DE112015000031T5

DE112015000031T5 - Kalibrierungsvorrichtung für Baumaschine und Verfahren zum Kalibrieren eines Arbeitsausrüstungs-Parameters für Baumaschine

Info

Publication number: DE112015000031T5
Application number: DE112015000031.3T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Iwamura; Masanobu Seki; Jin Kitajima
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2015-12-10
Anticipated expiration: 2035-03-28
Also published as: US9540794B2; WO2015137527A1; KR20160115675A; JP5873607B1; DE112015000031B4; CN106170596A; KR101733963B1; US20160298316A1; CN106170596B; JPWO2015137527A1

Abstract

Eine Kalibrierungsvorrichtung für eine Baumaschine enthält eine Einheit (86) zum Ermitteln von Arbeitsausrüstungs-Parametern, die Arbeitsausrüstungs-Parameter eines Elementes einer ersten Betätigungseinheit und eines Löffels ermittelt, eine Messwert-Ermittlungseinheit (83A), die unter Verwendung einer externen Messvorrichtung gemessene jeweilige Messwerte der ersten Betätigungseinheit und des Löffels ermittelt, eine Einheit (86) zum Ermitteln von Arbeitsausrüstungs-Parametern, die Arbeitsausrüstungs-Parameter des Elementes der ersten Betätigungseinheit und des Löffels ermittelt, eine Kalibrierungseinheit (88, 89), die die Arbeitsausrüstungs-Parameter des Elementes der ersten Betätigungseinheit und des Löffels auf Basis des durch die Messwert-Ermittlungseinheit (83A) ermittelten Messwertes eines Bezugspunktes des Löffels kalibriert, und eine Einheit (90) zum Auswählen eines Kalibrierungsbereiches, die aus einem ersten Bereich, in dem eine Änderung des Schwenkwinkels des Löffels ein vorgegebenes Verhältnis zu einer Veränderung von Schwenkwinkel-Informationen des Löffels hat, und einem zweiten Bereich auswählt, in dem eine Veränderung des Schwenkwinkels verglichen mit der Veränderung in dem ersten Bereich zunimmt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kalibrierungsvorrichtung für eine Baumaschine und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Arbeitsausrüstungs-Parameters für eine Baumaschine.
Technischer Hintergrund
Bekannt ist ein Hydraulikbagger, der eine Positionserfassungseinheit enthält, die so konfiguriert ist, dass die aktuelle Position eines Arbeits- bzw. Angriffspunktes einer Arbeitsausrüstung erfasst. Beispielsweise werden bei einem in Patentdokument 1 offenbarten Hydraulikbagger die Positionskoordinaten einer Schneidkante eines Löffels auf Basis von Positions-Informationen von einer GPS-Antenne berechnet. Das heißt, die Positionskoordinaten der Schneidkante des Löffels werden auf Basis von Parametern, wie beispielsweise einer Positionsbeziehung zwischen der GPS-Antenne und einem Auslegerbolzen, den jeweiligen Längen des Auslegers, des Stiels und des Löffels sowie der jeweiligen Richtungs-Winkel des Auslegers, des Stiels und des Löffels berechnet. Die Positionskoordinate des Stiels und des Löffels wird jeweils auf Basis eines Sensor-Ausgangswertes berechnet, der beispielsweise von einem Hub-Sensor bezogen wird, der an einem Zylinder zum Schwenken des Stiels und des Löffels angebracht ist, um einen Ausfahr-/Einfahrzustand des Zylinders zu ermitteln.
Bei einer derartigen Methode kann die Position des Schneidkante des Löffels von einer Steuereinrichtung des Hydraulikbaggers geschätzt werden, um die Schneidkante des Löffels entsprechend einer geplanten Aushubfläche zu bewegen und so zu verhindern, dass die Aushubfläche mit dem Löffel zu stark ausgehoben wird, und die Aushubarbeit effizient durchzuführen.
Bei der oben dargestellten Methode ist es wichtig, dass die Steuereinrichtung des Hydraulikbaggers die Position der Schneidkante des Löffels präzise erfasst. Dementsprechend werden bei der in Patentdokument 1 offenbarten Methode beispielsweise fünf Stellungen der Schneidkante des Löffels der Arbeitsausrüstung mit einer externen Messvorrichtung, wie beispielsweise einer Totalstation, gemessen, und die Steuereinrichtung des Hydraulikbaggers kalibriert Arbeitsausrüstungs-Parameter, die für die Berechnung der Position der Schneidkante erforderlich sind, auf Basis des resultierenden Messwertes der Schneidkante des Löffels.
Liste der Anführungen
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP-A-2012-202061

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösendes/lösende Problem/e
Bei der in Patentdokument 1 offenbarten Methode werden alle Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers, des Stiels und des Löffels auf Basis der Position der Schneidkante des Löffels kalibriert, was zu einer unvermeidbaren Abweichung zwischen den kalibrierten Arbeitsausrüstungs-Parametern und entsprechenden wahren Werten führt. Des Weiteren ist eine Genauigkeit beim Schätzen der Position der Schneidkante des Löffels im Vergleich zu einem tatsächlichen Messwert der Position der Schneidkante des Löffels mangelhaft, wenn sich die Schneidkante in einer anderen Stellung als den Stellungen für Kalibrierung befindet. Es ist daher schwierig, die Abweichung so zu reduzieren, dass sie in einen vorgegebenen zulässigen Bereich fällt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kalibrierungsvorrichtung für eine Baumaschine sowie ein Verfahren zum Kalibrieren eines Arbeitsausrüstungs-Parameters für eine Baumaschine, mit denen eine geschätzte Position einer Schneidkante eines Löffels mit hoher Genauigkeit kalibriert werden kann.
Mittel zum Lösen des/der Problems/Probleme
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Kalibrierungsvorrichtung für eine Baumaschine geschaffen, wobei die Baumaschine eine erste Betätigungseinheit, einen Löffel, der schwenkbar mit der ersten Betätigungseinheit verbunden ist, einen Hydraulikzylinder, der schwenkbar mit der ersten Betätigungseinheit verbunden ist, um den Löffel zu betätigen, ein erstes Verbindungsglied, das ein erstes Ende, das drehbar mit einem vorderen Ende des Hydraulikzylinders verbunden ist, und ein zweites Ende hat, das drehbar mit der ersten Betätigungseinheit verbunden ist, ein zweites Verbindungsglied, das ein erstes Ende, das drehbar mit einem vorderen Ende des Hydraulikzylinders verbunden ist, und ein zweites Ende hat, das drehbar mit dem Löffel verbunden ist, einen Schwenkwinkel-Detektor, der so konfiguriert ist, dass er Informationen über einen Schwenkwinkel des Löffels relativ zu der ersten Betätigungseinheit erfasst, eine Stellungs-Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie jeweilige Stellungen der ersten Betätigungseinheit und des Löffels auf Basis der erfassten Informationen über einen Schwenkwinkel des Löffels berechnet, und eine Einheit zum Berechnen einer geschätzten Position enthält, die so konfiguriert ist, dass sie eine geschätzte Position eines Bezugspunktes des Löffels auf Basis eines Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit einem Element der ersten Betätigungseinheit zusammenhängt, eines Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit dem Löffel zusammenhängt, und der durch die Stellungs-Berechnungseinheit berechneten jeweiligen Stellungen der ersten Betätigungseinheit und des Löffels berechnet, wobei die Kalibrierungsvorrichtung an der Baumaschine vorhanden ist, um die Arbeitsausrüstungs-Parameter zu kalibrieren, und die Kalibrierungsvorrichtung eine Messwert-Ermittlungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie jeweilige Messwerte eines Bezugspunktes der ersten Betätigungseinheit und des Bezugspunktes des Löffels ermittelt, wobei die jeweiligen Messwerte unter Verwendung einer externen Messvorrichtung gemessen werden, eine Einheit zum Ermitteln von Arbeitsausrüstungs-Parametern, die so konfiguriert ist, dass sie die Arbeitsausrüstungs-Parameter ermittelt, die mit dem Element der ersten Betätigungseinheit und den Löffel zusammenhängen, wobei die Arbeitsausrüstungs-Parameter von der Einheit zum Berechnen einer geschätzten Position verwendet werden, eine Kalibrierungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Arbeitsausrüstungs-Parameter, die sich auf das Element der ersten Betätigungseinheit und den Löffel beziehen, auf Basis der durch die Messwert-Ermittlungseinheit ermittelten jeweiligen Messwerte der Bezugspunkte der ersten Betätigungseinheit und des Löffels kalibriert, und eine Kalibrierungsbereich-Auswahleinheit enthält, die so konfiguriert ist, dass sie aus einem ersten Bereich, in dem eine Veränderung eines Schwenkwinkels des Löffels eine vorgegebene Beziehung zu einer Änderung der durch den Schwenkwinkel-Detektor erfassten Informationen über einen Schwenkwinkel hat, und einem zweiten Bereich, in dem eine Veränderung des Schwenkwinkels im Vergleich zu der Veränderung in dem ersten Bereich zunimmt, den ersten Bereich als einen Kalibrierungsbereich auswählt.
bei dem ersten Aspekt ist die Kalibrierungsbereich-Auswähleinheit so konfiguriert, dass die Arbeitsausrüstungs-Parameter, die mit der ersten Betätigungseinheit und einem Element des Löffels Zusammenhängen, auf Basis von Werten in dem ersten Bereich kalibriert werden können, indem eine Veränderung des Schwenkwinkels des Löffels bei einer Veränderung des Verschiebungs-Hubs des Hydraulikzylinders das vorgegebene Verhältnis hat. Der Arbeitsausrüstungs-Parameter des Elementes des Löffels kann so mit hoher Genauigkeit kalibriert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist bei dem ersten Aspekt der Schwenkwinkel-Detektor ein Verschiebungs-Hub-Detektor, der so konfiguriert ist, dass er einen Verschiebungs-Hub des Hydraulikzylinders erfasst.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist bei dem ersten oder zweiten Aspekt der erste Bereich ein Bereich, in dem ein Winkel, der durch einen Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Verbindungsglied und dem Löffel relativ zu einer Achse gebildet wird, die zwischen einem Verbindungspunkt des Hydraulikzylinders mit der ersten Betätigungseinheit und einem Verbindungspunkt des Löffels mit der ersten Betätigungseinheit ausgebildet ist, kleiner als 180° ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung bilden bei einem von dem ersten bis dritten Aspekt die erste Betätigungseinheit, der Löffel, der Hydraulikzylinder, das erste Verbindungsglied und das zweite Verbindungsglied einen Doppelkurbelmechanismus (drag link mechanism), der eine Kombination aus einem Dreigelenk-Verbindungsmechanismus und einem Viergelenk-Verbindungsmechanismus enthält.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung zeigt bei einem von dem ersten bis vierten Aspekt die Kalibrierungseinheit eine Soll-Arbeitsposition der Baumaschine auf einem in der Baumaschine vorhandenen Anzeigebildschirm an.
