispielsweise 10 Hz von der Globalkoordinaten-Berechnungseinheit 23 ein. Deshalb kann die Löffelzahnkantenpositionsdaten-Generierungseinheit 39B die Löffelzahnkantenpositionsdaten S mit einer Frequenz von beispielsweise 10 Hz aktualisieren. Die Löffelzahnkantenpositionsdaten-Generierungseinheit 39B gibt die aktualisierten Löffelzahnkantenpositionsdaten S an die Einheit 39D zum Generieren der Ziel-Grabtopographiedaten aus.
Die Einheit 39D zum Generieren der Ziel-Grabtopographiedaten holt Ziel-Arbeitsinformationen T, die in der Ziel-Arbeitsinformation-Speichereinheit 39A gespeichert sind, und die Löffelzahnkantenpositionsdaten S, die von der Einheit 39B zum Generieren der Löffelzahnkantenpositionsdaten ausgegeben werden, ein. Die Einheit 39D zum Generieren der Ziel-Grabtopographiedaten legt als Position 74 des Grabobjekts einen Schnittpunkt einer senkrechten Linie, die durch eine vorliegende Zahnkantenposition P4 der Zahnkanten 8T in dem Lokalkoordinatensystem verläuft, und einer Ziel-Arbeitsebene 71 fest. Die Position 74 des Grabobjekts ist ein Punkt direkt unter der Zahnkantenposition P4 des Löffels 8. Wie 3A zeigt, ermittelt die Einheit 39D zum Generieren der Ziel-Grabtopographiedaten als eine Kandidatenlinie für die die Ziel-Grabtopographie 73I eine Schnittlinie 73 einer Ebene 72 des Arbeitsgeräts 2, die durch die Vorwärts-Rückwärts-Richtung des oberen Drehkörpers 3 definiert wird und durch die Position 74 des Grabobjekts verläuft, und der Ziel-Arbeitsinformation T, die durch eine Vielzahl von Ziel-Arbeitsebenen 71 dargestellt wird, auf der Basis der Ziel-Arbeitsinformation T und der Löffelzahnkantenpositionsdaten S. Die Position 74 des Grabobjekts ist ein Punkt auf der Kandidatenlinie. Die Ebene 2 ist eine Ebene, in der das Arbeitsgerät 2 im Einsatz ist (Arbeitsebene).
Die Arbeitsebene des Arbeitsgeräts 2 ist eine zur xz-Ebene des Baggers 100 parallele Ebene, wenn sich der Ausleger 6 und der Stiel 7 nicht um eine zur z-Achse des lokalen Koordinatensystems des Baggers 100 parallele Achse drehen. Wenn sich zumindest der Ausleger 6 oder zumindest der Stiel 7 um die zur z-Achse des lokalen Koordinatensystems des Baggers 100 parallele Achse dreht, ist die Arbeitsebene des Arbeitsgeräts 2 eine zu der Achse, um die sich der Stiel dreht, d. h. die Achse des Stielbolzens 14 in 1, orthogonale Ebene. Die Arbeitsebene des Arbeitsgeräts 2 wird nachstehend als Stiel-Arbeitsebene bezeichnet.
Die Einheit 39D zum Generieren der Ziel-Grabtopographiedaten bestimmt einen einzelnen oder eine Vielzahl von Wendepunkten vor und nach der Position 74 des Grabobjekts T und Linien vor und nach dem(den) Wendepunkt(en) als Ziel-Grabtopographie 73I, das als Grabobjekt dient. In dem Beispiel, das in 3A gezeigt ist, werden zwei Wendepunkte Pv1 und Pv2 und Linien vor und nach den Wendpunkten Pv1 und Pv2 als Ziel-Grabtopographie bestimmt. Anschließend generiert die Einheit 39D zum Generieren der Ziel-Grabtopographiedaten Positionsinformationen bezüglich eines oder einer Vielzahl von Wendepunkten vor und nach der Position 74 des Grabobjekts und Winkelinformationen bezüglich Linien vor und nach dem(den) Wendpunkt(en) als Ziel-Grabtopographiedaten U, welche die Information(en) sind, die die Zielgestalt des Grabobjekts angeben. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Ziel-Grabtopographie 73I durch eine Linie definiert, kann aber zum Beispiel auch durch eine Ebene definiert werden, auf der Basis der Breite des Löffels 8 etc. Die Ziel-Grabtopographiedaten U, die auf diese Weise generiert wurden, enthalten Informationen bezüglich einiger der Vielzahl von Ziel-Arbeitsebenen 71. Die Einheit 39D zum Generieren der Ziel-Grabtopographiedaten gibt die generierten Ziel-Grabtopographiedaten U an die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 aus. In der vorliegenden Ausführungsform tauschen die zweite Displayvorrichtung 39 und die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung direkt Signale aus, wobei jedoch der Austausch zum Beispiel auch über eine fahrzeuginterne Signalleitung, z. B. ein CAN (Controller Network Area), erfolgen kann.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Ziel-Grabtopographiedaten U eine Information über einen Schnittbereich der Ebene 72, die als Arbeitsebene dient, in der das Arbeitsgerät 2 im Einsatz ist, und mindestens einer Ziel-Arbeitsebene (erste Ziel-Arbeitsebene) 71, die eine Zielgestalt darstellt. Die Ebene 72 ist die xz-Ebene des lokalen Koordinatensystems (x, y, z), das in 1B dargestellt ist. Die Ziel-Grabtopographiedaten U, die ermittelt werden, indem die Vielzahl von Ziel-Arbeitsebenen 71 mit der Ebene 72 geschnitten werden, werden als Ziel-Grabtopographiedaten U in Vorwärts-Rückwärts-Richtung bezeichnet, sofern zutreffend.
Die zweite Displayeinheit 39 zeigt, sofern notwendig, die Ziel-Grabtopographie 73I auf der Basis der Ziel-Grabtopographiedaten U in Vorwärts-Rückwärts-Richtung, die als erste Ziel-Grabtopographieinformation dienen, auf der Displayeinheit 39M an. Als Displayinformation werden Display-Zielgrabtopographiedaten Ua verwendet. Auf der Basis der Display-Zielgrabtopographiedaten Ua wird auf der Displayeinheit 39M ein Bild angezeigt, welches das Positionsverhältnis zwischen der als Grabobjekt des Löffels 8 festgelegten Ziel-Grabtopographie 73I und den Zahnkanten 8T darstellt, wie jenes, das in 2 dargestellt ist. Die zweite Displayvorrichtung 39 zeigt auf der Basis der Display-Zielgrabtopographiedaten Ua die Ziel-Grabtopographie (Display-Zielgrabtopographie) 73I an. Die an die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 ausgegebenen Ziel-Grabtopographiedaten U in Vorwärts-Rückwärts-Richtung werden für die Grabsteuerung verwendet. Die für die Grabsteuerung verwendeten Ziel-Grabtopographiedaten U werden als Arbeits-Zielgrabtopographiedaten bezeichnet, sofern zutreffend.
Wie vorstehend beschrieben wurde, holt die Einheit 39D von der Einheit 39B zum Generieren von Löffelzahnkantenpositionsdaten mit einer Frequenz von beispielsweise 10 Hz Löffelzahnkantenpositionsdaten S ein. Deshalb kann die Einheit 39D zum Generieren von Ziel-Grabtopographiedaten die Ziel-Grabtopographiedaten U in Vorwärts-Rückwärts-Richtung mit einer Frequenz von beispielsweise 10 Hz aktualisieren und die aktualisierten Ziel-Grabtopographiedaten U in Vorwärts-Rückwärts-Richtung an die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 ausgeben. Im Folgenden wird die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 erläutert.
Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 enthält eine Zielgeschwindigkeit-Bestimmungseinheit 90, eine Entfernungs-Ermittlungseinheit 91, eine Geschwindigkeitsgrenze-Bestimmungseinheit 92 und eine Arbeitsgerät-Steuereinheit 93. Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 führt unter Verwendung einer Ziel-Grabtopographie 73I, das auf der Basis der vorstehend beschrieben Ziel-Grabtopographiedaten U in Vorwärts-Rückwärts-Richtung ermittelt wurde, eine Grabsteuerung durch. Daher gibt es in der vorliegenden Ausführungsform eine Ziel-Grabtopographie 37I, die für die Anzeige verwendet wird, und eine Ziel-Grabtopographie 73I, die für die Grabsteuerung verwendet wird. Erstere wird als Display-Zielgrabtopographie und letztere als Grabsteuerungs-Zielgrabtopographie bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Funktionen der Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 90, der Entfernungs-Ermittlungseinheit 91, der Geschwindigkeitsgrenze-Bestimmungseinheit 92 und der Arbeitsgerät-Steuereinheit 93 durch eine Arbeitsgerät-Verarbeitungseinheit 29P in 2 implementiert. Im Folgenden wird die durch die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 durchgeführte Grabsteuerung beschrieben.
Die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 90 bestimmt eine Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, eine Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am und eine Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt. Die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm ist die Geschwindigkeit der Zahnkanten 8T, wenn nur der Auslegerzylinder 10 angetrieben wird. Die Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am ist die Geschwindigkeit der Zahnkanten 8T, wenn nur der Stielzylinder 11 angetrieben wird. Die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt ist die Geschwindigkeit der Zahnkanten 8T, wenn nur der Löffelzylinder 12 angetrieben wird. Die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm wird entsprechend dem Ausleger-Betätigungsbetrag MB berechnet. Die Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am wird entsprechend dem Stiel-Betätigungsbetrag MA berechnet. Die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt wird entsprechend dem Löffel-Betätigungsbetrag MT berechnet.
Eine Arbeitsgerät-Speichereinheit 25M speichert Zielgeschwindigkeitsinformationen, die das Verhältnis zwischen dem Ausleger-Betätigungsbetrag MB und der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm definieren. Die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 90 bestimmt eine Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm entsprechend dem Ausleger-Betätigungsbetrag MB unter Bezugnahme auf die Zielgeschwindigkeitsinformationen. Die Zielgeschwindigkeitsinformationen sind zum Beispiel ein Kennfeld, in welchem den Ausleger-Betätigungsbeträgen MB entsprechende Werte der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm beschrieben sind. Die Zielgeschwindigkeitsinformationen können als Tabelle, als mathematischer Ausdruck oder dergleichen vorliegen. Die Ziel-Geschwindigkeitsinformationen enthalten Informationen, die das Verhältnis zwischen dem Stiel-Betätigungsbetrag MA und der Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am definieren. Die Stiel-Geschwindigkeitsinformationen enthalten Informationen, die das Verhältnis zwischen dem Stiel-Betätigungsbetrag MT und der Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt definieren. Die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 90 bestimmt eine Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am, die dem Stiel-Betätigungsbetrag MA entspricht, unter Bezugnahme auf die Zielgeschwindigkeitsinformationen. Die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 90 bestimmt eine Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt, die dem Löffel-Betätigungsbetrag MT entspricht, unter Bezugnahme auf die Zielgeschwindigkeitsinformationen. Wie in 7 dargestellt ist, wandelt die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 90 die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm in eine Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung vertikal zu der Ziel-Grabtopographie 73I (Ziel-Grabtopographiedaten U) (im Folgenden als vertikale Geschwindigkeitskomponente bezeichnet, sofern zutreffend) Vcy_bm und in eine Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung parallel zu der Ziel-Grabtopographie 73I (Ziel-Grabtopographiedaten U) (im Folgenden als horizontale Geschwindigkeitskomponente bezeichnet, sofern zutreffend) Vcx_bm um.
Zum Beispiel holt die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 90 zunächst einen Neigungswinkel θ5 ein, der durch die IMU 29 detektiert wurde, und ermittelt die Neigungen in zu einer Ziel-Grabtopographie 73I orthogonalen Richtungen mit Bezug auf die vertikale Achse des globalen Koordinatensystems. Anschließend ermittelt die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 90 aus den Neigungen einen Winkel β2 (siehe 6), der eine Neigung zwischen der vertikalen Achse des lokalen Koordinatensystems und der Richtung orthogonal zu der Ziel-Grabtopographie 73I angibt.
Wie in 6 gezeigt ist, wandelt die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 90 mittels trigonometrischer Funktionen eine Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm anhand des Winkels β2, der durch die vertikale Achse des lokalen Koordinatensystems und die Richtung der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm gebildet wird, in eine Geschwindigkeitskomponente VL1_bm in der Vertikalachsenrichtung des lokalen Koordinatensystems und in eine Geschwindigkeitskomponente VL2_bm in der Horizontalachsenrichtung um. Wie in 7 dargestellt ist, wandelt die Zielgeschwindigkeit-Bestimmungseinheit 90 anschließend mittels trigonometrischer Funktionen die Geschwindigkeitskomponente VL1_bm in der Vertikalachsenrichtung des lokalen Koordinatensystems und die Geschwindigkeitskomponente VL2_bm in der Horizontalachsenrichtung anhand der vorstehenden Neigung β1 zwischen der vertikalen Achse des lokalen Koordinatensystems und der Richtung orthogonal zu der Ziel-Grabtopographie 73I in die vorstehend beschriebene vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bm und die horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx_bm bezüglich der Ziel-Grabtopographie um. Ähnlich wandelt die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 90 eine Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am in eine vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_am in der Vertikalachsenrichtung des lokalen Koordinatensystems und in eine horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx_am um. Die Zielgeschwindigkeits-Bestimmungseinheit 90 wandelt eine Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt in eine vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt in der Vertikalachsenrichtung des lokalen Koordinatensystems und in eine horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx_bkt um.
Wie in 8 dargestellt ist, ermittelt die Entfernungs-Ermittlungseinheit 91 eine Entfernung d zwischen den Zahnkanten 8T des Löffels 8 und der Ziel-Grabtopographie 73I. Insbesondere berechnet die Entfernungs-Ermittlungseinheit 91 die kürzeste Entfernung d zwischen den Zahnkanten 8T des Löffels und der Ziel-Grabtopographie 73I anhand der Positionsinformation der Zahnkanten 8T, der Ziel-Grabtopographiedaten U, welche die Position der Ziel-Grabtopographie 73I angeben, und dergleichen, wobei diese Informationen auf die vorstehend beschriebene Weise ermittelt werden. In der vorstehenden Ausführungsform erfolgt die Grabsteuerung auf der Basis der kürzesten Entfernung d zwischen den Zahnkanten 8T des Löffels 8 und der Ziel-Grabtopographie 73I.
Die Geschwindigkeitsgrenze-Bestimmungseinheit 92 berechnet eine Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt des gesamten Arbeitsgeräts 2 in 1 auf der Basis der Entfernung d zwischen den Zahnkanten 8T des Löffels 8 und der Ziel-Grabtopographie 73I. Die Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt des gesamten Arbeitsgeräts 2 ist eine zulässige Bewegungsgeschwindigkeit der Zahnkanten 8T in einer Richtung, in der sich die Zahnkanten 8T des Löffels 8 der Ziel-Grabtopographie 73I nähern. Die Arbeitsgerät-Speichereinheit 25M in 2 speichert Geschwindigkeitsgrenzinformationen, die das Verhältnis zwischen der Entfernung d und der Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt definieren.
9 zeigt ein Beispiel der Geschwindigkeitsgrenzinformation. Die horizontale Achse in 9 ist die Entfernung d, und die vertikale Achse ist die Geschwindigkeitsgrenze Vcy. IN der vorliegenden Ausführungsform hat die Entfernung d einen positiven Wert, wenn sich die Zahnkanten 8T außerhalb der Ziel-Grabtopographie 73I befinden, d. h. auf der Seite des Arbeitsgeräts 2 des Baggers 100, und die Entfernung d hat einen negativen Wert, wenn sich die Zahnkanten 8T innerhalb der Ziel-Grabtopographie 73I befinden, d. h. innenseitig des Grabobjekts. Wie in 8 dargestellt ist, gilt dies zum Beispiel auch für die Entfernung d, die einen positiven Wert hat, wenn sich die Zahnkanten 8T über der Ziel-Grabtopographie 73I befinden, und die einen negativen Wert hat, wenn sich die Zahnkanten 8T unter der Ziel-Grabtopographie 73I befinden. Außerdem hat die Entfernung d einen positiven Wert, wenn sich die Zahnkanten 8T in einer Position befinden, in der sich nicht über die Ziel-Grabtopographie 73I hinausgehen, und die Entfernung d hat einen negativen Wert, wenn sich die Zahnkanten 8T in einer Position befinden, in der sie über die Ziel-Grabtopographie 73I hinausgehen. Die Entfernung d, wenn sich die Zahnkanten 8T auf der Ziel-Grabtopographie 73I befinden, d. h. wenn sich die Zahnkanten 8T mit der Ziel-Grabtopographie 73I in Kontakt befinden, ist gleich 0.
In der vorliegenden Ausführungsform hat die Geschwindigkeit einen positiven Wert, wenn sich die Zahnkanten 8T von innerhalb nach außerhalb der Ziel-Grabtopographie 73I bewegen, und die Geschwindigkeit hat einen negativen Wert, wenn sich die Zahnkanten 8T von außerhalb nach innerhalb der Ziel-Grabtopographie 73I bewegen. Die Geschwindigkeit hat einen positiven Wert, wenn sich die Zahnkanten 8T nach oberhalb der Ziel-Grabtopographie 73I bewegen, und die Geschwindigkeit hat einen negativen Wert, wenn sich die Zahnkanten 8T nach unten bewegen.
In den Geschwindigkeitsgrenzinformationen ist die Neigung der Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt bei einer Entfernung d zwischen d1 und d2 schwächer als die Neigung bei einer Entfernung d, die größer oder gleich d1 oder kleiner oder gleich d2 ist. d1 ist größer als 0. d2 ist kleiner als 0. Damit die Geschwindigkeitsgrenze für einen Betrieb in der Nähe der Ziel-Grabtopographie 73I feiner eingestellt werden kann, wird die Neigung bei einer Entfernung d zwischen d1 und d2 gegenüber der Neigung bei einer Entfernung d größer oder gleich d1 oder kleiner oder gleich d2 verkleinert. Wenn die Entfernung d größer oder gleich d1 ist, hat die Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt einen negativen Wert, und die Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt ist umso kleiner, je größer die Entfernung d ist. Das heißt, wenn die Entfernung d größer oder gleich d1 ist, ist die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Zahnkanten 8T nach unterhalb der Ziel-Grabtopographie 73I bewegen, umso höher und der Absolutwert der Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt umso größer, je weiter die Zahnkanten 8T oberhalb der Ziel-Grabtopographie 73I von der Ziel-Grabtopographie 73I entfernt sind. Wenn die Entfernung d kleiner oder gleich 0 ist, hat die Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt einen positiven Wert, und die Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt ist umso höher, je kleiner die Entfernung d ist. Das heißt, wenn die Entfernung d, über welche sich die Zahnkanten 8T des Löffels 8 von der Ziel-Grabtopographie 73I wegbewegen, kleiner oder gleich 0 ist, ist die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Zahnkanten 8T von der Ziel-Grabtopographie 73I nach oben bewegen, umso höher und der Absolutwert der Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt umso größer, je weiter die Zahnkanten 8T unterhalb der Ziel-Grabtopographie 73I von der Ziel-Grabtopographie 73I entfernt sind.
Wenn die Entfernung d größer oder gleich einem ersten vorgegebenen Wert dth1 ist, ist die Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt gleich Vmin. Der erste vorgegebene Wert dth1 ist ein positiver Wert und ist größer als d1. Vmin ist kleiner als der Minimalwert der Zielgeschwindigkeit. Das heißt, wenn die Entfernung d größer oder gleich dem ersten vorgegebenen Wert dth1 ist, werden bezüglich des Betriebs des Arbeitsgeräts 2 keine Einschränkungen vorgenommen. Wenn also die Zahnkanten 8T oberhalb der Ziel-Grabtopographie 73I deutlich von der Ziel-Grabtopographie 73I entfernt sind, werden bezüglich des Betriebs des Arbeitsgeräts 2 keine Einschränkungen vorgenommen, d. h. eine Grabsteuerung findet nicht statt. Wenn die Entfernung d kleiner als der erste vorgegebene Wert dth1 ist, werden bezüglich des Betriebs des Arbeitsgeräts 2 Einschränkungen vorgenommen. Wie später noch beschrieben wird, werden Einschränkungen speziell bezüglich des Auslegers 6 vorgenommen, wenn die Entfernung d kleiner als der erste vorgegebene Wert dth1 ist.
Die Geschwindigkeitsgrenze-Bestimmungseinheit 92 berechnet eine vertikale Geschwindigkeitskomponente der Geschwindigkeitsgrenze des Auslegers 6 (im Folgenden als vertikale Geschwindigkeitsgrenzkomponente des Auslegers 6 bezeichnet, sofern zutreffend) Vcy_bm_Imt anhand der Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt des gesamten Arbeitsgeräts 2, der Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am und der Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt. Wie 10 zeigt, berechnet die Geschwindigkeitsgrenze-Bestimmungseinheit 92 die vertikale Geschwindigkeitsgrenzkomponente Vcy_bm_Imt des Auslegers 6, indem sie die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_am der Stiel-Zielgeschwindigkeit und die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit von der Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt des gesamten Arbeitsgeräts 2 subtrahiert.
Wie 11 zeigt, wandelt die Geschwindigkeitsgrenze-Bestimmungseinheit 92 die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bm_Imt des Auslegers 6 in eine Geschwindigkeitsgrenze des Auslegers 6 (Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze) Vc_bm_Imt um. Die Geschwindigkeitsgrenze-Bestimmungseinheit 92 ermittelt ein Verhältnis zwischen der Richtung vertikal zu der Ziel-Grabtopographie 73I und der Richtung der Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt anhand des vorstehend beschriebenen Neigungswinkels α1 des Auslegers 6, des Neigungswinkels α2 des Stiels 7, des Neigungswinkels α3 des Löffels 8, der Referenzpositionsdaten der GNSS-Antennen 20 und 21, der Ziel-Grabtopographiedaten U und dergleichen und wandelt die vertikale Geschwindigkeitsgrenzkomponente Vcy_bm_Imt des Auslegers 6 in die Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt um. Zur Ermittlung der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_bm in der Richtung vertikal zu der Ziel-Grabtopographie 73I anhand der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm wird die vorstehende Berechnung umgekehrt ausgeführt.
Ein Wechselventil 151 (später beschrieben) wählt von dem Vorsteuerdruck, der auf der Basis des Betriebs des Auslegers 6 erzeugt wird, und dem Vorsteuerdruck, der durch ein Interventionsventil 127C (später beschrieben) auf der Basis eines Ausleger-Interventionsbefehls CBI erzeugt wird, den größeren Druck und leitet den gewählten Vorsteuerdruck zu einem Richtungssteuerungsventil 164 (später beschrieben). Wenn der auf der Basis des Ausleger-Interventionsbefehls CBI erzeugte Vorsteuerdruck größer ist als der auf der Basis des Betriebs des Auslegers 6 erzeugte Vorsteuerdruck, arbeitet das Richtungssteuerungsventil 164 (später beschrieben) für den Auslegerzylinder 10 durch den Vorsteuerdruck, der auf der Basis des Ausleger-Interventionsbefehls CBI erzeugt wird. Der Ausleger 6 wird folglich auf der Basis der Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Itd angetrieben.
Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 93 steuert das Arbeitsgerät 2. Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 93 steuert den Auslegerzylinder 10, den Stielzylinder 11 und den Löffelzylinder 12 durch die Ausgabe eines Stiel-Befehlssignals, eines Ausleger-Befehlssignals, eines Ausleger-Interventionsbefehls CBI und eines Löffel-Befehlssignals, um Ventile 127 (später beschrieben) zu steuern. Das Stiel-Befehlssignal, das Ausleger-Befehlssignal, der Ausleger-Interventionsbefehl CBI und das Löffel-Befehlssignal haben Stromwerte, die einer angewiesenen Auslegergeschwindigkeit, einer angewiesenen Stielgeschwindigkeit und einer angewiesenen Löffelgeschwindigkeit entsprechen.
Wenn der Vorsteuerdruck, der auf der Basis der Bewegung des Auslegers 6 nach oben erzeugt wird, den Vorsteuerdruck übersteigt, der auf der Basis des Ausleger-Interventionsbefehls CBI erzeugt wird, wählt das Wechselventil 151 (später beschrieben) den Vorsteuerdruck, der auf der Basis der Hebelbetätigung erzeugt wird. Das Richtungssteuerventil 164 für den Auslegerzylinder 10 arbeitet durch den Vorsteuerdruck, den das Wechselventil 151 auf der Basis des Betriebs des Auslegers 6 wählt. Der Ausleger 6 wird auf der Basis der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm und somit nicht auf der Basis der Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt angetrieben.
Wenn der Vorsteuerdruck, der auf der Basis des Betriebs des Auslegers 6 erzeugt wird, den Vorsteuerdruck übersteigt, der auf der Basis des Ausleger-Interventionsbefehls CBI erzeugt wird, wählt die Arbeitsgerät-Steuereinheit 93 die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, die Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am und die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt jeweils als angewiesene Geschwindigkeit für den Ausleger, als angewiesene Geschwindigkeit für den Stiel und als angewiesene Geschwindigkeit für den Löffel. Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 93 bestimmt die Geschwindigkeiten (Zylindergeschwindigkeiten) des Auslegerzylinders 10, des Stielzylinders 11 und des Löffelzylinders 12 entsprechend der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, der Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am und der Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt. Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 93 steuert dann das in 2 dargestellte Öldrucksteuerventil 38 auf der Basis der bestimmten Zylindergeschwindigkeiten, um den Einsatz des Auslegerzylinders 10, des Stielzylinders 11 und des Löffelzylinders 12 zu ermöglichen.
Auf diese Weise ermöglicht die Arbeitsgerät-Steuereinheit 93 während des Normalbetriebs einen Betrieb des Auslegerzylinders 10, des Stielzylinders 11 und des Löffelzylinders 12 entsprechend dem Ausleger-Betätigungsbetrag MB, dem Stiel-Betätigungsbetrag MA und dem Löffel-Betätigungsbetrag MT. Deshalb arbeitet der Auslegerzylinder 10 mit der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, der Stielzylinder 11 mit der Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am und der Löffelzylinder 12 mit der Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt.
Wenn der Vorsteuerdruck, der auf der Basis des Ausleger-Interventionsbefehls CBI erzeugt wird, den Vorsteuerdruck übersteigt, der auf der Basis des Betriebs des Auslegers 6 erzeugt wird, wählt das Wechselventil 151 den Vorsteuerdruck, der auf der Basis des Interventionsbefehls erzeugt und von dem Interventionsventil 127C ausgegeben wird. Folglich arbeitet der Ausleger 6 mit der Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt und der Stiel 7 mit der Stiel-Geschwindigkeitsgrenze Vc_am. Auch der Löffel 8 arbeitet mit der Löffel-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bkt.
Wie vorstehend beschrieben, wird die vertikale Geschwindigkeitsgrenzkomponente der Geschwindigkeitsgrenze Vcy_bm_Imt des Auslegers 6 berechnet, indem die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_am der Stiel-Zielgeschwindigkeit und die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit von der Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt des gesamten Arbeitsgeräts 2 subtrahiert wird. Wenn also die Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt des gesamten Arbeitsgeräts 2 kleiner ist als die Summe der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_am der Stiel-Zielgeschwindigkeit und der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit, hat die vertikale Geschwindigkeitsgrenzkomponente Vcy_bm_Imt des Auslegers 6 einen negativen Wert, wenn sich der Ausleger 6 nach oben bewegt.
Deshalb hat die Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt einen negativen Wert. In diesem Fall erlaubt die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 93 eine Bewegung des Auslegers 6 nach unten und senkt die Geschwindigkeit unter die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm. Auf diese Weise lässt sich vermeiden, dass sich der Löffel 8 über die Ziel-Grabtopographie 73I hinaus bewegt, ohne dass sich der Baggerführer aufgrund dieses Eingriffs unkomfortabel fühlt.
Wenn die Geschwindigkeitsgrenze Vcy_Imt des gesamten Arbeitsgeräts 2 größer ist als die Summe der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_am der Stiel-Zielgeschwindigkeit und die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit, hat die vertikale Geschwindigkeitsgrenzkomponente Vcy_bm_Itd des Auslegers 6 einen positiven Wert. Deshalb hat die Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt einen positiven Wert. In diesem Fall bewegt sich der Ausleger 6 auf der Basis des Befehlssignals von dem Interventionssignal 127C nach oben, auch wenn die Bedienvorrichtung 30 in eine Richtung betätigt wird, in der sich Ausleger 6 nach unten bewegt. Es kann daher augenblicklich verhindert werden, dass die Ziel-Grabtopographie 73I weiter überschritten wird.
Wenn sich die Zahnkanten 8T über der Ziel-Grabtopographie 73I befinden, werden der Absolutwert der vertikalen Geschwindigkeitsgrenzkomponente Vcy_bm_Imt des Auslegers 6 und der Absolutwert einer Geschwindigkeitskomponente der Geschwindigkeitsgrenze des Auslegers 6 in der Richtung parallel zu der Ziel-Grabtopographie 73I (im Folgenden als horizontale Geschwindigkeitsgrenzkomponente bezeichnet, sofern zutreffend) Vcx_bm_Imt umso kleiner, je stärker sich die Zahnkanten 8T der Ziel-Grabtopographie 73I nähern. Wenn sich die Zahnkanten 8T über der Ziel-Grabtopographie 73I befinden, werden die Geschwindigkeit des Auslegers 6 in der Richtung vertikal zu der Ziel-Grabtopographie 73I und die Geschwindigkeit des Auslegers 6 in der Richtung parallel zu der Ziel-Grabtopographie 73I umso niedriger, je stärker sich die Zahnkanten 8T der Ziel-Grabtopographie 73I nähern. Wenn der Führer des Baggers 100 ein Arbeitsgerät-Bedienelement 25L auf der linken Seite und ein Arbeitsgerät-Bedienelement 25R auf der rechten Seite gleichzeitig betätigt, arbeiten der Ausleger 6, der Stiel 7 und der Löffel 8 gleichzeitig. Die vorstehend beschriebene Steuerung wird nachstehend unter der Annahme erläutert, dass zu diesem Zeitpunkt die Zielgeschwindigkeiten Vc_bm, Vc_am und Vc_bkt des Auslegers 6, des Stiels 7 und des Löffels 8 eingegeben werden.
12 zeigt ein Beispiel einer Änderung der Geschwindigkeitsgrenze des Auslegers 6, wenn die Entfernung d zwischen der Ziel-Grabtopographie 73I und den Zahnkanten 8T des Löffels 8 kleiner ist als der erste vorgegebene Wert dth1 und die Zahnkanten des Löffels 8 sich von einer Position Pn1 in eine Position Pn2 bewegen. Die Entfernung zwischen den Zahnkanten 8T der Ziel-Grabtopographie 73I in der Position Pn2 ist kleiner als die Entfernung zwischen den Zahnkanten 8T und der Ziel-Grabtopographie 73I in der Position Pn1. Daher ist eine vertikale Geschwindigkeitsgrenzkomponente Vcy_bm_Imt2 des Auslegers 6 in der Position Pn2 kleiner als eine vertikale Geschwindigkeitsgrenzkomponente Vcy_bm_Imt1 des Auslegers 6 in der Position Pn1. Deshalb ist eine Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt2 in der Position Pn2 kleiner ist als eine Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt1 in der Position Pn1. Darüber hinaus ist eine horizontale Geschwindigkeitsgrenzkomponente Vcx_bm_Imt2 des Auslegers 6 in der Position Pn2 kleiner als eine horizontale Geschwindigkeitsgrenzkomponente Vcx_bm_Imt1 des Auslegers 6 in der Position Pn1. Es ist jedoch zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt keine Einschränkungen bezüglich der Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am und der Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt vorgenommen werden. Daher erfolgen keine Einschränkungen bezüglich der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_am und der horizontalen Geschwindigkeitskomponente Vcx_am der Stiel-Zielgeschwindigkeit und bezüglich der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt und der horizontalen Geschwindigkeitskomponente Vcx_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit.
Da keine Einschränkungen bezüglich des Stiels 7 vorgenommen werden, wie vorstehend beschrieben, zeigt sich eine Änderung des Betrags der Stielbetätigung entsprechend dem Vorhaben des Baggerführers in einer Änderung der Geschwindigkeit der Zahnkanten 8T des Löffels 8. In der vorliegenden Ausführungsform wird dafür gesorgt, dass sich der Baggerführer nicht unkomfortabel fühlt bei einem Eingriff, der verhindert, dass die Ziel-Grabtopographie 73I weiter überschritten wird.
Die Zahnkantenposition P4 der Zahnkanten 8T kann durch andere Messeinrichtungen als GNSS gemessen werden. Dadurch kann die Entfernung d zwischen den Zahnkanten 8T und der Ziel-Grabtopographie 73I durch andere Einrichtungen als GNSS gemessen werden. Der Absolutwert der Löffel-Geschwindigkeitsgrenze ist kleiner als der Absolutwert der Löffel-Zielgeschwindigkeit. Die Löffel-Geschwindigkeitsgrenze kann zum Beispiel nach der gleichen Methode berechnet werden wie vorstehend die Stiel-Geschwindigkeitsgrenze. Es ist anzumerken, dass Einschränkungen bezüglich des Löffels 8 zusammen mit Einschränkungen bezüglich des Stiels 7 vorgenommen werden können. Nachstehend werden die Einzelheiten eines in dem Bagger 100 enthaltenen Hydrauliksystems und der Betrieb des Hydrauliksystems während der Grabsteuerung beschrieben.
13 zeigt schematisch ein Beispiel eines Steuersystems 200 und eines Hydrauliksystems 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 14 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 13.
Wie in den 13 und 14 dargestellt ist, umfasst das Hydrauliksystem 300 Hydraulikzylinder 160, die den Auslegerzylinder 10, den Stielzylinder 11 und den Löffelzylinder 12 umfassen, und einen Schwenkmotor 163 zum Schwenken des oberen Drehkörpers 3. Die Hydraulikzylinder 160 arbeiten mit Hydrauliköl, das durch die Hydraulikpumpe 37 in 2 zugeführt wird. Der Schwenkmotor 163 ist ein Hydraulikmotor und arbeitet mit Hydrauliköl, das von der Hydraulikpumpe 37 geliefert wird. Das Öldrucksteuerventil 38, das in 2 gezeigt ist, enthält Richtungssteuerungsventile 164 und Steuerventile 127, und der Öldrucksensor 38C hat Drucksensoren 166 und Drucksensoren 167.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtungssteuerungsventile 164 vorgesehen, die die Richtung des Hydraulikölflusses steuern. Die Richtungssteuerungsventile 164 sind jeweils an der Vielzahl von Hydraulikzylindern 160 (dem Auslegerzylinder 10, dem Stielzylinder 11 und dem Löffelzylinder 12) vorgesehen. Die Richtungssteuerungsventile 164 entsprechen dem Typ eines Steuerschiebers, der die Richtung des Hydraulikölflusses ändert, indem ein stangenförmiger Schieber bewegt wird. Die Richtungssteuerungsventile 164 haben einen beweglichen stangenförmigen Schieber. Der Schieber bewegt sich durch Vorsteueröl, das diesem zugeführt wird. Jedes Richtungssteuerungsventil 164 leitet durch die Bewegung des Schiebers Hydrauliköl zu seinem betreffenden Hydraulikzylinder und ermöglicht dadurch den Betrieb des Hydraulikzylinders 160. Hydrauliköl, das von der Hydraulikpumpe 37 geliefert wird, wird über das Richtungssteuerungsventil 164 zu dem Hydraulikzylinder 160 geleitet. Durch eine Bewegung des Schiebers in der axialen Richtung wird zwischen der Zuführung von Hydrauliköl zu einer kappenseitigen Ölkammer und der Zuführung von Hydrauliköl zu einer stangenseitigen Ölkammer umgeschaltet. Dadurch, dass sich der Schieber in der axialen Richtung bewegt, wird auch die Menge des zu dem Hydraulikzylinder 160 geleiteten Hydrauliköls (Zufuhrmenge pro Zeiteinheit) reguliert. Durch die Regulierung der Menge des zu dem Hydraulikzylinder 160 geleiteten Hydrauliköls wird die Zylindergeschwindigkeit des Hydraulikzylinders 160 reguliert.
Der Antrieb der Richtungssteuerungsventile 164 wird durch die Bedienvorrichtung 30 reguliert. Hydrauliköl, das von der in 2 gezeigten Hydraulikpumpe 37 geliefert wird und dessen Druck durch ein Druckminderungsventil vermindert wird, wird als Vorsteueröl zur Bedienvorrichtung 30 geleitet. Es sollte beachtet werden, dass die Bedienvorrichtung 30 auch mit Vorsteueröl aus einer anderen Hydraulik-Vorsteuerpumpe als der Hydraulikpumpe 37 versorgt werden kann. Wie 2 zeigt, hat die Bedienvorrichtung 30 Druckregulierventile 250, die den Vorsteueröldruck regulieren können. Der Vorsteueröldruck wird auf der Basis des Betrags der Betätigung der Bedienvorrichtung 30 reguliert. Die Richtungssteuerungsventile 164 werden durch den Vorsteueröldruck angesteuert. Durch die Regulierung des Vorsteueröldrucks über die Bedienvorrichtung 30 werden den Betrag der Bewegung und die Geschwindigkeit der Bewegung des Schiebers in der axialen Richtung reguliert.
Die Richtungssteuerungsventile 164 sind jeweils an dem Auslegerzylinder 10, an dem Stielzylinder 11, an dem Löffelzylinder 12 und an dem Schwenkmotor 163 vorgesehen. In der folgenden Beschreibung wird das Richtungssteuerungsventil 164, das mit dem Auslegerzylinder 10 verbunden ist, als Richtungssteuerungsventil 640 bezeichnet, sofern zutreffend. Das Richtungssteuerungsventil 164, das mit dem Stielzylinder 11 verbunden ist, wird als Richtungssteuerungsventil 641 bezeichnet, sofern zutreffend. Das Richtungssteuerungsventil 164, das mit dem Löffelzylinder 12 verbunden ist, wird als Richtungssteuerungsventil 642 bezeichnet, sofern zutreffend.
Die Bedienvorrichtung 30 und die Richtungssteuerungsventile 164 sind über Vorsteuerölleitungen 450 miteinander verbunden. Vorsteueröl zum Bewegen der Schieber der Richtungssteuerungsventile 164 fließt durch die Vorsteuerölleitungen 450. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Steuerventile 127, die Drucksensoren 166 und die Drucksensoren 167 in den Vorsteuerölleitungen 450 vorgesehen.
In der folgenden Beschreibung werden diejenigen der Vorsteuerölleitungen 450 zwischen der Bedienvorrichtung 30 und den Steuerventilen 127 als Vorsteuerölleitungen 451 bezeichnet, sofern zutreffend, und diejenigen der Vorsteuerölleitungen 450 zwischen den Steuerventilen 127 und den Richtungssteuerungsventilen 164 werden als Vorsteuerölleitungen 452 bezeichnet, sofern zutreffend.
Die Vorsteuerölleitungen 452 sind mit den Richtungssteuerungsventilen 164 verbunden. Vorsteueröl wird über die Vorsteuerölleitungen 452 zu den Richtungssteuerungsventilen 164 geleitet. Jedes Richtungssteuerungsventil 164 hat eine erste Druckaufnahmekammer und eine zweite Druckaufnahmekammer. Jede Vorsteuerölleitung 452 hat eine Vorsteuerölleitung 452A, die mit der ersten Druckaufnahmekammer verbunden ist, und eine Vorsteuerölleitung 452B, die mit der zweiten Druckaufnahmekammer verbunden ist.
Wenn Vorsteueröl über die erste Vorsteuerölleitung 452A in die erste Druckaufnahmekammer des Richtungssteuerungsventils 164 geleitet wird, bewegt sich der Schieber entsprechend dem Vorsteueröldruck, und es wird Hydrauliköl über das Richtungssteuerungsventil 164 zur stangenseitigen Ölkammer des Hydraulikzylinders 160 geleitet. Die Menge des zur stangenseitigen Öldruckkammer geleiteten Hydrauliköls wird durch den Betätigungsbetrag der Bedienvorrichtung 30 (den Betrag der Bewegung des Schiebers) reguliert.
Wenn Vorsteueröl über die Vorsteuerölleitung 452B in die zweite Druckaufnahmekammer des Richtungssteuerungsventils 164 geleitet wird, bewegt sich der Schieber entsprechend dem Vorsteueröldruck, und das Hydrauliköl wird über das Richtungssteuerungsventil 164 zur kappenseitigen Ölkammer des Hydraulikzylinders 160 geleitet. Die Menge des zur kappenseitigen Öldruckkammer geleiteten Hydrauliköls wird durch den Betätigungsbetrag der Bedienvorrichtung 30 (den Betrag der Bewegung des Schiebers) reguliert.
Durch die Zuführung des Vorsteueröls, dessen Vorsteueröldruck über die Bedienvorrichtung 30 reguliert wird, zu dem Richtungssteuerungsventil 164 bewegt sich der Schieber in der axialen Richtung auf eine Seite. Durch die Zuführung des Vorsteueröls, dessen Druck über die Bedienvorrichtung 30 reguliert wird, zu dem Richtungssteuerungsventil 164 bewegt sich der Schieber in der axialen Richtung auf die andere Seite. Auf diese Weise wird die Position des Schiebers in der axialen Richtung reguliert.
Jede Vorsteuerölleitung 451 enthält eine Vorsteuerölleitung 451A, die die Vorsteuerölleitung 452A mit der Bedienvorrichtung 30 verbindet, und eine Vorsteuerölleitung 451B, die die Vorsteuerölleitung 452B mit der Bedienvorrichtung 30 verbindet.
In der folgenden Beschreibung, wird die Vorsteuerölleitung 452A, die mit dem Richtungssteuerungsventil 640 verbunden ist, das Hydrauliköl zu dem Auslegerzylinder 10 leitet, als Ausleger-Regulierungsölleitung 4520A bezeichnet, sofern zutreffend, und die Vorsteuerölleitung 452B, die mit dem Richtungsventil 640 verbunden ist, wird als Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B bezeichnet, sofern zutreffend.
In der folgenden Beschreibung wird die Vorsteuerölleitung 452A, die mit dem Richtungssteuerungsventil 641 verbunden ist, das Hydrauliköl zu dem Stielzylinder 11 leitet, als Stiel-Regulierungsölleitung 4521A bezeichnet, sofern zutreffend, und die Vorsteuerölleitung 452B, die mit dem Richtungssteuerungsventil 641 verbunden ist, wird als Stiel-Regulierungsölleitung 4521B bezeichnet, sofern zutreffend.
In der folgenden Beschreibung wird die Vorsteuerölleitung 452A, die mit dem Richtungssteuerungsventil 642 verbunden ist, das Hydrauliköl zu dem Löffelzylinder 12 leitet, als Löffel-Regulierungsölleitung 4522A bezeichnet, sofern zutreffend, und die Vorsteuerölleitung 452B, die mit dem Richtungssteuerungsventil 642 verbunden ist, wird als Löffel-Regulierungsölleitung 4522B bezeichnet, sofern zutreffend.
In der folgenden Beschreibung wird die Vorsteuerölleitung 451A, die mit der Ausleger-Regulierungsölleitung 4520A verbunden ist, als Ausleger-Betätigungsölleitung 4510A bezeichnet, sofern zutreffend, und die Vorsteuerölleitung 451B, die mit der Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B verbunden ist, wird als Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B bezeichnet, sofern zutreffend.
In der folgenden Beschreibung wird die Vorsteuerölleitung 451A, die mit der Stiel-Regulierungsölleitung 4521A verbunden ist, als Stiel-Betätigungsölleitung 4511A bezeichnet, sofern zutreffend, und die Vorsteuerölleitung 451B, die mit der Stiel-Regulierungsölleitung 4521B verbunden ist, wird als Stiel-Betätigungsölleitung 4511B bezeichnet, sofern zutreffend.
In der folgenden Beschreibung wird die Vorsteuerölleitung 451A, die mit der Löffel-Regulierungsölleitung 4522A verbunden ist, als Löffel-Betätigungsölleitung 4512A bezeichnet, sofern zutreffend, und die Vorsteuerölleitung 451B, die mit der Löffel-Regulierungsölleitung 4522B verbunden ist, wird als Löffel-Betätigungsölleitung 4512B bezeichnet, sofern zutreffend.
Die Ausleger-Betätigungsölleitungen (4510A und 4510B) und die Ausleger-Regulierungsölleitungen (4520A und 4520B) sind mit der Bedienvorrichtung 30 entsprechend dem Vorsteueröldrucktyp verbunden. Vorsteueröl, dessen Druck entsprechend dem Betrag der Betätigung der Bedienvorrichtung reguliert wird, fließt durch die Ausleger-Betätigungsölleitungen (4510A und 4510B).
Die Stiel-Betätigungsölleitungen (4511A und 4511B) und die Stiel-Regulierungsölleitungen (4521A und 4521B) sind mit der Bedienvorrichtung 30 entsprechend dem Vorsteueröldrucktyp verbunden. Vorsteueröl, dessen Druck entsprechend dem Betrag der Betätigung der Bedienvorrichtung 30 reguliert wird, fließt durch die Stiel-Betätigungsölleitungen (4511A und 4511B).
Die Löffel-Betätigungsölleitungen (4512A und 4512B) und die Löffel-Regulierungsölleitungen (4522A und 4522B) sind mit der Bedienvorrichtung 30 entsprechend dem Vorsteueröldrucktyp verbunden. Vorsteueröl, dessen Druck entsprechend dem Betrag der Betätigung der Bedienvorrichtung 30 reguliert wird, fließt durch die Löffel-Betätigungsölleitungen (4512A und 4512B).
Die Ausleger-Betätigungsölleitungen 4510A, die Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B, die Ausleger-Regulierungsölleitung 4520A und die Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B sind Ausleger-Ölleitungen, durch welche Vorsteueröl fließt, das einen Betrieb des Auslegers 6 ermöglicht.
Die Stiel-Betätigungsölleitung 4511A, die Stiel-Betätigungsölleitung 4511B, die Stiel-Regulierungsölleitung 4521A und die Stiel-Regulierungsölleitung 4521B sind Stiel-Ölleitungen, durch welche Vorsteueröl fließt, das den Betrieb des Stiels 7 ermöglicht.
Die Löffel-Betätigungsölleitung 4512A, die Löffel-Betätigungsölleitung 4512B, die Löffel-Regulierungsölleitung 4522A und die Löffel-Regulierungsölleitung 4522B sind Löffel-Ölleitungen, durch welche Vorsteueröl fließt, das den Betrieb des Löffels 8 ermöglicht.
Wie vorstehend beschrieben, führt der Ausleger 6 zwei Arten von Tätigkeiten aus, nämlich eine Bewegung nach oben und eine Bewegung nach unten, indem die Bedienvorrichtung 30 betätigt wird. Durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 30 für eine Bewegung des Auslegers 6 nach unten wird über die Ausleger-Betätigungsölleitung 4510A und die Ausleger-Regulierungsölleitung 4520A Vorsteueröl zu dem Richtungssteuerungsventil 640 geleitet, das mit dem Auslegerzylinder 10 verbunden ist. Das Richtungssteuerungsventil 640 arbeitet auf der Basis von Vorsteueröldruck. Dadurch wird Hydrauliköl aus der Hydraulikpumpe 37 zu dem Auslegerzylinder 10 geleitet, so dass dieser für eine Bewegung des Auslegers 6 nach unten sorgt.
Durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 30 für eine Bewegung des Auslegers 6 nach oben, wird über die Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B und die Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B Vorsteueröl zu dem Richtungssteuerungsventil 640 geleitet, das mit dem Auslegerzylinder 10 verbunden ist. Dadurch wird Hydrauliköl aus der Hydraulikpumpe 37 zu dem Auslegerzylinder 10 geleitet, so dass dieser für eine Bewegung des Auslegers 6 nach oben sorgt.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Ausleger-Betätigungsölleitung 4510A und die Ausleger-Regulierungsölleitung 4520A Ölleitungen für die Abwärtsbewegung des Auslegers, die mit der ersten Druckaufnahmekammer des Richtungssteuerungsventils 640 verbunden sind und durch die Vorsteueröl fließt, das die Betätigung des Auslegers 6 nach unten ermöglicht. Die Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B und die Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B sind Ölleitungen für die Aufwärtsbewegung des Auslegers, die mit der zweiten Druckaufnahmekammer des Richtungssteuerungsventils 640 verbunden sind und durch die Vorsteueröl fließt, das die Betätigung des Auslegers 6 nach oben ermöglicht.
Der Stiel 7 führt zwei Arten von Tätigkeiten aus, nämlich eine Bewegung nach unten und eine Bewegung nach oben, indem die Bedienvorrichtung 30 betätigt wird. Durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 30 für eine Bewegung des Stiels 7 nach oben wird Vorsteueröl über die Stiel-Betätigungsölleitung 4511A und die Stiel-Regulierungsölleitung 4521A zu dem Richtungssteuerungsventil 641 geleitet, das mit dem Stielzylinder 11 verbunden ist. Das Richtungssteuerungsventil 641 arbeitet auf der Basis von Vorsteueröldruck. Dadurch wird Hydrauliköl aus der Hydraulikölpumpe 37 zu dem Stielzylinder 11 geleitet, so dass der Stiel 7 nach oben bewegt wird.
Durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 30 für eine Bewegung des Stiels 7 nach unten wird über die Stiel-Betätigungsölleitung 4511B und die Stiel-Regulierungsölleitung 4521B Vorsteueröl zu dem Richtungssteuerungsventil 641 geleitet, das mit dem Stielzylinder 11 verbunden ist. Das Richtungssteuerungsventil 641 arbeitet auf der Basis von Vorsteueröldruck. Dadurch wird Hydrauliköl aus der Hydraulikölpumpe 37 zu dem Stielzylinder 11 geleitet, so dass der Stiels 7 nach unten bewegt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Stiel-Betätigungsölleitung 4511A und die Stiel-Regulierungsölleitung 4521A Ölleitungen für die Aufwärtsbewegung des Stiels, die mit der ersten Druckaufnahmekammer des Richtungssteuerungsventils 641 verbunden sind und durch die Vorsteueröl fließt, das die Betätigung des Stiels 7 nach oben ermöglicht. Die Stiel-Betätigungsölleitung 4511B und die Stiel-Regulierungsölleitung 4521B sind Ölleitungen für die Abwärtsbewegung des Stiels, die mit der zweiten Druckaufnahmekammer des Richtungssteuerungsventils 641 verbunden sind und durch die Vorsteueröl fließt, so dass der Stiel 7 nach oben bewegt wird.
Der Löffel 8 führt zwei Arten von Tätigkeiten aus, nämlich eine Bewegung nach unten und eine Bewegung nach oben, indem die Bedienvorrichtung 30 betätigt wird. Durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 30 für eine Bewegung des Löffels 8 nach oben wird Vorsteueröl über die Löffel-Betätigungsölleitung 4512A und die Löffel-Regulierungsölleitung 4522A zu dem Richtungssteuerungsventil 642 geleitet, das mit dem Löffelzylinder 12 verbunden ist. Das Richtungssteuerungsventil 642 arbeitet auf der Basis von Vorsteueröldruck. Dadurch wird Hydrauliköl aus der Hydraulikölpumpe 37 zu dem Löffelzylinder 12 geleitet, so dass der Löffel 8 nach oben bewegt wird.
Durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 30 für eine Bewegung des Löffels 8 nach unten wird über die Löffel-Betätigungsölleitung 4512B und die Löffel-Regulierungsölleitung 4522B Vorsteueröl zu dem Richtungssteuerungsventil 642 geleitet, das mit dem Löffelzylinder 12 verbunden ist. Das Richtungssteuerungsventil 642 arbeitet auf der Basis von Vorsteueröldruck. Dadurch wird Hydrauliköl aus der Hydraulikölpumpe 37 zu dem Löffelzylinder 12 geleitet, so dass der Löffel 8 nach unten bewegt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Löffel-Betätigungsölleitung 4512A und die Löffel-Regulierungsölleitung 4522A Ölleitungen für die Aufwärtsbewegung des Löffels, die mit der ersten Druckaufnahmekammer des Richtungssteuerungsventils 642 verbunden sind und durch die Vorsteueröl fließt, das die Betätigung des Löffels 8 nach oben ermöglicht. Die Löffel-Betätigungsölleitung 4512B und die Löffel-Regulierungsölleitung 4522B sind Ölleitungen für die Abwärtsbewegung des Löffels, die mit der zweiten Druckaufnahmekammer des Richtungssteuerungsventils 642 verbunden sind und durch die Vorsteueröl fließt, so dass der Löffel 8 nach unten bewegt wird.
Der obere Drehkörper 3 führt zwei Arten von Tätigkeiten aus, nämlich eine Schwenkbewegung nach rechts und eine Schwenkbewegung nach links, indem die Bedienvorrichtung 30 betätigt wird. Durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 30 zum Schwenken des oberen Drehkörpers 3 nach rechts wird Hydrauliköl zu dem Schwenkmotor 163 geleitet. Durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 30 zum Schwenken des oberen Drehkörpers 3 nach links wird das Richtungssteuerungsventil 164 betätigt, um Hydrauliköl zu dem Schwenkmotor 163 zu leiten.
Die Steuerventile 127 regulieren den Vorsteueröldruck auf der Basis von Steuersignalen (Strom) von der Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25. Die Steuerventile 127 sind zum Beispiel elektromagnetische Proportionalsteuerventile und werden auf der Basis von Steuersignalen von der Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 gesteuert. Die Steuerventile 127 umfassen Steuerventile 127A und Steuerventile 127B. Jedes Steuerventil 127A reguliert den Vorsteueröldruck des Vorsteueröls, das in die erste Druckaufnahmekammer seines entsprechenden Richtungssteuerungsventils 164 geleitet wird, um die Ölzufuhrmenge des Hydrauliköls zu steuern, das über das Richtungssteuerungsventil 164 zur stangenseitigen Ölkammer geleitet wird. Jedes Steuerventil 127B reguliert den Vorsteueröldruck des Vorsteueröls, das in die zweite Druckaufnahmekammer seines entsprechenden Richtungssteuerungsventils 164 geleitet wird, um die Ölzufuhrmenge des Hydrauliköls zu regulierten, das über das Richtungssteuerungsventil 164 zur kappenseitigen Ölkammer geleitet wird.
In der folgenden Beschreibung werden die Steuerventile 127A als Druckminderungsventile 127A bezeichnet, sofern zutreffend, und die Steuerventile 127B werden als Druckminderungsventile 127B bezeichnet, sofern zutreffend. Ein Drucksensor 166 und ein Drucksensor 167, die den Vorsteueröldruck detektieren, sind auf beiden Seiten jedes Steuerventils 127 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Drucksensor 166 zwischen der Bedienvorrichtung 30 und dem Steuerventil 127 in der Vorsteuerölleitung 451 angeordnet. Der Drucksensor 167 ist zwischen dem Steuerventil 127 und dem Richtungssteuerungsventil 164 in der Vorsteuerölleitung 452 angeordnet. Der Drucksensor 166 kann den Vorsteueröldruck detektieren, der vor Regulierung durch das Steuerventil 127 vorliegt. Der Drucksensor 167 kann den Vorsteueröldruck detektieren, der durch das Steuerventil 127 reguliert wurde. Der Drucksensor 166 kann den Vorsteueröldruck detektieren, der durch eine Betätigung der Bedienvorrichtung 30 reguliert wurde. Die Detektionsergebnisse des Drucksensors 166 und des Drucksensors 167 werden an die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 ausgegeben.
In der folgenden Beschreibung werden die Steuerventile 127, die den Vorsteueröldruck für das Richtungssteuerungsventil 640 steuern können, welches Hydrauliköl zu dem Auslegerzylinder 10 leitet, als Ausleger-Druckminderungsventile 270 bezeichnet, sofern zutreffend. Zusätzlich zu den Ausleger-Druckminderungsventilen 270 wird ein Ausleger-Druckminderungsventil (das dem Druckminderungsventil 127A entspricht) als Ausleger-Druckminderungsventil 270A bezeichnet, sofern zutreffend, und das andere Ausleger-Druckminderungsventil (das dem Druckminderungsventil 127B entspricht) wird als Ausleger-Druckminderungsventil 270B bezeichnet, sofern zutreffend. Die Ausleger-Druckminderungsventile 270 (270A und 270B) sind in den Ausleger-Betätigungsölleitungen angeordnet.
In der folgenden Beschreibung werden die Steuerventile 127, die den Vorsteueröldruck für das Richtungssteuerungsventil 641 regulieren können, welches Hydrauliköl zu dem Stielzylinder 11 leitet, als Stiel-Druckminderungsventile 271 bezeichnet, sofern zutreffend. Zusätzlich zu den Stiel-Druckminderungsventilen 271 wird ein Stiel-Druckminderungsventil (das dem Druckminderungsventil 127A entspricht) als Stiel-Druckminderungsventil 271A bezeichnet, sofern zutreffend, und das andere Stiel-Druckminderungsventil (das dem Druckminderungsventil 127B entspricht) wird als Stiel-Druckminderungsventil 271B bezeichnet, sofern zutreffend. Die Stiel-Druckminderungsventile 271 (271A und 271B) sind in den Stiel-Betätigungsölleitungen angeordnet.
In der folgenden Beschreibung werden die Steuerventile 127, die den Vorsteueröldruck für das Richtungssteuerungsventil 642 steuern können, welches Hydrauliköl zu dem Löffelzylinder 12 leitet, als Löffel-Druckminderungsventile 272 bezeichnet, sofern zutreffend. Zusätzlich zu den Löffel-Druckminderungsventilen 272 wird ein Löffel-Druckminderungsventil (das dem Druckminderungsventil 127A entspricht) als Löffel-Druckminderungsventil 272A bezeichnet, sofern zutreffend, und das andere Löffel-Druckminderungsventil (das dem Druckminderungsventil 127B entspricht) wird als Löffel-Druckminderungsventil 272B bezeichnet, sofern zutreffend. Die Löffel-Druckminderungsventile 272 (272A und 272B) sind in den Löffel-Betätigungsölleitungen angeordnet.
Die Vorsteuerölleitungen 451A, 451B, 452A und 452B sind mit dem Richtungssteuerungsventil 640 verbunden, das Hydrauliköl zu dem Auslegerzylinder 10 leitet. In der folgenden Beschreibung wird der Ausleger-Drucksensor 166, der in der Ausleger-Betätigungsölleitung 4510A angeordnet ist, als Ausleger-Drucksensor 660A bezeichnet, sofern zutreffend, und der Ausleger-Drucksensor 166, der in der Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B angeordnet ist, wird als Ausleger-Drucksensor 660B bezeichnet, sofern zutreffend. Außerdem wird der Ausleger-Drucksensor 167, der in der Ausleger-Regulierungsölleitung 4520A angeordnet ist, als Ausleger-Drucksensor 670A bezeichnet, sofern zutreffend, und der Ausleger-Drucksensor 167, der in der Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B angeordnet ist, wird als Ausleger-Drucksensor 670B bezeichnet, sofern zutreffend.
In der folgenden Beschreibung sind die Vorsteuerölleitungen 451A, 451B, 452A und 452B mit dem Richtungssteuerungsventil 641 verbunden, das Hydrauliköl zu dem Stielzylinder 11 leitet. In der folgenden Beschreibung wird der Stiel-Drucksensor 166, der in der Stiel-Betätigungsölleitung 4511A angeordnet ist, als Stiel-Drucksensor 661A bezeichnet, sofern zutreffend, und der Stiel-Drucksensor 166, der in der Stiel-Betätigungsölleitung 4511B angeordnet ist, wird als Stiel-Drucksensor 661B bezeichnet, sofern zutreffend. Außerdem wird der Stiel-Drucksensor 167, der in der Stiel-Regulierungsölleitung 4521A angeordnet ist, als Stiel-Drucksensor 671A bezeichnet, sofern zutreffend, und der Stiel-Drucksensor 167, der in der Stiel-Regulierungsölleitung 4521B angeordnet ist, wird als Stiel-Drucksensor 671B bezeichnet, sofern zutreffend.
In der folgenden Beschreibung sind die Vorsteuerölleitungen 451A, 451B, 452A und 452B mit dem Richtungssteuerungsventil 642 verbunden, das Hydrauliköl zu dem Löffelzylinder 12 leitet. In der folgenden Beschreibung wird der Löffel-Drucksensor 166, der in der Löffel-Betätigungsölleitung 4512A angeordnet ist, als Löffel-Drucksensor 662A bezeichnet, sofern zutreffend, und der Löffel-Drucksensor 166, der in der Löffel-Betätigungsölleitung 4512B angeordnet ist, wird als Löffel-Drucksensor 662B bezeichnet, sofern zutreffend. Außerdem wird der Löffel-Drucksensor 167, der in der Löffel-Regulierungsölleitung 4522A angeordnet ist, als Löffel-Drucksensor 672A bezeichnet, sofern zutreffend, und der Löffel-Drucksensor 167, der in der Löffel-Regulierungsölleitung 4522B angeordnet ist, wird als Löffel-Drucksensor 672B bezeichnet, sofern zutreffend.
Wenn die Grabsteuerung nicht durchgeführt wird, steuert die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 die Steuerventile zum (vollen) Öffnen der Vorsteuerölleitungen 450, die in 13 gezeigt sind. Durch das Öffnen der Vorsteuerölleitungen 450 wird der Vorsteueröldruck in den Vorsteuerölleitungen 451 gleich dem Vorsteueröldruck in den Vorsteuerölleitungen 452. Mit den durch die Steuerventile 127 geöffneten Vorsteuerölleitungen 450 wird der Vorsteueröldruck auf der Basis des Betrags der Betätigung der Bedienvorrichtung 30 reguliert.
Wurden die Vorsteuerölleitungen 450 durch die Steuerventile 127 voll geöffnet, ist der Vorsteueröldruck, der auf die Drucksensoren 166 wirkt, gleich dem Vorsteueröldruck, der auf die Drucksensoren 167 wirkt. Durch eine Verkleinerung des Öffnungsgrads der Steuerventile 127 differiert der auf die Drucksensoren 166 wirkende Vorsteueröldruck von dem Vorsteueröldruck, der auf die Drucksensoren 167 wirkt.
Wenn das Arbeitsgerät 2 durch die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 gesteuert wird, z. B. eine Grabsteuerung etc. erfolgt, gibt die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 Steuersignale an die Steuerventile 127 aus. Die Vorsteuerölleitungen 451 haben zum Beispiel durch die Wirkung von vorsteuerdruckbetätigten Entlastungsventilen einen vorgegebenen Druck (Vorsteueröldruck). Wenn von der Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 ein Steuersignal an ein Steuerventil 127 ausgegeben wird, arbeitet das Steuerventil 127 auf der Basis des Steuersignals. Vorsteueröl in einer Vorsteuerölleitung 451 wird über ein Steuerventil 127 zu einer Vorsteuerölleitung 452 geleitet. Der Vorsteueröldruck in der Vorsteuerölleitung 452 wird durch das Steuerventil 127 reguliert (druckgemindert). Der Vorsteueröldruck in der Vorsteuerölleitung 452 wirkt auf ein Richtungssteuerungsventil 164. Dadurch arbeitet das Richtungssteuerungsventil 164 auf der Basis des Vorsteueröldrucks, der durch das Steuerventil 127 gesteuert wird. In der vorliegenden Ausführungsform detektiert ein Drucksensor 166 den Vorsteueröldruck, der vor der Regulierung durch das Steuerventil 127 vorliegt. Ein Drucksensor 167 detektiert den Vorsteueröldruck, der nach der Regulierung durch das Steuerventil 127 vorliegt.
Durch die Zuleitung von Vorsteueröl, dessen Druck durch ein Druckminderungsventil 127A reguliert wurde, zu einem Richtungssteuerungsventil 164 bewegt sich der Schieber in der axialen Richtung auf eine Seite. Durch die Zuleitung von Vorsteueröl, dessen Druck durch eine Druckminderungsventil 127B reguliert wurde, zu dem Richtungssteuerungsventil 164 bewegt sich der Schieber in der axialen Richtung auf die andere Seite. Dadurch wird die Position des Schiebers in der axialen Richtung reguliert.
Zum Beispiel kann die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 den Vorsteueröldruck für das mit dem Auslegerzylinder 10 verbundene Richtungssteuerungsventil 640 regulieren, indem ein Steuersignal zumindest an eines der Ausleger-Druckminderungsventile 270A und 270B ausgegeben wird.
Außerdem kann die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 den Vorsteueröldruck für das mit dem Stielzylinder 11 verbundene Richtungssteuerungsventil 641 regulieren, indem ein Steuersignal zumindest an eines der Stiel-Druckminderungsventile 271A und 271B ausgegeben wird.
Außerdem kann die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 den Vorsteueröldruck für das mit dem Löffelzylinder 12 verbundene Richtungssteuerungsventil 642 steuern, indem ein Steuersignal zumindest an eines der Löffel-Druckminderungsventile 272A und 272B ausgegeben wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Grabsteuerung begrenzt die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 die Geschwindigkeit des Auslegers 6 auf der Basis einer Ziel-Grabtopographie 73I, die ein die Zielgestalt des Grabobjekts (Daten U der Ziel-Grabtopographie) angebendes Design-Gelände darstellt, und auf der Basis der Zahnkantenpositionsdaten S des Löffels, die die Position des Löffels 8 angeben, auf solche Weise, dass die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Löffel 8 der Ziel-Grabtopographie nähert, entsprechend der Entfernung d zwischen der Ziel-Grabtopographie 73I und dem Löffel 8 abnimmt.
In der vorliegenden Ausführungsform hat die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 eine Ausleger-Begrenzungseinheit, die ein Steuersignal für die Begrenzung der Geschwindigkeit des Auslegers 6 ausgibt. Wenn das Arbeitsgerät 2 in der vorliegenden Ausführungsform auf der Basis einer Betätigung der Bedienvorrichtung 30 gesteuert wird, damit die Zahnkanten 8T des Löffels 8 nicht in die Ziel-Grabtopographie 73I eindringen, wird die Bewegung des Auslegers 6 auf der Basis eines Steuersignals, das von der Ausleger-Begrenzungseinheit der Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 ausgegeben wird, gesteuert (Ausleger-Interventionssteuerung). Speziell bei der Grabsteuerung wird zugelassen, dass der Ausleger 6 sich durch die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 nach oben bewegt, damit die Zahnkanten 8T nicht in die Ziel-Grabtopographie 73I eindringen.
Um in der vorliegenden Ausführungsform eine Ausleger-Interventionssteuerung zu implementieren, ist eine Vorsteuerölleitung 150 mit einem Steuerventil 127C versehen, das auf der Basis eines von der Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 ausgegebenen Steuersignals für eine Ausleger-Interventionssteuerung arbeitet. Bei der Ausleger-Interventionssteuerung fließt Vorsteueröl, dessen Druck (Vorsteueröldruck) reguliert ist, durch die Vorsteuerölleitung 150. Das Steuerventil 127C ist in der Vorsteuerölleitung 150 vorgesehen und kann den Vorsteueröldruck in der Vorsteuerölleitung 150 regulieren.
In der folgenden Beschreibung wird die Vorsteuerölleitung 150, durch welche bei der Ausleger-Interventionssteuerung das druckregulierte Vorsteueröl fließt, als Interventions-Ölleitung 501, 502 bezeichnet, wenn zutreffend, und das Steuerventil 127C, das mit der Interventions-Ölleitung 501 verbunden ist, wird als Interventionsventil 127C bezeichnet, sofern zutreffend.
Vorsteueröl, das dem Richtungssteuerungsventil 640, das mit dem Auslegerzylinder 10 verbunden ist, zuzuleiten ist, fließt durch die Interventions-Ölleitung 502. Die Interventions-Ölleitung 502 ist über ein Wechselventil 151 mit der Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B und mit der Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B verbunden, die mit dem Richtungssteuerungsventil 640 verbunden sind.
Das Wechselventil 151 hat zwei Einlässe und einen Auslass. Einer der Einlässe ist mit der Interventions-Ölleitung 502 verbunden. Der andere Einlass ist mit der Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B verbunden. Der Auslass ist mit der Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B verbunden. Das Wechselventil 151 verbindet diejenige Leitung der Interventions-Leitungen 501 und der Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B, die den höheren Vorsteueröldruck aufweist, mit der Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B. Wenn zum Beispiel der Vorsteueröldruck in der Interventions-Ölleitung 502 höher ist als der Vorsteueröldruck in der Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B, wird das Wechselventil 151 dahingehend wirksam, dass dieses die Interventions-Ölleitung 502 mit der Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B verbindet und nicht die Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B mit der Ausleger-Ölregulierungsleitung 4520B verbindet. Dadurch wird das Vorsteueröl in der Interventions-Ölleitung 502 über das Wechselventil 151 zu der Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B geleitet. Ist der Vorsteueröldruck in der Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B höher als der Vorsteueröldruck in der Interventions-Ölleitung 502, arbeitet das Wechselventil 151 dahingehend, dass dieses die Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B mit der Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B verbindet und nicht die Interventions-Ölleitung 502 mit der Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B verbindet. Dadurch wird das Vorsteueröl in der Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B über das Wechselventil 151 zur Ausleger-Regulierungsölleitung 4520B geleitet.
Ein Drucksensor 168, der den Vorsteueröldruck des Vorsteueröls in der Interventions-Ölleitung 501 detektiert, ist an der Interventions-Ölleitung 501 vorgesehen. Die Interventions-Ölleitung 501 enthält die Interventions-Ölleitung 501, durch welche das Vorsteueröl fließt, bevor dieses das Steuerventil 127C passiert, und die Interventions-Ölleitung 502, durch welche das Vorsteueröl fließt, nachdem dieses das Steuerventil 127C passiert hat. Das Interventionsventil 127C wird gesteuert auf der Basis eines Steuersignals, das zur Durchführung der Ausleger-Interventionssteuerung von der Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 ausgegeben wird.
Wenn die Ausleger-Interventionssteuerung nicht durchgeführt wird, werden die Richtungssteuerungsventile 164 auf der Basis des Vorsteueröldrucks angesteuert, der durch eine Betätigung der Bedienvorrichtung 30 reguliert wird. Daher gibt die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 keine Steuersignale an die Steuerventile 127 aus. Zum Beispiel öffnet die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 die Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B durch das Ausleger-Druckminderungsventil 270B (vollständig) und schließt die Interventions-Ölleitung 501 durch das Interventionsventil 127C, so dass das Richtungssteuerungsventil 640 auf der Basis eines durch eine Betätigung der Bedienvorrichtung 30 regulierten Vorsteueröldrucks angesteuert werden kann.
Wenn die Ausleger-Interventionssteuerung durchgeführt wird, steuert die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 jedes Steuerventil 127 dahingehend, dass die Richtungssteuerungsventile 164 auf der Basis eines durch das Interventionsventil 127C regulierten Vorsteueröldrucks angesteuert werden können. Wenn zum Beispiel eine Ausleger-Interventionssteuerung durchgeführt wird, bei der die Bewegung des Auslegers während der Grabsteuerung begrenzt wird, steuert die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 das Interventionsventil 127C auf solche Weise, dass der Vorsteueröldruck in der durch das Interventionsventil 127C regulierten Interventions-Ölleitung 502 höher ist als der Vorsteuerdruck in der Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B, die durch die Bedienvorrichtung 30 reguliert wird. Dadurch wird das Vorsteueröl aus dem Interventionsventil 127C über das Wechselventil 151 zu dem Richtungssteuerungsventil 640 geleitet.