Gemäß einem sechsten Aspekt wird eine Kalibrierungsvorrichtung für eine Baumaschine geschaffen, wobei die Baumaschine einen Stiel, einen Löffel, der schwenkbar mit dem Stiel verbunden ist, einen Hydraulikzylinder, der schwenkbar mit dem Stiel verbunden ist, um den Löffel zu betätigen, ein erstes Verbindungsglied, das ein erstes Ende, das drehbar mit einem vorderen Ende des Hydraulikzylinders verbunden ist, und ein zweites Ende hat, das drehbar mit dem Stiel verbunden ist, ein zweites Verbindungsglied, das ein erstes Ende, das drehbar mit einem vorderen Ende des Hydraulikzylinders verbunden ist, und ein zweites Ende hat, das drehbar mit dem Löffel verbunden ist, einen Schwenkwinkel-Detektor, der so konfiguriert ist, dass er Informationen über einen Schwenkwinkel des Löffels relativ zu dem Stiel erfasst, eine Stellungs-Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie jeweilige Stellungen des Stiels und des Löffels auf Basis der erfassten Informationen über einen Schwenkwinkel des Löffels berechnet, und eine Einheit zum Berechnen einer geschätzten Position enthält, die so konfiguriert ist, dass sie eine geschätzte Position eines Bezugspunktes des Löffels auf Basis eines Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit dem Stiel zusammenhängt, eines Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit dem Löffel zusammenhängt, und der durch die Stellungs-Berechnungseinheit berechneten jeweiligen Stellungen der des Stiels und des Löffels berechnet, wobei die Kalibrierungsvorrichtung an der Baumaschine vorhanden ist, um die Arbeitsausrüstungs-Parameter zu kalibrieren, und die Kalibrierungsvorrichtung eine Messwert-Ermittlungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie jeweilige Messwerte eines Bezugspunktes des Stiels und des Bezugspunktes des Löffels ermittelt, wobei die jeweiligen Messwerte unter Verwendung einer externen Messvorrichtung gemessen werden, eine Einheit zum Ermitteln von Arbeitsausrüstungs-Parametern, die so konfiguriert ist, dass sie die Arbeitsausrüstungs-Parameter ermittelt, die mit dem Stiel und dem Löffel zusammenhängen, wobei die Arbeitsausrüstungs-Parameter von der Einheit zum Berechnen einer geschätzten Position verwendet werden, eine Kalibrierungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Arbeitsausrüstungs-Parameter, die sich auf den Stiel und den Löffel beziehen, auf Basis der durch die Messwert-Ermittlungseinheit ermittelten jeweiligen Messwerte der Bezugspunkte des Stiels und des Löffels kalibriert, und eine Kalibrierungsbereich-Auswähleinheit enthält, die so konfiguriert ist, dass sie aus einem ersten Bereich, in dem eine Veränderung eines Schwenkwinkels des Löffels eine vorgegebene Beziehung zu einer Änderung der durch den Schwenkwinkel-Detektor erfassten Informationen über einen Schwenkwinkel hat, und einem zweiten Bereich, in dem eine Veränderung des Schwenkwinkels im Vergleich zu der Veränderung in dem zweiten Bereich zunimmt, den ersten Bereich als einen Kalibrierungsbereich auswählt.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Kalibrierung von Arbeitsausrüstungs-Parametern für eine Baumaschine geschaffen, wobei die Baumaschine eine erste Betätigungseinheit, einen Löffel, der schwenkbar mit der ersten Betätigungseinheit verbunden ist, einen Hydraulikzylinder, der schwenkbar mit der ersten Betätigungseinheit verbunden ist, um den Löffel zu betätigen, ein erstes Verbindungsglied, das ein erstes Ende, das drehbar mit einem vorderen Ende des Hydraulikzylinders verbunden ist, und ein zweites Ende hat, das drehbar mit der ersten Betätigungseinheit verbunden ist, ein zweites Verbindungsglied, das ein erstes Ende, das drehbar mit einem vorderen Ende des Hydraulikzylinders verbunden ist, und ein zweites Ende hat, das drehbar mit dem Löffel verbunden ist, einen Schwenkwinkel-Detektor, der so konfiguriert ist, dass er Informationen über einen Schwenkwinkel des Löffels relativ zu der ersten Betätigungseinheit erfasst, eine Stellungs-Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie jeweilige Stellungen der ersten Betätigungseinheit und des Löffels auf Basis der erfassten Informationen über einen Schwenkwinkel des Löffels berechnet, und eine Einheit zum Berechnen einer geschätzten Position enthält, die so konfiguriert ist, dass sie eine geschätzte Position eines Bezugspunktes des Löffels auf Basis eines Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit einem Element der ersten Betätigungseinheit zusammenhängt, eines Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit dem Löffel zusammenhängt, und der durch die Stellungs-Berechnungseinheit berechneten jeweiligen Stellungen der ersten Betätigungseinheit und des Löffels berechnet, wobei das Kalibrierungsverfahren in der Baumaschine durchgeführt wird und das Kalibrierungsverfahren einschließt, dass jeweilige Messpositionen eines Bezugspunktes der ersten Betätigungseinheit und des Bezugspunktes des Löffels ermittelt werden, wobei die jeweiligen Messpositionen unter Verwendung einer externen Messvorrichtung gemessen werden, ein erster Bereich, in dem eine Veränderung eines Schwenkwinkels des Löffels ein vorgegebenes Verhältnis zu einer Änderung der durch den Schwenkwinkel-Detektor erfassten Informationen über einen Schwenkwinkel hat, und ein zweiter Bereich definiert wird, in dem eine Veränderung des Schwenkwinkels im Vergleich zu der Veränderung in dem ersten Bereich zunimmt, der erste Bereich als ein Kalibrierungsbereich ausgewählt wird, und der Arbeitsausrüstungs-Parameter, der mit dem Löffel zusammenhängt, auf Basis der unter Verwendung der externen Messvorrichtung gemessenen Messwerte in dem ausgewählten ersten Bereich kalibriert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung/en
1 ist eine Perspektivansicht, die eine Baumaschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2A ist eine schematische Seitenansicht, die die Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
2B ist eine schematische Hinteransicht, die die Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
2C ist eine schematische Draufsicht, die die Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Steuerungs-Blockschaltbild, das die Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform darstellt.
4 ist eine Seitenansicht, die eine Anbringungsposition eines ersten Codierers gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
5 ist eine Perspektivansicht, die eine Anordnung des ersten Codierers gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
6 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung eines Magnetkraft-Sensors gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
7 ist eine Seitenansicht, die einen Ausleger der Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
8 ist eine Seitenansicht, die einen Stiel der Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
9 ist eine Seitenansicht, die den Stiel und den Löffel der Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
10 ist eine Seitenansicht, die den Löffel der Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
11 ist eine Seitenansicht, die einen Zylinder der Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
12 ist ein Funktions-Blockschaltbild, das eine Kalibrierungsvorrichtung in der Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
13 ist ein Flussdiagramm, das einen Messvorgang der Baumaschine, der mit einer externen Messvorrichtung durchgeführt wird, gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
14 ist eine schematische Ansicht, die der Erläuterung eines Verfahrens zum Messen einer Position eines Auslegerbolzens der Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform dient.
15 ist eine schematische Ansicht, die der Erläuterung eines Verfahrens zum Messen einer Position eines Löffel-Bolzens der Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform dient.
16 ist eine schematische Ansicht, die der Erläuterung eines Verfahrens zum Messen einer Position einer Schneidkante des Löffels der Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform dient.
17 ist ein Flussdiagramm, das der Erläuterung eines Kalibrierungsverfahrens für die Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform dient.
18 ist eine Seitenansicht, die einen Verbindungszustand des Stiels und des Löffels gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
19 ist eine Seitenansicht, die einen Schwenkzustand des Löffels gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
20 ist eine Seitenansicht, die einen anderen Schwenkzustand des Löffels gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
21 ist eine Seitenansicht, die einen weiteren Schwenkzustand des Löffels gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
22 ist ein Diagramm, das eine Veränderung eines Verschiebungs-Hubs des Zylinders und eine Veränderung eines Schwenkwinkels des Löffels gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
23 ist eine schematische Ansicht, die ein Bild eines Bildschirms zum Eingeben eines unter Verwendung einer externen Messvorrichtung ermittelten Messergebnisses gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
Beschreibung einer/mehrerer Ausführungsform/en
Im Folgenden werden eine Kalibrierungsvorrichtung und ein Kalibrierungsverfahren für einen Hydraulikbagger gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1. Gesamtaufbau von Hydraulikbagger 1
1 ist eine Perspektivansicht, die einen Hydraulikbagger 1 zeigt, bei dem die Kalibrierungsvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform Kalibrierung durchführt. Der Hydraulikbagger 1 enthält einen Baumaschinen-Körper 2 sowie Arbeitsausrüstung 3.
Der Baumaschinen-Körper 2 enthält einen Unterwagen 4 sowie einen Oberwagen 5, der drehbar an dem Unterwagen 4 installiert ist. In dem Oberwagen 5 sind Komponenten, wie beispielsweise eine Hydraulikpumpe 54 sowie ein Motor 54A, (beide weiter unten beschrieben) aufgenommen.
Ein vorderer Abschnitt des Oberwagens 5 ist mit einer Kabine 6 versehen, in der zusätzlich zu einem Sitz, auf dem eine Bedienungsperson sitzt, eine Anzeige-Eingabevorrichtung 71 und eine Betätigungsvorrichtung 51 (beide weiter unten beschrieben) vorhanden sind.
Der Unterwagen 4 enthält ein Paar Fahrvorrichtungen 4A, die jeweils eine Raupenkette 4B enthalten. Die Drehung der Raupenkette 4B bewirkt, dass der Hydraulikbagger 1 fährt. Es ist anzumerken, dass die Richtungen ”vorn”, ”hinten”, ”rechts” und ”links” gemäß der beispielhaften Ausführungsform in Bezug auf die Sichtlinie einer auf dem Sitz sitzenden Bedienungsperson definiert sind.
Die Arbeitsausrüstung 3, die sich an einem vorderen Abschnitt des Baumaschinen-Körpers 2 befindet, enthält einen Ausleger 31, einen Stiel 32, einen Löffel 33, einen Auslegerzylinder 34, einen Stielzylinder 35 und einen Löffelzylinder 36. Es ist anzumerken, dass ein Abschnitt, der den Ausleger 31 und den Stiel 32 einschließt, eine erste Betätigungseinheit gemäß der Erfindung bildet und ein Abschnitt, der den Löffel 33, ein erstes Verbindungsglied 40 (weiter unten beschrieben) sowie ein zweites Verbindungsglied 41 (weiter unten beschrieben) einschließt, eine zweite Betätigungseinheit bildet.
Der Ausleger 31 weist ein unteres bzw. hinteres Ende auf, das mit einem Auslegerbolzen 37 an dem vorderen Abschnitt des Baumaschinen-Körpers 2 drehbar angebracht ist. Der Auslegerbolzen 37 ist ein Drehmittelpunkt des Auslegers 31 relativ zu dem Oberwagen 5.
Ein hinteres Ende des Stiels 32 ist mit einem Stielbolzen 38 drehbar an einem vorderen Ende des Auslegers 31 angebracht. Der Stielbolzen 38 ist ein Mittelpunkt der Drehung des Stiels 32 relativ zu dem Ausleger 31.
Der Löffel 33 ist mit einem Löffelbolzen 39 schwenkbar an einem vorderen Ende des Stiels 32 angebracht. Der Löffelbolzen 39, der sich an dem vorderen Ende des Stiels 32 befindet, bildet einen Bezugspunkt der ersten Betätigungseinheit gemäß der Erfindung und auch einen Mittelpunkt der Drehung des Löffels 33 relativ zu dem Stiel 32. Der Bezugspunkt der ersten Betätigungseinheit kann als Alternative dazu jede beliebige Position an dem Ausleger 31 oder dem Stiel 32 sein.
Der Auslegerzylinder 34, der Stielzylinder 35 und der Löffelzylinder 36 sind Hydraulikzylinder, die hydraulisch einfahren und ausfahren. Es ist anzumerken, dass der Löffelzylinder 36 einen Hydraulikzylinder gemäß der Erfindung bildet.
Ein hinteres Ende des Auslegerzylinders 34 ist mit einem Auslegerzylinder-Fußbolzen (34A drehbar an dem Oberwagen 5 angebracht.
Ein vorderes Ende des Auslegerzylinders 34 ist mit einem Auslegerzylinder-Kopfbolzen 34B drehbar an dem Ausleger 31 angebracht. Der Auslegerzylinder 34 wird hydraulisch ausgefahren/eingefahren, um den Ausleger 31 zu bewegen.
Ein hinteres Ende des Stielzylinders 35 ist mit einem Stielzylinder-Fußbolzen 35A drehbar an dem Ausleger 31 angebracht.
Ein vorderes Ende des Stielzylinders 35 ist mit einem Stielzylinder-Kopfbolzen 35B drehbar an dem Stiel 32 angebracht. Der Stielzylinder 35 wird hydraulisch ausgefahren/eingefahren, um den Stiel 32 zu bewegen.
Ein hinteres Ende des Löffelzylinders 36 ist mit einem Löffelzylinder-Fußbolzen 36A drehbar an dem Stiel 32 angebracht.
Ein vorderes Ende des Löffelzylinders 36 ist mit einem Löffelzylinder-Kopfbolzen 36B drehbar an einem ersten Ende des Verbindungsgliedes 40 und einem ersten Ende des zweiten Verbindungsgliedes 41 angebracht.
Ein zweites Ende des ersten Verbindungsgliedes 40 ist mit einem ersten Verbindungsgliedbolzen 40A drehbar an dem vorderen Ende des Stiels 32 angebracht.
Ein zweites Ende des zweiten Verbindungsgliedes 41 ist mit einem zweiten Verbindungsgliedbolzen 41A drehbar an dem Löffel 33 angebracht. Der Löffelzylinder 36 wird hydraulisch ausgefahren/eingefahren, um den Löffel 33 zu bewegen.
2A bis 2C zeigen schematisch einen Aufbau des Hydraulikbaggers 1. 2A ist eine Seitenansicht, die den Hydraulikbagger 1 zeigt. 2B ist eine Hinteransicht, die den Hydraulikbagger 1 zeigt. 2C ist eine Draufsicht, die den Hydraulikbagger 1 zeigt. L1 bezeichnet, wie in 2A gezeigt, eine Länge des Auslegers 31 zwischen dem Auslegerbolzen 37 und dem Stielbolzen 38. L2 bezeichnet eine Länge des Stiels 32 zwischen dem Stielbolzen 38 und dem Löffelbolzen 39. L3 bezeichnet eine Länge des Löffels 33 zwischen dem Löffelbolzen 39 und einer Schneidkante P des Löffels 33. Es ist anzumerken, dass die Schneidkante P des Löffels 33 einen Bezugspunkt der zweiten Betätigungseinheit gemäß der Erfindung definiert. Der Bezugspunkt der zweiten Betätigungseinheit kann als Alternative dazu jede beliebige Position an dem Löffel 33 sein.
Der Auslegerzylinder 34, der Stielzylinder 35 und der Löffelzylinder 36 sind mit einem Auslegerzylinder-Hub-Sensor 42, einem Stielzylinder-Hub-Sensor 43 bzw. einem Löffelzylinder-Hub-Sensor 44 (Schwenkwinkel-Detektoren) versehen.
Die Zylinder-Hub-Sensoren 42 bis 44 befinden sich jeweils an Längsseiten der Hydraulikzylinder 34 bis 36, um Hübe der Zylinder zu erfassen. Eine Stellungs-Berechnungseinheit 42C einer Anzeige-Steuereinrichtung 42 ist so konfiguriert, dass sie auf Basis der jeweils erfassten Hublängen der Hydraulikzylinder 34 bis 36 (das heißt, der Informationen über einen Schwenkwinkel) einen Schwenkwinkel des Auslegers 31 relativ zu dem Baumaschinen-Körper 2, einen Schwenkwinkel des Stiels 32 relativ zu dem Ausleger 31 sowie einen Schwenkwinkel des Löffels 33 relativ zu dem Stiel 32 berechnet. Es ist anzumerken, dass die Schwenkwinkel-Informationen als Alternative dazu mit Winkelsensoren erfasst werden können, die anstelle der Schwenkwinkel-Detektoren einzeln an schwenkbaren Abschnitten der Arbeitsausrüstung angebracht sind.
Das heißt, auf Basis der durch den Auslegerzylinder-Hub-Sensor 32 erfassten Hublänge des Auslegerzylinders 34 berechnet die Stellungs-Berechnungseinheit 72C der Anzeige-Steuereinrichtung 72 (weiter unten beschrieben), wie in 2 dargestellt einen Schwenkwinkel α des Auslegers 31 relativ zu einer z-Achse eines Koordinatensystems des Fahrzeug-Körpers (weiter unten beschrieben).
Auf Basis der durch den Stielzylinder-Hub-Sensor 43 erfassten Hublänge des Stielzylinders 35 berechnet die Stellungs-Berechnungseinheit 72C der Anzeige-Steuereinrichtung 72 einen Schwenkwinkel β des Stiels 32 relativ zu dem Ausleger 31.
Auf Basis der durch den Löffelzylinder-Hub-Sensor 44 erfassten Hublänge des Löffelzylinders 36 berechnet die Stellungs-Berechnungseinheit 72C der Anzeige-Steuereinrichtung 72 einen Schwenkwinkel γ des Löffels 33 relativ zu dem Stiel 32. Ein Verfahren zum Berechnen der Schwenkwinkel α, β, γ wird weiter unten beschrieben.
Ein erster Codierer 42A befindet sich an einer Position des Auslegerbolzens 37, und ein zweiter Codierer 43A befindet sich an einer Position des Stielbolzens 38.
Der erste Codierer 42A, der eine Bezugsposition an einer vorgegebenen Winkelposition innerhalb eines Schwenkbereiches des Auslegers 31 definiert, gibt ein Impulssignal an die Stellungs-Berechnungseinheit 72C der Anzeige-Steuereinrichtung 72 aus.
Der zweite Codierer 43A, der eine Bezugsposition an einer vorgegebenen Winkelposition innerhalb eines Schwenkbereiches des Stiels 32 definiert, gibt ein Impulssignal an die Stellungs-Berechnungseinheit 72C der Anzeige-Steuereinrichtung 72 aus.
Die Stellungs-Berechnungseinheit 72C kalibriert eine Bezugsposition des Auslegerzylinder-Hub-Sensors 42 auf Basis des von dem ersten Codierer 42A ausgegebenen Impulssignals und kalibriert den Stielzylinder-Hub-Sensor 43 auf Basis des von dem zweiten Codierer 43A ausgegebenen Impulssignals.
Der erste Codierer 42A und der zweite Codierer 43A bilden jeweils Rücksetz-Sensoren für den Auslegerzylinder-Hub-Sensor 42 und den Stielzylinder-Hub-Sensor 43.
Mit der oben beschriebenen Anordnung können Hubpositionen, die anhand von Erfassungsergebnissen der Zylinder-Hub-Sensoren 42, 43 ermittelt werden, jeweils auf die Bezugsposition zurückgesetzt werden, um eine Abweichung zu reduzieren, wodurch sich eine Schätzung der Position des Löffelbolzens 39 an dem vorderen Ende des Stiels 32 mit hoher Genauigkeit ergibt.
Das heißt, der Auslegerzylinder-Hub-Sensor 42 befindet sich, wie in 4 gezeigt, an einem vorderen Ende einer Zylinderröhre 341 des Auslegerzylinders 34, um einen Verschiebungs-Hub eines Kolbens 342 zu erfassen. Der erste Codierer 42A befindet sich an einer Position, an die der Ausleger 31 geschwenkt werden kann, um den Auslegerzylinder-Hub-Sensor 42 zu kalibrieren. Der erste Codierer 42A enthält, wie in 5 gezeigt, eine Lichtemissionseinrichtung 42A1, eine Scheibe 42A2 und eine Lichtempfangseinrichtung 42A3.
Die Lichtemissionseinrichtung 42A1 enthält ein lichtemittierendes Element, das einen Strahl auf die Lichtempfangseinrichtung 42A3 emittiert.
Die Scheibe 42A2, die drehbar gehalten wird, enthält eine Vielzahl von Schlitzen 42A4, die in einem vorgegebenen Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, sowie einen einzelnen Schlitz 42A5, der relativ zu den Schlitzen 42A4 nahe an dem Mittelpunkt der Scheibe 42A2 angeordnet ist. Der Schlitz 42A5 befindet sich an einer Position, die der Bezugsposition entspricht, innerhalb des Schwenkbereiches des Auslegers 31 (zum Beispiel im Wesentlichen der Mitte des Schwenkbereiches des Auslegers 31). Die Lichtempfangseinrichtung 42A3 enthält eine Vielzahl von Lichtempfangs-Elementen 42A6, die sich an einer Position befinden, die der Lichtemissionseinrichtung 42A1 entspricht, und gibt das Impulssignal aus, wenn die Lichtempfangs-Elemente 42A6 Licht empfangen.
Die Scheibe 42A2 der ersten Codiereinrichtung 42A dreht sich entsprechend der Schwenkbewegung des Auslegers 31. Wenn der Schlitz 42A5 bei der Drehung der Scheibe 42A2 unter der Lichtemissionseinrichtung 42A1 hindurchtritt, wird von der Lichtemissionseinrichtung 42A1 emittiertes Licht durch das/die Lichtempfangs-Element/e 42A6 der Lichtempfangseinrichtung 42A3 über den Schlitz 42A5 empfangen. Bei Empfang des Lichtes gibt/geben das/die Lichtempfangs-Element/e 42A6 das Impulssignal an die Stellungs-Berechnungseinheit 42C aus. Es ist anzumerken, dass der an dem Stielbolzen 38 vorhandene zweite Codierer 43A den gleichen Aufbau und die gleichen Effekte wie die oben beschriebenen aufweist.
In Reaktion auf Eingabe des Impulssignals liest die Stellungs-Berechnungseinheit 72C einen Signalwert des Auslegerzylinder-Hub-Sensors 42 und kalibriert die Bezugsposition.
Der Löffel 33 kann nicht mit einem Codierer versehen sein, der für den Einsatz in einer wasserdichten Umgebung bestimmt ist. Dementsprechend ist der Löffelzylinder 36, um zu erfassen, dass die Bezugposition passiert wird, mit einem Magnetkraft-Sensor 44A versehen, mit dem das Passieren eines an dem Löffelzylinder 36 vorhandenen Magneten erfasst wird.
Der Magnetkraft-Sensor 44A ist, wie in 6 gezeigt, an einer Außenfläche einer Zylinderröhre 361 des Löffelzylinders 36 angebracht. Der Magnetkraft-Sensor 44A enthält zwei Sensoren 44B, 44C, die in einer linearen Bewegungsrichtung eines Kolbens 362 um eine vorgegebene Distanz beabstandet sind.
Die Sensoren 44B, 44C befinden sich an bekannten Bezugspositionen und der Kolben 362 ist mit einem Magneten 44D versehen, der Magnetfeldlinien erzeugt. Die Sensoren 44B, 44C leiten jeweils die durch den Magneten 44D erzeugten Magnetfeldlinien, um eine Magnetkraft (Magnetfelddichte) zu erfassen, und geben ein elektrisches Signal (Spannung) aus, das der Magnetkraft (Magnetfelddichte) entspricht.
Das durch jeden der Sensoren 44B, 44C erfasste Signal wird an die Anzeige-Steuereinrichtung 72 ausgegeben. Auf Basis der Erfassungsergebnisse der Sensoren 44B, 44C setzt die Anzeige-Steuereinrichtung 72 eine anhand des Erfassungsergebnisses des Löffelzylinder-Hub-Sensors 44 ermittelte Hub-Position auf die Bezugsposition zurück.
Es ist wahrscheinlich, dass der Magnetkraft-Sensor 44A, der die Bezugsposition magnetisch erfasst, eine Abweichung hinsichtlich der Hub-Genauigkeit des Löffels 33 verursacht, so dass der erfasste Hub-Wert des Löffels 33, verglichen mit denjenigen des Auslegers 31 und des Stiels 32, bei denen die Codierer 42A, 43A als die Rücksetz-Sensoren verwendet werden, ein relativ hohe Abweichung aufweisen kann.
Der Baumaschinen-Körper 2 enthält, wie in 2 dargestellt, einen Positions-Detektor 45, der die aktuelle Position des Baumaschinen-Körpers 2 des Hydraulikbaggers 1 erfasst. Der Positions-Detektor 45 enthält zwei Antennen 46, 47 für RTK-GNSS (real time kinematic-global navigation satellite systems), die in 1 dargestellt sind, sowie eine Positions-Berechnungseinrichtung 48, die in 2A dargestellt ist. Es ist anzumerken, dass die Antennen 46, 47 an einem Handlauf an der Oberseite des Oberwagens 5 vorhanden sein können.
Die Antennen 46, 47 sind von einem Ursprung O des Koordinatensystems des Fahrzeug-Körpers x-y-z (weiter unten beschrieben) entlang der x-Achse, der y-Achse und der z-Achse (siehe 2A bis 2C) jeweils um vorgegebene Abstände (das heißt, Lbdx, Lbdy, Lbdz) entfernt.
Ein Signal, das einer GNSS-Funkwelle entspricht, die über die Antennen 46, 47 empfangen wird, wird in die Positions-Berechnungseinrichtung 48 eingegeben. Die Positions-Berechnungseinrichtung 48 erfasst die aktuelle Position jeder der Antennen 46, 47 in einem globalen Koordinatensystem. Es ist anzumerken, das X-Y-Z das globale Koordinatensystem bezeichnet, XY eine horizontale Ebene bezeichnet und Z eine vertikale Richtung bezeichnet. Des Weiteren ist das globale Koordinatensystem, das ein auf GNSS-Messung basierendes Koordinatensystem ist, so definiert, dass sein Ursprung auf der Erde fixiert ist.
Im Unterschied dazu ist das Fahrzeug-Körper-Koordinatensystem (weiter unten beschrieben) ein System, das so definiert ist, dass sein Ursprung in dem Baumaschinen-Körper 2 (insbesondere dem Oberwagen 5) fixiert ist.
Die Antenne 46 (die im Folgenden als ”Bezugs-Antenne 46” bezeichnet werden kann) ist zur Erfassung der aktuellen Position des Baumaschinen-Körpers 2 bestimmt. Die Antenne 47 (die im Folgenden als ”Richtungs-Antenne 47” bezeichnet werden kann) ist zur Erfassung einer Ausrichtung des Baumaschinen-Körpers 2 (d. h. des Oberwagens 5) bestimmt. Auf Basis der jeweiligen Positionen der Bezugs-Antenne 46 und der Richtungs-Antenne 47 erfasst der Positions-Detektor 45 einen Richtungs-Winkel der y-Achse der Koordinate des Fahrzeug-Körpers (weiter unten beschrieben) in dem globalen Koordinatensystem. Es ist anzumerken, dass die Antennen 46, 47 GPS-Antennen sein können.
Der Baumaschinen-Körper 2 enthält, wie in 2A, 2B, 2C gezeigt, eine Trägheits-Messeinheit (IMU) 49, die einen Neigungswinkel des Fahrzeug-Körpers misst. Eine Winkelgeschwindigkeit und eine Beschleunigung eines Wank-Winkels (θ1: siehe 2B) in einer Y-Richtung und eines Nick-Winkels (θ2: siehe 2C) in einer X-Richtung werden jeweils von der IMU 49 ausgegeben.
3 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau eines Steuerungssystems des Hydraulikbaggers 1 zeigt.
Der Hydraulikbagger 1 enthält die Betätigungsvorrichtung 51, eine Arbeitsausrüstungs-Steuereinrichtung 52, eine Hydraulik-Steuerschaltung 53, die Hydraulikpumpe 54, einen Hydraulikmotor 61, den Motor 54A sowie ein Anzeigesystem 70.
Die Betätigungsvorrichtung 51 enthält einen Arbeitsausrüstungs-Betätigungshebel 55 sowie eine Einheit 56 zur Erfassung von Betätigung der Arbeitsausrüstung.
Der Arbeitsausrüstungs-Betätigungshebel 55 enthält einen rechten und einen linken Betätigungshebel 55R, 55L. Der linke Betätigungshebel 55L wird nach rechts und links betätigt, um einen Befehl zum Drehen des Oberwagens 5 nach rechts und links auszugeben und wird nach hinten und vorn betätigt, um einen Ausschütt/Aushub-Befehl an den Stiel 32 auszugeben. Der rechte Betätigungshebel 55R wird nach rechts und links betätigt, um dem Löffel 33 einen Ausschütt/Aushub-Befehl zu erteilen und wird nach hinten und vorn betätigt, um einen Befehl zum vertikalen Bewegen des Auslegers 31 zu erteilen.
Einheiten 56L, 56R zur Erfassung von Betätigung der Arbeitsausrüstung erfassen die Betätigung des Arbeitsausrüstungs-Betätigungshebels 55 und geben die erfasste Betätigung in Form eines Erfassungssignals an die Arbeitsausrüstungs-Steuereinrichtung 52 aus. Ein Betätigungsbefehl kann von dem Arbeitsausrüstungs-Betätigungshebel 55 an die Hydraulik-Steuerschaltung 53 in Form hydraulischer Vorsteuerung oder elektrischer Hebelbetätigung ausgegeben werden. Bei der elektrischen Hebelbetätigung wird der Betätigungsbefehl beispielsweise über ein Potentiometer in ein elektrisches Signal umgewandelt und in die Arbeitsausrüstungs-Steuereinrichtung 52 eingegeben. Bei dem hydraulischen Vorsteuerverfahren wird ein Proportionalventil mit einem hydraulischen Vorsteuerdruck betätigt, der mittels einer Hebelbetätigung erzeugt wird, um die Strömungsgeschwindigkeit bzw. -menge eines Hydraulikfluids zu regulieren. Des Weiteren wird ein Vorsteuerdruck, der mit einem Drucksensor erfasst wird, in ein elektrisches Signal umgewandelt und in die Arbeitsausrüstungs-Steuereinrichtung 52 eingegeben.
Ein Fahr-Betätigungshebel 59 wird von einer Bedienungsperson betätigt, um den Hydraulikbagger 1 anzutreiben. Eine Einheit 60 zum Erfassen von Fahrbetätigung führt dem Hydraulikmotor 61 des Unterwagens 4 entsprechend der Betätigung des Fahr-Betätigungshebels 59 einen Hydraulikdruck zu.