Wenn zugelassen wird, dass sich der Ausleger 6 durch die Bedienvorrichtung 30 mit hoher Geschwindigkeit nach oben bewegt, so dass der Löffel 8 nicht in die Ziel-Grabtopographie 73I eindringt, findet keine Ausleger-Interventionssteuerung statt. Durch eine Betätigung der Bedienvorrichtung 30 dahingehend, dass sich der Ausleger 6 mit hoher Geschwindigkeit nach oben bewegt, und durch eine Regulierung des Vorsteueröldrucks auf der Basis des Betrags der Betätigung der Bedienvorrichtung 30, ist der durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 30 regulierte Vorsteueröldruck in der Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B höher als der durch das Interventionsventil 127C regulierte Vorsteueröldruck in der Interventions-Ölleitung 502. Dadurch wird Vorsteueröl in der Ausleger-Betätigungsölleitung 4510B, dessen Vorsteueröldruck durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 30 reguliert wird, über das Wechselventil 151 zu dem Richtungssteuerungsventil 640 geleitet.
Bei der Ausleger-Interventionssteuerung bestimmt die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25, ob die Bedingungen für eine Begrenzung erfüllt sind. Die Bedingungen für die Begrenzung sind: dass die Entfernung kleiner ist als der vorstehend beschriebene erste Vorgabewert dth1 und dass die Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt größer ist als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm. Wenn zum Beispiel zugelassen wird, dass sich der Ausleger 6 nach unten bewegt, wenn die Größe der abwärts gerichteten Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt des Auslegers 6 kleiner ist als die Größe der abwärts gerichteten Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, bestimmt die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25, dass die Bedingungen für die Begrenzung erfüllt sind. Wenn außerdem zugelassen wird, dass sich der Ausleger 6 nach oben bewegt, wenn die Größe der nach oben gerichteten Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Itd des Auslegers 6 größer ist als die Größe der nach oben gerichteten Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, bestimmt die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25, dass die Bedingungen für die Begrenzung erfüllt sind.
Wenn die Bedingungen für die Begrenzung erfüllt sind, erzeugt die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 einen Ausleger-Interventionsbefehl CBI, so dass sich der Ausleger mit der Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt nach oben bewegt und das Steuerventil 27 des Auslegerzylinders 10 steuert. Dadurch leitet das Richtungssteuerungsventil 640 des Auslegerzylinders 10 Hydrauliköl zu dem Auslegerzylinder 10, 50 dass sich der Ausleger 6 mit der Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt nach oben bewegt. Dadurch bewegt der Zylinder 10 den Ausleger 6 mit der Ausleger-Geschwindigkeitsgrenze Vc_bm_Imt nach oben.
In einer ersten Ausführungsform können die Bedingungen für die Begrenzung unter anderem sein, dass der Absolutwert der Stiel-Geschwindigkeitsgrenze Vc_am_Imt kleiner ist als der Absolutwert der Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am. Die Bedingungen für die Begrenzung können auch weitere Bedingungen umfassen. Zum Beispiel können weitere Bedingungen für die Begrenzung sein, dass der Betrag der Betätigung des Stiels gleich 0 ist. Die Bedingungen für die Begrenzung enthalten gegebenenfalls nicht, dass die Entfernung d kleiner ist als der erste Vorgabewert dth1. Zum Beispiel können die Bedingungen für die Begrenzung lediglich enthalten, dass die Geschwindigkeitsgrenze des Auslegers 6 größer ist als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit.
Ein zweiter Vorgabewert dth2 kann größer als 0 sein, vorausgesetzt, dass der zweite Vorgabewert dth2 kleiner als der erste Vorgabewert dth1 ist. In diesem Fall werden Begrenzungen bezüglich des Auslegers 6 und Begrenzungen bezüglich des Stiels 7 vorgenommen, bevor die Zahnkanten 8T des Auslegers 6 die Ziel-Grabtopographie 73I erreichen. Daher können sowohl die Begrenzungen bezüglich des Auslegers 6 als auch die Begrenzungen bezüglich des Stiels 7 vorgenommen werden, sogar bevor die Zahnkanten 8T des Auslegers 6 die Ziel-Grabtopographie 73I erreichen, wenn die Zahnkanten 8T des Auslegers 6 sich über die Ziel-Grabtopographie 73I hinaus bewegen werden.
(Wenn die Bedienhebel elektrisch betätigte Bedienhebel sind)
Wenn das Arbeitsgerät-Bedienelement 31L auf der linken Seite und das Arbeitsgerät-Bedienelement 31R auf der rechten Seite dem elektrisch betätigten Typ entsprechen, erhält die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 von einem Potentiometer etc., das für die Arbeitsgerät-Bedienelemente 31L, 31R vorgesehen ist, ein elektrisches Signal. Das elektrische Signal wird als aktueller Betätigungs-Befehlswert bezeichnet. Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 gibt auf der Basis eines aktuellen Betätigungsbefehlswerts einen Öffnungs/Schließ-Befehl an ein entsprechendes Steuerventil 127 aus. Hydrauliköl mit einem dem Öffnungs/Schließ-Befehl entsprechenden Druck wird von dem Steuerventil 127 zu dem Schieber eines Richtungssteuerungsventils geleitet, um den Schieber zu bewegen. Dadurch wird das Hydrauliköl dem Auslegerzylinder 10, dem Stielzylinder 11 oder dem Löffelzylinder 12 über das Richtungssteuerungsventil zugeführt, wodurch der jeweilige Zylinder ausfährt oder einfährt.
Bei der Grabsteuerung gibt die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 einen Befehlswert für die Grabsteuerung und einen Öffnungs/Schließ-Befehl, der auf einem aktuellen Betätigungs-Befehlswert basiert, an ein Steuerventil 127 aus. Der Befehlswert für die Grabsteuerung ist ein Befehlswert für die Durchführung einer Ausleger-Interventionssteuerung bei der Grabsteuerung. Das Steuerventil 127, in welches der Öffnungs/Schließ-Befehl eingegeben wurde, leitet Hydrauliköl mit einem entsprechend dem Öffnungs/Schließ-Befehl bestimmten Druck zu dem Schieber eines Richtungssteuerungsventils, um den Schieber zu bewegen. Da das Hydrauliköl mit dem entsprechend dem Befehlswert für die Grabsteuerung bestimmten Wert zu dem Schieber des Richtungssteuerungsventils des Auslegerzylinders 10 geleitet wird, fährt der Auslegerzylinder 10 aus, um den Ausleger 6 nach oben zu bewegen.
(Display im geführten Betrieb)
Im geführten Betrieb generiert die in 3B gezeigte Einheit 39B der zweiten Displayvorrichtung 39 zum Generieren der Zahnkantenpositionsdaten des Löffels Daten der zentralen Schwenkposition auf der Basis von Referenzpositionsdaten P und Drehkörper-Azimutdaten Q, die von der Recheneinheit 23 des globalen Koordinatensystems 23 erhalten werden. Danach generiert die Einheit 39B zum Generieren von Zahnkantenpositionsdaten des Löffels Zahnkantenpositionsdaten S des Löffels auf der Basis von Daten einer zentralen Schwenkposition und der Neigungswinkel α1, α2 und α3 des Arbeitsgeräts 2. Außerdem generiert die Einheit 39D zum Generieren von Grabtopographiedaten Ziel-Grabtopographiedaten Ua für das Display anhand von Ziel-Arbeitsinformationen T und anhand der Zahnkantenpositionsdaten S des Löffels. Die Displayeinheit 39M zeigt eine Ziel-Grabtopographie 73I unter Verwendung der Display-Zielgrabtopographiedaten Ua an.
Die Displayeinheit 39M bestimmt sequenziell (z. B. in einem Zyklus von 100 msec) als eine in 3A dargestellte Position 74 des Grabobjekts einen Punkt, der in der Information über die Ziel-Grabtopographie 73I enthalten ist, das direkt unter dem Löffel 8 liegt, anhand der Ziel-Grabtopographie 73I und anhand der Zahnkantenpositionsdaten S des Löffels. Die Displayeinheit 39M bestimmt eine Display-Zielgrabtopographie 73I und zeigt dieses an durch eine Verlängerung von der Position 74 des Grabobjekts in Richtung des Arbeitsgeräts 2 nach vorne und nach hinten.
Die Einheit 39D zum Generieren der Ziel-Grabtopographiedaten überträgt als Information über die Ziel-Grabtopographie 73I für die Grabsteuerung, d. h. als Ziel-Grabtopographiedaten U, an die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 Winkelinformationen einer Position 74 des Grabobjekts in dem lokalen Koordinatensystem des Baggers 100, zwei Punkte vor und hinter der Position 74 des Grabobjekts und Punkte nach den beiden Punkten vor und hinter der Position 74 des Grabobjekts. Bei der geführten und gesteuerten Abtragung generiert die zweite Displayvorrichtung 39 Ziel-Grabtopographiedaten U (Ziel-Grabtopographie 73I) in einem Zyklus von beispielsweise 100 msec auf der Basis von Positionsinformationen des Baggers 100, die von der Einheit 23 zum Berechnen der globalen Koordinaten erhalten werden, und auf der Basis von Ziel-Arbeitsinformationen T und überträgt die Ziel-Arbeitsgeländedaten U zur Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25.
Die Ziel-Grabtopographiedaten U (Ziel-Grabtopographie 73I) werden von der Einheit 39D der zweiten Displayvorrichtung 39 zum Generieren der Ziel-Grabtopographiedaten zum Beispiel in einem Zyklus von 100 msec in die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 eingegeben. Ein Neigungswinkel (im Folgenden als Längsneigungswinkel bezeichnet, sofern zutreffend) θ5, der durch die IMU 29 detektiert wird, wird zum Beispiel alle 10 msec in die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 eingegeben. Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 und die zweite Displayvorrichtung 39 aktualisieren den Neigungswinkel θ5 der Ziel-Grabtopographiedaten U (Ziel-Grabtopographie 73I) fortlaufend auf der Basis des Betrags der Zunahme oder Abnahme zwischen Werten des Neigungswinkels θ5, die beim letzten Mal und aktuell durch die IMU 29 detektiert wurden und von der Sensor-Steuervorrichtung 24 eingegeben werden. Die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 berechnet eine Zahnkantenposition P4 unter Verwendung des Längsneigungswinkels θ5 und führt eine Grabsteuerung durch. Die zweite Displayvorrichtung 39 berechnet Zahnkantenpositionsdaten S des Löffels unter Verwendung des Längsneigungswinkels θ5 und verwendet die Zahnkantenpositionsdaten S des Löffels als Zahnkantenposition in einem Leitbild. Nachdem 100 msec verstrichen sind, werden von der zweiten Displayvorrichtung 39 neue Ziel-Grabtopographiedaten U (Ziel-Grabtopographie 73I) in die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 eingegeben und aktualisiert.
15 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer IMU 29 darstellt. Die IMU 29 enthält einen Kreisel 29V, einen Beschleunigungssensor 29A und eine A/D-Umwandlungseinheit 29AD und eine Einheit 29PT zum Umwandeln physikalischer Größen. Der Kreisel 29V detektiert die Winkelgeschwindigkeit des Baggers 100. Der Beschleunigungssensor 29A detektiert die Beschleunigung des Baggers. Sowohl die durch den Kreisel 29V detektierte Winkelgeschwindigkeit als auch die durch den Beschleunigungssensor 29A detektierte Beschleunigung sind analoge Werte. Die AD-Umwandlungseinheit 29AD wandelt die analogen Werte in digitale Werte um. Die Einheit 29PT zum Umwandeln physikalischer Größen wandelt Ausgaben der AD-Umwandlungseinheit 29AD in physikalische Größen um. Insbesondere die Einheit 29PT zum Umwandeln von physikalischen Größen wandelt die Ausgabe von der AD-Umwandlungseinheit 29AD, die dem von dem Kreisel 29V detektierten Wert entspricht, in eine Winkelgeschwindigkeit ω um und wandelt die Ausgabe von der AD-Umwandlungseinheit 29AD, die dem von dem Beschleunigungssensor 29A detektierten Wert entspricht, in die Beschleunigung Ac um. Die Einheit 29PT zum Umwandeln von physikalischen Größen gibt die Winkelgeschwindigkeit ω und die Beschleunigung Ac an die fahrzeuginterne Signalleitung 42 aus.
Die AD-Umwandlungseinheit 29AD wandelt die anlogen Werte in digitale Werte um. Die Einheit 29PT zum Umwandeln von physikalischen Größen wandelt die Ausgaben von der AD-Umwandlungseinheit 29AD in physikalische Größen um. Insbesondere wandelt die Einheit 29PT zum Umwandeln von physikalischen Größen die Ausgabe von der AD-Umwandlungseinheit 29AD, die dem von dem Kreisel 29V detektierten Wert entspricht, in eine Winkelgeschwindigkeit ω um und wandelt die Ausgabe von der AD-Umwandlungseinheit 29AD, die dem von dem Beschleunigungssensor 29A detektierten Wert entspricht, in eine Beschleunigung Ac um. Die Einheit 29PT zum Umwandeln von physikalischen Größen gibt die Winkelgeschwindigkeit ω und die Beschleunigung Ac an die fahrzeuginterne Signalleitung 42 aus. Eine Stellungswinkel-Berechnungseinheit 29CP berechnet einen Stellungswinkel θ aus der Winkelgeschwindigkeit ω und der Beschleunigung Ac, die von der Einheit 29PT zum Umwandeln physikalischer Größen eingeholt werden, und gibt den ermittelten Stellungswinkel θ an die fahrzeuginterne Signalleitung 42 aus. Im Folgenden wird der Stellungswinkel durch das Symbol θ angegeben, sofern zutreffend. Solchermaßen ist die IMU eine Vorrichtung, die den Stellungswinkel des Baggers 100 detektiert.
Die Neigung des Baggers 100 kann durch Längsneigungswinkel, Querneigungswinkel und Gierwinkel angegeben werden. Der Längsneigungswinkel ist der Winkel des Baggers 100 bei dessen Neigung um die y-Achse. Der Querneigungswinkel ist der Winkel des Baggers 100 bei dessen Neigung um die x-Achse. Der Gierwinkel ist der Winkel des Baggers 100 bei dessen Neigung um die z-Achse. In der vorliegenden Ausführungsform werden der Längsneigungswinkel und der Querneigungswinkel als Stellungswinkel des Baggers 100 bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform erhält die Sensor-Steuervorrichtung 24 die Winkelgeschwindigkeit und die Beschleunigung des Baggers 100, die von der IMU 29 detektiert werden, über die fahrzeuginterne Signalleitung 42. Die Sensor-Steuervorrichtung 24 ermittelt einen Stellungswinkel aus der erhaltenen Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung des Baggers 100. Im Folgenden wird der Stellungswinkel durch das Symbol θ angegeben, sofern zutreffend.
16 ist ein Steuerungsblockdiagramm der Sensor-Steuervorrichtung 24. 17 beschreibt in einem Diagramm die Schwenkgeschwindigkeit des oberen Drehkörpers 3. In der vorliegenden Ausführungsform hat die Stellungswinkel-Berechnungseinheit 29CP der in 15 gezeigten IMU 29 die Funktion einer ersten Stellungswinkel-Berechnungseinheit, die einen Stellungswinkel θ der Arbeitsmaschine aus der Winkelgeschwindigkeit ω und der Beschleunigung Ac ermittelt, die durch den Kreisel 29V und den Beschleunigungssensor 29A als Detektionsvorrichtungen detektiert werden, und gibt den Stellungswinkel θ an ein Tiefpassfilter 60 aus. Eine zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 ermittelt und gibt einen zweiten Stellungswinkel θ2 aus. Der von der zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 ausgegebene zweite Stellungswinkel θ2 wird ohne das Tiefpassfilter 60 zu durchlaufen in eine Wähleinheit 63 eingegeben. Die Details der zweiten Stellungswinkel-Berechnungsvorrichtung 50 werden später erläutert.
Die von der IMU 29 detektierten Werte werden über die fahrzeuginterne Signalleitung 42 in die Sensor-Steuervorrichtung 24 eingegeben. Die Winkelgeschwindigkeit ω, die Beschleunigung Ac und ein Stellungswinkel θ werden von der IMU 29 in die Sensor-Steuervorrichtung 24 eingegeben. Die Sensor-Steuervorrichtung 24 enthält die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50, das Tiefpassfilter 60 und die Wähleinheit 63. Zusätzlich enthält die Sensor-Steuervorrichtung 24 eine Schwenkzustand-Bestimmungseinheit 61 und eine Stellungswinkel-Bestimmungseinheit 62.
Das als erstes Filter dienende Tiefpassfilter 60 lässt den von der IMU 29 eingegebenen Stellungswinkel θ passieren und gibt den Stellungswinkel θ als ersten Stellungswinkel θ1 aus. In der vorliegenden Ausführungsform werden als Stellungswinkel θ ein Längsneigungswinkel θp und ein Querneigungswinkel θr in das Tiefpassfilter 60 eingegeben, und als erster Stellungswinkel θ1 werden ein erster Längsneigungswinkel θ1p und ein erster Querneigungswinkel θ1r ausgegeben. Der von dem Tiefpassfilter 60 ausgegebene erste Stellungswinkel θ1 wird in die Wähleinheit 63 eingegeben. Dadurch, dass der Stellungswinkel θ das Tiefpassfilter 60 durchläuft, wird der erste Stellungswinkel θ1 ausgegeben, nachdem aus dem Stellungswinkel θ Hochfrequenzkomponenten entfernt wurden.
Die Wähleinheit 63 gibt auf der Basis von Informationen über eine Änderung des als Stellungswinkel θo des in den 1 und 2 gezeigten Baggers 100 den ersten Stellungswinkel θ1, der das Tiefpassfilter 60 durchlaufen hat, oder den zweiten Stellungswinkel θ2, der das Tiefpassfilter nicht durchlaufen hat, im Wechsel an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus. Der von der Wähleinheit 63 ausgegebene Stellungswinkel θo ist ein Längsneigungswinkel θpo und ein Querneigungswinkel θro.
In der vorliegenden Ausführungsform weist der zweite Stellungswinkel θ2, der das Tiefpassfilter 60 nicht durchläuft, darauf hin, dass der zweite Stellungswinkel θ2 nicht ein Winkel ist, der das Tiefpassfilter 60 durchlaufen hat, welches der erste Stellungswinkel θ1 durchlaufen hat. Der zweite Stellungswinkel θ2 kann ein Winkel sein, der ein anderes Filter als das Tiefpassfilter 60 durchlaufen hat, welches der erste Stellungswinkel θ1 durchlaufen hat, oder kann zum Beispiel der Stellungswinkel θ aus der IMU 29 sein, der direkt in die Wähleinheit 63 einzugeben ist.
Auf der Basis von Informationen bezüglich einer Schwenkbewegung des in 1 gezeigten Baggers 100, insbesondere der Winkelgeschwindigkeit ωz des oberen Drehkörpers 3, schaltet die Wähleinheit 63 in der vorliegenden Ausführungsform auf den Winkel des ersten Stellungswinkels θ1 und des zweiten Stellungswinkels θ2, der auszugeben ist. Zum Beispiel gibt die Wähleinheit 63 den ersten Stellungswinkel θ1 aus, wenn die Winkelgeschwindigkeit (im Folgenden als Schwenkgeschwindigkeit bezeichnet, sofern zutreffend) ωz kleiner oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist, und gibt den zweiten Stellungswinkel θ2 aus, wenn die Schwenkgeschwindigkeit ωz den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Wie in 17 gezeigt ist, ist die Schwenkgeschwindigkeit ωz die Winkelgeschwindigkeit um die z-Achse (zentrale Drehachse), die als Drehmitte des oberen Drehkörpers 3 dient. Die z-Achse ist eine Achse in dem lokalen Koordinatensystem (x, y, z) des Baggers 100, um die der obere Drehkörper 3 schwenkt.
Die Wähleinheit 63 kann im Wechsel den ersten Stellungswinkel θ1 und den zweiten Stellungswinkel θ2 als eine Information über eine Änderung des Winkels des Baggers 100 zum Beispiel auf der Basis einer Änderung des Neigungswinkels des Baggers 100 ausgeben. Zum Beispiel kann die Wähleinheit 63 den ersten Stellungswinkel θ1 ausgeben, wenn der Betrag der Änderung des Längsneigungswinkels des Baggers 100 kleiner oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist, und kann den zweiten Stellungswinkel θ2 ausgegeben, wenn der Betrag der Änderung des Längsneigungswinkels des Baggers 100 den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Die Einheit 61 zum Bestimmen des Schwenkzustands erhält über die fahrzeuginterne Signalleitung 42 eine Schwenkgeschwindigkeit ωz von der IMU 29. Die Einheit 61 zum Bestimmen des Schwenkzustands vergleicht die erhaltene Schwenkgeschwindigkeit ωz mit einem vorgegebenen Schwellenwert und macht eine erste Ausgabe an die Wähleinheit 63, wenn die Schwenkgeschwindigkeit ωz kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, und macht eine zweite Ausgabe an die Wähleinheit 63, wenn die Schwenkgeschwindigkeit ωz den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Wenn die Wähleinheit 63 die erste Ausgabe erhält, gibt die Wähleinheit 63 den ersten Stellungswinkel θ1 aus. Wenn die Wähleinheit 63 die zweite Ausgabe erhält, gibt die Wähleinheit 63 den zweiten Stellungswinkel θ2 aus.
Die Einheit 62 zum Bestimmen des Stellungswinkels bestimmt eine Differenz Δθ zwischen dem ersten Stellungswinkel θ1 und dem zweiten Stellungswinkel θ2 und gibt die Differenz Δθ an die Wähleinheit 63 aus. Überschreitet die Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert, gibt die Wähleinheit 63 den zweiten Stellungswinkel θ2 als Stellungswinkel θo des Baggers 100 an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus.
(Beispiel der zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit)
Die zweite Einheit 50 zum Berechnen des Stellungswinkels enthält eine Winkelberechnungseinheit 50C, eine Filtereinheit 50F, die einem zweiten Filter entspricht, und eine Schalteinheit 55. Die Winkelberechnungseinheit 50C enthält eine dritte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 und eine vierte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52. Die Filtereinheit 50F enthält ein erstes Komplementärfilter 53 und ein zweites Komplementärfilter 54. Die dritte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 und die vierte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 ermitteln die Stellungswinkel θ des Baggers 100 aus der Winkelgeschwindigkeit ω und der Beschleunigung Ac des Baggers 100. In der vorliegenden Ausführungsform ermittelt die dritte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 den Stellungswinkel θ aus der durch die IMU 29 detektierten Beschleunigung Ac des Baggers 100. Insbesondere ermittelt die dritte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 den Stellungswinkel θ aus der Richtung der Schwerkraftbeschleunigung. Die vierte Stellungswinkel-Berechnungsvorrichtung 52 ermittelt den Stellungswinkel θ aus der durch die IMU 29 detektierten Winkelgeschwindigkeit ω des Baggers 100. Insbesondere ermittelt die vierte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 den Stellungswinkel θ durch ein Integrieren der Winkelgeschwindigkeit ω.
Das erste Komplementärfilter 53 hat eine erste Grenzfrequenz und reduziert ein Rauschen in den Stellungswinkeln θ, die durch die dritte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 und die vierte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 ermittelt wurden, und gibt einen dritten Stellungswinkel θ3 aus. Das zweite Komplementärfilter 54 hat eine zweite Grenzfrequenz, die sich von der ersten Grenzfrequenz unterscheidet, und reduziert ein Rauschen in den Stellungswinkeln θ, die durch die dritte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 und die vierte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 ermittelt wurden, und gibt einen vierten Stellungswinkel θ4 aus. Das erste Komplementärfilter 53 und das zweite Komplementärfilter 54 unterscheiden sich lediglich durch ihre Grenzfrequenzen.
Das erste Komplementärfilter 53 enthält eine Filtereinheit 53F und eine Addiereinheit 53AD. Die Filtereinheit 53F enthält ein erstes LPF (Tiefpassfilter) a und ein erstes HPF (Hochpassfilter) a. Die Addiereinheit 53AD addiert eine Ausgabe des ersten LPFa und eine Ausgabe des ersten HPFa und gibt das Ergebnis aus. Die Ausgabe der Addiereinheit 53AD ist eine Ausgabe des ersten Komplementärfilters 53. Die Ausgabe des ersten Komplementärfilters 53 wird als dritter Positionswinkel θ3 bezeichnet, sofern zutreffend.