Die Arbeitsausrüstungs-Steuereinrichtung 52 enthält einen Speicher 52A (zum Beispiel RAM oder ROM) sowie eine Arithmetik-Einheit 52B (zum Beispiel CPU). Die Arbeitsausrüstungs-Steuereinrichtung 52 steuert vorwiegend die Bewegung der Arbeitsausrüstung 3. Die Arbeitsausrüstungs-Steuereinrichtung 52 erzeugt ein Steuersignal zum Bewegen der Arbeitsausrüstung 3 entsprechend der Betätigung des Arbeitsausrüstungs-Betätigungshebels 55 und gibt das Steuersignal an die Hydraulik-Steuerschaltung 53 aus.
Die Hydraulik-Steuerschaltung 53, die Hydraulik-Steuereinrichtungen einschließlich eines Proportional-Steuerventils und eines EPC-Ventils enthält, steuert eine Strömungsmenge eines den Hydraulikzylindern 34 bis 36 von der Hydraulikpumpe 54 zugeführten Hydrauliköls auf Basis des Steuersignals von der Arbeitsausrüstungs-Steuereinrichtung 52.
Die Hydraulikzylinder 34 bis 36 werden entsprechend dem über die Hydraulik-Steuerschaltung 53 zugeführten Hydrauliköl betätigt, um die Arbeitsausrüstung 3 zu bewegen.
Wenn das Proportionalventil durch die Betätigung eines Dreh-Betätigungshebels betätigt wird, wird der Hydraulikmotor 61 zum Drehen des Oberwagens 5 angetrieben. Es ist anzumerken, dass ein Drehmotor zum Antreiben des Oberwagens 5 möglicherweise nicht hydraulisch, sondern elektrisch betrieben wird.
Der Hydraulikbagger 1 enthält das Anzeigesystem 70. Das Anzeigesystem 70 ist so konfiguriert, dass es einer Bedienungsperson Informationen zum Ausheben des Bodens in einem Arbeitsbereich zum einem geplanten Bodenrelief (weiter unten beschrieben) bereitstellt. Das Anzeigesystem 70 enthält die Anzeige-Eingabevorrichtung 71, die Anzeige-Steuereinrichtung 72 sowie eine Kalibrierungseinheit 80. Es ist anzumerken, dass die Funktionen des Anzeigesystems 70 in Form einzelner Steuereinrichtungen erfüllt werden können.
Die Anzeige-Eingabeeinheit 71 enthält eine Eingabeeinheit 71A in Form eines berührungsempfindlichen Bildschirm bzw. Touchpads und einer Anzeigeeinheit 71B, die eine Flüssigkristall-Anzeige (LCD) sein kann. Die Anzeige-Eingabevorrichtung 71 zeigt einen Führungsbildschirm an, mit dem die Informationen für Aushubarbeiten bereitgestellt werden. Der Führungsbildschirm kann auch verschiedene Tasten bzw. Schaltflächen anzeigen, die von einer Bedienungsperson berührt werden müssen, um die verschiedenen Funktionen des Anzeigesystems 70 auszuführen.
Die Eingabeeinheit 71A, die von einer Bedienungsperson genutzt wird, um verschiedene Typen von Informationen, wie beispielsweise einen Messwert, einzugeben, kann eine Tastatur oder ein Touchpad sein.
Die Anzeige-Steuereinrichtung 72 führt verschiedene Funktionen des Anzeigesystems 70 aus. Die Anzeige-Steuereinrichtung 72 und die Arbeitsausrüstungs-Steuereinrichtung 52 können über Kabel oder kabellos miteinander kommunizieren. Die Anzeige-Steuereinrichtung 72 enthält einen Speicher 72A, der eine bekannte Vorrichtung (zum Beispiel RAM oder ROM) sein kann, eine Positions-Berechnungseinheit 72B (zum Beispiel eine CPU) sowie die Stellungs-Berechnungseinheit 72C. Die Stellungs-Berechnungseinheit 72C führt verschiedene Berechnungen zum Anzeigen des Führungsbildschirms auf Basis verschiedenartiger in dem Speicher 72A gespeicherter Daten und eines Erfassungsergebnisses des Positions-Detektors 45 durch.
Auf Basis von Erfassungswerten der Zylinder-Hub-Sensoren 42 bis 44 berechnet die Stellungs-Berechnungseinheit 72C Stellungs-Winkel, das heißt, den Schwenkwinkel α des Auslegers 31, den Schwenkwinkel β des Stiels 32 sowie den Schwenkwinkel γ des Löffels 33 anhand durch die Zylinder-Hub-Sensoren 42 bis 44, die jeweils an dem Ausleger 31, dem Stiel 32 und dem Löffel 33 vorhanden sind, erfasster Zylinder-Hübe. Die Stellungs-Berechnungseinheit 72C lässt auch zu, dass die Codierer 42A, 43A und der Magnetkraft-Sensor 44A durch die Zylinder-Hub-Sensoren 42 bis 44 der Hydraulikzylinder ermittelte Hub-Werte zurücksetzen. Die Stellungs-Berechnungseinheit 72C berechnet einen Wank-Winkel θ1 und einen Nick-Winkel θ2 des Hydraulikbaggers 1 aus der von der IMU 49 bezogenen Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung.
Daten eines geplanten Bodenreliefs werden im Voraus erzeugt und in dem Speicher 72A der Anzeige-Steuereinrichtung 72 gespeichert. Die Daten eines geplanten Bodenreliefs sind Informationen bezüglich eines geplanten dreidimensionalen Bodenreliefs und der Position desselben. Das geplante Bodenrelief zeigt eine Soll-Form des auszuhebenden Bodens. Die Anzeige-Steuereinrichtung 72 zeigt den Führungsbildschirm an der Anzeige-Eingabevorrichtung 71 auf Basis der Daten eines geplanten Bodenreliefs und Daten, wie beispielsweise der Erfassungsergebnisse der verschiedenen Sensoren, an.
Der Speicher 72A speichert auch einen Arbeitsausrüstungs-Parameter.
3. Verfahren zum Berechnen von Position von Schneidkante P von Löffel 33
Im Folgenden wird das Verfahren zum Berechnen der Position der Schneidkante P des Löffels 33 ausführlich beschrieben. Die Stellungs-Berechnungseinheit 72C der Anzeige-Steuereinrichtung 72 berechnet eine geschätzte Position der Schneidklinge P des Löffels 33 auf Basis des Erfassungswertes des Positions-Detektors 45 sowie einer Vielzahl in dem Speicher 72A gespeicherter Parameter.
Die Parameter schließen den Arbeitsausrüstungs-Parameter sowie einen Antennen-Parameter ein. Der Arbeitsausrüstungs-Parameter schließt eine Vielzahl von Parametern ein, die die jeweiligen Abmessungen und Schwenkwinkel des Auslegers 31, des Stiels 32 und des Löffels 33 angeben. Der Antennen-Parameter enthält eine Vielzahl von Parametern, die eine Positionsbeziehung zwischen jeder der Antennen 46, 47 und dem Ausleger 31 angeben.
Die Positions-Berechnungseinheit 72B der Anzeige-Steuereinrichtung 72 schließt, wie in 3 gezeigt, eine erste Einheit 7D zur Berechnung einer geschätzten Position sowie eine zweite Einheit 72E zum Berechnung einer geschätzten Position ein. Die erste Einheit 7D zur Berechnung einer geschätzten Position berechnet eine geschätzte Position der Schneidkante P des Löffels 33 in dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers auf Basis des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter.
Die zweite Einheit 7E zur Berechnen einer geschätzten Position berechnet eine geschätzte Position der Schneidkante P des Löffels 33 in dem globalen Koordinatensystem anhand des Antennen-Parameters, der durch den Positions-Detektor 45 erfassten jeweiligen geschätzten Positionen der Antennen 46, 47 in dem globalen Koordinatensystem sowie der durch die erste Einheit 7D zur Berechnen einer geschätzten Position berechneten geschätzten Position der Schneidkante P des Löffels 33 in dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers. Das heißt, die geschätzte Position der Schneidkante P des Löffels 33 wird wie im Folgenden beschrieben berechnet.
Zunächst wird, wie in 2 gezeigt, das Koordinatensystem x-y-z des Fahrzeug-Körpers so definiert, dass sich sein Ursprung O an einem Drehmittelpunkt des Oberwagens 5 befindet. Es ist anzumerken, dass die x-Achse des Koordinatensystems des Fahrzeug-Körpers einer Linksrichtung des Fahrzeug-Körpers entspricht, die y-Achse einer Querrichtung des Fahrzeug-Körpers entspricht und die z-Achse einer vertikalen Richtung des Fahrzeug-Körpers entspricht.
Der Auslegerbolzen 37 wird im Folgenden als eine Bezugsposition des Hydraulikbaggers 1 definiert. Die Position des Auslegerbolzens 37 (das heißt, eine Position eines Mittelpunktes des Auslegerbolzens 37 in einer Fahrzeug-Breitenrichtung) ist in Form der Koordinaten der Position des Auslegerbolzens 37 in dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers definiert. Die Bezugspostion des Hydraulikbaggers 1 kann an jeder beliebigen Stelle an dem Oberwagen 5 liegen.
Auf Basis der Erfassungsergebnisse der Zylinder-Hub-Sensoren 42, 43, 44 werden die aktuellen Schwenkwinkel α, β, γ des Auslegers 31, des Stiels 32 und des Löffels 33 berechnet.
Die Koordinaten (x, y, z) der Schneidkante P des Löffels 33 in dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers werden aus den Schwenkwinkeln α, β, γ des Auslegers 31, des Stiels 32 sowie des Löffels 33 und der Längen L1, L2, L3 des Auslegers 31, des Stiels 32 und des Löffels 33 (Arbeitsparameter) mit den folgenden Gleichungen (1) berechnet.
Gleichung 1

x = L1sinα + L2sin(α + β) + L3sin(α + β + γ) y = 0 z = L1cosα + L2cos(α + β) + L3cos(α + β + γ) (1)

Die mit den Gleichungen (1) berechneten Koordinaten (x, y, z) der Schneidkante P des Löffels 33 in dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers werden mit der folgenden Gleichung (2) in Koordinaten (X, Y, Z) in dem globalen Koordinatensystem umgewandelt.
Gleichung 2
In der oben stehenden Gleichung werden ω, φ und κ durch die folgenden Gleichungen (3) repräsentiert.
Gleichung 3

ω = arcsin( sinθ1 / cosφ) φ = θ2 κ = –θ3 (3)

In den oben stehenden Gleichungen steht θ1, wie oben beschrieben, für den Wank-Winkel. θ2 steht für den Nick-Winkel. θ3 steht, wie in 2(C) gezeigt, für den Gier-Winkel, der dem Richtungs-Winkel der x-Achse des Koordinatensystems des Fahrzeug-Körpers in dem globalen Koordinatensystem entspricht. Der Gier-Winkel θ3 wird so auf Basis der durch den Positions-Detektor 45 erfassten jeweiligen Positionen der Bezugs-Antenne 46 und der Richtungs-Antenne 47 berechnet. (A, B, C) steht für die Koordinaten des Ursprungs des Koordinatensystems des Fahrzeug-Körpers in dem globalen Koordinatensystem.
Der Antennen-Parameter gibt eine Positionsbeziehung zwischen jeder der Antennen 46, 47 und dem Ursprung des Koordinatensystems des Fahrzeug-Körpers (das heißt, eine Positionsbeziehung zwischen jeder der Antennen 46, 47 und dem Mittelpunkt des Auslegerbolzens 37 in der Fahrzeug-Breitenrichtung) an.
Das heißt, der Antennen-Parameter schließt, wie in 2B und 2C gezeigt, einen Abstand Lbbx zwischen dem Auslegerbolzen 37 und der Bezugs-Antenne 46 in einer Richtung der x-Achse in dem Fahrzeug-Körper-Koordinatensystem, einen Abstand Lbby zwischen dem Auslegerbolzen 37 und der Bezugs-Antenne 46 in einer Richtung der y-Achse in dem Fahrzeug-Körper-Koordinatensystem sowie einen Abstand Lbbz zwischen dem Auslegerbolzen 37 und der Bezugs-Antenne 46 in einer Richtung der z-Achse in dem Fahrzeug-Körper-Koordinatensystem ein. Des Weiteren schließt der Antennen-Parameter einen Abstand Lbdx zwischen dem Auslegerbolzen 37 und der Richtungs-Antenne 47 in der Richtung der x-Achse in dem Fahrzeug-Körper-Koordinatensystem, einen Abstand Lbdy zwischen dem Auslegerbolzen 37 und der Richtungs-Antenne 47 in der Richtung der y-Achse in dem Fahrzeug-Körper-Koordinatensystem sowie einen Abstand Lbdz zwischen dem Auslegerbolzen 37 und der Richtungs-Antenne 47 in der Richtung der z-Achse in dem Fahrzeug-Körper-Koordinatensystem ein.
(A, B, C) wird auf Basis der durch die Antennen 46, 47 erfassten jeweiligen Koordinaten der Antennen 46, 47 in dem globalen Koordinatensystem sowie des Antennen-Parameters berechnet.
Die Anzeige-Steuereinrichtung 72 berechnet einen Abstand zwischen dem dreidimensionalen geplanten Bodenrelief und der Schneidkante P des Löffels 33 auf Basis, der wie oben beschrieben, berechneten aktuellen Position der Schneidkante P des Löffels 33 und der in dem Speicher 72A gespeicherten Daten des geplanten Bodenreliefs. Der berechnete Abstand kann an der Anzeigeeinheit 71B angezeigt werden und/oder kann als ein Parameter für Aushub-Steuerung verwendet werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Berechnen der aktuellen Schwenkwinkel α, β, γ des Auslegers 31, des Stiels 32 und des Löffels 33 auf Basis der Erfassungsergebnisse der Zylinder-Hub-Sensoren 42, 43, 44 beschrieben.
7 ist eine Seitenansicht, die den Ausleger 31 zeigt. Der Schwenkwinkel α des Auslegers 31 wird mittels der folgenden Gleichung (4) unter Verwendung der in 7 gezeigten Arbeitsausrüstungs-Parameter dargestellt.
Gleichung 4
Lboom2_x (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31) steht, wie in 7 gezeigt, für einen Abstand zwischen dem Auslegerzylinder-Fußbolzen 34A und dem Auslegerbolzen 37 in einer horizontalen Richtung des Baumaschinen-Körpers 2, an dem der Ausleger 31 angebracht ist (entsprechend der Richtung der x-Achse in dem Fahrzeug-Körper-Koordinatensystem). Lboom2_z (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31) steht für einen Abstand zwischen dem Auslegerzylinder-Fußbolzen 34A und dem Auslegerbolzen 37 in einer vertikalen Richtung des Baumaschinen-Körpers 2, an dem der Ausleger 31 angebracht ist (entsprechend der Richtung der z-Achse in dem Fahrzeug-Körper-Koordinatensystem). Lboom1 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31) steht für einen Abstand zwischen dem Auslegerzylinder-Kopfbolzen 34B und dem Auslegerbolzen 37. Lboom2 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31) steht für einen Abstand zwischen dem Auslegerzylinder-Fußbolzen 34A und dem Auslegerbolzen 37. boom_cyl (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31) steht für einen Abstand zwischen dem Auslegerzylinder-Fußbolzen 34A und dem Auslegerzylinder-Kopfbolzen 34B. Lboom1 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31) steht für einen Abstand zwischen dem Auslegerzylinder-Kopfbolzen 34B und dem Auslegerbolzen 37 in einer zboom-Axialrichtung. Es ist anzumerken, dass eine Richtung, in der der Auslegerbolzen 37 und der Stielbolzen 38 in einer Seitenansicht verbunden sind, als eine xboom-Achse definiert ist, und eine Richtung senkrecht zu der xboom-Achse als eine zboom-Achse definiert ist. Lboom1_x (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31) steht für einen Abstand zwischen dem Auslegerzylinder-Kopfbolzen 34B und dem Auslegerbolzen 37 in einer xboom-Axialrichtung.
8 ist eine Seitenansicht, die den Stiel 32 zeigt. Der Schwenkwinkel β des Stiels 32 wird mit der folgenden Gleichung (5) unter Verwendung der in der 7 und 8 gezeigten Arbeitsausrüstungs-Parameter dargestellt.
Gleichung (5)
Lboom3_z (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31) steht, wie in 8 gezeigt, für einen Abstand zwischen dem Stielzylinder-Fußbolzen 35A und dem Stielbolzen 38 in der zboom-Axialrichtung. Lboom3_x (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31) steht für einen Abstand zwischen dem Stielzylinder-Fußbolzen 35A und dem Stielbolzen 38 in der xboom-Axialrichtung. Lboom3 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31) steht für einen Abstand zwischen dem Stielzylinder-Fußbolzen 35A und dem Stielbolzen 38. Larm2 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht, wie in 8 gezeigt, für einen Abstand zwischen dem Stielzylinder-Kopfbolzen 35B und dem Stielbolzen 38. arm_cyl (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht, wie in 7 gezeigt, für einen Abstand zwischen dem Stielzylinder-Fußbolzen 35A und dem Stielzylinder-Kopfbolzen 35B.
Larm2_x (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht, wie in 8 gezeigt, für einen Abstand zwischen dem Stielzylinder-Kopfbolzen 35B und dem Stielbolzen 38 in einer xarm2-Axialrichtung. Larm2_z (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht für einen Abstand zwischen dem Stielzylinder-Kopfbolzen 35B und dem Stielbolzen 38 in einer zarm2-Axialrichtung.
Es ist anzumerken, dass eine Richtung, in der der Stielzylinder-Kopfbolzen 35B und der Löffelbolzen 39 in einer Seitenansicht verbunden sind, als eine xarm2-Achse definiert ist und eine Richtung senkrecht zu der xarm2-Achse als eine zarm2-Achse definiert ist. Larm1_x (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht für einen Abstand zwischen dem Stielbolzen 38 und dem Löffelbolzen 39 in der xarm2-Axialrichtung. Larm1_z (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht für einen Abstand zwischen dem Stielbolzen 38 und dem Löffelbolzen 39 in der zarm2-Axialrichtung. Des Weiteren ist eine Richtung, in der der Stielbolzen 38 und der Löffelbolzen 39 in einer Seitenansicht verbunden sind, als eine xarm1-Achse definiert. Der Schwenkwinkel β des Stiels 32 ist ein Winkel zwischen der xboom-Achse und der xarm1-Achse.
9 ist eine Seitenansicht, die den Löffel 33 und den Stiel 32 zeigt. 10 ist eine Seitenansicht, die den Löffel 33 zeigt. Der Schwenkwinkel γ des Löffels 33 wird mit der folgenden Gleichung (6) unter Verwendung der in 7 bis 10 gezeigten Arbeitsausrüstungs-Parameter dargestellt.
Gleichung 6
Larm3_z2 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht, wie in 8 gezeigt, für einen Abstand zwischen dem ersten Verbindungsgliedbolzen 40A und dem Löffelbolzen 39 in der zarm2-Axialrichtung. Larm3_x2 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht für einen Abstand zwischen dem ersten Verbindungsgliedbolzen 40A und dem Löffelbolzen 39 in der xarm2-Axialrichtung.
Ltmp (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht, wie in 10 gezeigt, für einen Abstand zwischen dem Löffelzylinder-Kopfbolzen 36B und dem Löffelbolzen 39. Larm4 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht für einen Abstand zwischen dem ersten Verbindungsgliedbolzen 40A und dem Löffelbolzen 39. Lbucket1 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Löffels 33) steht für einen Abstand zwischen dem Löffelzylinder-Kopfbolzen 36B und dem ersten Verbindungsgliedbolzen 40A. Lbucket3 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Löffels 33) steht für einen Abstand zwischen Löffelbolzen 39 und dem zweiten Verbindungsgliedbolzen 41A. Lbucket2 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Löffels 33) steht für einen Abstand zwischen dem Löffelzylinder-Kopfbolzen 36B und dem zweiten Verbindungsgliedbolzen 41A.
Lbucket4_x (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Löffels 33) steht, wie in 10 gezeigt, für einen Abstand zwischen dem Löffelbolzen 39 und dem zweiten Verbindungsgliedbolzen 41A in einer xbucket-Axialrichtung. Lbucket4_z (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Löffels 33) steht für einen Abstand zwischen dem Löffelbolzen 39 und dem zweiten Verbindungsgliedbolzen 41A in einer zbucket-Axialrichtung.
Es ist anzumerken, dass eine Richtung, in der der Löffelbolzen 39 und die Schneidkante P des Löffels 33 in einer Seitenansicht verbunden sind, als xbucket-Achse definiert ist und eine Richtung senkrecht zu der xbucket-Achse als eine zbucket-Achse definiert ist. Der Schwenkwinkel γ des Löffels 33 ist ein Winkel zwischen der xbucket-Achse und der xarm1-Achse. Der oben beschriebene Parameter Ltmp wird mit der folgenden Gleichung (7) dargestellt.
Gleichung 7
Larm3 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht, wie in 8 gezeigt, für einen Abstand zwischen dem Löffelzylinder-Fußbolzen 36A und dem ersten Verbindungsgliedbolzen 40A. Larm3_x1 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht für einen Abstand zwischen dem Löffelzylinder-Fußbolzen 36A und dem Löffelbolzen 39 in der xarm2-Axialrichtung. Larm3_z1 (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32) steht für einen Abstand zwischen dem Löffelzylinder-Fußbolzen 36A und dem Löffelbolzen 39 in der zarm2-Axialrichtung.
Der oben beschriebene Parameter boom_cyl ist ein Wert, der ermittelt wird, indem ein Auslegerzylinder-Offset-Arbeitsparameter boft (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31), wie in 11 gezeigt, zu einer durch den Auslegerzylinder-Hub-Sensor 42 erfassten Hublänge bss des Auslegerzylinders 34 addiert wird. Desgleichen ist arm_cyl ein Wert, der ermittelt wird, indem ein Stielzylinder-Offset-Arbeitsausrüstungs-Parameter aoft (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Stiels 32), zu einer durch den Stielzylinder-Hub-Sensor 43 erfassten Hublänge ass des Stielzylinders 35 addiert wird. Desgleichen ist bucket_cyl ein Wert, der ermittelt wird, indem ein Löffelzylinder-Offset-Arbeitsausrüstungs-Parameter bkoft (ein Arbeitsausrüstungs-Parameter des Löffels 33, der einen minimalen Abstand des Löffelzylinders 36 einschließt) zu einer durch den Löffelzylinder-Hubsensor 44 erfassten Hublänge bkss des Löffelzylinders 36 addiert wird.
4. Aufbau von Kalibrierungseinheit 80
Die in 3 gezeigte Kalibrierungseinheit 80 ist eine Einheit, mit der der/die zum Berechnen der Schwenkwinkel α, β, γ und der Position der Schneidkante P des Löffels 33 an dem Hydraulikbagger 1 erforderliche/n Arbeitsausrüstungs-Parameter kalibriert wird/werden.
Die Kalibrierungseinheit 80, die eine Kalibrierungs-Berechnungseinheit 83 enthält, bildet eine Kalibrierungsvorrichtung zum Kalibrieren des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter in Kombination mit dem Hydraulikbagger 1 und der externen Messvorrichtung 84. Die externe Messvorrichtung 84 ist eine Vorrichtung zum Messen der Position der Schneidkante P des Löffels 33 und kann eine Totalstation sein. Über eine fahrzeuginterne Verbindung ist Datenkommunikation der Kalibrierungseinheit 80 mit der Anzeige-Steuereinrichtung 72 möglich.
Die Kalibrierungseinheit 80 enthält eine Einheit 83A zum Ermitteln von Messwerten (weiter unten beschrieben), die über die fahrzeuginterne Verbindung Datenübertragung mit der externen Messvorrichtung 84 durchführen kann.
Die Kalibrierungs-Berechnungseinheit 83, die eine CPU sein kann, kalibriert den/die Arbeitsausrüstungs-Parameter auf Basis eines durch die externe Messvorrichtung 84 gemessenen Messwertes. Die Kalibrierung des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter kann vor Auslieferung des Hydraulikbaggers 1 oder bei Initialisierung nach Wartung durchgeführt werden.
Ein Ergebnis der Kalibrierung des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter wird auf der Anzeigeeinheit 71B der Anzeige-Eingabevorrichtung 71 angezeigt, um zu zeigen, ob die Kalibrierung erfolgreich durchgeführt wurde oder eine weitere Kalibrierung durchgeführt werden muss.
Das heißt, die Kalibrierungs-Berechnungseinheit 83 enthält, wie in einem Funktions-Blockschaltbild in 12 gezeigt, die Messwert-Ermittlungseinheit 83A, eine Koordinatensystem-Umwandlungseinheit 85, eine Einheit 86 zum Ermitteln von Arbeitsausrüstungs-Parametern sowie eine Parameter-Kalibrierungseinheit 87.
Die Koordinatensystem-Umwandlungseinheit 85 ist eine Einheit zum Umwandeln des durch die externe Messvorrichtung 84 gemessenen Messwertes in einen Wert, der dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers entspricht. Das heißt, der Messwert wird, nachdem er in dem Wert umgewandelt worden ist, der dem Fahrzeug-Körper-Koordinatensystem entspricht (die Umwandlung in den dem Fahrzeug-Körper-Koordinatensystem entsprechenden Wert wird weiter unten ausführlicher beschrieben), an die Parameter-Kalibrierungseinheit 87 ausgegeben.
Die Einheit 86 zum Ermitteln von Arbeitsausrüstungs-Parametern ist eine Einheit, mit der ein in dem Speicher 72A der Anzeige-Steuereinrichtung 72 gespeicherter Standardwert des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter ausgelesen wird und der gelesene Werte des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter an die Parameter-Kalibrierungseinheit 87 ausgegeben wird. Es ist anzumerken, dass der Standardwert des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter je nach Bedarf aus dem in der/den Figur/en gezeigten Wert, einem Wert, der beispielsweise mittels Bestimmung von Maßen ermittelten Wert und einem vorigen Kalibrierungswert ausgewählt werden kann/können.
Die Parameter-Kalibrierungseinheit 87 ist eine Einheit, mit der der von der Einheit 86 zum Ermitteln von Arbeitsausrüstungs-Parametern ausgegebene Standardwert des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter auf Basis des Messwertes, der durch die Koordinatensystem-Umwandlungseinheit 85 in den dem Fahrzeug-Körper-Koordinatensystem entsprechenden Wert umgewandelt worden ist, kalibriert wird. Die Parameter-Kalibrierungseinheit 87 enthält eine erste Kalibrierungseinheit 88, eine zweite Kalibrierungseinheit 89 und eine Einheit 90 zum Auswählen eines Kalibrierungsbereiches.
Die erste Kalibrierungseinheit 88 ist eine Einheit, mit der der/die durch die Einheit 86 zum Ermitteln von Arbeitsausrüstungs-Parametern ermittelte/n Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31 und des Stiels 32 kalibriert wird/werden.
Die zweite Kalibrierungseinheit 89 ist eine Einheit, mit der der/die Arbeitsausrüstungs-Parameter des Löffels 33 auf Basis des/der die erste Kalibrierungseinheit 88 kalibrierten Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter des Auslegers 31 und des Stiels 32 kalibriert wird/werden.