Das zweite Komplementärfilter 54 enthält eine Filtereinheit 54F und eine Addiereinheit 54AD. Die Filtereinheit 54F enthält ein zweites LPF (Tiefpassfilter) b und ein zweites HPF (Hochpassfilter) b. Die Addiereinheit 54AD addiert eine Ausgabe des zweiten LPFb und eine Ausgabe des zweiten HPFb und gibt das Ergebnis aus. Die Ausgabe der zweiten Addiereinheit 54D ist eine Ausgabe des zweiten Komplementärfilters 54. Die Ausgabe des zweiten Komplementärfilters 54 wird als vierter Stellungswinkel θ4 bezeichnet.
Die Schalteinheit 55 enthält eine Verarbeitungseinheit 55c und einen Schalter 55s. Die Schalteinheit 55 gibt den dritten Stellungswinkel θ3 und den vierten Stellungswinkel θ4 entsprechend dem Zustand des Baggers 100 im Wechsel aus. Die Verarbeitungseinheit 55c der Schalteinheit 55 bestimmt entsprechend dem Zustand des Baggers 100, z. B. ob sich der Bagger bewegt oder steht, welcher Winkel des dritten Stellungswinkels θ3 und des vierten Stellungswinkels θ4 auszugeben ist. Das Ergebnis der Bestimmung durch die Verarbeitungseinheit 55c wird über eine Ausgabeleitung 55a für das Bestimmungsergebnis an den Schalter 55S ausgegeben. Entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung durch die Verarbeitungseinheit 55c gibt der Schalter 55s über eine Stellungswinkel-Ausgabeleitung 55b an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 als den durch die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 ermittelten zweiten Stellungswinkel θ2 entweder den dritten Stellungswinkel θ3 oder den vierten Stellungswinkel θ4 aus.
18 zeigt schematisch die Charakteristiken eines Komplementärfilters. Die vertikale Achse in 18 ist die Verstärkung GN (Englisch: Gain) und die horizontale Achse die Frequenz f. Die Kurven (LPF und HPF) in 18 geben die Frequenzcharakteristiken des Komplementärfilters an. Das Komplementärfilter enthält ein LPF (Tiefpassfilter) und ein HPF (Hochpassfilter). Wie in 18 zu sehen ist, ist das Komplementärfilter ein Filter, bei dem die Summe der Verstärkung GN des LPF und der Verstärkung GN des HPF gleich 1 ist. Wenn zum Beispiel in das Komplementärfilter ein Stellungswinkel θ eingegeben wird, ist die Summe einer Ausgabe LPF (θ) des LPF und einer Ausgabe HPF (θ) des HPF gleich 1, und zwar gilt LPF (θ) + HPF (θ) = θ. Die Frequenz, bei welcher sowohl die Verstärkung GN des LPF und die Verstärkung GN des HPF gleich 0,5 ist, wird als Grenzfrequenz fc bezeichnet. Wie vorstehend beschrieben, unterscheiden sich das erste Komplementärfilter 53 und das zweite Komplementärfilter 54, die in der Sensor-Steuervorrichtung 24 enthalten sind, lediglich durch ihre Grenzfrequenzen fc.
Der Stellungswinkel θ, der durch die in 16 dargestellte dritte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 aus der Richtung der Schwerkraftbeschleunigung ermittelt wird, ergibt sich durch die Summe eines wahren Stellungswinkels θtr und eines Fehlers θan. Der Fehler θan tritt zum Beispiel durch eine andere Beschleunigung als die Schwerkraftbeschleunigung auf, zum Beispiel durch eine Stoßbeschleunigung. Der Fehler θan ist ein Rauschen, das hauptsächlich aus Hochfrequenzkomponenten besteht. Der Stellungswinkel θ, der durch Integration der Winkelgeschwindigkeit ω durch die in 16 dargestellte vierte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 ermittelt wird, ergibt sich durch die Summe eines wahren Stellungswinkels θtr und eines Fehlers θwn. Der Fehler θwn entsteht infolge einer durch die Integration akkumulierten Drift. Der Fehler θwn ist ein Rauschen, das hauptsächlich aus Niederfrequenzkomponenten besteht.
Dadurch enthält der Stellungswinkel θ, der durch die dritte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 aus der Richtung der Schwerkraftbeschleunigung ermittelt wird, den Fehler θan, der hauptsächlich aus Hochfrequenzkomponenten besteht und daher in das erste LPFa des ersten Komplementärfilters 53 und in das zweite LPFb des zweiten Komplementärfilters 54 eingegeben wird. Der durch Integrieren der Winkelgeschwindigkeit ω durch die vierte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 ermittelte Stellungswinkel θ enthält den Fehler θwn, der hauptsächlich aus Niederfrequenzkomponenten besteht und daher in das erste HPFa des ersten Komplementärfilters 53 und in das zweite HPFb des zweiten Komplementärfilters 54 eingegeben wird.
Die Ausgabe des ersten LPFa ist LPFa (θtr + θan), und die Ausgabe des ersten HPFa ist LPFa (θtr + θwn). Die Ausgabe des zweiten LPFb ist LPFb (θtr + θan), und die Ausgabe des zweiten HPFb ist LPFb (θtr + θwn). Das LPFa (θtr + θan), LPFa (θtr + θwn), LPFb (θtr + θan) und LPFb (θtr + θwn) besitzen sämtlich Linearität. Daher gelten die Gleichungen (1) bis (4). LPFa (θtr + θan) = LPFa (θtr) + LPFa (θan) (1) HPFa (θtr + θwn) = HPFa (θtr) + HPFa (θwn) (2) LPFb (θtr + θan) = LPFb (θtr) + LPFb (θan) (3) HPFb (θtr + θwn) = HPFb (θtr) + HPFb (θwn) (4)
Durch die vorstehend genannten Charakteristiken des Komplementärfilters gilt LPFa (θ) + HPFa (θ) = (θ) und LPFb (θ) + HPFb (θ) = θ. In dem ersten Komplementärfilter 53 werden die Ausgaben der Filtereinheit 53F, d. h. die Ausgabe des ersten LPFa und die Ausgabe des ersten HPFa durch die Addiereinheit 53AD addiert. Die Ausgabe der Addiereinheit 53AD, d. h. der dritte Stellungswinkel θ3, ist θtr + LPFa (θan) + HPFa (θwn). In dem zweiten Komplementärfilter 54 werden die Ausgaben der Filtereinheit 54F, d. h. die Ausgabe des zweiten LPFb und die Ausgabe des zweiten HPFb durch die Addiereinheit 54AD addiert. Die Ausgabe der Addiereinheit 54AD, d. h. der vierte Stellungswinkel θ4, ist θtr + LPFb (θan) + HPFb (θwn).
Der Fehler θan besteht hauptsächlich aus Hochfrequenzkomponenten und wird deshalb durch das erste LPFa und das zweite LPFb verringert. Daher werden die Werte von LPFa (θan) und LPFb (θan) verringert. Der Fehler θwn besteht hauptsächlich aus Niederfrequenzkomponenten und wird daher durch das erste HPFa und das zweite HPFb verringert. Daher werden die Werte von LPFa (θan) und HPFa (θwn) und LPFb (θan) und HPFb (θwn) verringert. Dementsprechend haben der dritte Stellungswinkel θ3, der eine Ausgabe der Addiereinheit 53AD ist, und der vierte Stellungswinkel θ4, der eine Ausgabe der Addiereinheit 54AD ist, Werte in der Nähe des wahren Stellungswinkels θtr.
19 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristiken des Fehlers θan und des Fehlers θwn darstellt. Die vertikale Achse in 19 ist das Spektrum des Fehlers θan und des Fehlers θwn, und die horizontale Achse ist die Frequenz f. Wenn eine Hochleistungs-IMU 29 verwendet werden kann, sind ein Fehler θan eines durch die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51, die in der in 16 dargestellten Sensor-Steuervorrichtung enthalten ist, ermittelten Stellungswinkels θ und ein Fehler θwn eines Stellungswinkels θ, der durch die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 ermittelt wird, klein, da die Genauigkeit der durch die IMU 29 detektierten Winkelgeschwindigkeit ω und Beschleunigung Ac ebenfalls hoch ist. Im Fall einer weniger leistungsstarken IMU 29 sind ein Fehler θan eines durch die dritte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51, die in der zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 in 16 enthalten ist, ermittelten Stellungswinkels θ und ein Fehler θwn eines Stellungswinkels θ, der durch die vierte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 52 ermittelt wurde, groß. Wie in 19 dargestellt ist, sind der Fehler θwn und der Fehler θan trotz ihres Überschreitens der Grenzfrequenz fc des Komplementärfilters vorhanden und überlappen einander in einem Bereich vorgegebener Frequenzen f, in dem die Grenzfrequenz fc enthalten ist. Der Fehler θwn liegt auch bei einer höheren Frequenz als der Grenzfrequenz fc vor, und der Fehler θan liegt auch bei einer niedrigeren Frequenz als der Grenzfrequenz fc vor.
Aus diesem Grund können der Fehler θwn und der Fehler θan, die ein Rauschen sind, im Fall einer leistungsarmen IMU 29 durch nur ein Komplementärfilter nicht ausreichend beseitigt werden, wodurch gegebenenfalls die Genauigkeit des Stellungswinkels θ herabgesetzt wird. Dies wiederum beeinflusst gegebenenfalls die Genauigkeit der Anzeige der Positionsinformation der Zahnkanten 8T durch die in 2 dargestellte zweite Displayvorrichtung 39 und die Genauigkeit der Arbeitsgerätsteuerung des Baggers 100. Da die Hochleistungs-IMU 29 auch teuer ist, verteuert sie die Herstellungskosten des Baggers 100. Das heißt, wenn eine leistungsarme IMU 29 in dem Bagger 100 verwendet werden soll, müssen die in 19 dargestellten Charakteristiken in Betracht gezogen werden. Damit eine Herabsetzung der Genauigkeit des Stellungswinkels θ auch bei Verwendung einer relativ leistungsarmen IMU 29 verhindert werden kann, verwendet die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 das erste Komplementärfilter 53 und das zweite Komplementärfilter 54, die unterschiedliche Grenzfrequenzen fc haben.
20 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Verstärkung GN des ersten Komplementärfilters 53 und der Verstärkung GN des zweiten Komplementärfilters 54 und der Frequenz f darstellt. Die vertikale Achse in 20 ist die Verstärkung GN und die horizontale Achse die Frequenz f. Eine Frequenz fch ist die erste Grenzfrequenz des ersten Komplementärfilters 53, und eine Frequenz fcl ist die zweite Grenzfrequenz des zweiten Komplementärfilters 54. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Grenzfrequenz fch höher als die zweite Grenzfrequenz fcl, und zwar ist die zweite Grenzfrequenz fcl niedriger als die erste Grenzfrequenz fch.
Die erste Grenzfrequenz fch des ersten Komplementärfilters 53 ist auf eine Frequenz festgelegt, bei welcher der Integralfehler der Winkelgeschwindigkeit ω, d. h. der Fehler θwn, ausreichend verringert werden kann. Die zweite Grenzfrequenz fcl des zweiten Komplementärfilters 54 ist auf eine Frequenz festgelegt, bei welcher der Fehler θan infolge einer anderen Beschleunigung als der Schwerkraftbeschleunigung ausreichend verringert werden kann.
Wenngleich das erste Komplementärfilter 53 den Fehler θwn infolge der Integration der Winkelgeschwindigkeit ω durch das erste HPFa wirksam verringern kann, ist es schwierig, den Fehler θan, der das Ergebnis einer anderen Beschleunigung als der Schwerkraftbeschleunigung ist, wirksam zu verringern. Daher kann das erste Komplementärfilter 53 den Stellungswinkel θ genau ermitteln, wenn sich der Bagger 100 in einem statischen oder annähernd statischen Zustand befindet, d. h. in einem Zustand, der als statischer Zustand des Baggers 100 betrachtet wird (als quasi-statischer Zustand bezeichnet, sofern zutreffend). In einem dynamischen Zustand des Baggers 100, der kein quasi-statischer Zustand ist, verringert sich die Genauigkeit des Stellungswinkels θ jedoch. In der vorliegenden Ausführungsform ist der dynamische Zustand ein Zustand, bei dem der Bagger 100 als in Bewegung gilt.
Wenngleich das zweite Komplementärfilter 54 den Fehler θan infolge einer anderen Beschleunigung als der Schwerkraftbeschleunigung durch das zweite LPFa wirksam verringern kann, ist es schwierig, den Fehler θwn infolge der Integration der Winkelgeschwindigkeit ω wirksam zu verringern. Daher kann das zweite Komplementärfilter 54 den Stellungswinkel θ genau ermitteln, wenn sich der Bagger 100 im dynamischen Zustand befindet, doch in einem quasi-statischen Zustand des Baggers 100 verringert sich die Genauigkeit des Stellungswinkels θ im Vergleich zu dem Stellungswinkel θ, der durch das erste Komplementärfilter 53 berechnet wurde. Das zweite Komplementärfilter 54 arbeitet hervorragend bei kurzzeitigen dynamischen Charakteristiken, doch im quasi-stationären Zustand, wie im dynamischen Zustand, liegt der Fehler θwn aufgrund der Integration der Winkelgeschwindigkeit ω vor.
Die Schalteinheit 55, die in der in 16 dargestellten zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 enthalten ist, gibt abhängig davon, ob sich der Bagger 100 in einem quasi-stationären oder in einem dynamischen Zustand befindet, den dritten Stellungswinkel θ3 und den vierten Stellungswinkel θ4 im Wechsel aus. Befindet sich der Bagger 100 zum Beispiel in einem quasi-statischen Zustand, gibt die Schalteinheit 55 an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 als zweiten Stellungswinkel θ2 den dritten Stellungswinkel θ3 aus, der von dem ersten Komplementärfilter 53 ausgegeben wurde. Befindet sich der Bagger 100 in einem dynamischen Zustand, gibt die Schalteinheit 55 an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 als zweiten Stellungswinkel θ2 den vierten Stellungswinkel θ4 aus, der von dem zweiten Komplementärfilter 54 ausgegeben wurde.
Dadurch verwendet die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 als zweiten Stellungswinkel θ2 den von dem ersten Komplementärfilter 53 ausgegebenen dritten Stellungswinkel θ3, wenn sich der Bagger 100 in einem quasi-stationären Zustand befindet. Auf diese Weise lässt sich im quasi-stationären Zustand eine Herabsetzung der Genauigkeit des zweiten Stellungswinkels θ2 verhindern. Wenn sich der Bagger 100 in einem dynamischen Zustand befindet, verwendet die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 den vierten Stellungswinkel θ4, der von dem zweiten Komplementärfilter 54 ausgegeben wird, als zweiten Stellungswinkel θ2. Auf diese Weise lässt sich auch in dem dynamischen Zustand verhindern, dass die Genauigkeit des zweiten Stellungswinkels θ2 herabgesetzt wird. Das Ergebnis ist, dass die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 eine Herabsetzung der Genauigkeit des zweiten Stellungswinkels θ2 sowohl im quasi-stationären als auch im dynamischen Zustand verhindern kann.
Wenn sich der Bagger 100 bewegt, wird der von dem zweiten Komplementärfilter 54 ausgegebene vierte Stellungswinkel verwendet, um zum Beispiel die Position der Zahnkanten 8T des Löffels 8 in 1 zu bestimmen.
Im statischen Zustand des Baggers 100 wird die Position der Zahnkanten 8T des Löffels 8 außerdem unter Verwendung des dritten Stellungswinkels θ3, der von dem ersten Komplementärfilter 53 ausgegeben wird, bestimmt. Daher wird eine Herabsetzung der Genauigkeit verhindert, wenn die zweite Displayvorrichtung 39, die in 2 dargestellt ist, die durch die Position der Zahnkanten 8T des Löffels 8 dargestellte Position des Arbeitsgeräts 2, die Position des Hauptkörpers 1 des Baggers 100 oder dergleichen bestimmt.
Die Verarbeitungseinheit 55c der Schalteinheit 55 bestimmt, ob der Zustand ein quasi-statischer oder ein dynamischer Zustand ist, indem zum Beispiel die Bedingung A und die Bedingung B herangezogen werden, und steuert den Schalter 55s auf der Basis des Ergebnisses der Bestimmung.
Bedingung A: die Standardabweichung des dritten Stellungswinkels θ3 ist während einer vorgegebenen Zeitspanne vor dem Bestimmen eines Umschaltens kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert.
Bedingung B: der Grad einer anderen Beschleunigung als der Schwerkraftbeschleunigung ist kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert.
Der dritte Stellungswinkel θ3 wird aus einer durch die IMU 29 detektierten Winkelgeschwindigkeit ω oder Beschleunigung Ac ermittelt, und die Beschleunigung einschließlich der Schwerkraftbeschleunigung wird durch die IMU 29 detektiert. Die Verarbeitungseinheit 55c bestimmt auf der Basis der in dem Bagger 100 enthaltenen IMU 29, ob der Zustand quasi-statisch oder dynamisch ist.
Es wird die vorstehend genannte Bedingung B beschrieben. Wie vorstehend erläutert, detektiert die IMU 29 eine Beschleunigung einschließlich zumindest der Schwerkraftbeschleunigung und gibt die detektierte Beschleunigung ohne Unterscheidung zwischen den Beschleunigungsformen der detektierten Beschleunigung aus. Die Schwerkraftbeschleunigung ist bekannt. Daher berechnet die Verarbeitungseinheit 55c die Beschleunigung in der Richtung der x-Achse oder in der Richtung der y-Achse anhand der von der IMU 29 ausgegebenen Beschleunigung 29. Die Verarbeitungseinheit 55c kann das Maß der Beschleunigung, die eine andere als die Schwerkraftbeschleunigung ist, ermitteln, indem die der Schwerkraftbeschleunigung in Richtung der x-Achse entsprechende Schwerkraftbeschleunigung von der ermittelten Beschleunigung in Richtung der x-Achse subtrahiert wird. Die Verarbeitungseinheit 55c vergleicht die Größe der Beschleunigung, die eine andere als die Schwerkraftbeschleunigung ist, mit einem voreingestellten Schwellenwert. Es ist zu beachten, dass die Verarbeitungseinheit 55c bestimmen kann, ob Bedingung B zutrifft, indem das Maß der Beschleunigung, die eine andere als die Schwerkraftbeschleunigung ist, ermittelt wird durch das Subtrahieren der Schwerkraftbeschleunigung, die der Schwerkraftbeschleunigung in Richtung der y-Achse entspricht, von der ermittelten Beschleunigung in Richtung der y-Achse und durch den Vergleich des Maßes der Beschleunigung, die eine andere als die Schwerkraftbeschleunigung ist, mit einem voreingestellten Schwellenwert.
Die Verarbeitungseinheit 55c erhält die ermittelte Beschleunigung von der IMU 29 und den dritten Stellungswinkel θ3, der eine Ausgabe des ersten Komplementärfilters 53 ist, und bestimmt, ob Bedingung A und Bedingung B gleichzeitig zutreffen. Wenn beide Bedingungen A und B zutreffen, kann dies als quasi-statischer Zustand betrachtet werden, d. h. der Bagger 100 ist statisch. In diesem Fall ermöglicht die Verarbeitungseinheit 55s eine Verbindung des Schalters 55s mit der Addiereinheit 55AD des ersten Komplementärfilters 53. Der Schalter 55s gibt als zweiten Stellungswinkel θ2 den von dem ersten Komplementärfilter 53 ausgegebenen dritten Stellungswinkel θ3 an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus.
Die Verarbeitungseinheit 55C erhält die von der IMU 29 ermittelte Beschleunigung Ac und den dritten Stellungswinkel θ3, der eine Ausgabe des ersten Komplementärfilters 53 ist, über eine Beschleunigungs-Übertragungsleitung L1 oder eine erste Stellungswinkel-Übertragungsleitung L2 in 16 und bestimmt, ob Bedingung A und Bedingung B gleichzeitig zutreffen. Wenn sowohl Bedingung A als auch Bedingung B zutrifft, kann ein quasi-stationärer Zustand angenommen werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der quasi-stationäre Zustand ein Zustand, in dem der Bagger 100 vollkommen statisch ist und nicht fährt, und auch der obere Drehkörper 3 nicht geschwenkt oder das Arbeitsgerät 2 bewegt wird, oder ein Zustand, in dem nur das Arbeitsgerät 2 bewegt wird, ohne dass der Bagger 100 fährt oder der obere Drehkörper 3 geschwenkt wird. In diesem Fall ermöglicht die Verarbeitungseinheit 55c eine Verbindung des Schalters 55s mit der Addiereinheit 53AD des ersten Komplementärfilters 53. Der Schalter 55s gibt als zweiten Stellungswinkel θ2 den von dem ersten Komplementärfilter 53 ausgegebenen dritten Stellungswinkel θ3 an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus.
Wenn Bedingung A und Bedingung B nicht zutreffen, d. h. wenn mindestens eine der Bedingungen A und B nicht zutrifft, kann angenommen werden, dass der dynamische Zustand vorliegt, das heißt, dass der Bagger 100 fährt. In diesem Fall erlaubt die Verarbeitungseinheit 55c eine Verbindung des Schalters 55s mit der Addiereinheit 54AD des zweiten Komplementärfilters. Der Schalter 55s gibt als zweiten Stellungswinkel θ2 den von dem zweiten Komplementärfilter 54 ausgegebenen vierten Stellungswinkel θ4 an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus. Indem die Schalteinheit 55 abhängig von dem Vorliegen von Bedingung A oder Bedingung B zwischen dem dritten Stellungswinkel θ3 und dem vierten Stellungswinkel θ4 umschaltet, kann der vorstehend beschriebene Umschaltvorgang alleine durch die Detektionswerte der IMU 29 implementiert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die vorgegebene Zeitspanne bei Bedingung A zum Beispiel auf eine Sekunde eingestellt, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Schwellenwert, mit dem die Standardabweichung bei Bedingung A verglichen wird, kann zum Beispiel auf 0,1 Grad festgelegt sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bedingung B gilt, wenn die Beschleunigung, die eine andere als die Schwerkraftbeschleunigung ist, kleiner ist als der voreingestellte Schwellenwert, und gilt nicht, wenn eine Beschleunigung, die nicht die Schwerkraftbeschleunigung ist, detektiert wird, die größer oder gleich dem voreingestellten Schwellenwert ist. Der Schwellenwert bei Bedingung B ist nicht begrenzt, kann aber gegebenenfalls in einem Bereich von beispielsweise einem Faktor 0,1 oder höher der Schwerkraftbeschleunigung liegen.
21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Änderungen des zweiten Stellungswinkels θ2, des dritten Stellungswinkels θ3 und des vierten Stellungswinkels θ4, die von der Schalteinheit 55 der zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 ausgegeben werden, im Laufe der Zeit darstellt. Die vertikale Achse in 21 ist der Stellungswinkel θ und die horizontale Achse die Zeit t. Eine mit Sst bezeichnete Zone in 21 ist ein quasi-stationärer Zustand, und der dritte Stellungswinkel θ3 wird als der zweite Stellungswinkel θ2 ausgegeben. Eine mit Sdm bezeichnete Zone in 21 ist ein dynamischer Zustand, und der vierte Stellungswinkel θ4 wird als der zweite Stellungswinkel θ2 ausgegeben. In dem Beispiel, das in 21 dargestellt ist, sind die Zeitspanne von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 und die Zeitspanne nach dem Zeitpunkt t3 ein quasi-statischer Zustand Sst, und die Zeitspanne von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3 ist ein dynamischer Zustand Sdm.