Die Einheit 90 zum Auswählen eines Kalibrierungsbereiches ist eine Einheit, mit der ein Kalibrierungsbereich ausgewählt wird, in dem der/die Arbeitsausrüstungs-Parameter des Löffels durch die zweite Kalibrierungseinheit 89 kalibriert werden soll/sollen. Das heißt, wenn ein Bereich, in dem eine Veränderung des Schwenkwinkels γ des Löffels 33 ein vorgegebenes Verhältnis zu einer Veränderung eines Verschiebungs-Hubs des Löffelzylinders 36 hat, als ein erster Bereich definiert ist und ein Bereich, in dem die Veränderung des Schwenkwinkels γ verglichen mit dem ersten Bereich zunimmt, als ein zweiter Bereich definiert ist, wird der erste Bereich als der Kalibrierungsbereich ausgewählt.
Die Kalibrierungseinheiten 88, 89 der Parameter-Kalibrierungseinheit 87 geben den/die kalibrierten Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31, des Stiels 32 und des Löffels 33 an die Anzeigeeinheit 71B aus.
5. Durch Kalibrierungseinheit 80 durchgeführter Kalibrierungsprozess
5.1 Messung durch externe Messvorrichtung 84
13 ist ein Flussdiagramm, das einen Bearbeitungsprozess zur Kalibrierung darstellt, der durch eine messende Person durchzuführen ist.
Die messende Person positioniert zunächst die externe Messvorrichtung 84 an einer Position, die einer Längsseite des Auslegerbolzens 37 in einem vorgegebenen Abstand direkt zugewandt ist (Schritt S1).
Die messende Person führt dann Messung des Arbeitsausrüstungs-Parameters (zum Beispiel eines Winkels) durch, der eine Positionsbeziehung zwischen einem Punkt am Umriss (contour point) des Löffels 33 und einer Löffel-Anbringungsposition (auf dem Löffelbolzen 39) definiert (Schritt S2). Die Abmessung des Löffels 33 kann unter Verwendung der externen Messvorrichtung 84 (Bestimmung von Abmessung der Arbeitsausrüstung) gemessen werden oder kann als Alternative dazu direkt mit einem Messgerät oder dergleichen ohne Einsatz der externen Messvorrichtung 84 gemessen werden. In letzterem Fall kann der Messwert von einer Bedienungsperson unter Verwendung der Eingabeeinheit 71A der Anzeige-Eingabevorrichtung 71 manuell eingegeben werden.
Die messende Person führt Messung einer Drehebene unter Verwendung einer externen Messvorrichtung 84 durch (Schritt S3). Um die Drehebene unter Verwendung der Totalstation zu messen, wird eine Position einer oberen Struktur gemessen, während ein Drehwinkel (der Gier-Winkel θ3) des Oberwagens 5 mehrmals geändert wird. Die Position des Oberwagens 5 kann gemessen werden, indem ein Lichtstrahl von der Totalstation emittiert wird und ein Licht erfasst wird, das von einer Erzeugungseinrichtung (maker), wie beispielsweise einem Prisma, reflektiert wird, die zum Beispiel an einem Ballastgewicht angebracht ist, das sich an einem hinteren Abschnitt des Baumaschinen-Körpers 2 des Hydraulikbaggers 1 befindet. Die oben beschriebene Messung kann drei Punkten auf einer Drehbahn wiederholt werden, um die Drehebene zu messen.
Die messende Person misst eine in 14 gezeigte mittige Position P1 einer Längsseite des Auslegerbolzens 37 unter Verwendung der externen Messvorrichtung 84 (Schritt S4).
Nach Abschluss der Messung der Mittelposition P1 an der Längsseite des Auslegerbolzens 37 betätigt eine Bedienungsperson den Ausleger 31 und den Stiel 32, um den Ausleger 31 und den Stiel 32 in einer Vielzahl von Arbeits-Stellungen zu positionieren. Die messende Person misst die Position des Löffelbolzens 39, der sich an dem vorderen Ende des Stiels 32 befindet, in jeder Arbeits-Stellung (Schritt S5). Die Position des Löffelbolzens 39 wird in jeder von drei Stellungen gemessen: einer Position P2, an der der Ausleger 31 vollständig angehoben ist, einer Position P3, an der der Ausleger 31 und der Stiel 32 beide in einer Haupt-Arbeits-Richtung ausgefahren sind, und einer Position P4, an der der Ausleger 31 in der Arbeits-Richtung ausgefahren ist und der Stiel 32 eingefahren ist. Es ist anzumerken, dass die Position des Löffelbolzens 39 in jeder beliebigen anderen Stellung als den drei Stellungen gemessen werden kann.
Dann betätigt die Bedienungsperson den Löffel 33, um den Löffel 33 in einer Vielzahl von Löffel-Stellungen zu positionieren. Die messende Person misst die Position der Schneidkante P des Löffels 33 (Schritt S6). Die Position der Schneidkante P des Löffels 33 wird in jeder von zwei Stellungen gemessen, wobei sich die Schneidkante P an einer Position P5, an der der Löffel 33 ausgefahren ist, und einer Position P6 befindet, an der der Löffel 33 eingefahren ist. Es ist anzumerken, dass der Löffel 33 an jeder beliebigen anderen Stellung als den zwei Stellungen gemessen werden kann.
Am Ende des Prozesses misst die messende Person eine GPS-Position (Schritt S7).
Es ist anzumerken, dass die sich in den Schritten S2 bis S7 ergebenden Messwerte an die Messwert-Ermittlungseinheit 83A der Kalibrierungseinheit 80 nach jeder Messung ausgegeben werden und die von der externen Messvorrichtung 84 eingegebenen Messwerte durch die Koordinatensystem-Umwandlungseinheit 85 Koordinatenumwandlung von dem globalen Koordinatensystem in das Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers unterzogen werden.
5.2 Von Kalibrierungseinheit 80 durchgeführter Kalibrierungsprozess
Im Folgenden wird ein Prozess zur Kalibrierung von Parametern, der durch die Kalibrierungseinheit 80 durchgeführt wird, unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm in 17 beschrieben.
Die Einheit 86 zum Ermitteln von Arbeitsausrüstungs-Parametern liest den/die Arbeitsausrüstungs-Parameter aus dem Speicher 72A der Anzeige-Steuereinrichtung 72 und gibt den/die Arbeitsausrüstungs-Parameter an die Parameter-Kalibrierungseinheit 87 aus (Schritt S8).
Die von der externen Messvorrichtung 84 ausgegebenen Messwerte werden jeweils in die Messwert-Ermittlungseinheit 83A eingegeben (Schritt S9). Die Koordinatensystem-Umwandlungseinheit 85 wandelt jeden der in die Messwert-Ermittlungseinheit 83A eingegebenen Messwerte in einen Wert entsprechend dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers um (Schritt S10).
Jeder der Messwerte wird mit einem Verfahren in einen Wert entsprechend dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers umgewandelt, das einschließt, dass eine Arbeits-Ebene der Arbeitsausrüstung anhand der in 15 gezeigten Messpositionen P2 bis P4 des Löffelbolzens 39 bestimmt wird, ein Einheits-Normalen-Vektor (unit normal vector) der Arbeits-Ebene und die Koordinaten des Schwerpunktes bestimmt werden, und die in 14 gezeigte Messposition P1 des Auslegerbolzens 37 auf die Arbeits-Ebene des Auslegerbolzens 37 projiziert wird.
Dann werden die Ebene der Drehung und ein Einheits-Normalen-Vektor derselben bestimmt. Das Kreuzprodukt der zwei Normalen-Vektoren der Ebene der Drehung und der Arbeits-Ebene wird dann verwendet, um einen Längsrichtungs-Vektor des Hydraulikbaggers 1 zu bestimmen.
Auf Basis des bestimmten Längsrichtungs-Vektors und der bestimmten Arbeits-Ebene wird ein Vertikalrichtungs-Vektor (ein Vektor senkrecht zu der Längsrichtung, der innerhalb der Arbeits-Ebene liegt) bestimmt. Des Weiteren wird auf Basis des bestimmten Längsrichtungs-Vektors und der bestimmten Drehebene ein Querrichtungs-Vektor (ein Vektor senkrecht zu der Längsrichtung, der innerhalb der Drehebene liegt) bestimmt.
Auf Basis der Längsrichtung, der Querrichtung und der vertikalen Richtung wird eine Drehmatrix zur Umwandlung von dem Koordinatensystem der Messwerte in das Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers bestimmt, und werden die Messwerte in Positions-Informationen umgewandelt, die dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers entsprechen, dessen Ursprung auf dem Auslegerbolzen fixiert ist.
Dann bestimmt die erste Kalibrierungseinheit 88 den/die Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31 und des Stiels 32 durch Konvergenz-Berechnung auf Basis der Koordinaten der Messpositionen P2 bis P4 und der durch die Stellungs-Berechnungseinheit 72C berechneten Stellungen (Schritt S11). Das heißt, Konvergenz-Berechnung eines Kalibrierungswertes des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter wird, wie in der folgenden Gleichung (8) gezeigt, mit einer Methode der kleinsten Quadrate durchgeführt.
Gleichung 8
Ein Wert von k entspricht den in 15 gezeigten Messpositionen P2 bis P4. Daher ist n gleich 3. (x1, z1) sind die Koordinaten der Messposition P2 in dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers. (x2, z2) sind die Koordinaten der Messposition P3 in dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers. (x3, z3) sind die Koordinaten der Messposition P4 in dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers. Ein Punkt, an dem Funktion J₁ der Gleichung (8) einen Minimalwert hat, wird ermittelt, um den Kalibrierungswert des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter zu berechnen.
Die erste Kalibrierungseinheit 88 stellt fest, ob der Wert der Gleichung (8) in einen vorgegebenen zulässigen Bereich fällt (Schritt S12).
Wenn eine Abweichung außerhalb des zulässigen Bereiches liegt, bestimmt die erste Kalibrierungseinheit 88, ob die Konvergenz-Berechnung mit einer vorgegebenen Häufigkeit oder weniger häufig wiederholt wird oder nicht (Schritt S13). Wenn die Konvergenz-Berechnung mit der vorgegebenen Häufigkeit (N) oder häufiger wiederholt wird, kehrt der Prozess zu Schritt S11 zurück.
Wenn die Konvergenz-Berechnung mit der vorgegebenen Häufigkeit (N) wiederholt wird, weist die erste Kalibrierungseinheit 88 die Anzeigeeinheit 71B an, Informationen anzuzeigen, mit denen die messende Person und die Bedienungsperson über ein Fehlschlagen der Konvergenz-Berechnung informiert werden, um zu verhindern, dass der Prozess fortgesetzt wird (Schritt S14).
Die messende Person und die Bedienungsperson kehren dann zu Schritt S8 zurück und wiederholen den Prozess S8 bis S11.
Wenn festgestellt wird, dass die Abweichung innerhalb des vorgegebenen zulässigen Bereiches liegt, weist die erste Kalibrierungseinheit 88 die Anzeigeeinheit 71B an, Informationen anzuzeigen, mit denen die messende Person und die Bedienungsperson über eine Tatsache dahingehend informiert werden, dass die Abweichung in dem zulässigen Bereich liegt (Schritt S14), kalibriert den/die Arbeitsausrüstungs-Parameter (Schritt S15) und lässt zu, dass der Prozess fortgesetzt wird.
Die erste Kalibrierungseinheit 88 gibt den/die kalibrierten Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31 und des Stiels 32 an die zweite Kalibrierungseinheit 89 aus.
Die zweite Kalibrierungseinheit 89 berechnet einen Kalibrierungswert des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter des Löffels 33 mittels Konvergenz-Berechnung auf Basis des/der durch die erste Kalibrierungseinheit 88 kalibrierten Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter der Messwerte der Messpositionen an der Vielzahl von Arbeitsausrüstungs-Stellungen (das heißt, den Messpositionen P5, P6) und den durch die Stellungs-Berechnungseinheit 72C berechneten Stellungen entsprechend den Messpositionen P5, P6 (Schritt S16). Das heißt, die zweite Kalibrierungseinheit 89 berechnet den/die Arbeitsausrüstungs-Parameter mittels Konvergenz-Berechnung auf Basis der Koordinaten der Messpositionen an der Vielzahl von Löffel-Stellungen (das heißt, den Messpositionen P5, P6) und der den Messposition P5/P6 entsprechenden Zylinder- Hublängen. Die Konvergenz-Berechnung des Kalibrierungswertes des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter wird so wie in der folgenden Gleichung (9) gezeigt, durchgeführt.
Gleichung 9
Ein Wert von k in der Gleichung (9) entspricht den in 16 gezeigten Messpositionen P5, P6. Daher ist n gleich 2. (x4, y4) sind die Koordinaten der Messposition P5 in dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers. (x5, y5) sind die Koordinaten der Messposition P5 in dem Koordinatensystem des Fahrzeug-Körpers. Ein Punkt, an dem Funktion J₂ der Gleichung (9) einen Minimalwert hat, wird ermittelt, um den Kalibrierungswert des/der Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter zu berechnen.
Die zweite Kalibrierungseinheit 89 stellt fest, ob J₂ der Gleichung (9) in einen vorgegebenen zulässigen Bereich fällt oder nicht (Schritt S17).
Wenn eine Abweichung außerhalb des zulässigen Bereiches liegt, bestimmt die zweite Kalibrierungseinheit 89, ob die Konvergenz-Berechnung mit einer vorgegebenen Häufigkeit oder weniger häufig wiederholt wird (Schritt S18). Wenn die Konvergenz-Berechnung nicht mit der vorgegebenen Häufigkeit (N) oder häufiger wiederholt wird, kehrt der Prozess zu Schritt S16 zurück.
Wenn die Konvergenz-Berechnung mit der vorgegebenen Häufigkeit (N) wiederholt wird, weist die erste Kalibrierungseinheit 8) die Anzeigeeinheit 71B an, Informationen anzuzeigen, mit denen die messende Person und die Bedienungsperson über ein Fehlschlagen der Konvergenz-Berechnung informiert werden, um zu verhindern, dass der Prozess fortgesetzt wird (Schritt S19).
Die messende Person und die Bedienungsperson kehren dann zu Schritt S16 zurück und wiederholen die Prozesse der Schritte S16 und S17.
Wenn festgestellt wird, dass die Abweichung innerhalb des vorgegebenen zulässigen Bereiches liegt, weist die zweite Kalibrierungseinheit 89 die Anzeigeeinheit 71B an, Informationen anzuzeigen, mit denen die messende Person und die Bedienungsperson über eine Tatsache dahingehend informiert werden, dass die Abweichung innerhalb des zulässigen Bereiches liegt (Schritt S19).
Die Parameter-Kalibrierungseinheit 87 gibt den/die kalibrierten Arbeitsausrüstungs-Parameter an die Anzeige-Steuereinrichtung 72 aus, so dass der/die kalibrierten Arbeitsausrüstungs-Parameter als ein Parameter für einen neue Arbeitsausrüstungs-Datei in den Speicher 72A der Anzeige-Steuereinrichtung 72 geschrieben wird/werden (Schritt S20).
Es ist anzumerken, dass in der beispielhaften Ausführungsform eine durch die erste Kalibrierungseinheit 89 festgelegte zulässige Abweichung kleiner sein sollte als eine durch die zweite Kalibrierungseinheit 89 festgelegte zulässige Abweichung. Dies liegt darin begründet, dass die Abweichung in der ersten Betätigungseinheit (dem Ausleger 31 und dem Stiel 32), deren Arbeitsausrüstungs-Abmessung verglichen mit der des Löffels 33 groß ist, einen größeren Einfluss auf eine Abweichung an der Schneidkante P des Löffels 33 hat als die zweite Betätigungseinheit (der Löffel 33). Eine Verringerung einer Abweichung in dem/den Arbeitsausrüstungs-Parameter/n der ersten Betätigungseinheit führt so zu einer Verringerung einer Abweichung an der Schneidkante P.
Für die Kalibrierung der Position der Schneidkante P des Löffels 33 durch die zweite Kalibrierungseinheit 89 wählt die Einheit 90 zum Auswählen eines Kalibrierungsbereiches einen speziellen Bereich als den Kalibrierungsbereich hinsichtlich eines Verhältnisses zwischen der Veränderung des Verschiebungs-Hubs des Löffelzylinders 36 und der Veränderung des Schwenkwinkels des Löffels 33 aus.
Ein Schwenkmechanismus für den Löffel 33 hat, wie in 18 gezeigt, die Form des Doppelkurbel-Mechanismus, der eine Kombination aus einem Dreigelenk-Verbindungsmechanismus, der durch den Stiel 32, den Löffelzylinder-Fußbolzen 36A, den Löffelzylinder 36, den ersten Verbindungsgliedbolzen 40A, das erste Verbindungsglied 40 sowie den Löffelzylinder-Kopfbolzen 36B gebildet wird, und einem Viergelenk-Verbindungsmechanismus ist, der durch Löffelzylinder-Kopfbolzen 36B, das erste Verbindungsglied 40, den Stiel 32, den Löffelbolzen 39, den Löffel 33, den zweiten Verbindungsgliedbolzen 41A und das zweite Verbindungsglied 41 gebildet wird.
Der Löffelzylinder-Fußbolzen 36A ist, wie in 18 gezeigt, als ein Punkt A definiert, der erste Verbindungsgliedbolzen 40A ist als ein Punkt B definiert, der Löffelzylinder-Kopfbolzen 36B ist als ein Punkt C definiert, der Löffelbolzen 39 ist als ein Punkt D definiert und der zweite Verbindungsgliedbolzen 41A ist als ein Punkt E definiert.
Der Schwenkwinkel des Löffels 33 ist, wie in 19 bis 21 gezeigt, in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn relativ zu einer Achse AD an einer Seitenansicht der Arbeitsausrüstung 3 von links definiert.
Ein Winkel, der durch den Punkt A (den Löffelzylinder-Fußbolzen 36A), den Punkt D (den Löffelbolzen 39) und den Punkt E (den zweiten Verbindungsgliedbolzen 41A) gebildet wird, wird als ∠ADE bezeichnet.
Ein Winkel, der durch den Punkt C (den Löffelzylinder-Kopfbolzen 36B, den Punkt E (den zweiten Verbindungsgliedbolzen 41A) und den Punkt D (den Löffelbolzen 39) gebildet wird, wird als ∠CED bezeichnet.
Eine Änderung von ∠CED beim Ausfahren/Einfahren des Löffelzylinders 36 variiert in Abhängigkeit davon, ob ∠ADE an einer Innenwinkel-Seite (weniger als 180°) oder einer Außenwinkel-Seite (180° oder mehr) relativ zu der Achse AD definiert ist, was zu veränderten Eigenschaften einer Änderung von ∠ADE führt.
Der zweite Verbindungsgliedbolzen 41A (Punkt E) dreht sich, wie in 19 und 20 gezeigt, um den Löffelbolzen 39 (Punkt D) herum. Wenn ∠ADE an der Innenwinkel-Seite (180° oder weniger) relativ zu der Achse AD definiert ist, steht der zweite Verbindungsgliedbolzen 41A (Punkt E) in der gleichen Richtung wie eine Ausfahr-Richtung des ausgefahrenen Löffelzylinders 36 vor. Eine Zunahme von ∠ADE hat so eine im Wesentlichen lineare Beziehung zum Ausfahren des Löffelzylinders 36.
Im Unterschied dazu wird, wie in 21 gezeigt wird, wenn ∠ADE an der Außenwinkel-Seite (mehr als 180°) relativ zu der Achse AD definiert ist, der zweite Verbindungsgliedbolzen 41A (Punkt E) durch das zweite Verbindungsglied 41 geschoben und in einer Richtung entgegengesetzt zu der Ausfahrrichtung des ausgefahrenen Löffelzylinders 36 eingefahren. Des Weiteren bewirkt, wenn ∠ADE an der Außenwinkel-Seite (mehr als 180°) relativ zu der Achse AD definiert ist, das Ausfahren des Löffelzylinders 36 die Bewegung des zweiten Verbindungsgliedbolzens 41A (eines Verbindungspunktes des zweiten Verbindungselementes 41), so dass ∠CED allmählich spitz wird.
In einem Bereich, in dem der Schwenkwinkel des Löffels 33 an der Außenwinkel-Seite definiert ist, nimmt die Bewegung des zweiten Verbindungsgliedbolzens 41A (Punkt E) zu, da durch die Bewegung des zweiten Verbindungsgliedbolzens 41A in die entgegengesetzte Richtung relativ zu Innenwinkel-Seite ∠CED spitz wird. Daher wird in dem Bereich, in dem ∠ADE an der Außenwinkel-Seite relativ zu der Achse AD definiert ist, die Zunahme bei dem Ausfahren des Löffelzylinders 36 größer.
22 zeigt die Charakteristik (Zunahme) von ∠ADE des Löffelzylinders 36 bei verändertem Ausfahren des Löffelzylinders 36. Eine Änderung des Schwenkwinkels ∠ADE bei verändertem Ausfahren des Löffelzylinders 36 hat den ersten Bereich, in dem die Änderung von ∠ADE bei sich änderndem Ausfahren des Löffelzylinders 36 konstant ist (das heißt, ∠ADE hat eine lineare Beziehung zu der Änderung beim Ausfahren des Löffelzylinders 36), und den zweiten Bereich A2, in dem die Änderung von ∠ADE bei sich änderndem Ausfahren zunimmt.
Der zweite Bereich A2 ist jeweils nahe an dem Ende des Hubs an der Einfahr-Seite und eines Hubs an der Ausfahr-Seite definiert. Die Zunahme vergrößert sich insbesondere im zweiten Bereich A2 in der Nähe des Endes des Hubs an der Ausfahr-Seite.
Wenn Kalibrierung auf Basis des gesamten Verschiebungs-Hubs des Löffelzylinders 36 durchgeführt würde (das heißt, auf Basis des gesamten Verhältnisses zwischen dem Ausfahren des Löffelzylinders 36 und dem Schwenkwinkel des Löffels 33 einschließlich der Werte in dem zweiten Bereich A2) würde eine geringere Genauigkeit hinsichtlich des Zylinder-Hubs die Genauigkeit der Kalibrierung verringern.
Das heißt, da kein hochgenauer Codierer als der Rücksetz-Sensor für den Löffel 33 eingesetzt werden kann und daher, wie oben beschrieben, der Magnetkraft-Sensor 44A relativ geringer Genauigkeit eingesetzt wird, würde die Kalibrierungs-Genauigkeit aufgrund der geringen Erfassungsgenauigkeit des Rücksetz-Sensors abnehmen.
Dementsprechend wird bei der beispielhaften Ausführungsform die geschätzte Position der Schneidkante P des Löffels 33 auf Basis des ersten Bereiches kalibriert, in dem der Schwenkwinkel ∠ADE eine lineare Beziehung zu der Änderung des Verschiebungs-Hubs des Löffelzylinders 36 hat.
Da die Kalibrierung nur auf Basis des ersten Bereiches durchgeführt wird, der die lineare Beziehung aufweist, kann die geschätzte Position der Schneidkante P des Löffels 33 mit hoher Genauigkeit kalibriert werden.
Des Weiteren kalibriert bei der beispielhaften Ausführungsform die erste Kalibrierungseinheit 88 zunächst den/die Arbeitsausrüstungs-Parameter des Auslegers 31 und des Stiels 32, und kalibriert dann die zweite Kalibrierungseinheit 89 den/die Arbeitsausrüstungs-Parameter des Löffels 33 auf Basis des/der kalibrierten Arbeitsausrüstungs-Parameters/Parameter. Der/die Arbeitsausrüstungs-Parameter des Löffels 33 kann/können so mit hoher Genauigkeit kalibriert werden.
Bei der Kalibrierung mit der zweiten Kalibrierungseinheit 89 wird beispielsweise ein Bild G0, wie es in 22 dargestellt ist, auf der Anzeigeeinheit 71B der Anzeige-Eingabevorrichtung 71 des Anzeigesystems 70 angezeigt. Die Anzeigeeinheit 71B zeigt eine Soll-Arbeitsstellung des Hydraulikbaggers 1 für jede Kalibrierung, jeweilige Soll-Zylinderlängen (Verschiebungs-Hübe) des Auslegers 31, des Stiels 32 und des Löffels 33 für jede Kalibrierung sowie entsprechende aktuelle Zylinderlängen des Auslegers 31, des Stiels 32 und des Löffels 33 an. Des Weiteren weist die Anzeigeeinheit 71B einen Eingabebereich zum Eingeben der unter Verwendung der externen Messvorrichtung 84 gemessenen Position der Schneidkante P auf.
Die Bedienungsperson betätigt den Löffel 33, um die Schneidkante P an den in 16 gezeigten Positionen P5 und P6 für die Löffel-Kalibrierung gemäß den Bildern G1, G2 zu positionieren, die die Stellung des Löffels 33 zeigen.
Die Bedienungsperson betätigt den Betätigungshebel 55, um die Arbeitsausrüstung 3 auf Basis der jeweiligen auf dem Bildschirm angezeigten Soll-Zylinderlängen an einer bestimmten Stellung zu positionieren.
Die Bedienungsperson vergleicht die jeweiligen Zylinderlängen und die jeweiligen Soll-Zylinderlängen, die auf dem Bildschirm angezeigt werden, um festzustellen, ob die Arbeitsausrüstung 3 die durch die zweite Kalibrierungseinheit 89 angegebene Stellung einnimmt. Die messende Person misst dann die Schneidkante P unter Verwendung der externen Messvorrichtung 84.
Wenn bestimmt wird, dass die Arbeitsausrüstung 3 betätigt wird, um sie an die auf dem Bildschirm angegebene Stellung zu bringen, kann die Betätigungsperson die Eingabeeinheit 71A betätigen, um die unter Verwendung der Messvorrichtung 84 gemessene Messposition in einem Bereich G3 manuell einzugeben.
Auf der Anzeigeeinheit 71B zeigt die zweite Kalibrierungseinheit 89 nicht nur die Stellungen P5 und P6, sondern auch die Position des Löffels 33, die bestimmt wird, ohne den Zunahme-Vergrößerungsbereich einzuschließen, in dem ∠ADE an der Innenwinkel-Seite (180° oder weniger) relativ zu der Achse AD definiert ist, als die Soll-Zylinderlänge in einem ”Target(Soll)”-Bereich an. Die Bedienungsperson kann so Kalibrierung auf Basis des Bereiches durchführen, so hohe Genauigkeit der Kalibrierung möglich ist.
6. Abwandlung/en beispielhafter Ausführungsform/en
Es sollte klar sein, dass der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebene/n beispielhafte/n Ausführungsform/en beschränkt ist, sondern Abwandlungen und Verbesserungen einschließt, die mit der Erfindung vereinbar sind.
Beispielsweise kann der Löffelzylinder-Hub-Sensor 44, der in der beispielhaften Ausführungsform eingesetzt wird, durch einen Codierer oder dergleichen ersetzt werden, der direkt den Schwenkwinkel des Löffels 33 relativ zu dem Stiel 32 erfasst. Die externe Messvorrichtung 84 kann den Messprozess gemäß der beispielhaften Ausführungsform in einer anderen Reihenfolge durchführen.