Der zweite Stellungswinkel θ2 wird zum Zeitpunkt t2 von dem dritten Stellungswinkel θ3 in den vierten Stellungswinkel θ4 geschaltet und wird zum Zeitpunkt t3 von dem vierten Stellungswinkel θ4 in den dritten Stellungswinkel θ3 geschaltet. Bei dem vierten Stellungswinkel θ4 häuft sich aufgrund der Integration der Winkelgeschwindigkeit ω ein Fehler θwn. Dadurch haben der dritte Stellungswinkel θ3 und der vierte Stellungswinkel θ4 zum Zeitpunkt t3 unterschiedliche Werte. Ähnlich haben der vierte Stellungswinkel θ4 und der dritte Stellungswinkel θ3 zum Zeitpunkt t3 unterschiedliche Werte.
Wenn die Schalteinheit 55 den von der zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 ausgegebenen zweiten Stellungswinkel θ2 von dem dritten Stellungswinkel θ3 in den vierten Stellungswinkel θ4 oder von dem vierten Stellungswinkel θ4 in den dritten Stellungswinkel θ3 umschaltet, kann der zweite Stellungswinkel θ2 beim Umschalten unstetig werden, wenn die Stellungswinkel wie sie sind umgeschaltet werden. Wie vorstehend erwähnt wurde, häuft sich bei dem vierten Stellungswinkel θ4 außerdem ein Fehler θwn durch die Integration der Winkelgeschwindigkeit ω. Wenn daher der vierte Stellungswinkel θ4 als der zweite Stellungswinkel θ2 verwendet wird, muss der durch die Integration entstandene Fehler θwn verringert werden.
Um die Unstetigkeit des zweiten Stellungswinkels θ2, die beim Umschalten des zweiten Stellungswinkels θ2 entsteht, und den durch die Integration bedingten Fehler θwn zu verringern, ermittelt die Verarbeitungseinheit 55c der Schalteinheit 55 in der vorliegenden Ausführungsform den zweiten Stellungswinkel θ2 durch die Anwendung der Gleichungen (5) bis (10) und gibt den zweiten Stellungswinkel θ2 aus. θ2 = θ3 + dif (5) θ2 = θ4 + dif (6) dif = Ftr × dif_prev (7) dif = dif_prev (8) dif = dif_prev + θ3 – θ4 (9) dif = dif_prev + θ4 – θ3 (10)
Gleichung (5) wird angewendet, wenn der zweite Stellungswinkel θ2 in einem quasi-stationären Zustand ermittelt wird, und Gleichung (6) wird angewendet, wenn der zweite Stellungswinkel θ2 in einem dynamischen Zustand ermittelt wird. dif in Gleichung (5) und Gleichung (6) ist der Relaxationsterm. Der Relaxationsterm dif in Gleichung (7) wird für einen quasi-stationären Zustand verwendet und der Relaxationsterm dif in Gleichung (8) für einen dynamischen Zustand. Ftr in Gleichung (7) ist der Relaxationskoeffizient. Der Relaxationskoeffizient Ftr ist größer als 0 und kleiner als 1 (0 < Ftr < 1). Der Relaxationsterm dif in Gleichung (9) wird bei einem Übergang von einem quasi-statischen Zustand in einen dynamischen Zustand verwendet. Der Relaxationsterm dif in Gleichung (10) wird bei einem Übergang von dem dynamischen Zustand in den quasi-stationären Zustand verwendet. dif_prev in den Gleichungen (8) bis (10) ist der Relaxationsterm für einen unmittelbar vorhergehenden Zustand der IMU 29 (quasi-statischer Zustand Sst oder dynamischer Zustand Sdm). Der Anfangswert von dif_prev ist 0.
Wie in 21 dargestellt ist, behält der dritte Stellungswinkel θ3 in dem quasi-statischen Zustand Sst eine hohe Genauigkeit bei, enthält jedoch einen großen Fehler im dynamischen Zustand. Der vierte Stellungswinkel θ4 enthält einen Fehler wegen der Integralakkumulation sowohl in dem quasi-statischen Zustand Sst als auch in dem dynamischen Zustand Sdm. Da der Anfangswert von dif_prev gleich 0 ist, ist der Relaxationsterm dif = 0 im quasi-statischen Zustand Sst von dem Zeitpunkt t1 bis zum dem Zeitpunkt t2. Als Ergebnis von Gleichung (5) ist der zweite Stellungswinkel θ2 im quasi-statischen Zustand Sst der dritte Stellungswinkel θ3.
Beim Umschalten des Zustands von dem quasi-stationären Zustand Sst in den dynamischen Zustand Sdm, d. h. wenn t = t2, ermittelt die Verarbeitungseinheit 55c den Relaxationsterm dif durch Anwendung von Gleichung (9). Wie vorstehend beschrieben wurde, ist der Relaxationsterm dif bei t = t2 gleich 0, wodurch der Relaxationsterm dif der Wert von θ3 – θ4 ist, welcher die Differenz zwischen dem dritten Stellungswinkel θ3 und dem vierten Stellungswinkel θ4 ist. Wie in 21 dargestellt ist, hat der Relaxationsterm in diesem Fall einen negativen Wert. Zum Zeitpunkt t2 ist der zweite Stellungswinkel θ2 aus Gleichung (5) gleich θ3, und ein in den Relaxationsterm dif in Gleichung (6) einzutragender Wert ist der Wert von θ3 – θ4, wodurch der zweite Stellungswinkel θ2 aus Gleichung (6) ebenfalls θ3 ist. Wenn daher der Zustand von dem quasi-statischen Zustand Sst in den dynamischen Zustand Sdm geschaltet wird, ändert sich der Stellungswinkel θ2 kontinuierlich.
In dem dynamischen Zustand Sdm von Zeitpunkt t2 bis Zeitpunkt t3 gilt für den Wert des Relaxationsterms dif der Wert von θ3 – θ4, der beim Umschalten erhalten wird, d. h. zum Zeitpunkt t2, unverändert. Der zweite Stellungswinkel θ2 in dem dynamischen Zustand Sdm wird durch Gleichung (6) ermittelt, indem der Relaxationsterm dif = θ3 – θ4, der bei t2 erhalten und gehalten wird, mit dem vierten Stellungswinkel θ4 im dynamischen Zustand addiert wird. Der zu diesem Zeitpunkt verwendete Relaxationsterm aus Gleichung (8) ist dif_prev. Dadurch verwendet der Relaxationsterm dif, der in dem dynamischen Zustand Sdm verwendet wird, den Wert des Relaxationsterms dif = θ3 – θ4, der zum Zeitpunkt t2 erhalten und gehalten wird. Solchermaßen korrigiert die Verarbeitungseinheit 55c der Schalteinheit 55 nach dem Umschalten des dritten Stellungswinkels θ3 in den vierten Stellungswinkel θ4 den ermittelten vierten Stellungswinkel θ4 und verwendet hierfür als Korrekturwert einen Wert beim Umschalten, der durch Subtrahieren des vierten Stellungswinkels θ4 von dem dritten Stellungswinkel θ3 erhalten wird, d. h. den beim Umschalten erhaltenen Relaxationsterms dif, und erhält dadurch den zweiten Stellungswinkel θ2. Auf diese Weise lässt sich der Einfluss des Fehlers θwn, der durch die Integralakkumulation des vierten Stellungswinkels θ4 bedingt ist und vor dem Umschalten in den dynamischen Zustand Sdm aufgetreten ist, auf den zweiten Stellungswinkel θ2 vermindern.
Wenn der Zustand von dem dynamischen Zustand Sdm erneut in den quasi-statischen Zustand Sst umgeschaltet wird, d. h. zum Zeitpunkt t3, ermittelt die Verarbeitungseinheit 55c den Relaxationsterm dif mittels Gleichung (10). dif_prev in Gleichung (10) ist der Relaxationsterm dif, der bereits erhalten wurde und gehalten wird. Das heißt, dif_prev in Gleichung (10) ist der Relaxationsterm zum Zeitpunkt t2, d. h. der Wert von θ3 – θ4 zum Zeitpunkt t2. Der Relaxationsterm dif aus Gleichung (10) zum Zeitpunkt t3 ist ein Wert, der erhalten wird durch das Addieren des Werts von θ3 – θ4, welcher zum Zeitpunkt t2 erhalten und gehalten wird, mit dem Wert von θ2 – θ1, der zum Zeitpunkt t3 erhalten wird. Wenn beim Umschalten des Zustands von dem dynamischen Zustand Sdm in den quasi-statischen Zustand Sst Gleichung (10) angewendet wird, ändert sich der zweite Stellungswinkel θ2 kontinuierlich.
In dem quasi-statischen Zustand Sst nach dem Zeitpunkt t3 ermittelt die Verarbeitungseinheit 55c den zweiten Stellungswinkel θ2 mittels Gleichung (5). Der Relaxationsterm dif zu diesem Zeitpunkt wird durch Gleichung (7) bestimmt. dif_prev in Gleichung (7) ist der Relaxationsterm dif beim erneuten Umschalten des Zustands von dem dynamischen Zustand Sdm in den quasi-statischen Zustand Sst, d. h. zum Zeitpunkt t3. In dem quasi-statischen Zustand Sst nach dem Zeitpunkt t3 verkleinert sich aufgrund der Wirkung des Relaxationskoeffizienten Ftr der Wert des Relaxationsterms dif allmählich gegen 0. Und zwar konvergiert der zweite Stellungswinkel θ2 im quasi-statischen Zustand Sst nach dem Zeitpunkt t3 zu dem dritten Stellungswinkel θ3. Solchermaßen korrigiert die Verarbeitungseinheit 55c der Schalteinheit 55 nach dem Umschalten des vierten Stellungswinkels θ4 in den dritten Stellungswinkel θ3 den dritten Stellungswinkel θ3 und verwendet hierfür als Korrekturwert einen Wert, der durch Multiplizieren eines Fehlers des vierten Stellungswinkels θ4, der beim Umschalten erhalten wird, d. h. des beim Umschalten erhaltenen Relaxationsterms dif, mit dem Relaxationskoeffizienten Ftr, der ein Koeffizient größer als 0 und kleiner als 1 ist. Dadurch ändert sich der zweite Stellungswinkel θ2 nach dem Umschalten des Zustands von dem dynamischen Zustand Sdm in den quasi-statischen Zustand Sst kontinuierlich.
(Beispiel des Ablaufs zum Ermitteln des zweiten Stellungswinkels θ2)
22 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Ablaufs zum Ermitteln des zweiten Stellungswinkels θ2 darstellt. Bei der Ermittlung des zweiten Stellungswinkels θ2 erhält die in 16 dargestellte Einheit 50 zum Berechnen des zweiten Stellungswinkels in Schritt S1 über die fahrzeuginterne Signalleitung 42 die detektierten Werte der Winkelgeschwindigkeit ω und der Beschleunigung Ac, die durch die IMU 29 ermittelt wurden. In Schritt S2 ermittelt die in 16 dargestellte Einheit 51 zum Berechnen des dritten Stellungswinkels einen Stellungswinkel θ aus der durch die IMU 29 detektierten Beschleunigung Ac. In Schritt S3 ermittelt die in 16 dargestellte Einheit 52 zum Ermitteln des vierten Stellungswinkels eine Stellungswinkel θ aus der durch die IMU 29 detektierten Geschwindigkeit ω. Die Reihenfolge von Schritt S2 und Schritt S3 kann beliebig sein.
In Schritt S4 unterzieht das erste LPFa des ersten Komplementärfilters 53 in 16 den aus der Beschleunigung Ac ermittelten Stellungswinkel θ einem Filterprozess. In Schritt S5 unterzieht das zweite LPFb des zweiten Komplementärfilters 54 den aus der Beschleunigung ermittelten Stellungswinkel 0 einem Filterprozess. In Schritt S6 unterzieht das erste HPFa des ersten Komplementärfilters 53 in 16 den aus der Winkelgeschwindigkeit ω ermittelten Stellungswinkel θ einem Filterprozess. In Schritt S7 unterzieht das zweite HPFb des zweiten Komplementärfilters 54 in 16 den aus der Winkelgeschwindigkeit ω ermittelten Stellungswinkel θ einem Filterprozess. Die Reihenfolge der Schritte S4, S5, S6 und S7 kann beliebig sein.
Anschließend folgt Schritt S8 in dem Ablauf, und das erste Komplementärfilter 53 ermittelt einen dritten Stellungswinkel θ3. Insbesondere wird der dritte Stellungswinkel θ3 ermittelt, indem die Addiereinheit 53AD eine Ausgabe des ersten LPFa mit einer Ausgabe des ersten HPFa addiert. In Schritt S9 ermittelt das zweite Komplementärfilter 54 einen vierten Stellungswinkel θ4. Insbesondere wird der vierte Stellungswinkel θ4 ermittelt, indem die Addiereinheit 54AD eine Ausgabe des zweiten LPFb mit einer Ausgabe des zweiten HPFb addiert. Die Reihenfolge von Schritt S8 und Schritt S9 kann beliebig sein.
Es folgt Schritt S10 in dem Ablauf, und wenn sich der Bagger 100 in einem quasi-statischen Zustand befindet (Ja in Schritt S10), führt die Verarbeitungseinheit 55c der Schalteinheit 55 in 16 den Ablauf weiter zu Schritt S11. In Schritt S11 steuert die Verarbeitungseinheit 55c den Schalter 55s derart, dass die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 den dritten Stellungswinkel θ3 als den zweiten Stellungswinkel θ2 ausgibt. Wenn sich der Bagger 100 in dem dynamischen Zustand befindet (Nein bei Schritt S10), steuert die Verarbeitungseinheit 55c den Schalter 55s in Schritt S12 derart, dass die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 den vierten Stellungswinkel θ4 als den zweiten Stellungswinkel θ2 ausgibt.
(Variante der Bestimmung, ob der Zustand der quasi-statische Zustand oder der dynamische Zustand ist)
In der vorliegenden Ausführungsform gibt die Verarbeitungseinheit 55c der Schalteinheit 55 in 16 als den zweiten Stellungswinkel θ2 den dritten Stellungswinkel θ3 oder den vierten Stellungswinkel θ4 im Wechsel aus, auf der Basis der Detektionswerte der IMU 29, die in 15 dargestellt ist. Die Wahl des dritten Stellungswinkels θ3 oder des vierten Stellungswinkels θ4 ist nicht darauf beschränkt, und die Verarbeitungseinheit 55c kann zwischen dem dritten Stellungswinkel θ3 und dem vierten Stellungswinkel θ4 umschalten, indem zum Beispiel Informationen über den Betrieb des Baggers 100 (nachstehend als Betriebsinformationen bezeichnet, sofern zutreffend) verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Betriebsinformation eine Informationen über das Auftreten einer Art Bewegung des Baggers 100. Zum Beispiel ist die Betriebsinformation eine Information darüber, ob der in 1A dargestellte obere Drehkörper 3 geschwenkt wird, eine Information darüber, ob die Fahrvorrichtung 5 im Einsatz ist, oder eine Information darüber, ob das Arbeitsgerät 2 im Einsatz ist. Die Betriebsinformation nutzt zum Beispiel einen Detektionswert, der von einem Sensor ausgegeben wird, der eine Schwenkbewegung des oberen Drehkörpers 3 detektiert, einen Detektionswert, der von einem Winkeldetektor oder einem Drehsensor ausgegeben wird, indem ein Schwenkwinkelsensor wie beispielsweise ein Resolver an einem Schwenkmotor, der ein Schwenken des oberen Drehkörpers 3 ermöglicht, vorgesehen wird, oder einen Detektionswert, der von einem Öldrucksensor ausgegeben wird, der einen Vorsteuerdruck detektiert, der durch die in 2 dargestellte Bedienvorrichtung 30 erzeugt wird. Die Betriebsinformation kann zum Beispiel eine Information darüber sein, ob der obere Drehkörper 3, das Arbeitsgerät 2 oder dergleichen aktuell im Einsatz sind, oder eine Information bezüglich einer Betätigung eines Betätigungselements, das einen Betrieb des oberen Drehkörpers 3, des Arbeitsgeräts 2 oder dergleichen ermöglicht.
23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Tabelle TB zeigt, die verwendet wird für das Umschalten zwischen dem dritten Stellungswinkel θ3 und dem vierten Stellungswinkel θ4 gemäß einer Variante der vorliegenden Ausführungsform. In der vorliegenden Variante schaltet die Verarbeitungseinheit 55c der Schalteinheit 55 zwischen dem dritten Stellungswinkel θ3 und dem vierten Stellungswinkel θ4 um, auf der Basis einer Bestimmung, die auf der Basis der Detektionswerte der IMU 29 dahingehend erfolgt, ob ein quasi-statischer Zustand oder ein dynamischer Zustand vorliegt, und einer Bestimmung, ob der obere Drehkörper 3 geschwenkt wird. In der Tabelle TB sind die als zweiter Stellungswinkel θ2 auszugebenen Stellungswinkel in Relation zu dem Zustand des oberen Drehkörpers 3 und zu der Bedingung A und Bedingung B auf der Basis der Detektionswerte der IMU 29 beschrieben. Der Zustand des oberen Drehkörpers 3 wird durch AN und AUS angegeben. Wenn der Zustand AN ist, wird der obere Drehkörper 3 gedreht. Wenn der Zustand AUS ist, wird der obere Drehkörper 3 gestoppt. Die Bedingung A und die Bedingung B sind durch A & B oder NICHT (A & B) angegeben. A & B bezeichnet einen quasi-statischen Zustand, und NICHT (A & B) bezeichnet einen dynamischen Zustand.
Es sei angenommen, dass das Bestimmungsergebnis, das auf der Basis der Detektionswerte der IMU 29 erhalten wird, ein quasi-statischer Zustand ist und dass der obere Drehkörper 3 geschwenkt wird (AN), was anhand der Betriebsinformationen bestimmt wird. In diesem Fall gibt die Schalteinheit 55 den vierten Stellungswinkel θ4 als den zweiten Stellungswinkel θ2 aus. Da sich der obere Drehkörper 3 aktuell bewegt, lässt sich durch die Verwendung des vierten Stellungswinkels θ4 als zweiten Stellungswinkel θ2 sicherstellen, dass der zweite Stellungswinkel θ2 genau ist.
Es sei angenommen, dass das Bestimmungsergebnis, das auf der Basis der Detektionswerte der IMU 29 erhalten wird, ein quasi-statischer Zustand ist und dass der obere Drehkörper 3 angehalten wird (AUS), was anhand der Betriebsinformationen bestimmt wird. In diesem Fall gibt die Schalteinheit 55 den dritten Stellungswinkel θ3 als den zweiten Stellungswinkel θ2 aus. Da der quasi-statische Zustand vorliegt und da der obere Drehkörper 3 aktuell angehalten wird, lässt sich durch die Verwendung des dritten Stellungswinkels θ3 als zweiten Stellungswinkel θ2 ein durch die Integration der Winkelgeschwindigkeit ω bedingter Fehler verringern.
Es sei angenommen, dass das Bestimmungsergebnis, das auf der Basis der Detektionswerte der IMU 29 erhalten wird, ein dynamischer Zustand ist und dass sich der obere Drehkörper 3 dreht (AN), was anhand der Betriebsinformationen bestimmt wird. In diesem Fall gibt die Schalteinheit 55 den vierten Stellungswinkel θ4 als zweiten Stellungswinkel θ2 aus. Da der dynamische Zustand vorliegt und da der obere Drehkörper 3 sich aktuell bewegt, lässt sich durch die Verwendung des vierten Stellungswinkels θ4 als zweiten Stellungswinkel θ2 sicherstellen, dass der zweite Stellungswinkel θ2 genau ist.
Es sei angenommen, dass das Bestimmungsergebnis, das auf der Basis der Detektionswerte der IMU 29 erhalten wird, ein dynamischer Zustand ist und dass der obere Drehkörper 3 angehalten wird (AUS), was anhand der Betriebsinformationen bestimmt wird. In diesem Fall kann die Schalteinheit 55 entweder den dritten Stellungswinkel θ3 oder den vierten Stellungswinkel θ4 als den zweiten Stellungswinkel θ2 ausgeben, gibt in der vorliegenden Variante jedoch den vierten Stellungswinkel θ4 aus.
In der vorliegenden Variante schaltet die Schalteinheit 55 zwischen dem dritten Stellungswinkel θ3 und dem vierten Stellungswinkel θ4 um, auf der Basis einer Bestimmung, die auf der Basis der Detektionswerte der IMU 29 dahingehend erfolgt, ob ein quasi-statischer oder ein dynamischer Zustand vorliegt, und einer Bestimmung, ob der obere Drehkörper 3 geschwenkt wird. Dadurch kann die Schalteinheit 55 den Zustand des Baggers 100 mit größerer Genauigkeit bestimmen und einen geeigneten Stellungswinkel wählen. In der vorliegenden Variante ist der Ablauf nicht auf den vorstehend beschriebenen Ablauf beschränkt, und die Schalteinheit 55 kann auf der Basis einer Bestimmung dahingehend, ob der obere Drehkörper 3 geschwenkt wird, zwischen dem dritten Stellungswinkel θ3 und dem vierten Stellungswinkel θ4 umschalten. Wird der obere Drehkörper 3 geschwenkt, kann zum Beispiel der vierte Stellungswinkel θ4 als der zweite Stellungswinkel θ2 verwendet werden, und wenn der obere Drehkörper 3 angehalten ist, kann der dritte Stellungswinkel è3 als der zweite Stellungswinkel è2 verwendet werden. Im Folgenden wird ein erstes Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen eines Stellungswinkels gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
(Erstes Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen eines Stellungswinkels)
24 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsprozess gemäß einem ersten Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen eines Stellungswinkels gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Bei Schritt S101 ermitteln die IMU 29 und die Sensor-Steuervorrichtung 24 in 16 Stellungswinkel θ. Das Tiefpassfilter 60 lässt den von der IMU 29 erhaltenen Stellungswinkel θ hindurch und gibt den Stellungswinkel θ als einen ersten Stellungswinkel θ1 an die Wähleinheit 63 aus. Die Winkelberechnungseinheit 50C, die in der zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 enthalten ist, ermittelt einen Stellungswinkel θ, und die Filtereinheit 50F lässt den Stellungswinkel θ hindurch und gibt den Stellungswinkel θ als einen zweiten Stellungswinkel θ2 aus.
In Schritt S102 vergleicht die Schwenkzustand-Bestimmungseinheit 61 eine über die fahrzeuginterne Signalleitung 42 erhaltene Schwenkgeschwindigkeit ωz mit einem vorgegebenen Schwellenwert ωzc. Ist die Schwenkgeschwindigkeit ωz kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ωzc (Ja bei Schritt S102), gibt die Schwenkzustand-Bestimmungseinheit 61 einen ersten Ausgabewert an die Wähleinheit 63 aus. In diesem Fall schwenkt der obere Drehkörper 3 nicht oder befindet sich, selbst wenn der obere Drehkörper 3 schwenkt, in der Nähe eines statischen Zustands. Die Wähleinheit 63, die den ersten Ausgabewert erhalten hat, gibt bei Schritt S103 den ersten Stellungswinkel θ1 als einen Stellungswinkel θo aus.
Wenn die Schwenkgeschwindigkeit ωz größer als der vorgegebene Schwellenwert ωzc ist (Nein bei Schritt S102), gibt die Schwenkzustand-Bestimmungseinheit 61 einen Ausgabewert an die Wähleinheit 63 aus. In diesem Fall befindet sich der obere Drehkörper 3 in einem Schwenkzustand. Die Wähleinheit 63, die den zweiten Ausgabewert erhalten hat, gibt bei Schritt S104 den zweiten Stellungswinkel θ2 als den Stellungswinkel θo aus. Dann führt der Ablauf zu Schritt S105, und die Schwenkzustand-Bestimmungseinheit 61 bestimmt, ob der Zustand, in dem die Schwenkgeschwindigkeit ωz kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ωzc ist, über die Zeit tc1 oder länger angedauert hat.
Wenn der Zustand, in dem die Schwenkgeschwindigkeit ωz kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ωzc ist, über die Zeit tc1 oder darüber hinaus angedauert hat (Ja bei Schritt S105), gibt die Schwenkzustand-Bestimmungseinheit 61 den ersten Ausgabewert an die Wähleinheit 63 aus. In diesem Fall kann bestimmt werden, dass der obere Drehkörper 3 nicht schwenkt oder, wenn der obere Drehkörper 3 schwenkt, dass der obere Drehkörper 3 wieder in einen Zustand nahe einem statischen Zustand zurückgekehrt ist. Daher gibt die Wähleinheit 63, die den ersten Ausgabewert erhalten hat, bei Schritt S106 den ersten Stellungswinkel θ1 als den Stellungswinkel θo aus. Wenn der Zustand, in dem die Schwenkgeschwindigkeit ωz kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, nicht über die Zeit tc1 oder darüber hinaus angedauert hat (Nein bei Schritt S105), gibt die Schwenkzustand-Bestimmungseinheit 61 den zweiten Ausgabewert an die Wähleinheit 63 aus. In diesem Fall befindet sich der obere Drehkörper 3 in einem Schwenkzustand. Die Wähleinheit, die den zweiten Ausgabewert erhalten hat, kehrt zurück zu Schritt S104 und gibt den zweiten Stellungswinkel θ2 als den Stellungswinkel θo aus.
Die zweite Displayvorrichtung 39 bestimmt zum Beispiel die Position der Zahnkanten 8T des Löffels 8 unter Verwendung des Stellungswinkels θo, der über die fahrzeuginterne Signalleitung 41 in 2 von der Sensor-Steuervorrichtung 24 ausgegeben wurde. Außerdem führt die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 zum Beispiel die vorstehend beschriebene Grabsteuerung unter Verwendung des Stellungswinkels θo durch, der über die fahrzeuginterne Signalleitung 41 in 2 von der Sensor-Steuervorrichtung 24 ausgegeben wurde.
Da der erste Stellungswinkel θ1 ein Winkel ist, der erhalten wird, indem der durch die IMU 29 ermittelte Stellungswinkel θ durch das Tiefpassfilter 60 hindurchgelassen wird, werden seine Hochfrequenzkomponenten vermindert. Daher werden bei der Bestimmung der Position der Zahnkanten 8T durch die zweite Displayvorrichtung 39 und die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 auch sehr kleine Änderungen der Position der Zahnkanten 8T verhindert. Dadurch lässt sich mit größerer Sicherheit vermeiden, dass bei der Grabsteuerung im statischen Zustand des Baggers 100 über die Ziel-Abtragungsfläche 73I hinaus gegraben wird.
Hinzu kommt, dass die Ansprechempfindlichkeit des zweiten Stellungswinkels θ2 auf Änderungen der Stellung des Baggers 100 besser ist als die des ersten Stellungswinkels θ1 während eines Schwenkens des oberen Drehkörpers 3, da der zweite Stellungswinkel θ2 verwendet wird, der das Tiefpassfilter 60 nicht durchläuft. Eine Änderung des Stellungswinkels θ gemäß der Bewegung des Baggers 100, z. B. die Bewegung des oberen Drehkörpers 3, zeigt sich daher in dem zweiten Stellungswinkel θ2. Daher kann während eines Schwenkens des oberen Drehkörpers 3 eine Ziel-Grabtopographie derart berechnet werden, dass eine Änderung der Position der Zahnkanten 8T widergespiegelt wird. Das Ergebnis ist, dass sich bei der Grabsteuerung mit größerer Zuverlässigkeit vermeiden lässt, dass ein Grabobjekt über eine Ziel-Abtragungsfläche 73I hinaus bearbeitet wird. Solchermaßen kann die Sensor-Steuervorrichtung 24 das Arbeitsgerät 2 derart steuern, dass die Abtragung des Grabobjekts über die Ziel-Grabtopographie 73I hinaus verhindert werden kann, ungeachtet des Betriebszustands des Baggers 100.
Außerdem kann die zweite Displayvorrichtung 39, wenn der Bagger 100 statisch ist, ein Leitbild anzeigen, in dem sehr kleine Änderungen der Position der Zahnkanten 8T unterdrückt werden. Dadurch werden Änderungen der Display-Zielgrabtopographie 73I und der Zahnkanten 8T, die auf dem Leitbild angezeigt werden, unterdrückt. Dies erleichtert dem Baggerführer die Bedienung des Arbeitsgeräts 2 entsprechend dem Leitbild, verbessert die Bedienbarkeit und verhindert unzureichendes Baggern oder ein Baggern über die Ziel-Grabtopographie 73I hinaus. Wenn die zweite Displayvorrichtung 39 während eines Schwenkens des oberen Drehkörpers 3 ein Leitbild anzeigt, kann die zweite Displayvorrichtung 39 ferner ein Leitbild anzeigen, in dem sich eine Änderung der Position der Zahnkanten 8T widerspiegelt. Das Ergebnis ist, dass ein unzureichendes Baggern oder ein Baggern über die Ziel-Grabtopographie 73I hinaus verhindert wird, wenn der Baggerführer während des Arbeitens auf das Leitbild blickt.
(Zweites Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen eines Stellungswinkels)
25 ist ein Diagramm, das Änderungen des Neigungswinkels beschreibt. Der Neigungswinkel θp ist der Winkel des Baggers 100 bei dessen Neigung um die x-Achse in dem lokalen Koordinatensystem (x, y, z) des Baggers 100. Zum Beispiel ändert sich der Längsneigungswinkel θp durch den Neigungszustand des Baggers 100. Die Stellungswinkel-Berechnungseinheit 62 bestimmt eine Differenz Δθ zwischen einem ersten Stellungswinkel θ1 und einem zweiten Stellungswinkel θ2. Ein erster Längsneigungswinkel θ1p wird als der erste Stellungswinkel θ1 und ein zweiter Längsneigungswinkel θ2p als der zweite Stellungswinkel θ2 verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Längsneigungswinkel θ1p, der das Tiefpassfilter 60 durchlaufen hat, ein Winkel, der durch das Gelände GD und eine Neigung GD1 gebildet wird. Der zweite Längsneigungswinkel θ2p, der von der zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 erhalten wird, ist ein Winkel, der durch das Gelände GD und eine Neigung GD2 gebildet wird. Die Differenz ist Δθp. Die Stellungswinkel-Bestimmungseinheit 62 gibt die bestimmte Differenz Δθp an die Wähleinheit 63 aus. Wenn die Differenz Δθp größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist, gibt die Wähleinheit 63 den zweiten Stellungswinkel θ2 als einen Stellungswinkel θo des Baggers 100 an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus.
Wenn die Differenz Δθp größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, hat sich die Neigung des Baggers 100 um die x-Achse plötzlich vergrößert. Wenn in diesem Fall der erste Stellungswinkel θ1 als Stellungswinkel θo des Baggers 100 verwendet wird, ist es gegebenenfalls nicht möglich, dass die plötzliche Änderung der Stellung des Baggers 100 in dem Stellungswinkel θo widergespiegelt wird. Daher gibt die Wähleinheit 63 bei einer Differenz Δθp, die größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, den zweiten Stellungswinkel θ2 als den Stellungswinkel θo des Baggers 100 an die fahrzeuginterne Signalleitung 41 aus. Dies ermöglicht, dass die plötzliche Änderung der Stellung des Baggers 100 sich in dem Stellungswinkel θo widerspiegelt. Im Folgenden wird ein zweites Stellungswinkel-Berechnungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
26 ist ein Flussdiagramm, das den Verarbeitungsablauf des zweiten Stellungswinkel-Berechnungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In Schritt S201 ermitteln die IMU 29 und die Sensor-Steuervorrichtung 24 in 16 Stellungswinkel θ. Das Tiefpassfilter 60 der Sensor-Steuervorrichtung 24 lässt den von der IMU 29 erhaltenen Stellungswinkel θ hindurch und gibt den Stellungswinkel θ als einen ersten Stellungswinkel θ1 an die Wähleinheit 63 aus. Die Winkelberechnungseinheit 50C, die in der zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 enthalten ist, ermittelt einen Stellungswinkel θ, und die Filtereinheit 50F lässt den Stellungswinkel θ hindurch und gibt den Stellungswinkel θ als einen zweiten Stellungswinkel θ2 aus.
In Schritt S202 bestimmt die Stellungwinkel-Bestimmungseinheit 62 eine Differenz Δθp zwischen einem ersten Längsneigungswinkel θ1p, der von dem Tiefpassfilter 60 erhalten wird, und einem zweiten Längsneigungswinkel θ2p, der von der zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50 erhalten wird, und gibt die Differenz Δθp an die Wähleinheit 63 aus. Wenn die Differenz Δθp kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert Δθpc ist (Ja in Schritt S202), führt die Wähleinheit 63 die Prozesse in den Schritten S203 bis S207 aus. Die Prozesse in den Schritten S203 bis S207 sind die gleichen wie die Prozesse in den Schritten S102 bis S160 in dem ersten Beispiel des Stellungswinkel-Berechnungsverfahrens, so dass deren Beschreibung an dieser Stelle entfällt.
Wenn die Differenz Δθp größer oder gleich einem dem vorgegebenen Schwellenwert Δθpc ist (Nein in Schritt S202), gibt die Wähleinheit 63 in Schritt S208 den zweiten Stellungswinkel θ2 als einen Stellungswinkel θo aus. Dann bestimmt in Schritt S209 die Schwenkzustand-Bestimmungseinheit 61, ob der Zustand, in dem die Differenz Δθp kleiner als der vorgegebene Schwellenwert Δθpc ist, über die Zeit tc2 oder darüber hinaus angedauert hat. Wenn der Zustand, in dem die Differenz Δθp kleiner als der vorgegebene Schwellenwert Δθpc ist, über die Zeit tc2 oder darüber hinaus angedauert hat (Ja in Schritt S209), kann bestimmt werden, dass eine plötzliche Änderung des Längsneigungswinkels θp des Baggers 100 in einem zulässigen Bereich liegt. Daher gibt die Wähleinheit 63 in Schritt S210 den ersten Stellungswinkel θ1 als den Stellungswinkel θo aus. Wenn der Zustand, in dem die Differenz Δθp kleiner als der vorgegebene Schwellenwert Δθpc ist, nicht über die Zeit tc2 oder darüber hinaus angedauert hat (Nein in Schritt S209), kann bestimmt werden, dass weiterhin eine unzulässige plötzliche Änderung des Neigungswinkels θp des Baggers 100 besteht. In diesem Fall kehrt die Wähleinheit 63 zurück zu Schritt S208 und gibt den zweiten Stellungswinkel θ2 als den Stellungswinkel θo aus.
Wenn der Bagger 100 zum Beispiel in einer Richtung vordringt, in der das Gelände GD, auf dem der Bagger 100 steht, geneigt ist, ändert sich der Längsneigungswinkel θp plötzlich. In diesem Fall versucht der Baggerführer des Baggers 100 eine plötzliche Änderung der Stellung des Baggers 100 zu unterbinden, indem er das Arbeitsgerät 2 derart bedient, dass dieses auf dem Gelände aufsetzen kann. Die Grabsteuerung ist eine Steuerung, die durchgeführt wird, um zu verhindern, dass über eine Ziel-Grabtopographie 73I hinaus gebaggert wird. Wenn der Baggerführer eine plötzliche Änderung der Stellung des Baggers 100 jedoch verhindert, indem er das Arbeitsgerät 2 derart bedient, dass dieses bedeutend über die Ziel-Grabtopographie hinausgeht, muss dem Eingriff des Baggerführers Priorität verliehen werden, indem die Grabsteuerung aufgehoben wird. In diesem Fall ist der Betrag der Betätigung des Arbeitsgeräts 2 größer als der im Fall einer Grabsteuerung.
Da der erste Stellungswinkel θ1 ein Winkel ist, der erhalten wird, indem ermöglicht wird, dass der durch die IMU 29 ermittelte Stellungswinkel θ das Tiefpassfilter 60 durchläuft, werden seine Hochfrequenzkomponenten reduziert. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform der zweite Stellungswinkel θ2, der das Tiefpassfilter 60 nicht durchläuft, verwendet, um die dynamische Ansprechempfindlichkeit zu verbessern, so dass die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 26 die Grabsteuerung sofort aufheben kann, wenn der Baggerführer eine plötzliche Änderung der Stellung des Baggers 100 verhindert, indem er das Arbeitsgerät 2 bedient.
Wie vorstehend beschrieben, lässt sich in der vorliegenden Ausführungsform ein korrektes Gelände erfassen, indem der erste Stellungswinkel è1 oder der zweite Stellungswinkel è2 gewählt wird. Darüber hinaus erfolgt in der vorliegenden Ausführungsform ein Umschalten zwischen dem ersten Stellungswinkel θ2 und dem zweiten Stellungswinkel θ2 auf der Basis des Neigungszustands des Baggers 100. Insbesondere wenn eine Differenz Δθp zwischen dem ersten Neigungswinkel θ1p und dem zweiten Neigungswinkel θ2p größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist, wird anstelle des ersten Stellungswinkels θ2 der zweite Stellungswinkel θ2 als Stellungswinkel θo des Baggers 100 verwendet. Dadurch wird die Ansprechempfindlichkeit der Steuerung verbessert und eine sofortige Aufhebung der Grabsteuerung durch die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25 ermöglicht, wenn sich die Stellung des Baggers 100 plötzlich ändert, da der zweite Stellungswinkel θ2 verwendet wird, dessen dynamisches Ansprechen näher an dem echten Verhalten liegt als das des ersten Stellungswinkels θ1. Dadurch ist der Führer des Baggers 100 in der Lage, mit einer plötzlichen Änderung der Stellung des Baggers 100 sofort umzugehen, indem er das Arbeitsgerät 2 bedient.
Außerdem erfolgen in der vorliegenden Ausführungsform die Grabsteuerung und die Anzeige eines Leitbildes im statischen Zustand des Baggers 100 unter Verwendung des ersten Stellungswinkels θ1, der das Tiefpassfilter 60 durchlaufen hat. Während einer Schwenkbewegung des oberen Drehkörpers 3 erfolgen die Grabsteuerung und die Anzeige eines Leitbildes unter Verwendung des zweiten Stellungswinkels θ2, der das Tiefpassfilter 60 nicht durchläuft. Daher wird im statischen Zustand des Baggers 100 eine Ziel-Grabtopographie 73I berechnet, wobei sehr kleine Änderungen der Position der Zahnkanten 8T unterdrückt werden. Wenn der obere Drehkörper 3 schwenkt, wird eine Ziel-Grabtopographie 73T derart berechnet, dass sich eine Änderung der Position der Zahnkanten 8T widerspiegelt. Das Ergebnis ist, dass sowohl in dem Fall, in dem der Bagger 100 statisch ist, als auch in dem Fall, in dem der obere Drehkörper 3 geschwenkt wird, mit größerer Zuverlässigkeit verhindert wird, dass bei der Abtragung eines Grabobjekts über die Ziel-Grabtopographie 73I hinaus gebaggert wird.
Ferner werden in der vorliegenden Ausführungsform das erste Komplementärfilter 53, an dem die erste Grenzfrequenz eingestellt ist, und das zweite Komplementärfilter 54, an dem die sich von der ersten Grenzfrequenz unterscheidende zweite Grenzfrequenz eingestellt ist, verwendet. Das erste Komplementärfilter 53 verringert einen Fehler (Rauschen), der sich durch die Integration der Winkelgeschwindigkeit ω häuft, und das zweite Komplementärfilter 54 verringert einen Fehler (Rauschen) aufgrund einer Beschleunigung, die eine andere Beschleunigung als die Schwerkraftbeschleunigung ist. In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Umschaltung zwischen einem von dem ersten Komplementärfilter 53 ausgegebenen Neigungswinkel und einem von dem zweiten Komplementärfilter 54 ausgegebenen Neigungswinkel entsprechend dem Zustand des Baggers 100. Als Ergebnis wird der zweite Stellungswinkel θ2 durch eine geeignetes Komplementärfilter, das entsprechend dem Zustand des Baggers 100 gewählt wird, ermittelt, wodurch eine Herabsetzung der Genauigkeit des zweiten Stellungswinkels θ2 sowohl im dynamischen als auch im quasi-statischen Zustand verhindert wird.
Eine hochgenaue IMU 29 ist teuer, und eine preiswerte IMU 29 ist relativ ungenau. In der vorliegenden Ausführungsform kann eine Herabsetzung der Genauigkeit des zweiten Stellungswinkels θ2 sowohl im dynamischen als auch im quasi-statischen Zustand verhindert werden, auch wenn eine IMU 29 verwendet wird, deren Genauigkeit gering ist. Daher werden die Herstellungskosten des Baggers 100 gesenkt, während eine Herabsetzung der Genauigkeit des zweiten Stellungswinkels θ2 gleichzeitig verhindert wird.
In der vorliegenden Ausführungsform werden das erste Komplementärfilter 53 und das zweite Komplementärfilter 54 verwendet. Es kann jedoch auch ein drittes Komplementärfilter, an dem eine sich von der ersten und der zweiten Grenzfrequenz unterscheidende dritte Grenzfrequenz eingestellt ist, oder ein viertes Komplementärfilter, an dem eine sich von der ersten, zweiten und dritten Grenzfrequenz unterscheidende vierte Grenzfrequenz eingestellt ist, hinzugefügt werden. Die Anzahl von Komplementärfiltern mit verschiedenen Grenzfrequenzen ist nicht auf zwei beschränkt.
(Beispiel einer Sensor-Steuervorrichtung, die eine Funktion zum Aufheben einer Zentrifugalkraft hat)
27 ist ein Steuerungsblockdiagramm einer Sensor-Steuervorrichtung 24a, die über eine Funktion zum Aufheben einer Zentrifugalkraft verfügt. 28 beschreibt in einem Diagramm ein Beispiel der Anbrigungsposition einer IMU 29. 29 zeigt ein lokales Koordinatensystem des Baggers 100 und ein lokales Koordinatensystem der IMU 29.
Die Sensor-Steuervorrichtung 24a ist ähnlich wie die Sensor-Steuervorrichtung 24, die vorstehend beschrieben wurde, wobei jedoch der Einfluss einer auf die IMU 29 wirkenden anderen Beschleunigung als der Schwerkraftbeschleunigung berücksichtigt wird. Das heißt, da die von der IMU 29 ausgegebene Beschleunigung in Verbindung mit der Anordnungsposition des IMU 29 andere Komponenten als die Schwerkraftbeschleunigung enthält, liegt der Unterschied darin, dass eine unter Berücksichtigung der Komponente korrigierte Beschleunigung ausgegeben wird. Die Sensor-Steuervorrichtung 24a erzielt einen Stellungswinkel mit einer höheren Genauigkeit durch die Ausgabe eines Stellungswinkels, bei dem der Einfluss der Anordnungsposition der IMU 29 berücksichtigt wird. Daher enthält die Sensor-Steuervorrichtung 24a eine Beschleunigungs-Korrektureinheit 56. Die Beschleunigungs-Korrektureinheit 56 ist in einer zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50a vorgesehen. Die Beschleunigungs-Korrektureinheit 56 korrigiert die durch die IMU 29 detektierte Beschleunigung Ac des Baggers 100 und gibt eine korrigierte Beschleunigung Acc aus. Eine dritte Stellungswinkel-Berechnungseinheit 51 ermittelt einen Stellungswinkel θ aus der korrigierten Beschleunigung Acc. Die von der Beschleunigungs-Korrektureinheit 56 durchgeführte Korrektur dient zum Beispiel dem Entfernen einer Beschleunigung, die anhand einer Zentrifugalkraft (Zentrifugalbeschleunigung) bestimmt wurde, die in Verbindung mit der Anordnungsposition der IMU 29 auf die IMU 29 wirkt, und einer auf die IMU 29 wirkenden anderen Beschleunigung als der Schwerkraftbeschleunigung, zum Beispiel einer Winkelbeschleunigung, aus der durch die IMU 29 detektierten Beschleunigung Ac. Es ist zu beachten, dass die Beschleunigung, die anhand der Zentrifugalbeschleunigung und der Winkelbeschleunigung, die in Verbindung mit der Anordnungsposition der IMU 29 auf die IMU 29 wirken, durch eine andere Detektionsvorrichtung als die IMU 29 detektiert werden können, z. B. durch einen Beschleunigungsmesser. In diesem Fall entfernt die Beschleunigungs-Korrektureinheit 56 aus der Beschleunigung Ac des Baggers 100, die durch die IMU 29 detektiert wird, eine durch den Beschleunigungsmesser detektierte andere Beschleunigung als die Schwerkraftbeschleunigung. Im Folgenden wird die Notwendigkeit der Durchführung eines Prozesses unter Berücksichtigung des Einflusses der Beschleunigung in Verbindung mit der Anordnungsposition der IMU 29 in der vorstehend beschriebenen Sensor-Steuervorrichtung 24 erläutert.
28 zeigt einen Zustand des Baggers 100 bei Betrachtung aus der Richtung der x-Achse. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die IMU 29 an der Unterseite der Fahrerkabine 4 des oberen Drehkörpers 3 angebracht. Die IMU 29 befindet sich in einer Position, die mit Bezug auf die z-Achse, welche die zentrale Schwenkachse des oberen Drehkörpers 3 ist, um einen vorgegebenen Abstand sowohl in Richtung der x-Achse als auch in Richtung der y-Achse von der z-Achse entfernt ist. Wie in 28 gezeigt ist, ist die IMU 29 insbesondere an dem Umfang eines Kreises C angeordnet, wobei ein vorgegebener Abstand R von der z-Achse ein Radius ist. Da die IMU 29 in einer solchen Position angeordnet ist, wird die IMU 29 beim Schwenken des oberen Drehkörpers 3 um die z-Achse durch die Zentrifugalbeschleunigung und die Winkelbeschleunigung beeinflusst, die entsprechend der Größe des vorgegebenen Abstands R auf die IMU 29 wirken. Das Ergebnis ist, dass die von der IMU 29 ausgegebene Beschleunigung Ac durch die Zentrifugalbeschleunigung und die Winkelbeschleunigung beeinflusst wird. Dadurch entsteht zwischen der durch die IMU 29 detektierten Beschleunigung Ac und der tatsächlichen Beschleunigung, die auf den Bagger 100 wirkt und die für die Ermittlung eine Stellungswinkels benötigt wird, eine Diskrepanz. Wenn an der z-Achse, welche die zentrale Schwenkachse des oberen Drehkörpers 3 ist, Raum für die Anbringung der IMU 29 bereitgestellt werden kann, entsteht eine solche Diskrepanz nicht, die demzufolge auch nicht berücksichtigt werden muss, so dass die vorstehend beschriebene Sensor-Steuervorrichtung 24 verwendet werden kann. Da jedoch bei dem tatsächlichen Bagger 100 in der Nähe der zentralen Schwenkachse ein Schwenkmotor und dergleichen angeordnet sind, kann kein ausreichender Raum für die Anbringung der IMU 29 bereitgestellt werden. Aus diesem Grund muss bei einem solchen Bagger 100 die IMU 29 in einer von der z-Achse entfernten Position angebracht werden. Daher wird eine Sensor-Steuervorrichtung 24 entsprechend einer Variante benötigt, die nachstehend beschrieben wird.