Die Erfindung wird in der beispielhaften Ausführungsform bei dem Hydraulikbagger 1 eingesetzt, kann jedoch auch bei einem Schleppschaufelbagger (backhoe) mit einem Doppelkurbel-Mechanismus eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulikbagger
2: Baumaschinen-Körper
3: Arbeitsausrüstung
4: Unterwagen
4A: Fahrvorrichtung
4B: Raupenkette
5: Oberwagen
6: Kabine
31: Ausleger
32: Stiel
33: Löffel
34: Auslegerzylinder
34A: Auslegerzylinder-Fußbolzen
34B: Auslegerzylinder-Kopfbolzen
35: Stielzylinder
35A: Stielzylinder-Fußbolzen
35B: Stielzylinder-Kopfbolzen
36: Löffelzylinder
36A: Löffelzylinder-Fußbolzen
36B: Löffelzylinder-Kopfbolzen
37: Auslegerbolzen
38: Stielbolzen
39: Löffelbolzen
40: erstes Verbindungsglied
40A: erster Verbindungsgliedbolzen
41: zweites Verbindungsglied
41A: zweiter Verbindungsgliedbolzen
42: Löffelzylinder-Hub-Sensor
42A: erster Codierer
42A1: Lichtemissionseinrichtung
42A2: Scheibe
42A3: Lichtempfangseinrichtung
42A4: Schlitz
42A5: Schlitz
42A6: Lichtempfangselement
43: Stielzylinder-Hub-Sensor
43A: zweiter Codierer
44: Löffelzylinder-Hub-Sensor
44A: Magnetkraft-Sensor
44B, 44C: Sensor
44D: Magnet
45: Positions-Detektor
46: Bezugs-Antenne
47: Richtungs-Antenne
48: Positions-Berechnungseinrichtung
49: IMU
51: Betätigungsvorrichtung
52: Arbeitsausrüstungs-Steuereinrichtung
52A: Speicher
52B: Arithmetik-Einheit
53: Hydraulik-Steuerschaltung
54: Hydraulikpumpe
55: Arbeitsausrüstungs-Betätigungshebel
55L: linker Betätigungshebel
55R: rechter Betätigungshebel
56: Einheit zum Erfassung von Betätigung der Arbeitsausrüstung
59: Dreh-Betätigungshebel
60: Einheit zur Erfassung von Dreh-Betätigung
61: Hydraulikmotor
70: Anzeigesystem
71: Anzeige-Eingabevorrichtung
71A: Eingabeeinheit
71B: Anzeigeeinheit
72: Anzeige-Steuereinrichtung
72A: Speicher
72C: Stellungs-Berechnungseinheit
72D: erste Einheit zum Berechnen einer geschätzten Position
72E: zweite Einheit zum Berechnen einer geschätzten Position
80: Kalibrierungsvorrichtung
81: Eingabeeinheit
82: Anzeigeeinheit 71B
83: Kalibrierungs-Berechnungseinheit
84: externe Messvorrichtung
85: Koordinatensystem-Umwandlungseinheit
86: Einheit zum Ermitteln von Arbeitsausrüstungs-Parametern
87: Parameter-Kalibrierungseinheit
88: erste Kalibrierungseinheit
89: zweite Kalibrierungseinheit
90: Einheit zum Auswählen eines Kalibrierungsbereiches
341: Zylinderröhre
342: Kolben
361: Zylinderrohr
362: Kolben
P: Schneidkante
α: Schwenkwinkel
β: Schwenkwinkel
γ: Schwenkwinkel
θ1: Wank-Winkel
θ2: Nick-Winkel
θ3: Gier-Winkel

Claims

Kalibrierungsvorrichtung für eine Baumaschine, wobei die Baumaschine umfasst: eine erste Betätigungseinheit; einen Löffel, der schwenkbar mit der ersten Betätigungseinheit verbunden ist; einen Hydraulikzylinder, der schwenkbar mit der ersten Betätigungseinheit verbunden ist, um den Löffel zu betätigen; ein erstes Verbindungsglied, das ein erstes Ende, das drehbar mit einem vorderen Ende des Hydraulikzylinders verbunden ist, und ein zweites Ende hat, das drehbar mit der ersten Betätigungseinheit verbunden ist; ein zweites Verbindungsglied, das ein erstes Ende, das drehbar mit einem vorderen Ende des Hydraulikzylinders verbunden ist, und ein zweites Ende hat, das drehbar mit dem Löffel verbunden ist; einen Schwenkwinkel-Detektor, der so konfiguriert ist, dass er Informationen über einen Schwenkwinkel des Löffels relativ zu der ersten Betätigungseinheit erfasst; eine Stellungs-Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie jeweilige Stellungen der ersten Betätigungseinheit und des Löffels auf Basis der erfassten Informationen über einen Schwenkwinkel des Löffels berechnet; und eine Einheit zum Berechnen einer geschätzten Position enthält, die so konfiguriert ist, dass sie eine geschätzte Position eines Bezugspunktes des Löffels auf Basis eines Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit einem Element der ersten Betätigungseinheit zusammenhängt, eines Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit dem Löffel zusammenhängt, und der durch die Stellungs-Berechnungseinheit berechneten jeweiligen Stellungen der ersten Betätigungseinheit und des Löffels berechnet, wobei die Kalibrierungsvorrichtung an der Baumaschine vorhanden ist, um die Arbeitsausrüstungs-Parameter zu kalibrieren, und die Kalibrierungsvorrichtung umfasst: eine Messwert-Ermittlungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie jeweilige Messwerte eines Bezugspunktes der ersten Betätigungseinheit und des Bezugspunktes des Löffels ermittelt, wobei die jeweiligen Messwerte unter Verwendung einer externen Messvorrichtung gemessen werden; eine Einheit zum Ermitteln von Arbeitsausrüstungs-Parametern, die so konfiguriert ist, dass sie die Arbeitsausrüstungs-Parameter ermittelt, die mit dem Element der ersten Betätigungseinheit und den Löffel zusammenhängen, wobei die Arbeitsausrüstungs-Parameter von der Einheit zum Berechnen einer geschätzten Position verwendet werden; eine Kalibrierungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Arbeitsausrüstungs-Parameter, die sich auf das Element der ersten Betätigungseinheit und den Löffel beziehen, auf Basis der durch die Messwert-Ermittlungseinheit ermittelten jeweiligen Messwerte der Bezugspunkte der ersten Betätigungseinheit und des Löffels kalibriert; und eine Kalibrierungsbereich-Auswähleinheit, die so konfiguriert ist, dass sie aus einem ersten Bereich, in dem eine Veränderung eines Schwenkwinkels des Löffels eine vorgegebene Beziehung zu einer Änderung der durch den Schwenkwinkel-Detektor erfassten Informationen über einen Schwenkwinkel hat, und einem zweiten Bereich, in dem eine Veränderung des Schwenkwinkels im Vergleich zu der Veränderung in dem ersten Bereich zunimmt, den ersten Bereich als einen Kalibrierungsbereich auswählt.
Kalibrierungsvorrichtung für die Baumaschine nach Anspruch 1, wobei der Schwenkwinkel-Detektor ein Verschiebungs-Hub-Detektor ist, der so konfiguriert ist, dass er einen Verschiebungs-Hub des Hydraulikzylinders erfasst.
Kalibrierungsvorrichtung für die Baumaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Bereich ein Bereich ist, in dem ein Winkel, der durch einen Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Verbindungsglied und dem Löffel relativ zu einer Achse gebildet wird, die zwischen einem Verbindungspunkt des Hydraulikzylinders mit der ersten Betätigungseinheit und einem Verbindungspunkt des Löffels mit der ersten Betätigungseinheit ausgebildet ist, kleiner als 180° ist.
Kalibrierungsvorrichtung für die Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Betätigungseinheit, der Löffel, der Hydraulikzylinder, das erste Verbindungsglied und das zweite Verbindungsglied einen Doppelkurbelmechanismus bilden, der eine Kombination aus einem Dreigelenk-Verbindungsmechanismus und einem Viergelenk-Verbindungsmechanismus umfasst.
Kalibrierungsvorrichtung für die Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kalibrierungseinheit eine Soll-Arbeitsposition der Baumaschine auf einem an der Baumaschine vorhandenen Anzeigebildschirm anzeigt.
Kalibrierungsvorrichtung für eine Baumaschine, wobei die Baumaschine umfasst: einen Stiel; einen Löffel, der schwenkbar mit dem Stiel verbunden ist; einen Hydraulikzylinder, der schwenkbar mit dem Stiel verbunden ist, um den Löffel zu betätigen; ein erstes Verbindungsglied, das ein erstes Ende, das drehbar mit einem vorderen Ende des Hydraulikzylinders verbunden ist, und ein zweites Ende hat, das drehbar mit dem Stiel verbunden ist; ein zweites Verbindungsglied, das ein erstes Ende, das drehbar mit einem vorderen Ende des Hydraulikzylinders verbunden ist, und ein zweites Ende hat, das drehbar mit dem Löffel verbunden ist; einen Schwenkwinkel-Detektor, der so konfiguriert ist, dass er Informationen über einen Schwenkwinkel des Löffels relativ zu dem Stiel erfasst; eine Stellungs-Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie jeweilige Stellungen des Stiels und des Löffels auf Basis der erfassten Informationen über einen Schwenkwinkel des Löffels berechnet; und eine Einheit zum Berechnen einer geschätzten Position, die so konfiguriert ist, dass sie eine geschätzte Position eines Bezugspunktes des Löffels auf Basis eines Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit dem Stiel zusammenhängt, eines Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit dem Löffel zusammenhängt, und der durch die Stellungs-Berechnungseinheit berechneten jeweiligen Stellungen der des Stiels und des Löffels berechnet, wobei die Kalibrierungsvorrichtung an der Baumaschine vorhanden ist, um die Arbeitsausrüstungs-Parameter zu kalibrieren, und die Kalibrierungsvorrichtung umfasst: eine Messwert-Ermittlungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie jeweilige Messwerte eines Bezugspunktes des Stiels und des Bezugspunktes des Löffels ermittelt, wobei die jeweiligen Messwerte unter Verwendung einer externen Messvorrichtung gemessen werden; eine Einheit zum Ermitteln von Arbeitsausrüstungs-Parametern, die so konfiguriert ist, dass sie die Arbeitsausrüstungs-Parameter ermittelt, die mit dem Stiel und dem Löffel zusammenhängen, wobei die Arbeitsausrüstungs-Parameter von der Einheit zum Berechnen einer geschätzten Position verwendet werden; eine Kalibrierungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Arbeitsausrüstungs-Parameter, die sich auf den Stiel und den Löffel beziehen, auf Basis der durch die Messwert-Ermittlungseinheit ermittelten jeweiligen Messwerte der Bezugspunkte des Stiels und des Löffels kalibriert; und eine Kalibrierungsbereich-Auswähleinheit enthält, die so konfiguriert ist, dass sie aus einem ersten Bereich, in dem eine Veränderung eines Schwenkwinkels des Löffels eine vorgegebene Beziehung zu einer Änderung der durch den Schwenkwinkel-Detektor erfassten Informationen über einen Schwenkwinkel hat, und einem zweiten Bereich, in dem eine Veränderung des Schwenkwinkels im Vergleich zu der Veränderung in dem zweiten Bereich zunimmt, den ersten Bereich als einen Kalibrierungsbereich auswählt.
Verfahren zur Kalibrierung von Arbeitsausrüstungs-Parametern für eine Baumaschine, wobei die Baumaschine umfasst: eine erste Betätigungseinheit; einen Löffel, der schwenkbar mit der ersten Betätigungseinheit verbunden ist; einen Hydraulikzylinder, der schwenkbar mit der ersten Betätigungseinheit verbunden ist, um den Löffel zu betätigen; ein erstes Verbindungsglied, das ein erstes Ende, das drehbar mit einem vorderen Ende des Hydraulikzylinders verbunden ist, und ein zweites Ende hat, das drehbar mit der ersten Betätigungseinheit verbunden ist; ein zweites Verbindungsglied, das ein erstes Ende, das drehbar mit einem vorderen Ende des Hydraulikzylinders verbunden ist, und ein zweites Ende hat, das drehbar mit dem Löffel verbunden ist; einen Schwenkwinkel-Detektor, der so konfiguriert ist, dass er Informationen über einen Schwenkwinkel des Löffels relativ zu der ersten Betätigungseinheit erfasst; eine Stellungs-Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie jeweilige Stellungen der ersten Betätigungseinheit und des Löffels auf Basis der erfassten Informationen über einen Schwenkwinkel des Löffels berechnet; und eine Einheit zum Berechnen einer geschätzten Position enthält, die so konfiguriert ist, dass sie eine geschätzte Position eines Bezugspunktes des Löffels auf Basis eines Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit einem Element der ersten Betätigungseinheit zusammenhängt, eines Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit dem Löffel zusammenhängt, und der durch die Stellungs-Berechnungseinheit berechneten jeweiligen Stellungen der ersten Betätigungseinheit und des Löffels berechnet, wobei das Kalibrierungsverfahren in der Baumaschine durchgeführt wird und das Kalibrierungsverfahren umfasst: Ermitteln jeweiliger Messpositionen eines Bezugspunktes der ersten Betätigungseinheit und des Bezugspunktes des Löffels, wobei die jeweiligen Messpositionen unter Verwendung einer externen Messvorrichtung gemessen werden; Definieren eines ersten Bereiches, in dem eine Veränderung eines Schwenkwinkels des Löffels ein vorgegebenes Verhältnis zu einer Änderung der durch den Schwenkwinkel-Detektor erfassten Informationen über einen Schwenkwinkel hat, und eines zweiten Bereiches, in dem eine Veränderung des Schwenkwinkels im Vergleich zu der Veränderung in dem ersten Bereich zunimmt; Auswählen des ersten Bereiches als einen Kalibrierungsbereich; und Kalibrieren des Arbeitsausrüstungs-Parameters, der mit dem Löffel zusammenhängt, auf Basis der unter Verwendung der externen Messvorrichtung gemessenen Messwerte in dem ausgewählten ersten Bereich.