Wie 29 zeigt, liegt das lokale Koordinatensystem (xi, yi, zi) der IMU 29 an einer Position, die von der z-Achse des lokalen Koordinatensystems (x, y, z) des Baggers 100 sowohl in Richtung der x-Achse als auch in Richtung der y-Achse um einen vorgegebenen Abstand entfernt ist, d. h. an einer Position, die um den Abstand R von der z-Achse entfernt ist. In der vorliegenden Ausführungsform verläuft die zi-Achse (vertikale Achse) des lokalen Koordinatensystems der IMU 29 zum Beispiel durch die Position des Schwerkraftzentrums der IMU 29. Eine andere Beschleunigung als die Schwerkraftbeschleunigung, die auf die IMU 29 wirkt, sind die vorstehend beschriebene Zentrifugalbeschleunigung und die Winkelbeschleunigung. Indem diese Beschleunigungskomponenten aus der durch IMU 29 detektierten Beschleunigung Ac entfernt werden, kann die auf den Bagger 100 wirkende Beschleunigung, die für die Berechnung eines Stellungswinkel benötigt wird, bestimmt werden.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit (Schwenkgeschwindigkeit) um die z-Achse des lokalen Koordinatensystems des Baggers 100 gleich ωz ist, ist die auf die IMU 29 wirkende Zentrifugalbeschleunigung gleich R × ωz². Die Winkelgeschwindigkeit (Schwenkgeschwindigkeit) ωz ist eine Winkelgeschwindigkeit in Richtung der Zi-Achse, die von der IMU 29 ausgegeben wird. Darüber hinaus kann die Winkelbeschleunigung, die auf die IMU 29 wirkt, bestimmt werden durch eine Differenzierung der Winkelgeschwindigkeit (Schwenkgeschwindigkeit) ωz bezüglich der Zeit t, und zwar ist die Winkelbeschleunigung = dωz/dt. Was die durch die IMU 29 detektierte Beschleunigung Ac betrifft, ist die Beschleunigung in Richtung der xi-Achse des lokalen Koordinatensystems der IMU 29 Acx, und die Beschleunigung in Richtung der yi-Achse ist Acy. Die Beschleunigung Acx und die Beschleunigung Acy sind eine Beschleunigung, die auf den Bagger 100 wirkt und die für die Berechnung eines Stellungswinkels benötigt wird.
Wenn für die durch die IMU 29 detektierte Beschleunigung Ac gilt, dass die Beschleunigungskomponente in Richtung der x-Achse des lokalen Koordinatensystems des Baggers 100 Accx ist und die Beschleunigungskomponente in Richtung der y-Achse Accy ist, können diese jeweils ausgedrückt werden durch Gleichung (11) und Gleichung (12). Die durch die IMU 29 detektierte Beschleunigung in Richtung der zi-Achse ändert sich nicht, falls eine Beschleunigung vorliegt, die anhand der Zentrifugalkraft (Zentrifugalbeschleunigung) und dergleichen bestimmt wird, die auf die IMU 29 wirkt. Daher ist die durch die IMU 29 detektierte Beschleunigung in Richtung der zi-Achse die Beschleunigung des Baggers 100 in Richtung der z-Achse. Accx = Acx – R × ωz² × cosα – R × (dωz/dt) × sinα (11) Accy = Acy – R × ωz² × sinα + R × (dωz/dt) × cosα (12)
Komponenten auf der rechten Seite von Gleichung (11), die andere Komponenten als die Beschleunigungskomponenten Acx sind, sind zu entfernende Komponenten. Komponenten auf der rechten Seite von Gleichung (12), die andere Komponenten als die Beschleunigungskomponenten Acy sind, sind zu entfernende Komponenten. Die zu entfernenden Komponenten sind Komponenten, die sich auf die Beschleunigung beziehen, die anhand der Zentrifugalkraft (Zentrifugalbeschleunigung) und der Winkelbeschleunigung bestimmt wurden. Insbesondere ist die Komponente, die sich auf die Beschleunigung bezieht, die anhand der Zentrifugalkraft (Zentrifugalbeschleunigung) bestimmt wurde, R × ωz² × cosα in Gleichung (11) und R × ωz² × sinα in Gleichung (12). Außerdem ist die Komponente, die sich auf die Winkelbeschleunigung bezieht, R × (dωz/dt) × sinα in Gleichung (11) und R × (dωz/dt) × cosα in Gleichung (12).
α in Gleichung (11) und Gleichung (12) ist ein Winkel, der durch die y-Achse des lokalen Koordinatensystems des Baggers 100 und eine Tangente an einem Punkt an dem Umfang des Kreises C, der die Platzierungsposition der IMU 29 ist, gebildet wird. Dieser Winkel ist ein Platzierungswinkel α. Der Platzierungswinkel α gibt die Neigung der Position an, in der die IMU 29 in dem lokalen Koordinatensystems (x, y, z) des Baggers 100 platziert ist. Wie vorstehend beschrieben wurde, sind die Beschleunigung Acx und die Beschleunigung Acy eine Beschleunigung, die auf den Bagger 100 wirkt und die für die Berechnung eines Stellungswinkels benötigt wird. Wie Gleichung (11) oder Gleichung (12) zeigt, können die Beschleunigung Acx und die Beschleunigung Acy durch die Durchführung einer Korrektur bestimmt werden, um die vorstehend beschriebenen zu entfernenden Komponenten aus der durch die IMU 29 detektierten Beschleunigungskomponente Accx in Richtung der x-Achse und Beschleunigungskomponente Accy in Richtung der y-Achse zu entfernen.
Die Beschleunigung Acx und die Beschleunigung Acy sind jeweils eine Beschleunigung in Richtung der xi-Achse und eine Beschleunigung in Richtung der yi-Achse. Wenn die Schwerkraftbeschleunigung G ist, sind die Beschleunigung Acx und die Beschleunigung Acy jeweils wie in Gleichung (13) und Gleichung (14) dargestellt. Acx = G × sin(γy) (13) Acy = –G × sin(γx) × cos(γy) (14)
Hier ist γx der Querneigungswinkel um die xi-Achse, und γy ist der Längsneigungswinkel um die yi-Achse. Der Querneigungswinkel γx und der Längsneigungswinkel γy sind Neigungswinkel um andere Achsen als die z-Achse des lokalen Koordinatensystems (xi, yi, zi) der IMU 29, d. h. die vertikale Achse. Wenn die IMU 29 nicht geschwenkt wird, d. h. wenn eine andere Beschleunigung als die Schwerkraftbeschleunigung nicht auf die IMU 29 wirkt, sind die Beschleunigung Acx und die Beschleunigung Acy identisch mit der durch die IMU 29 detektierten Beschleunigungskomponente Accx und Beschleunigungskomponente Accy. Wenn die Beschleunigungskomponente Acx und die Beschleunigungskomponente Acy ermittelt werden können, können der Querneigungswinkel γx und der Längsneigungswinkel γy durch Gleichung (13) und Gleichung (14) ermittelt werden.
Wenn die von der IMU 29 ausgegebene Beschleunigungskomponente Accx und die Beschleunigungskomponente Accy nicht voneinander unterschieden werden, werden sie im Folgenden als zu korrigierende Beschleunigung Accd bezeichnet. Wenn die auf den Bagger 100 wirkende und für die Berechnung eines Stellungswinkels benötigte Beschleunigung Acx und die Beschleunigung Acy nicht voneinander unterschieden werden, werden diese als Beschleunigung Ac bezeichnet.
Wie vorstehend beschrieben, korrigiert die in 27 dargestellte Beschleunigungs-Korrektureinheit 56 die zu korrigierende Beschleunigung Accd (Beschleunigung Accx und Accy), die durch die IMU 29 detektiert werden, auf der Basis von Informationen über die IMU 29. Die Informationen über die IMU 29 enthalten Informationen über die Position, in der die IMU 29 platziert ist, und sind zum Beispiel Informationen, die in Gleichung (11) und Gleichung (12) enthalten sind. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Information über die IMU 29 den Querneigungswinkel γx, den Platzierungswinkel α, der die Position angibt, in welcher die IMU 29 platziert ist, den Abstand R zu dem Ort, an welchem die IMU 29 mit Bezug auf die z-Achse des lokalen Koordinatensystems (x, y, z) des Baggers 100 platziert ist, und die Winkelgeschwindigkeit ωz um die z-Achse des lokalen Koordinatensystems des Baggers 100, d. h. die vertikale Achse.
Wie vorstehend beschrieben, korrigiert die Beschleunigungs-Korrektureinheit 56 in 27 die durch die IMU 29 detektierte Beschleunigung unter Anwendung von Gleichung (11) und Gleichung (12) und bestimmt dadurch die Beschleunigung Acx und Acy. Die Beschleunigung Acx und Acy enthalten nicht die Komponenten einer Zentrifugalbeschleunigung und Winkelbeschleunigung, die auftreten, wenn die IMU 29 um die z-Achse geschwenkt wird. Daher kann die Beschleunigungs-Korrektureinheit 56 eine Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit ausgeben, die die gleichen sind wie im Falle der Platzierung der IMU 29 an der zentralen Schwenkachse. Die Genauigkeit eines von der Sensor-Steuervorrichtung 24a ausgegebenen Stellungswinkels θo verbessert sich daher. Außerdem kann die Sensor-Steuervorrichtung 24a einen korrekten Schwenkwinkel berechnen, ungeachtet des Betriebszustands des Baggers 100. Dadurch kann die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25, die in 2 dargestellt ist, die Position der Zahnkanten 8T des Löffels 8 beim Schwenken des oberen Drehkörpers 3 mit größerer Genauigkeit berechnen.
Wenngleich die Schwenkgeschwindigkeit ωz die durch die IMU 29 detektierte Winkelgeschwindigkeit in einer xi-yi-Ebene nutzt, ist die Detektion der Schwenkgeschwindigkeit ωz nicht auf jene der IMU 29 beschränkt. Es kann zum Beispiel ein Detektionswert einer Drehwinkel-Detektionsvorrichtung, die einen Drehwinkel des oberen Drehkörpers 3 detektiert, als Schwenkgeschwindigkeit ωz verwendet werden, oder die Schwenkgeschwindigkeit ωz kann auf der Basis der Motordrehzahl eines Schwenkmotors für die Drehung des oberen Drehkörpers 3 bestimmt werden.
Es ist zu beachten, dass, wenn die IMU 29 nicht an der zentralen Schwenkachse des Baggers 100 platziert werden kann, zum Berechnen der Position der Zahnkanten 8T des Löffels 8 des Arbeitsgeräts 2 mit höherer Genauigkeit die Verwendung der als Variante beschriebenen Sensor-Steuervorrichtung 24a gegenüber der Sensor-Steuervorrichtung 24 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform bevorzugt wird, und zwar aus dem Grund, weil die als Variante beschriebene Sensor-Steuervorrichtung 24a einen Prozess durchführt, bei dem die Platzierungsposition der IMU 29 berücksichtigt wird, wie vorstehend beschrieben.
(Erste Variante der Sensor-Steuervorrichtung)
30 ist ein Steuerungsblockdiagramm einer Sensor-Steuervorrichtung 24b gemäß einer ersten Variante. In der vorliegenden Variante wirkt die Stellungswinkel-Berechnungseinheit 29CP der in 15 dargestellten IMU 29 als eine erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit, die einen Stellungswinkel θ der Arbeitsmaschine anhand der durch den Kreisel 29V und den Beschleunigungssensor 29A, die als Detektionsvorrichtungen dienen, detektierten Winkelbeschleunigung ω und der Beschleunigung Ac ermittelt und den Stellungswinkel θ in ein Tiefpassfilter 60 eingibt. Die Detektionswerte der IMU 29 werden über die fahrzeuginterne Signalleitung 42 in die Sensor-Steuervorrichtung 24b eingegeben. Die Winkelgeschwindigkeit ω, die Beschleunigung Ac und der Stellungswinkel θ werden von der IMU 29 in die Sensor-Steuervorrichtung 24b eingegeben. Die Sensor-Steuervorrichtung 24b enthält eine zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50b, das Tiefpassfilter 60 und eine Wähleinheit 63. Darüber hinaus enthält die Sensor-Steuervorrichtung 24b eine Schwenkzustand-Bestimmungseinheit 61 und eine Stellungswinkel-Bestimmungseinheit 62.
Die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50b enthält eine Winkelberechnungseinheit 50Cb und eine Filtereinheit 50Fb. Die Winkelberechnungseinheit 50Cb ermittelt einen Stellungswinkel θ anhand der Winkelgeschwindigkeit ω und der Beschleunigung Ac, die durch den Kreisel 29V und den Beschleunigungssensor 29A der in 3 dargestellten IMU 29 detektiert werden. Die Sensor-Steuervorrichtung 24b kann die Beschleunigungs-Korrektureinheit 56 aufweisen, die in der Sensor-Steuervorrichtung 24a der zweiten Variante enthalten ist.
Die Filtereinheit 50Fb, die als zweites Filter dient, lässt den durch die Winkelberechnungseinheit 50Cb ermittelten Stellungswinkel hindurch, um ein Rauschen zu verringern, und gibt den Stellungswinkel θ dann als einen zweiten Stellungswinkel θ2 aus. Die Filtereinheit 50Fb hat eine höhere Grenzfrequenz als das Tiefpassfilter 60. Der von der zweiten Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50b ausgegebene Stellungswinkel θ2 wird ohne Durchlaufen des Tiefpassfilters 60 in die Wähleinheit 63 eingegeben. Da die Filtereinheit 50Fb in der Sensor-Steuervorrichtung 24b einfacher gebaut ist als die Filtereinheit 50F in der vorstehend beschriebenen Sensorsteuereinheit 24, hat die Sensorsteuereinheit 24b den Vorteil einer kosteneffektiveren Herstellung.
In der vorliegenden Variante ist es nicht notwendig, dass die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50b die erste Filtereinheit 50Fb aufweist. In diesem Fall wird der durch die Winkelberechnungseinheit 50Cb ermittelte Stellungswinkel θ als der zweite Stellungswinkel θ2 in die Stellungswinkel-Bestimmungseinheit 62 und die Wähleinheit 63 eingegeben.
(Zweite Variante der Sensor-Steuervorrichtung)
31 ist ein Blockdiagramm einer Sensor-Steuervorrichtung 24c gemäß einer zweiten Variante. Die Sensor-Steuervorrichtung 24c enthält nicht die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50b der Sensor-Steuervorrichtung 24b, die in 30 dargestellt ist. Der Unterschied ist, dass ein durch die Stellungswinkel-Berechnungseinheit 29CP der in 15 dargestellten IMU 29 ermittelter Stellungswinkel θ als ein zweiter Stellungswinkel θ2 direkt in eine Wähleinheit 63 eingegeben wird. Ein Tiefpassfilter 60 der Sensor-Steuervorrichtung 24c gibt als ersten Stellungswinkel θ1 den durch die Stellungswinkel-Berechnungseinheit 29CP der IMU 29 ermittelten Stellungswinkel θ an die Wähleinheit 63 aus. Der durch die Stellungswinkel-Berechnungseinheit 29CP der IMU 29 ermittelte Stellungswinkel θ wird ohne Durchlaufen des Tiefpassfilters 60 als der zweite Stellungswinkel θ2 in die Wähleinheit 63 eingegeben. Die Sensor-Steuervorrichtung 24c enthält die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit 50b nicht, weshalb die Konstruktion einfacher und die Herstellung weniger teuer ist.
Vorstehend wurden die vorliegende Ausführungsform und Varianten derselben beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die vorstehend beschriebenen Komponenten umfassen auch solche, die ohne weiteres als fachbekannt vorausgesetzt werden können, und solche, die in dem sogenannten Äquivalenzbereich liegen. Ferner können die vorstehend beschriebenen Komponenten gegebenenfalls kombiniert werden. Innerhalb des Rahmens der Erfindung können verschiedene Komponenten entfallen, ersetzt oder geändert werden. Zum Beispiel hat das Arbeitsgerät 2 einen Ausleger 6, einen Stiel 7 und als Werkzeug den Löffel 8, jedoch ist ein an dem Arbeitsgerät 2 montiertes Arbeitswerkzeug nicht auf dieses und auf den Löffel 8 beschränkt. Die Arbeitsmaschine ist nicht auf den Bagger 100 beschränkt. Die Arbeitsmaschine kann zum Beispiel eine beliebige Arbeitsmaschine sein, solange diese einen Drehkörper und einen unteren Fahrkörper hat. Die Verarbeitung durch die Sensor-Steuervorrichtungen 24, 24a, 24b und 24c kann auch durch andere Steuervorrichtungen erfolgen, zum Beispiel durch die zweite Displayvorrichtung 39 oder die Arbeitsgerät-Steuervorrichtung 25. Die Filter, die von den Stellungswinkeln durchlaufen werden, sind nicht auf Komplementärfilter beschränkt und können auch andere Arten von Filtern sein.
Die Grabsteuerung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Grabsteuerung beschränkt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeughauptkörper
2: Arbeitsgerät
3: oberer Drehkörper
5: Fahrvorrichtung
6: Ausleger
7: Stiel
8: Löffel
8T: Zahnkanten
20, 21: Antennen
23: Einheit zum Berechnen der globalen Koordinaten
24, 24a, 24b und 24c: Sensor-Steuervorrichtungen
25: Arbeitsgerät-Steuervorrichtung
26: Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung
27: Pumpen-Steuervorrichtung
28: erste Displayvorrichtung
29: IMU
29V: Kreisel
29A: Beschleunigungssensor
29CP: Stellungswinkel-Berechnungseinheit
29PT: Einheit zum Umwandeln physikalischer Größen
39: zweite Displayvorrichtung
41, 42: fahrzeuginterne Signalleitung
50, 50a: zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit
50C: Winkelberechnungseinheit
50F, 50Fa und 50Fb: Filtereinheit
51: dritte Stellungswinkel-Berechnungseinheit
52: vierte Stellungswinkel-Berechnungseinheit
53: erstes Komplementärfilter
54: zweites Komplementärfilter
55: Schalteinheit
60: Tiefpassfilter
61: Schwenkzustand-Bestimmungseinheit
62: Stellungswinkel-Bestimmungseinheit
63: Wähleinheit
100: Bagger
θ1: erster Stellungswinkel
θ2: zweiter Stellungswinkel
θ3: dritter Stellungswinkel
θ4: vierter Stellungswinkel

Claims

Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine, zum Ermitteln eines Stellungswinkels der Arbeitsmaschine, die ein Arbeitsgerät aufweist, wobei die Stellungsberechnungsvorrichtung umfasst: eine Detektionsvorrichtung, die eine Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung detektiert, wobei die Detektionsvorrichtung an der Arbeitsmaschine vorgesehen ist; eine erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit, die einen Stellungswinkel der Arbeitsmaschine aus der durch die Detektionsvorrichtung detektierten Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt, wobei die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit an der Detektionsvorrichtung vorgesehen ist; ein Tiefpassfilter, das den durch die erste Stellungswinkel-Berechnungseinheit ermittelten Stellungswinkel hindurchlässt, um den Stellungswinkel als einen ersten Stellungswinkel auszugeben; eine zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit, die als einen zweiten Stellungswinkel einen Stellungswinkel ausgibt, der aus der durch die Detektionsvorrichtung detektierten Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt wird; und eine Wähleinheit, die den ersten Stellungswinkel und den zweiten Stellungswinkel auf der Basis einer Information über eine Änderung eines Winkels der Arbeitsmaschine im Wechsel ausgibt.
Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine, zum Ermitteln eines Stellungswinkels der Arbeitsmaschine, die ein Arbeitsgerät aufweist, wobei die Stellungsberechnungsvorrichtung umfasst: eine Detektionsvorrichtung, die eine Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung detektiert, wobei die Detektionsvorrichtung an der Arbeitsmaschine vorgesehen ist; eine Stellungswinkel-Berechnungseinheit, die einen Stellungswinkel der Arbeitsmaschine aus der durch die Detektionsvorrichtung detektierten Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt, wobei die Stellungswinkel-Berechnungseinheit an der Detektionsvorrichtung vorgesehen ist; ein Tiefpassfilter, das den durch die Stellungswinkel-Berechnungseinheit ermittelten Stellungswinkel einem Filterprozess unterzieht, um einen ersten Stellungswinkel zu erhalten; und und eine Wähleinheit, die als zweiten Stellungswinkel den Stellungswinkel in der Stellungswinkel-Berechnungseinheit verwendet und auf der Basis einer Information über eine Änderung eines Winkels der Arbeitsmaschine den ersten Stellungswinkel und den zweiten Stellungswinkel im Wechsel ausgibt.
Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, wobei die zweite Stellungswinkel-Berechnungseinheit umfasst: ein erstes Komplementärfilter, das ein Rauschen in dem Stellungswinkel, der aus der durch die Detektionsvorrichtung detektierten Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt wurde, reduziert, um einen dritten Stellungswinkel auszugeben, wobei an dem ersten Komplementärfilter eine erste Grenzfrequenz eingestellt ist; ein zweites Komplementärfilter, das ein Rauschen in dem Stellungswinkel, der aus der durch die Detektionsvorrichtung detektierten Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt wurde, reduziert, um einen vierten Stellungswinkel auszugeben, wobei an dem zweiten Komplementärfilter eine zweite Grenzfrequenz eingestellt ist, die sich von der ersten Grenzfrequenz unterscheidet; und eine Schalteinheit, die entsprechend einem Bewegungszustand der Arbeitsmaschine den dritten Stellungswinkel oder den vierten Stellungswinkel im Wechsel als den zweiten Stellungswinkel ausgibt.
Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 3, wobei der zweite Stellungswinkel ein Winkel ist, der ermittelt wird, indem der Stellungswinkel der Arbeitsmaschine ein Filter durchläuft, dessen Grenzfrequenz höher als die des Tiefpassfilters ist.
Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Information über eine Änderung eines Winkels eine Information über ein Schwenken der Arbeitsmaschine ist.
Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine nach Anspruch 5, wobei die Arbeitsmaschine einen Fahrkörper und einen auf dem Fahrkörper vorgesehenen Drehkörper hat und wobei die Information über ein Schwenken der Arbeitsmaschine eine Schwenkgeschwindigkeit des Drehkörpers ist und wobei die Wähleinheit den ersten Stellungswinkel ausgibt, wenn die Schwenkgeschwindigkeit kleiner oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist, und den zweiten Stellungswinkel ausgibt, wenn die Schwenkgeschwindigkeit den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wähleinheit den zweiten Stellungswinkel ausgibt, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Stellungswinkel und dem zweiten Stellungswinkel einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wähleinheit den ersten Stellungswinkel ausgibt, wenn eine Schwenkgeschwindigkeit des Drehkörpers kleiner oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist, den zweiten Stellungswinkel ausgibt, wenn den Schwenkgeschwindigkeit den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, und den zweiten Stellungswinkel ausgibt, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Stellungswinkel und dem zweiten Stellungswinkel einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Arbeitsmaschine, umfassend: eine Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest einige Positionsinformationen der Arbeitsmaschine unter Verwendung des von der Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine ausgegebenen ersten Stellungswinkels oder zweiten Stellungswinkels ermittelt werden.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 9, umfassend: eine Positionsdetektionsvorrichtung, die Positionsinformationen der Arbeitsmaschine erfasst; und eine Vorrichtung zum Generieren einer Ziel-Grabtopographie, die auf der Basis zumindest dieser einigen Positionsinformationen der Arbeitsmaschine, die von der Stellungsberechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine ausgegeben werden, und der durch die Positionsdetektionsvorrichtung erfassten Positionsinformationen eine Position eines Arbeitsgeräts bestimmt und anhand der Information über eine die Zielgestalt darstellende Ziel-Arbeitsebene Information über eine Ziel-Grabtopographie generiert, die eine Zielgestalt eines Grabobjekts des Arbeitsgeräts darstellt.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 10, umfassend eine Displayvorrichtung, die die Ziel-Grabtopographie auf der Basis von Displayinformationen für die Anzeige der Ziel-Grabtopographie anzeigt.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 10 oder 11, umfassend eine Arbeitsgerät-Steuereinheit, die auf der Basis der von der Vorrichtung zum Generieren einer Ziel-Grabtopographie eingeholten Information über eine Ziel-Grabtopographie eine Grabsteuerung derart ausführt, dass eine Geschwindigkeit in einer Richtung, in der sich das Arbeitsgerät dem Grabobjekt nähert, kleiner oder gleich einer Geschwindigkeitsgrenze ist.
Stellungsberechnungsverfahren für eine Arbeitsmaschine, zum Ermitteln eines Stellungswinkels der Arbeitsmaschine, die ein Arbeitsgerät aufweist, wobei das Stellungsberechnungsverfahren umfasst: dass ein Stellungswinkel der Arbeitsmaschine ein Tiefpassfilter durchläuft, um den Stellungswinkel als einen ersten Stellungswinkel auszugeben, und das Ausgeben des Stellungswinkels der Arbeitsmaschine als einen zweiten Stellungswinkel; und das Ausgeben des ersten Stellungswinkels und des zweiten Stellungswinkels im Wechsel, auf der Basis einer Information einer Änderung eines Winkels der Arbeitsmaschine.